Научно исследовательское судно «Академик Иоффе» в проливе Карские Ворота, 2021 год. Фото из личного архива Игоря Козлова ©
В экспедиции «Плавучего университета» на борту НИС «Академик Иоффе» летом 2021 года молодежная группа ученых-океанологов впервые обнаружила аномально высокие внутренние волны в российском секторе Арктики. Ученые проводили измерения в проливе Карские Ворота, соединяющем Баренцево и Карское моря. Было выявлено, что при взаимодействии морских течений с неровным дном в проливе регулярно возникают аномально мощные внутренние волны высотой до 40 метров.
«Разумеется, такие высокие волны очень сильно влияют на перенос тепла, питательных веществ, живых организмов и загрязнений как по вертикали, так и по горизонтали. Кроме того, они могут напрямую влиять на передачу акустических сигналов под водой, подводные работы и конструкции, взламывать морской лед и приводить к образованию полыней. В нашей работе мы впервые показали, что огромные внутренние волны высотой 40 м наблюдаются в проливе Карские Ворота. Сам пролив является важной транспортной артерией Северного морского пути, вблизи него находится большое количество активно разрабатываемых нефтегазовых месторождений. Поэтому знание о существовании таких интенсивных волн и способность их прогнозирования могут быть очень полезны для ряда прикладных задач», — рассказал руководитель отряда мезомасштабной гидрофизики экспедиции, заведующий лабораторией морских полярных исследований Морского гидрофизического института РАН, кандидат физико-математических наук Игорь Козлов
Результаты исследования, поддержаного Российским научным фондом (РНФ, №21-17-00278), опубликованы в журнале Remote Sensing. Работа выполнялась большим коллективом молодых ученых из четырех ведущих отечественных организаций в области морских наук и океанологии — Морского гидрофизического института РАН, Института океанологии РАН им. П. П. Ширшова, Московского физико-технического института и Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова — в рамках одной из первых молодежных экспедиций программы «Плавучий университет».
Традиционное фото перед выходом в море в порту г. Архангельска. Фото из личного архива Игоря Козлова ©
Исследователи ставили перед собой цель определить районы генерации интенсивных внутренних волн в Арктике, понять причины их образования, оценить размеры и скорости распространения. Для регистрации внутренних волн использовались спутниковые данные, беспилотник и специальные датчики температуры. Ключевую роль в эксперименте сыграл новый прибор — термопрофилемер TPArctic, разработанный для целей экспедиции в Морском гидрофизическом институте РАН.
«Этот прибор представляет собой кабель длиной около 50 м, который погружается в воду с борта судна вертикально вниз, измеряет температуру воды по всей своей длине и в режиме онлайн передает измерения на экран компьютера. Именно благодаря ему мы смогли зарегистрировать интенсивные колебания температуры морской воды на глубинах от 20 до 60 метров. Параллельно с этими измерениями проводилась видеосъемка с дрона, что позволило определить размеры волн, направление и скорость их распространения», — рассказал студент Физтех-школы аэрокосмических технологий МФТИ Илья Копышов.
Участники экспедиции проводят измерения профилемером TPArctic. Фото из личного архива Игоря Козлова ©
Энергия самых мощных волн, которые удалось зарегистрировать ученым, достигала 1–2 мегаджоуля на метр длины волнового гребня. Исследователи выявили, что образование волн-гигантов происходит, когда в проливе ослабевает приливное течение. Внутренние волны движутся со скоростью около 1 м/с в сторону Карского моря в так называемом сверхкритическом режиме, когда скорость фоновых течений значительно превышает скорость распространения самих волн.
«Образование таких высоких внутренних волн в районе с не самым сильным приливным форсингом говорит о том, что внутренние волны большой амплитуды могут образовываться и в ряде других районов Арктики. Приливной характер генерации столь интенсивных волн указывает, что их образование происходит регулярно. По мере своего распространения эти волны могут обрушаться, вызывая сильное вертикальное перемешивание в толще воды. Оценить влияние внутренних волн на вертикальное перемешивание, а далее и на все остальные биогеохимические процессы, можно только с помощью очень чувствительного современного оборудования — микроструктурных зондов. Недавно нашим институтом было приобретено несколько таких микроструктурных зондов в рамках национального проекта “Наука”. Это позволило в следующем рейсе “Плавучего университета” летом 2023 года впервые провести уникальные измерения характеристик морской турбулентности в российской Арктике. Мы ожидаем, что анализ результатов прошлогодней экспедиции позволит разгадать еще больше тайн динамики океана, скрытых в морских глубинах и подо льдом Арктики», — заключил первый автор статьи Игорь Козлов.
Запись термопрофилемера TPArctic, в которой отчетливо видны два выраженных колебания слоев морской воды с температурой около 6° С высотой 33 и 40 м. Источник: Remote Sensing
