Для этого необходимо было разработать комплексы приборов и тактику их применения в рейсах в сочетании с обычными океанологическими работами для определения количества, состава и свойств рассеянного осадочного вещества, попадающего в морскую воду из всех внешних источников (аллохтонного), а также количество и состав биогенного (автохтонного) вещества, возникающего в самой морской среде.

Так, главное поступление МНЧ идет в верхнем деятельном слое, здесь же — главный источник биоаутигенного (органического вещества и панцирей), главные процессы биофильтрации, бактериальных преобразований и рециклинга. Общим недостатком фильтрационных и оптических методов традиционного изучения взвеси в рейсах является то, что при этом мы получаем как бы моментальный снимок процесса, характерный только для мгновения получения пробы. В природе, однако, реальные процессы идут во времени, причем не только в кратких масштабах (часы, сутки), но меняются по сезонам и годам, т.е. от мгновений и до геологического времени измеряемого миллионами лет. Этот недостаток наблюдений в значительной мере удалось устранить в ходе наших работ с применением седиментационных и природных ловушек.

Изучение многокилометровой толщи вод (как отмечалось, непрерывное, а не моментальное) удалось обеспечить внедрением в практику исследований седиментационных ловушек разных типов с револьверным механизмом, которые являются важными частями подводных седиментологических обсерваторий — станций непрерывного (круглогодичного) изучения водной толщи на разных глубинах (АГОС).

Седиментационная ловушка представляет собой стеклопластиковый конус с площадью приемного отверстия (апертура) 0,1–0,5 м². В узкой части конуса располагается приемный флакон с жидким фиксатором (раствор сулемы или формалина). Частицы выпадают из воды на поверхность конуса и сползают в приемный флакон. Зная время работы и вес собранного материала, а также диаметр воронки, можно впервые напрямую определить вертикальный поток осадочного вещества для любого горизонта в водной толще (г/м²/год или мг/м²/день). Конструкции таких ловушек могут быть разными, чаще всего применяют многостаканные ловушки (12–24 флакона). Электронным датчиком положение флаконов меняется один или два раза в месяц. Если ловушка устанавливается на один год, то обычно получают значения потоков осадочного вещества по месяцам или по сезонам года, о чем раньше можно было только мечтать! Ловушки могут устанавливаться на разных горизонтах водной толщи от 10 м до 11 км.

Седиментологическая обсерватория — это (кроме ловушек) также целая серия приборов для непрерывного и синхронизированного во времени изучения вертикальных потоков (с заданными экспозициями). Это приборы для непрерывного изучения изменений прозрачности (мутности), определения скорости и направления течений (также круглогодичного действия), а также различных физических параметров среды. Эти приборы «просвечивают» прилежащую водную толщу с определением (дистанционным) распределения взвеси на удалениях до нескольких десятков, а для низкочастотных приборов — даже сотен метров.

Комплектация каждой обсерватории зависит от задач исследования. Так, при гидрофизических исследованиях дополнительно устанавливают на разных глубинах также самописцы температуры и солености, кислорода, а при гидрооптических — нефелометры, прозрачномеры, флюориметры и др. Такая притопленная обсерватория (в некоторых случаях оснащенная десятками приборов) устанавливается в ключевых районах на длительный срок (до 1–2 лет) на якоре. Все обсерватории согласованы по горизонтам и синхронизированы по времени, на которых используется стальной трос с пластмассовым покрытием или капроновый фал (а еще лучше специальный трос из углепластика — Кевлар) — для предохранения от загрязнения проб металлами. Вертикаль распределения приборов на глубине достигается натяжением троса верхним поплавком с запасом положительной плавучести около 300 кг.

В нижней части троса располагается тяжелый (500 кг) якорь, соединенный с линией троса акустическим размыкателем. Размещение приборов по вертикали обычно неравномерно — оно зависит от конкретных особенностей водной толщи, определяемых при предваряющем вертикальном зондировании, а также задач исследования, но во всех случаях особенно важна детализация исследований в двух слоях — в верхнем (деятельном) и в придонном. Поэтому именно здесь концентрируют основную часть измерительных приборов, уменьшают расстояния между ними, сокращают интервалы наблюдений.

Верхнюю 12-стаканную ловушку устанавливают во избежание обрастания под пикноклином. Она дает уникальную возможность прямого определения экспортпродукции (по потоку органического углерода, г/м²/сут). Притопленную обсерваторию с седиментационными ловушками и приборами океанологического комплекса обычно устанавливают на год (чтобы охватить все сезоны года). Приборы должны работать синхронно, т.е. фиксировать изменения параметров во времени с одинаковыми интервалами и в одно время суток. Особенно важны значения вертикальных потоков осадочного вещества на разных глубинах (их изменения во времени) под влиянием изменчивых течений и других факторов, влияющих на вертикальные потоки вещества.

Другое новое важное направление наших исследований рассеянного вещества включает данные спутниковой океанологии. Это пока единственный метод непрерывного (многолетнего) дистанционного изучения самого верхнего слоя океана (содержание взвеси, хлорофилла, температура и др.), которое обычно верифицируется (калибруется) на ходу судна непрерывно (в судовых лабораториях). В рейсах это исследование дополняется прямым отбором проб поверхностного слоя вод на рассеянное осадочное вещество (горизонтальное океанологическое зондирование на ходу). Более детальные работы на станциях — это вертикальное зондирование, дополняющее горизонтальное.

Таким образом, впервые возникла возможность не только получения проб реального рассеянного осадочного вещества с разных глубин моря (в мг/м²/год), но и фиксировать все изменения, связанные с изменениями природной среды: изменения не только по горизонтам водной толщи, но и изменения во времени — от суток до недель-месяцев-сезонов и даже до первых лет. Эти подводные автоматические обсерватории размещают в ключевых местах морей и океанов (одиночно или группами — на полигонах), а также на разрезах через океанологические фронты, через маргинальные фильтры, через материковый склон (от бровки до основания), важнейшие проливы (например, пролив Фрама, поставляющий лед и холодную арктическую воду в глобальный конвейер Мирового океана).

Седиментационные притопленные обсерватории, объединенные в полигон (или разрез), обычно устанавливают для работы синхронно (по времени), фиксируя как осадочные процессы на глубинах морей и океанов, так и причины (события), определяющие возникновение этих процессов и изменений среды. Они дополняются, как отмечено, тремя другими независимыми и также непрерывно действующими системами: 1) спутниковыми наблюдениями (для поверхностного слоя вод), а также 2) наблюдениями за взвесью в толще вод и, особенно, в придонном слое с переходом в 3) донные осадки. По-существу, верхний слой донных осадков моря — это стационарная природная седиментационная ловушка огромных размеров (вся площадь дна моря или океана), которая ведет наиболее долговременную запись осадочных процессов (тысячи – сотни тысяч и миллионы лет).

В настоящее время это наиболее совершенный метод и приборы для непрерывных долговременных in situ исследований потоков вещества и других седиментационных экспериментов на глубинах океанов и морей. Таким образом, несмотря на экстремальные условия полярных морей с дрейфующими льдами на поверхности, полярной ночи и штормовой погоды удается проводить седиментологические исследования в автоматизированном режиме непрерывно круглый год в любой точке Мирового океана.

Лисицын А.П. Атмосферная и водная взвесь как исходный материал для образования морских осадков // Труды Института океанологии. Том XIII, 1955. С. 16–22.

Лисицын А.П. Осадкообразование в океане и взаимодействие геосфер Земли / Мировой океан. Т. II. Физика, химия и биология океана. Под общ. ред. чл.-корр. РАН Л.И. Лобковского и академика Р.И. Нигматулина. М.: Научный мир, 2014. C. 331–571.