Статья: Сравнительный анализ процессов обмена метана на границе раздела вода-атмосфера на акватории окраинных морей

Из табл. 2 следует, что основное влияние на величину потока метана на акватории Курильской котловины Охотского моря, Центральной котловины Японского моря и центральной части Южно-Китайского моря оказывает скорость ветра (Q = 0,9, 0,8, 0,8 соответственно).

Отрицательная корреляция между потоком и равновесными концентрациями метана, потоком и соленостью, по-видимому, обусловлена уменьшением растворимости метана с увеличением температуры, солености и увеличением концентраций метана в приводном слое атмосферы.

На акватории Курильской котловины Охотского моря наблюдается отрицательная корреляция между потоками метана F и равновесными концентрациями метана С* (Q = -0,5), которая согласно формуле (1) вызвана уменьшением значения ДС. С* при практически постоянном значении концентрации метана в воздухе CH₄air увеличивается при уменьшении температуры (Q = -1) за счет большей растворимости метана в холодной воде. Значимый коэффициент корреляции отмечается между потоками метана и температурой (Q = 0,5), что обусловлено увеличением коэффициента молекулярной диффузии [4] и газообмена в формуле (1).

Значимые значения Q между потоком метана и измеренными концентрациями метана, процентом пересыщения, разностью между измеренной и равновесной концентрациями метана обнаруживаются на глубоководной акватории Японского моря (Q = 0,6, 0,7, 0,7 соответственно) и согласуются с зависимостью из формул (1) и (2).

Значительные скорости ветров на акватории Курильской котловины Охотского моря и Центральной котловины Японского моря (средние значения 6 ± 3 и 4 ± 2 м/с) вызвали интенсивное выделение метана в атмосферу из морской воды, и этот процесс привел к быстрому уменьшению концентраций в поверхностном водном слое и приводном слое атмосферы, что нашло отражение в отрицательной корреляции между потоком и равновесными концентрациями метана.

Для Южно-Китайского моря измерения были выполнены в основном при слабых ветрах (2 ± 1 м/с) и небольших колебаниях СН ₄аіг, t, S и C* (табл. 1), что при высоком пересыщении (N) обусловило сильную зависимость F от скорости порывов ветра U (Q = 0,8) и слабую - от С, ДС и N.

Парные коэффициенты корреляции указанных параметров для всех профилей показывают, что значительное влияние на величину потока метана оказывают скорости ветра, измеренные концентрации метана в поверхностном водном слое, равновесные концентрации метана, процент пересыщения, разность между измеренной и равновесной концентрациями метана, температура.

Выводы

Образование вихревых структур в поле течений на рассматриваемых акваториях определяет время контакта поверхностных вод с атмосферой и вызывает их интенсивное перемешивание, а следовательно, способствует воздействию процессов тепло-, влаго- и газообмена на соленость морских приповерхностных вод и концентрацию в них метана.

На профилях, выполненных в Охотском, Японском и Южно-Китайском морях, выявлена значительная изменчивость пространственного распределения потоков метана на границе раздела вода-атмосфера от равновесия (0 моль/(км ² ¦ сут)) до эмиссии высокой интенсивности (14 моль/(км ² ¦ сут)). вода атмосфера море

Парные коэффициенты корреляции показывают, что в открытом океане преобладают процессы массообмена, обусловленные не молекулярной диффузией, а процессами перемешивания вод под влиянием скорости ветра.

В процессе изучения установлены характерные особенности пересыщения поверхностных вод метаном относительно его равновесных содержаний в атмосфере. Для открытых вод Охотского и Японского морей средние значения концентраций метана в поверхностном слое воды превышали равновесные с атмосферой значения более чем в 2 раза, а для профиля в Южно-Китайском море - менее чем в 2 раза. Степени пересыщения в Южно-Китайском море (164 ± 42 %) были выше, чем в Охотском и Японском морях (137 ± 34 и 131 ± 40 % соответственно).

Литература

1. Валитов М.Г, Ли Н.С., Сергеев А.Ф., Сагалаев С.Г, Легкодимов А.А., Захарков С.П., Пермяков П.А., Рязанов С.Д., Лобанов В.Б., Шакиров Р.Б., Салюк П.А., Колпащикова ТН. Экспедиционные исследования в Японском и Охотском морях в 55-м рейсе научно-исследовательского судна "Академик Опарин" // Океанология. 2020. Т. 60, № 1. С. 165-168. DOI: 10.31857/S0030157420010244.

2. Власова Г.А., Мау Ле Динь, Зунг Нгуен Тхи Тхай. Гидрометеорологические характеристики // Российско- вьетнамские океанологические исследования в Южно-Китайском море / гл. ред. В.Б. Лобанов. Владивосток: ТОИ ДВО РАН, 2020. С. 53-70. ISBN 978-5-6044821-3-1.

3. Легкодимов А.А., Мишукова O.B., Швалов Д.А., Максеев Д.С., Шакирова М.В., Бакунина М.С., Еськова Е.И. К дискуссии об эмиссии метана с акватории Татарского пролива, Японское море (по результатам 55-го рейса НИС "Академик Опарин") // Вестн. ДВО РАН. 2019. № 2. С. 81-86. D0I:10.25808/08697698.2019.204.2.009.

4. Мишукова ГИ., Обжиров А.И., Мишуков В.Ф. Метан в пресных и морских водах и его потоки на границе вода-атмосфера в Дальневосточном регионе. Владивосток: Дальнаука, 2007. 159 с.

5. Мишукова Г.И., Мишуков В.Ф., Обжиров А.И., Пестрикова Н.Л., Верещагина О.Ф. Особенности распределения концентрации метана и его потоков на границе раздела вода-атмосфера на акватории Татарского пролива Японского моря // Метеорол. и гидрология. 2015. № 6. С. 89-96.

6. Мишукова ГИ., Шакиров Р.Б., Обжиров А.И. Потоки метана на границе вода-атмосфера в Охотском море // ДАН. 2017. Т 475, № 6. С. 697-701. DOI: 10.7868/S0869565217240203.

7. Мишукова Г.И., Шакиров Р.Б. Пространственная изменчивость распределения метана в морской среде и его потоков на границе вода-атмосфера в западной части Охотского моря // Вод. ресурсы. 2017. Т 44, № 4. С. 493-503. DOI: 10.7868/S0321059617040137.

8. Мишукова Г.И., Мишуков В.Ф., Окулов А.К. Распределение метана и его потоков на границе вода-атмосфера на акватории залива Петра Великого (Японское море) // Вестн. ДВО РАН. 2013. № 6. С. 120-127.

9. Обжиров А.И., Мишукова ГИ., Шакиров РБ., Мишуков В.Ф., Мальцева Е.В., Соколова Н.Л., Окулов А.К., Яцук А.В., Лифанский Е.В. Межсезонная изменчивость концентраций и потоков метана на границе вода-атмосфера в западной части Охотского моря // Океанология. 2019. Т 59, № 6. С. 944-951. DOI: 10.31857/ S0030-1574596944-951.

10. Шакиров РБ., Валитов М.Г., Сырбу Н.С., Яцук А.В., Обжиров А.И., Мишуков В.Ф., Лифанский Е.В., Мишукова О.В., Саломатин А.С. Потоки метана на границе вода-атмосфера в южной части Татарского пролива Японского моря: особенности распределения и изменчивости // Геология и геофизика. 2020. Т. 61, № 9. С. 1215-1230. DOI: 10.15372/GiG2019184.

11. Шакиров РБ., Мишукова О.В. Пространственное распределение потоков метана на границе вода- атмосфера в Охотском море // Геосистемы переходных зон. 2019. Т. 3, № 1. С. 107-123. DOI: 10.30730/25418912.2019.3.1.

12. Antonov J.I., Seidov D., Boyer T.P., Locarnini R.A., Mishonov A.V., Garcia H.E., Baranova O.K., Zweng M.M., Johnson D.R. World Ocean Atlas 2009. Vol. 2. Salinity / ed. S. Levitus. Wash., D.C.: U.S. Gov. Print. Off., 2010. 184 p. (NOAA Atlas NESDIS, N 69).

13. Bange H.W., Bartell U.H., Rapsomanikis S., Andreae M.O. Methane in the Baltic and the North Seas and a reassessment of the marine emissions of methane // Global Biogeochem. Cycles. 1994. Vol. 8, iss. 4. P 465^80. - https:// doi.org/10.1029/94gb02181 (дата обращения: 21.07.2021).

14. Lamontagne R.A., Swinnerton J.W., Linnenbom V.J., Smith W.D. Methane concentrations in various marine environments // J. Geophys. Res. 1973. Vol. 78. P 5317-5324. https://doi.org/10.1029/jc078i024p05317 (дата обращения: 21.07.2021).

15. Locarnini R.A., Mishonov A.V., Antonov J.I., Boyer T.P., Garcia H.E., Baranova O.K., Zweng M.M., Johnson D.R. World Ocean Atlas 2009. Vol. 1. Temperature / ed. S. Levitus. Wash., D.C.: U.S. Gov. Print. Off., 2010. 184 p. (NOAA Atlas NESDIS, N 68). https://www.researchgate.net/publication/216028010_World_Ocean_ Atlas_2009_Vol_1_Temperature (дата обращения: 21.07.2021).

16. Luchin V., Kruts A., Sokolov O., Rostov V., Rudykh N., Perunova T., Zolotukhin E., Pischalnik V., Romeiko L., Hramushin V., Shustin V., Udens Y., Baranova O., Smolyar I., Yarosh E. Climatic Atlas of the North Pacific Seas 2009: Bering Sea, Sea of Okhotsk, and Sea of Japan / eds V. Akulichev, Yu. Volkov, V Sapozhnikov, S. Levitus. Wash., D.C.: U.S. Gov. Print. Off., 2009. 380 p. DVD. (NOAA Atlas NESDIS, N 67).

17. Mellor G.L. Users guide for a three-dimensional, primitive equation, numerical ocean model / Program in Atmospheric and Oceanic Sciences Princeton University, Princeton, NJ 08544-0710. June 2004. 56 p. - http://jes.apl. washington.edu/modsims_two/usersguide0604.pdf (дата обращения: 21.07.2021).

18. Michoukov V, Mishukova G. White caps and bubble mechanisms of gas exchange between ocean and atmosphere // Proc. 2nd Intern. Symp. "CO2 in the Oceans" / ed. Y. Nojiri. Environ. Agency of Japan, 1999. P 517-520.

19. Mishukova O., Shakirov R., Yatsuk A. Methane fluxes on the water-atmosphere interface in the north-west of the Sea of Japan during spring - summer - autumn (2010-2018) // Marine Science and Technology for Sustainable Development: Abstr. 26th Intern. Conf. Pacific Congr. on Marine Science and Technology (PACON-2019). July 16-19, 2019. Vladivostok: POI FEB RAS, 2019. P 78. ISBN 978-5-6043211-0-2.

20. Saunois M., Bousquet Ph., Poulter B. et al. The global methane budget 2000-2012 // Earth Syst. Sci. 2016. Vol. 8. P 697-751. DOI: 10.5194/essd-8-697-2016.

21. Shakirov R.B., Valitov M.G., Obzhirov A.I., Mishukov V.F., Yatsuk A.V., Syrbu N.S., Mishukova O.V. Methane anomalies, its flux on the sea-atmosphere interface and their relations to the geological structure of the South-Tatar sedimentary basin (Tatar Strait, the Sea of Japan) // Marine Geophys. Res. 2019. Vol. 40. P. 581-600. https://doi. org/10.1007/s11001-019-09389-3.

22. Tilbrook B.D., Karl D.M. Methane sources, distributions and sinks from California coastal waters to the oligo- trophic North Pacific gyre // Marine Chemistry. 1995. Vol. 49. P 51-64.

23. Vereshchagina O.F., Korovitskaya E.V., Mishukova G.I. Methane in water columns and sediments of the north western Sea of Japan // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2013. Vol. 86-87. P. 25-33.

24. Weber Th., Wiseman N.A., Kock A. Global ocean methane emissions dominated by shallow coastal waters // Nature Commun. 2019. Vol. 10. 4584. https://doi.org/10.1038/s41467-019-12541-7 (дата обращения: 21.07.2021).