Внутренние волны образуются на границе между менее плотными (тёплыми и менее солёными) и более плотными (холодными и более солёными) водами. Чаще всего они появляются, когда морские течения (в том числе приливные) встречают на своём пути неровное морское дно. Это выводит частицы воды из равновесия, а возникающие колебания могут распространяться в стороны от источника на большие расстояния — десятки и даже сотни километров. Обычно интенсивные внутренние волны имеют высоту более 10 м и порою достигают 150 м. Такие волны оказывают сильное воздействие на перенос тепла, питательных веществ, живых организмов и загрязнений как по вертикали, так и по горизонтали. Они могут влиять на передачу акустических сигналов под водой, повреждать подводные конструкции, взламывать морской лёд и приводить к образованию полыней.
Группа океанологов из Морского гидрофизического института РАН, Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН, Московского физико-технического института и Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова впервые обнаружила аномально высокие внутренние волны в российском секторе Арктики. Исследователи проводили измерения в проливе Карские Ворота в рамках одной из первых молодёжных экспедиций программы «Плавучий университет». Экспедиция проходила летом 2021 года на борту научно-исследовательского судна «Академик Иоффе».
Пролив Карские Ворота длиной 30 км и шириной 56 км соединяет Баренцево и Карское моря и известен очень сложным рельефом дна со множеством подводных хребтов и каналов. Взаимодействие сильных приливных течений с волнистым рельефом приводит здесь к возникновению интенсивных внутренних приливов, что создаёт волны во внутренних слоях океана. О регулярно формирующихся здесь внутренних волнах свидетельствуют многочисленные спутниковые и радарные снимки. Целью экспедиции было выявление районов генерации интенсивных внутренних волн в Арктике, причин их образования, оценка размеров и скорости распространения.
Для регистрации внутренних волн использовались спутниковые данные, беспилотник и специальные датчики температуры. Ключевую роль в эксперименте сыграл новый прибор — термопрофилемер TPArctic, разработанный в Морском гидрофизическом институте РАН. Прибор погружается в воду с борта судна вертикально вниз, измеряет температуру воды по всей своей длине (48 м) с точностью 0,1°C, с интервалом в 1,5 м и в онлайн-режиме передаёт результаты на компьютер. Таким образом, визуализируется вертикальный профиль температуры морской воды, позволяющий фиксировать распространение внутренних волн в режиме реального времени. (Напомним, что плотность воды максимальна при 4°С и уменьшается с ростом температуры. То есть, измеряя температуру, можно определять глубину слоя температурного скачка, называемого термоклином, и скачка плотности воды, где и формируются внутренние волны.) С помощью такого термопрофилемера океанологи смогли зарегистрировать интенсивные колебания температуры морской воды на глубинах от 20 до 60 м. Благодаря видеосъёмке с дрона удалось определить размеры волн, направление и скорость их распространения. Исследователи обнаружили, что при взаимодействии морских течений с неровным дном пролива регулярно возникают аномально мощные внутренние волны высотой до 40 м. Образование волн-гигантов происходит, когда в проливе ослабевает приливное течение. Внутренние волны движутся со скоростью около 1 м/с в сторону Карского моря в так называемом сверхкритическом режиме, когда скорость фоновых течений значительно превышает скорость распространения самих волн.
Пролив Карские Ворота — район с наиболее интенсивным морским движением в Северном Ледовитом океане. Ведь Северный морской путь, основной трансполярный маршрут, соединяющий Тихий и Атлантический океаны, проходит через этот пролив. Открытие здесь столь мощных внутренних волн может быть полезным в решении ряда прикладных задач, связанных с разведкой и добычей нефтегазовых месторождений в Арктике, прокладкой трубопроводов и подводных коммуникаций и обеспечением безопасности судоходства по Северному морскому пути. При этом океанологи считают, что внутренние волны большой амплитуды могут образовываться и в других районах Арктики. Приливной характер генерации столь интенсивных волн указывает, что их образование происходит регулярно.
Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом, опубликованы в журнале «Remote Sensing», статья: Kozlov I. E., Kopyshov I. O., Frey D. I. et al. Multi-Sensor Observations Reveal Large-Amplitude Nonlinear Internal Waves in the Kara Gates, Arctic Ocean. Remote Sens. 2023, 15, 5769.
Иллюстрации из указанной статьи.
