УДК 551.465.42(265,2+571.642)
Диапикиическое проникновение шельфовых вод вдоль континентального склона о. Сахалин
В. А. Соснин*, П. Я. Тшценко*, Н. Бибоу**
Анализ сезонной изменчивости океанографических характеристик по данным СЮ-зондирования показывает, что зимой и весной в районе континентального склона о. Сахалин происходит диапикническое проникновение шельфовых вод на промежуточные глубины. Максимальная плотность шельфовых вод в течение года не превышает 2б,84ав,но от способны проникать глубже 600 м, охлаждая толщу вод, прилегающую к континентальному склону. При этом промежуточный максимум температуры располагается ниже, чем в открытой части моря и в океане. Энергетическим источником этого процесса является потенциальная энергия шельфовых вод, которой они обладают в холодное время года. Уплотнение при смешении является дополнительным источником энергии.
Введение
Считается, что из-за высокой плотности поверхностные воды Охотского моря могут участвовать в формировании так называемой северо-тихоокеанской промежуточной водной массы пониженной солености (NPIW). В зимний период на северо-западном шельфе Охотского моря плотность вод может достигать, как полагают, 27,05сг9. Широкому кругу исследователей эти воды известны как "воды Китани" (Kitani Water) [5, 11, 14, 17, 18, 21]. Принято считать, что поверхностные воды Тихого океана, которые попадают в море через северные проливы Курильской гряды, смешиваются с более плотными шельфовыми водами, в результате чего формируются промежуточные воды Охотского моря (SOIW). Позже они выносятся обратно в океан через глубокий пролив Буссоль уже как один из источников северо-тихоокеанских промежуточных вод [6, 11, 17, 18, 20, 21].
Таковы общие представления. На самом деле эта схема содержит в себе ряд неопределенностей и даже противоречий. Нет точных оценок взаимного переноса вод между морем и океаном, который оценивается от 1,1 [21] до 15 Св [13]. Рейд [16] считал, что Охотское море не может быть реальным источником вод NPIW. Коно и Кавасаки [12] полагают, что вынос вод через пролив Буссоль пренебрежимо мал и поэтому модификация вод Ойясио водами Охотского моря не является доминирующей. Кроме того,
* Тихоокеанский океанологический институт им, В. И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук.
** вЕОМАК, Германия.
инструментальные наблюдения показывают, что через северные проливы Курильской гряды происходит вынос вод в океан [10].
Проблема, связанная с образованием охотоморских промежуточных вод, состоит в том, что они не имеют отличительного признака и не существует критериев для определения их границ. Морошкин [3] считал, что эти воды находятся между подповерхностным холодным и теплым промежуточными слоями в интервале глубин 150—800 м, Фриланд и другие [8] считают, что они находятся на глубинах 500—1000 м, в то время как Вонг с соавторами [20] относят их к слою 200—1000 м. Между тем, распределение океанографических характеристик на разрезе через пролив Буссоль указывает на то, что обмен вод между бассейнами в этом интервале глубин невозможен или затруднен [8, 12, 20].
Другое противоречие заключается в том, что промежуточные воды Тихого океана, с которыми связывают охотоморские промежуточные воды, имеют в своей основе характерный признак — минимум солености. Он начинает появляться в вертикальном распределении солености на значительном удалении от Курильских проливов — в субарктической фронтальной зоне на глубинах примерно 400 м, в то время как основная толща промежуточных вод Охотского моря находится значительно глубже. Открытыми остаются и вопросы о причинах, механизмах и глубине проникновения шельфовых вод на промежуточные глубины Охотского моря. Все это позволяет нам вслед за автором [9] повторить, что природа охотоморских промежуточных вод до сих пор остается не ясной, и добавить — как и влияние вод Охотского моря на их формирование. На наш взгляд, необходимо прежде всего рассмотреть причину различий структуры вод Охотского моря и Тихого океана и, в частности, глубин залегания промежуточного максимума температуры. Как известно, в субарктической зоне Тихого океана промежуточный максимум температуры (теплый промежуточный слой) находится на глубине примерно 300 м. В центральной части Охотского моря (впадина Дерюгина) эта глубина составляет 600 м, а в южной части моря в пределах Курильской котловины уже около 900 м.
Целью данной работы является рассмотрение причин и механизма попадания шельфовых вод на промежуточные глубины Охотского моря.
Данные и методы анализа
Данные натурных наблюдений были получены в течение пяти экспедиций в 1998—2000 гг. в рамках выполнения российско-германской программы КОМЕХ и подпрограммы "Мониторинг метана в Охотском море". Наблюдения проводились по одним и тем же разрезам во все сезоны года, включая зимние с дрейфующего льда.
Районы наблюдений охватывали область шельфа северо-востока о. Сахалин, континентального склона, центральную часть моря и глубоководную Курильскую котловину. Все данные были получены с использованием СТБ-зондов "Беа-ВксМШ" и "Магк-3". Зондирования проводились до дна.
Результаты наблюдений
Данные СТО-наблюдений показывают, что максимальные значения плотности вод, которые были обнаружены на северо-восточном шельфе 52
о, Сахалин в зимний и весенний сезоны в придонном слое, не превышали 26,84т 0. Характерной чертой сезонной изменчивости океанографических условий вблизи континентального склона служит сезонное появление интрузий холодных вод с отрицательными значениями температуры. Они обнаруживаются как у самого дна, так и в толще вод. Вертикальные размеры интрузий достигают 400 м. В летнее время крупных интрузий нет, но отмечается много мелких.
В холодное время года в районе континентального склона складывается экстраординарная ситуация, когда на шельфе значения солености и плотности вод оказываются больше, чем на таких же глубинах в мористой части. У самого дна, наоборот, обнаруживаются воды, плотность которых меньше, чем на соответствующих глубинах мористой части (рис. 1). Данные черты распределения поля плотности были тщательно проверены и не являются артефактом или недостатком графической обработки.
Обсуждение
Нет сомнения, что интрузии холодных вод на промежуточных глубинах в районе континентального склона представляют собой воды шельфа. Каковы же причины их появления в толще вод?
Наблюдения показывают, что процесс соскальзывания вод с шельфа начинается на глубинах немногим более 100 м, а в районе континентального склона он проявляется уже значительно глубже. В зимнее время интрузии шельфовых вод наблюдались на глубинах до 500 а весной - глубже 600 м.
В осеннее время воды шельфа быстрее выхолаживаются в результате плотностной конвекции и приливного перемешивания у дна. Кроме того, значения солености на северо-восточном шельфе о. Сахалин оказываются больше, чем на соответствующих глубинах в открытой части моря. Вероятно, это есть следствие более интенсивного формирования льда в прибрежной зоне. Как известно, в конце лета наблюдается максимум
Станция 10 Р 12 13 Ш
Рис. 1. Распределение плотности (<а), солености (6) и температуры воды (в) вдоль 53° с. ш, возле континентального склона о. Сахалин, июнь 1999 г.
сезонного стока р. Амур. След распресненных вод отмечается вдоль северного и восточного побережья Сахалина [1]. В осеннее время это является одной из причин, способствующей более быстрому росту льда и соответственно увеличению солености воды под ним [15]. В результате плотность воды в шельфовой зоне становится больше, чем на соответствующих глубинах в глубоководной части моря, В районе континентального склона создаются условия для гравитационного течения по наклонной плоскости. Такие ситуации хорошо известны в геофизике и задача не является чисто океанологической [4]. Как показывают наши данные, для возникновения движения вниз по склону хватает меньших, чем у "вод Китани", значений плотности шельфовых вод.
Результаты CTD-наблюдений демонстрируют проявление склоновой конвекции в холодный сезон (см. рис. 1). Возле материкового склона изо-пикнические поверхности потенциальной плотности менее 26,85ав имеют тенденцию к уменьшению глубины залегания. Изопикнические поверхности больше 26,85ае, наоборот, заглубляются у склона. Такие черты поля плотности можно объяснить, предположив, что щельфовая вода, которая скатывается по склону и проникает до глубин более 600 м, имеет такую же плотность. Действительно, во время зимней ледовой экспедиции на сахалинском шельфе нами была обнаружена вода с плотностью 26,84а в. Это является косвенным доказательством того, что шельфовая вода такой плотности проникает до глубин, где плотность окружающих вод больше, чем 27,1ств. Иными словами, вдоль континентального склона происходит диа-пикническое проникновение вод шельфа на промежуточные глубины. Очевидно, что этот процесс требует энергетических затрат. Кроме того, энергия необходима и для процесса перемешивания. На наш взгляд, главным энергетическим источником этого служит потенциальная энергия шельфовых вод, которой они обладают в холодное время года. Чтобы показать, что это так, рассмотрим простую модель.
Пусть шельф представляет собой плоскую площадку, на которой зимой плотность воды достигает 26,84а в. Предположим также, что склон имеет вертикальные стенки. Пусть исходное залегание изопикнических поверхностей в начале зимнего сезона будет горизонтальным. Также предположим, что в непосредственном соприкосновении с шельфовыми водами (0О = —l,748t; So = 33,354 е.п.с.; ав = 26,84) находятся невозмущенные воды, типичные для открытой части моря (в данном случае пусть это будет станция 17 (рис. 1) с характеристиками поверхностного слоя в =0,962СС; S = 32,694 е.п.с.; ав = 26,192). Эта ситуация характерна для весеннего периода, когда на шельфе еще сохраняется лед, а открытая часть моря уже начинает прогреваться. В это время горизонтальные контрасты плотности воды максимальны. Зимой они меньше.
Если в силу каких-либо причин (средний поток, приливные движения) воды шельфа будут сдвинуты в глубоководную часть, т
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.