Ученые собрали данные для создания численной модели экологии льда Белого моря
30.03.2023
Ученые Института водных проблем Севера Карельского научного центра РАН вернулись из экспедиции, которая проходила на Беломорской биологической станции ЗИН РАН на мысе Картеш в Кандалакшском заливе. Исследователи собрали данные, необходимые для создания первой численной модели экологии льда Белого моря. Эта разработка может применяться как в фундаментальной науке, так и практических целях, например, в навигации, строительстве арктической инфраструктуры, развитии аквакультуры и прогнозировании последствий антропогенного воздействия.
Экспедиция на Беломорскую биологическую станцию (ББС) "Картеш" проходила 21–28 марта. Ранее в марте ученые также проводили работы в устье реки Кемь акватории Белого моря, близ поселка Рабочеостровск. Обе экспедиции состоялись в рамках проекта по гранту Российского научного фонда. Он предполагает создание численной модели льда Белого моря. Для этого необходимо собрать данные о биологических, физических и химических процессах во время ледостава.
"В ходе первой экспедиции в Рабочеостровск нас интересовала граница смешения морской и речной воды. Мы установили две станции, на которых использовали CTD-зонды – приборы для определения температуры, солености и плотности морской воды. Мы сравнивали их показания, брали образцы льда и пробы воды во время прилива и отлива на разных горизонтах. Несмотря на небольшое расстояние – два километра между станциями, лед сильно отличается по структуре и содержанию биогенных элементов", – рассказал руководитель проекта Алексей Толстиков, руководитель лаборатории географии и гидрологии Института водных проблем Севера Карельского научного центра РАН.
Лед на разных станциях различался по толщине и слоистости. В устье реки благодаря пресной воде он более прочный. Морской лед – более рыхлый. В зоне смешения морской и речной воды ученые обнаружили на самом нижнем слое покрова перекристаллизованный лед в виде крупиц, похожих на снег.
Химический анализ проб воды показал превышение ряда показателей по фосфатам, что говорит об антропогенном загрязнении в этом районе.
В экспедиции, помимо карельских ученых, также принимали участие представители биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и Санкт-Петербургского филиала Института океанологии РАН. Гидрофизикам, в частности, предстоит оценить трансформацию приливной воды, а биологам – показатели по хлорофиллу и фитопланктону. Так, в прошлом году ученые обнаружили более 50 таксонов водорослей в толще льда Белого моря.
Несмотря на то что ББС "Картеш" находится значительно севернее Кеми, в Кандалакшском заливе Белого моря, лед там оказался тоньше. Если в районе Рабочеостровска его толщина составляла порядка 50 см, то близ станции – около 30 см, а в некоторых местах – 10–15 см. Специалисты отмечают, что уже в течение нескольких лет лед в этом заливе становится тоньше, позднее формируется зимой и раньше разрушается весной. Ученые установили CTD-зонды и в течение трех суток непрерывно наблюдали колебания физических процессов. Кроме того, с помощью специальных датчиков на льду, под ним и на глубине 50 сантиметров они исследовали, как ледяной покров задерживает и рассеивает солнечную радиацию.
Все полученные данные нужны для уточнения работы создаваемой численной модели криосистемы. Проект рассчитан на 2022–2023 годы. По результатам первого года участники уже показали, что модель правильно воспроизводит все этапы жизненного цикла льда: образование, увеличение площади ледяного покрова зимой, появление участков свободной воды и таяние весной. Корректность работы модели доказали, сверив ее работу с реальными спутниковыми наблюдениями.
"Эта работа применима для навигации в Белом море в зимний период, ведь лед представляет опасность для движения судов, когда формируется и когда разрушается. Она может использоваться для проектирования и строительства конструкций, подверженных воздействию морского льда, или поиска участков в акватории Белого моря, оптимально подходящих для разведения аквакультуры", – пояснил ученый.
Кроме того, модель может помочь установить зоны наибольшего антропогенного воздействия на акваторию, а также спрогнозировать динамику и область распространения различных загрязнителей.
"Она позволит рассчитать: через сколько часов пятно достигнет того или иного района, какие вещества разбавятся или депонируются, то есть будут захоронены на дне, а какие распространятся дальше и как повлияют на экосистемы. С помощью моделирования в Белом море в предыдущие годы мы уже нашли такие районы, например, гидродинамическую ловушку в Онежском заливе, где из-за изрезанности береговой линии и динамики течений вещество удерживается несколько месяцев", – добавил Алексей Толстиков.
Наконец, разрабатываемая модель имеет большое значение для фундаментальной науки. Полевые работы зимой, на льду, технически могут быть не просто сложными, но опасными для исследователей. Кроме того, за один сезон экспедиции не позволяют собрать информацию по всему пространству Белого моря. Численные модели помогают получить данные и на большом временном интервале, и в максимальном пространственном разрешении.
Источник: Карельский научный центр РАН
Экспедиция на Беломорскую биологическую станцию (ББС) "Картеш" проходила 21–28 марта. Ранее в марте ученые также проводили работы в устье реки Кемь акватории Белого моря, близ поселка Рабочеостровск. Обе экспедиции состоялись в рамках проекта по гранту Российского научного фонда. Он предполагает создание численной модели льда Белого моря. Для этого необходимо собрать данные о биологических, физических и химических процессах во время ледостава.
"В ходе первой экспедиции в Рабочеостровск нас интересовала граница смешения морской и речной воды. Мы установили две станции, на которых использовали CTD-зонды – приборы для определения температуры, солености и плотности морской воды. Мы сравнивали их показания, брали образцы льда и пробы воды во время прилива и отлива на разных горизонтах. Несмотря на небольшое расстояние – два километра между станциями, лед сильно отличается по структуре и содержанию биогенных элементов", – рассказал руководитель проекта Алексей Толстиков, руководитель лаборатории географии и гидрологии Института водных проблем Севера Карельского научного центра РАН.
Лед на разных станциях различался по толщине и слоистости. В устье реки благодаря пресной воде он более прочный. Морской лед – более рыхлый. В зоне смешения морской и речной воды ученые обнаружили на самом нижнем слое покрова перекристаллизованный лед в виде крупиц, похожих на снег.
Химический анализ проб воды показал превышение ряда показателей по фосфатам, что говорит об антропогенном загрязнении в этом районе.
В экспедиции, помимо карельских ученых, также принимали участие представители биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и Санкт-Петербургского филиала Института океанологии РАН. Гидрофизикам, в частности, предстоит оценить трансформацию приливной воды, а биологам – показатели по хлорофиллу и фитопланктону. Так, в прошлом году ученые обнаружили более 50 таксонов водорослей в толще льда Белого моря.
Несмотря на то что ББС "Картеш" находится значительно севернее Кеми, в Кандалакшском заливе Белого моря, лед там оказался тоньше. Если в районе Рабочеостровска его толщина составляла порядка 50 см, то близ станции – около 30 см, а в некоторых местах – 10–15 см. Специалисты отмечают, что уже в течение нескольких лет лед в этом заливе становится тоньше, позднее формируется зимой и раньше разрушается весной. Ученые установили CTD-зонды и в течение трех суток непрерывно наблюдали колебания физических процессов. Кроме того, с помощью специальных датчиков на льду, под ним и на глубине 50 сантиметров они исследовали, как ледяной покров задерживает и рассеивает солнечную радиацию.
Все полученные данные нужны для уточнения работы создаваемой численной модели криосистемы. Проект рассчитан на 2022–2023 годы. По результатам первого года участники уже показали, что модель правильно воспроизводит все этапы жизненного цикла льда: образование, увеличение площади ледяного покрова зимой, появление участков свободной воды и таяние весной. Корректность работы модели доказали, сверив ее работу с реальными спутниковыми наблюдениями.
"Эта работа применима для навигации в Белом море в зимний период, ведь лед представляет опасность для движения судов, когда формируется и когда разрушается. Она может использоваться для проектирования и строительства конструкций, подверженных воздействию морского льда, или поиска участков в акватории Белого моря, оптимально подходящих для разведения аквакультуры", – пояснил ученый.
Кроме того, модель может помочь установить зоны наибольшего антропогенного воздействия на акваторию, а также спрогнозировать динамику и область распространения различных загрязнителей.
"Она позволит рассчитать: через сколько часов пятно достигнет того или иного района, какие вещества разбавятся или депонируются, то есть будут захоронены на дне, а какие распространятся дальше и как повлияют на экосистемы. С помощью моделирования в Белом море в предыдущие годы мы уже нашли такие районы, например, гидродинамическую ловушку в Онежском заливе, где из-за изрезанности береговой линии и динамики течений вещество удерживается несколько месяцев", – добавил Алексей Толстиков.
Наконец, разрабатываемая модель имеет большое значение для фундаментальной науки. Полевые работы зимой, на льду, технически могут быть не просто сложными, но опасными для исследователей. Кроме того, за один сезон экспедиции не позволяют собрать информацию по всему пространству Белого моря. Численные модели помогают получить данные и на большом временном интервале, и в максимальном пространственном разрешении.
Источник: Карельский научный центр РАН