ОКЕАНОЛОГИЯ, 2004, том 44, № 2, с. 283-295
МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 551.465
ПРИДОННАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ В ГДАНЬСКОЙ ВПАДИНЕ
БАЛТИЙСКОГО МОРЯ: ДОННЫЕ ОСАДКИ И ДИНАМИКА ЗАТОКОВ СЕВЕРОМОРСКИХ ВОД
© 2004 г. Е. М. Емельянов, В. А. Гриценко,
Атлантическое отделение Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Калининград Поступила в редакцию 28.05.2001 г., после доработки 11.11.2002 г.
В работе на основе экспериментальных данных об осадках, термохалинной структуре и отдельным измерениям горизонтальной скорости дается описание структуры водной толщи и глубинных течений в Гданьской впадине, приводятся маршруты возможных затоков (inflow) североморских вод. Совместный анализ геологических данных и численного моделирования позволили предложить три наиболее возможных сценария проникновения течений-затоков североморских вод в Гданьскую котловину: в первом из них струя от устья Слупского желоба поворачивает на ЮВ, двигается вдоль изобаты 85 м и затем поворачивает на юг (к проходу 89 м); во втором - более сильная струя соленых вод направляется из Готландской впадины на уровне меридиана 19° в.д. по долине, идущей на юг (к проходам 89 и 82 м); в третьем - основная струя придонного течения проходит несколько выше поверхности дна Гданьско-Готландского порога в точках с глубинами 89 и 82 м. В Гданьскую впадину могут попадать лишь сравнительно слабые по мощности течения-затоки североморских вод, которые циркулируют в ней против часовой стрелки и выходят в Готландскую впадину лишь в северо-западной части Гданьско-Готландского порога через проходы с глубинами 80-70 м. В самой глубокой части впадины (100-110 м) инструментально также обнаружен циклонический круговорот со скоростью течений 5-15 см/с.
В. Д. Егорихин
ВВЕДЕНИЕ
Во впадинах Балтийского моря вода резко стратифицирована как по солености (плотности), так и по содержанию кислорода. Обе эти характеристики обусловлены водообменом Балтийского моря с океаном (Северным морем). В Балтийском море, в том числе и в Гданьском бассейне, в верхнем, деятельном слое (0-60 м) преобладают в основном дрейфовые и градиентные течения с антициклоническим характером [12]. Преобладающим направлением продвижения соленых океанских вод в Балтику является путь от Датских проливов через Борнхольмскую впадину-Слупский желоб-Готландскую-Фаре и Северо-Балтийскую впадины и далее на восток и запад (рис. 1) [21, 23, 24]. При обычно наблюдающихся слабых затоках североморских вод их недостаточный запас отрицательной плавучести приводит к тому, что вода в придонных слоях практически не обновляется. В результате в придонных слоях кислород время от времени исчезает и появляется сероводород. Так называемые большие затоки (major inflow) соленых океанских вод [21-24] происходят периодически, раз в несколько лет: эта вода, заполняя впадину за впадиной, доходит до Северной Балтики и Западно-Готландской котловины, вентилируя впадины и окисляя скопившийся в придонных слоях впадин сероводород [13, 18, 24]. О наличии сильных придонных течений в большинстве впа-
дин известно давно. Основываясь на геологических данных, а также на теоретических моделях авторы [4] уточнили представления о системе придонных течений в Борнхольмской [14] и Готландской [5, 28] впадинах. По этим же данным, а также по инструментальным измерениям был выявлен и характер придонных течений в Слуп-ском желобе (рис. 1), соединяющем указанные две впадины. Гданьская впадина находится в стороне от статистически преобладающего маршрута распространения североморских вод в Балтийском море, однако смена стагнированных условий на аэрированные в центральной части этой впадины [28] (глубины 100-115 м) однозначно говорят о том, что и в этой впадине происходит обновление вод [5, 18]. В каком участке и каким образом этот заток соленых вод происходит? Можно ли выяснить скорости и направление придонных течений по геолого-геоморфологическим признакам? Целью данной работы является определение факта существования придонных течений, а также их направления и скоростей по данным рельефа дна и по распределению верхнего слоя донных осадков в Гданьской впадины и эпизодическим измерениям течений при помощи автономных донных станций (АДС).
Фактический материал и методика работ. Экспериментальным материалом для данной статьи послужили: геоморфологические и геологические материалы, собранные и обобщенные со-
Готландская впадина
2
с:;> ГГП
Рис. 1. Географическое положение изученных районов I и II в южной Балтике. I - северо-восточная часть Слупского желоба (см. рис. 9); II - юго-западная часть Гданьского бассейна (см. рис. 2).
1 - принципиальная схема придонных течений по палеогеологическим реконструкциям [4, 14, 16]; 2 - переливание соленых североморских вод через Слупский порог во время сильных затоков [6]. Изобаты в м (по Руденко [26]). ГГП -Гданьско-Готландский порог.
трудниками лаборатории геологии Атлантики АО ИО РАН [14-17]; новые данные о строении осадочной толщи и мощностях морских (голоце-новых) осадков, полученные при помощи сейсмо-профилографа "Парасаунд"; инструментальные измерения скоростей и направлений глубинных и придонных течений в Слупском желобе и в центральной и восточной частях Гданьской впадины (рис. 2); результаты расчетов на двух нелинейных двумерных численных моделях стратифицированных течений [1-4].
Гидрология и течения. В Гданьском бассейне Балтийского моря преобладают в основном дрейфовые и градиентные течения [12]. Согласно представлениям Сташкевица (цит. по [20]) севернее Хельской косы они направлены на юго-восток и далее вдоль берега на восток-северо-восток-север, т.е. против часовой стрелки. Натурные измерения Джеднорал-Козловска (цит. по [12]) показывают, что обычные скорости течений на глубине 20 м составляют 30-50 см/с, 40 м -12-25 см/с, 100 м и глубже —10 см/с. Примерно такие же скорости придонных течений в центральной части Гданьской впадины были измерены В. Д. Егорихиным в экспедициях Института океанологии РАН. Наблюдения за течениями на гидрологических станциях 1, 2, 3 и 4 в сентябре 1997 и в январе 1998 гг. (рис. 2) проводились при помощи заякоренных буйковых станций с при-топленной плавучестью с регистраторами течений БПВ-2. Течения у дна (рис. 3) могут быть отнесены к двум типам: первый, довольно слабый и неустойчивый - на глубинах 107 и 60 м, второй,
достаточно мощный - на глубинах 45 и 35 м. Максимальные скорости ЮЗ направления (до 14 см/с) на глубине 107 м были зафиксированы 25 сентября, а на глубине 60 м - до 16 см/с 23 и 25 сентября. Статистические оценки (таблица) дают следующие результаты: на глубине 107 м на скорость меньше 5 см/с приходится 2/3 времени, на скорость 5-10 см/с - 1/3 времени. Постоянного направления течения зафиксировано не было. На глубине 60 м направление течений было более устойчивым (в основном, Ю-ЮЗ), однако величина вектора скорости была несколько меньше. На станциях 1 и 2 на глубинах 35 и 45 м средние скорости достигали 20 см/с при северном направлении. Именно здесь были зафиксированы интенсивные струи, устойчиво существовавшие более суток 23 и 25-26 сентября 1997 г. Течения, по-видимому, имели контурный характер, т.к. их вектор скорости в точке измерений был направлен параллельно изобатам дна.
Термохалинная структура моря в сентябре
1997 г. в районе работы буйковых станций (рис. 4) была следующей: нижняя граница термоклина находилась на горизонте 60 м; верхняя граница галоклина (~7.8%е) была расположена на глубине 80 м, а максимум солености (~11.8%е) располагался в 5-10 м от дна Гданьской котловины. В январе
1998 г. (см. рис. 4) температура воды до глубины 55-60 м была около 4-5°С; с горизонта 85 м до дна наблюдался максимум температуры (~8.0-8.3°С). Верхняя граница галоклина (~8.0%е) переместилась на глубину 70 м, а у дна соленость возрастала до 13.15%с. Данные отличия однозначно
30'
55'
30'
18° 19° 20°
Рис. 2. Батиметрическая схема (изобаты в м) по Руденко [26], океанографические станции, распределение донных осадков (слой 0-5 см), предполагаемые и замеренные (ниже уровня галоклина) придонные течения в южной части Гданьской впадины и на Гданьско-Готландском пороге:
1 - геологические станции (и их номера), на которых были отобраны пробы донных осадков (0-5) на разных судах АО ИО РАН; 2 - гидрологические станции, выполненные на НИС "Профессор Штокман" (П. Ш.); 3 - акустические профили, выполненные при помощи параметрического профилографа "Парасаунд" в 8-м рейсе НИС "Академик Иоффе" (А1-8) и в 1-м рейсе НИС "Академик Сергей Вавилов" (А8У-1); 4 - сводный литологический профиль от точки 5 до точки 1, проведенный по водораздельной части Гданьско-Готландского порога (см. рис. 6); 5-10 - типы осадков (слой 0-5 см, [16]): 5 - морена, 6 - моренный суглинок, 7 - глина озерная, 8 - пески с гравием, 9 - крупные алевриты, 10 -мелко-алевритовые илы; 11 - придонные течения (предполагаемые и измеренные: а - сильные, б - слабые); 12 - предполагаемый циклонический круговорот придонных вод в самой глубокой части Гданьского бассейна (см. рис. 5); II -положение самой восточной части полигона II в Слупском желобе (см. рис. 1 и 9).
(а)
23.09 24 25 26 27 28 29.09.97 г.
п-1-1-1-1-г
ст. 4. гл. 112 м
^.-^Ч^ч^/^/^нч^-Ч гор. 107 м
/ .
/У^1 '"" V'у///
ст. 3. гл. 65 м гор. 60 м
ст. 2. гл. 50 м гор. 45 м
ЛМ^/^А стгоргл354м0 м
_I_I_I_I_I_1—1_ П 1 П ОП /
0 10 20 см/с
(б)
18.01.98 г.
-1-
19
—I—
20
—I—
21
—I—
22 —I—
Лчи
г* V
I/'"*
///а
ст. 4. гл. 110 м гор.105 м
ст. 3. гл. 65 м гор. 60 м
ст. 1. гл. 40 м гор. 35 м
0 10 20 см/с
22 I—
23
24
25
26 27.01.98 г.
Рис. 3. Векторно-временны е диаграммы придонных течений на станциях 1, 2, 3, 4 (см. рис. 2) на горизонтах 35, 45, 60 и 105 м. Измерения выполнены в сентябре 1997 и январе 1998 гг.
указывают на факт поступления в Гданьскую впадину в январе 1998 г. соленых североморских вод. Об этом же говорят и векторы течений на горизонтах 105 (см. рис. 3, 5), 60 и 35 м.
Таким образом, в Гданьской впадине, в том числе и на самых больших глубинах зафиксированы заметные адвективные движения воды. Придонная водная масса спорадически обновляется за
сч
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.