ИСТИНА

Целью проекта является изучение динамики и свойств абиссальных и глубинных течений в Атлантике, включая атлантический сектор Южного океана, формирования Антарктической донной воды и ее распространения в абиссали Атлантики от источников в Антарктиде до глубоководных котловин северного полушария, а также оценка влияния динамики потока этой воды в глубоководных каналах, связывающих отдельные котловины, на свойства глубинных и придонных вод в котловинах Атлантики. Исследование будет проводиться на основе данных натурных измерений во время запланированных экспедиций в Атлантический сектор Южного океана на НИС «Академик Сергей Вавилов», а также с помощью численных расчетов по современным моделям циркуляции океана. Первая экспедиция под руководством руководителя проекта была проведена в 2019-2020 гг. Планируется экспедиция 2020-2021 гг. под руководством Е.Г. Морозова, а также ежегодные экспедиции, финансируемые Минобрнаукой. Задача изучения абиссальной и глубинной циркуляции, потоков Антарктической донной воды в абиссальных каналах и Антарктического циркумполярного течения актуальна по ряду причин, описанных ниже.

The aim of the project is to study the dynamics and properties of abyssal and deep currents in the Atlantic, including the Atlantic sector of the Southern Ocean, the formation of Antarctic bottom water and its distribution in the abyssal Atlantic from sources in Antarctica to the deep-water basins of the Northern hemisphere, as well as to assess the impact of the dynamics of the flow of this water in deep-water channels connecting individual basins on the properties of deep and bottom waters in the Atlantic basins. The study will be conducted on the basis of field measurements during planned expeditions to the Atlantic Sector of the Southern Ocean at the "Academic Sergey Vavilov" Research ship, as well as using numerical calculations based on modern ocean circulation models. The first expedition led by the project manager was conducted in 2019-2020. An expedition is planned for 2020-2021 under the leadership of E.G. Morozov, as well as annual expeditions funded by the Ministry of Education and Science. The task of studying abyssal and deep circulation, Antarctic bottom water flows in abyssal channels and Antarctic circumpolar current is relevant for a number of reasons described below.

В ходе выполнения проекта будут получены: Новые данные по структуре и распространении антарктических вод в океане, а также совместный анализ данных судовых измерений, спутниковых данных и численного моделирования и дана новейшая интерпретация этих данных. Большая часть результатов предполагается получить по анализу данных распространения донных вод в глубоководных каналах. Для изучения глубоководных каналов, связывающих отдельные котловины океана, на основе экспедиционных исследований будут выявлены неизвестные ранее пути распространения абиссальных вод антарктического происхождения, изучены термохалинные характеристики, и оценены скорости течений и расходов потоков абиссальных вод через абиссальные каналы. Будут получены данные новых измерений потока Антарктической донной воды в канале Вима, экваториальном разломе Романш, в проходах в хребте Шеклтона, пересекающем пролив Дрейка. Результаты будут дополнены измерениями в разломах Атлантического хребта в тропической части Северной Атлантики. Эти измерения позволят оценить временные тренды изменчивости характеристик придонных вод в этих районах. Выполнение стандартного разреза через канал Вима по 31 ю.ш. будет происходить в 26-й раз. Ранее такие измерения и разрезы, начиная с 1980 г., выполняли немецкие и британские ученые. На протяжении многих лет мы сотрудничали в исследовании потоков в абиссальных каналах с немецкими исследователями из института GEOMAR. Мы выполнили разрез 10 раз и тем самым завоевали признание нашего лидерства в работах в абиссальных каналах. Выполнение этих измерений критически важно для мониторинга дальнейшего потепления донных вод существенной части Атлантического океана. Недавно к работе подключились бразильские коллеги из университета Сан-Паулу. Продолжение рядов измерений глубоководных характеристик вносит вклад в международные программы изменчивости климата. Мы работаем над получением новых данных о том, как ведет себя гравитационное течение при вытекании из канала Вима в Бразильскую котловину. Поток распадается на несколько струй. Часть потока, которая первоначально текла по глубокому руслу канала, продолжает вытекать по более мелким каналам. Другая часть течет на север потоком над западным склоном канала Вима в балансе сил давления, тяжести и Кориолиса. Эта струя распадается на несколько потоков в подводных каньонах, где составляющая силы тяжести увеличивается из-за более крутого наклона дна, и часть потока сливается вниз по каньону. Планируются результаты исследования этого сложного гидродинамического явления. Наши измерения позволяют получить новые высокоточные данные о глубоководных течениях в Атлантике и обнаружить изменений в свойствах придонных вод и потоках на масштабах нескольких лет и десятилетий. В районах повторных экспедиционных работ, в частности в канале Вима, будет оценена изменчивость характеристик донных потоков на масштабах десятилетий. В рамках численных модельных исследований потоков в глубоководных каналах будут воспроизведены гидродинамические эффекты, наблюдаемые в реальных условиях. Будут получены новые оценки переноса Антарктического циркумполярного течения в проливе Дрейка, а также исследована струйная структура течений. Важным результатом будет оценка структуры водообмена между Тихим и Атлантическим океанами в абиссали на основе измерений в районе разломов Хиро и Феникс, где ранее экспедиционные измерения не проводились. Эти измерения дадут первые оценки интенсивности абиссального водообмена между котловинами, связываемыми подводными каналами. Результаты будут получены на основе новых данных экспедиционных измерений в районе пролива Дрейка с борта НИС «Академик Сергей Вавилов» и численного моделирования.

Авторский коллектив занимает лидирующие позиции в Мире по предлагаемой в проекте задаче и ее отдельным направлениям, обладает собственными оригинальными методиками обработки и интерпретации натурных данных, методами моделирования и усвоения данных в моделях циркуляции, является единственной научной группой, целенаправленно изучающей потоки в абиссальных каналах Мирового океана. Авторы имеют две опубликованные монографии в издательстве Springer. Руководитель заявки Е.Г. Морозов в период 2011–2015 гг. был президентом Международной ассоциации по физическим наукам об океане. Все перечисленные обстоятельства определяют самый высокий мировой уровень предлагаемого исследования. Результаты экспедиционных измерений по проекту будут использованы в задачах моделирования глобальной океанской циркуляции и прогнозирования климата Земли в качестве как исходных данных, так и результатов, верифицирующих эти модели. В связи с все более растущим интересом к ресурсам океана, в частности к запасам криля в Атлантическом секторе Антарктики, результаты исследований по проекту могут быть использованы и для изучения современной биологической продуктивности, структуры и пространственной организации пелагических и донных экосистем Антарктики. Имея в виду предстоящее взаимодействие специалистов биологов в предстоящих антарктических экспедициях будет дана оценка потенциальных возможностей изъятия биологических ресурсов и иных форм антропогенного воздействия на основе материалов, полученных в рейсе в Южный океан. В связи с все более растущим интересом к ресурсам океана, в частности, к полезным ископаемым на его дне, результаты исследований по проекту могут быть полезны для изучения геологических процессов до некоторой степени управляемых движением придонных вод, например, процесса эрозии и связанного с ним переноса взвеси.

Поток в канале Вима По литературным данным наблюдается потепление океанских вод в последние десятилетия. Повышение температуры наблюдалось в самых глубоких слоях (более 4000 м), особенно в Антарктической донной воде (AAДВ) в Южной Атлантике. Данные о температуре донной воды указывают на линейные тренды потепления примерно на 0,003°C в год. Донные воды в Атлантическом океане образуются в море Уэдделла. Эти воды текут из Аргентинской в Бразильскую котловину тремя путями: через каналы Вима и Хантер и над плато Сантос. Канал Вима - это путь для самых холодных и плотных антарктических вод на север. Это узкий проход между двумя террасами шириной около 16 км. Поток донных вод происходит хорошо перемешанной струей в придонном слое 100-150 м. Самая холодная часть потока смещается к восточному склону глубоководного канала за счет придонного трения Экмана, т.е. к правой стенке канала. Второе ядро потока наблюдается в верхней части русла над его западным склоном. Мы выполнили два CTD/LADCP разреза, чтобы показать, что этот донный поток направлен вниз в каньон примерно на широте 24°45 ю.ш. Каньон отклоняет часть потока самой холодной ААДВ вниз по склону, поскольку равновесие между силой тяжести, которая направлена в глубину, и силой Кориолиса, направленной влево (в Южном полушарии) от направления течения на север вверх по склону, нарушается на больших уклонах дна в каньоне. Мы рассмотрели измерения потенциальной температуры с 1972 по 2020 гг. С 1972 г. по начало 1990-х гг. средняя температура по данным CTD была почти стабильной. Однако, с начала 1991 г. до конца 1992 г. произошел скачок температур по CTD-данным примерно на 0,02°C. Разница между средней температурой в 1991–1992 гг. и 2019–2020 гг. составляет примерно 0,059°C примерно за 28 лет. Это соответствует скорости потепления 0,0021°C в год. Мы связываем этот процесс с общим потеплением вод, в частности Глубинной воды моря Уэдделла, связанным с глобальным потеплением. Температурные разрезы вдоль канала Вима показывают, что придонный градиент потенциальной температуры вдоль канала составляет 0,0002°C/км. Однако в поперечном направлении существует на порядок более сильный градиент (-0,002ºC км-1): воды у восточного борта канала Вима холоднее, чем на западном берегу. Структура течений в канале со временем меняется. В 2005 г. минимальные измеренные скорости составляли 29 см/с. Максимальные скорости, равные 55 см/с, были измерены в 2017 году. Максимальные скорости обычно регистрируются в середине русла в 100 м от дна. По литературным данным изменчивость переноса Антарктической донной воды в канале Вима находятся в диапазоне от 2 до 4,5 Св (1 Св = миллион кубометров в секунду). Наши оценки показывают диапазон переноса ниже уровня потенциальной температуры 2,0ºC потенциальной температуры в пределах 1,6-3,7 Св, что ближе к нижней границе этого интервала. Структура скорости Мальвинского течения Мальвинское течение (МТ) - одна из важнейших течений в юго-западной Атлантике. Оно берет свое начало как северная ветвь Антарктического циркумполярного течения (АЦТ). Мы изучали его пространственную структуру на основе моделирования, данных реанализа, спутниковых снимков и измеренного распределения температуры и солености, и прямых измерений скорости течения на станциях зондирования CTD/LADCP и по данным бортового профилографа течений на ходу судна. Новые данные показывают, что течение разделено на две ветви. Прибрежная ветвь течения имеет относительно стабильные скорости вдоль течения, достигая 60-80 см/с и точно следует изобатам 200-300 м. Скорость основной ветви более изменчива вдоль течения, превышая 90 см/с. Оценки объемных переносов изменяются от 2,4 до 6,3 Св в прибрежной ветви и от 21,3 до 25,4 Св в главной. Суммарный перенос обеих ветвей достигает почти 30 Св на 46° ю.ш.