27 January 2022, 21:00

Ученые измерили, как ветер влияет на распространение речной воды в море

Скорость и направление ветра влияют на положение, форму и размер речного плюма — тонкого опресненного слоя воды, формирующегося в месте впадения реки в море. Ученые из Института океанологии имени П. П. Ширшова впервые напрямую измерили эту зависимость и узнали, что при изменении направления ветра плюм может полностью перестроиться за 10–20 минут. Речные стоки выносят огромное количество загрязнений: нефтепродуктов, пестицидов, тяжелых металлов и пластикового мусора, распространение которых в море определяется динамикой речных плюмов. Статья опубликована в журнале Frontiers in Marine Science. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). 

Ученые измерили, как ветер влияет на распространение речной воды в море
Граница между плюмом и морскими водами
Source: Александр Осадчиев

В месте, где в море впадает река, образуется речной плюм — большой по площади, но тонкий поверхностный слой, обособленный от нижележащих морских вод. Речная вода не сразу перемешивается с морской из-за разницы солености и плотности, поэтому она фактически растекается поверх моря. Несмотря на то, что объем всех речных вод, впадающих в Мировой океан, невелик по сравнению с объемом прибрежных морских вод (около 0,05%), речные плюмы занимают до 20% всей площади шельфа Мирового океана. Реки переносят в океан большое количество минеральной взвеси (мельчайших твердых частиц), биогенных веществ и антропогенных загрязнений с континента, влияют на океанические течения и температуру воды. Поэтому можно сказать, что плюмы играют роль связующего звена между материковыми и океаническими природными системами.

Пока сохраняется приток речных вод, плюм существует постоянно, однако на его положение, форму и размер влияют направление и скорость ветра — воздушный поток практически «сдувает» верхний менее плотный слой воды в одну или другую сторону. В течение последних десятилетий ученые активно исследовали отклик речных плюмов на ветровое воздействие, однако практически все работы были основаны на численном моделировании. Провести непосредственные измерения того, как именно это происходит в природе, очень сложно, и до недавнего времени таких измерений никто не делал, поэтому многие ключевые аспекты этого процесса оставались неизвестными. Первыми влияние ветра на динамику речного плюма на основе прямых измерений исследовали сотрудники Института океанологии имени П. П. Ширшова (Москва) и Центра морских исследований МГУ (Москва).

С помощью квадрокоптеров ученые провели практически непрерывную аэрофотосъемку плюма реки Бзыбь, расположенной на территории Абхазии и впадающей в Черное море. Наблюдения велись в течение трех дней в светлое время суток и сопровождались измерением скорости и направления ветра раз в минуту. Вместе с тем исследователи отслеживали температуру и соленость воды на разной глубине и скорость течения в плюме. На основе этих данных ученые оценили, с какой скоростью плюм откликается на изменение ветрового воздействия и как именно это происходит. В частности, удалось восстановить скорость движения внешней границы плюма с беспрецедентно высоким пространственным разрешением (порядка 10 метров) и с точностью до минуты. Оказалось, что внешняя граница плюма движется примерно в 20 раз медленнее, чем дует ветер, и реагирует на его изменение довольно быстро, в течение 10–20 минут. Если ветер умеренный (менее 5 м/с), при развороте его направления плюм полностью перестраивается в течение нескольких часов, вплоть до смены вдольберегового направления распространения на 180 градусов. Однако оно меняется только в приустьевой части, то есть где река непосредственно впадает в море, а внешняя часть плюма отрывается и перемешивается с морскими водами.

«Наши измерения принципиально важны для понимания и моделирования того, как речные воды распространяются в море и перемешиваются с ним и как этот процесс меняется со временем. Для рек Черноморского побережья и других густонаселенных районов это, в первую очередь, связано с антропогенными загрязнениями в прибрежной зоне моря: с речным стоком выносится огромное количество нефтепродуктов, пестицидов, тяжелых металлов, пластикового мусора. Кроме того, материковые стоки влияют на гидрофизическую структуру и динамические процессы в прибрежных водах, поэтому полученная информация ценна для океанологических, климатических и экологических исследований», — рассказал руководитель проекта по гранту РНФ Александр Осадчиев, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института океанологии имени П. П. Ширшова.

Важность проведенных исследований также заключается в том, что объектом наблюдения стал малый речной плюм, то есть образованный небольшой по размеру рекой. Несмотря на то, что на долю малых рек приходится около четверти стока пресной воды и практически половина стока взвешенных веществ в Мировой океан, до сих пор их изучают гораздо реже, чем плюмы больших рек.

Source:  Пресс-служба РНФ

News article publications

Read also

Океанологи выяснили, куда пропадает речная вода из Карского моря
Ученые выяснили, что пресная вода, поступающая в Карское море из рек, в осенне-зимний период течениями переносится в море Лаптевых. В результате к январю ранее опресненная центральная часть Карского моря восстанавливает свою соленость. Поскольку соленость воды сильно влияет на интенсивность образования льда, это открытие будет полезно при прогнозировании толщины ледяного покрова в судоходных районах Арктики.
Ecology
Hydrology
Oceanology
10 November 2023
Обнаружены аномально высокие внутренние волны в Арктике
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 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.
Hydrogeology
Hydrology
Oceanology
14 February 2024
По спутниковым измерениям выяснено, что влияет на соленость Чукотского моря
Ученые Морского гидрофизического института РАН впервые выявили два основных типа межгодового распределения солёности в Чукотском море – «западный» и «восточный». Как оказалось, ключевую роль в их формировании играет динамика Восточно-Сибирского течения. Полученные оценки вносят значительный вклад в понимание сложных процессов взаимодействия Тихого и Северного Ледовитого океанов. Эти данные важны для планирования судоходства и мониторинга изменений климата в Арктике.
Hydrology
Hydrophysics
Oceanology
6 February 2024
Найдена граница распространения Антарктических донных вод в Северной Атлантике
Океанологи выяснили, что глубоководный проход Западный, который расположен в Атлантическом океане на широтах между Марокко и Португалией, служит естественным коридором для транспорта Антарктической донной воды в Северо-Восточную Атлантику. По мере этого переноса вода из Антарктики смешивается с атлантической, меняя свою температуру, соленость и химический состав. Полученные данные позволяют лучше понять, как водные массы, участвующие в переносе тепла и углерода, циркулируют в океане.
Hydrology
Hydrophysics
Oceanology
30 December 2023
Измерены аномально быстрые течения на границе океанических вихрей в Атлантике
Ученые определили, что скорость течений на границе океанических вихрей юго-западной Атлантики превышает 7 километров в час на поверхности океана и 3,5 километра в час на глубине 600 метров. Такие вихри — одни из самых мощных в Мировом океане, и образуются они при столкновении двух основных течений этого района: холодного Мальвинского и теплого Бразильского. Полученные данные могут быть полезны при настройке компьютерных моделей, которые прогнозируют состояние океана и используются в судоходстве и других направлениях хозяйственной деятельности человека в море.
Geophysics
Hydrology
Oceanology
12 December 2023
Учёный создал датасет количества зоопланктона в дальневосточных морях России
Учёный из тихоокеанского филиала Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии оцифровал данные из пяти справочников, написанных при его непосредственном участии, и объединил их с ГИС картами, создав датасет количественного содержания зоопланктона в различных точках дальневосточных морей с 1984 по 2013 год. Полученный датасет находится в открытом доступе и может быть использован для анализа и прогнозирования как экологического состояния Берингового, Японского и Охотского морей, а также Тихого океана, так и для контроля за рыбными ресурсами Дальнего Востока.
Data analysis
Ecology
Oceanology
18 August 2023