Ученые объяснили появление мощных подводных волн в проливе Карские Ворота
Ученые Морского гидрофизического института РАН, МФТИ и Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН выяснили, как в проливе между Баренцевым и Карским морями возникают внутренние волны, способные смещать слои воды по вертикали почти на 30 метров. Сопоставив судовые измерения, спутниковые снимки и расчеты приливных течений, исследователи выделили три механизма образования таких волн. Их сочетание помогает объяснить, почему волны регулярно появляются в разных частях пролива и распространяются в разных направлениях.
Морская вода неоднородна — более легкие теплые или опресненные воды могут лежать над более плотными. Границы между такими слоями способны колебаться, подобно поверхности моря. Так возникают внутренние волны. Их размах достигает десятков метров, хотя на поверхности в это время может быть спокойно. Эти волны усиливают перемешивание воды, участвуют в переносе тепла и питательных веществ между глубиной и поверхностными слоями.
Один из районов, где внутренние волны встречаются особенно часто, — пролив Карские Ворота между Новой Землей и островом Вайгач. Здесь сильные приливные течения проходят над сложным подводным рельефом: мелководные возвышенности соседствуют с глубокими желобами. Ранее происхождение коротких внутренних волн в проливе связывали прежде всего с преобразованием внутреннего прилива — медленного колебания слоев воды, вызванного приливными силами. Однако спутниковые снимки показывали более сложную картину: многочисленные группы волн расходились в разных направлениях.
Авторы исследования изучили эти процессы во время экспедиции «Плавучего университета МФТИ» на борту научно-исследовательского судна «Дальние Зеленцы» в июле 2023 года. Они измеряли температуру и соленость воды на разных глубинах. Частые измерения позволили проследить быстрые смещения водных слоев. Судовые данные сопоставили со спутниковыми изображениями и расчетами приливных течений с учетом уточненного рельефа дна. Совместный анализ помог связать наблюдаемые волны с условиями их рождения. Всего ученые описали три механизма образования внутренних волн.
Первый действует, когда течение проходит над подводной возвышенностью. Вода вынуждена подниматься и опускаться, возмущая границы между слоями разной плотности. Особенно благоприятны условия, когда скорость потока близка к скорости распространения внутренней волны. При изменении течения возникшие возмущения могут отделяться от препятствия и уходить в виде групп коротких волн. По расчетам авторов, в некоторых мелководных районах пролива подходящий режим может возникать до четырех раз в сутки.
Второй механизм связан с самим внутренним приливом. Его протяженная волна постепенно меняет форму и порождает последовательность более коротких волн. Третий механизм исследователи связывают с морским фронтом — границей между водами с разными свойствами. Приливные течения перемещают эту границу поперек пролива. По наблюдениям, ее положение изменялось примерно на два-три километра менее чем за сутки. Авторы предполагают, что такие движения способны порождать отдельные группы внутренних волн. Это объяснение согласуется со спутниковыми снимками, на которых волны распространяются от фронтальной зоны в разные стороны.
«В Карских Воротах гидрологические условия постоянно меняются: течение то усиливается, то ослабевает, а границы водных масс смещаются. Это влияет на образование внутренних волн, перемешивание разный слоев и даже морской лед», — отметил первый автор исследования, младший научный сотрудник лаборатории морских полярных исследований Морского гидрофизического института РАН Илья Копышов.
По словам ученых, полученные результаты помогают проследить, как энергия приливов переходит в короткие внутренние волны, а затем может расходоваться на перемешивание воды. Это необходимо для более точного описания обмена теплом в арктических морях для уточнения климатических моделей. По мнению авторов, похожее сочетание механизмов может действовать и в других арктических проливах с сильными приливами и выраженным разделением воды на слои.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, а также в рамках госзадания. Экспедиция организована по программе «Плавучий университет» Минобрнауки России.