Пульс океана

Участники экспедиции «Тихоокеанский плавучий университет» на судне «Профессор Мультановский» получили первые прямые данные о внутренних волнах в прибрежных водах Камчатки. Эти волны распространяются не по поверхности, а в толще океана, в зоне резкого перепада плотности воды (пикноклине), и их амплитуда достигает двух метров при периоде от 10 до 30 минут. Ранее о них судили лишь по характерным полосам на спутниковых снимках.

За три недели работы экспедиция охватила 184 океанографические станции и собрала более тысячи проб морской воды, донных осадков и бентосных организмов. Отряд гидрофизики провел три полусуточных эксперимента с CTD-зондом и дрейфующей станцией в «горячих точках» — районах, где внутренние волны фиксируются наиболее часто. Измерения подтвердили: в этих зонах амплитуда волн значительно выше, чем на периферии, что косвенно указывает на более интенсивное перемешивание и перераспределение вещества.

Параллельно биологи ежедневно поднимали со дна сотни проб с морскими ежами, офиурами и голотулями. Самой заметной находкой стала крупная офиура с ветвящимися лучами — «голова Горгоны». Видовой состав организмов уточнят методами ДНК-штрихкодирования и анализа средовой ДНК.

Отдельное направление — климатические наблюдения. Глубоководные измерения показали, что холодный промежуточный слой воды у берегов Камчатки становится тоньше и теплее, что связано с потеплением Берингова моря. Наблюдатели за морскими млекопитающими и птицами зафиксировали девять видов, включая горбатых китов, финвалов и каланов, а также редкую встречу с группой северных плавунов в Авачинском заливе.

Экспедицию организовал Институт Мирового океана ДВФУ совместно с Дальневосточным региональным гидрометеорологическим институтом при поддержке Минобрнауки России, Росгидромета и координационного центра «Плавучий университет» на базе МФТИ. С 3 августа по 7 сентября на борту «Профессора Мультановского» работали 40 российских ученых, аспирантов и студентов в рамках направления «Экология и биоразнообразие Камчатки» Межведомственной комплексной программы научных исследований полуострова Камчатка и сопредельных акваторий в 2024–2026 годах.

О том, почему внутренние волны — ключ к пониманию жизни океана, как их удалось «увидеть» с борта судна и что это значит для будущего климата и рыбных ресурсов, «Ъ-Наука» поговорил с участником экспедиции, научным сотрудником лаборатории геофизических пограничных слоев СПбФ ИО РАН Егором Свергуном.

— Потому что они способны усиливать вертикальное перемешивание вод, поднимать из более глубоких слоев биогенные элементы, важные для питания фитопланктона, переносить вместе с собой фитопланктон, привлекая личинок рыб, что приводит к скоплениям более крупных гидробионтов. Пока еще не до конца выяснен вклад в перенос вещества этих относительно локальных и быстро протекающих процессов на фоне более крупных процессов и явлений, таких как прилив или вихри. В океанских моделях внутреннее волнение и его эффекты пока еще не учитываются, это и делает важным их изучение.

— Напротив, внутренние волны оставляют на поверхности свой след — так называемые поверхностные проявления. Это довольно крупные чередующиеся гладкие и шероховатые полосы. Их видно невооруженным глазом, через камеру квадрокоптера или со спутника. В данной экспедиции мы часто видели на поверхности такие полосы, однако не всегда удавалось запустить квадрокоптер или остановиться, чтобы произвести измерения. Ранее наша команда по данным анализа десятилетнего архива спутниковых изображений выявила области, где у берегов Камчатки поверхностные проявления внутренних волн регистрируются наиболее часто. Эти области называют «горячими точками». Мы останавливались в этих точках для проведения длительных (около 12 часов) измерений изменчивости температуры и солености водной толщи, связанной с внутренними волнами.

— Потому что спутник или квадрокоптер видят только поверхностные проявления внутренних волн. По ним можно оценить лишь ограниченный набор характеристик – местоположение проявления, длину волны и направление распространения. Производя измерения с судна, можно получить важные характеристики внутренних волн — амплитуды и периоды. Однако перспективным является подход, когда для измерений характеристик внутренних волн применяются автономные дрейфующие буйковые системы, расположенные в нескольких точках. Тогда можно получать информацию еще и о скорости и направлении распространения волн, а судно использовать лишь для их расстановки по акватории.

— CTD-зонд мы использовали в режиме сканирования с борта судна в течение около 12 часов. Все отряды и даже команда судна помогали нам в этом нелегком деле — нужно было непрерывно опускать и поднимать зонд при помощи ручной лебедки. Таким образом мы получали вертикальное распределение температуры с дискретностью около двух минут и по изменчивости этого распределения судили о характеристиках внутренних волн. Еще у нас был прототип автономного свободно дрейфующего буя. Он состоит из поверхностной плавучести, 65-метровой измерительной линии с 30 датчиками температуры, двумя датчиками солености и датчиком давления, а также оснащен модулем GPS и спутниковой связи, с помощью которого передает информацию о своем положении и результатах измерений на судно. Буй измеряет вертикальное распределение температуры с дискретностью 10 секунд абсолютно без нашего участия.

— Удалось измерить амплитуды и периоды внутренних волн в различных районах на шельфе Камчатки. Какие-то районы измерений были непосредственно в «горячих точках», выявленных по спутниковым данным, какие-то на их периферии и вне их. Ранее во многих этих районах не проводили подобных измерений, поэтому отсутствовало представление об интенсивности внутренних волн. Нам удалось показать, что в областях «горячих точек» внутренние волны имеют намного большую амплитуду, чем вне таких областей. Это косвенно может указывать, что в «горячих точках» интенсивнее идут процессы перемешивания и перераспределения вещества.

— Пока еще этот вопрос активно изучается. Но уже известно, что внутренние волны способны ускорять таяние льда вблизи его кромки, поскольку вызывают перераспределение потоков тепла. Ускорение таяния льда может запустить процесс положительной обратной связи: из-за уменьшения альбедо на поверхность моря будет поступать больше солнечного тепла, что еще сильнее ускорит таяние вблизи кромки. Однако это только гипотетическое рассуждение. Кроме того, при сравнении результатов измерений данной экспедиции с климатической нормой было показано, что происходит потепление и распреснение слоев океана. Это может в будущем приводить к возникновению более интенсивных внутренних волн и усилению перемешивания вод.

— Если говорить о далекой перспективе, то мне видится, что результаты этой, а также будущих экспедиций в этом районе позволят получать обычным людям более точные прогнозы погоды, поскольку улучшатся прогностические модели океана и атмосферы. Также, вполне возможно, людям станут более доступны рыбные ресурсы, поскольку их вылов будет проводиться с учетом биологических эффектов, которые вызывают внутренние волны.