Выявление законов распространения пресных вод в морской среде поможет понять их влияние на экосистемы и климат, а также улучшит прогнозы рыбного промысла и рисков для судоходства
Области пресной воды, которые образуют реки при впадении в моря, называют речными плюмами. Эти структуры влияют на климат и экологию прибрежных зон. Они приносят в океан питательные вещества, органику, а также различные загрязнители. Однако до сих пор ученые не сформировали единую теорию о том, по каким законам эти зоны существуют.
Значительный вклад в решение этой задачи внесли ученые Московского физико-технического института и Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН. Они впервые в мире предложили единые метрики для изучения больших речных плюмов в разных частях света и применили их, сравнив десять самых крупных на Земле структур такого рода. Научная работа опубликована во Frontiers in Marine Science. Исследование было проведено при поддержке Российского научного фонда (проект 25-47-01005).
Расположение устьев 10 крупнейших рек, впадающих в Мировой океан. Источник: Frontiers in Marine Science
В ходе исследования ученые проанализировали данные по таким речным системам, как Амазонка, Ганг—Брахмапутра, Конго, Ориноко, Обь—Енисей, Янцзы, Рио-де-ла-Плата (Парана и Уругвай), Миссисипи, Лена и Святого Лаврентия. Они обеспечивают треть суммарного стока пресной воды с суши в Мировой океан. Период данных охватил почти три десятилетия — с 1993 по 2022 год. Источниками информации служили спутники, дрейфующие буи и натурные измерения.
«Мы определяли и сравнивали площади, объемы, горизонтальную и вертикальную структуру плюмов. Во-вторых, выявляли связь их сезонной изменчивости с изменчивостью речного стока. В-третьих, оценивали интенсивность водообмена через фронты раздела между плюмами и морем и связанное с этим время пребывания речной воды в плюмах в зависимости от локальных океанографических условий»,— рассказал Александр Осадчиев, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН, заведующий лабораторией арктической океанологии МФТИ.
В результате исследования ученые предложили новую классификацию для больших речных плюмов, основанную на ключевых физических процессах, определяющих свойства плюмов. По их мнению, эти структуры можно разделить на слабо перемешиваемые, сильно перемешиваемые и промежуточные. Для первого из этих типов характерна малая толщина речного плюма — их воды далеко растекаются по поверхности океана, слабо взаимодействуя с солеными морскими водами. Такие структуры представлены, в частности, в устьях Конго, Миссисипи и Амазонки.
Стоит отдельно отметить, сообщили исследователи, что Амазонка — крупнейшая река мира — формирует тонкий плюм: всего около 20 метров, который распространяется более чем на 1 тыс. км от речного устья.
Плюм реки Кодор. Фото: Osadchiev2, CC BY-SA 4.0, через Викисклад
Ко второму типу относятся плюмы, в которых речной сток и морские воды, наоборот, очень интенсивно перемешиваются. В результате этого толщина речных плюмов может достигать 80 метров, как, например, в реках Янцзы и Святого Лаврентия. Причина — очень сильные приливы и некоторые другие океанологические факторы.
«Дополнительным фактором, который влияет на толщину плюма, может быть зимняя конвекция, когда вода охлаждается, становится тяжелой и опускается, увлекая вниз пресные массы. Такие процессы характерны для реки Святого Лаврентия. Помимо этого свой вклад вносят встречные течения, когда соленая морская вода заходит в речное устье по дну навстречу пресной, вытекающей в сторону моря. Это особенно заметно в устье реки Рио-де-ла-Плата»»,— пояснил Александр Осадчиев.
Вместе с тем, как показали ученые, скорость обновления пресных вод в речных плюмах тоже подчиняется общим закономерностям. Так, период максимального накопления пресной воды для всех изученных речных плюмов (кроме Янцзы) наступает спустя один-три месяца после начала половодья на этих реках. Однако полностью пресная вода в плюмах обновляется за неодинаковое время. Например, в Амазонке и Миссисипи этот процесс занимает от четырех до шести месяцев, а в Конго и Ганге — до 11 месяцев. Причина таких различий может заключаться в локальных течениях, которые удерживают речной сток у берега.
По мнению исследователей, изучение речных плюмов крайне важно с практической точки зрения. К примеру, сибирские реки оказывают большое влияние на состояние ледового покрова и навигацию по Севморпути. В южной и восточной Азии речные плюмы влияют на интенсивность осадков на суше в период зимних муссонов. В целом в зонах смешения крупных рек с океаном часто расположены нерестилища промысловых рыб и районы нагула молоди. Также понимание поведения речных плюмов позволит оценить распространение выносимых питательных веществ, необходимых морским организмам, или, наоборот, вредных для них загрязнений.
