Hărți ale Oceanului Arctic (AO) care evidențiază caracteristicile specifice ale raftului arctic est-siberian (ESAS): (a) Zonele prevăzute de depozite de hidrat peste AO, inclusiv ESAS superficial, prezentate în albastru (după [14]); (b) batimetria AO; culoarea roșie se referă la adâncimea 24]. După cum se vede din panouri, ESAS reprezintă o fracțiune majoră a platoului continental superficial AO.

full-text

Structură geologică și drap sedimentar pe ESAS. (a) Structuri geologice majore definite în ESAS; linia punctată roșie marcată cu b corespunde poziției transectului prezentat în panoul (b); linia roșie continuă marcată c corespunde pozițiilor transectelor prezentate în panoul (c). (b) Exemplu de structură și grosime a drapului sedimentar (peste vârfurile centrale - Laptev, jgheabul Omolonskiy și horstul Laptev est) și grosimea comparabilă a permafrostului și a hidraților asociați (inclusiv zona de stabilitate a hidraților, HSZ) prezentate ca punctate roșu și linii negre solide. (c) Exemplu de structură și grosime a drapului sedimentar (peste jgheaburile Belkovsky și Anisimov și masivul Kotel’nichevsky; alte exemple, precum și descrieri detaliate ale termenilor și legendelor utilizate pot fi găsite în [30]).

Un exemplu al diferenței în regimurile termice ale permafrostului terestru și submarin în zona de coastă a ESAS. (a) Poziția găurii efectuate în Delta Lena (Chay-Tumus) este marcată de un punct negru; un foraj în zona apropiată de țărm (Golful Buor-Khaya, forajul 1D-11) este marcat printr-un punct roșu. (b) Curba neagră arată temperaturile sedimentelor la orizonturi diferite ale nucleului sedimentului Chay-Tumus [38]; curba roșie arată temperaturile miezului sedimentului obținute în Golful Buor-Khaya. După cum se vede din panoul B, sedimentele din forajul 1D-11 sunt mult mai calde (de la -2 ° C la 0 ° C) decât sedimentele terestre Chay-Tumus (de la -8 ° C la -11,5 ° C), modificate de la [20 ].

Diagrama schematică care prezintă înțelegerea actuală a sistemului permafrost - hidrat submarin existent în ESAS. (a) Înainte de expunerea la atmosferă; (b) formarea permafrostului; (c) ESAS este scufundat; (d) hidrații destabilizatori permit eliberarea CH4; (e) creșterea emisiilor de CH4 de la ESAS în atmosferă. Explicații detaliate se găsesc în text.

Distribuția CH4 dizolvat în apa de suprafață a ESAS și a altor mări de nord/extrem-est colectate în 2004–2012 utilizând două tipuri diferite de eșantionare. Nivelurile de CH4 dizolvat măsurate permanent în apa de suprafață de-a lungul liniei navei în anumite mări în 2011 și 2012 sunt prezentate în diferite culori; maro - Marea Japoniei; albastru închis - Marea Okhotsk; portocaliu - Marea Bering; verde - Marea Chukchi; mov - Marea Barents; albastru deschis - Marea Siberiană de Est; galben - Marea Kara, roșu - Marea Laptev; umbra cenușie prezintă setul combinat de date obținut în apele de suprafață din mările Laptev și estul siberian în septembrie - octombrie 2004–2012 prin eșantionare folosind o sticlă Niskin (modificată după [75]).

Distribuția carbonului organic total (Corg) în sedimentele de suprafață vs. starea actuală a permafrostului submarin și a fluxurilor de CH4 de la fundul mării/suprafața mării în ESAS. (a) Procentul de Corg din sedimentele de suprafață peste raftul arctic est-siberian (ESAS); (b) ratele fluxurilor de CH4 observate în ESAS vs. rezultatele modelării permafrostului. Zonele marcate în corali reprezintă zone în care se prevede că permafrostul submarin prezintă cele mai avansate etape de degradare din cauza duratei inundațiilor; zonele marcate cu galben reprezintă zone de talikuri modelate care se dezvoltă din cauza factorilor geologici (defecte) și a efectului de încălzire al deversării râurilor; zonele marcate cu albastru reprezintă zonele în care permafrostul submarin rămâne probabil cel mai puțin dezintegrat. Culoarea gri arată terenul modificat din [21].

Creșterea suprafețelor de defecte polynyas (km 2) care alcătuiesc Marea Polynya siberiană observată pe parcursul a două decenii: ESZ - Eastern Severnaya Zemlya polynya, NT - Northeastern Taimyr polynya, T - Taimyr polynya, AL - Anabar Lena polynya, WNS - Western New Siberian polynya, NS - Noua polynya siberiană, după [83]. O zonă a zonelor umede siberiene este prezentată ca o linie punctată roșie [84].

Distribuția Corg în sedimentele de suprafață ale Oceanului Mondial (WO) (după [88]). Punctele albastre marchează poziția depozitelor de hidrat descoperite sau prezise.

Distribuția stațiilor oceanografice efectuate pe ESAS în perioada 1999-2017. Stațiile oceanografice efectuate de autori (n> 2700) sunt prezentate ca puncte roșii; pista navei de IB Oden (2014) este prezentată ca o linie neagră continuă; stațiile oceanografice efectuate de participanții la croazieră la bordul IB Oden (etapa 1, n = 67) sunt prezentate ca puncte roșii suprapuse pe linia neagră.

Abstract

1. Introducere

57% (1,25 × 10 6 km 2) din fundul mării Est Siberian Arctic Shelf (ESAS) [14]. S-a sugerat că destabilizarea raftului de hidrați arctici ar putea duce la îmbunătățirea pe scară largă a CH4 apos, dar acest proces a fost ipotezat ca fiind neglijabil pe o scară de deceniu - secol [15]. AO) nu a fost considerată o posibilă sursă de CH4 în atmosferă până foarte recent [16,17,18].

2. Componentele majore ale sistemului ESAS Permafrost - Hydrate

2.1. Caracteristici specifice mediului ESAS

50 m, Figura 1a) și locație, ESAS are o istorie climatologică unică; datorită variațiilor nivelului mării cauzate de glaciația în epocile climatice reci sau de topirea ghețarilor în epocile calde, întreaga zonă a ESAS este supusă periodic condițiilor uscate (terestre) sau scufundate (marine) [23].

2.2. Starea actuală a permafrostului submarin

6 cm y -1 în anii anteriori de la inundare [22]. Aceste rate indică o îmbunătățire semnificativă a procesului de dezintegrare a permafrostului în ultimele trei decenii. Temperatura miezului de sedimente extrasă din forajul submarin a variat de la -3 ° C la +1 ° C [22]. Într-un miez de sedimente, forat în 2011 până la 57 m sub fundul mării, stratul de sediment de suprafață a prezentat cea mai scăzută temperatură de -1,8 ° C, dar a fost în întregime înghețat datorită conținutului ridicat de sare. Straturile inferioare de sedimente au fost, de asemenea, neînghetate, în ciuda nivelului scăzut de mineralizare din sedimente. Pentru comparație, un miez de sedimente la sol obținut din forajul Chay-Tumus a fost cu 8-12 ° C mai rece decât cel recuperat în studiul nostru [22,38].

3. Hidrații arctici în ESAS

3.1. Istoria subiectului

3.2. Mecanismul originării hidratului arctic

3.3. Schema principală a sistemului Permafrost - Hidrați

50 m, UB al HSZ ar avea loc la

100 m sub fundul mării (dacă densitatea sedimentului este de

4. Caracteristici specifice lansărilor CH4 în ESAS (1994–2017)

4.1. Evaluarea fluxului pe baza datelor observaționale

S-a calculat 8 Tg C - CH4 de la ESAS la atmosferă, care nu includea eliminarea din câmpurile de infiltrare, deoarece înțelegerea rolului și contribuției CH4 purtate cu bule în acel moment a fost insuficientă din cauza lipsei de observații. O schimbare generală a focalizării către investigarea ebullition a avut loc în 2009, după ce am înregistrat hidroacustic mai multe structuri asemănătoare unei flăcări provenite din sedimente, creând un subsol CH4 maxim în apa de mare [20,21].

10% din punctele fierbinți ESAS, fluxul de CH4 provocat de furtuni și de barbotare din punctele fierbinți ESAS în atmosferă au fost estimate la 9 Tg CH4 anual, crescând estimarea emisiilor totale de ESAS CH4 în atmosferă la 17 Tg an -1 [20].

50% din timp, am estimat un flux mediu de 0,044 mmol-CH4 s -1, corespunzător la 3,4 mol-CH4 d -1 sau 54,4 g d -1 dintr-o singură ieșire.

100–500 de ani, înlocuind un fost lac termokarst. Eliberarea bulelor a avut loc de la depresiuni înguste și abrupte aliniate paralel cu marginea nordică a lagunei. Secțiunile transversale ale bulelor emise din 17 scurgeri observate în laguna Ivashkina au fost înregistrate timp de 36 de ore folosind sonar portabil cu un singur fascicul, care a fost calibrat in situ în aceeași campanie. În laguna Ivashkina, fluxurile de CH4 observate în octombrie 2013 au variat între 5 și 24 g m −2 d −1 [21].

4.2. Atribuirea fluxului la statul Permafrost și contribuția sursă

4.3. Factori care controlează emisiile CH4

De 3 ori mai lung decât perioada de apă deschisă, fluxul de CH4 în timpul spargerii gheții ar putea fi substanțial. Acest flux ar putea fi ușor atenuat datorită oxidării CH4 din coloana de apă. S-a arătat că timpul de oxidare a CH4 poate varia de la 36 de zile în apropierea Deltei Lena [80] până la 1000 de zile mai departe în larg [21]. Convecția de toamnă la sfârșitul lunii septembrie și începutul lunii octombrie este deosebit de importantă deoarece, în acest moment, probabilitatea pătrunderii convecției până la fundul mării poate ajunge la 40-50% peste suprafața totală a ESAS; în apele puțin adânci (−1 și limita dintre suprafața mării și aer crește de multe ori datorită amestecului de apă adâncă. Astfel de evenimente au potențialul de a ventila rapid CH4 transportat și dizolvat cu bule din coloana de apă, producând rate ridicate de emisie în atmosferă. Deoarece> 75% din suprafața totală ESAS este

4.4. Contribuția ESAS la fondul global de hidrați

1 km grosime, în timp ce pe rafturile continentale ajunge

3-4 km; concentrațiile de Corg variază peste sedimentele WO cu un factor de 10, cu cele mai scăzute niveluri găsite în zona pelagică a WO (

80% din WO) și cele mai înalte niveluri găsite în sedimentele de pe platoul continental al AO (Figura 8). Dintre toate rafturile continentale ale WO, ESAS este cel mai mare, iar drapul său sedimentar atinge o grosime de până la 15 km, cu concentrații ridicate de Corg distribuite în tot. Pentru că ESAS compune

8% din platforma continentală WO, fracțiunea sa sedimentară de drapaj și fracțiunea ponderată în grosime singură ar putea conține 15-20% din inventarul global Corg; Corg furnizează substratul pentru producția de CH4. Întregul raft arctic ar putea contribui de două sau trei ori mai mult Corg decât oferă ESAS.

100 kYrs) ˃800 Gt de CH4 s-ar fi putut acumula în fundul mării ESAS ca fluxuri potențiale amânate. Această cantitate de gaz preformat conservat în ESAS sugerează un potențial pentru o posibilă eliberare masivă/bruscă de CH4, fie din hidrați destabilizatori, fie din acumulări de gaz libere sub permafrost; o astfel de lansare necesită doar un declanșator.