научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОДНЫХ МАСС НА ШЕЛЬФЕ И МАТЕРИКОВОМ СКЛОНЕ ВОКРУГ АНТАРКТИДЫ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОДНЫХ МАСС НА ШЕЛЬФЕ И МАТЕРИКОВОМ СКЛОНЕ ВОКРУГ АНТАРКТИДЫ»

Лёд и Снег • 2014 • № 4 {128)

Морские, речные и озёрные льды

УДК [551.4б2.32/.33+551.32б.7](2б9)

Особенности формирования и распространения водных масс на шельфе и материковом

склоне вокруг Антарктиды

© 2014 г. А.В. Клепиков, Н.Н. Антипов

Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург

klep@aari.ru

Formation and distribution of water masses on the shelf and continental slope around Antarctica

A.V. Klepikov, N.N. Antipov

Arctic and Antarctic Research Institute, St. Petersburg

Статья принята к печати 7мая 2014 г.

Антарктика, водная масса, донная вода, конвекция, фронт, шельф, Южный океан.

Antarctic, bottom water, convection, front, shelf, Southern ocean, water masses.

Выполненные в последние десятилетия натурные исследования показали, что структура и характеристика водных масс в пределах шельфа Антарктиды существенно различаются по территории. Главное различие, согласно которому антарктический шельф делится на два региона, заключается в наличии (или отсутствии) в районе антарктической шельфовой воды, занимающей обычно нижний слой водной колонки и имеющей температуру, близкую к температуре замерзания. На всех шельфах Восточной и части Западной Антарктиды (от моря Уэдделла до моря Росса включительно) эта водная масса обнаружена в разных объёмах и имеет региональные различия в солёности. На шельфах большей части Западной Антарктиды (моря Амундсена и Беллинсгаузена, западный шельф Антарктического полуострова) признаков формирования арктической шельфовой воды не обнаружено. В результате указанных особенностей эти два региона играют принципиально разную роль в процессах, влияющих на климат. Речь идёт о формировании антарктической донной воды и воздействии тёплой циркумполярной глубинной воды на таяние шельфовых ледников.

The field studies of the last decades show that the structure and characteristics of the waters on the continental shelf of Antarctica have significant spatial differences. On the all shelves of the East and, partly, the West Antarctica (from the Weddell Sea to the Ross Sea, inclusive), Antarctic Shelf Water is found having different volumes and different salinities. On the shelves of most part of West Antarctica (in the Amundsen and Bellingshausen Seas and at the western shelf of the Antarctic Peninsula) the Antarctic Shelf Water is not found.

Введение

Антарктика и окружающий её Южный океан интересны, прежде всего, как важные части климатической системы планеты, в которой происходят существенные изменения. Исследованию климата Антарктиды уделяется особое внимание, так как её материковый ледяной покров содержит колоссальные запасы пресной воды, а увеличение таяния этого льда при потеплении атмосферы может вызвать катастрофическое повышение уровня Мирового океана. Кроме того, большие сезонные и межгодовые изменения площади морского льда делают климат Антарктики особенно чувствительным к изменению климата в других регионах вследствие существующих обратных связей в климатической системе.

Климатические изменения в Антарктике не имеют столь однонаправленного характера, как в Арктике, а что касается морского льда, то они вообще имеют противоположный знак. Так, общая площадь морского льда в Антарктике со второй половины 1990-х годов постоянно растёт, тогда как температура в верхнем километровом слое воды

Южного океана демонстрирует тренд потепления практически повсеместно [8, 10]. В основном, положительная аномалия в общей площади антарктического ледяного покрова обеспечивается западно-тихоокеанским сектором Южного океана (морем Росса). При этом в морях Амундсена и Беллинсгаузена наблюдается сокращение площади морского льда [19]. В опубликованном недавно Резюме для политиков к первой главе 5-го оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) [12] сделан вывод, что средняя скорость потери льда антарктическим континентальным ледниковым покровом увеличилась с 30 Гт/год в 1992—2001 гг. до 147 Гт/год в 2002—2011 гг. С высокой степенью достоверности утверждается, что эти потери происходят главным образом в северной части Антарктического полуострова и в секторе моря Амундсена [12].

Новые методы оценки баланса массы континентального льда Антарктики сделаны, в основном, по результатам проекта GRACE, т.е. на основе спутниковых измерений гравитационных

6 Лёд и Снег, № 4, 2014

изменений. Для более точной оценки баланса массы необходимо рассчитать приходную (аккумуляцию) и расходную (откол айсбергов, таяние подводной части шельфовых ледников) части. В работе [9] оценены сток материкового льда и баланс массы Антарктического ледникового покрова на основе обработки и анализа спутниковой информации, позволившей достаточно точно рассчитать аккумуляцию (снегонакопление) и установить айсберговый сток. Для оценки таяния подводной части шельфовых ледников необходимо исследование процессов в океане.

Процессы, происходящие в Южном океане, прежде всего на шельфе и континентальном склоне, исключительно важны для понимания происходящих изменений и разработки сценариев возможных климатических изменений. Абиссальная циркуляция Мирового океана, обусловленная распространением антарктических донных вод, может играть значительную роль в сменах ледниковых и межледниковых периодов. В то же время в районах, где сравнительно тёплые глубинные воды достигают подводных частей шельфовых ледников, происходит их таяние, которое влияет на баланс массы и устойчивость Антарктического ледникового щита. Цель настоящего исследования — проанализировать существующие процессы на антарктическом шельфе и материковом склоне, а также определить регионы, где есть или условия для формирования донных вод, или условия для таяния шельфовых ледников.

Постановка проблемы

Основной объём антарктической донной воды формируется за счёт процессов, протекающих на шельфе и материковом склоне Антарктиды. Главная составляющая донной воды — антарктическая шельфовая вода, которая образуется при формировании морского льда в осенне-зимний период и сопровождается выбросом соли, что продуцирует солёную воду с потенциальной температурой не выше -1,85 °С [16]. При этом конвекция достигает дна, т.е. шельфовые воды формируются, в основном, в районе прибрежных заприпайных полыней (шириной от нескольких до первых десятков километров), которые образуются практически повсеместно вдоль побережья Антарктиды и поддерживаются сильным катабатическим ветром. Зимой в полыньях из-за контакта с холодным воздухом происходит интенсивное образование льда, вызывающее осолонение вод. Сильный ветер не даёт полынье замерзнуть, постоянно взламывает молодой лёд

и уносит его к дальнему от берега краю полыньи. Таким образом, весь зимний период в полыньях, окаймляющих припай, образуется лёд, а излишки соли поступают в воду, увеличивая её солёность.

Собственно антарктическая шельфовая вода представляет собой придонный слой на шельфе, который сохраняет свою низкую температуру и высокую плотность и в летний период, когда эта водная масса не формируется. Часть этой воды может быть модифицирована вследствие таяния у нижней поверхности шельфовых ледников, где образуется вода холоднее -1,85 °С (наблюдались значения примерно до -2,3 °С), поскольку рост давления с глубиной понижает точку замерзания [15].

Образующаяся переохлаждённая (относительно точки замерзания при атмосферном давлении) вода именуется водой шельфовых ледников. Эта вода в смеси с антарктической шельфовой водой, выходя из области формирования, может накапливаться в депрессиях на шельфе, со временем переливаясь через порог у бровки шельфа или находить пути вниз по каньонам в сторону глубокого океана. В результате она смешивается с более тёплой (> 0 °С) и обычно более солёной глубинной водой над склоном [11]. Когда плотность этой смеси становится равной плотности окружающего океана, она покидает окрестности континентального склона и занимает соответствующий слой. Если она достигнет дна склона, то может стать антарктической донной водой.

Занимающая самый нижний слой океана (глубже 4 км) антарктическая донная вода растекается по дну на север вплоть до умеренных широт Северного полушария, существенно влияя на глобальную структуру Мирового океана и интенсивность меридиональной циркуляции вод в нём. В Атлантическом океане поверх антарктической донной воды и навстречу ей движется североатлантическая глубинная вода, образующаяся в верхнем слое океана к юго-востоку от Гренландии. Двигаясь на юг, относительно тёплые и солёные глубинные воды Северной Атлантики с глубин более 3000 м поднимаются в области Антарктического полярного фронта до глубин 500—800 м и вовлекаются в Антарктическое циркумполярное течение. Перемещаясь вокруг Антарктиды в потоке этого течения, североатлантическая глубинная вода путём смешивания с окружающими водами преобразуется в циркумполярную глубинную воду. Под влиянием преобладающих над Южным океаном сильных западных ветров и под воздействием силы Кориолиса происходит отток поверхностных вод на север, что позволяет глубин-

ным водам подниматься к поверхности вблизи континентального склона и шельфа [1].

Поступление циркумполярной глубинной воды в область материкового склона и шельфа — основа всех протекающих здесь процессов и формирующихся типов водных масс. Поступление этой воды в прибрежный регион обеспечивается системой крупномасштабных циклонических круговоротов, южные ветви которых связаны с направленным на запад антарктическим прибрежным течением. Особенно хорошо круговороты выражены в морях Уэд-делла, Росса и заливе Прюдс, которые глубоко вдаются в континент. Перенос сравнительно тёплых и солёных циркумполярных глубинных вод к побережью Антарктиды происходит в восточных звеньях субполярных циклонических круговоротов, что приводит к образованию аномалий в морском ледяном покрове (областей тонкого и разреженного льда и даже полыней) из-за «подогрева» снизу, вызывает таяние оснований шельфовых ледников и способствует формированию донных вод путём смешивания циркумполярной глубинной воды с антарктической шельфовой водой и водой шельфо-вых л

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»