Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 492, № 2, стр. 99-104

ВВЕДЕНИЕ

Карское море, частично ограниченное архипелагом Новая Земля, является наиболее опресненным из всех Арктических морей России; содержание пресных вод в его поверхностных водах может достигать более 40% [1]. Глобальным источником опреснения вод Карского моря является сток крупных сибирских рек – Оби и Енисея [2]. Двухкомпонентное смешение речных вод, поступающих с материковым стоком, с модифицированными атлантическими водами Баренцевоморского происхождения прослеживается от эстуариев рек вплоть до центральной части моря [1, 3, 4]. Кроме речного стока, к постоянным источникам опреснения Карского моря можно отнести региональные атмосферные осадки [4] и атмосферные осадки высоких широт, присутствие которых установлено в слабо опресненных придонных водах заливов Северного острова, изученных нами ранее [5].

По мере удаления от континента и с приближением к берегам Новой Земли, к процессам опреснения вод Карского моря подключаются локальные источники опреснения – сезонные водотоки и талая вода ледников, поступающие с берегов архипелага [5]. Для Северного острова главными локальными источниками опреснения являются талые воды ледников и, в меньшей степени, летние атмосферные осадки [7]. Поскольку характерной чертой Южного острова является отсутствие горного и покровного оледенения [8], то можно ожидать, что основной вклад в локальный сток с Южного острова будут вносить только сезонные атмосферные осадки.

Поскольку Новоземельское течение распространяется вдоль всего Восточного побережья архипелага с севера на юг [6], можно предполагать, что источники опреснения вод заливов Северного и Южного островов являются общими. Однако их вклад и пространственное распределение в толще вод заливов разных островов могут оказаться разными. Цель настоящей работы состоит в установлении источников опресняющих компонентов и специфики их пространственного распределения в водной толще заливов Южного острова архипелага Новая Земля. Методом исследований выбрана изотопная геохимия кислорода и водорода, информативная в изучении процессов опреснения морских вод [9, 10], а объектом исследования – воды заливов Абросимова и Степового.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материал для исследований был отобран во время рейсов “Профессор Штокман” (2014 г.) и “Академик Мстислав Келдыш” (2015 г.) в Карское море в вертикальных профилях станций, расположенных непосредственно в заливах и на выходе из них в открытое море (рис. 1). В заливе Степового пробы отобраны на 6 станциях приблизительно через каждые 10 м (ст. 5258 и 5260 в 2015 г. и ст. 128-60, -61, -62, -65 в 2014 г., см. рис. 1). В заливе Абросимова пробы отобраны на 5 станциях (ст. 5262 в 2015 г. и ст. 128-66, -67, -68, -69 в 2014 г., рис. 1), средний интервал отбора проб составил ≈5 м. Отбор проб проведен батометрами комплекса SBE 32, при отборе измерялись температура и соленость вод с применением CTD-зонда SBE-19plus.

Рис. 1.

Расположение станций, на которых отобраны пробы в заливах Южного острова Новой Земли: Абросимова (а), Степового (б).

Изотопный анализ кислорода выполнен методом CF IRMS на масс-спектрометре DELTA V+ (“Thermo”, Германия) с периферийным устройством GasBench II. Изотопный анализ водорода выполнен методом восстановления проб воды на горячем хроме (H/Device) с последующим анализом на масс-спектрометре DELTAplus (“Thermo”, Германия). Величины δD и δ¹⁸O водных образцов откалиброваны в шкале “V-SMOW – V-SLAP” с использованием соответствующих международных стандартов. Точность определения величин δ¹⁸O и δD составила ±0.05 и ±0.3‰ соответственно.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАЛИВОВ

Заливы Степового и Абросимова расположены на восточном берегу Южного острова архипелага Новая Земля. Залив Степового находится в 70 км севернее залива Абросимова и представляет собой бухту, протянувшуюся вглубь острова в северо-западном направлении на 11 км и имеющую максимальную ширину 1.8 км у входа (рис. 1а). В заливе выделяются два бассейна: внутренний, более глубокий (до 60 м) и центральный (глубина 35–45 м). Между собой бассейны разделены небольшим порогом, поднимающимся до глубины 25 м. Такой же порог отделяет центральный бассейн залива от открытого моря. В залив Степового разгружается множество небольших ручьев и река Степового. Залив Абросимова (рис. 1б) вдается в берег Южного острова на 6 км и в самой широкой части имеет ширину 2 км. В западной части залив разделяется на две губы, северную и южную. Залив мелководен (средние глубины ≈10 м), в открытой части глубина достигает ≈20 м. В залив Абросимова разгружается большое количество мелких ручьев и река Абросимова [11].

РЕЗУЛЬТАТЫ

По сравнению с североатлантическими водами, циркулирующими в Баренцевом и Карском морях (S ≈ 34.90 е.п.с., Дубинина и др., 2017 а, б), воды изученных станций опреснены на всех опробованных глубинах, и в среднем соленость вод заливов на всех изученных глубинах составила 32 ± 4.2 е.п.с. Максимальная соленость (34.58 е.п.с.) отмечена в водах станции 128-69, расположенной на максимальном удалении от берегов залива Абросимова в сторону моря (отбор 2014 г.). Минимальная соленость (26.85 е.п.с.) отмечена в водах станций 5258 и 5260 в заливе Степового (отбор 2015 г.). В обоих заливах наибольшему опреснению подвергнуты воды поверхностного слоя, в придонных водах соленость достигает величин 33 е.п.с. и более.

Поведение величин δ¹⁸O и δD аналогично поведению солености. Самые низкие величины δ¹⁸O и δD отмечаются в наиболее опресненных водах поверхностного слоя в заливе Степового (2015 г.) и составляют –2.8‰ и –21.5‰ соответственно. В заливе Абросимова в том же году сильного опреснения не наблюдалось, и величины δ¹⁸O и δD в водах поверхностного слоя составляли –0.13‰ и –1.90‰ соответственно. В 2014 г. воды обоих изученных заливов также не были сильно опреснены, и величины δ¹⁸O и δD варьировали в узких интервалах –0.8…–0.2‰ и –6…–3‰ соответственно. Максимальные величины δ¹⁸O и δD отмечены в придонных водах залива Абросимова (2015 г.): +0.27‰ и –1.59‰ соответственно. Таким образом, интервал вариаций δ¹⁸О и δD для залива Степового составил –2.82…+0.12‰ и ‒21.5…–2.4‰ соответственно (35 проб). Для залива Абросимова интервал вариаций δ¹⁸О и δD составил –0.88…+0.27‰ и –6.9…–0.4‰ соответственно (23 пробы).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В данной работе при анализе связи “изотопный состав–соленость” нами используется величина δD, которая измерена с более высокой относительной точностью, чем величина δ¹⁸О, традиционно применяемая в океанологических исследованиях [1, 3, 9]. Для идентификации опресняющих компонентов был использован подход, основанный на анализе данных относительно расчетных линий, каждая из которых отвечает в координатах “δD-S” смешению одного из пресных компонентов с водами атлантического происхождения [5]. На рис. 2а и 2б показаны линии смешения для всех потенциальных источников опреснения, изотопные параметры которых были взяты согласно опубликованным ранее данным [4, 5].

Рис. 2.

Данные, полученные для вод станций, расположенных в заливах Южного острова Новой Земли (а) и удаленных в Карское море (б) в координатах δD-S. Черные маркеры – станции в заливе Степового, серые маркеры – станции в заливе Абросимова. Линии 1, 2, 3 – смешение морского компонента атлантического происхождения с водами Оби, Енисея и региональных атмосферных осадков соответственно. Пунктиром обозначены линии смешения морского компонента с талым льдом соответствующей реки. Серая – смешение морских вод с летними атмосферными осадками, выпадающими в районе Новой Земли.

При определенных ветровых условиях возможно распространение в западном направлении не только эстуарных вод Оби и Енисея, но и речного льда [2]. Изотопные характеристики эстуарных вод Оби и Енисея были установлены ранее путем экстраполяции на нулевую соленость данных для вод из центра Карского моря [4]. Изотопные параметры речного льда рассчитаны с использованием соответствующих коэффициентов фракционирования изотопов кислорода и водорода в системе вода–лед (α(D) = 1.0211; α(¹⁸О) = = 1.0029 [12]).

Пресные воды, поступающие с берегов Новой Земли в летний сезон, когда производился отбор проб, могут быть представлены талыми ледниковыми водами и летними атмосферными осадками. На Северном острове в стоке с архипелага доминируют воды ледников, и лишь небольшой вклад вносят летние атмосферные осадки (до 25% [7]). На Южном острове главным источником питания локальных водотоков являются локальные атмосферные осадки. Интервал величин δ¹⁸O и δD в атмосферных осадках, выпадающих над изучаемым районом, был оценен по базе данных GNIP [13]. Поскольку основным источником летних атмосферных осадков над Новой Землей являются атлантические воздушные массы, проходящие над северной и центральной Европой, Скандинавией, Шпицбергеном и частично Исландией [7], мы использовали данные для станций наблюдения Ню-Олесунн (Шпицберген), Рейкьявик (Исландия) и Амдерма (побережье Карского моря). Полученный интервал, по нашему мнению, должен характеризовать как локальный сток с Южного острова, так и атмосферные осадки, выпадающие летом в районе Новой Земли. 

Данные, полученные для вод заливов Южного острова, на рис. 2а формируют две группы точек, одна из которых расположена в области солености 31–32 е.п.с. (группа I), а другая – в области 32–34.5 е.п.с. (группа II). К группе I относятся воды с небольших глубин, на которых находятся, как правило, воды верхнего перемешанного слоя: до 13–17 м на станциях 128-67 и 128-66 в заливе Абросимова и до 20 м на станциях 128-60, 128-61, 128-62 в заливе Степового. Относительно расчетных линий смешения группа точек I расположена в поле смешения морских вод с летними атмосферными осадками, выпадающими над архипелагом. Этот пресный компонент может поступать в верхние горизонты вод заливов как с локальным стоком с Южного острова, так и непосредственно в виде атмосферных осадков. Вклад атмосферного компонента в поверхностные воды заливов составляет 8–15%.

Группу II составляют точки вод, отобранных с глубин более 20 м на станциях 5258, 5260 в заливе Степового и 5262 в заливе Абросимова (2015 г.) и на станциях 128-60, 128-61 и 128-62 в заливе Степового (2014 г.). Относительно расчетных линий смешения, эта группа точек расположена в области, характерной для смешения атлантических вод с пресным компонентом континентального происхождения – эстуарными водами Енисея, Оби, талым речным льдом. Общий вклад пресного компонента в водах этой группы составляет 2–5%. Наиболее вероятно, что данные воды поступают в заливы Южного острова за счет циркуляции вод Карского моря, которые глобально опреснены речным континентальным стоком примерно в той же степени [1]. С уменьшением солености в водах этой группы прослеживается нарастающее влияние локального атмосферного компонента.

Эту общую тенденцию демонстрируют воды станций, расположенных на выходе из заливов (ст. 128-65, 128-68 и 128-69). Линии изменения величин δD с глубиной для этих станций рассмотрены на рис. 2б. Для вод всех станций наблюдается однотипное распределение роли опресняющих компонентов с возрастанием глубины. В поверхностном слое опреснение происходит за счет локальных атмосферных осадков, однако в более глубоких водах нарастает влияние удаленных источников опреснения – речного стока и регионального атмосферного компонента.

В отличие от Северного острова, для подгалоклинных вод заливов Южного острова не установлено присутствие атмосферного компонента, присущего, предположительно, водам полярного течения, которые могут поступать к Новой Земле из более высоких широт через желоба Св. Анны и Воронина [5]. Придонные воды заливов Южного острова опреснены компонентами континентального стока (эстуарные воды Оби и Енисея, речной лед), которые попадают в их акватории с Восточным Новоземельским течением, переносящим опресненные материковым стоком воды Карского моря вдоль берегов Новой Земли в направлении с севера на юг [6, 15]. Присутствия речных вод в виде поверхностных плюмов на Южном острове не отмечается, что отличает их от заливов Северного острова, где, например, было установлено присутствие поверхностного плюма эстуарных вод Оби в заливе Седова в 2015 г. [5]. В принципе, такое распространение речных плюмов к Южному острову нельзя исключить, например, за счет того же Новоземельского течения, однако наши наблюдения 2014–2015 гг. это не подтверждают.

Отсутствие вклада ледникового компонента в локальном стоке с архипелага определяет специфику изотопных характеристик поверхностных вод заливов Южного острова. В заливах Степового и Абросимова наблюдается опреснение исключительно летним локальным атмосферным компонентом, который может опреснять поверхностные воды заливов как путем непосредственной разгрузки летних осадков над акваториями, так путем стока с архипелага.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Акватории заливов Южного острова Новой Земли, так же, как и Северного острова, опреснены водами, поступающими как из локальных, так и удаленных источников. Вклад и степень участия этих источников различен для поверхностных и подгалоклинных вод заливов Южного острова. Основная специфика поверхностных вод заливов Степового и Абросимова состоит в отсутствии в них таких компонентов, как ледниковый сток и речные плюмы, главным опресняющим компонентом в них являются летние атмосферные осадки, формирующие сток с архипелага. Подгалоклинные воды заливов Южного острова опреснены компонентами континентального стока, поступающего к берегам архипелага с водами Карского моря, глобально опресненными эстуарными водами Енисея, Оби и талым речным льдом.