Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 492, № 1, стр. 107-112

Азовское море – чрезвычайно динамичный с точки зрения изменений температуры и солености водоем, в предыдущих исследованиях проанализирован рост средней солености [1] до 2017 г. Наблюдения показывают, что значения солености, превышающие 15‰ в акватории собственно моря (к западу от косы Долгой Таганрогского залива) с 2015 г. встречаются постоянно. В работе [2] приведены результаты экспедиций во время и после обильного половодья р. Дон в 2018 г. Показано, что половодье с максимальными расходами более 1700 м³/с в ст. Раздорской способствовало вытеснению азовоморских вод только из восточной и центральной частей Таганрогского залива, а также усилению процессов фронтогенеза в его центральной и западной частях, при этом в собственно Азовском море по-прежнему наблюдалась соленость 14–15‰.

Азовское море имеет длину 300 км (без Таганрогского залива), и ширину – 200 км; в водном бассейне такого масштаба наиболее часто повторяющаяся циркуляция должна иметь направление против часовой стрелки, соответственно черноморские воды должны проникать от Керченского пролива в Темрюкский залив и далее распространяться на север, формируя фронты солености, при перемешивании с водами р. Дон в Таганрогском заливе.

База данных наблюдений Южного научного центра за термохалинной структурой Таганрогского залива является более обширной, самые ранние записи получены в 2001 г., после чего стали проводиться ежесезонные съемки. Получены данные о характере стратификации вод в относительно полноводный период с 2000 по 2010 г., а также об их изменениях в период аридизации климата юга России в последующие годы.

Для анализа изменений структуры циркуляции Азовского моря использованы материалы экспедиций нис “Денеб” Южного научного центра РАН в 2018 и 2019 г. Во время экспедиций впервые для современного маловодного периода бассейна Азовского моря проведены инструментальные измерения объемов вод и скоростей течений, проходящих через Керченский пролив (рис. 1). Для построения схемы поверхностной и придонной циркуляции вод Азовского моря использованы данные экспедиции нис “Денеб” 16–30 июля 2019 г. С помощью доплеровского измерителя течений Workhorse Sentinel ADCP выполнено 69 промеров вертикальной структуры течений (рис. 2, 3).

Рис. 1.

Составляющие течений в северной части Керченского пролива 25–26 ноября 2018 г., 15 апреля и 24 июля 2019 г.

Рис. 2.

Фактическое поле течений на поверхности Азовского моря в векторной форме 16–30 июля 2019 г., направление и скорость ветра представлены схематично.

Рис. 3.

Фактическое поле течений в придонном слое Азовского моря в векторной форме 16–30 июля 2019 г., направление и скорость ветра представлены схематично.

Измерения 25–26 ноября 2018 г. и 15 апреля 2019 г. проведены с помощью буйковой станции Aanderaa RCM 9LW, которая подвешивалась последовательно на нескольких горизонтах на каждой станции измерений. Во время ноябрьской съемки 2018 г. преобладал слабый ветер западной составляющей, и перенос вод через рассмотренный створ на север составил 1920 м³/с. Весной 2019 г. получена более подробная схема циркуляции вод, измерения проводились при сильном (до 14 м/с) ЮЮЗ-ветре, и перенос вод на север достиг 17 100 м³/с [2].

Исследования структуры разнонаправленных течений северной части Керченского пролива 24 июля 2019 г. проведены с помощью Workhorse Sentinel ADCP с дискретностью измерений 0.2 м, полученные результаты являются более точными по сравнению с результатами измерений Aanderaa RCM 9LW. Во время работы над восточной и южной частями акватории Азовского моря господствовал устойчивый малоподвижный антициклон, благодаря чему наблюдался северный ветер с максимальной скоростью 7.3 м/с.

Практически на всем разрезе течения имели южную составляющую. В западной части разреза в придонном горизонте присутствует ядро течения на юг с максимальными скоростями до 6 см/с. Только на двух крайних станциях в восточной части отмечено движение вод на север со скоростью 0–2 см/с. Поверхность раздела между северной и южной компонентой течений соответствует аналогичной поверхности между восточной и западной компонентой, и она заглубляется от горизонта 1–2 м на западе и до 8 м на востоке разреза. Для глубин 0–3 м характерен перенос вод на запад, с максимальными скоростями более 10 см/с в западной части разреза, для придонного слоя – на восток, с максимальной скоростью 8 см/с на востоке разреза. Приблизительная оценка переноса вод на север равна 729 м³/с, на юг – 3988 м³/с.

Усиление черноморской адвекции может приводить к изменению режима течений Азовского моря. Проведем сравнение данных натурных измерений со схемой циркуляции Азовского моря, построенной авторами работы [3] в 2009 г. в период распреснения – т.е. в период ослабленного притока соленых вод из Черного моря. Течения на поверхности практически полностью совпадают с направлением ветра в районе измерений, и только в шести точках течение направлено в противоположную сторону; при доминировании ветров северной составляющей заметно формирование ячеек циркуляции в западной части Таганрогского залива и в Ясенском заливе. Обнаруживается общая закономерность усиления течений у южных берегов.

Гипермелководность впадины моря приводит к тому, что наблюдаемые течения имеют чисто дрейфовую природу с быстрыми изменениями направления и скорости. Поле течений в придонном слое (рис. 3) при этом показывает, что на ряде удаленных от берегов станций наблюдается поворот вектора скорости течений от направления ветра вправо, характерный для экмановского дрейфового течения.

В придонных слоях Темрюкского залива заметны векторы течений противоположного направления относительно поверхности, эти течения направлены от Керченского пролива вдоль береговой линии, они представляют собой заток вод из Черного моря. На станциях, выполненных в районе устья Кубани, отмечена вертикальная стратификация солености: поверхностный слой распреснен до 12.7‰, тогда как придонный заполнен водами с соленостью 15–16‰ и инструментально зафиксированным максимумом 16.3‰ в Темрюкском заливе и 17.1‰ в районе северо-западной оконечности Таманского полуострова. Таким образом, экспериментальными наблюдениями установлено, что осолонение не способствовало усложнению чисто дрейфовой схемы циркуляции моря, за исключением юго-восточного района, где усилились струи соленых вод восточного и северо-восточного направления.

Таганрогский, Темрюкский заливы и Керченский пролив являются зоной смешения вод с разной соленостью, Таганрогский залив обладает наибольшей протяженностью и изменчивостью масштабов и градиентов фронтальных зон температуры и солености. За восемнадцать лет наблюдений отмечена деградация элементов термохалинной структуры вод Таганрогского залива. Если раньше повсеместно встречались струи, вихри, затоки и линзы вод разного происхождения, то сейчас чаще всего наблюдаются две фронтальные зоны [4] – в восточной, приустьевой части залива, отделяющая перемешанные воды залива от пресного стока р. Дон, и в западной – между перемешанными водами и солеными водами Азовского моря.

Наблюдения за изменением солености в аномальный, с точки зрения водности р. Дон, 2018 г., показали, что в периоды высокого стока (1700 м³/с в ст. Раздорской) в Таганрогском заливе формируется приустьевой фронт солености, расположенный в восточной части; центральная часть заполняется перемешанными водами р. Дон и Азовского моря с вихреобразными участками пониженной и повышенной солености, в западной части залива формируется второй фронт солености, разделяющий перемешанные воды залива и соленые воды Азовского моря. При понижении пресного стока (менее 500 м³/с в ст. Раздорской) в первую очередь разрушается второй фронт солености, при этом соленость плавно понижается вплоть до приустьевого фронта; область, заполненная перемешанными водами сокращается, пока не формируется одноступенчатая структура пресных речных вод, состоящая из одного мощного, не обязательно с высокими градиентами, но большой протяженности, фронта солености и области распространения азовоморских вод, площадь которой по состоянию на 2019 г. увеличивается.

На рис. 4 представлены наиболее характерные типы стратификации вод Таганрогского залива от устья р. Дон до косы Долгой (экспедиции 29.06–04.07.2001, 16–24.09.2005 и 20–28.08.2018), либо до Сазальницкой косы (экспедиция 10–12.04.2012). Приведенные типы вертикального распределения солености можно охарактеризовать как “нормальный” который соответствует типу стратификации, при котором изолинии солености расположены последовательно и имеют почти вертикальную форму. “Двухслойный” – при этом типе стратификации в зонах непосредственного контакта пресных речных и соленых морских вод наблюдается слой скачка плотности; в этом случае фронтальная плоскость расположена под очень пологим углом к поверхности воды. “Турбулентный” – соответствует условиям вихреобразного перемешивания, формирования линз пресных (речных), слабосолоноватых и солоноватых вод. “Смешанный” – характеризует случаи, когда наблюдается как линзообразование, так и формирование слоев скачка солености.

Рис. 4.

Осолонение Таганрогского залива с 2001 по 2019 г. Классификация солености вод дана по [5].

Падение стока р. Дон приводит к кардинальному перестроению термохалинной структуры Таганрогского залива. Начиная с 2012 г. в центральной части залива (район Сазальницкой косы) постоянно присутствуют высокосолоноватые (морские) воды; при этом случаев наблюдения “турбулентного” и “смешанного” типов стратификации становится меньше.

Проведенный в работе анализ измерений вертикальной структуры течений Керченского пролива, полей течений Азовского моря, а также наиболее характерных типов стратификации вод Таганрогского залива позволяет сделать вывод о перспективах дальнейшего проникновения черноморских видов животных, характерных для высокосолоноватых (морских) вод в освободившиеся экологические ниши. Если в авандельте р. Дон часто наблюдаются слабосолоноватые и солоноватые воды (до 5–7‰) [5], то в Таганрогском заливе с 2012 г. постоянно присутствуют высокосолоноватые (морские) воды с соленостью более 8‰, и до 13–14‰, что выше зоогеографического порога обитания местной азовоморской фауны.

Серия проведенных измерений показывает исключительную метеозависимость структуры течений через Керченский пролив; величины и скорости могут варьироваться в очень высоких пределах. Оценочные значения притоков вод Черного моря могут быть в 30 раз больше, чем средние расходы р. Дон (400–500 м³/с) при южных ветрах, но структура вод Керченского пролива быстро перестраивается при изменении метеоусловий. Измерения показали, что при усилении южного ветра практически весь измерительный створ шириной 17 км могут заполнять воды северной составляющей течений со скоростями до 30 см/с; однако при северных ветрах обратный перенос вод в Черное море может быть в 5–6 раз выше, нежели в Азовское.

По сравнению с периодом распреснения схема поверхностных и придонных течений моря кардинальных изменений не претерпела. Почти на всей акватории наблюдается чисто дрейфовая схема циркуляции вод. Исключением является юго-восточная часть моря, где активизировались струи затоков черноморских вод; даже в условиях северных ветров в придонном горизонте наблюдаются воды с соленостью 15–17‰ и скорости течений восточного и северо-восточного направлений со скоростями 10–15 см/с.

Проникновение вод Черного моря приводит к формированию подпора высокосолоноватых (морских) вод в Таганрогском заливе и сокращению объема районов перемешивания с речными; в 2019 г. наблюдалась тенденция продвижения таких вод выше по заливу вплоть до 30–40 км от устья р. Дон. На сегодняшний день важной является задача измерения скоростей течений непосредственно в Керченском проливе, который в наиболее узкой части более, чем втрое уже створа измерений нис “Денеб” в 2018–2019 гг. для более точного описания гидрофизического состояния Азовского моря.