УДК 551.465.45+551.326.2(268.55/56)
О значении переохлаждения морской воды и образования внутриводного льда при формировании водной массы и ледяного покрова в Восточно-Сибирском и Чукотском морях
Г. А. Лебедев*, В. И. Федотов*, Н. В. Черепанов*
На примере Восточно-Сибирского и Чукотского морей рассмотрены влияние и роль переохлажденной воды, а также образующихся кристаллов внутриводного льда на формирование строения ледяного покрова. Даны краткая гидрометеорологическая характеристика рассматриваемых регионов и описание ледовой обстановки в морях, зависящей от поступления с севера тяжелых арктических льдов. Отмечается, что в связи с уменьшением ледовитости морей в последние годы при дальнейшем увеличении площади, свободной от ледяного покрова, интенсивность выхолаживания поверхностного слоя воды в осенне-зимнее время увеличится. Это приведет к переохлаждению поверхностного слоя воды на большей территории и вызовет обильное шугообразование. При этом на локальных участках неизбежно скопление кристаллов внутриводного льда (шуги) с возможным их смерзанием в монолитную массу при новом очередном контакте с переохлажденной водой, что способствует увеличению общей толщины ледяного покрова. Установлено также, что переохлажденная вода инициирует смерзание (консолидацию) обломочного материала в торосах и прибрежных стамухах. Показано, что в рассматриваемых морях переохлаждение воды в осенне-зимнее время охватывает всю водяную толщу шельфовой зоны до дна на больших площадях, но плотность этих вод из-за меньшей солености недостаточна для участия в формировании глубинных слоев воды. Поэтому воды шельфовой зоны данных морей влияют на формирование только поверхностных арктических вод. Это существенно отличает рассматриваемые процессы от аналогичных в водах Антарктики.
1. Введение
На примере Восточно-Сибирского и Чукотского морей проанализированы роль и влияние переохлажденной воды, а также образующихся кристаллов внутриводного льда на формирование строения ледяного покрова. Характеризуя некоторые природные особенности и ледовый режим этих морей, отметим сравнительно малую изученность их льдов по сравнению с морями западного сектора Арктики и льдами Центрального полярного
* Арктический и антарктический научно-исследовательский институт; e-mail: lebedev@ aari.nw.ru.
бассейна. Используются материалы немногочисленных статей, посвященных этим морям, полевые материалы исследования льдов во время расстановки радиовех и создания радиационных каналов для вывода зимовавших судов на чистую воду (в Чаунской губе и у мыса Шмидта) в 1957 г., а также материалы, размещенные в Интернете. Заметим, что (по мнению авторов) полевые материалы, полученные при исследовании ледяного покрова в прежние годы, не потеряли своего значения и в настоящее время, несмотря на значительное уменьшение количества дрейфующих льдов летом и новые технические возможности в их изучении.
Строение ледяного покрова и физические свойства слагающего его льда зависят в основном от условий формирования и развития. Приводимые в статье данные ранее не публиковались и в какой-то мере могут быть полезны для проектных разработок в шельфовой зоне рассматриваемых морей, тем более в условиях неопределенности: что нас ждет — потепление или малый ледниковый период? Значение обоих морей проявляется не толь ко в пла не на ви га ции по Се вер ному мор скому пути, но и в ис поль зо-вании запасов полезных ископаемых, которые сосредоточены в их шельфовой зоне. Так, по данным исследователей США, только на шельфе Чукотского моря нефтяные запасы составляют около 30 млрд. баррелей.
Эти два соседствующих моря, имея много общего (расположение в пределах материковой отмели, суровые климатические условия, поступление льдов из Центрального полярного бассейна, сравнительно небольшой пресный сток, абразию берегов и многое другое), существенно различаются. Так, Восточно-Сибирское море является наиболее холодным из окраинных арктических морей, а Чукотское — наиболее теплым вследствие поступающих через Берингов пролив теплых и более соленых тихоокеанских вод.
2. Общая характеристика акваторий рассматриваемых морей
Характеризуя Восточно-Сибирское море и юго-западную часть Чукотского моря [5, 13, 14], отметим, что средняя глубина Восточно-Сибирского моря составляет 54 м, а Чукотского — 71 м. Климат в том и другом море полярно-морской. Летом температура воздуха в северной части морей держится около 0°С, тогда как в прибрежных районах она положительная, например, у побережья Восточно-Сибирского моря она составляет 3—7°С. Переход к отрицательной температуре происходит в конце августа. Осенью здесь преобладает северо-западный и северо-восточный ветер, скорость которого часто превышает 20 м/с. На открытой воде ветер вызывает сильное волнение с высотой волны до 5 м. Наиболее холодными месяцами для Восточно-Сибирского моря оказываются январь и февраль (среднемесячная температура воздуха соответственно -26...-28°С и ниже). Для Чукотского моря самым холодным является февраль со среднемесячной температурой у побережья -22...-28°С.
В Восточно-Сибирском море соленость поверхностного слоя воды из-за пресноводного стока незначительна и составляет в прибрежной зоне всего 4—5%о, в центральной части 24—26%о, а в северной — 28—30%о. В
70° С. ш. 80
120° в. д. 150 180
Рис. 1. Поверхностные водные массы арктических морей по [9] (лето).
1 —тихоокеанские воды; 2 — баренцевоморские воды; 3 —речные воды; 4 — поверхностные воды Арктического бассейна; 5 — поверхностные воды арктических морей; 6 — смешанные воды. Цифрами указано содержание вод в процентах.
зимнее время соленость воды на акватории моря несколько увеличивается. В Чукотском море соленость воды поверхностного слоя увеличивается с запада на восток от 28 до 32%о. Распределение типов воды поверхностного слоя представлено на рис. 1 [9].
Становление припая в западной части Восточно-Сибирского моря начинается во второй декаде октября, в восточной части на 10—15 дней позднее. Таким образом, с конца августа до середины октября при отрицательной температуре воздуха и частых штормах происходит интенсивное выхолаживание не только поверхностного слоя воды, но и, учитывая небольшие глубины, всей водной массы на участках, свободных ото льда.
Положение кромки припая обычно соответствует 25-метровой изобате, а если учесть то, что в западной части моря десятиметровая изобата расположена в 25—50 милях от берега, можно судить и о развитии припая в этом районе моря. В Чукотском море припай менее развит: его ширина вдоль береговой линии составляет всего 10—20 км (см. рис. 2 [5]).
3. Характеристика ледяного покрова акваторий
Толщина припайного льда в рассматриваемых морях обычно составляет 180—220 см, но при наличии под ледяным покровом переохлажденной воды или кристаллов внутриводного льда она может несколько увеличиться и превысить расчетную толщину льда для этого района. Отметим, что лед, сформировавшийся в таких условиях, может быть особенно прочным. Так, в 1957 г. для вывода на чистую воду зимовавших у мыса Шмидта судов потребовалось разрушать именно такой лед. Из-за заноса под лед переохлажденной воды и кристаллов внутриводного льда от заприпайной стационарной полыньи он оказался не только толще расчетного, но и прочнее. Поэтому при создании ледового канала потребовалось использовать как взрывные работы, так и метод радиационного таяния льда. Опыление припая шлаком ускорило поверхностное таяние льда в мае — июне на две недели.
60 100 140° в. д.
Рис. 2. Ледяной покров Северного Ледовитого океана [5].
1' — граница льдов зимой; 2' — летом; 3' — припай; 4' — полыньи: 1 — Печерская; 2 — Западно-Новоземельская; 3 — Амдерминская; 4 — Ямальская; 5 — Обь-Енисейская; 6 — Западно-Североземельская; 7 — Восточно-Североземельская; 8 — Таймырская; 9 — Ленская; 10 — Новосибирская; 11 —Аляскинская. Отроги океанических ледяных массивов: I — Шпицбергенский; II — Карский; III — Таймырский; IV — Айонский; V — Чукотский. Локальные ледяные массивы: А — Новозе-мельский; Б — Североземельский; В — Янский; Г — Новосибирский; Д— Вранге-лев ский.
В большой степени ледовая обстановка на рассматриваемых морях за-ви сит от по ступ ления с се ве ра тя же лых ар кти чес ких льдов, форми ру ю щих ледовые массивы. Анализ погодных и ледовых условий позволил Е. Г. Ковалеву [8] выделить для Восточно-Сибирского моря тяжелое, восточное, цен траль ное и лег кое положе ние кром ки сплочен ных льдов. Исключая последние годы, большая часть акватории рассматриваемых морей все время была покрыта дрейфующими льдами с образованием отдельных ледовых мас си вов. Так, в тя же лые годы поло са чис той воды вдоль юго-вос точ но го берега Восточно-Сибирского моря во время навигации не превышала 10—15 км. Интересно, что в суровые зимы из Центрального полярного бассейна в рассматриваемые моря поступало льда меньше, чем в теплые [7]. Последнее можно объяснить большей ледовитостью и большей сплоченностью льдов в самих морях.
Вместе с тем ледовая обстановка в Арктике, особенно в Западном секторе, существенно меняется в сторону уменьшения ледовитости. Выражается это в более позднем становлении ледяного покрова, меньшем количестве остаточных льдов в морях и общем сокращении площади, занятой льдами [15]. За последнее десятилетие в Северном Ледовитом океане она уменьшилась на 40% и к 2010 г. составляла менее 3,5 млн. км2 [3]. Можно предположить, что при дальнейшем увеличении площади, свободной от ледяного покрова, интенсивность выхолаживания поверхностного слоя воды в осенне-зимнее время усилится. Это приведет к переохлаждению поверхностного слоя воды на большей территории и вызовет обильное шугообразование. При этом на локальных участках неизбежно скопление кристаллов внутриводного льда (шуги) с возможным их смерзанием в монолитную массу при очередном контакте с переохлажденной водой.
Рассматривая дрейфующие льды Восточно-Сибирского и Чукотского морей, отметим, что они в основном состоят из однолетних и двухлетних льдов, причем толщина последних достигает 3 м. Встречаются и многолетние льды толщиной до 4 м. Хотя за после
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.