.png)
.png)
.png)
Послать статью по эл. почте 
Влияние диффузии соли в донных отложениях на состояние субаквальной мерзлоты и зоны стабильности метангидратов арктического шельфа
Аннотация
Проведен модельный анализ засоления донных отложений морской водой после затопления шельфа морем на состояние подводной мерзлоты. Результаты моделирования показали, что за счет засоления донных отложений современная верхняя граница многолетнемерзлых пород (ММП) расположена на глубине 10-25 м ниже морского дна в зависимости от современной глубины шельфа. Учет диффузии соли в задачах исследования динамики субаквальной мерзлоты является необходимым при определении положения верхней границы субаквальной мерзлоты, а также при расчете скорости ее деградации. В частности учёт переноса соли способен в несколько раз изменить как современное значение, так и скорость смещения верхней границы ММП по сравнению со случаем неизменной во времени солёности (а, следовательно, и с постоянной во времени температуры замерзания). Для глубины расположения нижней границы ММП подобное влияние оказывается незначительным и приводит к неопределенности результатов, не превышающей 10%. Влияние соли на характеристики зоны стабильности метангидратов в субаквальных мерзлых породах незначительно.
Ключ. слова
Об авторах
Валентина Владимировна МалаховаРоссия
Лаборатория математического моделирования процессов в атмосфере и гидросфере,
к.ф.-м.н.
старший научный сотрудник
Алексей Викторович Елисеев
Россия
д.ф.-м.н.,
ведущий научный сотрудник
Список литературы
1. Romanovskii N.N., Hubberten H.W., Gavrilov A.V., Eliseeva A. A. , Tipenko G. S. Offshore permafrost and gas hydrate stability zone on the shelf of East Siberian Seas // Geo-Mar. Lett. 2005. V. 25. № 2–3. P. 167–182. https://doi.org/10.1007/s00367-004-0198-6.
2. Malakhova V.V., Eliseev A.V. The role of heat transfer time scale in the evolution of the subsea permafrost and associated methane hydrates stability zone during glacial cycles // Glob. Planet. Change. 2017. V. 157. P. 18-25. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2017.08.007.
3. Rachold V., Bolshiyanov D.Yu., Grigoriev M.N., Hubberten H-W., Junker R., Kunitsky V.V., Merker F., Overduin P., Schneider W. Near-shore Arctic subsea permafrost in transition // EOS Trans Am Geophys Union. 2007. V. 88. № 13. P. 149–156. https://doi.org/10.1029/2007EO130001.
4. Dmitrenko I., Kirillov S., Tremblay L., Kassens H., Anisimov O., Lavrov S., Razumov S., Grigoriev M. Recent changes in shelf hydrography in the Siberian Arctic: Potential for subsea permafrost instability // J. Geophys. Res. 2011. V.116. № C10. C10027. https://doi.org/10.1029/2011JC007218.
5. Frederick J.M., Buffett B.A. Taliks in relict submarine permafrost and gas hydrate deposits: Pathways for methane escape under present and future conditions // J. Geophys. Res. Earth Surf. 2014. V. 119. P. 106–122. https://doi.org/10.1002/2013JF002987.
6. Majorowicz J., Osadetz K., Safanda J. Models of Talik, Permafrost and Gas Hydrate Histories—Beaufort Mackenzie Basin, Canada // Energies. 2015. V. 8. P. 6738–6764.
7. Tinivella U., Giustiniani M., Marin Moreno H. A quick-look method for initial evaluation of gas hydrate stability below subaqueous permafrost // Geosciences. 2019. V. 9. № 8. P.329. https://doi.org/10.3390/geosciences9080329.
8. Chuvilin E., Bukhanov B., Davletshina D., Grebenkin S., Istomin V. Dissociation and Self-Preservation of Gas Hydrates in Permafrost // Geosciences. 2018. V. 8. № 12. P. 431. https://doi.org/10.3390/geosciences8120431.
9. Ruppel C. D., Kessler J. D. The interaction of climate change and methane hydrates // Reviews of Geophysics. 2017. V.55. № 1. P. 126-168. https://doi.org/10.1002/2016RG000534.
10. You K., Flemings P. B., Malinverno A., Collett T. S., Darnell K. Mechanisms of methane hydrate formation in geological systems // Reviews of Geophysics. 2019. V. 57. № 4. P. 1146–1196. https://doi.org/10.1029/2018RG000638
11. Анисимов О.А., Борзенкова И.И., Лавров С.А., Стрельченко Ю.Г. Современная динамика подводной мерзлоты и эмиссия метана на шельфе морей Восточной Арктики // Лед и снег. 2012. Т.52. № 2. С. 97-105.
12. Разумов С.О., Спектор В.Б., Григорьев М.Н. Модель позднекайнозойской эволюции криолитозоны шельфа западной части моря Лаптевых // Океанология. 2014. Т.54. № 5. С. 679-693.
13. Елисеев А.В., Малахова В.В., Аржанов М.М., Голубева Е.Н., Денисов С.Н., Мохов И.И.. Изменение границ многолетнемёрзлого слоя и зоны стабильности гидратов метана на арктическом шельфе Евразии в 1950-2100 гг. // ДАН. 2015. Т. 465. №5. С. 598-603.
14. Nicolsky D.J., Romanovsky V.E., Romanovskii N.N., Kholodov A.L., Shakhova N.E., Semiletov I.P. Modeling sub-sea permafrost in the East Siberian Arctic Shelf: The Laptev Sea region // J. Geophys. Res.: Earth Surface. 2012. V.117. № F3. F03028.
15. Overduin P. P., Schneider von Deimling T., Miesner F., Grigoriev M. N., Ruppel C. D., Vasiliev A., Lantuit H., Juhls B., Westermann S. . Submarine permafrost map in the Arctic modeled using 1‐D transient heat flux (SuPerMAP) // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2019. V. 124. № 6. P. 3490– 3507. https://doi.org/10.1029/2018JC014675.
16. Малахова В.B., Елисеев А.В. Влияние рифтовых зон и термокарстовых озёр на формирование субаквальной мерзлоты и зоны стабильности метаногидратов шельфа моря Лаптевых в плейстоцене // Лёд и Снег. 2018. Т. 58. № 2. С. 231-242. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2018-2-231-242.
17. Brouchkov A. Salt and water transfer in frozen soils induced by gradients of temperature and salt content // Permafrost and Periglacial Processes. 2000. V. 11. № 2. P. 153–160.
18. Portnov A., Mienert J., Serov P. Modeling the evolution of climate sensitive Arctic subsea permafrost in regions of extensive gas expulsion at the West Yamal shelf // J. Geophys. Res.: Biogeosciences. 2014. V. 119. № 11. P. 2082-2094. https://doi.org/10.1002/2014JG002685.
19. Yang D., Xu W. Effects of salinity on methane gas hydrate system // Science in China Series D-Earth Sciences. 2007. V. 50. P. 1733–1745. https://doi.org/10.1007/s11430-007-0126-5.
20. Thornton B. F., Prytherch J., Andersson K., Brooks I. M., Salisbury D., Tjernström M., Crill P. M. Shipborne eddy covariance observations of methane fluxes constrain Arctic sea emissions // Sci. Adv. 2020. V.6. № 5. P. eaay7934. https://doi.org/10.1126/sciadv.aay7934.
21. Ghanbarian B., Hunt A. G., Ewing R. P., Sahimi M. Tortuosity in Porous Media: A Critical Review // Soil Sci. Soc. Am. J. 2013. V. 77. № 5. P.1461-1477. https://doi.org/10.2136/sssaj2012.0435
22. Koven C., Friedlingstein P., Ciais P., Khvorostyanov D., Krinner G., Tarnocai, C. On the formation of high‐latitude soil carbon stocks: Effects of cryoturbation and insulation by organic matter in a land surface model // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. P. L21501. doi:10.1029/2009GL040150.
23. Boudreau B.P. Is burial velocity a master parameter for bioturbation? // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1994. V. 58. № 4. P. 1243-1249. doi: 10.1016/0016-7037(94)90378-6.
24. Stepanenko, V., Mammarella, I., Ojala, A., Miettinen, H., Lykosov, V., Vesala, T. LAKE 2.0: a model for temperature, methane, carbon dioxide and oxygen dynamics in lakes // Geoscientific Model Development. 2016. V. 9. № 5. P. 1977–2006. http://doi.org/10.5194/gmd-9-1977-2016
25. Лавров С.А., Анисимов О.А. Моделирование гидротермического режима грунтов: описание физически полной динамической модели и сравнение данных расчетов и наблюдений // в кн. Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2011. Т.24. С. 241-255.
26. Галушкин Ю.И., Ситар К.А., Фролов С.В. Формирование и деградация криогенных толщ на Уренгойской и Куюмбинской площадях Сибири. Часть 1. Применение системы моделирования осадочных бассейнов ГАЛО // Криосфера Земли. 2012. Т. XVI. № 1. С. 3-11.
27. Moridis G.J. Numerical studies of gas production from methane hydrates // Society of Petroleum Engineers Journal. 2003. V. 32. №. 8. P. 359-370.
28. Bauch H. A., Mueller-Lupp T., Taldenkova E., Spielhagen R. F., Kassens H., Grootes P. M., Thiede J., Heinemeier J., Petryashov V. V. Chronology of the Holocene transgression at the North Siberian margin // Global Planet. Change. 2001. V.31. №1-4. P. 125–139.
29. Waelbroeck C., Labeyrie L., Michel E., Duplessy J., McManus J., Lambeck K., Balbon E., Labracherie M. Sea-level and deep water temperature changes derived from benthic foraminifera isotopic records // Quat. Sci. Rev. 2002. V. 21. №1-3. P. 295-305.
30. Malakhova V.V., Eliseev A.V. Influence of the uncertainty of the sea level data for the Pleistocene glacial cycles on the analysis of the subsea sediments thermal state // Proc. SPIE, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 2019. V. 11208. P. 112086Q. https://doi.org/10.1117/12.2539017.
31. Petit J., Jouzel J., Raynaud D., Barkov N. I., Barnola J.-M., Basile I., Bender M., Chappellaz J., Davis M., Delaygue G., Delmotte M., Kotlyakov V. M., Legrand M., Lipenkov V. Y., Lorius C., Pépin L., Ritz C., Saltzman E., Stievenard M. Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok Ice Core, Antarctica // Nature. 1999. V. 399. P. 429–436.
32. Golubeva E. , Platov G. , Malakhova V. , Kraineva M., Iakshina D. Modelling the Long-Term and Inter-Annual Variability in the Laptev Sea Hydrography and Subsea Permafrost State // Polarforschung, Bremerhaven, Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research. 2018. V. 87. № 2. P. 195- 210. doi: 10.2312/polarforschung.87.2.195.
33. Davies J. H. Global map of Solid Earth surface heat flow // Geochem. Geophyst. Geosyst. 2013. V. 14. № 10. P. 4608-4622.
34. Фотиев С.M. Современные представления об эволюции криогенных областей Западной и Восточной Сибири в плейстоцене и голоцене (Сообщение 2) // Криосфера Земли. 2006. Т. X. № 2. C. 3–26.
35. Davie M K, Zatsepina O Y, Buffett B A. Methane solubility in marine hydrate environments // Mar Geol. 2004. V. 203. P. 177―184.
Дополнительные файлы
|
|
1. Рисунок1 | |
| Тема | ||
| Тип | Результаты исследования | |
Посмотреть
(1MB)
|
Метаданные | |
|
|
2. Рисунок2 | |
| Тема | ||
| Тип | Результаты исследования | |
Посмотреть
(113KB)
|
Метаданные | |
|
|
3. Рисунок3 | |
| Тема | ||
| Тип | Результаты исследования | |
Посмотреть
(770KB)
|
Метаданные | |
|
|
4. Рисунок4 | |
| Тема | ||
| Тип | Результаты исследования | |
Посмотреть
(125KB)
|
Метаданные | |
|
|
5. Рисунок5 | |
| Тема | ||
| Тип | Результаты исследования | |
Посмотреть
(118KB)
|
Метаданные | |
|
6. Рисунки | |
| Тема | ||
| Тип | Результаты исследования | |
Скачать
(1MB)
|
Метаданные | |
Для цитирования: Малахова В.В., Елисеев А.В. Влияние диффузии соли в донных отложениях на состояние субаквальной мерзлоты и зоны стабильности метангидратов арктического шельфа. Лёд и Снег. 2020;60(4).
For citation: ., . . Ice and Snow. 2020;60(4).
Обратные ссылки
- Обратные ссылки не определены.
ISSN 2076-6734 (Print)
ISSN 2412-3765 (Online)