gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2022-13-3-0642gtcrust-1535Research ArticleСОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКАRECENT GEODYNAMICSИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЧИВОСТИ КОНЦЕНТРАЦИЙ МЕТАНА В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ ВОД ЯПОНСКОГО МОРЯ В КОНТЕКСТЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ (ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЭКСПЕДИЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 2017–2018 гг.)STUDY OF METHANE CONCENTRATION VARIABILITY IN THE SURFACE LAYER OF THE SEA OF JAPAN IN THE CONTEXT OF SEISMIC EVENTS (BASED ON THE RESULTS OF EXPEDITION STUDIES IN 2017–2018)ХолмогоровА. О.KholmogorovA. O.

 690041, Владивосток, ул. Балтийская, 43, Россия 

43 Baltiyskaya St, Vladivostok 690041, Russia 

СырбуН. С.SyrbuN. S.

 690041, Владивосток, ул. Балтийская, 43, Россия 

43 Baltiyskaya St, Vladivostok 690041, Russia 

syrbu@poi.dvo.ruШакировР. Б.ShakirovR. B.

 690041, Владивосток, ул. Балтийская, 43, Россия 

43 Baltiyskaya St, Vladivostok 690041, Russia 

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАНРоссияIl’ichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202221092022133642642Copyright © Холмогоров А.О., Сырбу Н.С., Шакиров Р.Б., 20222022Холмогоров А.О., Сырбу Н.С., Шакиров Р.Б.Kholmogorov A.O., Syrbu N.S., Shakirov R.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/1535

Пространственное распределение метана, растворенного в морской воде, во взаимосвязи с сейсмической активностью играет исключительно важную, но недостаточно исследованную роль. В работе на примере результатов комплексной геолого-геофизической экспедиции на НИС «Академик Опарин» (21 сентября – 31 октября 2017 г.) установлена закономерность изменчивости концентрации метана в поверхностном слое морской воды: после каждого землетрясения средний показатель роста составил 70 %, средний период роста 10 ч; падение уровня концентрации метана в морской воде достигало 10–30 % за 2–4 ч до сейсмического события. Снижение концентраций метана происходит независимо от глубины землетрясения. Полученные результаты согласуются с литературными данными, а также материалами газогеохимического мониторинга и позволяют обсуждать наличие сейсмозависимого газогеохимического режима не только газонасыщенных осадков, но и толщи вод Японского моря.

A spatial distribution of methane dissolved in sea water is a critical but poorly understood factor in the context of seismic activity. Based on the results of the RV AKADEMIK OPARIN integrated geological-geophysical expedition (September 21 – October 31, 2017), this paper deals with the regularities of methane concentration variability in the surface layer of the Sea of Japan: the average growth and the average growth period were 70 % and 10 h, respectively, after each earthquake whereas a decrease in methane concentration in the sea water was 10–30 % 2–4 h before a seismic event. A decrease in methane concentration occurs irrespectively of the depth of an earthquake. The results obtained show good agreement with the published data and gaseous-geochemical monitoring materials, thus making it possible to associate seismic-related gaseous-geochemical regime not only with gas-saturated sediments but also with the water column of the Japan Basin (Sea of Japan).

метанземлетрясениеЯпонское морепереходная зонаокраинные моряmethaneearthquakeSea of Japantransition zonemarginal seasЭкспедиция выполнена при поддержке Совета по гидросфере Земли ФАНО комплексных геолого-геофизических, газогеохимических, гидрохимических и океанографических исследований в северной части Японского моря, на северо-восточном склоне о-ва Сахалин (Охотское море) и в сейсмоактивной зоне Татарского пролива. Работа выполнена в рамках Гостемы АААА-А19-119122090009-2 «Исследование состояния и изменений природной среды на основе комплексного анализа и моделирования гидрометеорологических, геохимических, геологических процессов и ресурсов Мирового океана» (2020–2023 гг.) и при поддержке гранта Президента Российской Федерации для молодых ученых МК-357.2021.1.5. Результаты исследований вносят важный вклад в реализацию международного проекта «Геосистемы и минеральные ресурсы зоны перехода «континент – океан» и открытого океана» (ГЕОМИР) в рамках Десятилетия ООН наук об океане в интересах устойчивого развития (2021–2030 гг.).The expedition took place with the support of Council for the Hydrosphere of Earth of Federal Agency for Scientific Organizations, provided for the integrated geological-geophysical, gaseous-geochemical, hydrochemical and oceanographic studies in the northern Sea of Japan, on the northeastern slope of the Sakhalin Island (Sea of Okhotsk), and in the seismoactive zone of the Tatar Strait. The work was done as part of the state assignment АААА-А19-119122090009-2 "Study of the Environmental State and Environmental Changes Based on the Integrated Analysis and Modeling of Hydrometeorological, Geochemical and Geological Processes and Resources of the World Ocean" (2020–2023 гг.) and supported in part by Grant of the President of the Russian Federation for Young Scientists МК-357.2021.1.5. The research contributes much to the implementation of the international project "Geosystems and Mineral Resources of the "Continent – Ocean" Transition Zone and Mid-Ocean" (GEOMIR) within the UN Decade of Ocean Science for Sustainable Development (2021–2030).ReferencesБуров Б.А., Саломатин А.С., Обжиров А.И. Наблюдения резкого увеличения потока пузырькового метана из донных осадков в водный слой в зонах // Физика геосфер: Материалы докладов 10-го Всероссийского симпозиума (23–29 октября 2017 г.). Владивосток: ТОИ ДВО РАН, 2017. С. 151–154.Burov B.A., Salomatin A.S., Obzhirov A.I., 2017. Evidence of a Sudden Increase in Methane Bubbly Flows from Bottom Sediment into Zones of the Stratified Water Column. In: Physics of Geospheres. Proceedings of the 10th All-Russia Symposium (October 23–29, 2017). POI FEB RAS, Vladivostok, p. 151–154 (in Russian).Cui Y., Ouzounov D., Hatzopoulos N., Sun K., Zou Z., Du J., 2017. Satellite Observation of CH4 and CO Anomalies Associated with the Wenchuan MS 8.0 and Lushan MS 7.0 Earthquakes in China. Chemical Geology 469, 185–191. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2017.06.028.Cui Y., Ouzounov D., Hatzopoulos N., Sun K., Zou Z., Du J., 2017. Satellite Observation of CH4 and CO Anomalies Associated with the Wenchuan MS 8.0 and Lushan MS 7.0 Earthquakes in China. Chemical Geology 469, 185–191. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2017.06.028.Ершов В.В., Шакиров Р.Б., Мельников О.А., Копанина А.В. Вариации параметров грязевулканической деятельности и их связь с сейсмичностью юга острова Сахалин // Региональная геология и металлогения. 2010. № 42. С. 49–57.Ershov V.V., Shakirov R.B., Melnikov O.A., Kopanina A.V., 2010. Variations of Mud Volcanic Activity Parameters and Their Relationship with Seismicity of the Southern Sakhalin Island. Regional Geology and Metallogeny 42, 49–57 (in Russian).Ershov V.V., Shakirov R.B., Obzhirov A.I., 2011. Isotopic-Geochemical Characteristics of Free Gases of the South Sakhalin Mud Volcano and Their Relationship to Regional Seismicity. Doklady Earth Sciences 440, 1334. https://doi.org/10.1134/S1028334X11090169.Ershov V.V., Shakirov R.B., Obzhirov A.I., 2011. Isotopic-Geochemical Characteristics of Free Gases of the South Sakhalin Mud Volcano and Their Relationship to Regional Seismicity. Doklady Earth Sciences 440, 1334. https://doi.org/10.1134/S1028334X11090169.Izosov L.A., Emel’yanova T.A., Lee N.S., Petrishchevsky A.M., Vasilyeva M.A., Chuprynin V.I., 2020. The Model of Formation of the Western Pacific Marginal Seas: Vortex Geodynamics, Seismicity, and Mantle Upwelling. Journal of Volcanology and Seismology 14 (1), 44–57. https://doi.org/10.1134/S0742046320010029.Izosov L.A., Emel’yanova T.A., Lee N.S., Petrishchevsky A.M., Vasilyeva M.A., Chuprynin V.I., 2020. The Model of Formation of the Western Pacific Marginal Seas: Vortex Geodynamics, Seismicity, and Mantle Upwelling. Journal of Volcanology and Seismology 14 (1), 44–57. https://doi.org/10.1134/S0742046320010029.Изосов Л.А., Коновалов Ю.И. Западно-Сихотэ-Алинский окраинно-континентальный вулканический пояс и его тектоническая позиция в Западно-Тихоокеанской зоне перехода континент – океан. Владивосток: Дальнаука, 2005. 315 с..Izosov L.A., Konovalov Yu.I., 2005. The Western Sikhote Alin Continental-Margin Volcanic Belt and Its Tectonic Position in the West-Pacific Continent-Ocean Transition Zone. Dal’nauka, Vladivostok, 315 p. (in Russian).Jin Y.K., Shoji H., Obzhirov A., Baranov B. (Eds), 2013. Operation Report of Sakhalin Slope Gas Hydrate Project 2012: R/V Akademik M.A. Lavrentyev Cruise. Korea Polar Research Institute, Songdo, 129 p.Jin Y.K., Shoji H., Obzhirov A., Baranov B. (Eds), 2013. Operation Report of Sakhalin Slope Gas Hydrate Project 2012: R/V Akademik M.A. Lavrentyev Cruise. Korea Polar Research Institute, Songdo, 129 p.Кулинич Р.Г., Бессонова Е.А., Обжиров А.И. О корреляции метановых эманаций со структурой фундамента северо-восточного шельфа и склона о. Сахалин и сейсмической активностью региона // Дальневосточные моря России / Ред. В.А. Акуличев. М.: Наука, 2007. Кн. 3. С. 277–285.Kulinich R.G., Bessonova E.A., Obzhirov A.I., 2007. On the Correlation of Methane Emanations with Basement Structure of the Northeastern Shelf and Slope of the Sakhalin Island and with Seismic Activity of the Region. In: V.A. Akulichev (Ed.), Seas in the Russian Far East. Book 3. Nauka, Moscow, p. 277–285 (in Russian).Ломтев В.Л., Тихонов И.Н. Мелкофокусная сейсмичность Японского моря и ее тектонические аспекты // Вестник Сахалинского музея. 2013. № 1 (20). C. 165–180.Lomtev V.L., Tikhonov I.N., 2013. Shallow Seismicity of the Sea of Japan and Its Tectonic Aspects. Journal of the Sakhalin Museum 1 (20), 165–180 (in Russian).Meng Q., Zhang Y., 2021. Discovery of Spatial-Temporal Causal Interactions between Thermal and Methane Anomalies Associated with the Wenchuan Earthquake. The European Physical Journal Special Topics 230, 247–261. http://doi.org/10.1140/epjst/e2020-000252-9.Meng Q., Zhang Y., 2021. Discovery of Spatial-Temporal Causal Interactions between Thermal and Methane Anomalies Associated with the Wenchuan Earthquake. The European Physical Journal Special Topics 230, 247–261. http://doi.org/10.1140/epjst/e2020-000252-9.Мишукова Г.И. Метан в пресных и морских водах и его потоки на границе вода – атмосфера в Дальневосточном регионе: Дис. … канд. географ. наук. Владивосток, 2003. 161 с.Mishukova G.I., 2003. Methane in Fresh and Sea Water and Methane Fluxes at the Water – Atmosphere Interface in the Far East Region. Brief PhD Thesis (Candidate of Geographical Sciences). Vladivostok, 161 p. (in Russian).Mishukova G.I., Yatsuk A.V., Shakirov R.B., Syrbu N.S., Valitov M.G., Ponomareva A.L., Mishukova O.V., 2021. Methane Fluxes at the Water – Atmosphere Interface and Gas-Geochemical Anomalies in the Bottom Sediments in the Northwestern Part of the Sea of Japan. Russian Geology and Geophysics 62 (12), 1385–1400. https://doi.org/10.2113/RGG20204242.Mishukova G.I., Yatsuk A.V., Shakirov R.B., Syrbu N.S., Valitov M.G., Ponomareva A.L., Mishukova O.V., 2021. Methane Fluxes at the Water – Atmosphere Interface and Gas-Geochemical Anomalies in the Bottom Sediments in the Northwestern Part of the Sea of Japan. Russian Geology and Geophysics 62 (12), 1385–1400. https://doi.org/10.2113/RGG20204242.Нормативно-методическое обеспечение охраны атмосферного воздуха. Пермь: ИНТЕРЭКО, 1995. Т. 2. 249 с.Normative and Methodological Support for Atmospheric Air Protection, 1995. Vol. 2. INTEREKO, Perm, 249 p. (in Russian).Обжиров А.И. О газогеохимических предвестниках сейсмических активизаций, землетрясений и вулканических проявлений на Камчатке и в Охотском море (с привлечением информации о камчатских научных конференциях 2017 г.) // Геосистемы переходных зон. 2018. Т. 2. № 1. С. 57–68. http://dx.doi.org/10.30730/2541-8912.2018.2.1.057-068.Obzhirov A.I., 2018. Gasgeochemical Precursors of Seismic Activity, Earthquakes, Volcanic Episodes on the Kamchatka and Sea of Okhotsk (to Use Information of the Kamchatka Scientific Conferences 2017). Geosystems of Transition Zones 2 (1), 57–68 (in Russian). http://dx.doi.org/10.30730/2541-8912.2018.2.1.057-068.Obzhirov A.I., Shakirov R., Salyuk A., Suess E., Biebow N., Salomatin A., 2004. Relations between Methane Venting, Geological Structure and Seismo-Tectonics in the Okhotsk Sea. Geo-Mar Letters 24, 135–139. http://doi.org/10.1007/s00367-004-0175-0.Obzhirov A.I., Shakirov R., Salyuk A., Suess E., Biebow N., Salomatin A., 2004. Relations between Methane Venting, Geological Structure and Seismo-Tectonics in the Okhotsk Sea. Geo-Mar Letters 24, 135–139. http://doi.org/10.1007/s00367-004-0175-0.Поротов Г.С. Математические методы при поисках и разведке полезных ископаемых: Учебное пособие. Л.: ЛГИ, 1977. 106 с.Porotov G.S., 1977. Mathematical Methods for Prospecting and Exploration of Minerals. Textbook. Leningrad Mining Institute, Leningrad, 106 p. (in Russian).Родников А.Г., Забаринская Л.П., Пийп В.Б. Рашидов В.А., Сергеева Н.А. Глубинное строение континентальных окраин региона Японского моря // Вестник КРАУНЦ. Науки о земле. 2010. Вып. 15. № 1. С. 33–44.Rodnikov A.G., Zabarinskaya L.P., Piip V.B., Rashidov V.A., Sergeyeva N.A., 2010. Deep Structure of Continental Margins within the Sea of Japan. Bulletin of Kamchatka Regional Association "Educational-Scientific Center". Earth Sciences 15 (1), 33–44 (in Russian).Родников А.Г., Забаринская Л.П., Рашидов В.А., Сергеева Н.А. Геодинамические модели глубинного строения регионов природных активных континентальных окраин. М.: Научный мир, 2014. 172 с.Rodnikov A.G., Zabarinskaya L.P., Rashidov V.A., Sergeeva N.A., 2014. Geodynamic Models of the Deep Structure beneath the Natural Disaster Regions of Active Continental Margins. Nauchny Mir, Moscow, 172 p. (in Russian).Шакиров Р.Б. Газогеохимические поля окраинных морей Восточной Азии. М.: ГЕОС, 2018. 341 с.Shakirov R.B., 2018. Gasgeochemical Fields of the Eastern Asia Marginal Seas. GEOS, Moscow, 341 p. (in Russian).Shakirov R.B., Syrbu N.S., Obzhirov A.I., 2016. Distribution of Helium and Hydrogen in Sediments and Water on the Sakhalin Slope. Lithology and Mineral Resources 51 (1), 61–73. https://doi.org/10.1134/S0024490216010065.Shakirov R.B., Syrbu N.S., Obzhirov A.I., 2016. Distribution of Helium and Hydrogen in Sediments and Water on the Sakhalin Slope. Lithology and Mineral Resources 51 (1), 61–73. https://doi.org/10.1134/S0024490216010065.Shakirov R.B., Valitov M.G., Obzhirov A.I., Mishukov V.F., Yatsuk A.V., Syrbu N.S., Mishukova O.V., 2019. 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 Geophysical Research 40, 581–600. https://doi.org/10.1007/s11001-019-09389-3.Shakirov R.B., Valitov M.G., Obzhirov A.I., Mishukov V.F., Yatsuk A.V., Syrbu N.S., Mishukova O.V., 2019. 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 Geophysical Research 40, 581–600. https://doi.org/10.1007/s11001-019-09389-3.Смирнов Б.В. Вероятностные методы прогнозирования в инженерной геологии. М.: Недра, 1983. 134 с.Smirnov B.V., 1983. Methods of Probabilistic Forecasting in Engineering Geology. Nedra, Moscow, 134 p. (in Russian).Валитов М.Г., Шакиров Р.Б., Ли Н.С., Яцук А.В., Прошкина З.Н., Аксентов К.И., Максеев Д.С., Швалов Д.А.и др. Комплексные геолого-геофизические исследования северной части Японского моря (2017–2019 гг.) // Технические проблемы освоения мирового океана: Материалы 8-й Всероссийской научно-технической конференции (30 сентября – 3 октября 2019 г.). Владивосток, 2019. № 8. С. 257–261.Valitov M.G., Shakirov R.B., Li N.S., Yatsuk A.V., Proshkina Z.N., Aksentov K.I., Makseev D.S., Shvalov D.A. et al., 2019. Integrated Geological-Geophysical Studies in the Northern Part of the Sea of Japan. In: Technical Problems about Ocean Exploration. Proceedings of the 8th All-Russian Conference (September 30 – October 3, 2019). Vol. 8. Vladivostok, p. 257–261 (in Russian).Yatsuk A., Shakirov R., Gresov A., Obzhirov A., 2020. Hydrocarbon Gases in Seafloor Sediments of the TATAR Strait, the Northern Sea of Japan. Geo-Marine Letters 40, 481–490. http://doi.org/10.1007/s00367-019-00628-5.Yatsuk A., Shakirov R., Gresov A., Obzhirov A., 2020. Hydrocarbon Gases in Seafloor Sediments of the TATAR Strait, the Northern Sea of Japan. Geo-Marine Letters 40, 481–490. http://doi.org/10.1007/s00367-019-00628-5.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.