ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СУБАКВАЛЬНЫХ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД НА ЕВРАЗИЙСКОМ ШЕЛЬФЕ АРКТИКИ С УЧЕТОМ ЗОНАЛЬНОСТИ СОВРЕМЕННОГО КЛИМАТА
Authors: Ю.Ю. СМИРНОВ , Т.В. МАТВЕЕВА , Н.А. ЩУР , А.А. ЩУР , А.В. БОЧКАРЕВ 
Published: November 2024

Изучение и прогнозирование состояния подводной мерзлоты весьма важно в связи с вопросами глобальных изменений климата, газогидратообразования, оценки природных опасностей в результате оттаивания мерзлых толщ. В статье представлен прогноз распространения реликтовой субмаринной мерзлоты на евразийском шельфе Северного Ледовитого океана на основе решения одномерной нестационарной задачи Стефана методом конечных разностей c использованием современных программных средств и библиотек. Описан математический аппарат модели. Особое внимание уделено процессу выбора граничных условий задачи, их синтеза. Расчеты выполнены на основе климатической кластеризации протяженного евразийского шельфа с учетом зональной изменчивости как приземной температуры воздуха, так и температуры и солености придонных вод. Впервые представлены модельные оценки положения кровли субаквальной мерзлоты, проведено сравнение с данными бурения. Анализ влияния граничных условий на результаты моделирования и сравнение модельных данных с результатами сейсмоакустических и буровых работ подтверждают хорошее качество модели. Эволюция многолетнемерзлых пород во времени представлена комплектом из трех карт для разных этапов позднего неоплейстоцена-голоцена. В результате исследования создана глобальная двухмерная карта мощности субмаринных многолетнемерзлых пород евразийского шельфа высокого разрешения. Проведены детальные моделирование и картирование распространения кровли многолетнемерзлых пород на хорошо изученных участках. По оценкам авторов, на всем протяжении евразийского шельфа прогнозируется широкое распространение субмаринных многолетнемерзлых пород. Наибольшая мощность реликтовых мерзлых отложений приурочена к литоральной зоне морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, а также прибрежью Новосибирских островов. В Печорском и Чукотском морях в основном прогнозируется слаборазвитая, близкая к полной деградации, реликтовая подводная мерзлота.

The study and prediction of subsea permafrost conditions hold profound significance in the context of global climate change, the formation of gas hydrates, and the assessment of natural hazards arising from the permafrost thawing. This study presents a forecast of relict subsea permafrost distribution across the Eurasian Arctic shelf through the resolution of a one-dimensional, non-stationary Stefan problem using finite difference methods, facilitated by contemporary software tools and libraries. The mathematical description of the model is presented. Particular attention is paid to the boundary conditions of the model and their synthesis. Calculations take into account the climate clustering of the expansive Eurasian shelf, considering zonal variations in both near-surface air temperature and the temperature and salinity of subsea waters. For the first time, model estimates of the position of the upper boundary of subsea permafrost are presented, and its position is compared with drilling data. Analysis of the influence of boundary conditions on the simulation results and comparison of our results with seismoacoustic and drilling data confirm the good quality of the model. The evolution of subsea relict permafrost in time is represented by a set of three maps for the Late Pleistocene-Holocene time spans. As a result, a high-resolution global two-dimensional map of the thickness of underwater permafrost on the Eurasian shelf was created. Detailed modelling and forecast mapping of the distribution of permafrost table was carried out in well-studied areas. According to our forecasts, a wide distribution of subsea relict permafrost is predicted throughout the Eurasian Arctic shelf. The greatest thickness of relict frozen deposits is confined to the littoral zone of the Laptev and East Siberian seas, as well as the offshore of the New Siberian Islands. In the Pechora and Chukchi seas, mostly poorly developed, close to complete degradation, relict subsea permafrost is predicted.