РАЗДЕЛ 2
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ, ДИССИПАЦИЯ ЭНЕРГИИ И ОБМЕН
В гравитационных ЛИНЗАХ
2.1. Эстуарийные линзы стоковых вод
Воды прибрежной зоны обладают целым рядом физических, геологических, химических
и биологических особенностей, отличающих ее от вод открытого океана.
Исследования, проводящиеся в шельфовой зоне специалистами различных
направлений, приводят, в свою очередь, к выводу, что исключительно важную роль
по своему влиянию на состояние водной среды играют такие элементы прибрежной
зоны как эстуарии. Эстуарий - по определению Притчарда [63] - это полузамкнутый
прибрежный водоем, который имеет свободное сообщение с морем и в пределах
которого морская вода в известной степени разбавляется пресной водой,
поступающей вследствие дренажа суши. Среди аргументов в пользу необходимости
пристального изучения этих объектов можно привести следующие [63]:
- скорость осадконакопления в эстуариях на три-четыре порядка превышает
соответствующую скорость в среднем по океану;
- занимая площадь менее 0,4 % поверхности океана, они дают по объему более 4%
чистой первичной продукции океана; при этом их воды более продуктивны по
сравнению с водами пресноводного стока и примерно в четыре раза превышают по
этому показателю (гС•м-2 •год-1) области апвеллинга в океане;
- общая растительная масса эстуариев превышает одну треть общей растительной
массы Мирового океана;
- эстуарии играют роль "детского сада" для многих видов животных, большую часть
жизни проводящих в открытом море.
В настоящем разделе на основе натурных данных, собранных в прибрежной зоне
Гвинейской Республики (Центральная Восточная Атлантика), лабораторного
моделирования, использования гидравлического подхода и ряда энергетических
соотношений и оценок рассматриваются некоторые аспекты динамики и
структурообразования в эстуарийных водах, анализируется их взаимодействие с
водами ближней зоны океанического шельфа. Основное внимание уделяется здесь
гидродинамическому исследованию эстуарийных стоковых линз. Подробное описание
термохалинного состояния и эволюции вод залива Сангареа приводится в подразделе
2.8. Анализ особенностей структурообразования и вертикального обмена за счет
приливного перемешивания у наклонного дна, экспериментальные данные для
которого собраны здесь же на шельфе Гвинейской Республики, подробно представлен
в разделе 3.
Натурные данные, использованные нами, получены в нескольких экспедициях
Морского гидрофизического института АН Украины и Научно-исследовательского
Центра CERESCOR (Гвинейская Республика) на протяжении 1986-87гг. в заливе
(эстуарии) Сангареа, акватория которого условно ограничена со стороны берега
островами Лос, полуостровом Калум и островом Конебомби, рис. 2.1. Рельеф дна
района осложнен наличием каньона Конкуре в его юго-западной части, оказывающем
существенное влияние на термохалинную структуру залива. В северной части - с
запада и востока от острова Конебомби - в воды залива впадают реки Конкуре и
Сумба. Речной сток, а также дренаж суши в сезон дождей формируют линзу
распресненных вод на акватории залива.
Временная изменчивость и структурообразование в эстуарийной линзе развиваются
на фоне процессов, определяющих характеристики разномасштабной
пространственно-временной изменчивости взаимодействующих с ней соленых вод
открытого океана и стоковых вод.
Рис. 2.1. Зарегистрированные случаи выхода на поверхность промежуточных (более
плотных) вод. Стрелками обозначен пресный сток. Изобаты в метрах. Волнистая
линия - соленостный фронт.
Перечислим основные ее виды:
- полусуточная изменчивость за счет приливных движений;
- суточные вариации теплового режима;
- полумесячная изменчивость внутри сизигийно-квадратурного цикла;
- внутригодовая изменчивость осадков и стока рек;
- полугодовая изменчивость теплового режима.
Динамику района определяет, главным образом, баротропный полусуточный прилив с
размахом колебаний 1ё4м и амплитудой горизонтальной скорости до 0,8мЧс-1 в
сизигию. Сколько-нибудь значительного среднего переноса не наблюдается. По
характеру приливная волна близка к стоячей, т.е. максимальные значения скорости
течения наблюдаются между моментами полной и малой воды. Приливные эллипсы узки
- движение близко к реверсивному. Большие оси эллипсов направлены с юго-запада
на северо-восток. Летом и осенью (сезон дождей) воды залива распресняются
обильными осадками и стоком рек. Зимой и весной (сухой сезон) влияние этих
факторов ослабевает или вовсе прекращается.
Измерения проводились с помощью специально сконструированного CTD-зонда [21] и
включали следующие виды работ (рис. 2.2):
- периодически повторяемый (один раз в месяц) разрез из 17-ти станций от
островов Лос до устья реки Сумба;
- разрезы по нормали к изобатам, разнесенные по широте;
- многочасовые станции на якорных стоянках;
- измерения в режиме буксировки.
Массив данных измерений от поверхности до дна содержит около 400 зондирований.
Расстояние между станциями на гидрологических разрезах составляло около одной
морской мили.
2.2. Условия формирования эстуарийной стоковой линзы
Водам эстуариев присуще разнообразие термохалинных неоднородностей, которые,
локально обостряя градиенты температуры и солености, вызывают динамические
флуктуации в широком диапазоне масштабов. Активно преобразуя фоновую структуру,
они вносят значительный вклад в перемешивание и обмен теплом, солью, пассивными
примесями, химическими и биологическими веществами. Заметную роль в этих
процессах играют стоковые линзы и ограничивающие их фронтальные зоны. Этому
вопросу посвящена довольно обширная литература, ссылки на которую можно найти в
монографиях [11,69].
Рассмотрим, прежде