Endogenous factors influencing the ice conditions of navigation along the Northern Sea Route

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅或者付费存取

详细

The article presents the results of a study of the deep factors influence on the spatial and temporal patterns of the the ice cover formation of the Arctic shelf cryolithozone. The main source of ice information is satellite remote sensing data, which are necessary to solve scientific and practical problems of the Northern Sea Route development. The paper presents a comparative analysis of data from satellite monitoring of the ice cover thickness with petrophysical Earth's crust sections and lithospheric magnetic anomalies measured on the CHAMP satellite. To identify the structural features of the lithosphere that affect the formation of the ice cover, petrophysical sections crossing the zones of accelerated ice melting were constructed: density–based on gravity anomalies, magnetic–based on anomalies of the Earth's magnetic field module. In the zones of potential accumulation of gas hydrates in the Arctic seas of the Northern Sea Route, channels of endogenous fluid-dynamic factor influence have been identified. This made it possible to make a forecast of the areas of occurrence of deep origin emergencies caused by the mantle fluid flows migration. Based on the analysis of deep petrophysical sections in the zones of gas hydrate development near the Northern Sea Transport Magistral, the authors have identified through taliks at the thermofluid channels output. In areas of the Laptev Sea, where, according to geochemical studies, methane emissions of deep genesis have been confirmed, the sub-vertical trajectories of fluid flows approaching the seafloor from a depth of 25-30 km have been traced in deep sections. During the work the work, an assessment was made of the most likely location of endogenous natural hazards in areas of gas hydrates accumulation and in areas with a high level of bottom sediments gas saturation in the Barents, Kara, East Siberian, Chukchi Seas and the Laptev Sea. The study of the influence of the fluid-dynamic factor on the Northern Sea Transport Corridor ice regime will optimize the choice of the safest transport and logistics routes for uninterrupted year-round navigation.

全文:

受限制的访问

作者简介

A. Petrova

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: aa_petrova@inbox.ru

Saint-Petersburg Branch

俄罗斯联邦, St. Petersburg

O. Latysheva

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of Russian Academy of Sciences

Email: l-olli@yandex.ru

Saint-Petersburg Branch

俄罗斯联邦, St. Petersburg

参考

  1. Григорьев М.Н. Задачи развития северного морского пути как составной части комплексной транспортной системы Арктической зоны России // Научные труды ВЭО России. 2022. Т. 233. С. 110–132.
  2. Григорьев М.Н, Монько Н.А. О развитии стабильной круглогодичной транспортировки СПГ по Северному морскому пути // Газовый бизнес. 2020. № 2. С. 29–33.
  3. Копытенко Ю.А., Петрова А.А. Результаты разработки и применения компонентной модели магнитного поля Земли в интересах магнитной картографии и геофизики // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9. № 2. С. 88–106.
  4. Копытенко Ю.А., Петрова А.А. Мировые карты компонент магнитного поля Земли эпохи 2020 // сб. тр. XV Всероссийской конференции “Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики”. СПб. 2020. С. 288–291.
  5. Bonvalot S., Balmino G., Briais A. et al. World Gravity Map // Commission for the Geological Map of the World. Eds. BGI-CGMW-CNES-IRD. Paris. 2012. http://bgi.omp.obs-mip.fr.
  6. Петрова А.А. Методика спектрально-пространственного анализа геомагнитного поля // Геофизический сборник АН УССР. 1977. Вып. 76. С. 55–66.
  7. Петрова А.А., Копытенко Ю.А. Флюидные системы Мамско-Бодайбинской минерагенической зоны Северного Забайкалья // Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле. 2019. Вып. 41. № 1. С. 37–53. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2019-1-41-37-53
  8. Petrov O., Morozov A., Shokalsky S. et al. Crustal structure and tectonic model of the Arctic region // Earth-Science Reviews. 2016. V. 154. P. 29–71.
  9. Петрова А.А., Латышева О.В., Копытенко Ю.А. Специфика литосферы зоны многолетней мерзлоты Восточной Сибири // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2021. Вып. 49. № 1. С. 36–52. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2021-1-49-36-52
  10. Миронов Е.У., Клячкин С.В., Макаров Е.И. и др. Особенности ледовых процессов в осенний период 2021 г. в морях Российской Арктики и оценка оправдываемости ледовых прогнозов // Российская Арктика. 2021. Т. 4. № 15. С. 40–53. https://doi.org/10.24412/2658-4255-2021-4-40-53
  11. Фильчук К.В., Коробов В.Б., Юлин А.В. и др. Влияние наблюдаемых изменений климатических условий на хозяйственную деятельность в морях Российской Арктики // Российская Арктика. 2022. № 17. С. 21–33. https://doi.org/10.24412/2658-4255-2022-2-21-33
  12. Юлин А.В., Тимофеева А.Б., Павлова Е.А. и др. Межгодовая и сезонная изменчивость ледовитости российских арктических морей в современном климатическом периоде // Труды Государственного Океанографического института имени Н.Н. Зубова. 2019. № 220. С. 44–60.
  13. Егоров А.Г. Летняя кромка льдов и осенние сроки устойчивого ледообразования в морях Лаптевых, Восточно-Сибирском и Чукотском в 1981–2018 гг. // Лед и Снег. 2021. Т. 61. № 1. С. 117–127. https://doi.org/10.31857/S2076673421010075
  14. Петрова А., Латышева О. Воздействие флюидодинамического фактора на формирование и изменения ледяного покрова в Северном Ледовитом океане // Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле. 2023. № 3 (59). C. 53–66. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2023-3-59-53-66
  15. Петрова А.А., Латышева О.В. Исследование перспективных районов круглогодичного судоходства в Арктике по геофизическим данным // Сб. тр. Всероссийской конференции “II Лаверовские чтения. Арктика: актуальные проблемы и вызовы”. Архангельск. 2023. С. 78–82.
  16. Петрова А.А., Латышева О.В., Копытенко Ю.А. Глубинное строение Арктики и Антарктики по магнитным аномалиям компонент и аномалиям силы тяжести // Косм. исслед. 2022. Т. 60. № 4. С. 331–347. https://doi.org/10.31857/S0023420622030086
  17. Петрова А. А., Латышева О. В., Копытенко Ю. А. Природные явления эндогенного происхождения в Арктическом бассейне // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2020. Вып. 48. № 4. С. 37–53. https://doi.org/10.31431/1816–5524-2020-4-48-49-63
  18. Петрова А.А., Латышева О.В., Копытенко Ю.А. Роль глубинных факторов в разрушении ледового покрова на трассах Северного Морского пути // Материалы VII Всероссийской научной конференции “Проблемы военно-прикладной геофизики и контроля состояния природной среды”. Санкт-Петербург: Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского. 2022. С. 118–122.
  19. Копытенко Ю.А., Латышева О.В., Петрова А.А. Влияние разломных зон земной коры на эволюцию толщины и кромки ледяного покрова Арктики // Труды Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. 2020. Вып. 674. С. 207–212.
  20. Петрова А.А., Петрищев М.С., Копытенко Ю.А. и др. Выявление флюидоподводящих каналов в Арктических морях по аномалиям магнитного и гравитационного полей // Материалы Всероссийской конференции: Глобальные проблемы Арктики и Антарктики. ФИЦКИА РАН. Архангельск. 2020. С. 810–815.
  21. Павленкова Н.И. Природа региональных сейсмических границ в земной коре и верхней мантии // Материалы XIX Международной конференции “Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле”. Москва – Борок. 2018. Т. 1. С. 250–253.
  22. Павленкова Н.И. Роль флюидов в формировании неоднородности земной коры и верхней мантии // Сб. тр. Конф. Современная тектонофизика. Методы и результаты. Москва. 2013. С. 56–68.
  23. Богоявленский В.И., Богоявленский И.В. Триггерные связи в геологической среде в процессе природной и антропогенной дегазации Земли // Сб. тезисов VI Международной конференции “Триггерные эффекты в геосистемах”. Москва. 2022. С. 126.
  24. Лобковский Л.И., Баранов А.А., Габсатаров Ю.В. и др. Возможный сейсмогенно-триггерный механизм активизации разрушения ледников, эмиссии метана и потепления климата в Арктике и Антарктике // Сб. тезисов VI Международной конференции “Триггерные эффекты в геосистемах”. Москва. 2022. С. 211–212.
  25. Шипилов Э.В., Лобковский Л.И., Шкарубо С.И. и др. Геодинамические обстановки в зоне сопряжения хребта Ломоносова и Евразийского бассейна с континентальной окраиной Евразии // Геотектоника. 2021. № 5. С. 3–26. https://doi.org/10.31857/S0016853X21050076
  26. Малинин В.Н., Вайновский П.А. К оценке сроков полного очищения морей Российской Арктики ото льда в летний период // Российская Арктика. 2022. № 16. С. 8–23. https://doi.org/10.24412/2658-4255-2022-1-08-23
  27. Lucazeau F. Analysis and mapping of an updated terrestrial heat flow data set // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2019. V. 20. Iss. 8. P. 4001–4024. https://doi.org/10.1029/2019GC008389.
  28. Artemieva I.M. Global 1°×1° thermal model TC1 for the continental lithosphere: implications for lithosphere secular evolution // Tectonophysics. 2006. V. 416. P. 245–277. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2005.11.022
  29. Летников Ф.А. Глубинные флюиды континентальной литосферы // Материалы всероссийского совещания “Флюидный режим эндогенных процессов континентальной литосферы”. ИЗКСОРАН. Иркутск. 2015. С. 11–21.
  30. Thebault E., Purucker M., Whaler K.A. et al. The magnetic field of the Earth’s lithosphere // Space Science Reviews. 2010. V. 155. P. 95–127. https://doi.org/10.1007/s11214-010-9667-6
  31. Thebault E., Vigneron P., Langlais B. et al. Swarm lithospheric magnetic field model to SH degree 80 // Earth, Planets and Space. 2016. V. 68. Art. ID. 126. https://doi.org/10.1186/s40623-016-0510-5
  32. Петрова А.А., Петрищев М.С. Флюидные системы Средиземноморья // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2011. Вып. 17. № 1. С. 23–33.
  33. Павленкова Н.И. Структура земной коры и верхней мантии и механизм движения глубинного вещества // Вестник ОГГГГН РАН. 2001. № 4(19). С. 1–18.
  34. Летников Ф.А. Флюидный режим эндогенных процессов континентальной литосферы // Сб. материалов совещания “Флюидный режим эндогенных процессов континентальной литосферы”. 2015. Иркутск. Институт земной коры СО РАН. С. 11–23.
  35. Фролов И.Е., Гудкович З.М., Карклин В.П. и др. Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических систем. Морской лед / под. ред. С. М. Семенова. Москва: Росгидромет, 2012. 512 с.
  36. Миронов Е.У., Клячкин С.В., Смоляницкий В.М. и др. Современное состояние и перспективы исследований ледяного покрова морей российской Арктики // Российская Арктика. 2020. Т. 3(10). С. 13–29. https://doi.org/10.24411/2658-4255-2020-12102
  37. Павленко В.И. Арктическая зона Российской Федерации в системе обеспечения национальных интересов страны // Арктика: экология и экономика. 2013. № 4(12). С. 16–25.
  38. Shakhova N., Semiletov I., Chuvilin E. Geosciences Understanding the Permafrost–Hydrate System and Associated Methane Releases in the East Siberian Arctic Shelf // Geosciences. 2019. V. 9. Iss. 6. P. 1–23. https://doi.org/10.3390/geosciences9060251
  39. Petrova A.A., Latysheva O.V., Petrova A.I. Specifics of the Earth’s Crust Structure in the Potential Gas Hydrate Accumulation Zones of the Arctic Basin // Problems of Geocosmos. 2020. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham. 2022. P. 25–39. https://doi.org/10.1007/978-3-030-91467-7_3
  40. Богоявленский В.И., Богоявленский И.В. Анализ состояния, перспектив и проблем освоения ресурсов углеводородов и угля в Арктике в связи с экономическими, геополитическими и технологическими реалиями // Научные труды ВЭО России. 2021. Т. 228. № 2. С. 154–180. https://doi.org/10.38197/2072-2060-2021-228-2-154-180
  41. Лобковский Л.И., Никифоров С.Л., Дмитревский Н.Н. и др. О процессах газовыделения и деградации подводных многолетнемерзлых пород на шельфе моря Лаптевых // Океанология. 2015. Т. 55. № 2. С. 312–320.
  42. Богоявленский В.И., Казанин А.Г., Кишанков А.В. и др. Дегазация Земли в Арктике: комплексный анализ факторов мощной эмиссии газа в море Лаптевых // Арктика: экология и экономика. 2021. Т. 11. № 2. С. 178–194. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2021-2-178-194
  43. Shakhova N., Semiletov I, Sergienko V. et al. The East Siberian Arctic Shelf: towards further assessment of permafrost-related methane fluxes and role of sea ice // Phil. Trans. R. Soc. A. 2015. V. 373. Iss. 2052. Art.ID. 37320140451. http://doi.org/10.1098/rsta.2014.0451
  44. Богоявленский В.И., Кишанков А.В., Казанин Г.А. Опасные газонасыщенные объекты на акваториях мирового океана: Восточно-Сибирское море // Арктика: экология и экономика. 2022. Т. 12. № 2. С. 158–171. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2022-2-158-171
  45. Масуренков Ю.П., Слезин Ю.Б., Собисевич А.Л. Газовые шлейфы у острова Беннетта // Изв. РАН. Сер. геогр. 2013. № 3. С. 86–95. https://doi.org/10.15356/0373-2444-2013-3-86-95
  46. Богоявленский В.И., Кишанков А.В. Опасные газонасыщенные объекты на акваториях Мирового океана: Чукотское море (Россия и США) // Арктика: экология и экономика. 2020. № 2(38). С. 45–58. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2020-2-45-58
  47. Богоявленский В.И., Кишанков А.В., Казанин А.Г. Распространение субаквальной мерзлоты в море Лаптевых по данным сейсморазведки методом преломленных волн // Арктика: экология и экономика. 2023. Т. 13. № 4. С. 501–515. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2023-4-501-515
  48. Bogoyavlenskiy V., Kishankov A., Yanchevskaya A. et al. Forecast of Gas Hydrates Distribution Zones in the Arctic Ocean and Adjacent Offshore Areas // Geosciences. 2018. V. 8. Iss. 12. P. 453–470. https://doi.org/10.3390/geosciences8120453
  49. Гинсбург Г.Д., Соловьев В.А. Субмаринные газовые гидраты. СПб: ВНИИ Океангеология, 1994. 199 с.
  50. Грамберг И.С., Додин Д.А., Лаверов Н.П. и др. Арктика на пороге третьего тысячелетия (ресурсный потенциал и проблемы экологии) / гл. ред. И.С. Грамберг, Н.П. Лаверов; Отв. ред. Д.А. Додин. ВНИИОкеангеология. СПб.: Наука, 2000.
  51. Chuvilin E., Bukhanov B., Davletshina D. et al. Dissociation and Self-Preservation of Gas Hydrates in Permafrost // Geosciences. 2018. V. 8. Art.ID. 431. https://doi.org/10.3390/geosciences8120431
  52. Логвина Е.А., Матвеева Т.В., Бочкарев А.В. и др. Анализ технологических и технических достижений в области изучения субаквальных газовых гидратов и возможность их применения в арктических морях России // Арктика: экология и экономика. 2020. № 4(40). С. 66–76. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2020-4-66-76
  53. Елисеев А.В., Малахова В.В., Аржанов М.М. и др. Изменение границ многолетнемерзлого слоя и зоны стабильности гидратов метана на арктическом шельфе Евразии в 1950–2100 гг. // Доклады Академии наук. 2015. Т. 465. № 5. С. 598–603.
  54. Голубева Е.Н., Малахова В.В., Платов Г.А. и др. Динамика и тенденции изменения состояния вод и криолитозоны моря Лаптевых в XX–XXI в. // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 6. С. 529–535.
  55. Малахова В.В., Голубева Е.Н. Оценка устойчивости состояния мерзлоты на шельфе Восточной Арктики при экстремальном сценарии потепления в XXI в. // Лед и Снег. 2016. Т. 56. № 1. С. 61–72. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2016-1-61-72
  56. Shakhova N.E., Semiletov I.P., Sergienko V.I. The contribution of the East Siberian shelf to the modern methane cycle // Herald of the Russian Academy of Sciences. 2009. V. 79. Iss. 3. P. 237–246.
  57. Yakushev V.S., Semenov A.P., Bogoyavlensky V.I et al. Experimental modeling of methane release from intrapermafrost relic gas hydrates when sediment temperature change // Cold Reg. Sci. Technol. 2018. V. 149. P. 46–50.
  58. Малахова В.В. Математическое моделирование многолетней динамики подводной мерзлоты Арктического шельфа // Сб. материалов 9-го Международного научного конгресса “Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2014”. 2014. Т. 4. № 1. С. 136–140.
  59. Chuvilin E., Davletshina D., Ekimova V. et al. Role of Warming in Destabilization of Intrapermafrost Gas Hydrates in the Arctic Shelf: Experimental Modeling // Geosciences. 2019. V. 9. Iss. 10. Art.ID. 407. https://doi.org/10.3390/geosciences9100407

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. State and thickness of ice covers in the Arctic seas of Russia in winter (a) and autumn (b) periods of 2023. Channels of thermofluid reworking of the earth's crust in the Laptev Sea: (c) - on the density section, the base is the winter ice cover of 2019; (d) - on the magnetic section, the base is the winter ice cover of 2020. Legend: 1 - SMTC; 2 - NSR routes; 3 - position of deep section profiles; 4 - gas seep zone [42]; 5 - seas and tectonic structures [25]: 1 - Barents Sea; 2 - Kara Sea; 3 - Laptev Sea; 4 - East Siberian Sea; 5 - Chukchi Sea; 6 - Mendeleev Ridge; 7 — Podvodnikov Basin (6 and 7 are part of the area of areal trap magmatism of the Central Arctic Province); 8 — Khatanga-Lomonosov fault zone; 9 — Laptev Sea rift sedimentary basin

下载 (121KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Geophysical characteristics of the Arctic shelf cryolithozone: anomalies of the F module of the Arctic shelf zone (CHAMP spacecraft): (a) — height 100 km; (b) — height 400 km; (c) — magnetization of crustal rocks (depth ~20 km); (d) — heat flow [27]; (d) — gas hydrate zones; (e) — ice massifs [35]. Legend: 1 — SMTC; 2 — NSR routes; 3 — position of deep section profiles; 4 — gas hydrates [38]; 5 — studied water areas: 1 — Barents Sea; 2 — Kara Sea; 3 — Laptev Sea; 4 — East Siberian Sea; 5 — Chukchi Sea; 6 — ice massifs [35]: 1 — Novaya Zemlya; 2 — Northern Kara; 3 — Severozemelsky; 4 — Taimyrsky; 5 — Yansky, 6 — Novosibirsky; 7 — Ayonsky, 8 — Wrangelevsky; 9 — Chukotsky northern

下载 (131KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Sections of the lithosphere of gas hydrate distribution zones near the SMTC: (a) — magnetic section (profiles 1–1'), base — magnetic anomalies of the MFZ module (h = 400 km) [31]; (b) — density section (profiles 2–2'), base — anomalies of the MFZ module (h = 100 km) [30]; (c) — magnetic section (profiles 2–2'), base — anomalies of the MFZ module (h = 400 km). Legend: 1 — SMTC; 2 — NSR routes; 3 — gas hydrates [38]; 4 — gas seep zone [42]; 5 — tectonic structures [25]: 1 — Nansen Basin, 2 — Gakkel Ridge, 3 — Lomonosov Ridge, 4 — De Long Massif uplifts, 5 — East Siberian sedimentary basin, 6 — Khatanga-Lomonosov fault zone, 7 — Laptev Sea rift sedimentary basin

下载 (108KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Channels of thermofluid reworking of the earth's crust of the East Siberian Sea in the SMTC area: (a) - on the density section (profiles 3-3'), the base is decompression zones at a depth of 20 km; (b) - on the magnetic section (profiles 3-3'), the base is anomalies of the magnetic field module (h = 100 km). Legend: 1 - SMTC; 2 - NSR routes; 3 - tectonic structures [25]: 1 - Alpha Ridge, 2 - Mendeleev Ridge (1 and 2 are part of the area of areal trap magmatism of the Central Arctic Province), 3 - Vilkitsky sedimentary basin; 4 - uplifts of the De Long massif; 5 - East Siberian sedimentary basin

下载 (57KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Sections of the lithosphere of the ice massif regions near the SMTC: (a) — density section 5–5', ice massif base; (b) — magnetic section 5–5', heat flow base [27]. Legend: 1 — SMTC; 2 — NSR routes; 3 — ice massifs (see Fig. 2) [35]; 4 — seas and tectonic structures [25]: 1 — Barents Sea; 2 — Kara massif; 3 — Nansen Basin; 4 — Gakkel Ridge; 5 — Amundsen Basin; 6 — East Siberian Sedimentary Basin; 7 — Chaunsky Sedimentary Basin

下载 (109KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025