В практике седиментологических исследований система CTD-Rosette, оснащенная зондом, кассетой батометров Niskin (или Go Flo) и турбидиметром, имеет большое значение. Такой аппаратурный комплекс позволяет регистрировать вертикальную изменчивость термохалинных параметров и мутности с дискретностью по водной толще 10 см . С целью обеспечения сохранности дорогостоящего оборудования зондирование и пробоотбор воды при отсутствии волнения прекращались в 1 м от поверхности дна. При волнении диапазон безопасности увеличивался в 3-5 раз. Таким образом, придонный 1-метровый горизонт до сих пор является областью неопределенности, характер поведения термохалинных параметров и взвеси в которой можно только предполагать.

Некоторые типовые структуры вертикального распределения взвеси для западной части приконтинентального шельфа Восточно-Сибирского моря (ВСМ) приведены на рис. 1.

Во время проведения российско-шведской экспедиции на шельфе ВСМ (ISSS-2008) для отбора донных осадков использовалась сдвоенная гравитационная трубка GEMAX (производитель Оу Kart AB, Finland). Ее конструктивное решение позволяло также захватывать и придонную воду над осадками в прозрачные 1-метровые PVC-вкладыши. Последние герметично блокировались при отрыве от дна по принципу батометров Van Veen (рис. 2а). Эффект взмучивания при пробоотборе минимизирован.

Результаты наблюдений на 22 станциях показали, что в 1 м над дном формируются выраженные неоднородности содержания взвеси (рис. 2 б,в,г,д), которые инструментально не регистрируются по вышеуказанным причинам. Учитывая вновь полученные данные, распределение взвеси по разрезу (на примере умеренно стратифицированных вод, см. рис. 1б) выглядело следующим образом.

Слой I (от поверхности воды до 7- 12 м - верхней границы термохалоклина). Содержание взвеси (ВМ) 0,2-6,5 мг/ (среднее 2,1 мг/л).

Переходный слой II (горизонт термохалоклина, как правило, мощностью 1- 3 м ).

Слой III (между подошвой термохалоклина и 1 м от дна). Регистрируется турбидиметром и CTD-зондированием, также как слои I и II. Диапазон значений ВМ сопоставим с содержанием взвеси у подошвы термохалоклина и составляет 0,7-3,5 мг/л (среднее 2,1 мг/л).

Независимо от характера стратификации вод в 1-метровой толще придонных вод проявляется эффект ламинации по содержанию взвеси в виде слоев IV, V и VI (рис. 2а, б - умеренно стратифицированные воды; рис. 2 г , д - перемешанные воды). Относительно вышележащего слоя III значения ВМ в слое IV (40- 70 см от дна) возросли в 3-315 раз, а диапазон содержания составил 9,1-73,2 мг/л.

Мощность нижележащего слоя V в 84 % случаев варьировала от 25 до 30 см , реже от 10 до 40 см . Диапазон содержания взвеси расширился до 20,2-155 мг/л, а увеличение значений составило 1,9-9,3 раза (в среднем в 3,5 раза).

В 1- 2 см от дна над алевритово-пелитовыми осадками [Дударев и др., 2006], повсеместно залегает наилок (слой VI). По объективным причинам содержание взвеси в этом придонном пограничном слое измерить крайне трудно. Согласно визуальным оценкам насыщение слоя осадочным материалом в нем достигало состояния «жидкого ила». Считается, что этой градации соответствуют значения ВМ около 10 000 мг/л [Белошапкова и Белошапков, 2001]. Другими словами, здесь они на 2-3 порядка выше в отличие от слоя V.

Устойчивый рост содержания взвеси, как видно, начинается под термохалоклином, на что указывает ряд осредненных величин ВМ: 2,1 мг/л (слой I) → 2,1 мг/л (слой III) → 23,3 мг/л (слой IV) → 66,1 мг/л (слой V). Среднее увеличение значений ВМ от слоя II к слою V достигает 32 раз. Расчетные вертикальные градиенты изменения ВМ между слоями III и IV колебались от 0,9 до 7,1 мг/л/см, а между IV и V - от 0,7 до 11,0 мг/л/см. Эти показатели между слоями I и II варьировали в пределах 0,0003-0,011 мг/л/см, что в 645-3000 раз ниже по сравнению с градиентами ВМ между слоями III и IV. Часто отмечались инверсии значений градиентов, когда содержание взвеси в поверхностном слое I было выше, чем в слое III (значения градиентов -0,001-0,003 мг/л/см; встречаемость 45 %). В 8 % случаев градиенты между слоями I-III отсутствовали.

Полученные данные свидетельствуют, что типично нефелоидные воды с содержанием взвеси >10 мг/л (при слабом волнении или его отсутствии) приурочены к метровому придонному горизонту. Наличие высоких градиентов изменения значений ВМ говорит о существовании как минимум 3 барьеров между слоями III-IV, IV-V и V-VI. Их поддержание, вероятно, обусловлено различиями плотностной, соленостной и термохалинной стратификации. В научной литературе барьеры такого типа именуются литоклином [Лонгинов, 1966; Романовский, 1988 и др.]. То, что тонкая придонная стратификация возможна, отмечено авторами на одном из участков ВСМ, где зарегистрирован рост S в слое IV на 3 ‰ и понижение Т на 2-2,6 °С. Отсюда следует ожидать соответствующих изменений Т, S, ВМ и плотности нефелоида в слое V и особенно в VI (наилок).

Мощный литоклин в придонном пограничном слое «жидкого ила» подавляет турбулентность, затрудняет процессы вертикального тепломассообмена и может ограничивать донную эрозию. В этих условиях при отсутствии внешнего воздействия, флокулы и агрегаты взвеси мобилизуются в единую структуру и на равнинных участках шельфа осаждаются, переходя в слабосвязный водонасыщенный осадок. Даже слабые уклоны дна способны вызвать гравитационное и гидрогенное перемещение «жидкого ила» на более низкие гипсометрические уровни. Действительно, воды с наиболее высокими вертикальными градиентами изменения ВМ в придонном нефелоиде формируются вдоль крутосклонных участков за пределами нижней границы воздействия на дно волновых процессов, как, например, борта Колымско-Чаунского желоба, палеодолины реки Индигирки. Транспорт подобного вида часто является основным на приконтинентальном шельфе, однако надежных моделей этого переноса до сих пор не имеется [Prediction..., 2001].

Таким образом, придонный нефелоид на шельфе ВСМ четко дифференцирован по вертикали на несколько взвесенесущих слоев, которые вероятно отражают различия соленостной, температурной и плотностной стратификации вод. Ранее наличие тонкой ламинации вод по этим признакам выявлено при лидарном зондировании на шельфе залива Петра Великого, Японское море [Навроцкий и др., 1989], а также по результатам экспозиции седиментационных ловушек [Анцыферов и Косьян, 1986; Likht & Dudarev, 1987; Likht et al., 1997 и др.]. В Амурском заливе (Японское море) зафиксировано 18-кратное увеличение масс осадочного материала в 20 см от дна по сравнению с 40, 60, 80, 100 и 120 см горизонтами. Такая закономерность характеризовалась временной квазиустойчивостью, поскольку не зависела от длительности экспозиции ловушек (суток, месяца, года). Аналогичные результаты были получены и для мелководья Сейшельских островов, авандельты реки Меконг [Likht & Dudarev, 1987; Likht et al., 1997; Аникиев и др., 2004].

Выявленная квазистабильная тонко ламинантная структура распределения взвеси в придонном нефелоидном слое значительно расширяет наши представления о характере взвесенесущих потоков на шельфе ВСМ.

Список литературы

1. Аникиев В.В., Шумилин Е.Н., Дударев О.В. и др. Пространственная изменчивость распределения литологических характеристик и химических элементов в донных осадках шельфа Южно-Китайского моря, примыкающего к дельтам рек Меконг-Сайгон // Геохимия. 2004. № 9. С. 1301-1318.

2. Анцыферов С.М., Косьян Р.Д. Взвешенные наносы в верхней части шельфа. М.: Наука. 1986. 224 с.

3. Белошапкова С.Г., Белошапков А.В. Проблемы математического моделирования лито- и морфодинамических процессов в береговой зоне моря // Человечество и береговая зона Мирового океана в XXI веке. М.: ГЕОС, 2001. С. 113-126.

4. Дударев О.В., Семилетов И.П., Чаркин А.Н., Боцул А.И. Седиментационные обстановки на приконтинентальном шельфе Восточно-Сибирского моря // Доклады Академии наук. 2006. Т. 409. № 6. С. 822-827.

5. Лонгинов В.В. Очерки литодинамики океана. М.: Наука, 1966. 244 с.

6. Навроцкий В.В., Лазарюк А.Ю., Малышев А.А. Упорядоченность структуры гидрофизических параметров и внутренние волны вблизи границы шельфа // ДАН СССР. 1989. Вып. 309. № 1. С. 187-191.

7. Романовский С.И. Физическая седиментология. Л.: Недра, 1988. 240 с.

8. Likht F.R., Dudarev О.V. About thin stratification of suspended carried water in the shallow water part // Abstr. of 3^rd Pacific School on Marine Geology. Vladivostok , 1987. P. 131-131.

9. Likht F., Alekseev A., Dudarev O. Suspended carried fluxes and thin laminatated stratification of water masses on the shelf // Abstr. of 6^th Annual Meeting PICES. 1997. Pusan , Republic of Korea . P. 71.

10. Prediction of Cohesive Sediment transport and bed dynamics in estuaries and coastal zones with Integrated Numerical Simulation models // Newsletter Issue. MAST III. Belgium , 1998. №1. 20 p.

Ссылка на статью:

Дударев О.В., Чаркин А.Н., Семилетов И.П., Gustafsson О. О тонкой ламинации придонных взвесенесущих вод на шельфе Восточно-Сибирского моря. Материалы Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Д.Г. Панова (8-11 июня 2009 г ., г. Ростов-на-Дону). Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2009, с. 106-109.