Composition of Sedimentary Organic Matter across the Laptev Sea Shelf: Evidences from Rock-Eval Parameters and Molecular Indicators

Global warming in high latitudes causes destabilization of vulnerable permafrost deposits followed by massive thaw-release of organic carbon. Permafrost-derived carbon may be buried in the nearshore sediments, transported towards the deeper basins or degraded into the greenhouse gases, potentially initiating a positive feedback to climate change. In the present study, we aim to identify the sources, distribution and degradation state of organic matter (OM) stored in the surface sediments of the Laptev Sea (LS), which receives a large input of terrestrial carbon from both Lena River discharge and intense coastal erosion. We applied a suite of geochemical indicators including the Rock Eval parameters, traditionally used for the matured OM characterization, and terrestrial lipid biomarkers. In addition, we analyzed a comprehensive grain size data in order to assess hydrodynamic sedimentation regime across the LS shelf. Rock-Eval (RE) data characterize LS sedimentary OM with generally low hydrogen index (100–200 mg HC/g TOC) and oxygen index (200 and 300 CO2/g TOC) both increasing off to the continental slope. According to Tpeak values, there is a clear regional distinction between two groups (369–401 °C for the inner and mid shelf; 451–464 °C for the outer shelf). We suggest that permafrost-derived OM is traced across the shallow and mid depths with high Tpeak and slightly elevated HI values if compared to other Arctic continental margins. Molecular-based degradation indicators show a trend to more degraded terrestrial OC with increasing distance from the coast corroborating with RE results. However, we observed much less variation of the degradation markers down to the deeper sampling horizons, which supports the notion that the most active OM degradation in LS land-shelf system takes part during the cross-shelf transport, not while getting buried deeper

Sonar Estimation of Methane Bubble Flux from Thawing Subsea Permafrost: A Case Study from the Laptev Sea Shelf

Seeps found offshore in the East Siberian Arctic Shelf may mark zones of degrading subsea permafrost and related destabilization of gas hydrates. Sonar surveys provide an effective tool for mapping seabed methane fluxes and monitoring subsea Arctic permafrost seepage. The paper presents an overview of existing approaches to sonar estimation of methane bubble flux from the sea floor to the water column and a new method for quantifying CH4 ebullition. In the suggested method, the flux of methane bubbles is estimated from its response to insonification using the backscattering cross section. The method has demonstrated its efficiency in the case study of single- and multi-beam acoustic surveys of a large seep field on the Laptev Sea shelf

Parameters of macrostructure of insoluble products obtained by thermolysis of resins and asphaltenes of the Usinskaya oil

Актуальность исследования обусловлена тем, что процессы переработки нефтяных остатков, тяжелых нефтей и природных битумов, основанные на термической деструкции высокомолекулярных компонентов сырья, приводят не только к новообразованию дистиллятных фракций. Они всегда сопровождаются образованием нерастворимых в нефтяной среде продуктов карбонизации, обычно называемых коксом. Основными источниками для образования кокса являются смолы и асфальтены исходного сырья. Термическая деструкция смол и асфальтенов широко используются для изучения их молекулярного строения. Информация о составе и свойствах нерастворимых продуктов, полученных при термическом воздействии на смолисто-асфальтеновые вещества, позволит получить информацию о путях их образования. Особенности макроструктуры нерастворимых коксообразных продуктов, полученных в процессе термолиза смол и асфальтенов усинской нефти при различных температурах, не были установлены. Цель: установление параметров макроструктуры нерастворимых продуктов, полученных при разных температурах автоклавного термолиза смол и асфальтенов усинской нефти в инертной атмосфере. Объекты: нерастворимые в хлороформе продукты автоклавного термолиза в атмосфере аргона при 250, 450 и 650 °С смол и асфальтенов тяжелой, высокосернистой, высокосмолистой нефти Усинского месторождения. Методы: спектроскопия комбинационного рассеяния, рентгенодифракционный фазовый анализ. Результаты. С использованием спектроскопии комбинационного рассеяния и рентгенодифракционного фазового анализа охарактеризованы нерастворимые продукты автоклавного термолиза при 250, 450 и 650 °С смол и асфальтенов усинской нефти. Установлено, что продукты, полученные при температурах 450 и 650 °С, по своим характеристикам соответствуют продуктам сравнительно высокой степени карбонизации. Их спектры комбинационного рассеяния содержат полосы в области 1350 и 1580 см-1 (D- и G-полоса) и их обертоны в области 2700 и 3400 см-1, характерные для углеродных материалов с невысокой степенью упорядоченности. Параметры их макроструктуры, определенные методом рентгенофазового анализа, особенности дифрактограмм также соответствуют карбено-карбоидам и коксу. В то же время нерастворимые продукты, полученные из смол при 250 °С, проявляют флуоресценцию в условиях регистрации КР-спектра, очень близки к исходным асфальтенам по параметрам макроструктуры, рассчитанным из результатов рентгенофазового анализа. Это дает основание отнести их к асфальтеноподобным веществам, что подтверждает выводы, сформулированные нами ранее на основе их элементного состава, ИК-спектров, результатов пиролитического анализа в режиме Rock Eval и «on line» флэш-пиролиза.The relevance of the research is caused by the fact that the processing of oil residues, heavy oils and natural bitumens based on thermal destruction of high-molecular components of hydrocarbon feedstock result not only in formation of new distillate fractions but they are always accompanied by the formation of oil-insoluble carbonation products, commonly known as coke. The main sources for coke formation are the resins and asphaltenes of the feedstock. Thermal destruction of resins and asphaltenes is widely used to study their molecular structure. Information on the composition and properties of insoluble products obtained by thermal treatment of resin-asphaltene substances will provide information on the pathways of their formation. The features of the macrostructure of insoluble coke-like products obtained in the course of thermolysis of resins and asphaltenes of Usinsk oil at various temperatures have not been established. The main aim of the research is to measure the parameters of the macrostructure of insoluble products obtained at different temperatures of autoclave thermolysis of resins and asphaltenes of Usinsk oil in an inert atmosphere. Objects: chloroform-insoluble products of resins and asphaltenes of the heavy, high-sulfur and highly resinous oil from the Usinsk oil field subjected to autoclave thermolysis in an argon atmosphere at 250, 450 and 650 °С. Methods: Raman spectroscopy, X-ray difraction. Results. Using Raman spectroscopy and X-ray diffraction phase analysis, the insoluble products of autoclave thermolysis of resins and asphaltenes of Usinsk oil have been characterized. It was found out that the products obtained during autoclave thermolysis at temperatures of 450 and 650 °C correspond in their characteristics to products of a relatively high degree of carbonation. Their Raman spectra contain bands in the region of 1350 and 1580 cm-1 (D- and G-bands) and their overtones lying in the region of 2700 and 3400 cm-1 are characteristic of carbon materials with a low degree of order. The parameters of their macrostructure, determined by the method of X-ray phase analysis and the features of the diffraction patterns also correspond to carbene-carbides and coke. At the same time, insoluble products obtained from resins at 250 °C exhibit fluorescence under registration of Raman spectra. Hence they are very close to the initial asphaltenes in terms of the macrostructure parameters calculated from the results of X-ray phase analysis. This gives grounds to classify them as asphaltene-like substances which confirms our conclusions drawn earlier on the basis of data of their elemental composition, IR-spectra, pyrolytic analysis in the Rock Eval mode and «on line» flash pyrolysis

Comparative characteristics of insoluble products obtained by autoclave thermolysis of resins and asphsltenes from the Usinskaya oil

The relevance of the research is caused by the fact that thermal destruction is one of the most common processes used to refine oil residues, heavy oils and natural bitumen. The use of such technologies promotes the formation of distillate fractions due to destruction of high-molecular components of feedstock and is always accompanied by the formation of oil-insoluble carbonization products, usually called coke. Some processes of oil refining are purposefully used to produce coke. Resin-asphaltene substances are considered as the main coke genes. Various options of resin and asphaltene thermal destruction are widely used to study their molecular structures. The study of the composition and properties of insoluble products obtained by thermal treatment of resin-asphaltene substances will provide information on the ways of their formation. The nature of insoluble products of resin and asphaltene thermal destruction at relatively low temperatures (160...250 °C) has not been studied yet. The main aim of the research is the comparative study of composition and properties of insoluble products obtained at different temperatures of autoclave thermolysis of resins and asphaltenes from the Usinskaya oil in an inert atmosphere. Objects: resins and asphaltenes of heavy, high-sulfur and highly resinous oil from the Usinskoye oil field, chloroform-insoluble products of their autoclave thermolysis in an argon atmosphere at 250, 450 and 650 °C. Methods: autoclave thermolysis in argon atmosphere, extraction, elemental analysis, IR and Raman spectroscopy, «Rock-Eval» pyrolytic analysis, flash pyrolysis (600 °C, 20 s) with «on-line» analysis of volatile products by gas chromatography with a mass+spectrometric detector. Results. The paper introduces the results on the study of insoluble products obtained at autoclave thermolysis of resins and asphaltenes from the Usinskaya oil in argon atmosphere at 160...650 °С. Chloroform-insoluble thermolysis products obtained with high yield from the resins of heavy high-sulfur oil at 250 °C significantly differ from the insoluble products obtained from resins and asphaltenes at 450 and 650 °C. By elemental composition, IR- and Raman spectra, the results of Rock Eval pyrolytic analysis and «on-line» flash pyrolys is (600 °C, 20 s) they correspond to «asphaltenelike» substances. Their formation is probably due to the breakage at 250 °C of the most labile S-S or C-S bonds in the resin molecules with generation and subsequent recombination of macroradicals. The thermal destruction of these sub-stances at higher temperatures (450 and 650 °C) is accompanied by formation of more carbonized coke-like products

Comparative characteristics of insoluble products obtained by autoclave thermolysis of resins and asphsltenes from the Usinskaya oil

Актуальность исследования обусловлена тем, что термическая деструкция является одним из самых распространенных процессов переработки нефтяных остатков, тяжелых нефтей и природных битумов. Использование таких технологий приводит не только к новообразованию дистиллятных фракций за счет деструкции высокомолекулярных компонентов сырья, но всегда сопровождается образованием нерастворимых в нефтяной среде продуктов карбонизации, обычно называемых коксом. Некоторые процессы переработки нефти целенаправленно используются для получения кокса. Считается, что основными коксогенами являются смолисто-асфальтеновые вещества. Различные варианты термической деструкции смол и асфальтенов широко используются для изучения их молекулярного строения. Изучение состава и свойств нерастворимых продуктов, образовавшихся при термическом воздействии на смолисто-асфальтеновые вещества, позволит получить информацию о путях их образования. Природа нерастворимых продуктов термодеструкции смол и асфальтенов при относительно низких температурах (160...250 °С) практически не изучена. Цель исследования: сравнительная характеристика состава и свойств нерастворимых продуктов, полученных при разных температурах автоклавного термолиза смол и асфальтенов усинской нефти в инертной атмосфере. Объекты: смолы и асфальтены тяжелой, высокосернистой, высокосмолистой нефти Усинского месторождения, нерастворимые в хлороформе продукты их автоклавного термолиза в атмосфере аргона при температурах 250, 450 и 650 °С. Методы: автоклавный термолиз в атмосфере аргона, экстракция, анализ элементного состава, ИК- и КР-спектроскопия, пиролитический анализ в варианте «Rock-Eval», флэш-пиролиз (600 °С, 20 с) с анализом летучих продуктов в режиме «on-line» методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектором. Результаты. Представлены результаты изучения нерастворимых продуктов, полученных при автоклавном термолизе смол и асфальтенов нефти Усинского месторождения в атмосфере аргона и температурах 160...650 °С. Нерастворимые в хлороформе продукты термолиза, полученные с высоким выходом из смол тяжелой высокосернистой усинской нефти при 250 °С, существенно отличаются от нерастворимых продуктов, полученных из смол и асфальтенов при 450 и 650 °С. По элементному составу, ИК- спектрам и спектрам комбинационного рассеяния, результатам пиролитического анализа в режиме Rock Eval и «on line» флэш-пиролиза (600 °С, 20 c) они соответствуют «асфальтеноподобным» веществам. Их образование, по-видимому, обусловлено разрывом при 250 °С наиболее лабильных S-S или C-S связей в молекулах смол с генерацией и последующей рекомбинацией макрорадикалов. Термодеструкция этих веществ при более высоких температурах (450 и 650 °С) сопровождается образованием более карбонизированных коксообразных продуктов.The relevance of the research is caused by the fact that thermal destruction is one of the most common processes used to refine oil residues, heavy oils and natural bitumen. The use of such technologies promotes the formation of distillate fractions due to destruction of high-molecular components of feedstock and is always accompanied by the formation of oil-insoluble carbonization products, usually called coke. Some processes of oil refining are purposefully used to produce coke. Resin-asphaltene substances are considered as the main coke genes. Various options of resin and asphaltene thermal destruction are widely used to study their molecular structures. The study of the composition and properties of insoluble products obtained by thermal treatment of resin-asphaltene substances will provide information on the ways of their formation. The nature of insoluble products of resin and asphaltene thermal destruction at relatively low temperatures (160...250 °C) has not been studied yet. The main aim of the research is the comparative study of composition and properties of insoluble products obtained at different temperatures of autoclave thermolysis of resins and asphaltenes from the Usinskaya oil in an inert atmosphere. Objects: resins and asphaltenes of heavy, high-sulfur and highly resinous oil from the Usinskoye oil field, chloroform-insoluble products of their autoclave thermolysis in an argon atmosphere at 250, 450 and 650 °C. Methods: autoclave thermolysis in argon atmosphere, extraction, elemental analysis, IR and Raman spectroscopy, «Rock-Eval» pyrolytic analysis, flash pyrolysis (600 °C, 20 s) with «on-line» analysis of volatile products by gas chromatography with a mass+spectrometric detector. Results. The paper introduces the results on the study of insoluble products obtained at autoclave thermolysis of resins and asphaltenes from the Usinskaya oil in argon atmosphere at 160...650 °С. Chloroform-insoluble thermolysis products obtained with high yield from the resins of heavy high-sulfur oil at 250 °C significantly differ from the insoluble products obtained from resins and asphaltenes at 450 and 650 °C. By elemental composition, IR- and Raman spectra, the results of Rock Eval pyrolytic analysis and «on-line» flash pyrolys is (600 °C, 20 s) they correspond to «asphaltenelike» substances. Their formation is probably due to the breakage at 250 °C of the most labile S-S or C-S bonds in the resin molecules with generation and subsequent recombination of macroradicals. The thermal destruction of these sub-stances at higher temperatures (450 and 650 °C) is accompanied by formation of more carbonized coke-like products

Lithological features of surface sediment and their influence on organic m atter distribution across the East-Siberian Arctic shelf

The Arctic is undergoing rapid climate change, which affects the global and regional carbon cycles. The East Siberian Arctic shelf, that is believed to store huge amounts of organic carbon in different pools, has been the subject of growing scientific interest in recent decades. The aim of the work was to study the lithological features of bottom sediments on the East Siberian Arctic shelf and to assess their influence on the spatial distribution of organic material in the study area. Materials and methods. The sediment samples were collected during the 45-day multidisciplinary SWERUS-C3 expedition on IB ODEN in summer 2014. Surface sediments from inner and middle East Siberian Arctic shelf were collected in summer 2008 during the International Siberian Shelf Study (ISSS-08) campaign onboard the HV Yakob Smirnitsky. The samples were analyzed for the grain size and specific surface area characteristics and total organic carbon content. It is shown that the subglacial sedimentation and the accumulation of predominantly fine-grained sediments prevail within the study area. Nevertheless, atypical sand zones were identified on the outer shelf. The authors have suggested several external factors, including modern and paleo ice scouring in the early Holocene, and intensive gas venting, which are accompanied by removal of fine-grained sediments. The paper considers spatial distribution of organic matter in the bottom sediments of the East Siberian Arctic shelf and its interrelation with their lithological properties

Obtaining carbon graphite-like nanomaterials in asphaltene-based waste recycling

Актуальность исследования обусловлена возрастанием потребления нефтепродуктов и увеличением количества нефтяных отходов и остатков, в составе которых могут содержаться значительные количества высокомолекулярных гетеросодержащих компонентов асфальтенов и смолы. Стоит отметить, что асфальтены слабо подвержены биоразложению. Традиционно во многих странах способом утилизации нефтесодержащих отходов является способ их захоронения, но такой способ утилизации нежелателен, так как требует использования новых земельных участков и в конечном счете может нанести вред окружающей среде. В связи с этим возникла необходимость в поиске нового способа утилизации нефтяных отходов с возможностью получения из них ценных продуктов, которые могут быть применены в различных областях промышленности и хозяйственной деятельности, что в конечном итоге увеличит глубину переработки нефти. Цель: синтез углеродных графитоподобных наноматериалов методом плазменной переработки асфальтенов с получением потенциально полезной смеси газов, содержащей водород и метан. Объекты: высокомолекулярная фракция асфальтенов, выделенных экстракцией горячим ацетоном из природного асфальтита. Методы: плазменная переработка, рентгенофазовый анализ, растровая и просвечивающая электронная микроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния. Результаты. Представлены результаты экспериментальных исследований, посвященных плазменной переработке асфальтенов (основных компонентов тяжелых и остаточных нефтей большинства нефтяных отходов), совмещенной с процессом получения углеродных графитоподобных микро- и наноструктур. В ходе плазменной переработки формируется углеродный материал со структурой графита. По данным просвечивающей электронной микроскопии в продуктах синтеза идентифицированы три основные наноразмерные морфологические типа: углеродные нанотрубки, полиэдрический графит и луковичные структуры. Таким образом, работа вносит вклад в развитие технологий декарбонизации в жизненном цикле углеводородных отходов и технологий получения углеродных наноматериалов.The relevance of the study is caused by the increasing consumption of petroleum products and increasing amount of oil waste, which contains asphaltenes, the heaviest components of oil. Asphaltenes are poorly biodegradable. In many countries landfill is traditionally the method of oily waste disposal, but this method of disposal is undesirable as it requires the use of new land and may ultimately be harmful to the environment. The need has therefore arisen to find a new way of disposing oil waste, with the possibility of obtaining valuable products from it that can be used in various industrial and economic activities, which will ultimately increase the depth of oil processing. The main aim of the research is to synthesize carbon graphite-like nanomaterials by plasma recycling of asphaltenes to produce a potentially useful gas mixture containing hydrogen and methane. Objects: high molecular weight fraction of asphaltenes isolated by hot acetone extraction from natural asphaltite. Methods: plasma recycling, X-ray phase analysis, scanning and transmission electron microscopy, Raman spectroscopy. Results. This paper presents the results of experimental studies on plasma recycling of asphaltenes (the main components of heavy and residual oils, most oil wastes) combined with obtaining carbon graphite-like micro- and nanostructures. In the course of plasma processing, carbon material with graphite structure is formed. Based on the data of transmission electron microscopy, three main nanoscale morphological types are identified in the synthesis products: carbon nanotubes, polyhedral graphite and onion-like structures. In this way, the work contributes to the development of decarbonization technologies in the life cycle of hydrocarbon wastes and technologies for the production of carbon nanomaterials

Acoustic investigations of the deepest methane seeps in the Okhotsk sea

Актуальность. Газовые факелы - области пузырьковой эманации природных газов из морского дна в водную толщу и атмосферу - обнаружены в Мировом океане на глубинах от десятков метров до нескольких километров. Прямые измерения проб газа, переносимого всплывающими пузырьками, показали, что в их составе содержится более 80 % метана - второго по значимости парникового газа. Атмосферная эмиссия метана за счет расконсервирования гидратов и других депозитов природных углеводородов может приобрести широкомасштабный характер и вызвать необратимые климатические изменения. Обнаружение газовых факелов в водной толще может являться первым признаком наличия газовых гидратов в осадке, поэтому определение количества метана, переносимого газовыми факелами в воду, мониторинг их временной изменчивости и выявление новых районов газовых факелов является актуальными задачами современной науки. Результаты проведенного исследования крайне важны для понимания процессов разгрузки пузырькового метана из шельфа-материкового склона Арктических и Субарктических морей. Цель: выполнить оценку количества метана, переносимого газовыми факелами с глубины 2220 м в воду, в период с 2012 по 2018 гг.; выявить связь между потоком метана из данной области и глубинными землетрясениями, произошедшими в Охотском море; по имеющимся акустическим данным оценить скорости глубоководных течений в районе обнаружения ГФ. Объекты: газовые факелы. Методы. Акустические наблюдения за газовыми факелами проводились с помощью комплекса, установленного на борту НИС «Академик М. А. Лаврентьев», основу которого составляют модернизированные судовые эхолоты Сарган-ЭМ, ELAC LAZ-72, гидролокаторы Сарган-ГМ и многоканальная система цифровой регистрации акустических сигналов. Оценка потока метана в воду проводилась с помощью методов, основанных на измерении профиля сечения обратного рассеяния звука на частотах выше резонансной частоты пузырьков, формирующих ГФ. Результаты. В ходе 15 экспедиций в Охотском море в интервале глубин от 46 до 3330 м было зарегистрировано 1168 индивидуальных газовых факела. Для выявления закономерностей пространственного распределения газовых факелов был построен график зависимости их числа от глубины их обнаружения. На полученном графике выделяются пять локальных максимумов, приуроченных к особенностям рельефа и зоне стабильности газогидрата метана. Наиболее глубоководные из известных газовых факелов обнаружены в Охотском море на северном и восточном склонах Курильской котловины на глубинах 3330 и 2220 м соответственно. Данные газовые факелы отличались сильной временной изменчивостью, приуроченной к тектонической активности в данном регионе. В работе показано, что поток метана, выделяемого одним из газовых факелов, изменялся на три порядка в диапазоне от 5 ммоль/с до 5 моль/с. Основываясь на имеющихся акустических данных, была рассчитана скорость глубоководного течения в Курильской котловине в интервале глубин от 1100 до 2200 м, которая составила 7 см/с.The relevance. Seeps - areas of bubble emanation of natural gases from the seabed into the water column and the atmosphere - were found in different World Ocean locations at depths from tens meters to several kilometers. Direct measurements of gas samples carried by rising bubbles have shown that they contain more than 80 % of the second most important greenhouse gas - methane. The emissions of which, due to the re-preservation of deposits of natural hydrocarbons (for example, arctic or oceanic gas hydrates), can acquire a largescale character and cause irreversible climatic changes. Detection of seeps in the water column may be the first indication of the presence of gas hydrates in the sediment. Therefore, assessment of the methane fluxes carried by seeps into the water column, detection of their variability, and identification of new regions of seepage are in the forefront of the marine and climate-related sciences. Moreover, understanding of deep seepage mechanism from disturbed gas hydrates observed in the Sea of Okhotsk is crucially important for study of methane ebullition from the shelf slope hydrates in the East Siberian Arctic seas - source of atmospheric methane of global significance. The main aim: to assess the quantity of methane transported by methane seeps from a depth of 2220 m into the water for the period from 2012 to 2018; to identify the relationship between the flux of methane from this area and deep earthquakes that occurred in the Sea of Okhotsk; based on the available acoustic data, estimate the speed of deep-water currents in the seepage areas. Objects: seeps, which forms hot spots of anomalously high dissolved methane concentrations in the water column-atmosphere. Methods. Acoustic observations of the seeps were carried out using a complex unit installed on board of the RV «Academic M. A. Lavrentiev», which is based on modernized ship echosounders Sargan-EM, ELAC LAZ-72, Sargan-GM sonars and a multichannel system for digital recording of acoustic signals. Methane flux from the seabed into the water column was estimated using methods based on measuring the profiles of the sound backscattering at frequencies above the resonant frequency of the escaping bubbles. Results. In 15 expeditions accomplished in the Sea of Okhotsk, 1168 individual seeps were recorded in the depth interval from 46 to 3330 m. To identify the patterns of the spatial distribution of seeps, a graph was plotted as their number vs the depth of their detection. The resulting graph shows five local maximums associated with the features of the bottom relief and the zone of stability of methane gas hydrate. The deepest known seeps in the Sea of Okhotsk were found in the northern and eastern slopes of the Kuril Basin at depths of 3330 and 2220 m, respectively. The seepage data were characterized by strong temporal variability, confined to tectonic activity in this region, causing a change in the intensity of the methane transported by them in the form of rising bubbles. It is shown that the flow of methane released by one of the seeps varied three orders in the range from 5 mmol/s to 5 mol/s. Based on the available acoustic data, the speed of the deep-water current in the Kuril Basin, ~7 cm/s, was calculated in the depth interval from 1100 to 2200 m

Acoustic investigations of the deepest methane seeps in the Okhotsk sea

Актуальность. Газовые факелы - области пузырьковой эманации природных газов из морского дна в водную толщу и атмосферу - обнаружены в Мировом океане на глубинах от десятков метров до нескольких километров. Прямые измерения проб газа, переносимого всплывающими пузырьками, показали, что в их составе содержится более 80 % метана - второго по значимости парникового газа. Атмосферная эмиссия метана за счет расконсервирования гидратов и других депозитов природных углеводородов может приобрести широкомасштабный характер и вызвать необратимые климатические изменения. Обнаружение газовых факелов в водной толще может являться первым признаком наличия газовых гидратов в осадке, поэтому определение количества метана, переносимого газовыми факелами в воду, мониторинг их временной изменчивости и выявление новых районов газовых факелов является актуальными задачами современной науки. Результаты проведенного исследования крайне важны для понимания процессов разгрузки пузырькового метана из шельфа-материкового склона Арктических и Субарктических морей. Цель: выполнить оценку количества метана, переносимого газовыми факелами с глубины 2220 м в воду, в период с 2012 по 2018 гг.; выявить связь между потоком метана из данной области и глубинными землетрясениями, произошедшими в Охотском море; по имеющимся акустическим данным оценить скорости глубоководных течений в районе обнаружения ГФ. Объекты: газовые факелы. Методы. Акустические наблюдения за газовыми факелами проводились с помощью комплекса, установленного на борту НИС «Академик М. А. Лаврентьев», основу которого составляют модернизированные судовые эхолоты Сарган-ЭМ, ELAC LAZ-72, гидролокаторы Сарган-ГМ и многоканальная система цифровой регистрации акустических сигналов. Оценка потока метана в воду проводилась с помощью методов, основанных на измерении профиля сечения обратного рассеяния звука на частотах выше резонансной частоты пузырьков, формирующих ГФ. Результаты. В ходе 15 экспедиций в Охотском море в интервале глубин от 46 до 3330 м было зарегистрировано 1168 индивидуальных газовых факела. Для выявления закономерностей пространственного распределения газовых факелов был построен график зависимости их числа от глубины их обнаружения. На полученном графике выделяются пять локальных максимумов, приуроченных к особенностям рельефа и зоне стабильности газогидрата метана. Наиболее глубоководные из известных газовых факелов обнаружены в Охотском море на северном и восточном склонах Курильской котловины на глубинах 3330 и 2220 м соответственно. Данные газовые факелы отличались сильной временной изменчивостью, приуроченной к тектонической активности в данном регионе. В работе показано, что поток метана, выделяемого одним из газовых факелов, изменялся на три порядка в диапазоне от 5 ммоль/с до 5 моль/с. Основываясь на имеющихся акустических данных, была рассчитана скорость глубоководного течения в Курильской котловине в интервале глубин от 1100 до 2200 м, которая составила 7 см/с.The relevance. Seeps - areas of bubble emanation of natural gases from the seabed into the water column and the atmosphere - were found in different World Ocean locations at depths from tens meters to several kilometers. Direct measurements of gas samples carried by rising bubbles have shown that they contain more than 80 % of the second most important greenhouse gas - methane. The emissions of which, due to the re-preservation of deposits of natural hydrocarbons (for example, arctic or oceanic gas hydrates), can acquire a largescale character and cause irreversible climatic changes. Detection of seeps in the water column may be the first indication of the presence of gas hydrates in the sediment. Therefore, assessment of the methane fluxes carried by seeps into the water column, detection of their variability, and identification of new regions of seepage are in the forefront of the marine and climate-related sciences. Moreover, understanding of deep seepage mechanism from disturbed gas hydrates observed in the Sea of Okhotsk is crucially important for study of methane ebullition from the shelf slope hydrates in the East Siberian Arctic seas - source of atmospheric methane of global significance. The main aim: to assess the quantity of methane transported by methane seeps from a depth of 2220 m into the water for the period from 2012 to 2018; to identify the relationship between the flux of methane from this area and deep earthquakes that occurred in the Sea of Okhotsk; based on the available acoustic data, estimate the speed of deep-water currents in the seepage areas. Objects: seeps, which forms hot spots of anomalously high dissolved methane concentrations in the water column-atmosphere. Methods. Acoustic observations of the seeps were carried out using a complex unit installed on board of the RV «Academic M. A. Lavrentiev», which is based on modernized ship echosounders Sargan-EM, ELAC LAZ-72, Sargan-GM sonars and a multichannel system for digital recording of acoustic signals. Methane flux from the seabed into the water column was estimated using methods based on measuring the profiles of the sound backscattering at frequencies above the resonant frequency of the escaping bubbles. Results. In 15 expeditions accomplished in the Sea of Okhotsk, 1168 individual seeps were recorded in the depth interval from 46 to 3330 m. To identify the patterns of the spatial distribution of seeps, a graph was plotted as their number vs the depth of their detection. The resulting graph shows five local maximums associated with the features of the bottom relief and the zone of stability of methane gas hydrate. The deepest known seeps in the Sea of Okhotsk were found in the northern and eastern slopes of the Kuril Basin at depths of 3330 and 2220 m, respectively. The seepage data were characterized by strong temporal variability, confined to tectonic activity in this region, causing a change in the intensity of the methane transported by them in the form of rising bubbles. It is shown that the flow of methane released by one of the seeps varied three orders in the range from 5 mmol/s to 5 mol/s. Based on the available acoustic data, the speed of the deep-water current in the Kuril Basin, ~7 cm/s, was calculated in the depth interval from 1100 to 2200 m

Lithological features and organic matter of sediments in the south-eastern Laptev sea (Muostakh Cape)

Актуальность исследования продиктована необходимостью изучения современных изменений климата, которые рассматриваются как последствия парникового эффекта, обусловленного ростом содержания в атмосфере основных парниковых газов -двуокиси углерода и метана. Для изучения этой проблемы и построения модели климата необходимо проведение комплексных исследований в системе суша-шельф-атмосфера на Арктическом шельфе, включая оценку потенциала морей Восточной Арктики в контексте особенностей литологического состава и трансформации органического вещества в углеводороды в процессе диагенетических и катагенетических преобразований. Цель: изучение литологического и минералогического составов, изменчивости содержания органического вещества (Сорг), молекулярного и изотопного состава углерода (δ13C) в отложениях ледового комплекса побережья моря Лаптевых (мыс Муастах). Объект: пробы современных донных осадков, отобранных в ходе проведения экспедиционных работ 2015 г. в юго-восточной части моря Лаптевых. Методика исследования донных отложений включает в себя пробоподготовку, лабораторно-аналитические исследования (хроматомасс-спектрометрия, пиролиз, изотопия, рентгенофазовый анализ, методы обработки и интерпретации результатов). Результаты. Изучен минералогический состав глинистой фракции, установлена зональность распределения глинистых минералов. Выявлены особенности состава органического вещества на молекулярном и изотопном уровнях. Получены первые результаты по потенциалу генерации углеводородов из органического вещества осадков ледового комплекса, которые доминируют в мелководной части Восточно-Сибирского шельфа. Результаты исследований, полученные по данным пиролиза и хроматомассспектрометрии, имеют высокую степень корреляции и отражают комплекс биохимических процессов, сопровождающих превращение органического вещества на различных стадиях литогенеза. Кроме того, приведены первые оценки потенциала генерации легких углеводородов из Сорг исследуемых осадков.The present study seeks to improve current understanding of modern climate changes, which are considered as the consequences of the greenhouse effect caused by increasing content of the main greenhouse gases - carbon dioxide and methane. Complex studies in the land-shelf-atmosphere system across the Arctic shelf, including biogeochemical and lithological analyses of sediments across Eastern Arctic seas, are needed. The research aims to study both lithological and mineralogical sediment compositions, variability of the organic matter content (Corg), molecular and isotopic composition of carbon (δ13C) contained in the ice complex deposits (ICD) along the Laptev Sea coast (Cape Muostakh). Samples of modern bottom sediments obtained during the expedition of 2015 in the south-eastern part of the Laptev Sea were investigated. Methods used in the present study include GC:MS analysis, pyrolysis, isotope analysis, X:ray phase analysis followed by further numerical processing and interpretation. Results. The mineralogical composition of the clay fraction has been studied, and the distribution of clay minerals has been established. The features of molecular and isotopic Corg composition are revealed. Initial results on the hydrocarbon source of ICD:Corg, which dominates in the shallow part of the East Siberian Arctic shelf, are obtained. Pyrolysis and GC:MS data are highly correlated reflecting complex biogeochemical processes occurring during the Corg transformation at the various stages of lithogenesis. In addition, the study provides preliminary estimates of the light hydrocarbons generation potential for the Corg contained in the sediments. The aim of the work is to study the chemical composition of biological water of individual organs and tissues, on the example of domestic pigs, to obtain background characteristics for biogeochemical monitoring. The methods. Organs and tissues of seven-month domestic pig was sampled in Uspenka village, Pavlodar region (Kazakhstan) just after the slaughter and packed in plastics packages. Biological water was exudated by vacuum sublimation method upon the application of heat. The exudate was analyzed in certificated scientific-education center «Water» at Tomsk Polytechnic University by the method of inductively coupled plasma mass spectrometry according to the certified HCAM 480X method with NeXION 300D spectrometer. Result. The authors have studied the composition and characteristics of distribution of 70 chemical elements in biological water, separated by vacuum sublimation from the organs and tissues of the domestic pig, selected on the territory of the conditionally environmentally friendly village Uspenka, Pavlodar region. The interrelation between the elemental composition of the biological fluid and the physiological functions of the organs of the animals studied as well as the composition of the habitat was revealed