geomorfГеоморфология и палеогеографияGeomorfologiya i Paleogeografiya2949-17892949-179710.31857/S2949178924020075PNPYQEgeomorf-3428Research ArticleНаучные сообщенияShort communicationsУсловия, механизм и стадии развития пингоподобных форм на шельфе Печорского моряPingo-like features in the Pechora Sea: conditions, origin and stages of developmenthttps://orcid.org/0000-0002-8659-9733ЕременкоЕ. А.EremenkoE. A.eremenkoeaig@gmail.comКоханА. В.KokhanA. V. Kokhankkkkk1987@mail.ruМорозЕ. А.MorozE. A.morozzea@gmail.comДенисоваА. П.DenisovaA. P.anden6900@gmail.comСоколовС. Ю.SokolovS. Yu.sysokolov@yandex.ruМутовкинА. Д.MutovkinA. D.admutovkin@mail.ruГеологический институт РАН, Москва; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, МоскваРоссияGeological Institute of RAS, Moscow; Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography, MoscowRussian FederationГеологический институт РАН, МоскваРоссияGeological Institute of RAS, MoscowRussian FederationГеологический институт РАН, МоскваРоссияShirshov Institute of Oceanology of RAS, MoscowRussian FederationИнститут океанологии имени П.П. Ширшова РАН, МоскваРоссияShirshov Institute of Oceanology of RAS, MoscowRussian Federation202421122024552138153Copyright © Еременко Е.А., Кохан А.В., Мороз Е.А., Денисова А.П., Соколов С.Ю., Мутовкин А.Д., 20242024Еременко Е.А., Кохан А.В., Мороз Е.А., Денисова А.П., Соколов С.Ю., Мутовкин А.Д.Eremenko E.A., Kokhan A.V., Moroz E.A., Denisova A.P., Sokolov S.Y., Mutovkin A.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://geomorphology.igras.ru/jour/article/view/3428

На основе результатов многолучевого эхолотирования и сейсмического профилирования, выполненных в 2018–2019 гг. в рамках научных рейсов НИС “Академик Николай Страхов”,  с привлечением всех ранее опубликованных данных разработана концептуальная схема образования пингоподобных форм на шельфе Печорского моря (юго-восточная часть акватории Баренцева моря между островами Колгуев и Вайгач). При интерпретации генезиса рельефа дна на полигоне площадью около 12 км кв. использованы как полученные авторами новые геофизические данные, так и материалы бурения, опубликованные ранее. Установлено, что образование пингоподобных форм на дне происходит при наличии многолетнемерзлых пород в условиях отрицательных температур придонных вод под действием потока флюидов из недр. Основной причиной возникновения пингоподобных форм является образование зон аномально высокого пластового давления в толще или ниже подошвы многолетней мерзлоты в результате миграции флюидов к поверхности дна. Образованию пингоподобных форм предшествует появление валообразного поднятия дна за счет выдавливания пластично-мерзлых глинистых толщ к приповерхностной части разреза. В дальнейшем в результате нарушения сплошности и частичного оттаивания многолетней мерзлоты на своде валообразного поднятия начинается рост пингоподобной формы, представляющей собой грязевулканическую постройку. Миграция газа по вертикальному каналу к вершинному кратеру может сопровождаться промерзанием слагающих пингоподобную форму глинистых осадков в результате дроссельного эффекта Джоуля‒Томпсона. Истекающие из вершинного кратера грязевые массы могут промерзать на склонах пингоподобной формы в результате охлаждения содержащейся в них пресной воды в условиях отрицательных придонных температур. Увеличение размера грязевулканической постройки приводит к снижению давления близ подошвы деградирующей под действием флюидопотока многолетней мерзлоты, что приводит к постепенному оседанию валообразных поднятий дна и возникновению компенсационных впадин. По результатам повторного мониторинга газопроявлений установлено, что более половины пингоподобных форм на обследованном полигоне в настоящее время являются действующими каналами миграции флюидов из недр к поверхности дна и в водную толщу.

“Akademik Nikolay Strakhov” and all previously published data, a conceptual scheme of the pingo-like feature formation on the shelf of the Pechora Sea (south-eastern part of the Barents Sea between the islands of Kolguev and Vaygach) was developed. During interpreting the genesis of the bottom topography at a key-site with an area of about 12 km2, both new geophysical data obtained by the authors and previously published drilling materials were used. It has been established that formation of pingo-like features starts in the presence of submarine permafrost and subzero temperature of bottom waters under the influence of the fluid flow (degassing). Pingo-like feature development begins due to the formation of zones of abnormally high reservoir pressure below submarine permafrost as a result of vertical migration of fluids. The grouth of a pingo-like feature begins from the formation of a roll-like rise of the bottom due to the extrusion of frozen clayey strata to the near-surface part of the section. Subsequently, as a result of disruption of the continuity and partial thawing of permafrost, the growth of a pingo-like feature, which is essentially a mud volcanic structure, begins on the arch of the uplift. Fluid flow within a vertical channel up to the summit crater may be accompanied by freezing of the clayey strata as a result of the throttling effect. Mud flowing from the summit crater can freeze on the slopes of a pingo-like feature as a result of cooling of the fresh water contained in them under conditions of subzero bottom temperatures. A growth of the mud volcanic structure leads to a decrease in pressure near the base of submarine permafrost, that gradually thaws under the influence of fluid flow. This process leads to the gradual subsidence of roll-like rise and the appearance of compensation depressions. Based on the results of repeated monitoring of gas manifestations in water, it was established that more than half of the pingo-like features are currently active channels for the migration of fluids from the subsurface to the bottom surface and into the water column.

дегазацияфлюидыфлюидогенный рельефгрязевой вулканизмдиапирыакустические аномалииБаренцево мореdegassingfluidsfluidogenic landformsmud volcanismdiapirsacoustic anomaliesBarents SeaОбработка результатов экспедиционных работ, интерпретация и разработка концептуальной схемы проведены при поддержке гранта РНФ № 22-77-10091 “Закономерности проявления дегазации на Баренцево-Карском шельфе и ее влияние на рельеф и донные отложения”ReferencesАтлас: геология и полезные ископаемые шельфов России. (2004). М.: ГИН РАН. 108 с.Atlas: geologija i poleznye iskopaemye shel'fov Rossii (2004). M.: GIN RAN. 108 s. (in Russ.)Бондарев В. Н., Рокос С. И., Костин Д. А. и др. (2002). Подмерзлотные скопления газа в верхней части осадочного чехла Печорского моря. Геология и геофизика. Т. 43. № 7. С. 587—598.Blasco S., Bennett R., Brent T. et al. (2013) 2010 State of Knowledge: Beaufort Sea seabed geohazards associated with offshore hydrocarbon development. Geological Survey of Canada. Open File 6989. 340 p. https://doi.org/10.4095/292616Денисова А. П., Мороз Е. А., Еременко Е. А. и др. (2022). Признаки дегазации в области распространения ледникового и водно-ледникового рельефа в северо-восточной части Баренцевоморского шельфа. В сб.: Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. Вып. 9. СПб: ВНИИОкеангеология им. И. С. Грамберга. С. 78—86. https://doi.org/10.24412/2687-1092-2022-9-78-86Bogoyavlensky V., Kishankov A., Yanchevskaya A. et al. (2018) Forecast of Gas Hydrates Distribution Zones in the Arctic Ocean and Adjacent Offshore Areas. Geosciences. 8(12). 453. https://doi.org/10.3390/geosciences8120453Кохан А. В., Мороз Е. А., Еременко Е. А. и др. (2022). Морфология пингоподобных форм на шельфах морей Печорского и Карского как индикатор их возраста и динамики. В сб.: Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. Вып. 9. СПб: ВНИИОкеангеология им. И. С. Грамберга. С. 143—148. https://doi.org/10.24412/2687-1092- 2022-9-143-148Bondarev V.N., Rokos S.I., Kostin D.A. i dr. (2002) Podmerzlotnye skoplenija gaza v verhnej chasti osadochnogo chehla Pechorskogo morja. Geologija i geofizika. T. 43. № 7. S. 587–598. (in Russ.)Кохан А. В., Мороз Е. А., Еременко Е. А. и др. (2023). Флюидогенный рельеф районов распространения многолетней мерзлоты на шельфе Печорского и Карского морей. Вестник Московского университета. Сер. 5. География. Т. 78. № 3. С. 104—124. https://doi.org/10.55959/MSU0579-9414.5.78.3.9Denisova A.P., Moroz E.A., Eremenko E.A. i dr. (2022) Priznaki degazacii v oblasti rasprostranenija lednikovogo i vodno-lednikovogo rel'efa v severo-vostochnoj chasti Barencevomorskogo shel'fa. V sb.: Rel'ef i chetvertichnye obrazovanija Arktiki, Subarktiki i Severo-Zapada Rossii. Vyp. 9. SPb: VNIIOkeangeologija im I.S. Gramberga. S. 78-86. https://doi.org/10.24412/2687-1092-2022-9-78-86/. (in Russ.)Крапивнер Р. Б. (2007). Признаки неотектонической активности Баренцевоморского шельфа. Геотектоника. № 2. C. 73—89.Diak M., Böttcher M.E., Ehlert von Ahn C.M., et al. (2023) Permafrost and groundwater interaction: current state and future perspective. Front. Earth Sci. Vol. 11. https://doi.org/10.3389/feart.2023.1254309Мельников В. П., Спесивцев В. И. (1995). Инженерно-геологические и геокриологические условия шельфа Баренцева и Карского морей. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние. 194 с.Frederick J. M., Buffett B.A. (2016) Submarine groundwater discharge as a possible formation mechanism for permafrost-associated gas hydrate on the circum-Arctic continental shelf. J. Geophys. Res. Solid Earth. 121. P. 1383–1404. https://doi.org/10.1002/2015JB012627.Мельников В. П., Федоров К. М., Вольф А. А., Спесив- цев В. И. (1998). Анализ возможного сценария образования придонных ледяных бугров на шельфе Печорского моря. Криосфера Земли. Т. 11. № 4. С. 51—57.Frederick J.M., Buffett B.A. (2015) Effects of submarine groundwater discharge on the present-day extent of relict submarine permafrost and gas hydrate stability on the Beaufort Sea continental shelf. Journal of Geophysical Research: Earth Surface. 120(3). https://doi.org/10.1002/2014JF003349Методическое руководство по составлению и подготовке к изданию листов государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1:1 000 000 (третьего поколения). (2009). СПб: ВСЕГЕИ. 198 с.Grob H., Riedel M., Duchesne M. J. et al. (2023) Revealing the extent of submarine permafrost and gas hydrates in the Canadian Arctic Beaufort Sea using seismic reflection indicators. Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 24. e2023GC010884. https://doi.org/10.1029/2023GC010884Миронюк С. Г. (2020). Флюидогенные образования: обоснование выделения новой генетической группы рельефа морского дна. В сб.: VIII Щукинские чтения: рельеф и природопользование. Материалы Всероссийской конференции с международным участием. М.: МГУ. С. 37—43.Gwiazda R., Paull C.K., Dallimore S.R. et al. (2018) Freshwater seepage into sediments of the shelf, shelf edge, and continental slope of the Canadian Beaufort Sea. Geochemistry, Geophysics, Geosystems. Vol. 19. P. 3039–3055. https://doi.org/10.1029/2018GC007623Миронюк С. Г., Иванова А. А., Хлебникова О. А. (2019а). Флюидогенные формы рельефа как индикаторы нефтегазоносности недр шельфа. В сб.: Труды VII Международной научно-практической конференции “Морские исследования и образование (MARESEDU-2018)”. Т. II (IV). Тверь: ООО “ПолиПРЕСС”. С. 120—125.Hant J. (1982) Geohimija i geologija nefti i gaza. M.: MIR. 706 s. (in Russ.)Миронюк С. Г., Колюбакин А. А., Голенок О. А. и др. (2019б). Грязевулканические структуры (вулканоиды) Карского моря: морфологические особенности и строение. В сб.: Геология морей и океанов: Материалы XXIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. М.: ИО РАН. Т. 5. С. 192—196.Kohan A.V., Moroz E.A., Eremenko E.A. i dr. (2022) Morfologija pingopodobnyh form na shel'fah morej Pechorskogo i Karskogo kak indikator ih vozrasta i dinamiki. V sb.: Rel'ef i chetvertichnye obrazovanija Arktiki, Subarktiki i Severo-Zapada Rossii. Vyp. 9. SPb: VNIIOkeangeologija im I.S. Gramberga. S. 143–148. https://doi.org/10.24412/2687-1092-2022-9-143-148. (in Russ.)Рокос С. И. (1996). Стратиграфия и геохронология четвертичных отложений мелководного шельфа Печорского и Карского морей по данным инженерно-геологического бурения. В сб.: Тезисы междунар. конф. “Эволюция биологических процессов и морские экосистемы в условиях оке- анического перигляциала”. Мурманск: ММБИ. С. 22—23.Kokhan A.V., Moroz E.A., Eremenko E.A. et al. (2023) Fluidogenic landforms within the permafrost zone on the shelf of the Pechora and Kara seas. Lomonosov Geography Journal. Vol. 78. No. 3. S. 104–124. https://doi.org/10.55959/MSU0579-9414.5.78.3.9. (in Russ.)Система Баренцева моря. (2021). Под ред. А. П. Лисицы- на. М.: ГЕОС. 671 с.Krapivner R.B. (2007) Priznaki neotektonicheskoj aktivnosti Barencevomorskogo shel'fa. Geotektonika. № 2. S. 73-89. (in Russ.)Хант Дж. (1982). Геохимия и геология нефти и газа. М.: МИР. 706 с.Mel'nikov V.P., Fedorov K.M., Vol'f A.A., Spesivcev V.I. (1998) Analiz vozmozhnogo scenarija obrazovanija pridonnyh ledjanyh bugrov na shel'fe Pechorskogo morja. Kriosfera Zemli. T. 11. № 4. S. 51-57. (in Russ.)Blasco S., Bennett R., Brent T. et al. (2013). 2010 State of Knowledge: Beaufort Sea seabed geohazards associated with offshore hydrocarbon development. Geol. Surv. Can. Open File 6989. 340 p. https://doi.org/10.4095/292616Mel'nikov V.P., Spesivcev V.I. (1995) Inzhenerno-geologicheskie i geokriologicheskie uslovija shel'fa Barenceva i Karskogo morej. Novosibirsk: Nauka. Sib. izd. Firma. 194 s. (in Russ.)Bogoyavlensky V., Kishankov A., Yanchevskaya A. et al. (2018). Forecast of Gas Hydrates Distribution Zones in the Arc- tic Ocean and Adjacent Offshore Areas. Geosciences. V. 8. № 12. 453. https://doi.org/10.3390/geosciences8120453Metodicheskoe rukovodstvo po sostavleniju i podgotovke k izdaniju listov gosudarstvennoj geologicheskoj karty Rossijskoj Federacii masshtaba 1:1 000 000 (tret'ego pokolenija) (2009). SPb. 198 s. (in Russ.)Diak M., Böttcher M. E., Ehlert von Ahn C. M. et al. (2023). Permafrost and groundwater interaction: current state and future perspective. Front. Earth Sci. V. 11. https://doi.org/10.3389/feart.2023.1254309Mironyuk S.G. (2020) Fljuidogennye obrazovanija: obosnovanie vydelenija novoj geneticheskoj gruppy rel'efa morskogo dna. V sb.: VIII Shhukinskie chtenija: rel'ef i prirodopol'zovanie. Materialy Vserossijskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem. M. S. 37-43. (in Russ.)Frederick J. M., Buffett B. A. (2015). Effects of submarine groundwater discharge on the present-day extent of relict submarine permafrost and gas hydrate stability on the Beaufort Sea continental shelf. J. Geophys. Res.: Earth Surf. V. 120. Iss. 3. https://doi.org/10.1002/2014JF003349Mironyuk S.G., Ivanova A.A., Khlebnikova O.A. (2019a) Fljuidogennye formy rel'efa kak indikatory neftegazonosnosti nedr shel'fa. V sb.: Trudy VII Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii “Morskie issledovanija i obrazovanie (MARESEDU-2018)”. T. II (IV). Tver': OOO “PoliPRESS”. S. 120–125. (in Russ.)Frederick J. M., Buffett B. A. (2016). Submarine groundwater discharge as a possible formation mechanism for permafrost-associated gas hydrate on the circum-Arctic continental shelf. J. Geophys. Res. Solid Earth. V. 121. Iss. 3. 1383—1404. https://doi.org/10.1002/2015JB012627Mironyuk S.G., Kolyubakin A.A., Golenok O.A. i dr. (2019b) Grjazevulkanicheskie struktury (vulkanoidy) Karskogo morja: morfologicheskie osobennosti i stroenie. V sb.: Geologija morej i okeanov: Materialy XXIII Mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii (Shkoly) po morskoj geologii. M.: IO RAN. T. 5. S. 192-196. (in Russ.)Grob H., Riedel M., Duchesne M. J. et al. (2023). Revealing the extent of submarine permafrost and gas hydrates in the Canadian Arctic Beaufort Sea using seismic reflection indicators. Geochem., Geophys., Geosyst. V. 24. Iss. 5. e2023GC010884. https://doi.org/10.1029/2023GC010884Overduin P., Von Deimling T.S., Miesner F. et al. (2019) Submarine permafrost map in the Arctic modeled using 1-D transient heat flux (SuPerMAP). Journal of Geophysical Research: Oceans. Vol. 124. https://doi.org/10.1029/2018JC014675Gwiazda R., Paull C. K., Dallimore S. R. et al. (2018). Fresh-water seepage into sediments of the shelf, shelf edge, and continental slope of the Canadian Beaufort Sea. Geochem., Geophys., Geosyst. V. 19. Iss. 9. P. 3039—3055. https://doi.org/10.1029/2018GC007623Paull C.K., Dallimore S.R., Jin Y.K. et al. (2022) Rapid seafloor changes associated with the degradation of Arctic submarine permafrost. PNAS. Vol. 119. No. 12. https://doi.org/10.1073/pnas.2119105119Overduin P., Von Deimling T. S., Miesner F. et al. (2019). Submarine permafrost map in the Arctic modeled using 1-D transient heat flux (SuPerMAP). J. Geophys. Res.: Oceans. V. 124. Iss. 6. P. 3490—3507. https://doi. org/10.1029/2018JC014675Paull C.K., Lii W.U., Dallimore S.R. et al. (2007) Origin of pingo-like features on the Beaufort Sea shelf and their possible relationship to decomposing methane gas hydrates. Geoph. Res. Lett. Vol. 34. L01603. https://doi.org/10.1029/2006GL027977.Paull C. K., Dallimore S. R., Jin Y. K. et al. (2022). Rapid seafloor changes associated with the degradation of Arctic submarine permafrost. PNAS. V. 119. № 12. https://doi.org/10.1073/pnas.2119105119Poley D.F. (1982) A detailed study of a submerged pingo-like feature in the Canadian Beaufort Sea (Arctic, Canada). Dalhousie University, Department of Geology. 105 p.Paull C. K., Lii W. U., Dallimore S. R. et al. (2007). Origin of pingo-like features on the Beaufort Sea shelf and their possible relationship to decomposing methane gas hydrates. Geophys. Res. Lett. V. 34. L01603. https://doi.org/10.1029/2006GL027977.Portnov A., Smith A.J., Mienert J. et al. (2013) Offshore permafrost decay and massive seabed methane escape in water depths >20m at the South Kara Sea shelf. Geoph. Res. Lett. Vol. 40. https://doi.org/10.1002/grl.50735Poley D. F. (1982). A detailed study of a submerged pingo-like feature in the Canadian Beaufort Sea (Arctic, Canada). Dalhousie University, Department of Geology. 105 p.Rokos S.I. (1996) Stratigrafija i geohronologija chetvertichnyh otlozhenij melkovodnogo shel'fa Pechorskogo i Karskogo morej po dannym inzhenerno-geologicheskogo burenija. V sb.: Tezisy mezhdunar. Konf. Jevoljucija biologicheskih processov i morskie jekosistemy v uslovijah okeanicheskogo perigljaciala. Murmansk: MMBI. S. 22-23. (in Russ.)Portnov A., Smith A. J., Mienert J. et al. (2013). Offshore permafrost decay and massive seabed methane escape in water depths >20m at the South Kara Sea shelf. Geophys. Res. Lett. V. 40. https://doi.org/10.1002/grl.50735Serov P., Portnov A., Mienert J. et al. (2015) Methane release from pingo-like features across the South Kara Sea shelf, an area of thawing offshore permafrost. J. Geophys. Res. Earth Surf. Vol. 120. P. 1515–1529. https://doi.org/10.10022015JF003467Serov P., Portnov A., Mienert J. et al. (2015). Methane release from pingo-like features across the South Kara Sea shelf, an area of thawing offshore permafrost. J. Geophys. Res.: Earth Surf. V. 120. Iss. 8. P. 1515—1529. https://doi. org/10.10022015JF003467Shearer J.M., Macnab R.F., Pelletier B.R., Smith T.B. (1971) Submarine pingoes in the Beaufort Sea. Science. Vol. 174. No. 4011. P. 816-818.Shearer J. M., Macnab R. F., Pelletier B. R., Smith T. B. (1971). Submarine pingoes in the Beaufort Sea. Science. V. 174. № 4011. P. 816—818.Sistema Barenceva morja (2021). Pod red. A.P. Lisicyna. M.: GEOS. 671 s. (in Russ.)Van Rensbergen P., Rabaute A., Colpaert A. et al. (2007). Fluid migration and fluid seepage in the Connemara Field, Porcupine Basin interpreted from industrial 3D seismic and well data combined with high-resolution site survey data. Int. J. Earth Sci. V. 96. Iss. 1. P. 185—197. https://doi.org/10.1007/s00531-005-0021-2Van Rensbergen P., Rabaute A., Colpaert A. et al. (2007) Fluid migration and fluid seepage in the Connemara Field, Porcupine Basin interpreted from industrial 3D seismic and well data combined with high-resolution site survey data. International Journal of Earth Sciences. 96(1):185-197. https://doi.org/10.1007/s00531-005-0021-2Weatherall P., Marks K. M., Jakobsson M. et al. (2015). A new digital bathymetric model of the world’s oceans. Earth and Space Sci. V. 2. Iss. 8. P. 331—345. https://doi.org/10.1002/2015EA000107Weatherall P., Marks K.M., Jakobsson M. et al. (2015) A new digital bathymetric model of the world’s oceans. Earth and Space Science. Vol. 2. P. 331–345. https://doi.org/10.1002/2015EA000107

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