В местах впадения крупных рек в океан накапливаются большие объемы опресненной воды — речные плюмы, — во многом определяющие климатические процессы как конкретного региона, так и целой планеты. Российские исследователи описали поведение крупнейших плюмов в Мировом океане, расположенных на российском арктическом шельфе. Результаты работы, поддержанной грантами Российского научного фонда (РНФ) и опубликованной на страницах журналов Frontiers in Marine Science и Journal of Geophysical Research: Oceans, помогут в предсказании судьбы ледяного покрова и прибрежных акваторий Северного Ледовитого океана и его обитателей.
Северный Ледовитый океан — самый маленький океан на нашей планете, но происходящие в нем процессы оказывают огромное влияние на планетарный климат, и именно в Арктике наиболее ярко проявляется глобальное потепление. Все дело в том, что площадь водосбора Северного Ледовитого океана на треть больше его собственной и в него поступает очень большой речной сток. Речные воды распространяются тонким слоем по поверхности моря (потому что пресная вода обладает меньшей плотностью, чем соленая, а значит, остается сверху) и перемешиваются с солеными морскими водами. В результате получаются так называемые речные плюмы — поверхностные опресненные водные массы. Плюмы крупных арктических рек, в первую очередь, Лены, Енисея и Оби, простираются на сотни и даже тысячи километров от мест впадения рек в море и активно влияют на процессы в поверхностном слое моря, в том числе на морской лед.
“Речные плюмы Северного Ледовитого океана являются крупнейшими во всем мире, и именно от их состояния зависит ледообразование в регионе. Оно очень важно для широкого спектра разных процессов от формирования альбедо (то есть отражательной способности) поверхности Земли до жизненного цикла местных моржей и белых медведей. На речные плюмы влияет очень много внешних факторов, а потому необходимо тщательно отслеживать их характеристики”, — рассказывает первый автор статей Александр Осадчиев, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН.
Сотрудники Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН (Москва), Московского физико-технического института (Долгопрудный), Морского гидрофизического института РАН (Севастополь) и Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН (Владивосток) описали, как менялись области опреснения в Карском море, море Лаптевых и Восточно-Сибирском море на протяжении последних 20 лет. Экспедиционные измерения в арктических морях очень сложны, трудоемки и дорогостоящи из-за отдаленности этого региона и сложных климатических условий — иными словами, они далеко, холодные и во льдах. Процессы в этих морях можно изучать с помощью спутниковых наблюдений и численного моделирования, но они все равно не способны обеспечить такую точность и достоверность, как непосредственные инструментальные измерения. Особенно это касается очень тонких и изменчивых речных плюмов. Поэтому авторы новой работы опирались на уникальный набор данных, полученных в ходе многочисленных океанических рейсов в этом регионе.
Результаты анализа показали, что плюм Лены в море Лаптевых и Восточно-Сибирском море больше всего зависит от ветра, что объясняется его небольшой глубиной. Так, в годы с преобладанием западных и северных ветров опресненная водная масса концентрируется на юге моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря, занимая относительно небольшую площадь порядка 250 тысяч квадратных километров и простирается менее чем на 250 километров на север. Может показаться, что такие ветры должны “сдувать” плюм на восток в сторону Аляски, однако этого не происходит благодаря действию сил Кориолиса: из-за вращения Земли водная масса движется не по прямой, а отклоняется вправо и прибивается к берегу Сибири. Аналогичные принципы заставляют плюм Лены “расползаться” на вдвое большую по площади акваторию под влиянием восточных ветров. При всем этом пространственные характеристики опресненного слоя не зависят от объема речного стока и ледяного покрова.
Относительно глубокий плюм Оби-Енисея в соседнем Карском море, напротив, практически на зависит от ветра и занимает из года в год примерно одну и ту же акваторию. При этом его площадь значительно меньше площади плюма Лены, хотя речного стока в первый поступает в полтора раза больше. Авторы работы смогли показать, что этот феномен обусловлен особенностями устьев рек. Так, Лена несет свои воды в море Лаптевых через узкие и неглубокие, но многочисленные протоки, образующие дельту — в результате они как бы аккуратно наслаиваются на соленые плотные воды и почти с ними не смешиваются, растекаясь по ним тонким слоем. Обь и Енисей впадают в Карское море через широкие и глубокие русла — эстуарии. В эстуарии затекают соленые морские воды, которые активно перемешиваются с речными и формируют глубокий речной плюм.
“Результаты наших исследований внесли существенный вклад в понимание процессов распространения и трансформации пресноводного стока в Арктике. Тем не менее, в этих работах мы рассматриваем речные плюмы только во время безледного летне-осеннего периода. Что происходит с речными плюмами зимой и весной подо льдом до сих пор не знает никто. В наших планах продолжать исследования и разобраться с этим вопросом”, — подводит итог руководитель одного из грантов по проекту РНФ Игорь Семилетов, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией арктических исследований Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН.