ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2010, том 432, № 3, с. 403-407
= ГЕОГРАФИЯ =
УДК 551.46
ЭКЗАРАЦИЯ ДНА КАСПИЙСКОГО МОРЯ ЛЕДЯНЫМИ ТОРОСИСТЫМИ ОБРАЗОВАНИЯМИ
© 2010 г. С. А. Огородов, В. В. Архипов
Представлено академиком Н.С. Касимовым 05.08.2009 г. Поступило 05.08.2009 г.
В последние два десятилетия на Северном Каспии активизировались работы по освоению имеющихся здесь запасов углеводородов, сопровождающиеся проектированием и строительством стационарных платформ, подводных трубопроводов и других объектов нефтегазовой инфраструктуры. Поэтому оценка интенсивности ледовых воздействий, относящихся к категории опасных природных процессов, является ключевым звеном для обеспечения как геотехнической безопасности нефтегазовых объектов, так и экологической безопасности в акватории.
Каспийское море относится к частично замерзающим морям. Ледовые условия Каспийского моря характеризуются большой сложностью и изменчивостью. Его северная мелководная часть замерзает ежегодно, в средней части лед появляется вдоль побережий лишь в суровые зимы, в южной части льда не бывает [1]. Ледовый период на Северном Каспии продолжается с ноября по март. Ледовые условия характеризуются большой сложностью и изменчивостью. Полное замерзание и образование припая обычно происходит севернее линии о. Чечень—о. Кулалы (рис. 1). В холодные и экстремально холодные зимы припайный лед может устанавливаться до изобаты 20 м.
Ледообразование на Северном Каспии при характерной солености вод от 2 до 11%о, в отличие от вод арктических и дальневосточных морей, имеет место при температуре замерзания в диапазоне от —0.2 до —0.6°С [2]. Плотность не содержащего включений морского льда здесь ниже, чем в Арктике, и составляет ~920 кг/м [3]. Температурный режим льда сильно зависит от температуры окружающего воздуха. В типичных условиях это —1...—2°С с гомотермическим распределением, при продолжительных 20-градусных морозах температура в приводном слое льда может понижать-
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Государственный океанографический институт им. Н.Н. Зубова, Москва
ся до —4.. .—8°С со значительным градиентом распределения [4].
Максимальная толщина ровного льда на Северном Каспии даже в очень суровые зимы не превышает 60—70 см [1], припая — 90—120 см [4]. Однако значительную часть акватории может занимать так называемый наслоенный лед [5]. Наслоение льда в Каспийском море наблюдается практически ежегодно в результате надвигов од-
Рис. 1. Вероятность ледообразования и дрейф льда [4]. 1 — изолиния вероятности, %; 2 — направление генерального дрейфа; 3 — преобладающее направление дрейфа.
403
8*
ной ледяной пластины на другую. Как правило, в наслоении участвует молодой лед толщиной менее 30 см. Максимальная толщина наслоенного льда может достигать здесь 3 м [1].
Специфика ледовых условий Северного Каспия, с его относительно тонким и "теплым" льдом, коротким по сравнению с Арктикой периодом ледообразования, обусловливает относительно низкие прочностные характеристики ровного льда и, соответственно, на фоне сильных ветров особенно благоприятные условия для его взлома и торошения. Наиболее характерным для Северного Каспия является ветровое торошение, которому также способствуют подледные течения и сгонно-нагонные колебания уровня. Существенное влияние на характер процессов торошения оказывают мелководность, извилистость береговой черты и довольно сложный рельеф дна с большим количеством подводных банок и кос.
Максимальная торосистость при всех типах зим наблюдается в зоне контакта припая и дрейфующего льда. В результате того факта, что положение кромки припая в течение холодного сезона постоянно меняется, зона активного торошения захватывает большие площади. Следствием торо-сообразования является установление на границе устойчивого (как и в зоне неустойчивого) припая гряд торосов, перпендикулярных направлению ветра, вызывающего торошение. Для активного торосообразования характерно как возникновение торосов, так и появление стамух, сидящих на грунте.
На Северном Каспии различают стамухи осеннего и зимнего происхождения [1]. Стамухи осеннего происхождения образуются в ноябре-декабре из ниласа и серого льда толщиной 5-15 см. Они имеют, как правило, небольшие размеры в поперечнике и высоту 1-3 м над поверхностью ровного льда. Такие стамухи образуются повсеместно в прибрежной полосе до глубин 2 м. Стамухи зимнего происхождения обычно образуются из серо-белого и белого льда толщиной 20-70 см. Они могут достигать размеров 100-300, иногда 500 м в поперечнике и высоты 10-15 м. Максимальная зарегистрированная высота паруса стамухи составила 20 м. Максимальная глубина, до которой документально зафиксировано образование стамух на Каспийском море, составляет 12 м.
При анализе количества гряд торосов и стамух для Северного Каспия можно отметить следующую закономерность (рис. 2): наибольшая торо-систость наблюдается в годы со средней ледови-тостью холодного периода; в суровые зимы большую часть акватории занимает устойчивый припай, препятствующий слишком активному торошению; в годы с мягкими зимами процесс торошения также ограничен не полностью покрытой льдом акваторией и малой толщиной льда. Колебания уровня Каспия, достигавшие в
XX веке амплитуды 3 м [6], в общем случае оказывают заметное влияние на рельеф мелководий [7], в значительной мере влияя на торосистость Северного Каспия [1].
Помимо стамух, на Северном Каспии также широко распространены так называемые навалы льда, погребающие под собой немногочисленные острова и банки, находящиеся выше и ниже текущего положения уровня моря. По своей природе они имеют аналогичное стамухам происхождение. Весной после очищения акватории ото льда они могут еще достаточно долго сохраняться в рельефе.
Первым, кто обратил внимание на "следы деятельности подвижных льдов" на поверхности дна Северного Каспия и опубликовал пионерную статью на эту тему, был выдающийся советский географ, геолог, а впоследствии этнолог и писатель, Борис Иванович Кошечкин [8]. Полученные им на тот момент выводы и результаты пред-тавляли несомненный интерес, внося значительный вклад в интенсивно развивавшуюся теорию геоморфологии и динамики берегов, так что мгновенно попали в учебники [9].
При производстве аэрогеологических работ с применением аэрофотосъемки и аэровизуальных наблюдений в пределах восточного побережья Каспийского моря было обращено внимание на специфический рисунок поверхности морского дна [8]. Этот рисунок представляет собой на первый взгляд лишенные всякой закономерности взаимно пересекающиеся борозды и шрамы светлого тона на фоне более темной поверхности дна. Иногда отмечаются и целые серии таких борозд, строго параллельных друг другу и имеющих в плане вид "гребенки". Как правило, этот рисунок приурочен к мелководным участкам акватории, которые в зимнее время покрываются льдом. Наиболее характерно и четко он выражен в пределах мелководной зоны Мангышлакского залива, вплоть до глубин, ограниченных 3-метровой изобатой.
Было предположено [8], что образование борозд и шрамов связано с выпахивающей деятельностью льда в период его весенних подвижек. Глыбы льда, оторвавшись от края ледяного поля, двигаются в направлении господствующих ветровых течений. При этом они сдирают поверхностный слой илистых отложений и покров водорослей и образуют за собой "шрамы выпахивания", длина которых достигает 2-3 км. По мере таяния глыбы ее масса и, как следствие, ее способность механически воздействовать на грунт уменьшаются, а затем глыба всплывает на воде. Этот процесс находит свое отражение в морфологии полос. Каждая борозда имеет четко выраженное начало - резкую границу в месте отрыва льдины от края неподвижного ледяного поля. Чем дальше, тем более сокращается ширина борозды, она
(А) (Б)
Рис. 2. Расположение гряд торосов (А) и стамух (Б) на Северном Каспии в суровые (а), умеренные (б) и мягкие (в) зимы; 1, 2 — стамухи осеннего и зимнего происхождений соответственно, 3 — максимальное положение кромки льда [10, 11].
сужается и, наконец, постепенно выклинивается. Анализ распределения основных направлений шрамов и сопоставление этих направлений с направлением преобладающих ветров показал, что движение масс нагроможденного льда подчиняется господствующим ветрам и возбуждаемым ими течениям.
Позднее, в ходе эхолотных и водолазных обследований Кулалинской банки (район месторождений Филановского и Корчагина) В.В. Андреевым с соавторами [12] были обнаружены "серии подводных валов и бороздин, вытянутых в юго-восточном направлении", генезис которых они не решились определить однозначно. Валы имели превышение над бороздинами до 40—60 см и прослеживались до глубины 15—16 м, а наиболее четко были выражены на глубине 11—12 м. В настоящее время, когда представления об экзарации дна и сохранности форм ледового выпахи-
вания существенно продвинулись [13], последнее обстоятельство хорошо объясняется тем, что на глубинах до 7—8 м имела место значительная волновая переработка ледово-экзарационных форм, образовавшихся в предшествующий холодный период, а на глубинах свыше 15—16 м такие формы на Каспии в принципе формироваться не могут, так как кили дрейфующих торосистых образований здесь не так велики, чтобы достигать таких значительных глубин.
При проектировании подводных трубопроводов и кабелей связи в арктических и других замерзающих морях необходимы достоверные оценки интенсивности воздействий ледяных торосистых образований на дно и глубины их внедрения в грунт. Недооценка величин экзарации дна может привести к повреждению инженерных сооружений, в то же время излишнее заглубление объектов сильно удорожает их строительство. При про-
Рис. 3. Экзарация дна торосом, вмерзшим в дрейфующее ледяное поле [14].
Рис. 4. Фрагмент мозаики ГБО (0.25 х 0.7 км) с отчетливо выраженной системой борозд выпахивания (1) и локальной ямой со следами застамушивания (2), глубина моря ~10 м.
чих равных условиях наибольшие интенсивность и глубина экзарации дна приурочены к области дрейфующих льдов, тяготеющей к кромке припая, где в течение всего холодного сезона пр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.