Крупнейшие сибирские реки Енисей, Лена и Обь формируют гигантские опресненные области в Арктических морях, существенно влияя на циркуляцию вод и образование морского льда. Эти акватории получают более 10 процентов общего речного стока в Мировой океан, хотя площадь Арктики составляет лишь четыре процента от его площади. В итоге реки приносят в арктические моря огромные объемы пресной воды. В масштабах всей Арктики их вклад даже больше, чем поступление воды от таяния наземных ледников.
При этом влияние рек средних размеров, таких как Печора, чей среднегодовой сток сложно назвать низким (около четырех тысяч кубометров в секунду, что примерно в пять раз меньше, чем у Оби), полноценно не исследовалось. Долго считалось, что Печорский плюм — явление сугубо сезонное, достигающее максимума лишь в июне-июле, сразу после пика половодья. Однако эта точка зрения основывалась на отрывочных наблюдениях, которые не позволяли увидеть полную картину изменчивости плюма.
Группа океанологов изучала ежедневное движение Печорского плюма в течение всего безледного сезона с июня по октябрь на протяжении целого десятилетия — 2015–2024 годов и пришла новым выводам. Работа опубликована в журнале Frontiers in Marine Science и выполнена при поддержке гранта РНФ (проект №25-27-00335).
«Мы сосредоточились на сравнительно малоизученной юго-восточной части Баренцева моря — Печорском море, куда поступает более половины речного стока всего Баренцева моря. Эта относительно небольшая и мелководная акватория имеет большое хозяйственное и экологическое значение. Здесь расположена единственная в российской Арктике морская ледостойкая стационарная платформа «Приразломная», предназначенная для добычи нефти, а также находятся места обитания атлантического моржа — редкого вида, занесенного в Красную книгу России»,— рассказал о работе первый автор Владимир Рогожин, младший научный сотрудник Института океанологии РАН.
Ученый подчеркнул, что распространение плюма реки Печоры оказывает непосредственное влияние на все процессы этих важных пунктов.
«Опресненные воды оказывают влияние на сообщества фитопланктона и зоопланктона, а в отдельных случаях и сообществах макрозообентоса — обитателях морского дна. Поэтому, понимая, как гидрологические условия воздействуют на разные компоненты морской экосистемы, мы в конечном счете можем оценить, как речной плюм влияет на главных героев Печорского моря — атлантических моржей. Есть и важный практический аспект. Условия в Печорском море суровые: значительную часть года его акватория покрыта льдом, а здесь работает морская ледостойкая платформа. При этом лед, формирующийся в опресненных водах речного плюма, по свойствам может отличаться от льда, образующегося в более соленой морской воде. Зная, где и как распространяется плюм, мы можем лучше прогнозировать процессы ледообразования: оценивать площадь ледяного покрова, сроки его формирования и возможную сплоченность. В перспективе это позволяет точнее прогнозировать ледовые условия и повышать безопасность судоходства»,— пояснил Владимир Рогожин.
Получить новые данные позволило и решение типичной проблемы Арктических вод: холодная вода и низкая соленость искажают сигнал стандартных спутниковых измерений солености. Поэтому океанологи использовали инновационный подход — данные американского спутника SMAP (Soil Moisture Active Passive) были пересчитаны с помощью нейросетевого алгоритма, обученного на массиве натурных измерений температуры и солености в арктических морях. Этот алгоритм разработчики первоначально использовали для определения солености поверхности воды в Северном Ледовитом океане. Построенная модель обеспечивает возможность получения данных практически в реальном времени, что позволяет значительно сэкономить ресурсы при прокладке ледокольных маршрутов по морям Арктики.
В новом исследовании инновационный подход позволил получить карты поверхностной солености с разрешением 25 километров каждые три дня и добиться беспрецедентной детализации. Результаты сверяли с реальными измерениями, сделанными с борта научно-исследовательского судна «Профессор Молчанов» в июле 2022 года и в 2024 году в ходе экспедиций в рамках программы «Плавучий университет» МФТИ—ИО РАН. В итоге синхронные данные показали высокую точность: границы плюма, определенные по спутникам, совпадали с точками, где приборы зафиксировали резкий скачок солености с 34 до 24 промилле на глубине всего три–семь метров.
Что же открыл для исследователей многолетний анализ данных? В первую очередь что максимальное состояние Печорского плюма — когда он выходит далеко в открытое море, пересекая воображаемую линию от мыса Русский Заворот до острова Вайгач — не так уж и сильно привязано к весеннему половодью. В разные годы это состояние наблюдалось не только в июне и июле, но и в августе, причем общая продолжительность такого «режима максимальной экспансии» варьировалась от 9 до 50 дней за сезон, составляя в среднем 23 дня, или 17 процентов безледного периода. Площадь плюма в эти моменты в среднем равнялась 31 тысячи квадратных километров.
«Раньше считалось, что плюм Печоры достигает своей максимальной площади только во время весеннего половодья, а после окончания половодья его площадь быстро сокращается. Мы показали, что при благоприятных ветрах он может оставаться большим на протяжении всего лета. В 2024 году мы наблюдали площадь 55 тыс. кв. км в конце июля, это больше, чем предполагали любые предыдущие оценки»,— прокомментировал один из авторов работы Александр Осадчиев, заместитель директора Института океанологии РАН, заведующий лабораторией арктической океанологии МФТИ.
Главным дирижером этой подводной симфонии оказался ветер. С помощью данных атмосферного реанализа ERA5 ученые рассчитали экмановский перенос — перемещение верхнего слоя воды под действием ветра с учетом вращения Земли. Выяснилось, что восточные и северо-восточные ветры (скоростью свыше семи–восьми метров в секунду) заставляют плюм отрываться от берега и перемещаться на север и северо-запад, в сторону Новой Земли. Напротив, западные и северо-западные ветры прижимают опресненные воды к побережью, запирая их в прибрежной зоне. Настоящим исключением стал 2021 год, когда плюм за весь сезон так и не смог выйти в открытое море, что объясняется именно устойчивыми северо-западными ветрами, которые доминировали весь сезон.
Но ветер — не единственный фактор. Важным оказалось и время наступления половодья. При поздней весне, когда пик паводка приходится на конец июня, речная вода поступает в уже освободившееся ото льда море и растекается тонким стабильным слоем, слабо перемешиваясь с соленой водой. Раннее половодье, напротив, приводит к более интенсивному перемешиванию еще до того, как плюм успеет далеко распространиться. Статистический анализ подтвердил эту закономерность: коэффициент корреляции между сроками начала половодья и максимальной площадью плюма составил 0,73–0,75, тогда как корреляция с пиковым расходом воды оказалась заметно ниже (около 0,59).
Также исследователи обнаружили два редких, но регулярно повторяющихся феномена. Первый — отделение от основного плюма линз опресненных вод, которые затем дрейфуют как самостоятельные «острова» пресной воды. В июне 2022 года под действием устойчивых северо-восточных ветров внешняя часть Печорского плюма оторвалась и за несколько дней преодолела более 300 километров, достигнув юго-западного побережья Новой Земли.
Второй — ингрессии, то есть затоки печорских вод в Карское море через пролив Карские Ворота. Анализ спутниковых данных за 2002–2025 годы выявил более 30 таких событий, и все они происходили при юго-восточных ветрах, которые буквально «продавливают» опресненный слой через узкий пролив.
«Мы впервые показали, что плюм средней реки может регулярно отправлять свои воды в соседнее море через узкий пролив. Это не единичный случай, а систематический процесс, который усиливает обмен пресной водой между Баренцевым и Карским морями — явление, которое раньше просто не учитывалось»,— подчеркнул Александр Осадчиев.
Результаты открывают перед ученым целый ряд новых вопросов. Как изменится поведение Печорского плюма в условиях продолжающегося потепления Арктики и сокращения морского льда? Будут ли линзы отделяться чаще, если ветровой режим изменится? И наконец, не образуют ли подобные изолированные линзы другие средние по объему стока реки Арктики? Авторы планируют расширить свой подход на другие регионы и создать полную карту синоптической изменчивости для всех значимых речных плюмов Российской Арктики.
В работе кроме океанологов из Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН и МФТИ, принимали участие их коллеги из МГУ им. М. В. Ломоносова и Арктического и антарктического научно-исследовательского института.