Несмотря на многолетнюю историю изучения полярных морей, многие разделы и направления океанологии Арктики до настоящего времени остаются изученными недостаточно, по другим направлениям исследования только начинаются. Между тем развитие системной океанологии, основанной на знании всех главных факторов, определяющих условия среды и ход процессов в Северном Ледовитом океане в его взаимосвязи с Мировым океаном, требует срочного восполнения этих пробелов в наших знаниях.

Ниже рассматриваются некоторые новые направления океанологических исследований в морях Арктики, которые были начаты или развиты за последние годы. Они стали возможными в связи с начавшимися работами крупных научных судов - плавучих научно-исследовательских институтов. Рассмотрены шесть важных проблем, но их количество намного больше. Многие новые направления рассмотрены в других статьях этой книги.

Процессы, протекающие в полярных морях, во многом уникальны и изучены очень слабо. Это связано с крайне суровыми условиями среды высоких широт - с минимальными на Земле температурами, тяжелыми льдами, полярной ночью и др. Долгие годы эти области Мирового океана оставались, по существу, белыми пятнами. Основные усилия были направлены на изучение гидрометеоусловий, а также на обеспечение плаваний судов в высоких широтах. Только сейчас открылась возможность для более полного изучения океанологии Арктики в современном понимании океанологии как науки о физике, химии, биологии и геологии океана в их взаимосвязях. По всем этим направлениям существует множество нерешенных проблем, однако автор выделяет шесть из них, которые представляются наиболее важными на современном этапе.

Первая из рассмотренных проблем - аэрозоли Арктики и их влияние на осадочный процесс, природную среду и климат. По данным исследований последних лет, аэрозоли, которые ранее в Арктике почти не изучались, играют намного большую роль, чем это представлялось ранее. Прямые исследования показали значительные потоки с аэрозолями на поверхности льдов и океана органического вещества, бактерий, минеральных частиц, биогенных элементов, а также разнообразных загрязнений (более 90% загрязнений переносится по воздуху).

Вторая проблема связана с особым значением морских льдов, которые покрывают поверхность океана и морей высоких широт круглый год (паковые льды) или основную часть года. Установлено, что морские льды - важнейший источник растворенного и взвешенного вещества, главная транспортная система, обеспечивающая перенос вещества по поверхности океана на многие сотни и тысячи километров. Впервые рассмотрены вопросы литологии и геохимии морских льдов, их влияние на условия среды, распределение взвеси, биоты и донных осадков.

Рассматривается недавно открытый процесс избирательного захвата взвешенных в воде веществ морскими льдами (явление «ледового насоса»), процессы трансформации вещества в толще льдов в ходе ежегодного таяния их поверхностного слоя и намерзания зимой. Впервые описаны три типа морской ледовой седиментации: сибирский, дальневосточный и аляскинский. Приведены первые определения потоков из тающих льдов.

Гидрооптические исследования дают замечательную возможность проводить непрерывное оптическое зондирование водной толщи, получать высокоразрешающую картину распределения взвешенных веществ и растворенной органики с последующим прицельным отбором. Поэтому такие исследования позволяют решить ряд важных океанологических проблем - примеры приведены в специальном (третьем) разделе статьи.

Исследования взвеси (раздел 4) в сочетании с данными гидрооптики, изучения потоков с помощью седиментационных ловушек и данными гидрологии позволили установить явление стока тяжелых вод («рассолов»), которые возникают при замерзании морской воды и отделении солей (холодная дистилляция морской воды). Воды высокой плотности, подобно тяжелым жидкостям, стекают по понижениям шельфа и далее с континентального склона (каскадинг) в области максимальных глубин. Прямые исследования показали, что с этими потоками переносится значительное количество взвеси, а также растворенных форм элементов - возникают уникальные придонные потоки вещества, играющие очень важную роль для осадкообразования.

За пределами паковых льдов большую роль в образовании и судьбах взвешенных веществ играют организмы планктона. Фитопланктон преобразует растворенные формы элементов во взвесь (ассимиляционный насос), а фильтраторы зоопланктона (бионасос) преобразуют эту биогенную взвесь в крупные комки-пеллеты, которые быстро осаждаются на дно. Главные источники осадочного вещества здесь - терригенный материал с суши и биогенный.

В зоне паковых льдов содержания взвеси в толще вод минимальны для всего Мирового океана - менее 0,1 мг/л, в ряде мест менее 0,01 мг/л, а в толще льдов, перемещающихся по поверхности, - в среднем около 30 мг/л, т.е. в сотни раз больше, поэтому области таяния льдов - это области разгрузки осадочного вещества (взвешенного и растворенного). Выделены два типа разгрузки: ковровая в ходе таяния однолетних льдов с перемещением фронта таяния с юга на север, и фронтальная - в области встречи холодных и теплых течений (в особенности в проливе Фрама и северо-западной части Атлантики). Здесь возникают уникальные осадочно-породные бассейны ледовой седиментации, пока очень слабо изученные. Морские льды, таким образом, в Арктике в значительной мере предопределяют закономерности распределения взвеси и донных осадков.

Специальный раздел посвящен изучению потоков вещества - вертикальных и горизонтальных - с применением нескольких независимых методов. Изучение потоков позволяет перевести многие направления океанологии на количественный уровень, открывает возможности круглогодичных и многолетних исследований процессов. Таких работ ранее в Арктике почти не проводилось.

Эти новые подходы, которые удалось пока только частично реализовать в исследованиях последних лет, привели к ряду очень важных открытий. Среди них открытие явления маргинального фильтра океанов (раздел 6), которое сделано при работах на разрезах река-море от устьев Великих рек Сибири, в сопоставлении с материалами, которые были получены для других климатических зон ранее. Установлено, что близ устьев на границе река-море осаждается 90-93% взвешенного вещества речного стока и около 40% растворенного. Коренным образом меняется структура стока и формы элементов - от господства взвешенных форм в реках к господству растворенных (и коллоидных) форм в морях. С явлением маргинального фильтра океанов связаны главные концентрации осадочного вещества на планете, а также главные скопления органического вещества, нефти и газа.

Это открытие удалось сделать не только на основании изучения распределения взвеси в реках и прилежащих морях (снижение содержания от 30-50 мг/л в реках до менее 1 и менее 0,1 мг/л за пределами изохалины 20‰).

Важное значение имели прямые определения потоков осадочного вещества с помощью седиментационных ловушек, системные исследования по физике, химии, биологии и геологии. Маргинальный фильтр трехступенчатый, он разделяется на гравитационную, физико-химическую и биологическую части, которые нередко перекрываются.

Эти новые подходы и методы, использованные для решения шести приоритетных проблем океанологии Арктики, конечно, только начало нового этапа исследований Арктики. Они, безусловно, могут быть применены при работах и в других направлениях океанологии.

1. Аэрозоли Арктики - влияние на осадочный процесс, природную среду и климат

Систематическое изучение аэрозолей в Арктике началось около 10 лет назад. Ранее измерения проводились в отдельных точках, расположенных обычно на суше, когда трудно избежать влияния местных источников загрязнений (полярные станции и др.).

В 1990 г. были начаты системные исследования аэрозолей с морских экспедиционных судов в экспедициях РАН и в немецких экспедициях на ледоколе «Полярштерн». Они проводились одновременно с работами по изучению содержания взвеси во льдах, в водной толще, а также часто с работами по определению первичной продукции, фито- и зоопланктону, изучению физических свойств водной толщи.

Работы Института океанологии РАН по изучению аэрозолей в Мировом океане начаты еще в 1956 г. во время первой Антарктической экспедиции Академии наук СССР [Лисицын, 1959] и далее продолжались по единой программе во всех частях Мирового океана.

Особенность Арктики, обычно не учитываемая, состоит в том, что именно здесь происходит выход аэрозольного материала из верхних слоев атмосферы в зоне глобальной конвергенции (максимум на высотах около 20 км), его смешение с материалом тропосферы и опускание в приземные слои с развитой облачностью. Далее этот материал опускается на поверхность суши и моря [Погосян, 1972].

Эта модель получила подтверждение при анализе радиоактивных испытаний - радиоактивных маркеров (следов) при взрывах в Северном полушарии [Лавренчик, 1965].

Второе отличие от других зон Мирового океана состоит в том, что большую часть года (а севернее 80° с.ш. практически круглый год) поверхность моря в Арктике покрыта льдами, и выпадение аэрозолей идет на поверхность льдов. Аэрозоли поэтому не проникают в водную толщу и в донные осадки и попадают в воду только в местах массового таяния льдов в Северной Атлантике.

В то же время водная поверхность, обычно сама поставляющая в атмосферу значительное количество солей (до 50% от летних аэрозолей), в Центральной Арктике покрыта льдом и солей не поставляет. Именно в долгую зиму, отличающую Арктику от других зон, происходит, как было установлено, поставка главных количеств аэрозолей. В это время закрыт снегом и льдами весь питающий бассейн аэрозолей на берегах Европы, Азии и Северной Америки, а также поверхность морей. Поэтому максимум аэрозольной поставки зимой должен быть связан не с локальными или региональными, а очень дальними (глобальными) источниками. Эта интригующая особенность распространения «полярной мглы», или «дымки» получила свое объяснение при изучении минерального и химического состава аэрозолей: они происходят из аридных областей Европы, Африки и Азии, и это подтверждается также составом антропогенных загрязнений, минеральным и химическим составом.

Еще одной особенностью атмосферы и аэрозолей Арктики является образование аутигенной части аэрозолей из газов под влиянием особенно мощных здесь космических лучей в условиях мощных электромагнитных полей (группа космогенных изотопов) [Смирнов, 1992]. Работы в южной ледовой зоне - в Антарктике - со сходными условиями атмосферной и морской среды - показали, что здесь имеет место значительное выпадение космического (метеоритного) вещества. Такие скопления метеоритов в местах таяния краевых частей ледников, вероятно, будут найдены и в Арктике. Пока известна заметная примесь космической пыли в кернах бурения ледников Гренландии.

Наконец, наши данные (пока предварительные) показывают, что главным источником биогенных элементов в биогенной пустыне Центральной Арктики, где глубинные их запасы отрезаны от фотосинтетической зоны галоклином (распресненными поверхностными подледными водами), поступление биогенов из атмосферы имеет очень важное значение.

Отдельно стоит вопрос о современном фоне антропогенных загрязнений Арктики. Главных источников промышленных загрязнений в российской Арктике пока три: 1) металлургическая промышленность и производство удобрений на Кольском п-ве; 2) Норильский медно-никелевый комбинат и 3) сжигание попутных газов в многочисленных факелах месторождений нефти и газа Западной Сибири. Два первых источника выбрасывают в атмосферу сходный аэрозольный материал, что было подтверждено нашими прямыми наблюдениями. Это и естественно, так как значительная часть руды на предприятия Никеля-Печенги и другие на Кольском п-ве завозится из Норильска.

Наконец, проводящиеся в последние годы спутниковые определения цветности моря и содержания хлорофилла в поверхностных водах требуют обязательной корректировки на содержание и состав аэрозольного материала.

Уже указывалось, что главная часть аэрозолей выпадает со снегом зимой. Снег с содержащимися в нем растворенными и взвешенными формами осадочного вещества является главным источником вод и для рек Сибири и Северной Америки: снеговое питание составляет здесь около 50-80%. Через снег осадочный материал атмосферы (эоловый) оказывается связанным с речным стоком. При весеннем таянии снега талая вода скатывается с мерзлой поверхности почвы, и влияние кор выветривания (почв) начинает сказываться только во второй половине паводка, когда оттаивает поверхностный слой почвы. Состав речных вод Арктики поэтому в значительной мере определяется составом снега, т.е. атмосферной воды и осадочного вещества (растворенного и взвешенного) - таких связей нет в других климатических зонах.

Роль аэрозольного материала в поставке осадочного вещества в воды Арктики резко возрастает и за счет того, что средняя мутность рек здесь в 10-20 раз ниже, чем в среднем для рек Мира (20-40 мг/л против среднего для рек Мира - около 500 мг/л). Отсюда понятно возрастание аэрозольного фактора в питании Арктики на фоне дефицита речной взвеси и биогенного материала. Ледовый покров собирает аэрозольный материал, концентрирует его на протяжении многих лет (для паковых льдов) и разгружает в воду только в местах массового таяния льдов.

Уже отмечалось, что с осадочным материалом атмосферы на поверхность полярного океана выпадает главная часть биогенных элементов. Этот поток биогенов определяет масштабы захвата углекислоты на фотосинтез, а ледовая поверхность в значительной мере задерживает обратное поступление углекислоты дыхания и разложения органики в атмосферу. Цветение фитопланктона в снежницах - озерцах на поверхности льдов, образовавшихся за счет таяния снега - доказывает, что поток биогенных элементов из атмосферы может быть очень существенным. Это тем более важно, что их поступление с речными водами ослаблено за счет отсутствия в почвах водосбора азотобактера (влияние низких температур), а также слабым развитием химического выветривания (мощность активного слоя почвы - первые десятки сантиметров и оттаивает он на 1-3 месяца в году).

Из сказанного ясно, что осадочный материал атмосферы необходимо и в дальнейшем изучать не только на полярных станциях, но также и в морях высоких широт, в толщах снега, льда и в подстилающих лед толщах морской воды.

Существенным недостатком имеющихся наблюдений за осадочным материалом атмосферы является то, что подавляющая их часть относится только к полярному лету (2-3 мес.), когда поток аэрозольного материала и растворенных форм в 5-10 раз ниже, чем зимой. Данные о зимних наблюдениях имеются только для Шпицбергена, м. Барроу и ст. Алерт в Канаде [Rahn, 1981; Mauenhautetal., 1989; Barrie et al., 1996;Pacyna, Ottar, 1985,1989].

Пока наибольшее количество материала нам удалось собрать в морях Западной Арктики, меньше - для Центральной Арктики и почти нет материала для Восточной Арктики (см. карту 1 в статье В.П. Шевченко с соавторами в этом сборнике).

Все сказанное показывает, что проблема изучения вклада аэрозольного и растворенного материала атмосферы имеет первостепенное значение и относится к наименее изученным. В ходе работ ИО РАН в Арктике использовался тот же комплекс взаимодополняющих методов, который использован нами ранее для исследований в других частях Мирового океана, что открывает возможности для прямых сопоставлений. Это фильтрация через фильтры АФА и Ватман-41, сбор больших количеств взвеси нейлоновыми сетями с использованием статического электрического заряда, определение гранулометрии аэрозолей фотоэлектрическими счетчиками разных типов, определение потоков аэрозолей изотопными методами, а также восстановление траекторий движения воздушных масс - носителей по данным Гидрометеослужбы. Небольшое количество аэрозолей и растворенных форм выделено из атмосферных осадков с помощью осадкомеров большого объема.

Минеральный состав изучался рентгеновским анализом, состав отдельных частиц-микрозондами, химический состав - методами нейтронно-активационного анализа и атомной абсорбции. Широко использовался также сканирующий микроскоп и, где это возможно, - методы иммерсионного анализа.

Взвешенные и растворенные формы осадочного вещества атмосферы изучались также в пробах морского снега, собранных на 4-х полигонах на 80-82° с.ш. в проливе Франц-Виктория, а также в большом количестве проб снега, полученных из пролива Фрама и прилежащих частей океана, т.е. в местах главного экспорта из Арктики в Атлантический океан аэрозольного материала, накопленного в снеге и верхнем слое льда [Шевченко и др., 2000].

Для сопоставлений с другими видами осадочного вещества ниже приводятся основные данные о гранулометрии, количественном содержании, потоках и составе аэрозольного материала (табл. 1,2; рис. 1-3). Более подробные данные приведены в нескольких статьях настоящего сборника (Шевченко и др.).

Одной из важнейших особенностей гранулометрии арктических аэрозолей является высокое содержание самых мелких (менее 0,01 мкм) частиц, которые предположительно связаны с формированием из газовой фазы в верхних слоях атмосферы [Смирнов, 1992]. Медианный диаметр - в пределах 1-2 мкм, т.е. близок к аэрозолям других климатических зон [Лисицын, 1978]. Сравнительно с другими зонами повышено содержание самых крупных (5-25 мкм) частиц.

Удалось впервые определить среднее содержание аэрозольных частиц над морями Западной Арктики и Центральной Арктики - 0,23 мкг/м³ для 55 проб, собранных в летние месяцы. Это нерастворимая в воде фракция, так как исключено влияние морской соли, которая летом может составлять до половины и более содержания аэрозолей над открытым морем. Как указывалось, содержание аэрозолей зимой значительно (в 8-10 раз) выше, чем летом - в этом убеждают немногочисленные пока данные прямых наблюдений, а также наши данные по содержанию аэрозольного материала в зимнем снеге, собранном на поверхности льдов Западной Арктики.

Считая, что сухое выпадение составляет около 1/4 от суммы, поток эоловой взвеси в Арктике равен 570 мг/м²/год (Шевченко и др., наст, сборник).

В свежевыпавшем снеге среднее содержание эоловой взвеси оказалось равным (по 87 определениям) 2,19 мг/л, что в сотни раз выше, чем среднее содержание взвеси в водах Центральной Арктики и почти в 10 раз выше, чем - по нашим определениям - среднее содержание аэрозолей для лета. Таким образом, снег - важный концентратор осадочного вещества. Прямыми наблюдениями (с помощью осадкомера) на о. Шпицберген среднегодовой поток аэрозолей был определен 212 мг/м² в год. Как среднее значение потока аэрозолей для Арктики пока может быть принято значение 300-500 мг/м² в год. На всю площадь морей Арктики (13,1 млн. км²), по этим данным, выпадает от 2,8-3 млн. т до 7,5-8 млн. т в год.

Следует учесть, что по нашим данным главная часть речных взвесей (93%) не попадает в моря: она захватывается маргинальным фильтром.

Таким образом, за пределы фильтра проникает только около 12 млн. т речной взвеси в год - количество, сопоставимое с ежегодной поставкой эолового материала.

Несмотря на достаточно приблизительный подсчет, приведенные значения показывают, что поступление эолового материала в Арктику близко к поступлению речной взвеси - и это один из неожиданных выводов, который требует дополнительных подтверждений. Более того, для большой группы элементов (Pb, Sb, Se, V и др.) аэрозольный источник является основным.

Важную роль эоловый материал играет также в поставке биогенных элементов, чем определяется продуктивность морей Арктики.

С аэрозолями в моря Арктики попадает много органического вещества терригенной природы (споры и пыльца, остатки древесины, мхов, торфа - в основном лигнинового состава) [Пересыпкин, 2000].

Влияние эолового материала на климат Арктики опосредствованное - через поставку биогенных элементов, которые определяют продукцию фитопланктона и через нее в значительной мере определяют поступление термоактивных газов - СО₂ и др. Другой путь - поступление дополнительных количеств терригенной органики, которая в значительной части превращается в СО₂ и СН₄.

Наконец, через аэрозоль идет главный путь загрязнений в Арктику (рис. 4). На современном уровне наших знаний многие важные вопросы остаются без ответа из-за ограниченности исследований. Их роль в системе Арктики только начинает вырисовываться.

2. Морские льды - источники растворенного и взвешенного осадочного материала, главная транспортная система на поверхности морей Арктики

Главными факторами, определяющими условия среды в ледовых зонах, являются низкие температуры, длительная полярная ночь и короткий полярный день. Низкая температура, господствующая большую часть года, определяет переход воды во всех сферах (атмо-, гидро-, литосфере) в твердую форму, т.е. в лед. В атмосфере - это преобладание снега - главного вида атмосферных осадков этой зоны, в морях - образование почти непрерывного на протяжении года ледового покрова на морской поверхности толщиной 3-5 м. На суше - возникновение покровных, горных и других видов оледенения, а также очень широкое распространение подземного оледенения - многолетней мерзлоты, которая в ряде мест продолжается далеко в море под толщей донных осадков.

Образование и таяние морских льдов имеет, как известно, важное значение для климата и гидрологических условий среды высоких широт [Зубов, 1944; Захаров, 1981]. Однако очень мало внимания пока обращается на то, что это также процесс глобального геохимического значения, процесс, определяющий и условия жизни, и осадкообразования в ледовых зонах. Морской лед - это фактор-диктатор среды полярных морей.

Лед - это гигантская природная система сложных геохимических превращений. При образовании льда проходят процессы кристаллизации, т.е. удаление всех примесей из молекулы воды (морские соли, малые элементы в разных формах - отжимаются из льда при замерзании). Происходит холодная дистилляция - превращение соленой морской воды в пресный лед. Этот процесс при однократном его прохождении не бывает полным, но при многократном замерзании, а также при длительном нахождении в замороженном виде, соленость льда от исходной 34‰ для морской воды снижается до первых промилей. Образование пресной воды (льда) из соленой, перенос этой пресной воды по поверхности соленого океана в форме льда, а затем новый переход льда при таянии в водную форму, но уже пресную воду, т.е. обладающую иными свойствами, чем исходная - это важнейший для природы высоких широт процесс - гигантский по своим масштабам и многообразным следствиям.

Вторая группа важнейших геохимических последствий - превращение коллоидной системы морской воды при ее замерзании и превращении из электролита в почти пресную замороженную воду - лед.

Третья группа замечательных особенностей геохимии морей высоких широт состоит в том, что при снижении температуры воды до точки замерзания происходит захват поверхностной пленки, возникающей на границе океан-атмосфера и обладающей особыми свойствами, отличающими ее и от подстилающих вод, и от прилегающих к океану слоев атмосферы. При многократном замерзании - в ходе развития многолетних льдов - происходит многократный захват пленки паковым льдом - это своеобразный слоеный пирог из поверхностных пленок разных лет, захваченных в разных частях морей в ходе дрейфа льдов. В местах их таяния происходит разгрузка этих законсервированных поверхностных пленок, их смешение с местным слоем, концентрация, в конечном счете, в местах таяния пленок с огромных площадей морей.

Ледовый покров нарушает газовый обмен океан-атмосфера. В областях развития сплошных льдов (припай, речной лед) обмен практически прерывается, а в местах с разреженным льдом - сокращается, модифицируется. В частности, лед практически прекращает или резко сокращает испарение с поверхности воды, что доказано по содержанию дейтерия и тяжелого изотопа кислорода.

Граница океан-атмосфера - это одна из двух самых обширных поверхностей раздела - по мнению многих исследователей, самая обширная.

Четвертая важная группа процессов связана с изменениями во льдах при их длительном существовании в океане в форме многолетних (паковых) льдов. Максимальный их возраст достигает, по современным данным, 10-15 лет. Эти явления мы называем метаморфизмом льдов. Суть этого процесса состоит в том, что каждое лето верхний слой льда и находящегося на нем снега тает на 0,4-0,5 м, а зимой - столько же нарастает снизу. Поля паковых льдов находятся в состоянии термического баланса. Таким образом, лед постепенно меняется, причем самые молодые части толщи оказываются внизу, а самые старые - у поверхности.

Около 50-60% поверхности дрейфующих льдов летом покрыты снежницами - локальными осадочными бассейнами для осаждения взвеси, образовавшейся при таянии снега и верхнего слоя льда. Таким образом, постепенно осадочное вещество, находящееся изначально во всей толще льда, оказывается сосредоточенным в самом верхнем его слое. Наблюдениями с самолетов подтверждено, что в областях распространения многолетних льдов поля «грязных льдов» встречаются чаще, чем в областях однолетних.

Более того, при ежегодном намерзании снизу 0,5 м (а иногда и больше) льда происходит захват осадочного вещества из подледного слоя вод, наиболее обогащенного планктоном. Мощность этого слоя невелика - обычно особенно хорошо он прослеживается до горизонта 5 м под нижней кромкой льдов. Таким образом, действует «ледовый насос», который захватывает, причем избирательно, частицы взвеси и планктона, которые служат ядрами кристаллизации при замерзании. Взвесь из подледного слоя при многократном стаивании верхнего слоя постепенно достигает поверхности и концентрируется в верхних слоях льда - на дне снежниц и в пятнах на поверхности льда.

Другой механизм захвата и трансформации осадочного материала связан с частичным стеканием пресных вод с взвесью из снежниц в полыньи и трещины в разгар таяния. Пресная вода со взвесью, стекая из снежниц в полыньи, попадает в подледный слой с температурой -1,8 - -1,9°С, т.е. ниже точки замерзания пресной воды, и быстро превращается в кристаллы внутриводного (фразильного) льда. Опять-таки, частицы взвеси, содержащиеся в этой пресной воде, являются ядрами кристаллизации, обрастают кристаллами льда и в конечном счете снова оказываются закрепленными в нижней части тающего поля. Этот процесс повышает КПД «ледового насоса». Таким образом, в многолетнем дрейфе льда идет непрерывный захват взвеси и ее удержание в толще льда, перемещение к поверхности до момента полного таяния льдины.

Внутренняя связь существует между образованием, распространением и таянием льдов и строением верхнего слоя полярного океана. Отличительной особенностью области распространения льдов является резко выраженный слой скачка солености (галоклин), который обычно располагается на глубине 20-75 м от поверхности (рис. 5-7).

Вне области распространения льдов в Арктике галоклин и этот верхний слой отсутствуют до глубин в сотни и даже тысячи метров от поверхности [Морской лед, 1997]. Этот слой - своеобразная солевая заслонка, которая не пропускает к поверхности относительно теплые глубинные воды, резко ослабляет вертикальную теплопередачу Распресненный поверхностный слой Ледовитого океана связан с речным стоком, а также с превышением атмосферных осадков над испарением. Таяние льдов происходит по кромке галоклина, причем вызывается оно не только солнечной радиацией и температурой воздуха (рис. 8), но и поступлением тепла снизу [Захаров, 1981, 1995].

История галоклина оказывается записанной в донных осадках (по истории морских льдов) и в конечном счете определяется соотношением температуры и влажности. Возможно, поступление больших масс талой воды на поверхность моря (при разрушении ледниковых покровов суши) приводило к появлению галоклина, а следовательно, таяние ледников, возможно, шло одновременно с увеличением площади морского льда без понижения температуры воздуха. Эта интересная концепция о том, что распространение морских льдов определяется не только низкими температурами, но и поступлением пресных вод, т.е. с влагооборотом [Захаров, 1981, 1995], требует еще дальнейшей проверки на основе изучения колонок донных осадков.

Образование подповерхностной заслонки имеет большое значение для развития жизни в высоких широтах: она отсекает запасы биогенных элементов глубинных вод от эвфотического слоя, где развивается фитопланктон, что резко сокращает не только возможности последующих звеньев пищевой цепи, но и биогенное осадконакопление. Несмотря на огромный речной сток, в Арктике практически нет биогенных осадков, они распространены только за пределами области распространения галоклина. Биогенных элементов, поступающих с речным стоком, мало (сравнительно с водами умеренной и тропической зоны) и они быстро потребляются планктоном маргинальных фильтров и шельфа. Пелагиаль Ледовитого океана - пустыня - с реализуемыми запасами биогенных элементов в слое выше галоклина.

Недавно установлено, что при замерзании льда между водой и льдом возникает разность электрических потенциалов, достигающая десятков вольт [Петрянов, 1998]. Таким образом, с процессом замерзания может быть связан электролиз верхних слоев воды. Известны также свойства магнитной памяти воды (намагничивание воды, используемое при водоподготовке на электростанциях). В высоких широтах Арктики и Антарктики - главных областях распространения льдов на Земле - очень высоки и изменчивы значения электромагнитных полей, однако их влияние на свойства морской воды и льда не изучено. Известно также, что лед - это полупроводник протонного типа [Петрянов, 1998]. Много неясного связано с областями таяния льдов - и здесь отмечаются необычные свойства воды, очевидно, связанные с ее переходом изо льда в расплав, свойства, которые сохраняются несколько суток. Возможно, с ними частично связаны и резко повышенные значения первичной продукции в зонах MIZ (Marginal Ice Zone). Эти и многие другие вопросы, связанные с изучением льдов, пока не получили решения.

Морской лед состоит из нескольких компонентов: пресный лед + раствор солей + твердые фазы солей (кристаллогидраты) + пузырьки воздуха + осадочный материал + организмы криопланктона. На поверхности льда в осенне-зимнее время залегает слой снега, который имеет иное происхождение, чем морской лед - это атмосферный лед + растворенный и взвешенный осадочный материал (эоловый) + воздух.

Среди солей рассолов более 90% приходится на NaCl, MgCl₂, СаCl₂. Основные кристаллогидраты льда Na₂SO₄·10Н₂O; NaCl·2H₂O; MgCl₂·12Н₂O.

Осадочный материал в нижних слоях льда исключительно морской, в верхних - морской с примесью эолового, возникающего при ежегодном таянии снега на поверхности льда.

Включения рассолов обычно неравномерно распределены в толще льда, их количество растет к нижним слоям. Выделяют мельчайшие солевые ячейки, капиллярные поры, мелкие сферические включения, стоковые кольца и стоковые русла ветвистой формы и, наконец, крупные солевые полости (каверны) [Морской лед, 1997]. Полости имеют в поперечнике 5-8 мм.

По структуре льда и ориентировке кристаллов (морские льды относят к группам В и Г) удается определить эоловые образования [Черепанов, 1964, 1976]. Наиболее распространены конжеляционные и внутриводные (шуговые) льды, а также переходные их разности. Дня паковых льдов характерна вторичная перекристаллизация.

Наиболее распространены льды структурного типа В1-В4, возникающие при стабильном или слегка нарушенном росте льда с образованием волокнистых текстур.

Переходными от этих конжеляционных к внутриводным (фразильным) льдам, захватывающим больше всего водной взвеси, являются типы В5-В6.

Типы В7-В9 внутриводные, возникают при сгонных ветрах в условиях низких температур (внутриводный, донный и поверхностный - шуговый лед). Толщина шуги иногда достигает нескольких метров. Характерен их цвет от молочно-белого до желтоватого (близ устьев рек) с многочисленными сферическими солевыми и воздушными включениями. Часто просматривается донный пелитовый, реже алевритовый материал.

Тип льдов В8 (внутриводный, т.е. с большим количеством взвеси) в Антарктике составляет до 30-40% от всего объема льдов [Морской лед, 1997].

С точки зрения седиментолога, наибольший интерес представляет то, что и количественное распределение осадочного вещества, и его генезис меняются в паковых льдах по вертикали достаточно закономерно. Наибольшие количества осадочного вещества приурочены, как правило, к верхним слоям (до 1 м) ледовой толщи. Ниже количество осадочного вещества снижается и становится довольно равномерным, меняется и его качественный состав, генезис.

Особенно значительно различается состав осадочного вещества в верхних и нижних слоях ледовой толщи. Верхние слои образуются при первичном замерзании льда, т.е. в начале дрейфа ледового поля, нижние - самые молодые (обратная стратиграфия ледовой толщи) (рис. 9). Затем при ежегодном таянии они постепенно оказываются на дне снежниц и перемешиваются с материалом последующих лет, который захватывается ежегодно при осенне-зимнем замерзании по ходу дрейфа.

При средней скорости дрейфа 20-100 км/мес за год участки осеннего захвата взвеси при замерзании располагаются друг от друга на сотни километров - работает как бы пунктирный механизм захвата по пути дрейфа.

Вторым важным компонентом осадочного вещества верхнего слоя льдов является эоловый материал (растворенный и взвешенный), выпадающий осенью-зимой вместе со снегом. Весной-летом снег стаивает практически полностью, отдавая осадочный материал в озера-снежицы, где он смешивается с осадочным веществом талого льда. На их дне в понижениях идет смешение осадочного вещества ранних этапов существования льда (криогенного) и эолового материала. Образуются пятна и полосы (по рельефу понижений в снежницах) криогенно-эолового вещества.

Таким образом, на пути дрейфа (до 2-3 тыс. км ежегодно), в основном осенью, идет пополнение ледовой толщи водной взвесью при замерзании снизу и эоловым материалом за зиму - при выпадении снега сверху на поверхность льда.

В осадочных отложениях верхнего слоя паковых льдов, таким образом, оказывается вещество, поставляемое «ледовым насосом» и потоком эолового материала - «эоловый насос». Эти слагаемые могут быть изучены раздельно - по составу вещества из воздуха и по составу подледной взвеси.

Зная траектории и приблизительные скорости движения льдов, можно методом обратной прокладки установить, на каких конкретно участках дрейфа был захвачен осадочный материал из воды и из атмосферы, учитывая, что главное выпадение снега и наращивание слоя льда происходят почти одновременно - в основном в октябре-декабре.

Итак, в грубом приближении содержание осадочного вещества (и криогенного, и эолового) зависит от возраста паковых льдов - оно растет по направлению к проливу Фрама (табл. 3).

Эти особенности количественного распределения и состава осадочного вещества необходимо учитывать при интерпретации данных литолого-геохимических исследований морских льдов, а также при изучении биогенного материала в них.

Морской лед всегда содержит некоторое количество взвешенных веществ, но визуально загрязнение льда отмечается при содержании взвеси более 10 мг/л. Еще в экспедициях Ф. Нансена, С.О. Макарова и других полярных исследователей отмечались довольно частые случаи загрязнения льдов минеральным веществом, нередко описывались и крупные обломки пород.

За последние 20 лет были проведены специальные исследования количества и состава криозолей как на поверхности льда, так и в кернах бурения ледовой толщи [Wollenburg, 1993; Vogt, 1997;Nürnberg et al., 1994]. Как видно из таблицы 4, содержания криозоля в ряде проб очень значительны (сотни и тысячи миллиграммов на литр), однако следует иметь в виду, что в этих случаях пробы отбирались с поверхности льдин специально из мест наиболее высоких концентраций и не характеризуют среднее содержание в толще льда.

На основе имеющихся сейчас данных, среднее содержание взвешенного вещества в толще льдов Арктики - около 30 мг/л [Lisitzin, in press], т.е. в сотни раз выше, чем в подстилающих водах, и приближается к среднему содержанию взвеси в водах рек Арктики - 38 мг/л [Gordeev, 2000].

Объем льда в Арктике составляет 34,55 млн. км³ в период максимального распространения. За лето тает 9,25 тыс. км³ льда. При среднем содержании криозоля во льдах это означает, что в период максимального своего распространения ледовый покров Арктики содержит 1036 млн. т взвеси, из них ежегодно сгружается при таянии льдов в пределах области их распространения 277,5 млн. т (взвешенный речной сток 225 млн. т в год).

Главная разгрузка криозолей идет в краевых морях Арктики: объем льдов, образовавшихся в них за зиму, составляет 5670 км³, а в их пределах летом тает 3915 км³, (однолетние льды), т.е. экспорт в Центральную Арктику и превращение в паковые льды (многолетние) составляет всего 980 км³, причем более половины (780 км²) приходится на моря Лаптевых и Карское [Timokhov, 1994].

В пересчете на осадочный материал это означает экспорт с льдами краевых морей около 29 млн. т взвеси в год. Значительное дальнейшее пополнение взвешенным материалом идет, как отмечалось, и в области паковых льдов за счет работы «ледового насоса», захватывающего при ежегодном замерзании порцию взвеси из подледного слоя, и за счет поступления атмосферного материала.

Общей закономерностью для распределения криозолей является рост увеличения содержания в паковых льдах по мере их возраста, т.е. по направлению к проливу Фрама, через который они выносятся в область таяния в Атлантику.

По гранулометрическому составу осадочный материал льдов Арктики (вопреки распространенному представлению) не грубообломочный (как во льдах морей Дальнего Востока), а алевритово-глинистый. Содержание фракции песка от следов до 1-2%, пелитового материала 40-60% (табл. 5). Для минерального состава, как и для донных осадков и водной взвеси, характерно преобладание иллита и хлорита, а в море Лаптевых - маркерным минералом является смектит.

По химическому составу криозоль отвечает среднему составу земной коры, что логично, поскольку процессы выветривания и химической дифференциации в огромных водосборах рек Сибири и Северной Америки незначительны (табл. 6). В настоящее время в Арктике подавляющим распространением пользуются только морские льды. Айсберги встречаются в локальных ореолах близ островных ледников, а также у берегов Гренландии и в Баффиновом море. Не входя в детали, можно отметить, что по составу и свойствам осадочного вещества в Арктике удается выделить три типа ледового материала, связанного с морскими льдами: 1 - дальневосточный, с грубообломочным окатанным материалом из береговой зоны; 2 - аляскинский, с контактным захватом песчано-алевритового материала припаем и стамухами с мелководий; 3 - сибирский, с преобладанием пелитового материала и тонкого алеврита при бесконтактном захвате взвеси из водной толщи внутриводным льдом, возникающим в полыньях (рис. 10). Наибольшим распространением в Центральной Арктике на современном этапе пользуется сибирский тип криозолей - без грубого материала, который ранее считали надежным маркером ледового материала (рис. 11). Если основываться только на этом маркере, то пришлось бы заключить, что современная Арктика не имеет ледового покрова. В геологическом прошлом резко возрастала роль наземного оледенения, айсбергов в море, что отмечается по возрастанию роли неокатанного обломочного материала [Лисицын, 1994].

Из этого краткого обзора следует, что новые исследования роли морских льдов в осадочном процессе в Арктике показали ошибочность многих устоявшихся положений и вместе с тем возникает много новых важных проблем, которые ждут своего решения.

3. Гидрооптика Северного Ледовитого океана и устьев Великих рек Сибири

Современные методы гидрооптических исследований в изучении Арктики используются очень слабо - это одна из наименее изученных характеристик водной толщи. Между тем, в особенности в сочетании с данными спутниковых наблюдений за цветностью моря, они дают исключительно важные характеристики и в настоящее время стали неотъемлемой частью системных океанологических исследований.

Впервые с применением гидрооптических зондов появилась возможность изучения тонкой гидрооптической структуры водной толщи. Гидрооптическое зондирование проводится параллельно с гидрофизическим зондированием (зонд Нейла-Брауна) и позволяет определять вертикальное распределение показателя ослабления, показателя рассеяния, содержание хлорофилла и растворенного органического вещества [Буренков и др., 1995].

Большие возможности возникают также и в изучении поверхностного слоя вод, в особенности слоя фотосинтеза, с которым связаны процессы биоассимиляции и биофильтрации, распределения распресненных речных вод. Особенно важные результаты удается получить при одновременном использовании данных специальных спутниковых наблюдений (спутники SeaWiFS и др.), что позволяет сопоставлять полученную локальную или региональную картину распределения первичной продукции с глобальным распределением для того же времени.

До недавнего времени гидрооптические работы ограничивались наблюдениями за белым диском (диск Секки). Следует заметить, что этот примитивный метод дает в общем представительные результаты и в первом приближении сопоставляется с картиной распределения взвеси и показателя ослабления (рис. 12-15). Четко выделяется область поступления мутных речных вод. При солености 5-7‰ в сентябре 1993 г. видимость диска была менее 5 м. За пределами гидрооптического фронта, совпадающего с изохалинами 15-20‰, располагаются прозрачные морские воды - с глубиной видимости диска до 15-20 м [Буренков и др., 1995].

Интересно отметить, что в Байдарацком заливе (и вообще в западной части Карского моря) видимость диска очень значительна (15-20 м), что в 3-10 раз выше, чем близ устьев рек. В эту часть моря не впадают сколько-нибудь крупные реки (кроме р. Байдараты), и, таким образом, это как бы природный полигон для определения реального вклада термоабразии в поставку осадочного вещества.

Многие авторы [Суздальский, 1974] считают термоабразию очень важным и даже главным фактором в поставке терригенного вещества в арктические моря.

Исследования в 49 рейсе НИС «Дмитрий Менделеев» проводились в сентябре, т.е. во время максимального таяния в береговой зоне и развития солифлюкции. Дальнему распространению продуктов термоабразии должны были бы способствовать также сильные штормы, которые повторялись несколько раз по ходу 49 рейса НИС «Дмитрий Менделеев». Однако высокая прозрачность вод Байдарацкого залива (по содержанию взвеси), а также вод, прилегающих к области оледенения Новой Земли, показывает, что вклад этих источников в поставку осадочного вещества в Карское море незначителен, он имеет лишь местное значение. В этом убеждает также картина вертикального распределения показателя ослабления, полученная в рейсе в западной части моря от устья Байдарацкой губы по меридиану на север. Здесь отмечается некоторое увеличение (до 1,0 м^-1) показателя ослабления для станций расположенных ближе всего к берегу (рис. 16), но эти значения не идут в сравнение с показателями ослабления на разрезах от устьев р. Оби и Енисея (см. рис. 14-16).

Итак, гидрооптические характеристики на поверхности показывают прохождение океанологического фронта близ устьев рек - по изохалине 15-20‰, т.е. маркируют положение внешней границы маргинального фильтра и области наибольшей первичной продукции (мощность фотического слоя приблизительно соответствует прозрачности по Секки х 3).

Вертикальное гидрооптическое зондирование позволяет как бы «просветить» всю водную толщу моря от поверхности до дна. Так, в устье Енисея (см. рис. 16) по показателю ослабления очень четко выделяется тонкий слой скачка и галоклин, в котором показатель ослабления меняется от 10-15 м^-1 до 3 м^-1 - значений, типичных для прозрачных морских вод.

Соленость здесь на глубинах более 15 м также возрастает до 20-25‰, а температура вод падает до 0°С, т.е. четко прослеживается соленостный клин эстуария Енисея.

Иная картина вертикального распределения океанологических и гидрооптических характеристик на северном окончании разреза (76° с.ш., вне области маргинального фильтра). Здесь показатель ослабления - от 0,4 м^-1 на поверхности и до 0,6 м^-1 в слое скачка, который расположен на глубине 10-15 м. Выше слоя скачка чувствуется влияние распресненных вод (23‰), ниже - типичные морские воды с соленостью до 34‰ и с температурой от 0 до 1°С.

Очень характерно также вертикальное распределение растворенного органического вещества (РОВ), которое установлено при гидрооптическом зондировании. Его содержание ниже слоя падает резко (в 2-3 раза), что также связано с границей распресненного слоя и соленого клина морской воды.

Еще более полно гидрооптические данные характеризуют работу маргинального фильтра Оби (см. ниже). Содержание взвеси и соответственно показатель ослабления в устье Оби при солености 0-1‰ достигает 15 м^-1, а мутность вод Енисея заметно ниже (4-10 м^-1). Очень четко видно положение океанологического (и гидрооптического) фронта между ст. 4395-4396, который соответствует изохалине 20‰. Температура поверхностных вод здесь падает от исходных 7°С в реке до 2°С, а на глубине – до -1°С.

Сходная картина распределения гидрооптических характеристик в сопоставлении с гидрологическими и распределением взвеси прослеживается на уходящем разрезе от устья р. Енисей. По распределению изохалин и по показателям ослабления на этом разрезе видно, что океанологический (и гидрооптический) фронт проходит здесь между ст. 4401-4400, т.е. по изохалине 20‰ - так же как в маргинальном фильтре р. Оби. Здесь показатель ослабления от исходных в речных водах значений 4-10 м^-1 меняется до 0,8-1 м^-1. Так же как и для фильтра Оби, здесь понижается температура поверхностных вод (от типичных для реки +9°С, у дна температура падает в соленом клине до -1 °С).

Сходное строение имеет маргинальный фильтр р. Лены, а также, очевидно, других рек Арктики.

Характерно распространение растворенного органического вещества по данным гидрооптики: на разрезе от устья реки его содержание падает от 200 относительных единиц до 50-70 ед., т.е. в 3-4 раза. РОВ северных рек состоит из коллоидов гуминовых и фуль-вокислот - сильнейших природных сорбентов. Другой важнейший сорбент - растворенные и коллоидные формы Fe. Их содержание до фильтра в 800 и более раз выше, чем после маргинального фильтра. Океанологический фронт ограничивает область главного распространения этих сорбентов и очерчивает зону их коагуляции (по резкому градиенту снижения содержания).

Разрезы содержания органического вещества показывают, что в маргинальном фильтре происходит снижение РОВ в 4 и более раз, т.е. быстрое превращение растворенного органического вещества во взвесь - образование флоккул «эстуарного снега», что подтверждается и прямыми исследованиями под микроскопом взвеси, а также проб из седиментационных ловушек. Коагуляция растворенной органики - в основном гуминовых и фульвокислот - это не только образование дополнительных, причем значительных, количеств взвешенного органического вещества, но и свежего сильнейшего сорбента, захватывающего из воды растворенные (наиболее опасные) формы загрязнений (радиоактивные элементы, тяжелые металлы и др.). И это подтверждается нашими прямыми наблюдениями за изменением содержания растворенных форм этих элементов на разрезах река-море в Карском море (Cd, Pb, Cu и др.) [Кравцов, 1991; Кравцов и др., 1994]. Другое независимое подтверждение - состав вещества в седиментационных ловушках.

Таким образом, гидрооптическое зондирование одновременно с применением зонда Нейла-Брауна позволяет выявлять основные закономерности распределения взвеси в зависимости от океанографических характеристик, от распределения планктона (мощность фотосинтезирующего слоя, содержание хлорофилла) с возможностью оценки первичной продукции и с сопоставлением с данными спутниковых наблюдений [Буренков и др., 2000].

Гидрооптические исследования, проводимые одновременно с изучением взвеси, выявили еще одну уникальную для полярных вод закономерность: образование придонного нефелоидного слоя, обогащенного взвесью. Этот слой образуется при отжиме солей во время осенне-зимнего замерзания, что приводит к образованию тяжелых вод, которые движутся подобно тяжелым жидкостям по понижениям рельефа, заполняют отдельные котловины и по подводной дренажной системе выходят на континентальный склон (главным образом по желобам и палеодолинам крупных рек). Здесь в ряде мест отмечаются явления каскадинга - своеобразных подводных водопадов на материковом склоне, которые несут значительные количества осадочного вещества.

Тяжелые воды Арктики маркируются взвесью - они прослеживаются на шельфе, пока только в морях Западной Арктики, а также на континентальных склонах вплоть до полигона «Титаник» [Сагалевич и др., 2000].

Изучена подводная дренажная сеть Баренцева моря с выделением проточных озер, разветвлений дренажной системы, собирающей рассолы, и участков ее выхода на континентальный склон (рис. 17). Нефелоидный слой (или несколько слоев) связан с тяжелыми водами. Он отмечался при гидрооптических исследованиях как в Баренцевом и Карском морях, так и море Лаптевых [Burenkov, 1993; Лукашин и др., 1996а]. Исследования здесь велись в осенние месяцы, когда поток рассолов минимален (меженный период для рассолов). Максимального развития он достигает при осенне-зимнем замерзании, которое завершается в январе и продолжается только в заприпайных полыньях (образование фразильного льда).

Таким образом, период «половодья рассолов» и максимального развития нефелоидов длится с ноября до января-февраля. Рассолы движутся достаточно медленно и их сброс на склон идет с временной задержкой нередко в несколько месяцев.

Это удалось доказать многолетними наблюдениями (6 лет) в районе гибели АПЛ «Комсомолец» (рис. 18-20). Здесь удалось не только провести детальное гидрооптическое зондирование нефелометром и прицельно отобрать взвеси, но и провести трехмерное гидрооптическое картирование. Типичный вертикальный разрез (см. рис. 18-20) в области материкового склона Норвежского моря отмечает два слоя со значительной мутностью: верхний - 0-100 м и нижний -1400-1800 м [Лукашин и др., 1996а, б]. Максимум мутности придонных вод находится не на контакте с дном, а приподнят на 50 м - он располагается на глубинах 1600-1800 м. Этот слой, по данным съемки, ориентирован вдоль континентального склона, он простирается в соответствии с изобатами в отрыве от поверхности донных осадков, т.е. это транзитный слой с горизонтальным переносом над дном с юга на север. Последнее подтверждается данными седиментационной ловушки, расположенной на склоне южнее о. Шпицберген [Honjo et al., 1988; Honjo, 1990] (см. рис. 17).

Более полную характеристику придонного нефелоида удалось получить при круглогодичных наблюдениях с помощью седиментационных ловушек с интервалом отбора интегральных проб в 1 мес. (12 проб в год) [Лукашин и др., 1996а, б]. Эти работы в 1991-1995 гг. показали, что в слое выше нефелоида (гор. 1325 м) величины потока осадочного вещества в пределах года колеблются по месяцам от 2,62 до 75,1 мг/м²/сутки, а в нефелоидном слое от 30,4 до 232 мг/м²/сутки, т.е. поток взвеси здесь на порядок и больше превышает поток в вышележащих слоях.

Резко меняется в нефелоидном слое и состав осадочного вещества: выше его преобладают биогенные остатки (органика и фораминиферы), а в слое резко преобладает терригенный материал с маркерами шельфового происхождения. Ниже слоя - снова снижение роли терригенного вещества (см. рис. 19).

Вклад терригенного вещества в поток резко меняется во времени: он максимален в феврале (во время «половодья рассолов») и с небольшим ослаблением продолжается до июля-августа. Далее начинается «меженный период» для рассолов с пиковым снижением в ноябре, к началу ледообразования (см. рис. 19).

Годовой поток в нефелоидном слое (1692 м) в 6 раз выше, чем в вышележащем (1325 м) [Лукашин, 1996б].

Сброс тяжелых вод, возникающих при ледообразовании, с шельфа на континентальный склон раньше всего был отмечен в Антарктике - это вторая, пока очень слабо изученная часть процесса ледовой седиментации: количество рассолов пропорционально количеству новообразованного морского льда.

4. Водная взвесь – закономерности распределения осадочного вещества и загрязнений в водах Арктики

Систематические исследования количественного распределения и состава взвешенного в водах осадочного материала и загрязнений начали проводиться в Арктике современными методами всего около 10 лет назад. До настоящего времени имеется около 1 тыс. проб осадочного вещества из рек, впадающих в полярные моря, из водной толщи морей и всего несколько проб из Центральной Арктики и из областей, скрытых паковыми льдами. Главная часть материала получена нами из морей Западной Арктики. Наиболее существенные данные о поступлении взвеси из рек и по среднему содержанию взвеси в морях Арктики даны в таблицах 7, 8. Из таблиц следует несколько важных выводов.

1. Содержание взвеси в реках Арктики (за исключением Макензи и Юкона) составляет около 38-40 мг/л, что более чем на порядок ниже, чем среднее для рек Мира (460-500 мг/л). Модули твердого стока (поступление взвеси с 1 км² водосбора) находятся также в пределах 5-25 т/км²/год с минимальными значениями для водосбора Карского моря - самого значительного по площади.

Таким образом, для ледовой зоны характерны малые поступления взвешенного вещества из водосборов, малая их продуктивность по терригенному веществу. Недостаток питания Северного Ледовитого океана осадочным терригенным материалом, который выражается через скорости седиментации и абсолютные массы донных осадков, закладывается, таким образом, еще в водосборе. Большую часть года водосбор скован мерзлотой и покрыт снегом, а в летние месяцы оттаивает только верхний слой коры выветривания - 0,3-1 м, процессы выветривания ограничены этим слоем, низкими температурами и краткостью полярного лета.

2. Как было показано в разделе по гидрооптике Арктики, главная часть взвеси рек, не проникает за пределы маргинальных фильтров (см. рис. 11-14) - около 93% взвесей осаждается в депоцентрах, ограниченных изохалиной 20‰ и на шельф и далее в пелагиаль проникает только 7% исходной речной взвеси, т.е. в первом приближении 1/10 часть от среднего ее содержания в речной воде.

3. Прямые измерения содержания взвеси в морях показывают, что среднее ее содержание в морской воде, даже на небольшом удалении от устьев рек, в десятки раз ниже, чем в реках. Для поверхностных слоев морей Арктики наиболее обычны значения содержания взвеси в пределах 0,5-1,5 мг/л. В маргинальных фильтрах Арктики содержания взвеси обычно в пределах 30-100 мг/л, т.е. нередко даже превышают содержание взвеси в реках (добавка за счет коагуляции коллоидов, продукции фитопланктона и др.).

4. Для распределения взвеси в шельфовых морях и в Центральной Арктике очень большое значение имеет ледовый покров (см. раздел 2). При таянии льдов, в которых содержание взвеси значительно выше, чем в подстилающей водной толще, а также вследствие повышения продукции планктона в зоне таяния содержание взвеси существенно повышается - до 3, а иногда до 5 мг/л. Область высокого содержания взвеси на поверхности весной-летом перемещается вслед за границей льдов - возникает область ковровой (площадной) разгрузки льдов, которая занимает 4,4 млн. км² и соответствует площади распространения однолетних льдов.

В области паковых льдов летнее таяние не вызывает обогащения воды взвесью, так как при температуре подстилающих вод -1,8 - -1,9°С талые воды с взвесью снова примерзают к нижним частям льдин. При осенне-зимнем намерзании паковых льдов, которое повторяется ежегодно, происходит наращивание нижней части льдов ежегодным захватом взвеси из подледного наиболее богатого планктоном слоя льда (5-7 м ниже льдов) - работает ледовый насос. При среднем времени существования паковых льдов 10-15 лет захватывается на намерзание из этого слоя около 0,5 м ежегодно, т.е. всего 5-7 м подледной воды. Соответственно ежегодно летом стаивает верхний (0,3-0,5 м) слой льда и снега. Такой процесс повторяется по всей площади паковых льдов; суммарный захват взвеси из воды с переводом ее в лед оказывается заметным.

5. Вторая сторона процессов ледообразования - возникновение рассолов при холодной дистилляции морской воды - приводит к образованию в придонных слоях вод с повышенным содержанием взвеси - нефелоидного слоя. Если направление (траектория) переноса водной взвеси в верхних слоях водной толщи определяется направлением течений, то траектории нефелоидных потоков коренным образом отличаются: они распространяются как тяжелые жидкости по понижениям дна вплоть до материкового склона, а затем стекают вниз по склону (каскадинг). Далее тяжелые воды, обогащенные взвесью, частью перемещаются присклоновыми контурными течениями, частью распространяются в пелагиаль в соответствии с плотностью по изопикническим поверхностям. При этом на периферии пелагиали образуются слои и отдельные облака с повышенным содержанием взвеси.

В других морях нефелоидные слои встречаются, но обычно они связаны с придонным взмучиванием, т.е. имеют локальное значение.

Как и в морях других климатических зон, по вертикали в водной толще отмечается повышенное содержание взвеси в слое скачка, так же как и повышенное содержание планктона.

6. Существенные закономерности выявляются и для биогенной части взвеси. Первая из них состоит в том, что в отличие от других климатических зон поверхностная морская взвесь здесь состоит в основном из терригенного материала, а не из биогенного (95-99%), как в умеренной и тропической зонах.

Количественно малый вклад фитопланктона в продуцирование взвеси (перевод из растворенных форм во взвесь) характеризуется значениями первичной продукции (см. табл. 8). Первичная продукция для Карского моря (сентябрь) оказалась почти в два раза ниже, чем в олиготрофном Саргассовом море, а в море Лаптевых (сентябрь) - равна продукции Саргассова моря и тропических халистаз Тихого океана (аридная зона).

Работа «бионасоса» в арктических морях резко ослаблена: для развития фильтраторов зоопланктона пищи - фитопланктона, оказывается недостаточно. Особенно четко это видно из сопоставления морей Арктики с субарктическим Беринговым морем. Первичная продукция в нем в 30-60 раз выше, намного продолжительнее период вегетации. Энергетические возможности для работы зоопланктонного бионасоса в Арктике незначительны: биомассы фильтраторов зоопланктона в арктических морях (кроме Баренцева) в 10-30 раз ниже, чем в продуктивном Беринговом. Таким образом, для биогенной части взвеси характерны малые содержания и малая сравнительно с другими морями интенсивность биоочистки вод как от растворенных форм элементов (загрязнения, фитопланктон), так и от взвеси (зоопланктон). В этих условиях в процессах очистки вод от загрязнений главную роль приобретают поставляемые реками сорбенты: только реки Евразии поставляют ежегодно около 19 млн. т органического сорбента (гуминовые и фульвокислоты), значительная часть которого реализуется в маргинальных фильтрах.

Из этого краткого рассмотрения следует, что закономерности распределения и состава осадочного вещества и загрязнений, находящихся в форме взвеси, совсем не такие, как это представлялось ранее на основе «классической» литологии. И тем не менее на современном этапе наши знания о ходе осадочного процесса в Арктике совершенно недостаточны, возникают многие новые проблемы, которые требуют разрешения. Из них главная: работа осадочных систем Арктики зимой, когда резко (в 7-10 раз) сокращается речной сток, а вся область маргинальных фильтров покрывается льдом и работа бионасоса почти полностью прекращается. Другие крупные проблемы - закономерности распределения осадочного вещества в пелагиали Арктики, разделенной хребтами на несколько бассейнов, проблема гравититов и лавинной седиментации, распределение осадочного вещества на материковом склоне - сейчас и в прошлом (при понижении уровня океана).

5. Потоки вещества в Арктике - вертикальные и горизонтальные

Изучение потоков осадочного вещества в целом, отдельных его компонентов (С_орг, СаСО₃, кремнезем и др.), минералов, химических элементов, а также разнообразных загрязнений - это новый количественный метод седиментологии и геохимии, имеющий исключительно важное значение для понимания процессов в Арктике в их динамике (а не в статике, что обычно делается на основании определения содержаний компонентов). Поток определяется количеством компонента, переходящего через единицу площади в единицу времени (мг/см²/сутки, г/м²/год), т.е. это величина, близкая к абсолютным массам в литологии, но четырехмерная (4D).

Удается разделить и области преобладания горизонтальных потоков, и области преобладания вертикальных, а также места с наклонными траекториями потоков и с траекториями, меняющимися по сезонам и от года к году. Сочетание данных по потокам в море с данными о поступлении главных масс осадочного материала с суши (терригенный, речной, абразионный материал), а также из верхних слоев водной толщи (биогенный материал) с вертикальными потоками, определенными в водной толще, и с данными по скоростям седиментации открывает огромные перспективы для нового понимания геохимических процессов, седиментации, скоростей удаления загрязнений из водной толщи, представление о годовом и многолетнем режиме потоков загрязнений и др.

Главные из горизонтальных потоков осадочного вещества - это потоки вещества с суши при горизонтальном его перемещении из обширных водосборов водами рек (табл. 9). Энергия этого потока по сезонам меняется десятки раз. Этот перенос далее дополняется в море вторым горизонтальным потоком - вдольбереговым потоком наносов, который направлен в общем горизонтально вдоль берегов Арктики с запада на восток (против часовой стрелки) и зависит от силы и направления ветра, а также силы Кориолиса. Это также и горизонтальный поток осадочного вещества зимой, т.е. большую часть года, когда ледовый покров почти прекращает или резко сокращает вдольбереговое (и волновое) перемещение вещества в море.

Этот третий, главный вид горизонтальных потоков, уникальных для ледовых зон - по самой поверхности арктических морей и Центральной Арктики - связан с переносом осадочного материала разного рода морскими льдами. В области паковых льдов этот поток идет круглогодично, в области однолетних - прерывается на два-три месяца.

Потоки эолового материала также разделяются на горизонтальные и вертикальные. Эоловый материал (главным образом со снегом) выпадает на поверхность льда. Летом снег тает и превращается в воду снежниц, скапливается в понижениях их дна, а осенью вмерзает в лед. Дальнейшая судьба эолового материала связана с дрейфующим льдом, т.е. с горизонтальным потоком. Этот цикл повторяется ежегодно и приводит к концентрации вещества на поверхности. Разгрузка льда при таянии (и для однолетних, и для многолетних льдов) означает новое изменение вектора потока с горизонтального (в ходе дрейфа льда) на вертикальный при попадании в морскую воду после таяния.

Таковы главные горизонтальные потоки для поверхностных слоев морей Арктики.

На глубинах главное значение вектора потока определяется равнодействующей скорости осаждения частиц (вертикальный поток) и течений на данной глубине (горизонтальный поток). При изменении направления и скорости течений в разных слоях водной толщи (по вертикали) может быть построен интегральный вектор потока, который соответствует результативному перемещению осадочного вещества в ходе его осаждения с поверхности до дна.

Такие же интегральные значения потоков удается построить и для координаты времени - для сезона, года, нескольких лет - по данным наблюдений седиментационными ловушками с отбором проб на одних и тех же горизонтах, но в разное время года и при многолетних наблюдениях.

Учение о потоках вещества и загрязнений в океане пока только начинает развиваться. Седиментологи, геохимики, а также биологи и экологи все еще недостаточно оценивают значение этого количественного метода, огромных возможностей его использования для понимания природы океана, построения количественных моделей, методов прогноза. Поэтому первые данные по потокам в Российской Арктике, полученные за последние годы не на отдельных станциях, а по единой программе на системе разрезов, уходящих от устьев Великих рек Сибири на север, представляются исключительно важными [Лисицын и др., 1994; Лисицын, 1994а; Шевченко и др., 1997а, 1998, 1999; Shevchenko et al., 2000], особенно в сопоставлении с данными из других районов Мирового океана.

Количество надежных наблюдений за потоками осадочного вещества на вертикальных разрезах водной толщи Арктики пока не велико и исчисляется несколькими десятками станций, при этом большая их часть относится к районам освобождающимся летом от льдов: данных для Центральной Арктики - из области круглогодичного распространения льдов - пока почти нет (табл. 10). Обычно используют седиментационные ловушки - конические или цилиндрические - с револьверными осадкосборниками. Таймерное устройство меняет приемники взвеси ежемесячно или чаще по заданной программе.

Для определения реальных векторов потоков необходимо знать не только величину потока, но и направление течения и его изменения во времени (четырехмерный вектор). После гранулометрического анализа пробы с данного горизонта в ходе сопоставления с вектором течения можно определить также реальные векторы потоков вещества разной крупности. Эта возможность, к сожалению, пока не была реализована ни на одной из станций, причем не только в Арктике.

Трехмерный вектор течений может быть получен только доплеровским измерителем течений, другие системы измерений определяют течения только в 2-х координатах. В 49 рейсе НИС «Дмитрий Менделеев», который проводился по системной программе, потоки осадочного вещества на уходящих от берега разрезах изучались впервые тремя параллельными независимыми методами: 1) с помощью седиментационных ловушек; 2) изотопным (ториевым) методом; 3) биологическим методом (по выходу детрита из экосистем планктона) [Лисицын и др., 1994а; Купцов и др., 1994; Лебедева, Шушкина, 1994].

Эти три метода дали различные значения потоков для серии одних и тех же станций. Это вполне естественно: седиментационные ловушки улавливают значительную часть осадочного материала, но, судя по испытаниям в бассейнах, недобирают тонкий материал.

Ториевый метод основан на захвате изотопа именно тонким материалом и менее представителен для более крупного (пеллетного) материала, который поставляется бионасосом фитопланктона, т.е. связан с первичной продукцией фитопланктона.

Биологические методы учитывают в основном материал, проходящий через биофильтры зоопланктона и связанный в форме пеллет. Тонкий абиогенный материал, существующий вне пеллет, не учитывается, хотя в формировании донных осадков именно тонкий терригенный материал имеет в Арктике решающее значение (большая часть взвеси в ловушках состояла из минерального детрита, частью связанного в пеллеты (биофильтрация), частью - в виде отдельных частиц).

Поток биогенного (автохтонного) детрита из эвфотической зоны Карского моря по определениям для лета 1993 г. составлял в разных частях моря от 30 до 85% первичной продукции, т.е. эта часть потока является функцией жизнедеятельности организмов - фильтраторов зоопланктона. В этом убеждает прямое изучение вещества потоков - большая его часть связана в пеллеты, т.е. эти данные подтверждают то, что и в Арктике - даже при малом развитии жизни - решающую роль играет связывание частиц взвеси разной крупности в комки-пеллеты. Это своеобразные контейнеры для быстрой доставки мелких частиц взвеси, а также быстропортящегося органического вещества на глубины, где оболочка контейнера разрушается и пеллеты разделяются на тонкие составляющие частицы.

Величина потока в пределах постоянного слоя (поверхность или глубинный горизонт) может определяться для фиксированного момента времени (мгновенное значение потока) и обычно выражается в мг/м²/день. Для более длительного отрезка (интегральное значение за месяц, сезон или год, а также для нескольких лет) используют интегральное значение для этого периода. По вертикали значения потоков также существенно меняются. Чаще всего приводятся значения, средние для месяца или для года.

Иногда используют не дискретные значения потоков по отдельным горизонтам водной толщи, а средние для нескольких горизонтов, или интегральные - от поверхности до дна.

А. Горизонтальные потоки вещества в Арктике. Горизонтальные потоки взвеси и растворов в ходе перемещения с течениями внутри отдельных морей могут быть в первом приближении получены из данных по скоростям течений на разных глубинах (интегральные для года значения векторов) и данных по средним содержаниям взвеси (растворов) на этих горизонтах.

Поскольку содержание взвеси и поток ее по вертикали значительно меняются на протяжении года (так же как и динамические характеристики водной толщи), то эти подсчеты пока весьма приблизительны.

При усовершенствовании методов исследования в будущем (сканирование течений с помощью доплеровской системы с одновременным определением содержаний взвеси калиброванным нефелометром-самописцем на разных горизонтах водной толщи) надежность определений может быть значительно увеличена.

Самые первые ориентировочные подсчеты переноса взвеси между океанами в ледовой зоне Южного полушария были сделаны автором более 40 лет назад [Лисицын, 1955, 1961, 1974]. Далее методы изучения течений усовершенствовались, так же как и методы определения потоков; водная толща стала сканироваться доплеровскими системами определения течений как сверху, так и снизу.

На основе определения течений на разных глубинах Баренцева моря и содержаний взвеси были сделаны попытки построения разреза горизонтального переноса и горизонтальных потоков осадочного вещества во всей толще вод от поверхности и до дна. К сожалению, последние наблюдения за течениями показывают, что старые схемы течений, основанные главным образом на определениях солености, в Арктике, при сопоставлении с данными, полученными доплеровским сканированием на протяжении года, оказываются ошибочными [Дмитренко и др., в печати]. Главное значение в мелководных шельфовых морях имеет не соленость, а направление и сила ветров, которые зимой определяют также положение и размеры заприпайных полыней, определяют направление дрейфа льдов. Над пикноклином по этим определениям преобладают в море Лаптевых течения северного направления, под пикноклином - компенсационные (реверсивные) юго-восточные течения со скоростью до 59 см/с [Дмитренко и др., в печати]. Таким образом с реверсивными течениями из Центральной Арктики на шельф поступает значительное количество вод, которые компенсируют сгон вод поверхностных слоев. Вместе с этими реверсивными водами идет и поступление взвеси из Центральной Арктики. Главные трассы такого возвратного переноса взвеси из пелагиали на шельф, естественно, прежде всего идут по понижениям на бровке шельфа - это древние долины рек, желоба (типа желоба Св. Анны и др.), подводные каньоны. Постоянный сгон поверхностных вод (и льдов) в морях Российской Арктики определяется Восточно-Сибирским центром высокого давления, т.е. климатическими факторами (так же как и Канадским максимумом).

Потоки пресной и распресненной (менее 5‰) воды и морских льдов (твердой формы пресной воды) идут только в самых поверхностных слоях водной толщи Арктики (см. рис. 11). Они начинаются с пресных вод речного стока, к которым добавляются атмосферные осадки (вертикальный поток), далее, по мере продвижения к северу, пресная вода связывается в лед, другая часть льда образуется из соленых вод (холодная дистилляция). К ним добавляются атмосферные осадки. В твердом виде пресная вода (лед) пересекает (в соответствии с системой дрейфа) Центральную Арктику и попадает в пролив Фрама. Южнее этого пролива происходит новое превращение твердой воды в пресную (поверхностную) при таянии льда. Здесь возникает явление «океанского» маргинального фильтра (или зоны МИЗ), когда пресная вода со взвесью смешивается во все возрастающих пропорциях с электролитом - морской водой - т.е. в открытом океане развиваются коллоидные и биологические процессы, характерные для маргинальных фильтров рек.

По ходу переноса в потоке пресных вод идет убыль, связанная с испарением и абляцией ледовой поверхности.

Б. Вертикальные потоки вещества. По количеству станций с изучением потоков и по глубине исследования собранного материала Карское море пока является эталонным для понимания процессов, протекающих в других морях Арктики. Здесь удалось разместить 13 станций для изучения потоков, берущих начало из устьев Великих рек Сибири (Енисея и Оби), а также изучить потоки в фиордах современных ледников Новой Земли, в желобах, уходящих на континентальный склон (желоба Св. Анны и Франц-Виктория) [Лисицын и др., 1994а; Shevchenko et al., 2000 и др.] (см. табл. 10; табл. 11).

Изучение потоков сопровождалось одновременным изучением водной и воздушной взвеси, гидрооптическими и биологическими исследованиями толщи вод, изучением их химического состава [Лисицын, Виноградов, 1994; Шевченко и др., 1997а и др.].

В сентябре значения вертикальных потоков в Карском море обычно находятся (в открытой его части) в пределах 10-50 мг/м²/сутки с отдельными участками (пятнами) более высоких, что связано с цветением фитопланктона.

Значительное - в десятки и сотни раз - повышение значений потоков отмечается по мере приближения к устьям рек (см. раздел 6 - Маргинальные фильтры Арктики), а также к кромке тающих льдов [Шевченко и др., 1997а].

Того же порядка потоки на континентальном склоне Баренцева моря на поверхности [Лукашин и др., 1996].

По мере приближения к устьям крупных рек значения потоков возрастают сначала до 10-100, а затем более 1000 мг/м²/сутки (для сентября) с максимальным значением 22156 мг/м²/сутки для маргинального фильтра Енисея в 1993 г. (значение 709 мг/м²/год в 1997 г. отвечает, по-видимому, внешней части фильтра).

Значительно возрастают потоки также в фиордах и заливах - чаще всего в пределах 100-1000 мг/м²/сутки.

С этими значениями резко контрастируют пока еще очень редкие данные о потоках под постоянным ледовым покровом: все имеющиеся значения находятся в пределах 1-10 мг/м²/сутки. Чаще всего они ниже 5 мг/м²/сутки. Это настоящая ледяная пустыня, значение потока соответствует низким - минимальным для Мирового океана - содержаниям взвеси под покровом паковых льдов и минимальному развитию планктона. Такие резкие снижения потоков отмечаются и для морей Арктики в зимние месяцы.

Высокие значения потоков выявлены по фронту таяния льдов. Они обычно превышают 100-200 мг/м²/сутки, т.е. на порядок и более превышают потоки под покровом льдов. Это связано с тем, что паковые льды накапливают осадочный (эоловый и морской) материал на протяжении многих лет (см. раздел 2), концентрируют его в поверхностном слое, на дне снежниц и в углублениях поверхности. Эти области разгрузки льдов от осадочного вещества выявляются также и по содержанию взвеси в морской воде, по высокой первичной продукции и носят название фронта таяния льдов (MIZ).

Таким образом, моря Арктики, а также Центральная Арктика - области глобального дефицита осадочного вещества в водной толще, которые окружены областями высоких потоков в маргинальных фильтрах и областях таяния льдов.

Под ледовым покровом, т.е. в основной части Арктики, значения потоков значительно ниже, чем в олиготрофном Саргассовом море, так же как и значения первичной продукции.

По вертикальным потокам в Арктике, таким образом, выделяется два пояса высоких значений: 1 - маргинальные фильтры рек - этот пояс характерен для всех климатических зон, 2 - области таяния однолетних (ковровая разгрузка) и особенно многолетних (фронтальная разгрузка) морских льдов. Этот тип концентрации вещества в потоках характерен только для ледовых зон, т.е. является их уникальной особенностью, так же как и самые низкие значения потоков под ледовым покровом.

Эти две закономерности (а также локальные концентрации потоков в фиордах, заливах) типичны для поверхностных слоев водной толщи Арктики.

Для вертикального (по глубинам) распределения потоков во всех климатических зонах типично значительное убывание в верхних слоях в связи с распадом биогенной части (С_орг+CaCO₃+SiO_{2аморфн}) и переходом части взвеси в раствор (рециклинг). В Арктике эта убыль по вертикали намного меньше, поскольку меньше вклад биогенного вещества.

Еще одна уникальная особенность, характерная только для вод Арктики: возникновение придонного слоя обогащения осадочным веществом (нефелоида) с высокими величинами потоков в нем. Возникновение нефелоидов в Арктике - явление сезонное. Как отмечалось, оно связано с замерзанием льдов на поверхности и отжимом значительного количества солей из нарастающей ледовой толщи. Этот процесс ведет к возникновению утяжеленных солями вод, которые распространяются подобно тяжелым жидкостям, заполняют понижения дна шельфа и по подводной дренажной сети стекают на склон. Такие нефелоидные слои маркируются повышенными содержаниями взвеси, данными гидрооптики (см. раздел 3) и отмечены на многих станциях и морях Арктики и на материковом склоне.

Детально изучен нефелоидный слой у основания материкового склона Норвежского моря в районе гибели АПЛ  «Комсомолец» [Лукашин и др., 1996а]. Этот слой находится на удалении до 30 м от дна. В слое значение потока превышает вышележащие слои в несколько раз, а вещество потока отвечает по составу шельфовому с глубин менее 200 м (фораминиферы и др.), существенно отличается от вещества вышележащих слоев [Лукашин и др., 1996а].

Сходный придонный нефелоидный слой обнаружен и в желобе Св. Анны [Шевченко и др., 1998]. Здесь исследования проходили в осенние месяцы, когда завершается таяние льдов, а процесс ледообразования еще не начинался. Очевидно, движение рассолов в этот сезон года очень медленное: по круглогодичным наблюдениям у основания склона Норвежского моря, оно начинается только в феврале (ледообразование в ноябре-декабре) и продолжается до лета, т.е. после таяния льдов, а потом все более замедляется. Придонный поток взвеси с тяжелыми водами-рассолами, таким образом, явление инерционное, растянутое во времени.

Тяжелые воды, выходящие на материковый склон, подвержены воздействию внутренних волн, а также течений, направленных вдоль склона. Для Арктики главное из них связано с прохождением масс атлантических вод. Станция в районе о. Медвежий у основания склона (р-н «Комсомолец») показала наличие нефелоида и слоя повышенного потока осадочного вещества у дна, а расположенная у склона далее на север станция В-I [Honjo et al., 1988; Honjo, 1990] подтвердила его движение на север. То же было установлено и еще далее на север по ходу Западно-Шпицбергенского течения - переноса атлантических вод в Арктику - вплоть до пролива Фрама. В восточной части этого пролива атлантические воды входят в Центральную Арктику и движутся далее вдоль материкового склона против часовой стрелки. Таким образом, отмечается еще один горизонтальный путь переноса осадочного вещества в Арктике - на промежуточных глубинах, связанный с контурными течениями (контуриты) (см. рис. 17).

Итак, в Арктике существует несколько этажей горизонтального переноса: верхний (с морскими льдами), промежуточный (с контурными течениями и растеканием от них по изопикническим поверхностям) и придонный - с самыми тяжелыми водами, возникающими за счет постоянного поступления солей, удаленных из воды при образовании льдов. Эти этажи соединяются вертикальными потоками осадочного вещества, очень неравномерными в пространстве и во времени. Таким образом, вертикальные и горизонтальные потоки вещества в морях и океанах тесно связаны, их взаимодействие во времени записано в толще донных осадков.

Наконец, еще один вид перемещений осадочного материала на дне связан с гравитационными потоками. Эти потоки не постоянные, прерывистые во времени и случаются в местах с заметными перепадами глубин, с перемещениями уже не взвеси, а рыхлых донных осадков.

Придонные потоки осадочного вещества - горизонтальные и наклонные (на склоне) - характерны только для ледовых зон. Они были обнаружены только в самые последние годы, хотя явление каскадинга - сброса тяжелых вод-рассолов с шельфа после замерзания льдов - уже давно описано в Антарктике и предполагалось Ф. Нансеном [1897] в Арктике.

Еще одна - третья уникальная для Арктики особенность распределения потоков осадочного вещества - резкая сезонность значений вертикальных потоков: от 70 до 90% осадочного вещества включается в потоки и опускается на дно всего за 2-3 летних месяца в году, когда работает «биологический насос», когда поверхность моря освобождается ото льдов, идет разгрузка льдов от осадочного вещества, развивается планктон. Под покровом льдов величины потоков очень малы и на этом фоне в Центральной Арктике, а также в желобе Св. Анны более четко вырисовывается работа второго механизма удаления тонкого взвешенного вещества из морской воды - «морского снега» - механизма коагуляции растворенного органического вещества с захватом тонкой взвеси и ее склеиванием в мелкие хлопья. Это тоже характерный для Арктики механизм, существенный для понимания осадочного процесса и геохимии.

Таким образом, изучение потоков осадочного вещества, которое находится пока еще на начальном этапе - это начало количественного подхода к изучению геохимии осадочных процессов, гидрохимии процессов рециклинга, многих других направлений в океанологии.

Необходимо расширение этих исследований, сочетание их с изучением течений на разных глубинах и в разное время года, с работами по планктону, микробиологии и донным осадкам.

6. Маргинальные фильтры морей Арктики - главная система преобразования и осаждения осадочного вещества и загрязнений

Явления на барьере река-море, приводящие к коренной перестройке количества осадочного материала, а также его состава (взвешенной, коллоидной и растворенной части), открыто недавно [Лисицын, 1982, 1994а; Lisitzin, 1999], хотя уже давно отмечалось, что содержание взвеси на этой границе значительно (на 30-50%) снижается. Наиболее надежные и разносторонние данные нам удалось получить в результате системных исследований для маргинальных фильтров Великих рек Сибири (Лена, Енисей, Обь), а также для Северной Двины и Печоры. Все эти, а также другие сравнительные исследования, проводившиеся в разных климатических зонах, в устьях крупнейших рек (Амазонки, Конго, рек бассейнов Черного, Каспийского и Балтийского морей) были выполнены по единой программе и методике.

Впервые удалось как бы «просветить» с применением новых методов (системные исследования взвеси, растворов, газов, осадков, биоты, геохимии, изотопов и др.) всю эту сложно устроенную систему - изучить ее как в пространстве - для поверхностного слоя вод и на вертикальных разрезах вплоть до дна, так и во времени - в осадочной толще.

Уже отмечалось, что среднее содержание взвешенного осадочного материала в водах рек Мира находится в пределах от 460 до 500 мг/л. Среднее же содержание взвеси в морях (на удалении всего в первые десятки километров от устьев рек) снижается до 0,1-1 мг/л, т.е. в сотни раз. Эта картина характерна для устьев всех рек, в том числе рек Арктики.

Куда исчезает главная по значению часть осадочного материала?

Ответ на этот вопрос дает серия уходящих разрезов, выполненных в нескольких экспедициях Института океанологии РАН, от устьев рек Арктики на север (см. рис. 13; рис. 21-23).

Для всех Великих рек Сибири выявлены общие закономерности, которые рассмотрены ниже.

В период наблюдений (сентябрь) содержание взвеси в водах рек было намного меньше среднего для рек Мира - в среднем для года 20-38 мг/л. Из рисунков 21-23 видно, что в устьях трех крупнейших рек Арктики особенно резкий градиент изменения содержания взвеси имеет место при солености около 15‰ - сходная картина отмечается для Амазонки и для других рек [Lisitzin, in press]. Повсеместно главные изменения количества и состава вещества речного стока (взвешенного и растворенного) имеют место в интервале солености от 5 до 15‰. Именно здесь, как видно из разрезов, осаждается главная часть осадочного вещества рек.

Сходные изменения имеют место не только в концентрациях взвеси, но и в значениях вертикальных потоков осадочного вещества, которые впервые были определены расстановкой серии седиментационных ловушек на уходящих от устьев разрезах (см. рис. 21, 22) [Лисицын и др., 1994].

За пределами маргинальных фильтров Оби и Енисея в Карском море летом - в начале осени (сентябрь 1993) обычные значения потоков - от 9-10 до 60-65 мг/м²/сутки. В маргинальном же фильтре Оби (близ максимальных градиентов концентрации, совпадающих с изохалиной 15‰) потоки резко возрастают - до 1321 мг/м²/сутки (см. табл. 11).

В маргинальном фильтре Енисея в это же время максимум вертикальных потоков осадочного вещества при 15‰ достигал 22156 мг/м²/сутки. Из этих сопоставлений видно, что масштабы осаждения осадочного вещества здесь достигают лавинных значений - идет лавинная седиментация на первом глобальном уровне [Лисицын, 1988].

Подтверждаются ли данные о массовом - лавинном, осаждении водной взвеси данными по скоростям отложения осадочного вещества на дне? Или осадочное вещество рассеивается на больших площадях дна? Безусловно подтверждаются определениями по ¹⁴С, ²¹⁰Pb [Kuptsov, Lisitzin, 1996], а также по вертикальному распределению продуктов ядерных взрывов, радиоактивных маркеров аварии в Челябинске и катастрофы в Чернобыле [Livingston et al., 1997], данными биостратиграфии и магнитостратиграфии.

На уходящем разрезе от устья р. Лены (см. рис. 23) видно возникновение депоцентра лавинной седиментации первого уровня (близ устья реки) со скоростями седиментации до 2000 мм/1000 лет и более. Здесь на глубинах моря всего 10-40 м в донных осадках фиксируется работа маргинального фильтра Лены - возникает огромная линза осадков диаметром около 400 км. Современный депоцентр маргинального фильтра р. Лены находится на удалении от устья на 350 км, его положение отвечает прохождению изохалины 12‰. Часть вещества в ходе осаждения перемещается вдольбереговым потоком наносов, поэтому линза смещена по отношению к дельте на запад.

Таким образом, максимальное количество осадочного вещества выпадает здесь в пределах изменения солености вод от 3-5‰ до 12-15‰. За пределами этой области скорости седиментации быстро снижаются до обычных 10-20 мм/1000 лет, характерных для областей шельфа Арктики за границами фильтра.

Очень характерны для маргинального фильтра значения скоростей седиментации в эстуарии Оби. А в колонке, полученной в ходе российско-американской экспедиции, скорости осаждения вещества в фильтре оказались еще выше.

Сходные данные удалось получить для многих рек. Совершенно очевидно, что в этой области выделяется из речной воды главная часть взвешенного осадочного вещества - в среднем, по нашим определениям, около 93% (за пределы фильтра проникает только 7%), а также значительная часть растворенного (коллоидного). Таким образом, данные многочисленных балансных подсчетов, определения моделей седиментации и других средних показателей, так же как и времени пребывания элементов и соединений в океане и в Арктике (residence time), приходится считать ошибочными.

Итак, очевидны две закономерности принципиального значения: 1 - главная часть осадочного материала осаждается близ устьев рек и 2 - это осаждение определяется соленостью вод в зоне смешения морских и речных вод.

Каков механизм этого лавинного осаждения, определяет ли он осаждение только взвешенного материала или затрагивает также и другие формы элементов (растворенные, коллоидные, газовые)?

Для понимания механизма работы маргинальных фильтров и изучения их анатомии нами с сотрудниками были проведены системные исследования по десяткам разных параметров, в том числе для 50 химических элементов. Содержание многих из них удалось определить как во взвешенной, так и в растворенной форме [Кравцов и др., 1994; Маккавеев, Стунжас, 1994; Гурвич, 1972; Гурвич и др., 1994; Кравцов, 1991; Морозов и др., 1974; Gordeev, Sidorov, 1993; Артемьев, 1993].

Что показали эти исследования и чем же вызвано лавинное осаждение речной взвеси в эстуариях арктических и других рек?

Наши исследования показали, что главную роль играют по крайней мере три основных механизма, причем каждый из них закономерно сменяет другой, образуя три последовательных этапа работы фильтра.

Первый этап. Главенствуют процессы механического осаждения в связи с подпруживанием устья морскими водами, снижением скорости потока речной воды. Этот механизм начинает действовать уже в нижнем течении рек до их впадения в море. Здесь обычно осаждается основная часть песчаной и крупноалевритовой фракции речных взвесей - они образуют отмелью острова, банки и дельтовые отложения.

Второй этап. После прохождения этого первого этапа в речной взвеси остается в основном только тонкий пелитовый и мелкоалевритовый материал - это подтверждается прямым изучением многочисленных проб взвеси из маргинальных фильтров Лены, Енисея, Оби и др. Для осаждения тонких фракций (в значительной части коллоидных) и растворенных форм элементов главное значение имеет воздействие морской воды - электролита. Под действием морской воды в пределах солености от 5 до 15-20‰ происходит перезарядка коллоидов, прохождение изоэлектрической точки, когда частицы теряют заряд. Происходит флоккуляция коллоидов - образование крупных хлопьев, происходит переход коллоидов во взвесь, новообразование взвеси особого состава. Появление в пробах взвеси многочисленных хлопьев, часто достаточно крупных размеров - названо нами «эстуарным снегом». Работа этой части фильтра определяется не гравитационными, а коллоидными, физико-химическими законами (рис. 24,25).

Следует напомнить, что воды рек Арктики характеризуются высокими содержаниями растворенной органики (РОВ) и железа (коричневые и бурые воды северных рек, протекающих по торфяникам в тундре). Именно в этой части фильтра выпадает значительная (иногда основная) часть РОВ и Fe. Образующиеся при этом хлопья эстуарного снега включают также и частицы минеральных коллоидов - глинистых минералов, а также очень тонкие обломки минералов. Они склеиваются массой из новообразованных оксигидратов Fe и органики.

Замечательным свойством этих флоккул является и то, что они являются как бы «пищевыми гранулами» для планктона и бактерий. Новообразованные оксигидраты Fe сорбируют из воды многие элементы, в том числе необходимые для развития жизни (биогенные), и концентрируют их во флоккулах - гранулах. При рассмотрении под микроскопом [Мицкевич, Намсараев, 1994] флоккулы оказываются окруженными слоем бактерий, которые используют органическое вещество флоккул и сорбированные в них микроэлементы (см. рис. 25). В свою очередь эти органо-минеральные флоккулы служат пищей организмам - фильтраторам зоопланктона, в особенности зимой, когда фитопланктон исчезает. Так, данные 49 рейса НИС «Дмитрий Менделеев» показали, что в желудках рачков зоопланктона, пойманных в сентябре-октябре в этой части фильтра, содержится только эстуарный снег - флоккулы [Виноградов и др., 1994; Лебедева, Шушкина, 1994].

Таким образом, устья рек - это не только источники взвешенного минерального и органического вещества, поступающего с суши, но также и гигантские фабрики свежеобразованных сорбентов, которые захватывают из воды растворенные формы элементов (в том числе тяжелые металлы, многие растворенные формы загрязнений).

Это еще одна замечательная черта (третья закономерность) работы маргинальных фильтров связана с сорбционными процессами. Важнейших природных сорбентов три: глинистые минералы, растворенное органическое вещество (гуминовые и фульвокислоты) и оксигидраты Fe (табл. 12). Главная их часть мобилизуется на второй ступени фильтра.

Третий этап. После прохождения первых двух этапов в воде резко снижается содержание взвеси, т.е. вода становится значительно более прозрачной, увеличивается мощность слоя фотосинтеза [Ведерников и др., 1994]. Возникают условия для массового развития фитопланктона, а на его пищевой основе также рачков - фильтраторов зоопланктона. Эта третья (заключительная) часть маргинального фильтра - биологическая.

Организмы фитопланктона и зоопланктона в незначительных количествах встречаются и в речной воде, а также на всех стадиях фильтра, но их расцвету обычно препятствует высокая мутность вод на первых ступенях фильтра (1-й и 2-й). Только после того как осядет главная часть взвеси и прозрачность вод превысит 1-2 м по диску Секки, развитие фитопланктона становится массовым: при достатке биогенных элементов в воде лимит света уже не действует. Особенно четко световая граница, определяющаяся содержанием взвеси, прослеживается в устьях рек с содержанием взвеси в сотни миллиграммов на литр (реки умеренных и тропических зон). В реках Арктики этот лимит выражен более четко только во время весеннего паводка, когда концентрация взвеси достигает максимума (в некоторых реках до 200-300 мг/л). Он минимален в осеннее время, когда проходила работа в 49-м рейсе.

Биогенная часть фильтра делится по принципам извлечения и преобразования осадочного вещества из воды и его формам на 2 части: 1 - фитопланктонную, 2 - зоопланктонную. В фитопланктонной части в ходе фотосинтеза извлекается из воды углекислота, а также большой комплекс биогенных элементов и микроэлементов (всего более 50), т.е. происходит новообразование взвеси из растворенных и коллоидных форм элементов воды. Исходная взвесь при этом не затрагивается. Возникают клетки фитопланктона - новообразованные биогенные частицы взвеси размером 1-200 мкм (панцири и клетки диатомовых водорослей, жгутиковые и др.). Здесь происходит биогенная мобилизация растворенных форм, которые «проскочили» через сорбционную часть фильтра.

Новообразованная фитопланктонная взвесь - это не только дополнительная взвесь, в которую превратились растворенные и газовые формы элементов, но и единственная пища для организмов зоопланктона. Эта пища извлекается из воды наиболее распространенными в Арктике рачками - копеподами, методом фильтрации. В соответствии с правилами сукцессии организмов планктона фильтраторы располагаются в основном во внешней части зоны фитопланктона, т.е. являются в общем внешней (замыкающей) частью маргинального фильтра. Эти организмы фильтруют безвыборочно, т.е. захватывают из воды всю взвесь: как биогенную ее часть (фитопланктон и органо-минеральные флоккулы), так и терригенную (минеральную). В небольших количествах, так же как и фитопланктон, они встречаются во всех частях маргинальных фильтров.

Таким образом, заключительный этап маргинальных фильтров - это принудительное удаление остатков взвеси из воды путем биогенной фильтрации. Тонкость биогенной очистки воды организмами очень велика; разные организмы занимают разные экологические ниши в зависимости от крупности частиц взвеси, которыми они в основном питаются.

Самые тонкие частицы, отделяемые организмами-фильтраторами, имеют размеры менее 1 мкм, многие организмы питаются бактериями.

Какова скорость биофильтрации, успевают ли мелкие рачки-фильтраторы проработать весь объем воды, поступающей в огромных количествах из устьев сибирских рек?

Определения, сделанные планктонологами на материале из Арктики, а также из других частей океанов, показали, что весь объем вод эстуариев Великих рек Сибири профильтровывается рачками за 1-1,5 суток, а весь объем вод Мирового океана - за 0,5 года [Виноградов и др., 1994; Богоров, 1969].

Взвесь из деятельного слоя (0-100 м) вод морей и океанов отфильтровывается за несколько суток и связывается в крупные комки - пеллеты, которые быстро осаждаются на дно. Эти комки и составляют значительную часть вещества, улавливаемого седиментационными ловушками в этой части маргинального фильтра.

Биофильтраторы широко распространены также и среди организмов бентоса. Среди них особенно большое значение имеют моллюски, морские ежи и другие иглокожие, губки, мшанки. В зависимости от сезонного поступления взвеси и ее состава они подразделяются на неподвижных и подвижных фильтраторов.

Биофильтрационные системы планктона и бентоса тесно связаны не только взвесью - пищей, но и тем, что 70-80% видов бентоса имеет стадию развития личинки, которая длительное время ведет планктонный образ жизни и питается взвесью как планктонный организм. Подвижные фильтраторы совершают миграции вслед за перемещением потоков взвеси.

О мощности фильтрационных систем бентоса можно судить на примере моллюсков - мидий; 1 м² их колонии за сутки отфильтровывает взвесь из 100-1000 т морской воды. При этом отфильтровываются частицы размером около 1 мкм и мельче [Воскресенский, 1946; Кудинова-Пастернак, 1951; Бубнова, 1972; Лисицын, 1986 и др.].

Биомассы фильтраторов бентоса, так же как фильтраторов зоопланктона, определяются потоками взвеси - притоком пищи и ее составом. В этом отношении исключительный интерес представляет определение потоков седиментационными ловушками не только в фотосинтетическом слое, но и у дна.

Как видно из распределения значений потоков, главная часть биофильтраторов планктона и бентоса располагается во внешних частях маргинального фильтра, где фотосинтез не ослаблен высокими содержаниями минеральной взвеси (т.е. после первых двух этапов).

Итак, заключительная - биологическая - часть маргинального фильтра двойного действия: работа фильтраторов зоопланктона дополняется работой фильтраторов бентоса. Планктонные фильтраторы резко сокращают работу зимой, главное значение в это время имеют фильтраторы бентоса.

Таким образом, по преобладающим процессам удаления и преобразования осадочного материала всех видов (растворенного, коллоидного, взвешенного и газового) может быть в общих чертах определена следующая принципиальная схема процессов на границе река-море (рис. 26).

Первая ступень - гравитационная, где накапливаются кластические (обломочные) формы элементов.

Вторая - коллоидно-сорбционная (флоккуляция коллоидных форм - главным образом растворенного органического вещества (РОВ), гидроокислов Fe и глинистых минералов). На этой ступени идет новообразование взвеси, которой не было ни в исходной речной, ни в морской воде - главным образом сорбентов. Это глобальная область генерации свежих сорбентов и глобальная область захвата ими из воды малых элементов, в том числе загрязнений тяжелыми металлами, радиоактивными элементами и др.

Третья ступень - биологическая. Первая ее часть - фитопланктонная - удаление растворенных форм элементов, оставшихся в воде после прохождения сорбционной ступени, перевод их в новообразованную взвесь также особого состава, которой не было в исходной речной воде (биогенная взвесь из морских организмов фитопланктона - живых и отмерших), преобразование углекислоты в новообразованное органическое вещество.

Другая часть этой биологической ступени - биофильтрационная, с новым удалением почти всей оставшейся в воде взвеси (и биогенной, и минеральной, и эстуарного снега).

Процессы смешения речных и морских вод в эстуариях - это, таким образом, не только простое смешение двух конечных членов (речной и морской воды), но и процессы, приводящие к новообразованию взвеси двух разных типов (флоккулы и биогенная взвесь), к новообразованию больших количеств свежих сорбентов, к принудительной фильтрации всей остаточной взвеси организмами зоопланктона и бентоса, т.е. к трансформации всего исходного осадочного вещества.

Впечатляет эффективность работы этого природного фильтра на границе суши и моря - он удаляет около 93% взвешенных в речной воде частиц, а также около 40% растворенных (и коллоидных).

В ходе системных исследований работы маргинальных фильтров впервые удалось изучить поведение газов в маргинальном фильтре [Большаков, Егоров, 1995], а также в Карском море (водная толща и донные осадки) за пределами фильтра.

Фоновые содержания газов в воде оказались в пределах 10-30^-5 мл/л, причем выявлен широкий спектр углеводородных газов, включая бутан, но главную роль повсеместно играет метан.

На разрезе через маргинальный фильтр Оби (см. рис. 24) в северной его части выявляется типичное для моря распределение метана с концентрациями от 10x10^-5 до 30х10^-5, редко до 40х10^-5 мл/л. Газовый фронт располагается между ст. 4415 и 4417, т.е. совпадает с главной частью фильтра Оби (с коллоидной частью фильтра). Содержания метана в воде здесь повышаются в 3 раза по сравнению с обычными для речных и морских вод. В донных осадках ст. 4417 оказались и самые высокие содержания метана (1-10 мл/кг), т.е. особенности распределения газов в водной толще зоны смешения фиксируются в донных осадках.

На разрезе через маргинальный фильтр Енисея выявляются две аномалии: одна из них в районе ст. 4405-4407 с наибольшими содержаниями (до 1000) связана, по-видимому, с поступлением из донных осадков (изолинии упираются в дно). Вторая совпадает с океанологическим фронтом фильтра (ст. 4401), граница которой располагается для газов почти вертикально. Здесь значения максимальны, как и для Оби, до 100-200 х 10^-5 мл/л, а зона высоких содержаний оторвана от дна, как бы подвешена в толще вод с наклоном на север. Этот разрез был повторен дважды и в обоих случаях подтвердилось то, что Енисей более «метановая река», чем Обь, и что, как и для Оби, здесь выявляется газовая часть маргинального фильтра. Как видно из рисунка 23, эта газовая часть фиксируется также и в донных осадках фильтра - зоны их максимумов в общем совпадают.

Близкие связи выявляются при сопоставлении главных форм распространения углерода в водах маргинальных фильтров: взвешенной (терригенной-аллохтонной и биогенной-автохтонной), растворенной и газовой. Максимумы взвешенной органики совпадают в общем с максимумами растворенной (с некоторыми различиями) и этим определяется положение максимума газовой формы.

Другой источник газов - толща донных осадков, где процессы распада органики и перехода ее в газовую фазу продолжаются. К этим процессам добавляются (а в ряде мест становятся главными) процессы поступления газов из их скоплений в толще более древних рыхлых осадков и из древних осадочных пород, подстилающих донные осадки. Выходы этих «древних» газов, отличающихся от современных по изотопному составу углерода, встречались в Байдарацкой губе и в других местах Баренцева и Карского морей. Часто они имеют вид факелов, образуют покмарки, грязевые вулканы и др. В изучении газовой фазы углерода в морях и океане сделаны пока только первые шаги, еще меньше данных о стоке газов с речными водами и их поведении в маргинальных фильтрах [Большаков, Егоров, 1995; Леин и др., 2000; Хорн, 1972].

Особенно велика роль маргинальных фильтров рек в очистке вод от разного рода загрязнений - это природный защитный барьер для прилегающих морей.

Суть открытия явления маргинального фильтра состоит не только в выявлении мест главного осаждения речных взвесей, но и в том, что взвешенные и растворенные вещества речного стока на границе река-море коренным образом преобразуются. В реках главная часть элементов и соединений находится во взвеси, т.е. в кристаллических решетках минералов (как бы в стеклянных рубашках) и химически инертна. Эти формы элементов и минералы в фильтре удаляются из воды на 90-93%. Главное значение после удаления взвешенных форм приобретают в море за пределами фильтра растворенные и коллоидные формы элементов (включая элементы-гидролизаты), т.е. химически активные.

Таким образом, в маргинальном фильтре происходят коренные изменения не только количественные (резкое снижение содержания взвеси и форм элементов, связанных с взвесью), но и качественные (преобладание растворенных и коллоидных форм элементов после фильтра).

Глобальные масштабы явления маргинального фильтра и глубина его воздействия на вещество - одно из проявлений циркумконтинентальной зональности.

Вместе с тем велико значение и климатической зональности. В Арктике значительную часть года господствуют отрицательные температуры - речной сток из скованных мерзлотой и скрытых снегом водосборов резко снижается, многие реки промерзают до дна. В итоге снижается и без того незначительное содержание речной взвеси.

Ледовый покров на поверхности препятствует развитию фитопланктона и поэтому зоопланктон длительное время лишен основного источника пищи и питается только флоккулами эстуарного снега, т.е. биологическая часть фильтра практически отключается. Зимнее состояние маргинальных фильтров Арктики пока практически не изучено - это одна из многих нерешенных проблем.

Уже отмечалось, что содержание взвеси в реках экваториальной и тропической зоны в десять и более раз выше, чем в холодной (ледовой) зоне Арктики. Иные связи между содержанием взвеси в речных водах и сезонными изменениями стока: в Арктике большую часть года господствует зимний режим, в тропиках зима - часто сезон дождей, что приводит к значительным концентрациям взвеси в речной воде. Существенно меняется также состав взвешенной, коллоидной и растворенной форм элементов в речной воде.

Таким образом, при общих для всех рек закономерностях работы маргинального фильтра в зависимости от климатической зональности имеются особенности региональные и локальные, которые еще предстоит изучить.

Работа этого замечательного природного механизма обеспечивает удаление из речной воды на границе с морской не только природных компонентов, но и значительной части загрязнений: это природный барьер защиты от антропогенного воздействия.

Другое следствие связано с тем, что с речной взвесью с арктической суши поступает очень много С_орг (взвешенного и растворенного). В фильтре к этому терригенному органическому веществу добавляется еще органика морского планктона, что в итоге приводит к высоким скоростям накопления органики в донных осадках фильтра. В сочетании с высокими скоростями седиментации (в депоцентрах фильтров) это приводит к нефте-газообразованию: большая часть месторождений нефти и газа связана с древними дельтами [Марковский, 1976], устьями рек, древними маргинальными фильтрами [Лисицын, 1983, 1988, 1991].

В заключение следует отметить, что в изучении маргинальных фильтров Арктики пока сделано еще очень мало, а прежние исследования были очень односторонними, обычно ограничивались изучением объемов речного стока или определением температуры, солености, реже гидрохимических показателей.

Из сказанного видно, что дальнейшее изучение работы маргинальных фильтров - это одна из важнейших задач в ряду нерешенных проблем, имеющих как фундаментальное (геохимия, литология и др.), так и экономическое значение (нефть, газ и др.). Дальнейшие детали по этому вопросу читатель может найти в следующих работах [Лисицын, 1994а; Lisitzin, 1996, in press; Лисицын и др., 1983, Гурвич, 1972; Морозов и др., 1974].

На примере открытия маргинального фильтра можно видеть, что понять эту систему и разработать адекватную ее модель можно только на основе одновременного изучения физики, химии, биологии и геологии барьерной зоны река - море, т.е. на основе системного подхода.

* * *

В настоящей статье удалось коснуться только некоторых нерешенных проблем и направлений исследований, по которым получены новые материалы, заставляющие по-новому оценить многие традиционно сложившиеся представления. Безусловно, в будущем будут получены более полные данные, развивающие и дополняющие эти данные. Таким образом, постепенно крупные пробелы в наших знаниях о процессах, протекающих в полярном океане, будут ликвидированы в результате системных океанологических исследований. Приведенные данные показывают, насколько взаимосвязаны, казалось бы, совершенно удаленные разделы исследований. Например, аэрозоли влияют на первичную продукцию фитопланктона как на поверхности льдов, так и на поверхности морей через поставку биогенных элементов, поставляют заметное количество органического углерода с суши, вносят заметный (10-30%) вклад в осадкообразование в Арктике.

Изучение морских льдов ограничивалось в основном интересами ледокольного флота и судоходства. Геологические и геохимические исследования льдов, которые находятся пока в самой начальной стадии развития, показали, что это удивительный и во многом уникальный мир взвеси и организмов, мир коллоидных превращений - причем не застывший, как кажется, а ежегодно обновляющийся, мобильный.

Изучение водной взвеси и гидрооптические исследования показали, что замерзание льда, вызывающее удаление огромных масс солей из морской воды, приводит к возникновению «тяжелых жидкостей», которые определяют движение придонных вод (вместе с находящимся в них взвешенным осадочным материалом) по понижениям шельфа, а затем на материковом склоне (явление каскадинга). Это уникальная зимняя динамика полярных морей пока также изучена совершенно недостаточно. Имеющиеся пока отрывочные данные показывают, что она оказывает влияние на все стороны процессов в морях Арктики зимой, когда они защищены от волнового воздействия толщей льдов. Исключительно важное значение имеют процессы в зимних заприпайных полыньях - фабриках льдов (до 30-50% от общей массы) и рассолов.

Изучение потоков - вертикальных и горизонтальных - ставит понимание процессов обмена веществом и энергией в океане на новый уровень - на уровень количественных векторных исследований.

Явление маргинального фильтра на границе суши и моря оказывает огромное влияние на все стороны океанологических процессов и также требует срочного специального исследования, в особенности для зимних месяцев.

Пока нет никаких надежных данных о вкладе эндогенного вещества (эндосферы) - гидротерм хребта Гаккеля, о его взаимодействии с внешними сферами Арктики.

Нет сомнения в том, что ближайшие годы принесут новые открытия в океанологии Арктики, особенно в океанологии зимнего времени - главной части полярного года.

Настоящая работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), гранты 00-15-98623 и 00-05-64389.

Литература

Артемьев В.Е. 1993. Геохимия органического вещества в системе река-море. М.: Наука. 198 с.

Богоров В.Г. 1969. Роль планктона в обмене веществ в океане // Океанология. Т.9. №1. С. 156-162.

Большаков А.М., Егоров А.В. 1995. Результаты газометрических исследований в Карском море // Океанология. Т.35. №3. С.399-404.

Бубнова Н.П. 1972. Питание детритоядных моллюсков Baltica и Portlandia arctica (Gray) и их влияние на донные осадки//Океанология. Т. 12. Вып.6. С. 1084-1090.

Буренков В.М., Васильков А.П. 1994. О влиянии материкового стока на пространственное распределение гидрологических характеристик вод Карского моря // Океанология. Т.34. №5. С.652-661.

Буренков В.И., Гольдин Ю.А., Гуреев Б.А., Судьбин А.И. 1995. Основные представления о распределении оптических свойств вод Карского моря // Океанология. Т.35. №3. С.376-387.

Буренков В.И., Купцов, В.М., Сивков В.В., Шевченко В.П. 1997. Распределение и гранулометрический состав взвешенного вещества в море Лаптевых в августе-сентябре 1991 г. // Океанология. Т.37. №6. С.920-927.

Буренков В.И., Копелевт О.В., Шеберстов С.В., Ведерников В.И. 2000. Подспутниковые измерения цвета океана: верификация спутниковых данных сканера цвета Sea WiFS // Океанология. Т.40. №3. С.357-363.

Ведерников В.И., Демидов А.Б., Судьбин А.И. 1994. Первичная продукция и хлорофилл в Карском море в сентябре 1993 // Океанология. Т.34. №5. С.693-704.

Виноградов М.Е., Шушкина Э.А., Лебедева Л.П., Гагарин В.И. 1994. Мезопланктон восточной части Карского моря и эстуариев Оби и Енисея // Океанология. Т.34. №5. С.716-723

Воскресенский К.А. 1946. Биофильтры литорали и соображения по биогидрологии побережий // Доклады ГОИН. №58. С.23-51.

Гурвич Е.Г. 1972. Сток микроэлементов и факторы, его определяющие (на примере северных рек СССР и рек Черноморского побережья Кавказа). М.: ИОАН-МГУ. 158 с.

Гурвич Е.Г., Исаева А.Б., Демина Л.Л., Левитан М.А., Муравьев К.Г. 1994. Химический состав донных осадков Карского моря и эстуариев Оби и Енисея // Океанология. Т.34. С.766-775.

Дмитренко И.А., Хьюлеманн И., Кириллов С.А., Березовская С.Л., Кассенс X. (в печати). Роль баротропных изменений уровня моря в формировании режима течений на шельфе восточной части моря Лаптевых // Докл. РАН.

Захаров В.Ф. 1995. Морские льды в климатической системе // Проблемы Арктики и Антарктики. Вып.69. С. 15-27

Зубов Н.Н. 1944. Льды Арктики. М.: Изд. Главсевморпути. 396 с.

Комов Н.И., Спичкин В.А. 1981. Образование загрязненных льдов в арктических морях // Тр. ААНИИ. Т.384. С.130-134.

Котляков В.М. 1994. Мир снега и льда. М.: Наука. 285 с.

Кравцов В.А. 1991. Определение малых количеств цинка, кадмия, свинца и меди в морских и иловых водах методом инверсионной вольтамперметрии // Океанология. Т.31. Вып.4. С.671-677.

Кравцов В.А., Гордеев В. В., Пашкина В.И. 1994. Растворенные формы тяжелых металлов в водах Карского моря // Океанология. Т.34. №5. С.673-680.

Кудинова-Пастернак Р.К. 1951. К вопросу о взаимодействии биофильтров с водными массами // Вопросы географии. С.26.

Купцов В.М., Лисицын А.П., Шевченко В.П. 1994. ²³⁴Th как индикатор потоков взвешенного вещества в Карском море // Океанология. Т.34. №5. С.759-765.

Лавренчик В.Н. 1965. Глобальные выпадения продуктов ядерных взрывов. М.: Атомиздат. 170 с.

Лебедева А.П., Шушкина Э.А. 1994. Оценка потока автохтонного детрита через планктонные сообщества Карского моря // Океанология. Т.34. №5. С.730-734.

Леин А.Ю., Пименов Н.В., Саввичев А.С., Павлова Г.А., Вогт П., Богданов Ю.А., Сагалевич А.М., Иванов М.В. 2000. Метан как источник органического вещества и углекислоты карбонатов на холодном склоне в Норвежском море // Геохимия. №3. С.268-281.

Лисицын А.П. 1955. Атмосферная и водная взвесь как исходный материал для образования морских осадков. Тр. Ин-та океанологии АН СССР. Т. 13.

Лисицын А.П. 1959. Новые данные о распределении и составе взвешенных веществ в морях и океанах в связи с вопросами геологии // ДАН СССР. Т. 126. №4.С.863-866.

Лисицын А.П. 1961. Распределение и состав взвешенного материала в водах морей и океанов // Современные осадки морей и океанов. М.: АН СССР. С.175-232.

Лисицын А.П. 1974. Осадкообразование в океанах. М.: Наука. 438 с.

Лисицын А.П. 1978. Процессы океанской седиментации. М.: Наука. 392 с.

Лисицын А.П. 1982. Лавинная седиментация // Лавинная седиментация в океане. Ростов на Дону: изд. Ростовского университета. С. 3-59.

Лисицын А.П. 1983. Лавинная седиментация в морях и океанах. Сообщение 1. Общие закономерности, глобальные уровни и пояса // Литология и полезные ископаемые. №6. С.3-27.

Лисицын А.П. 1986. Биодифференциация вещества в океане и осадочный процесс // Биодифференциация осадочного вещества в морях и океанах. Ростов на Дону: РГУ. С.3-66.

Лисицын А.П. 1988. Лавинная седиментация и перерывы в осадконакоплении в морях и океанах. М.: Наука. 306 с.

Лисицын А.П. 1991. Процессы терригенной седиментации в морях и океанах. М.: Наука. 271 с.

Лисицын А.П. 1994. Ледовая седиментация в Мировом океане. М.: Наука. 443 с.

Лисицын А.П. 1994а. Маргинальный фильтр океанов // Океанология. Т.34. №5. С.735-748.

Лисицын А.П., Виноградов М.Е. 1994. Международная высокоширотная экспедиция в Карское море (49-й рейс научно-исследовательского судна “Дмитрий Менделеев”) // Океанология. Т.34. №5. С.643-652.

Лисицын А.П., Демина Л.Л., Гордеев В.В. 1983. Биокосная система речной воды и ее взаимодействие с океаном // Биогеохимия океана. М.: Наука. С. 32-59.

Лисицын А.П., Шевченко В.П., Виноградов М.Е. Северина О.Л., Вавилова В.В., Мицкевич И.Н. 1994. Потоки осадочного вещества в Карском море и в эстуариях Оби и Енисея // Океанология. Т.34. №5. С.748-758.

Лукашин В.Н., Богданов Ю.А., Гордеев В.В., Русаков B.Ю., Шевченко В.П. 1996. Потоки осадочного материала // Океанологические исследования и подводно-технические работы на месте гибели атомной подводной лодки “Комсомолец”. М.: Наука. C.263-287

Лукашин В.Н., Богданов Ю.А., Иванов Г.В. 1996а. Структура нефелоидного слоя и закономерности распределения взвеси // Океанологические исследования и подводно-технические работы на месте гибели атомной подводной лодки “Комсомолец”. М.: Наука. С.258-263.

Лукашин В.Н., Виноградов М.Е., Гордеев В.Ю., Русаков В.Ю. 1996б. Потоки осадочного материала в Норвежском море: данные круглогодичных наблюдений с седиментационными ловушками // Докл. РАН. Т.349(5). С.844-847.

Лукашин В.Н., Богданов Ю.А., Шевченко В.П. и др. 2000. Исследование вертикальных потоков осадочного материала в летние месяцы 1991-1995 гг. // Геохимия. №2. С.197-212.

Марковский Н.И. 1976. Нефть в устьях рек // Природа. № 2. С.37-43.

Матишов Г.Г. 1984. Дно океана в ледниковый период. Л.: Наука. 175 с.

Матишов Г.Г. 2000. Стратегия изучения Арктики // Вестн. РАН. Т.68. №6. С. 515-520.

Матишов Г.Г., Дружков Н.В., Дружкова Е.И., Ларионов В.В. 1999. Фитопланктон северной части Баренцева моря (желоб Франц-Виктория) в начале зимнего периода // Докл. РАН. Т.367. №4. С.560-562.

Мицкевич И.Н., Намсараев Б.Б. 1994. Численность и распределение бактериопланктона в Карском море в сентябре 1993 г. // Океанология. Т.34. №5. С.704-708.

Морозов Н.П., Батурин Г.Н., Гордеев В.В., Гурвич Е.Г. 1974. О составе взвесей и донных осадков в устьевых районах Северной Двины, Мезени, Печоры и Оби // Гидрохимические материалы. Т.60. С.60-73.

Морской лед. 1997. И.Е.Фролов, В.П.Гаврило - ред. СПб.: Гидрометеоиздат. 402 с.

Петипа Т.С. 1981. Трофодинамика копепод в морских планктонных сообществах. Киев. 242 с.

Пересыпкин В.И. 2000. Геохимия лигнина в аэрозолях и донных отложениях тропических районов океана. Автореф. канд. геол.-мин. наук. М.: Институт океанологии РАН. 32 с.

Петрянов И.В. 1998. Самое необыкновенное вещество в мире. М.: Раритет. 102 с.

Погосян Х.Г. 1972. Общая циркуляция атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат. 394 с.

Савенко Б.А. 1988. Роль эолового терригенного материала в осадконакоплении // Литология и полезные ископаемые. №1. С.29-40.

Сагалевич А.М., Виноградов Г.М., Гурвич Е.Г., Леин А.Ю., Лукашин В.Н., Черняев Е.С. 2000. Исследования на полигоне “Титаник” и гидротермальном поле Рейнбоу в 42-м рейсе научно-исследовательского судна “Академик Мстислав Келдыш”// Океанология, т. 40. №3. С.468-475.

Смирнов В.В. 1992. Ионизация в тропосфере. СПб.: Гидрометеоиздат. 312с.

Сорокин Ю.И., Сорокин П.Ю., Проткова Ю.В. 1993. Первичная продукция и распределение планктона в эстуарии р. Лены и прилегающем районе моря Лаптевых // Докл. РАН. Т. 333. №4. С.522-525.

Суздальский О.В. 1974. Литодинамика мелководья Белого, Баренцева и Карского морей // Геология моря. Вып. 3. НИИГА. С.27-33.

Фомин O.K. 1989. Структура и функционирование сообществ зоопланктона // Жизнь и Среда полярных морей. Л.: Наука. С.92-105.

Хорн Р. 1972. Морская химия. М.: Мир. 398 с.

Цуриков В.Л. 1976. Жидкая фаза в морских льдах. М.: Наука. 210с.

Черепанов Н.В. 1964. Структура морского льда большой толщины. Труды ААНИИ. Т.267. С. 13-18.

Черепанов Н.В. 1976. Классификация льдов природных водоемов. Труды ААНИИ. Т. 331. С. 77-99.

Шевченко В.П., Виноградов А.А., Иванов Г.И., Лисицын А.П., Серова В.В. 1997. Распределение и состав аэрозолей Западной Арктики // Докл. РАН. Т.355. №5. С.613-616.

Шевченко В.П., Леин А.Ю., Зернова В.В. и др. 1997а. Распределение и состав взвеси и фитопланктона в поверхностном слое Норвежско-Гренландского моря в августе 1996 г. // Докл. РАН. Т.355. №6. С.805-887.

Шевченко В.П., Иванов Г.И., Буровкин А.А., Джиноридзе Р.И., Зернова В.В., Поляк Л.В., Шанин С.С. 1998. Потоки осадочного материала в прол. Св. Анны и восточной части Баренцева моря // Докл. РАН. Т.359А. С.400-403.

Шевченко В.П., Ван-Грикен Р., Ван-Малдерен Г., Лисицын А.П., Купцов В.М., Серова В.В. 1999. Состав аэрозольных частиц в приводном слое атмосферы над морями западного сектора Российской Арктики // Докл. РАН. Т.366. №2. С.242-247.

Шевченко В.П., Лисицын А.П., Купцов В.М., Ван-Малдерен Г., Мартэн Ж.М., Ван-Грикен Р., Хуфн В.В. 1999а. Состав аэрозолей в приводном слое атмосферы над морями западного сектора Российской Арктики // Океанология. Т.39(1). С.142-151.

Шевченко В.П., Лисицын А.П., Виноградова А.А., Смирнов В.В., Серова В.В., Штайн Р. 2000. Аэрозоли Арктики - результаты десятилетних исследований // Оптика атмосферы и океана. Т. 13(6-7). С. 1-26.

Berner Н., Wefer G. 1990. Phisiographic and biologic factors controlling surface sediment distribution in the Fram strait // Geological history of Polar Oceans: Arctic versus Antarctic. U.Blei, J.Thiede - eds. Neth. Kluver. Acad. Press. P.317-335.

Burenkov V.I. 1993. Optical properties of the Laptev Sea near the Lena River delta // Proceedings SPIE. V.2407. High Latitude Optics. P.27-33.

Chester R. 1986. The marine mineral aerosol // The role of air-sea exchange in geochemical cycling. Buat-Menard-ed. Riedel, Dordrecht. P.443-476.

Eicken H., Reimnitz E., Alexandrov E., Martin Т., Kassens H., Viehoff T. 1996. Sea-ice processes in the Laptev Sea and their importance for sediment export // Continental Shelf Res. V.12. P.205-233.

Darby L.L., Burckle L.H., Clark D.L. 1974. Airborne dust on the Arctic pack ice, its composition and fallout rate // Earth. Planet. Sci. Lett. V.24. P. 166-172.

Dethleff D. 1995. Sea ice export from the Laptev Sea flaw lead during 1991/92 winter season // Berich. Polarforsch.V.l 76/95. P.78-93.

Dethleff D., Niirnberg D., Reimnitz E., Saarso V., Savchenko Y.P. 1993. East Siberian Arctic Region. Expedition 92: The Laptev Sea - its significance for Arctic Sea ice formation and Transpolar sediment flux // Berich. Polarforsch. V.120. P.3-37.

Deuser W.G. 1981. Variability of hydrography and particle flux: transient and long-term relations // Particle flux in the ocean. E.T. Degens, E.I. Izdar, S.Honjo - eds. Mitt Gul-Palaont Inst. Univ. Hamburg, SCOPE/UNEP, Sonderband. V.62. P. 179-193.

GESAMP. 1989. Land/Sea boundary flux of contaminants from rivers. UNESCO, Paris.

Gordeev V.V. 2000. River input of water, sediment, major ions, nutrients and trace metals from Russian territory of the Arctic Ocean // The Freshwater Budget of the Arctic Ocean. E.L.Lewis - ed. NATO Sci. Ser. 2. Environmental Security. V.70. P.297-323.

Gordeev V.V., Sidorov I.S. 1993. Concentrations of major elements and their outflow into the Laptev Sea by the Lena River // Marine Chemistry. V.43. P.33-45.

Hargrave В.Т., Bodungen B. Stoffyn-Egli P., Mudie P.J. 1994. Seasonal variability in particle sedimentation under permanent ice cover in the Arctic Ocean // Cont. Shelf. Res. V. 14. P.279-293.

Hebbeln D., Wefer G. 1991. Effects of ice-rafted material on sedimentation in the Fram Strait // Nature. V.350. P.409-411.

Holemann J.A., Schirmacher М., Kassens H., Prange A. 1999. Geochemistry of surficial and ice-rafted sediments from the Laptev Sea // Estuarine, Coastal and Shelf Science. V.49. P.45-559.

Honjo S. 1990. Particle fluxes and modern sedimentation in the polar oceans // Polar Oceanography. Part B: Chemistry, Biology and Geology. W.O.Smith - ed. San Diego, USA. Acad. Press, P.687-739.

Honjo S., Manganini S.J., Wefer G. 1988. Annual particle flux and a winter outburst of sedimentation in the northern Norwegian Sea // Deep-Sea Res. V.35. №8. P.1223-1234.

Kempema E.W., Reimnitz E., Barnes P.W. 1989. Sea ice sediment entrainment and rafting in the Arctic // J. Sedim. Res. V.59(2). P.308-317.

Kuptsov V.M., Lisitzin A.P. 1996. Radiocarbon of Quaternary along shore and bottom deposits of the Lena and Laptev Sea sediments // Marine Chemistry. V.53. P.301 -311.

Larssen B.B., Elverhoi A., Aagaard A. 1987. Study of particular material in sea ice in the Fram Strait - a contribution the paleoclimatic research? // Polar. Res. V.5. P.313-315.

Lisitzin A.P. 1996. Oceanic Sedimentation, Lithology and Geochemistry// Amer. Geoph. Union, Wash. 400 p.

Lisitzin A.P. 1999. The continental-ocean boundary as a marginal filter in the world oceans // Biogeochemical Cycling and Sediment Ecology. NATO Asi Ser., 2 Environment, 59. Kluwer, Dordrecht. P.69-105.

Lisitzin A.P. (in press). Sea-ice and iceberg sedimentation in the World ocean. Recent and past. Berlin. Springer Verl.

Livingston H.D., Panteleev G.P., Sayles F.L., Ivanov V.V., Medkova O.N. 1997. The history of the radioactive contamination of the Ob river system // Natural conditions of the Kara and Barents Seas. V.Volkov, G.Kosheleva, V.Smolganitski et al. - ed. Norsk Polarinstitut. P.68-75.

Mavenhaut W., Cornille P., Pacyna J.M., Vitos V. 1989. Trace element composition and origin of the atmospheric aerosols in the Norwegian Arctic // Atmosph. Environ. V.23(11). P.2551-2569.

Mullen R.E., Darby D.L., Clark D.L. 1972. Significance of atmospheric dust and ice rafting for Arctic Ocean sediment // Geol. Soc. Amer. Bull. V.83. P.205-212.

Nakai S., Holliday A.N., Rea D.K. 1993. Provenance of dust on the Pacific Ocean // Earth and Planet Sci. Lett. V. 119. P. 143-157.

Nürnberg D., Wollenburg I., Dethleff D., Eicken H., Kassens H., Letzig H., Reimnitz E., Thiede J. 1994. Sediments in Arctic sea ice: Implications for entrainment transport and release // Marine Geology. V. 119. P. 185-214.

Ostercamp T.E., Gosnik J.P. 1984. Observations and analyses of sediment-laden sea ice // The Alaskan Beaufort Sea. Ecosystems and Environments. P.W.Bames, D.M.Schell, E.Reimnitz - eds. London. Acad. Press. P.73-93.

Pacyna J.M., Ottar B. 1985. Transport and chemical composition of the summer aerosol in the Norwegian Arctic // Atmosph. Environ. V.19. P.2109-2120.

Pacyna J.M., Ottar B. 1989. Origin and natural constituents in the Arctic aerosol // Atmosph. Environ. V.23(4). P.809-815.

Pfirman S.L., Wollenburg I., Thiede J., Lange M.A. 1989. Lithogenic sediment of Arctic pack ice-potential aeolian flux and contribution // Contrib. to the NATO Advanced Workshop. M.Leinen, M.Samthein - eds. Paleoclimatology and Paleometeorology: Modern and Past patterns. NATO Aci Ser. V.282. P.469-491.

Rahn K.A. 1982. Relative importance of North America and Eurasia as Sources of Arctic aerosol // Atmosph. Environ. V. 15. P. 1447-1455.

Rea D.K., Leinen M. 1988. Asian aridity and zonal westerlies: Late Pleistocene and Holocene record of eolian deposition in the Northwest Pacific Ocean // Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol. V.66. P. 1-8.

Rea D.K., Leinen M, Janecek T.R. 1985. Geologic approach to the long-term history of atmospheric circulation // Science. V.227. P.721-725.

Reimnitz E., Clayton J.R., Kempema E.W., Payne J.R., Weber W.S. 1993. Interaction of rising frasil ice with suspended particles: tank experiments with applications to nature // Cold Regions Science and Technology. V.21. P. 117-135.

Skei J.M. 1983. Geochemical and sedimentological considerations of a permanently anoxic fjord-Framvaren South Norway // J. Sedim. Geol., V.36. P. 131-145.

Shevchenko V.P., Lisitzin A.P., Kuptsov V.M., Ivanov G.I., Lukashin V.N., Martin J.M., Rusakov V.Yu., Safarova S.A., Serova V.V., Van Grieken R., Von Maldern H. 1995. The composition of aerosols over the Laptev, the Kara, the Barents, the Greenland and the Norwegian Sea // Berich. Polarforsch. V. 176. P.7-17.

Shevchenko V.P., Lisitzin A.P., Zernova V.V., Lukashin V.N., Politova N.V., Rusanov V.Yu., Shanin S.S. 2000. Vertical particle fluxes in seas of the Western Russian Arctic // PACON-99 Proceedings, Symposium Humanity and the World Ocean (23-25 June, Moscow). P.239-249.

Smetacek V. 1980. Annual cycle of sedimentation in relation to plankton ecology in Western Kiel Bught // Ophelia. V. 1. (Suppl). P.65-76.

Timokhov L.A. 1994. Regional characteristics of the Laptev and East-Siberian Seas: climate, topography, ice phases, thermohaline regime, circulation // Berich. Polarforsch. V. 15 l.P.66-73.

Vinje T.E. 1987. Dynamics and morphology of the Barents Sea ice fields. Norw. Polar. Inst. 7 p.

Vogt С. 1997. Regional and temporal variations of mineral assembles in Arctic Oceans: sediments as climatic indicator during glacial/interglacial changes // Berich. Polarforsch. V.251/97. 309 p.

Wagenbach D., Geiss K. 1989. The mineral record in a high altitude alpine glacier (Colie Gnifetti, Swiss Alps) // Paleoclimatology and Paleometeorology: modern and past patterns of global atmospheric transport. M.Leinen, M.Samthein - eds. Kluwer Acad. Publ, Durdrecht. P.545-564.

Wassman P. 1981. Sedimentering og benthosmetabolisme i den indre av Fanafjorden. Thesis for the candidates realim degree. Univ. of Bergen, Norway. 210 p.

Wollenburg I. 1993. Sedimenttransport durch das arktische Meereis: Die rezente lithogene und bionene Materialfracht // Berich. Polarforsch. V.127. P. l-159.

Despite the fact that the history of the polar seas numbers many years, several sections and directions of the Arctic oceanology have so far been studies inadequately, in other directions studies have just been initiated. Meanwhile, the development of system oceanology based on understanding of all the main factors determining environmental conditions and processes in the Arctic Ocean in its interaction with the World Ocean requires a rapid possible filling up of these gaps in our knowledge. Some new directions of oceanological studies in the Arctic seas initiated or developed in the recent years are considered below. The studies have become possible owing to the work of large research vessels which in essence are floating research institutes. Consideration is being given to six important problems but their real number is much larger. Many new directions are dealt with in other papers included in this book.

Ссылка на статью:

Лисицын А.П. Нерешенные проблемы океанологии Арктики // Опыт системных океанологических исследований в Арктике. Москва, Научный Мир, 2001, с. 31-74.