CC BY
103
Terra Humana
УДК 551.33.56+556.555 (99)
ББК 26.22
А.В. Уфимцев
ИЗУЧЕНИЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ОЗЕР ВОСТОЧНОЙ АНТАРКТИДЫ
Приведены результаты первых гидрологических исследований, выполненных автором в период с декабря 1984 г. по февраль 1985 г. на озерах Бивер и Радок, находящихся в тылу шельфового ледника Эймери на Земле Мак-Робертсона. Даны батиметрические схемы озер. В оз. Бивер, круглогодично покрытом льдом мощностью 3-6 м, зарегистрированы приливо-отливные колебания уровня. Вода в озере до глубин 200-250 м пресная с температурой в переделах 0,03-0,33 °С, ниже до дна располагается слой с соленостью около 32 промилле, и температурой -2,1 °С. В пресноводном оз. Радок измеренная глубина 362 м. В феврале в нем отмечалась гомотермия 0,8-1,0 °С.
Ключевые слова:
атмосферное давление, батиметрия, ветер глубины, лед, озеро, отлив, прилив, промеры, рельеф, соленость, температура, уровень
Материалы этой работы не были опубликованы автором ранее, хотя интерес к таким детальным исследованиям в Антарктиде значительно возрос в настоящее время. Подтверждением этому может служить монография Ласточкина А.Н. в 2-х томах1.
В 1984-1985 гг. в районе полевой базы «Союз» автором были проведены комплексные гидрологические исследования эпишельфовых озер восточной Антрактиды (оз. Бивер, Ледовое, внутри континентального оз. Радок) и р. Межозерной, впадающей в оз. Бивер (фото 1 - 3). Программой работ предусматривалось выполнение гидрологических разрезов; исследование водного режима (колебаний уровня, течений, расходов воды) оз. Бивер,
* См. фотографии из архива В.Л. Кузнецова на 4-й стр. обл.
Ледовое, Радок и р. Межозерной; отбор проб грунта; гляциологические наблюдения на леднике Ламберта. Наблюдения проводились в период с 30.11.1984 г. по 01.03.1985 г. Исследования выполнены инженером-гидро-логом ААНИИ Уфимцевым А.В.; инженером-гидрофизиком Тихоокеанского океанологического института Нестеровым В.Н.; механиком 29 САЭ Дикуном А.Н.
В период сезонных полевых работ на оз. Радок, Бивер (акватории А), Ледовое (акватории В), выполнено одиннадцать гидрологических разрезов, включающих в себя измерение толщины льда и глубины его погружения, глубины озера, измерение температуры и электропроводности воды, отбор проб воды на химический анализ и донных отложений. Привязка разрезов (гидрологических станций) на местности осуществлялась с помощью топографических карт, аэрофотоснимков, теодолита ТМ—1 и буссоли БШ-1. Всего сделано разрезов: на оз. Радок - 5, акватории (А) - 4 и акватории (В) - 2. Бурение льда толщиной до 4-х м осуществлялось вручную кольцевым буром (ПИ-8) диаметром 180 и 220 мм, а более мощного - термоиглой. Измерения глубин производилось с помощью гидрологической лебедки СП-77 и лота. Измерены глубины в 111 точках, из них на оз. Радок - 44, акватории (А) - 44, акватории (В) - 23. (рис. 1, 2).
Пробы воды отбирались с помощью батометров ААНИИ и БМ-48 в стеклянные и полиэтиленовые бутылки с использованием лебедки СП-77. Отобрано 179 проб воды на химический анализ, из них 37 - на оз. Радок, 113 - на акватории (А) оз. Бивер, и 29 - на акватории (В) оз. Ледового, кроме того отобрано 23 пробы воды на дейтерий по методике АН ГДР.
Температура воды измерялась глубоководными термометрами ТГ, закрепленными на рамах батометров ААНИИ, БМ-48. Измерена температура воды на 25 вертикалях (гидрологических станциях) на стандартных горизонтах, из них 6 - на оз. Радок, 15 - на оз. Бивер, 4 - на оз. Ледовое.
Соленость определялась с помощью кондуктометра 0К-102-1, отта-рированном на стандартных растворах. Определена соленость 176 проб воды. Расчет солености производился по международным океанологическим таблицам2.
Наблюдения за колебаниями уровня воды на акватории (В) осуществлялось с помощью самописца ГР-38, установленного на льду, а на акватории (А) - с помощью установленного за приливной трещиной реечного водпоста. Произведена привязка показаний самописца ГР-38 к высотной отметке гравиметрического пункта на базе «Союз» (рис. 1, 2).
В устье р. Межозерной в январе были проведены гидрометрические работы по наблюдению за уровнем воды и началом стока. Девятого января на р. Межозерной и оз. Бивер были проведены синхронные наблюдения за уровнем, температурой воздуха, атмосферным давлением, скоростью, направлением ветра.
Для получения статистических характеристик различных элементов гидрологического режима (темературы воды, электропроводности, ско-
Среда обитания
Terra Humana
Фото 1. Восточная Антарктида: озеро Бивер, февраль 1985 г. Производство гидрологических работ со льда оз. Бивер. (Снегоход Буран, Лебедка СП-77,
в глубине - сани Нансена.
г тт.
Фото 2. Антарктида, ст. Молодежная, март 1985 г. Полярник А.В. Уфимцев с пингвином Аделли. Штампы на оригинале нанесены в марте 1985 г. в Антарктиде.
Фото 3. Антарктида, ст. Молодежная. Полярник А.В. Уфимцев с пингвинами Аделли.
Рис. 1. Батиметрическая карта-схема: А - озеро Бивер, В - озеро Ледовое. Обозначения: 159 - промеры глубин 1983-1984 гг. 390 - промеры глубин 1984-1985 гг. - поверхность ледника. \ \ - водомерный пост.
Среда обитания
Terra Humana
Рис. 2. Батиметрическая карта-схема оз. Радок:
Обозначения: 167 - промеры глубин 1983-1984 гг. 350 - промеры глубин 1984-1985 гг.
> - поверхност ь ледника.
рости и направления течений в приливной трещине); со льда была произведена постановка автономной станции (АС), оснащенной самописцем АЦИТТ, которая проработала на горизонте 50 м оз. Бивер 24 суток с дискретностью 30 мин (ст. 14), и трое суток с дисретностью 15 мин (ст 41), в режиме зонда отработано 4 гидрологических станции, на акватории (В) проработала в автономном режиме на 2-х горизонтах (50 м и у дна) ст. 47 синхронно 17 суток, дискретностью 30 минут.
Пробы донных отложений отбирались грунтовой трубкой ГОИН ТГ—1,5 в точках с наибольшей глубиной через скважины, пробуренные кольцевым буром диаметром 220 мм, либо через приливные трещины. При этом отобраны 3 пробы на оз. Радок, 5 на акватории (А).
Гляциологические наблюдения на леднике Ламберта состояли в измерении абляции на ледниковой поверхности в ранее разбитом полигоне (в 1984 г.). Проведено всего 8 съемок.
На базе «Союз» на оз. Радок и Бивер, в месте базирования полевого лагеря, попутно проведены сопутствующие местонаблюдения за температурой воздуха, атмосферным давлением, скоростью и направлением ветра с 26 декабря 1984 г. по 30 января 1985 г. Результаты приведены на рис. 3, которые показывают, что температура воздуха изменялась скачкообразно. Минимум пришелся на 16 января, а максимум - на 6 января. Температура в 14 часов изменялась от -5 до +7,5 °С. В целом за период наблюдений температура снижалась от +5 до +3,5 °С (рис. 3, а).
Атмосферное давление в этот период изменялось незначительно -от 756 мм (09.01,1985) до 735 мм (18.01.1985) (рис. 3, б). Отдельные пики уменьшения давления характеризуются более низкими температурами вследствие более низкой облачности и более интенсивного выхолаживания. Периоды повышенного давления характеризуются более высокими температурами и более медленнцым выхолаживанием.
Скорость ветра изменялась в значительном диапазоне от 0 до 15 м/с (рис. 3, в). Основное направление ветра з-сз, реже восточное. В третьей декаде января отмечалось юго-западное.
В результате проведенных исследований удалось в значительной степени уточнить батиметрическую карту озер Бивер, Ледовое, Радок (рис. 1, 2).
Акватории (А) и (В) образованы в результате отчуждения участков морского залива ледником Стагнант. Об этом свидетельствует и соленость их придонного горизонта.
Общим в морфологии дна частей акватории (А) и (В) оз. Бивер является то, что их ложе составляют уступы, у оснований которых находится кромка ледника. Хотя крутизна склонов незначительна, но относительно резкий перегиб в глубинной части служит препятствием для движения ледовой массы. Орография дна частей этого озера своеобразна3.
Ложе оз. Акватории (В) характеризуется однородностью своей поверхности. Это практически плавная поверхность с падением с востока на запад. Однако в северной части склона имеют место достаточно выражен-
Среда обитания
Terra Humana
а)
б)
в)
Рис. 3. Температура воздуха (а), атмосферное давление (б), скорость ветра (в) в районе оз. Бивер
с 26.12.1984 г. по 30.01.1985 г.
ная, хотя и наклонная к северу котловина, в пределы которой вторгся ледниковый язык.
Своеобразной особенностью рельефа дна оз. Бивер является наличие двух локальных, близких концентрических понижений. Их близкое расположение и резкая выраженность в рельефе служит естественным препятствием для ледника, кромка выдающихся частей которого приурочена к глубинным частям впадин, а кромка вогнутой части фронта упирается в повышение дна между котловинами. Максимальная глубина оз. Бивер находится в северо-восточной части акватории (А) м составляет 457 м.
Южная часть акватории «А» представлена мелководьем, характерным для выклинивающейся части морского залива.
Дальнейших анализ и исследование закономерностей формирования батиграфии озер необходимы для определения динамики ледниковых процессов.
Температурная стратиграфия акватории требует анализа связи орографии с особенностями морфометрических структур дна ложа озер. Ее изучение в качестве индикатора солевого состава позволяет выявить закономерности формирования солевого состава антарктических водоемов и отработать методику их исследования.
На оз. Бивер акватории «А» ровная поверхность льда изъедена радиационным таянием. Толщины льда по результатам измерений 1985 года колеблются от 205 до 368 см (рис. 4, а). Верхняя часть керна (0,69 м) представляет собой фирн: снег, непрозрачный, с выраженной кристаллической структурой, в следующем горизонте (0,89 м) наблюдаются вертикальные трещины с косым залеганием, лед частично прозрачный, затем идет на глубине 2,08 м слой прозрачного льда пластинчатой структуры, однородный, насыщен вертикальными воздушными прослойками. Нижняя поверхность керна гладкая без следов разрушения. Как в северо-восточной части озера, так и в северо-западной имеются приливные трещины, ширина которых в летний период достигает 4-5 метров.
Толщины льда в акватории «В» в этот же сезон изменялись в широких пределах от 284 до 502 см. Поверхность льда сильно изъедена солнечным радиационным таянием, наблюдаются впадины, бугры, снежницы. В северо-восточной части в летний период наблюдаются открытые, шириной до 6 м поперечные приливные трещины. Структура льда представлена вытянутыми выкристаллизованными формами, лед частично разрушен, с 2-х до 2,8 м лед имеет пластинчатую структуру сложного строения -многолетний лед.
Нижняя часть керна льда однородная - пластинчатый лед без признаков разрушения внутри. Следует отметить, что верхняя часть керна льда до 2,8 м имеет матовый цвет, лед непрозрачный, встречаются минеральные частицы, а ниже этого горизонта лед абсолютно прозрачен, следов таяния нет - молодой лед.
Среда обитания
Terra Humana
Рис. 4. Глубины и толщина льда: а - на оз. Бивер по измерениям в январе 1985 года; б - на оз. Радок по измерениям в декабре 1984 г.; в - глубины на оз. Ледовое по измерениям в феврале 1985 г. 1 - глубины, м; 2 - толщина льда, см.
Нижняя часть керна льда однородная - пластинчатый лед без признаков разрушения внутри. Следует отметить, что верхняя часть керна льда до 2,8 м имеет матовый цвет, лед непрозрачный, встречаются минеральные частицы, а ниже этого горизонта лед абсолютно прозрачен, следов таяния нет - молодой лед.
Рассмотрим распределение воды и солености исследуемых озер, как по акваториям, так и по глубинам (рис. 5). В поверхностном горизонте температура воды в короткий период антарктического лета на акватории озер «А» и «В» положительная и изменяется от 0,01 до 0,16 °С. С глубиной температура переходит к отрицательным значениям достигая -2,16 °С (ст. 26), что объясняется увеличением солености воды. Суточный ход изменения температуры воды на горизонте 50 м по данным АЦИТТ незначительный, изменяется в пределах 0,03 °С. В 100-метровом слое изменяется от +0,04 до - 0,04 °С, т.е. переходит через 0 °С. Характерной особенностью распределения температуры воды и солености, представленных на рис. 5 по акваториям «А», «В» является наличие горизонтальной гомотермии до глубины 200 метров, ниже, от 200 до 300 метров наблюдается прямая стратификация, температурный градиент на ст. 37 акватории «А» в вышеуказанном слое составляет -0,02 °С /м, а на ст. 61 акватории «В» в слое 225-275 м составляет -0,03 °С /м. Таким образом, на акватории «В» слой скачка расположен выше, чем на акватории «А». Следует отметить, что на ст. 37 в придонном горизонте отмечено увеличение температуры воды за счет того, что соленость в этом слое меньше, чем в выше лежащем за счет диффузии солей.
По данным АЦИТТ (рис. 5) соленость воды верхнего 60-метрового слоя на разных участках акватории «А» изменяется незначительно - от 0,76 до 0,81 промилле, а на акватории «В» того же слоя отмечено увеличение солености от 0,86 до 0,89 промилле, увеличиваясь с глубиной до 2,82 промили на горизонте 120 м. Суточный ход изменения солености незначителен - 0,01-0,02 промилле, и составляет в верхнем 60-метровом слое акватории «В» 0,88-0,89 промилле, а на глубине 120 м 2,74-2,76 промилле.
Определение солености на ниже лежащих горизонтах проводилось с помощью кондуктометра 0К-102-1. В 200-метровом слое соленость в разных частях акватории, как на оз. Бивер, так и на оз. Ледовое изменяется от 3,552 до 3,915 промилле (ст. 26), значительно увеличиваясь с глубиной, и в 300-метровом слое достигает на акватории «А» 33,616 промилле (ст. 26), акватории «В» в 275-метровом слое - 33,996 промилле (ст. 61). Наибольшая соленость отмечена в придонном слое на глубине 413 м акватории «В» (34,070 промилле) и 457 метров на акватории «А» (33,847 промилле). Изменение солености по глубине в слое 200-300м акватории «А» составляет 0,3 промилле на 1 метр, акватории «В» в слое 225-275 метров - 0,6 промилле на 1 метр, т.е. в два раза больше. Анализ распределения солености в разных частях оз. Бивер и Ледовое на одних и тех же горизонтах показывает, что соленость по горизонтам изменяется незначительно, составляя десятые доли промилле, что указывает на слабое перемешивание водных масс.
Среда обитания
Terra Humana
Рис. 5. Вертикальное распределение температуры и солености: а - в оз. Бивер - А (станция № 26, январь 1985 г.); б - в оз. Бивер - А (станция № 37, январь 1985 г.); в - в оз. Ледовое (станция № 61, февраль 1985 г.); г - оз. Радок, (станция № 31, декабрь 1984 г.).
1 - температура; 2 - соленость; 3 - электропроводность.
Оз. Радок, которое является замкнутым внутриконтинентальным водоемом, представляет собой глубоковрезанную впадину субмеридиональ-ного простирания. Это одно из самых глубоководных озер Антарктиды4. Положение водоема приурочено к региональному разлому, вследствие которого западное побережье сформировано архейскими отложениями, а восточное - отложениями более позднего, пермского периода5.
Озерное ложе достаточно неоднородно. Морфологически оно выражено двумя замкнутыми понижениями: северное - серповидное и вытянутое с юго-запада на северо-восток и далее на север, южное имеет более неправильную форму, с узкой подводной долиной, выклинивающейся на восток. Пересекаются обе отрицательные формы дна «седловиной», служащей пе-
ремычкой с резкими очертаниями поверхности. В южной части озера, непосредственно у кромки вклинивающегося в озеро ледника Приозерный, зафиксирована максимальная глубина оз. Радок, равная 362 м.
Расчлененность донного рельефа незначительная, резкие перепады глубин и уступы отсутствуют. Современная интенсивность рельефообра-зования мала и обусловлена очень низкой скоростью движения донного материала, обусловленной в основном гравитацией. Это приводит к формированию «спокойного» ложа6.
Поверхность льда оз. Радок - ячеистая, изъедена солнечной радиацией. Лед в разных частях акватории имеет разную толщину и изменяется от 162 до 302 см (рис 4, б). Лед по всей толщине прозрачный, насыщен воздущными пузырьками, монолитный, тонокослоистый, имеются вертикальные трещины, которые не доходят на 8 см до нижней кромки керна. Нижняя поверхность керна гладкая, следов разрушения нет.
На траверзе мыса (рис. 2) толщина льда составляет 2,36 метра. Верхняя часть льда изъедена радиационным таянием, масса вертикальных трещин, заполненных воздушными пузырьками, и они доходят до самой нижней кромки утонченными нитями. Нижняя кромка керна изъедена, что свидетельствует о наличии подледного таяния льда.
В короткий период антарктического лета, когда отмечаются максимальные положительные температуры воздуха, лед на озере становится непрочным, рыхлым, зернистым, в нем заметны отдельные кольца. При бурении кольцевым буром лед крошится в виде сосулек длиной более метра.
По обеим сторонам вклинивающегося вглубь озера ледника Приозерный образуется огромная полынья с открытой водой, а также трещины, как в широтном, так и меридиональном направлении, образование которых связано с движением ледника Приозерный вглубь озера. В середине января выход на лед озера крайне опасен из-за непрочности льда, наличия закраин, полыньи, открытой воды. Во время полевых работ на озере одному из авторов данной статьи непосредственно приходилось наблюдать опасную подвижку ледника Приозерный с образованием трещин и резким расширением полыньи.
Представленная на рис. 5 (ст. 31) эпюра распределения температуры воды и электропроводности самой глубоководной части оз. Радок показывает, что вертикальный градиент температуры воды незначителен. Температура воды по всей водной толще положительная, наблюдается гомотер-мия по всей глубине.
Измеренная кондуктометром электропроводность как по всей акватории озера, так и по глубине изменяется от 42 до 68 микросименсов, т.е. вода пресная.
На р. Межозерной в период с 5 по 30 января 1985 года были проведены наблюдения за гидрологическими элементами водного режима. Долина реки проходит по глубокому ущелью Падогрома, рассекающего плато, сложенное пермскими осадочными породами, представленными песчаниками7. Среди песчаников всречаются залежи угля мощностью более 1 метра.
Среда обитания
Terra Humana
Дно русла сложено в основном моренным материалом: встречаются валуны, галька, илистый песок. Исток р. Межозерной начинается из оз. Радок и впадает в оз. Бивер. Протяженность ее составляет около 7 км. Следует отметить, что в двух км от истока реки имеется перекат, ниже которого был оборудован гидрометрический створ и установлен реечный водпост для наблюдений над уровнем воды и стоком.
Наблюдения, проведенные 9 января 1985 г., показали, что в этот период антарктического лета высота слоя воды на перекате не превышала 2-3 см. Ширина водотока составляла 1,5-2,0 м. Поверхностная скорость воды на перекате составляла примерно 0,8 см/сек. В первой декаде января на оз. Бивер и р. Межозреной были проведены синхронные ежечасные суточные наблюдения за уровнем воды, температурой воздуха и метеоэлементами, которые показали, что приливные колебания уровня воды распространяются вверх по реке на расстояние 5 км и достигают переката. Изменение уровня воды на этом участке связаны с приливо-отливными явлениями в оз. Бивер. При максимальной высоте прилива на гидростворе сделан промер поверхности, перекрываемой приливом на перекате. Отмечено, что перекат при максимуме прилива не перекрывается, подъем воды вверх по перекату затронул лишь 3,5 м по длине переката (от створа это примерно 240 м). Створ находится под воздействием прилива. Величина суточного изменения колебания уровня воды на посту р. Межозерной составляет 120 см, в то время как на оз. Бивер за этот же период оно равно 170 см (рис. 6).
70Q
200
300
500
100
200
500
Т(час)
100
Рис. 6. Суточный ход уровня воды оз. Ледовое, Бивер и реки Межозерной:
1 - оз. Ледовое (акватория В) 07.02.1985 г.; 2 - оз. Бивер (акватория А) 09.01.1985 г.;
3 - оз. Ледовое (акватория В*) 22.02.1985 г.; 4 - р. Межозерная 09.01.1985 г.
Основной сток в р. Межозерную осуществляется за счет таяния многолетних снежников, расположенных по обеим сторонам долины Падогрома, а также с приледникового оз. Теплого, протянувшегося у юго-восточного побережья оз. Радок вдоль кромки ледника «Ламберта». Сток воды из оз. Радок по р. Межозерной может осуществляться при определенном подъеме уровня воды в самом оз. Радок, а это очевидно, может быть в исключительно с аномально высоким поступлением талых вод.
В заключение следует отметить, что гидрологические наблюдения, проведенные на р. Межозерной показали наличие исключительно слабого стока воды на реке в летний период в 1984-1985 гг., тогда как в сезон 1983-1984 гг. он полностью отсутствовал.8
В феврале 1985 г. в районе полевой базы «Союз» на оз. Ледовом у северовосточного берега был обнаружен полуоткрытый мощный водный поток. Наблюдения показали, что во время прилива поток направлен в сторону оз. Бивер, а отлива - обратно в сторону озера Ледовое. Скорость потока воды составляла визуально около 0,3-0,5 м/сек. Вода в обнаруженном потоке оказалась на вкус соленой. Видимо, как уже отмечалось в работе9, морская вода поступает в оз. Бивер и обратно по подледным каналам эпишельфо-вого ледника Эймери, о чем свидетельствует наличие приливо - отливных трещин, а также суточные изменения колебаний уровня на оз.Ледовое, Бивер, до 2 м.
По классификации приливов10 на акватории «А», «В» наблюдается неправильный суточный прилив, что соответствует данным, полученным в предыдущем сезоне.11
Разница времени наступления полных и малых вод между постами наблюдений на оз. Ледовое и Бивер составлет около 4-5 часов. Скорость перемещения приливной волны составляет около 5 км/ч, что связано с большими энергетическим затратами из-за мощного ледового покрова.
1 Ласточкин А.Н. Субгляциальная гляциология Антарктики: Теория, методика, результаты. Общие геоморфологические исследования т. 1. - СПб., 2006. - 205 с.; Специальные геоморфологические исследования. Т. 2. - СПб., 2007. - 243 с.
2 Международные океанологические таблицы. Вып. 1. - М., 1969.
3 Бардин В.И. Гляциогеоморфология ледника Ламберта и его горного обрамления // в кн.: Антарктика, вып. 14. - М., 1975. - С. 110-127.
4 Ванд, Хемирхен В.Д., Клоков В.Д., Уфимцев А.В. Результаты изотопного-гидрохими-ческого апробирования озер Бивер и Радок. Информ. бюл. САЭ - М., 1974. - 455 с.
5 Егоров Н.И. Физическая океанология. - М., 1974. - 455 с.
6 Бардин В.И. Указ. соч.
7 Там же.
8 Пискун А.А., Клоков В.Д. Гидрологические работы на Эпишельфовом озере Бивер // Сб. Антарктика, доклады МКИА, вып. 25. - М., 1986. - С. 126-132.
9 Бардин В.И. , Шмидеберг Н.А. Особенности химического состава природных вод оазиса Эймери (Земля Мак-Робертсона) // Антарктика. Доклады МКИА АН СССР, вып. 21. - М., 1982. - С. 78-94.
10 Бардин В.И. Указ. соч.
11 Пискун А.А. Наблюдения за уровнем воды и таянием льда на озере Бивер // Информ. бюл. САЭ. - 1990, №113. - С. 55-64.
Среда обитания
