Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Экспедиция «Плавучий университет» помогла изучить процессы перемешивания в арктическом проливе
Ученые из МФТИ, Морского гидрофизического института РАН и Института океанологии имени Ширшова РАН впервые детально исследовали механизм рождения мощных нелинейных внутренних волн в проливе Карские Ворота — узком коридоре между Баренцевым и Карским морями на широте 70,5 градуса. Результаты исследования ученых получены благодаря уникальным натурным измерениям, выполненным в экспедиции «Плавучий университет — 2023» на борту научно-исследовательского судна «Дальние Зеленцы» в июле 2023 года.
Солнечное тепло, пресные талые и речные воды и влияние теплых атлантических течений создают в Арктике резкую границу между пресным и легким верхним слоем и соленой, более плотной глубинной водой. Эта граница — пикноклин — способна колебаться, порождая волны, которые с поверхности увидеть практически невозможно. Они прячутся в толще воды, но их амплитуда порой достигает десятков метров, а длина — километров.
Такие волны называют внутренними, и они играют огромную роль в жизни океана. Внутренние волны перемешивают слои, перетаскивают питательные вещества с глубины к поверхности, влияют на распределение планктона и рыбы, создают мощные подводные течения, опасные для субмарин и глубоководных конструкций. Разрушаясь, они выделяют энергию, которая поддерживает турбулентное перемешивание — один из ключевых процессов, определяющих вертикальную структуру океана.
В Арктике, где экосистемы хрупки, а человеческая деятельность — судоходство по Северному морскому пути, добыча углеводородов, прокладка подводных коммуникаций — нарастает с каждым годом, понимание этих скрытых процессов становится не просто академическим любопытством, а насущной необходимостью.
Пролив Карские Ворота — место, в котором два арктических моря Баренцево и Карское обмениваются водами. Зажатый между южной оконечностью архипелага Новая Земля и островом Вайгач, он имеет ширину всего около 50 км и сложный, изрезанный рельеф дна с глубинами от нескольких десятков до 200 м.
Приливные течения здесь набирают значительную силу, протискиваясь через узкое горло пролива, подобно тому как ветер усиливается в горном ущелье. Летом, когда солнце прогревает верхний слой, а тающие льды и интенсивный речной сток опресняют поверхностные воды, стратификация в проливе становится особенно резкой. Именно это сочетание — сильный приливный поток, резкая стратификация летних вод и пересеченный рельеф с подводными порогами и банками — создает идеальную природную лабораторию для изучения того, как рождаются нелинейные внутренние волны.
Ключевым инструментом для описания этого процесса служит число Фруда — безразмерная величина, показывающая отношение скорости приливного течения к фазовой скорости длинных внутренних волн первой моды. Когда число Фруда мало, течение слабее волн, и возмущения спокойно разбегаются от места своего зарождения вверх и вниз по течению. Это докритический режим — обычное, будничное состояние пролива. Но когда скорость потока приближается к скорости волн — число Фруда стремится к единице,— наступает нечто совершенно иное: транскритический режим.
Возмущения больше не могут убежать от источника, энергия накапливается и концентрируется, и после ослабления приливного воздействия эта накопленная энергия выбрасывается в виде мощных нелинейных волновых пакетов — солитонов, которые разбегаются от места генерации с достаточно большой для подводного мира скоростью.
Авторы работы подошли к задаче с двух сторон.
Во-первых, они использовали приливную модель Arc2kmTM, которая с пространственным разрешением около 2 км воспроизводит картину приливных скоростей во всей Арктике. Модельные скорости течений и рассчитанные фазовые скорости позволили построить карту числа Фруда по всему проливу и проследить, как эта карта меняется час за часом в течение приливного цикла.
Во-вторых, исследователи располагали бесценным материалом — данными прямых натурных измерений, собранными во время восьмичасового дрейфа судна «Дальние Зеленцы» непосредственно в зоне генерации внутренних волн. Этот дрейф, по сути, превратил корабль в гигантский измерительный буй, который двигался вместе с водой и непрерывно фиксировал все изменения в толще океана.
Моделирование показало, а данные наблюдений подтвердили, что пролив работает как генератор подводных волн, запускающий новые порции солитонов каждые шесть с небольшим часов. Работа опубликована в журнале Russian Journal of Earth Sciences.
«Мы наблюдали классическую картину транскритической генерации, которая раньше описывалась в основном в теоретических работах и лабораторных экспериментах, — рассказал Илья Копышов, магистр МФТИ.— Когда приливное течение в проливе разогналось до скорости внутренних волн, энергия перестала рассеиваться и начала концентрироваться у источника. А как только режим сменился обратно на докритический, вся эта запасенная энергия буквально выстрелила серией солитонов с амплитудой до 20 м. Увидеть это в реальном океане, да еще и в Арктике, во время студенческой экспедиции — большая удача и огромная мотивация для дальнейшей работы».
Столь полное исследование транскритической генерации внутренних волн в арктическом проливе проведено впервые в мировой практике.
Карские Ворота оказались идеальным природным полигоном для проверки теории: пролив достаточно узок, чтобы приливные течения были сильными, и достаточно стратифицирован летом, чтобы фазовая скорость внутренних волн оставалась низкой.
Нелинейные внутренние волны амплитудой в десятки метров — серьезный фактор риска для подводных трубопроводов, кабелей связи и нефтегазовой инфраструктуры, интерес к размещению которой в Арктике неуклонно растет.
Знание, где и когда именно генерируются такие волны, позволяет заранее учитывать их при проектировании подводных сооружений и планировании морских операций. Не менее важна и экологическая составляющая: интенсивное вертикальное перемешивание, вызванное разрушением и диссипацией внутренних волн, выносит к поверхности глубинные воды, богатые биогенными элементами — нитратами, фосфатами, силикатами, поддерживая продуктивность арктических экосистем.
Кроме того, опыт «Плавучего университета — 2023» убедительно продемонстрировал, что дрейфовые измерения непосредственно в зоне генерации — исключительно эффективный метод, и будущие экспедиции смогут применить его в других арктических проливах: в Маточкином Шаре, в Беринговом проливе, проливах Земли Франца-Иосифа, в узкостях между островами Северной Земли.
Программа «Плавучий университет» — уникальный формат, объединяющий обучение студентов и аспирантов с полноценной научной работой в открытом море: молодые исследователи участвуют в сборе и обработке данных наравне с опытными коллегами, получая бесценный экспедиционный опыт, который невозможно воспроизвести в аудитории. Именно в таких рейсах и рождаются открытия, подобные описанному, — когда свежий взгляд молодого ученого сочетается с доступом к реальным океанографическим данным и наставничеством ведущих специалистов.
Telegram 
Дзен 
VK Морские биологи впервые детально задокументировали процесс родов у диких кашалотов. Анализ видеозаписей и акустических сигналов показал, что самки из разных родственных линий временно объединяются, чтобы по очереди выталкивать новорожденного на поверхность для дыхания. Это первое доказательство взаимопомощи при родах между неродственными особями у видов, не относящихся к приматам.
Ученые Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова более десяти лет изучают уникальные свойства кефирных зерен — природных симбиотических сообществ микроорганизмов, собранных в высокогорных районах Кавказа. Исследования показывают, они могут стать основой для новых методов лечения кишечных заболеваний, восстановления иммунитета и даже создания космического питания.
Квантовые эффекты помогают ученым во множестве сфер, но работать с ними не просто — степень определенности квантового мира концептуально отличается от того, что существует в классической физике. Чтобы подтвердить, что они работают с нужными квантовыми состояниями, физикам приходится постараться.
Морские биологи впервые детально задокументировали процесс родов у диких кашалотов. Анализ видеозаписей и акустических сигналов показал, что самки из разных родственных линий временно объединяются, чтобы по очереди выталкивать новорожденного на поверхность для дыхания. Это первое доказательство взаимопомощи при родах между неродственными особями у видов, не относящихся к приматам.
Во время нейроанатомического исследования тканей полового члена ученые выявили высокую плотность нервных окончаний в области, которую анатомы и хирурги долгое время оставляли без должного внимания. Авторы научной работы предположили, что эта зона может играть важную роль в формировании сексуальных ощущений, и допустили, что именно там у мужчин находится аналог так называемой «точки G».
Жизнь в суровых условиях вечной мерзлоты — вызов даже для бактерий. Для нее требуются уникальные адаптации к холоду и другим стрессовым факторам. В новом исследовании ученые МФТИ с коллегами описали белки Exiguobacterium sibiricum — бактерии, найденной в многолетнемерзлых породах на северо-востоке Сибири. Исследователи выяснили, как набор белков в мембране микроба зависит от температуры, при которой его культивируют.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно