OceanologyOceanology0030-15743034-5979Russian Academy of Science10.7868/S3034597925030035GAS - GEOCHEMICAL, HYDROLOGICAL, AND BIOOPTICAL CHARACTERISTICS OF THE SHALLOW NORTHEASTERN SHELF OF SAKHALIN ISLANDГАЗОГЕОХИМИЧЕСКИЕ, ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ И БИООПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕЛКОВОДНОГО СЕВЕРО-ВОСТОЧНОГО ШЕЛЬФА ОСТРОВА САХАЛИНLipinskayaN. A.ЛипинскаяН. А. lipinskaya.na@poi.dvo.ruSyrbuN. S.СырбуН. С. syrbu_n_s_noemail@ras.ruSalyukP. A.СалюкП. А. salyuk_p_a_noemail@ras.ruKholmogorovA. O.ХолмогоровА. О. kholmogorov_a_o_noemail@ras.ruТихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАНV.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute FEB RASТихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАНV.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute FEB RASТихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАНV.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute FEB RASТихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАНV.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute FEB RAS26012025653393407

The paper discusses the theoretical and practical aspects of the relationship between bio-optical parameters (chlorophyll-a concentration, colored dissolved organic matter, turbidity) and the distribution of dissolved gases (methane, helium, hydrogen, hydrogen sulfide) in seawater. Comprehensive studies of the gas geochemical, hydrological, and bio-optical parameters of the shallow northeastern shelf of Sakhalin Island (Sea of Okhotsk) are based on data obtained during cruise No. 68 of the RV “Akademik Oparin” in August 2023. It has been shown that during the warm period of the year, the study area includes waters with various bio-optical characteristics, influenced by river runoff, hydrocarbon-rich shelf areas, active phytoplankton development, and water dynamics. Bio-optical measurements allow for distinguishing the main branch of the East-Sakhalin Current and its shelf branch, in which increased concentrations of dissolved gases are present, emanating from benthic sources on the eastern shelf of Sakhalin Island.

В работе рассматриваются теоретические и практические аспекты связи между биооптическими параметрами (концентрация хлорофилла-а, окрашенное растворенное органическое вещество, мутность) и распределением растворенных газов (метан, гелий, водород, сероводород) в морской воде. Комплексные исследования газогеохимических, гидрологических и биооптических параметров акватории мелководного северо-восточного шельфа о. Сахалин (Охотское море) основаны на данных, полученных в ходе рейса № 68 НИС “Академик Опарин” в августе 2023 г. Показано, что в теплый период года район исследований включает в себя воды с различными биооптическими характеристиками, определяемыми влиянием речного стока, нефтегазоносного шельфа, активным развитием фитопланктона и динамикой вод. Биооптические измерения позволяют различить основную ветвь Восточно-Сахалинского течения и его шельфовую ветвь, в которой содержатся повышенные концентрации растворенных газов, выделяющихся из придонных источников на восточном шельфе о. Сахалин.

растворенный метан сероводород гелий водород Охотское море биооптические параметры морской воды хлорофилл-а мутность окрашенное растворенное органическое вещество сахалинский шельфрастворенный метан сероводород гелий водород Охотское море биооптические параметры морской воды хлорофилл-а мутность окрашенное растворенное органическое вещество сахалинский шельфРаботы, связанные с проведением экспедиций, разработкой методик обработки данных и использованием гидрооптического оборудования, были осуществлены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственных заданий Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук № 124042300003-5 и № 124022100080-0. Газогеохимические и гидрооптические исследования, а также аналитическая работа выполнены за счет гранта Российского научного фонда № 23-77-10038.Работы, связанные с проведением экспедиций, разработкой методик обработки данных и использованием гидрооптического оборудования, были осуществлены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственных заданий Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук № 124042300003-5 и № 124022100080-0. Газогеохимические и гидрооптические исследования, а также аналитическая работа выполнены за счет гранта Российского научного фонда № 23-77-10038.Баранов Б.В., Рукавишникова Д.Д., Прокудин В.Г. и др. Природа замкнутых депрессий на восточном склоне о. Сахалин // Вестн. КРАУНЦ. Науки о Земле. 2013. № 1. Вып. 21. С. 86-97.Власова Г.А., Глебова С.Ю. Сезонная изменчивость поверхностных течений Охотского моря под влиянием синоптических процессов // Известия ТИНРО. 2008. Т. 154. С. 259-269.Воейкова В.А., Несмеянов С.А., Серебрякова Л.И. Неотектника и активные разрывы Сахалина. М.: Наука, 2007. 186 с.Кулинич Р.Г., Обжиров А.И. О структуре и современной активности зоны сочленения шельфа Сунда и котловины Южно-Китайского моря // Тихоокеанская геология. 1985. № 3. С. 102-106.Лаврушин В.Ю., Поляк Б.Г. Источники вещества в продуктах грязевого вулканизма (по изотопным, гидрохимическим и геологическим данным) // Литология и полезные ископаемые. 1996. № 6. С. 625-647.Липинская Н.А., Салюк П.А. Исследование проявлений и характеристик внутренних волн по данным спутниковых изображений со сканера цвета моря GOCI-COMS-1 // Подводные исследования и робототехника. 2021. № 3(37). С. 16-22.Обжиров А.И., Ильичев В.И., Кулинич Р.Г. Аномалия природных газов в придонной воде ЮжноКитайского моря // Доклады Академии наук СССР. Геохимия. 1985. Т. 281. № 5. С. 1206-1209.Панкина Р.Г., Мехтиева В.Л. Происхождение H2S и СO2 в углеводородных скоплениях // Геология нефти и газа. 1981. № 12. С. 44-48.Салюк П.А., Буланов В.А., Корсков И.В. и др. Возможность дистанционного обнаружения повышенных концентраций метана в морской воде с использованием методов оптической спектроскопии на подводных телеуправляемых аппаратах // Подводные исследования и робототехника. 2011. № 2(12). С. 43-51.Соколова Е.Б., Мишукова Г.И., Салюк П.А., Шакиров Р.Б. Совместный анализ вертикальных профилей гидрооптических параметров и концентрации растворенного метана в воде в Беринговом море и в восточном секторе Арктики // Подводные исследования и робототехника. 2021. № 1(35). С. 60-69.Файман П.А., Пранц С.В., Будянский М.В., Улей-ский М.Ю. Моделирование распространения тихоокеанских вод в Охотском море // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57. № 3. С. 372-384.Фершалов М.Ю., Степанов Д.В., Штрайхерт Е.А. и др. Влияние термохалинной стратификации на развитие прибрежного апвеллинга на северо-восточном шельфе Сахалина // Метеорология и гидрология. 2022. № 9. С. 20-31.Харахинов В.В. Нефтегазовая геология Сахалинского региона. М.: Научный мир, 2010. 276 с.Шевченко Г.В., Частиков В.Н., Цхай Ж.Р. и др. Океанологические исследования СахНИРО в начале XXI столетия // Труды СахНИРО. Биология, состояние запасов и условия обитания гидробионтов в Сахалино-Курильском регионе и сопредельных акваториях. 2012. Т. 13. С. 3-13.Baranov B.V., Rukavishnikova D.D., Prokudin V.G. et al. The origin of enclosed depressions on the eastern Sakhalin slope // Vestn. Kamchat. Reg. Assots. Ser. Nauki Zemle. 2013. V. 1. P. 86-97.Cai C., Worden R.H., Bottrell S.H. et al. Thermochemical sulphate reduction and the generation of hydrogen sulphide and thiols (mercaptans) in Triassic carbonate reservoirs from the Sichuan Basin, China // Chemical Geology. 2003. V. 202. № 1-2. P. 39-57.Dickey T.D., Simpson J.J. The influence of optical water type on the diurnal response of the upper ocean // Tellus B. 1983. V. 35. № 2. P. 142-154.Duan Z., Mao S. Thermodynamic model for calculating methane solubility, density and gas phase composition of methane-bearing aqueous fluids from 273 to 523 K and from 1 to 2000 bar // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2006. 70(13): 3369-3386.Etiope G., Italiano F., Fuda L. et al. Deep submarine gas vents in the Aeolian offshore // Physics and Chemistry of the Earth, Part B: Hydrology, Oceans & Atmosphere. 2000. V. 25(1). P. 25-28.Grabowska J., Blazquez S., Sanz E. et al. Solubility of methane in water: Some useful results for hydrate nucleation // The Journal of Physical Chemistry B. 2022. V. 126. Iss. 42. P. 8553-8570.Heggland R. Gas seepage is an indicator of deeper prospective reservoirs. A study based on exploration 3D seismic data // Marine and petroleum geology. 1998. V. 15. P. 1-9.Kholmogorov A., Ponomarev V., Syrbu N., Shkorba S. Dissolved methane transport in the Tatar Strait and the deepest basin of the Japan (East) Sea from its possible sources // Water. 2023. V. 15. P. 821. DOI: 10.3390/w15040821.Kholmogorov A., Syrbu N., Shakirov R. Influence of hydrological factors on the distribution of methane fields in the water column of the Bransfield Strait: Cruise 87 of the R/V “Academik Mstislav Keldysh”, 7 December 2021-5 April 2022 // Water. 2022. V. 14. P. 3311. DOI: 10.3390/w14203311.Lammers S., Suess E., Mansurov M.N., Anikiev V.V. Variations of atmospheric methane supply from the Sea of Okhotsk induced by seasonal ice cover // Global biogeochemical cycle. 1995. V. 9. № 3. P. 351-358.Lewis M.R. Phytoplankton and thermal structure in the tropical ocean // Oceanologica Acta, Special issue. 1987. P. 91-95.Lipinskaya N.A., Salyuk P.A., Golik I.A. Variations and depth of formation of submesoscale eddy structures in satellite ocean color data in the southwestern region of the Peter the Great Bay // Remote Sensing. 2023. V. 15. № 23. P. 5600. DOI: 10.3390/rs15235600.Machel H.G., Krouse H.R., Sassen R. Products and distinguishing criteria of bacterial and thermochemical sulfate reduction // Applied Geochemistry. 1995. V. 10. № 4. P. 373-389.Mobley C.D. Light and Water: Radiative Transfer in Natural Waters. Academic Press. New York, 1994. 577 p.Morel A., Maritorena S. Bio-optical properties of oceanic waters: A reappraisal // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2001. V. 106. № C4. P. 7163-7180.Mougin P., Lamoureux-Var V., Bariteau A., Huc A.Y. Thermodynamic of thermochemical sulphate reduction // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2007. V. 58. № 3-4. P. 413-427.Ohshima K.I., Simizu D. Particle tracking experiments on a model of the Okhotsk Sea: toward oil spill simulation // Journal of Oceanography. 2008. V. 64. P. 103- 114.Ohshima K.I., Wakatsuchi M., Fukamachi Y., Mizuta G. Near-surface circulation and tidal currents of the Okhotsk Sea observed with satellite-tracked drifters // J. Geophys. Res. 2002. V. 107. № C11. P. 3195. DOI: 10.1029/2001JC001005.Oubelkheir K., Claustre H., Sciandra A., Babin M. Bio-optical and biogeochemical properties of different trophic regimes in oceanic waters // Limnology and oceanography. 2005. V. 50. № 6. P. 1795-1809.Pishchal’nik V.M., Arkhipkin V., Leonov A.V. Reconstruction of the annual variations of thermohaline characteristics and water circulation on the northeastern Sakhalin shelf // Water Resources. 2014. V. 41. P. 385-395.Prants S.V., Andreev A.G., Uleysky M.V., Budyansky M.V. Mesoscale circulation along the Sakhalin Island eastern coast // Ocean Dynamics. 2017. V. 67. № 3. P. 345-356.Salyuk P.A., Mosharov S.A., Frey D.I. et al. Physical and biological features of the waters in the outer Patagonian shelf and the Malvinas Current // Water. 2022. V. 14. № 23. P. 3879. DOI: 10.3390/ w14233879.Shakirov R.B., Syrbu N.S., Obzhirov A.I. Distribution of helium and hydrogen in sediments and water on the Sakhalin slope // Lithology and mineral resources. 2016. V. 51. P. 61-73.Smith R.C., Baker K.S. The bio-optical state of ocean waters and remote sensing // Limnology and Oceanography. 1978. V. 23. № 2. P. 247-259.Snyder G.T., Sano Y., Takahata N. et al. Magmatic fluids play a role in the development of active gas chimneys and massive gas hydrates in the Japan Sea // Chemical Geology. 2020. V. 535. P. 119462. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2020.119462.SooHoo J.B., Kiefer D.A. Vertical distribution of phaeopigments-I. A simple grazing and photooxidative scheme for small particles // Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. 1982. V. 29. № 12. P. 1539-1551.Talley L.D. An Okhotsk Sea water anomaly: implications for ventilation in the North Pacific // Deep-Sea Res. Part A. 1991. V. 38 (suppl.). P. 171-190.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. V. 86. P. 25-33.Vogt P.R., Gardner J., Crane K. The Norwegian Barents Svalbard (NBS) continental margin: Introducing a natural laboratory of mass wasting, hydrates, and ascent of sediment, pore water, and methane // Geo-Marine Letters. 1999. V. 19. № 1. P. 2-21.Wiessenburg D.A., Guinasso N.L. Equilibrium solubility of methane, carbon dioxide, and hydrogen in water and sea water // J. Chem. Eng. Data. 1979. V. 24. № 4. P. 356-360.Yamamoto S., Alcauskas J.B., Crozier T.E. Solubility of methane in distilled water and seawater // J. Chem. Engineering Data. 1976. V. 21. № 1. P. 78-80.