Оценки интенсивности вентиляции глубинных вод Японского моря

Уникальность Японского моря состоит в том, что при незначительной глубине проливов (130 м) глубинные воды (максимальная глубина моря составляет 3670 м) достаточно хорошо насыщены кислородом, а их термохалинные индексы с глубины 500 м (Юрасов, 1977) до дна незначительно изменяются (от 0,1 - 1,0 0С в слое 300 м - дно), что говорит о высокой степени их вентиляции.
Первые попытки объяснения этого феномена (Uda, 1938; Леонов, 1960; Булгаков, 1975) основывались на утверждении о возникновении глубоководной (до дна) конвекции вдоль всего северо-западного побережья Японского моря. В этом случае обновление глубинных и придонных вод происходило бы ежегодно, и, следовательно, придонный слой ежегодно бы увеличивал свою толщину. Современные исследования показали, что существенного обновления придонных вод глубоководных котловин не происходило, начиная с 40-х годов XX века (Riser, 1997; Riser, Warner, 1999). Контроль над границами распространения однородного придонного слоя в 90-х годах 20-го столетия показал (Gamo, Horibe, 1983; Gamo, Nozaki, etc. all., 1986) уменьшение его толщины, что указывает на отсутствие поступления в глубинные слои новых порций поверхностных вод.
Ранее интенсивность вентиляции можно было оценить, в основном, по изменению количества растворенного кислорода (О2). В последнее время появилась возможность оценки вентиляционных процессов с помощью новых трассеров-фреонов СFC-11 и CFC-12. Фреоны CFC-11, CFC-12 поступают в океан через процессы газообмена на поверхности океана. Используя атмосферные модели и знание промышленного производства и выпуска этих веществ, можно рассчитать их концентрацию в атмосфере как функцию времени, начиная с 30-х годов. Растворимость CFC в морской воде приводилась ранее, (Warner, 1985) и, поскольку известно, что время равновесия между CFC газами в океане и атмосфере относительно короткое, порядка 1 месяца, то можно оценить их равновесные концентрации в верхнем слое океана, используя уравнения растворимости.
Данные и методы.
Данные были получены в российско-американской экспедиции в апреле-мае 1995 г. на НИС «Академик Лаврентьев». Данные были получены с помощью зонда CTD Neil Brown Mark 3 c океанической системой отбора проб, оснащенной 24-мя десятилитровыми батометрами (Niskin Bottles), и оборудования для химических анализов. Все пробы отбирались, начиная с поверхности до нижнего горизонта, расположенного в 15 м от дна. В работе используются результаты анализа содержания растворенного кислорода и фреонов. Полученные CFC данные были хорошего качества с точностью измерений 2% или 0.006 рмоль/кг. Следует отметить, что наибольшее количество станций было выполнено в северной части моря, так как по одному из сценариев предполагалось, что именно здесь происходит активная вентиляция вод. Остальные станции были выполнены в котловинах моря в начале рейса и в конце.
Обсуждение.
Результаты, изложенные в данной работе могут быть использованы для того, чтобы аргументировать то, что глубинные воды не вентилировались зимой 1994-1995 гг. Ни один из индикаторов (O2 и СFC), не дали подтверждения недавней вентиляции вод глубже нескольких сот метров. Исходя из наблюдаемой однородности, можно сказать, что во всех районах, исследованных во время экспедиции, воды подвергались вентиляции или смешению до примерно одинаковой степени, т.е. в лучшем случае только очень слабая вентиляция глубинных вод имела место в Японском море с середины 1960-х годов.
Оценки глубинных концентраций CFC-11, основанные на простой боксовой модели глубинной вентиляции Японского моря, показывают тенденцию, которая подтверждает этот результат, и хорошо согласуется с наблюдениями, показывающими, что продолжительность полного обмена глубинных вод в настоящее время составляет 500 лет и более. Не исключено, что в некоторых небольших районах, вентиляция глубинных вод имела место в современный период, но эта вентиляция либо имела место совсем недавно, либо была очень мала и не отразилась на крупномасштабных свойствах Японского моря на удалении от мест вентиляции. Кроме того, эти места вентиляции, если они вообще существовали, никак не могли располагаться в северной части Японского моря. Данные результаты говорят о том, насколько важно осуществлять регулярные съемки глубинных вод Японского моря, отбор проб CFC, для того, чтобы определить вероятный сценарий вентиляции.А пока можно сказать, что в Японском море изменение свойств подповерхностных вод масштаба десятилетие-столетие имеют место. Изменения происходят, но определить причину этих изменений намного труднее. Варламов и др. (Varlamov, Dashko, Kim, 1997) показали, что в течение второй половины 20-го столетия, средняя поверхностная температура воздуха зимой и весной на прибрежных станциях в Японском море возрастала в грубом приближении на 0,03°С/год, а средняя скорость ветра в регионе уменьшилась на 1 м/с. Martin и др. (Martin, Munoz, Drucker, 1992) высказали предположение о том, что межгодовые и более продолжительные вариации в характеристиках сильных зимних штормов могут изменить распределение морского льда в северной части Японского моря, изменив и размер участка свободной ото льда воды (полыньи) и интенсивность зимней конвекции. Поскольку, существует вероятность того, что такие метеорологические изменения могли бы вызвать изменения в циркуляции вод Японского моря, следует оценить вероятность этой идеи за счет детального анализа объединенной региональной модели океан-атмосфера. Кроме того, необходимо иметь больше информации in situ относительно гидрологической структуры северного района Японского моря с тем, чтобы можно было лучше определить природу образования водных масс Японского моря в зимнее время. Следует отметить, что данные по вертикальному распределению фреонов в последние годы (Talley, Min, 2006) подтвердили наши оценки.