Молодежная группа ученых-океанологов впервые обнаружила аномально высокие внутренние волны в российском секторе Арктики. Исследователи проводили измерения в проливе Карские Ворота, соединяющем Баренцево и Карское моря. Ученые выявили, что при взаимодействии морских течений с неровным дном пролива регулярно возникают аномально мощные внутренние волны высотой до 40 метров. Открытие столь мощных внутренних волн может быть полезным в решении ряда прикладных задач, связанных с разведкой и добычей нефтегазовых месторождений в Арктике, прокладкой трубопроводов и подводных коммуникаций, обеспечением безопасности судоходства по Северному морскому пути. Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом, опубликованы в журнале Remote Sensing.
Внутренние волны образуются под водой на границе между менее плотными (теплыми и менее солеными) и более плотными (холодными и более солеными) водами. Чаще всего они возникают, когда морские течения (в том числе приливные) встречают на своем пути неровное морское дно. Это выводит частицы воды из равновесия, а возникающие колебания могут распространяться в стороны от источника на большие расстояния — десятки и даже сотни километров. Обычно интенсивные внутренние волны имеют высоту более 10 метров, но известны случаи, когда их высота в Арктике достигала величины многоэтажного дома — 40-50 метров. Такие высокие волны оказывают сильное воздействие на перенос тепла, питательных веществ, живых организмов и загрязнений как по вертикали, так и по горизонтали. Они могут влиять на передачу акустических сигналов под водой, повреждать подводные конструкции, взламывать морской лед и приводить к образованию полыней. Авторы статьи впервые зафиксировали огромные внутренние волны высотой 40 метров в проливе Карские Ворота.
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». Экспедиция проходила летом 2021 года на борту научно-исследовательского судна «Академик Иоффе». 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 онлайн режиме передает измерения на экран компьютера. Именно благодаря ему мы смогли зарегистрировать интенсивные колебания температуры морской воды на глубинах от 20 до 60 м. Параллельно с этими измерениями проводилась видеосъемка с дрона, что позволило определить размеры волн, направление и скорость их распространения», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, заведующий лабораторией морских полярных исследований Морского гидрофизического института РАН кандидат физико-математических наук Игорь Козлов.
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 летом 2023 года впервые провести уникальные измерения характеристик морской турбулентности в российской Арктике в очередном рейсе «Плавучего университета». Мы ожидаем, что анализ результатов прошлогодней экспедиции позволит разгадать еще больше тайн динамики океана, скрытых в морских глубинах и подо льдом Арктики», – заключил Игорь Козлов.