ЭКСПЕДИЦИИ КАФЕДРЫ ФИЗИКИ МОРЯ И ВОД СУШИ
В июле 2003 - 2007 гг. на озерах Телецком (Горный Алтай) и Онежском
(Карелия) работали экспедиции кафедры физики моря и вод суши
физического факультета МГУ по теме «Стратифицированные течения
и формирование распределений концентраций примесей в водохранилищах и
озерах» (при поддержке по гранту РФФИ). В экспедициях работали
12 студентов 2-го - 5-го курсов и аспиранты под руководством внс дфмн
Самолюбова Б.И. В исследованиях на Онежском озере (2007 г.) принял
участие заведующий кафедрой физики моря и вод суши профессор Показеев
К.В. Работы велись совместно со специалистами Института Водных и
Экологических Проблем СО РАН на научно-исследовательском судне
«Биосфера» на оз. Телецком и с научной группой Института
Водных Проблем Севера КарНЦ РАН на Онежском озере с борта судна «Эколог».
Научно-исследовательское судно «Эколог» ИВПС КарНЦ РАН на Онежском озере
Задачи экспедиций включали: 1. Проведение измерений
распределений скоростей течений, концентраций солей, кислорода,
взвеси и температуры воды по глубине озер (по всей длине изучавшихся
потоков) и выполнение долгосрочных серий зондирований во времени. 2.
Исследование динамики вод и диффузии примесей для изучения механизмов
массообмена и разработки методов прогноза формирования качества воды
в озерах под воздействием стратифицированных течений.
Обнаружены придонные и промежуточные стратифицированные течения и детально прослежено их
развитие в динамически активных ключевых зонах Телецкого озера.
Получены новые данные о влиянии внутренних волн и мощных
топографических возмущений на массообмен и перенос примесей. К
выявленным крупномасштабным особенностям структур полей температуры
и концентраций примесей относятся эффекты, обусловленные появлением
вод максимальной плотности (с температурой 4ºС) в
южной и северной частях озера.
За бортом - водная стихия, а по берегам - кедровая тайга (Телецкое озеро, июль 2003)
| 
Студентка 5-го курса Ардашева М.А. и аспирант Афанасьев Е.С. при проведении зондирований на оз. Телецком
| 
Штилевые условия на оз.Телецком – подарок для исследователей глубинных течений
| 
Погружение градиентной установки для регистрации распределений скорости
течения в оз. Телецком Студент 5-го курса Кузнецов И.С. (в
центре), соискатель Шильнев А.В. (справа) и сотрудники ИВЭП СО РАН.
|
При перемещении этих вод вдоль дна в виде гравитационных
течений и их последующего конвективного подъема возникают две зоны
крупномасштабной циркуляции (продольный термобар). Это вызывает
формирование ярко выраженного куполообразного по форме термоклина с
вершиной в районе глубочайшей части озера и с сопутствующим
повышением уровня аэробной зоны, расположенной в гиполимнионе (под
термоклином). Под куполом зоны холодных аэробных вод в его
центральной части появляются максимумы концентраций взвеси и
растворенного кислорода, то есть возникают условия повышения
биопродуктивности в водоеме. Над куполом развиваются подводные
струйные течения, определяющие массообмен в деятельном слое водоема.
Получены данные о ходе процессов самоочищения вод.
В исследованиях на Онежском озере в сентябре 2007 г. применялся измерительный комплекс, включавший помимо зондов и
градиентной установки, которые использовались ранее, аппаратуры новую
высокоточную аппаратуру: допплеровский профилограф скорости течения
RDCP-600 и многопараметрический зонд RCM 9 LW. Эти приборы,
изготовленные фирмой AANDERAA INSTRUMENTS (Норвегия), позволяли регистрировать не
только вертикальные распределения вектора скорости течения, но и
температуру, электропроводность, мутность воды и концентрацию
растворенного кислорода. Все измерения сопровождались непрерывной
регистрацией метеопараметров.
Петрозаводская губа Онежского озера
| 
Погружение допплеровского профилографа скорости течения RDCP-600 (Онежское озеро, сентябрь 2007)
|
Выполнена съемка Петрозаводской губы по 15 станциям с применением
зондов Sea-Sun, RCM 9 LW, кондуктометра и оксиметра «Эксперт» и
прозрачномера. Измерения проводились в условиях, близких к штилевым.
Выявлена структура полей скорости течения и параметров состава воды в
Петрозаводской губе. Обнаружено придонное термически
стратифицированное течение, которое переносило примеси из губы в
открытое озеро. Траектория течения пролегала по линии максимальных
глубин в стороне от зоны водозабора системы водообеспечения г.
Петрозаводска. Таким образом, зарегистрированное и детально
исследованное нами течение предотвращало опасное вовлечение в эту
систему загрязнений из реки Шуя. Подобное вовлечение бывает особенно
сильным в пероды развития весеннего и осеннего термобара в озере.
Основная часть примесей, по крайней мере весомых, транспортировалась
от устья р. Шуя течением обнаруженным нашей экспедицией. Толщина
придонного потока, распрстранявшегося на глубинах до 35 м, составляла
2 – 4 м, скорость достигала 12 см/с. При выходе из губы в
открытое озеро течение отрывалось от дна и двигалось в виде подводной струи по поверхности вод большей плотности.
Работы в экспедиции на Онежском озере велись от зари и до заката и даже круглосуточно
| 
Подготовка к измерениям распределений температуры, электропроводности, мутности воды и
концентрации растворенного кислорода. Студент 5-го курса Литвинов Е.А. (Онежское озеро, сентябрь 2007)
|
На осевой линии зарегистрированного течения проведены регулярные
наблюдения на суточной станции с измерениями профилей скорости
течения по всей глубине от поверхности до дна в точке с глубиной 26 м
через каждые 10 мин допплеровским измерителем RDCP-600,
поставленным на дно. При этом на горизонте постановки с той же
дискретностью измерялись температура, мутность, электопроводность,
концентрация растворенного кислорода и изменения уровеня поверхности
воды. Одновременно зондами Sea-Sun, RCM 9 LW, кондуктометром и оксиметром «Эксперт» и
прозрачномером, разработанным на нашей кафедре с дискретностью 30 мин
велись подробные регистрации вертикальных распределений температуры,
электоропроводности воды, концентраций растворенного кислорода,
взвеси и хлорофилла-а. Структура течений определялась в основном
сильными дрейфовыми потоками, обусловленными ветром со стороны
открытого озера. Были зарегистрированы и детально прослежены процессы
энергопередачи от дрейфового течения к придонному и сопутствующие
преобразования распределений температуры и концентраций примесей,
включая эффект размыва дна течением. Развивавшаяся в таких условиях
(юго-восточный ветер) сгонно-нагонная циркуляция обеспечивала
активное поступление холодных вод открытого озера в Петрозаводскую
губу. Придонный поток из губы в этот период отсутствовал.
Аналогичная по составу измеряемых параметров и методике, но более
короткая серия зондирований проведена в центральной части
Петрозаводской губы в период развивающегося волнения при других
синоптических условиях, определявшихся юго-западным ветром. Измерения
пришлось прервать из-за штормового предупреждения. Однако данные,
которые удалось получить в этой серии наблюдений, позволили
проследить эволюцию структур течений по всей глубине озера при
усилении дрейфового потока с характерным экмановским вращением
вектора скорости течения по мере роста глубины. В 3-5 метровом
придонном слое, над которым развивалось интенсивное перемешивание
вод, существовал гравитационный плотностной поток из губы в открытое
озеро, усиленный энергопередачей от дрейфового течения с
геострофическим поворотом вектора скорости. Гидродинамическая
устойчивость этого потока сохранялась, несмотря на волнение. Она
обеспечивалась пониженной температурой придонных вод и выравниванием
распределения плотности воды в вышележащих слоях. Причем
дополнительное понижение температуры придонных вод в губе было
связано с синоптической и гидродинамической обстановкой, измерения в
которой велись в предшествующей серии зондирований
Результаты завершающегоо разреза по осевой линии Петрозаводской губы
в условиях слабого волнения в целом подтвердили приведенные выше
выводы первичного анализа данных, полученных на первом разрезе и в
двух сериях зондирований с применением допплеровского профилографа
течений RDCP-600, поставленного на дно на
автономных буйковых станциях. Как и на первом разрезе работы велись с
применением многопараметрических зондов Sea-Sun,
RCM 9 LW, кондуктометра и оксиметра «Эксперт» и
прозрачномера. Была зарегистрирована эмиссия облаков мутности,
содержавших взвеси с загрязнениями из придонного стратифицированного
течения к поверхности воды. Этот эффект, важный с точки зрения учета
воздействий подобных течений на процессы формирования качества воды,
фиксировался также и в сериях зондирований на срочных станциях.
В ходе исследований на Онежском озере обнаружены циркуляционные и придонные
стратифицированные течения. Рассмотрены пространственно-временные
преобразования структур полей скорости течений и параметров состава
воды. Получены новые данные о влиянии гидродинамических процессов на
перенос примесей в Петрозаводской губе озера.
Работы по анализу результатов гидрофизических измерений, а также
данных гидрохимических и гиробиологических анализов, выполненных
нашими коллегами из ИВЭП СО РАН и Института Водных Проблем Севера
КарНЦ РАН продолжаются. Ведется разработка методов математического
моделирования наблюдавшихся процессов. Планируются новые экспедиции
на моря озера и водохранилища с участием студентов и аспирантов и
сотрудников кафедры физики моря и вод суши.
|
