0ПОЛИКАРПОВ П.В., АРТАМОНОВ Ю. В. СКРИПАЛЁВА Е.А.
Океанологические исследования Морского гидрофизического института в Антарктике1
P. POLIKARPOV, YU. ARTAMONOV, E. SKRIPALEVA
Oceanological research of Marine Hydrophysical Institute in the Antarctic
Сведения об авторах:
Поликарпов Павел Владимирович, начальник отдела популяризации научной деятельности ФГБУН ФИЦ «Морской гидрофизический институт РАН» (Севастополь)
pavel.polikarpov@mhi-ras.ru
Артамонов Юрий Владимирович, доктор географических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУН ФИЦ «Морской гидрофизический институт РАН» (Севастополь)
artam-ant@yandex.ru
Скрипалёва Елена Александровна, кандидат географических наук, старший научный сотрудник ФГБУН ФИЦ «Морской гидрофизический институт РАН» (Севастополь) sea-ant@yandex.ru
Authors:
Pavel Vladimirovich Polikarpov, head of the Department of Scientific Work Popularization, FSBSIFRC "Marine Hydrophysical Institute of RAS" (Sevastopol) pavel.polikarpov@mhi-ras.ru
Работа выполнена в рамках тем государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ № FNNN-2022-0001 «Комплексные океанологические исследования абиотических факторов экосистемы Атлантического сектора Антарктики» (шифр «Антарктика») и № 0555-2021-0004 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования» (шифр «Океанологические процессы»).
Yury Vladimirovich Artamonov, doctor of geographical sciences (Geography), Leading Researcher, FSBSIFRC "Marine Hydrophysical Institute of RAS" (Sevastopol) artam-ant@yandex.ru
Elena Aleksandrovna Skripaleva, candidate of geographical sciences (Geography), Senior Researcher, FSBSI FRC "Marine Hydrophysical Institute of RAS" (Sevastopol) sea-ant@yandex.ru
Аннотация
Исследования Южного океана и Антарктики сотрудниками Морского гидрофизического института (МГИ) выполнялись в периоды его нахождения в научных структурах трёх стран: СССР, Украины и Российской Федерации - в составе Академии наук УССР, Национальной академии наук Украины и Российской академии наук соответственно. В каждый из этих периодов методы, интенсивность и широта международного сотрудничества проводимых работ определялись как уровнем научно-технического развития страны, так и её политико-экономическим статусом.
В советский период экспедиции в полярные и субполярные широты Южного полушария не были регулярными и проводились на двух судах научного флота МГИ - НИС «Михаил Ломоносов» и НИС «Академик Вернадский».
В украинский период исследования МГИ в антарктическом регионе стали носить более систематический характер, что было обусловлено передачей Украине британской станции «Фарадей». Сотрудники МГИ приняли участие в четырёх комплексных экспедициях. Ввиду ограниченного финансирования антарктических экспедиционных исследований со второй половины 2000-х гг. их стало возможным проводить только благодаря российско-украинскому сотрудничеству.
После вхождения в состав Российской Федерации работы МГИ в Антарктике были продолжены в составе 61-й (2015-2016) и 64-й (2018-2019) Российских антарктических экспедиций. На современном этапе МГИ принял участие в 79-м (2019-2020) и 87-м (2021-2022) антарктических рейсах НИС «Академик Мстислав Келдыш».
Abstract
It is shown that the studies of the Southern Ocean and the Antarctic by the scientists of the Marine Hydrophysical Institute (MHI) were carried out during the periods of its being in the scientific structures of three countries: the USSR, Ukraine and the Russian Federation as part of the Academy of Sciences of the Ukrainian SSR, the National Academy of Sciences of Ukraine and the Russian Academy of Sciences, respectively. In each of these periods, the methods, intensity and width of international cooperation of the ongoing work were determined both by the level of scientific and technological development of the country and its political and economic status.
During the Soviet period, expeditions to the polar and subpolar latitudes of the Southern Hemisphere were not regular and were carried out on two ships of the MHI scientific fleet - the R/V Mikhail Lomonosov and the R/V Akademik Vernadsky.
During the Ukrainian period, MHI research in the Antarctic region became more systematic, which was due to the transfer to Ukraine of the British station Faraday. MHI scientists took part in four complex expeditions. Due to limited funding for Antarctic expeditionary research since the second half of the 2000s it became possible to carry them out only thanks to Russian-Ukrainian cooperation.
After joining the Russian Federation, the work of MHI in Antarctica continued as part of the 61st (2015-2016) and 64th (2018-2019) Russian Antarctic Expeditions. At the present stage, MHI took part in the 79th (2019-2020) and 87th (2021-2022) Antarctic cruises of the R/V Akademik Mstislav Keldysh.
Ключевые слова:
Антарктика, Южный океан, антарктические экспедиции, попутные гидрологические измерения, многосуточные гидрологические зондирования, спутниковые данные, океанические реанализы.
Keywords:
the Antarctic, the Southern Ocean, Antarctic expeditions, passing hydrological measurements, multi-day hydrological soundings, satellite data, oceanic reanalyses.
Введение
Антарктика, обладающая огромным ресурсным потенциалом, является одним из стратегически важных регионов Мирового океана для Российской Федерации. Запасы водных биологических ресурсов в антарктических водах многократно превосходят их суммарные запасы в экономической зоне России. Как государство-участник Договора об Антарктике Россия объективно заинтересована в том, чтобы в Антарктике поддерживались мир и стабильность, сохранялись условия для ведения обширной научной деятельности.
Современные исследования Антарктиды проводятся по нескольким основным направлениям: фундаментальное изучение Антарктики, научно-прикладные исследования и разработки, сбор данных о природной среде Южной полярной области, охрана окружающей среды. Активное участие в решении этих задач многие годы принимал Морской гидрофизический институт (МГИ).
Исследования Антарктики сотрудниками Морского гидрофизического института (МГИ) выполнялись в периоды его нахождения в научных
структурах трёх стран: СССР, Украины и Российской Федерации в составе Академии наук УССР, Национальной академии наук Украины и Российской академии наук соответственно. В каждый из этих периодов методы, интенсивность и широта международного сотрудничества проводимых работ определялись как уровнем научно-технического развития страны, так и её политико-экономическим статусом.
Начало исследований Антарктики Морским гидрофизическим институтом
Начало исследований Антарктики МГИ приходится на 1970-е гг., когда они стали выполняться в рамках экспедиционной деятельности на научно-исследовательских судах. В этот период исследования МГИ в Южном океане не были целенаправленными и выполнялись в рамках Программ по изучению тропических и умеренных широт Мирового океана. В Южном океане гидрологические работы в те времена проводились крайне редко, поэтому даже тот относительно небольшой объём информации, полученный МГИ, несомненно, внёс вклад в исследования этого региона. В то время экспедиции в полярные и субполярные широты Южного полушария проводились на двух судах научного флота МГИ - НИС «Михаил Ломоносов» и НИС «Академик Вернадский» (рис. 1). Всего в советский период в южные широты были выполнены два рейса НИС «Михаил Ломоносов» (20-й, 1966-1967, и 30-й, 1976)1 и четыре рейса НИС «Академик Вернадский» (4-й, 1971, 5-й, 1971-1972, 10-й, 1974-1975 и 24-й, 1981)2. Следует отметить, что 5-й рейс НИС «Академик Вернадский» осуществлялся в соответствии с международной программой «ГЛОБЭКС» («Глобальный эксперимент»).
Во всех рейсах осуществлялся комплекс гидрологических и гидрохимических работ. В 20-м рейсе НИС «Михаил Ломоносов» были впервые выполнены измерения течения с помощью автономных буйковых станций в Южном океане, а также непрерывно велись измерения концентрации искусственных радиоактивных выпадений на поверхность океана. Была установлена принадлежность этих радионуклидов к ядерным испытаниям, проведённым Францией и КНР в 1966 г. В 30-м рейсе был получен большой объём информации о гидрологической структуре вод субантарктической зоны Южного океана в зимний период по проекту
1 Батраков Г.Ф. Экспедиционные исследования на НИС «Михаил Ломоносов» // НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика». [Севастополь], 2007. С. 421.
2 Батраков Г.Ф. Экспедиционные исследования на НИС «Академик Вернадский» // НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика». [Севастополь], 2007. С. 423.
Рис. 1. НИС «Михаил Ломоносов» и НИС «Академик Вернадский»
«Южный круговорот». По данным выполненных гидрологических измерений впервые была подробно описана структура Субантарктического фронта в юго-западной части Атлантики в зоне схождения Бразильского и Фолклендского течений. Было показано, что в зоне фронта геострофические скорости достигали 150-250 см/с, при этом на перифериях фронта формировались синоптические вихри1.
Во всех рейсах на НИС «Академик Вернадский», в ходе которых осуществлялись исследования в Южном океане, проводились измерения на гидрологических станциях, что позволило получить подробную информацию о вертикальной структуре основных гидрофизических характеристик. Постановка автономных буйковых станций с измерителями течений (вертушки Алексеева) дала возможность впервые по инструментальным измерениям уточнить структуру Антарктического циркумполярного течения (АЦТ). По полученным данным была описана меридиональная структура АЦТ и показано, что оно состоит из нескольких ветвей. На разрезе вдоль 20° в. д. наиболее интенсивные стрежни АЦТ были зафиксированы в районе 39° и 48° ю. ш., при этом в северном стрежне наблюдались максимальные скорости (до 80 см/с). Было выявлено, что характерной чертой вертикальной структуры поля скорости в Южном океане является то, что максимум скорости АЦТ (до 100 см/с) наблюдался не на поверхности, а в слое 100-200 м. Инструментальные измерения течений также дали основания предположить, что под АЦТ существует глубинное противотечение2.
Латун В.С., Артамонов Ю.В., Белякова О.М. Геострофические течения в зоне Южного субтропического фронта // Биология моря. 1979. Вып. 49. С. 9-14. Гансон П.П., Кривошея В.Г., Нейман В.Г., Тарасенко В.М. Экспериментальные исследования Антарктического циркумполярного течения // Комплексные исследования МГИ АН УССР в Индийском океане. Севастополь, 1977. С. 99-105.
Исследования МГИ в Антарктике в период с конца 1990-х гг. по 2012 г.
В украинский период исследования МГИ в антарктическом регионе стали носить более систематический характер, что было обусловлено передачей Украине британской станции «Фарадей», расположенной на о. Галиндез архипелага Аргентинские острова и переименованной в станцию «Академик Вернадский». Необходимость логистических операций для обеспечения функционирования станции потребовала регулярных рейсов в Антарктику, что позволило проводить научные исследования в этом районе.
В первой половине 1997 г. Украиной была проведена первая (после советского периода) комплексная океанографическая экспедиция на НИС «Эрнст Кренкель», крупнотоннажном судне водоизмещением около 4,5 тыс. т, способном выполнять научные работы в любом районе Мирового океана (рис. 2). На этом судне была выполнена крупномасштабная полигонная съёмка в районе Южных Оркнейских и Южных Шетландских островов, многочасовые станции на акватории архипелага Аргентинские острова. Исследования на НИС «Эрнст Кренкель» были продолжены в 1998 г. Две следующие экспедиции в Антарктику (март-апрель 2000 и 2002 гг.) проводились на НИС «Горизонт», судне меньшего тоннажа водоизмещением около 1,1 тыс. т (рис. 3). В этих экспедициях были выполнены комплексные океанографические исследования в западной части прол. Брансфилд, в лагуне вулканического о. Дисепшен, в районе станции «Академик Вернадский»1.
В результате проведения регулярных экспедиций в Антарктику в 1997-2002 гг. был накоплен значительный объём данных о термо-халинной и кинематической структуре вод Атлантического сектора Антарктики. На акватории архипелага Аргентинские острова к западу от Антарктического полуострова было сделано около двух десятков многосерийных гидрологических станций. Впервые получены уникальные данные о мезомасштабной структуре и циркуляции вод на мелководье западного шельфа Антарктического полуострова. Установлено, что внутрисуточная и межсуточная изменчивость термохалинной структуры вод на шельфе обусловливается суточным ходом метеопараметров и адвекцией вод дрейфовыми течениями, изменяющимися в зависимости от преобладающих ветров. На эту сложную картину накладывается
Артамонов Ю.В., Скрипалёва Е.А. Океанографические исследования Морского гидрофизического института в Южном океане // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 6. С. 63-73.
Рис. 2. НИС «Эрнст Кренкель»
Рис. 3. НИС «Горизонт»
периодическая адвекция вод приливными течениями, которые могут характеризоваться как суточным, так и полусуточными периодами1.
Ввиду ограничения финансирования Украиной антарктических экспедиционных исследований со второй половины 2000-х гг. они могли проводиться только благодаря российско-украинскому сотрудничеству. Активное взаимодействие сотрудников МГИ и российских специалистов в Антарктике началась в 2007-2008 гг. на НЭС «Академик Фёдоров» (рис. 4) в рамках программы Третьего Международного полярного года (53-я Российская антарктическая экспедиция, РАЭ). В работе экспедиции также принимали участие специалисты из Австралии, Южной Кореи, Австрии, Германии, Белоруссии, Польши, Китая, США и Франции, проводившие исследования по разным научным направлениям. Исследования Антарктики сотрудниками МГИ НАН Украины были продолжены в ходе 55-й (2009-2010)) и 57-й (2011-2012) РАЭ.
Исследования МГИ в Антарктике в российский период
После перехода в состав научных учреждений Российской Федерации работы МГИ в Антарктике были продолжены в 61-й (2015-2016) и 64-й (2018-2019) РАЭ. Сотрудники МГИ проводили анализ данных попутных гидрометеорологических измерений, выполняемых по пути следования судов в Антарктику и обратно. Непрерывные измерения по маршруту судна показывают состояние гидрометеорологических полей на значительных акваториях за относительно короткий промежуток времени, что позволяет оценить степень их аномальности. В ходе этих экспедиций впервые были выполнены многочасовые гидрологические измерения в районах антарктических полярных станций Молодёжная, Новолазаревская, Беллинсгаузен и выявлены особенности внутрисуточной и межсуточной изменчивости характеристик основных водных масс. Всего сотрудниками МГИ у берегов Антарктиды выполнено 25 многосуточных гидрологических станций. Было показано, что основные факторы, влияющие на внутрисуточную и межсуточную изменчивость термо-халинной структуры вод, выявленные в районе архипелага Аргентинские острова, универсальны и действуют вокруг всей Антарктиды, но на отдельных участках имеют свои региональные особенности. К этим факторам относятся перенос вод дрейфовыми течениями, изменяющимися
Артамонов Ю.В., Булгаков Н.П., Ващенко В.Н., Ломакин П.Д. Океанографические исследования Украины в Атлантическом секторе Антарктики (1997-2004). Киев, 2006. 164 с.
в зависимости от преобладающих ветров под воздействием синоптических процессов, и адвекция вод приливными течениями, которые характеризуются как суточной, так и полусуточной периодичностью. В целом, данные многосуточных зондирований у разных станций вокруг Антарктиды показали, что вертикальная структура вод характеризуется двумя основными типами: прибрежным шельфовым с квазимонотонным понижением температуры и океаническим с хорошо выраженным подповерхностным минимумом температуры, типичным для Антарктической зимней водной массы1.
Наряду с экспедиционными исследованиями большое значение также имели исследования сотрудников МГИ, выполненные на основе созданных при международном сотрудничестве атмосферных и океанических реанализов, а также доступной информации с европейских и американских спутников. В частности, уточнены закономерности сезонной и межгодовой изменчивостей поля температуры поверхности океана, гидрологических фронтов и морских льдов различной сплочённости в атлантическом секторе Антарктики2.
С 2019 г. и по настоящее время работы в Антарктике проводятся Морским гидрофизическим институтом в рамках проектов Минобрнауки на НИС «Академик Мстислав Келдыш» (рис. 5). Сотрудники МГИ приняли участие в 79-м (2019-2020) и 87-м (2021-2022) антарктических рейсах в составе гидрологического, гидрохимического и гидрооптического отрядов.
Основной целью экспедиции 79-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» были комплексные исследования морской экосистемы Антарктики в узловых районах переноса и взаимодействия водных масс в Атлантическом секторе Антарктики: в море Уэдделла, в проливах Дрейка, Брансфилд и Антарктическом проливе, в бассейне Поуэлл. Эти районы представляют интерес для российского промысла. В ходе рейса собраны материалы, характеризующие состояние среды и пространственно-временную изменчивость важнейших компонентов экосистемы. Получены новые данные о пространственном распределении растворённого кислорода, потоках углекислого газа между океаном и атмосферой в проливе
1 Артамонов Ю.В., Артамонов А.Ю., Скрипалева Е.А., Шутов С.А., Шишов Е.А. Исследование мезомасштабной и синоптической изменчивости термохалинной структуры вод в прибрежных районах Антарктики (по материалам российских антарктических экспедиций) // Океанология. 2018. Т. 58. № 5. С. 833-838; Артамонов Ю.В., Скрипалёва Е.А., Шутов С.А., Артамонов А.Ю. Термохалинная структура вод у берегов Антарктиды в марте-апреле 2019 г. по данным измерений в 64-й Российской Антарктической экспедиции // Метеорология и гидрология. 2020. № 2. С. 53-64.
2 Артамонов Ю.В., Скрипалёва Е.А. Океанографические исследования Морского гидрофизического института в Южном океане // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 6. С. 63-73.
Рис. 5. НИС «Академик Мстислав Келдыш»
Брансфилд и Антарктическом проливе, а также в северной части моря Уэдделла. Создан уникальный массив гидрооптических параметров верхнего слоя океана в районе Фолклендского (Мальвинского) течения и в северо-восточной части Антарктического полуострова (бассейн Поуэлл), определяющих биологическую продуктивность вод в этих районах Южного океана. Исследованы течения в проливе Брансфилд. Изучена фронтальная система в западной части бассейна Поуэлл. Определены районы сильного распреснения вод за счёт таяния льда. Исследовано перемещение громадного айсберга и его влияние на течения. Проведены измерения внутренних волн большой амплитуды. Изучен поток антарктической донной воды через проход Филип1.
Антарктические исследования, начатые в 79-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш», были продолжены в 87-м рейсе. Их основная цель заключалась в оценке современных климатических трендов (на масштабе десятилетия) и оценке влияния этих трендов на природные комплексы Южного океана, современную биологическую продуктивность, структуру и пространственную организацию пелагических и донных экосистем Антарктики; в определении потенциальных возможностей изъятия биологических ресурсов и иных форм антропогенного воздействия на основе материалов, полученных в комплексных морских экспедициях.
Экспедиционные работы в этом рейсе были выполнены в прол. Брансфилд, Антарктическом проливе, в западной части моря Уэдделла, на разрезе, проходящем через бассейн Поуэлл в море Уэдделла, в районе Южных Оркнейских островов. Следует отметить, что в отличие от 2020 г., когда выполнялись исследования в рамках 79-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш», в 2022 г. концентрация льда была низкой, что позволило провести исследования южнее в море Уэдделла. За время экспедиции было проведено около 100 комплексных гидрофизических зондирований в Южном океане, получен большой объём данных гидрохимических и биооптических измерений. Следует также отметить, что в антарктических исследованиях на НИС «Академик Мстислав Келдыш» использовалось новое гидрооптическое оборудование, разработанное в МГИ, что выводит гидрооптические измерения в Антарктике на качественно новый уровень.
В целом, в результате экспедиционных исследований сотрудниками МГИ совместно с коллегами из других организаций России достигнуты значительные успехи в различных отраслях антарктической науки. Вместе с тем, для того, чтобы делать глобальные выводы о состоянии
Antarctic Peninsula Region of the Southern Ocean Oceanography and Ecology / Eds. E.G. Morozov, M.V. Flint, V.A. Spiridonov. Springer Cham, 2021. 455 p. (AVPE, vol. 6),
термохалинной и динамической структуры вод Южного океана в современный климатический период, а также интерпретировать результаты конкретных экспедиционных измерений, необходимо более активное использование данных отечественных спутников, современных океанических реанализов1, а также результатов математического моделирования. Такой комплексный подход, включающий экспедиционные и теоретические исследования, даст возможность сотрудникам МГИ и в дальнейшем вносить свой существенный вклад в исследования Антарктики.
Артамонов Ю.В., Скрипалёва Е.А., Никольский Н.В. Пространственная структура и внутригодовая изменчивость фронта моря Уэдделла по данным реанализа NOAA OISST // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 4. С. 89-103; Antarctic Peninsula Region of the Southern Ocean Oceanography and Ecology (Morozov, Eugene G., Flint, Mikhail V., Spiridonov, Vassily A. (Eds.): Springer International Publishing AG, 2021.
