Роль придонного экмановского слоя на континентальном шельфе в поддержании аэробной зоны Черного моря

Номер гранта:17-05-00381
Область научного знания:науки о земле
Тип конкурса: (а)(а) конкурс проектов фундаментальных научных исследований
Год выполнения:2017г.
Руководитель: А. Г.Зацепин
Статус заявки:поддержана

Аннотация к заявке:

Черное море является водоемом с весьма тонким (по сравнению с океаническим) деятельным слоем. Лишь в верхнем 100–150 м слое есть кислород и имеются благоприятные условия для жизнедеятельности организмов. Основная толща вод - от 150 м и до дна (приблизительно 2000 м), представляет собой сероводородную среду, в которой существуют лишь анаэробные бактерии. Такие специфические условия определяются наличием перманентного пикно-халоклина, блокирующего вертикальное перемешивание и транспорт кислорода в глубинный слой Черного моря. Однако детальное знание процессов перемешивания стратифицированных вод Черного моря и вертикального транспорта кислорода в настоящее время отсутствует. Очевидно, что значительную роль в перемешивании играет турбулентность, порождаемая вертикальным сдвигом скорости течения и обрушением внутренних волн. В тоже время, в области шельфа и континентального склона перенос кислородосодержащих вод вглубь может происходить в придонном экманском слое. Этот механизм, действие которого, предположительно, распространено по всему черноморскому периметру, не был практически изучен. Вместе с тем, предварительные оценки показали, что он может приводить к локальному заглублению слоя кислородосодержащих вод на несколько десятков метров. Данный проект был направлен на экспериментальное исследование этого механизма вентиляции аэробной зоны Черного моря и его роли в удержании границы сероводородных вод в толще перманетного пикно-халоклина. Исследование базировалось как на лабораторном моделировании придонного экмановского слоя, так и на долговременных натурных измерениях скорости течения, температуры, солености и плотности вод и содержания растворенного кислорода в придонном слое моря.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

Лабораторное моделирование. В бассейне, расположенном на вращающейся платформе, проведены лабораторные опыты по исследованию динамики даунвеллингового прибрежного течения над гладким наклонным дном, а также при наличии шероховатости дна и препятствия на нем в виде невысокого вдольсклонового барьера. Течение создавалось с помощью источника постоянного расхода воды той же плотности (баротропный случай) или меньшей плотности (бароклинный случай) по сравнению с водой в бассейне. Установлено, что не только в баротропном, но и в бароклинном случае (при не очень большой разнице плотности воды в бассейне и в источнике) происходит формирование придонного экмановского слоя с нисходящим переносом воды прибрежного даунвеллингового течения. В бароклинном случае, придонный экмановский слой испытывает конвективную неустойчивость. Шероховатость и особенности рельефа дна влияют на характеристики течения, как в баротропном, так и в бароклинном случаях. В бароклинном случае шероховатость дна значительно интенсифицирует конвективную неустойчивость придонного экмановского слоя, как случае рельефа с особенностями, так и без них. Наличие вдольсклонового барьера усиливает опускание вод и конвективную неустойчивость вблизи барьера (см. рисунок).

Натурные исследования. Выполнено экспериментальное исследование возможности вентиляции аэробного слоя Черного моря, связанной с опусканием кислородосодержащих вод вниз по склону дна в экмановском пограничном слое. С этой целью в 2018 -2019 г.г. осуществлены три долговременные (на 1.5–2 месяца) постановки автоматических донных станций на шельфе/континентальном склоне в диапазоне глубин от 82 до 243 м на поперечном берегу разрезе на траверзе Толстого мыса Геленджикской бухты. Станции регистрировали гидрофизические (температура и соленость воды, давление и скорость течения) и гидрохимические (концентрация растворенного кислорода) параметры на расстоянии 0.5–2.5 м от дна. Получены данные, пригодные для оценки пространственно-временных масштабов перемещения воды в придонном слое вверх и вниз по склону, в зависимости от направления и интенсивности вдольберегового течения. Анализ данных измерений всех трех постановок подтвердил наличие перемещения придонных вод по склону в перпендикулярном берегу направлении. При этом в случае интенсивного вдольберегового течения северо-западного направления в придонном слое наблюдалось опускание вод. Такой характер движения вод соответствует как геострофическому приспособлению, так и динамике придонного экмановского пограничного слоя. Однако диапазон изменения плотности вод в придонном слое за счет перемещений воды вверх и вниз по склону оказался примерно таким же, как в водной толще на тех же глубинах. Этот факт ставит под сомнение эффективность экмановского переноса в придонном слое как механизма кислородной вентиляции вод верхней части континентального склона Черного моря. В свете выполненных в проекте исследований представляется, что мелкомасштабный турбулентный обмен является основным фактором, обеспечивающим вертикальный транспорт кислорода в области перманентного черноморского пикно-халоклина.

Аннотации к заявке и отчету приведены в авторской редакции. по состоянию на 23.11.2020.

Фотогалерея:

Рис.1 Рис.2 Рис.3 Рис.4
Помог ли вам материал?
0    0