Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 496, № 1, стр. 101-105

Воды вокруг Антарктики являются важнейшим климатообразующим фактором планетарного масштаба. Они играют ключевую роль в распределении тепла и в вентиляции придонных и промежуточных вод Мирового океана [1]. Вблизи антарктического шельфа сосредоточены высокопродуктивные районы, часто ассоциирующиеся с фронтальными зонами [2]. Одной из таких зон является пролив Брансфилда (рис. 1).

Рис. 1.

Район работ в проливе Брансфилда. 1 – станции 2020 г; 2 – Фронт пролива Брансфилда; 3 – Фронт шельфа Антарктического полуострова; 4 – Схема поверхностных течений в проливе. Схемы течений и фронтов в проливе даны по данным [3, 4].

Выполненные ранее исследования [3–6] показывают, что распределения температуры и солености здесь отражают процессы распространения вод из морей Уэдделла и Беллинсгаузена, а также их перемешивания между собой и с водой шельфовых районов Южных Шетландских островов и Антарктического полуострова. В результате в проливе происходит формирование двух основных водных масс: теплой и относительно пресной (0.5–3.0°C и 33.1–33.9 епс в летний период) Транзитной Воды моря Беллинсгаузена (ТВБ), а также холодной и соленой (обычно с отрицательными температурами и соленостью 34.1–34.6 епс в летний период) Транзитной Воды моря Уэдделла (ТВУ) [5]. Глубинная Вода пролива Брансфилда (ГВБ) – результат изопикнического смешения глубинных вод моря Уэдделла, а также зимней и летней воды из шельфовых областей, является еще одной водной массой, обычно залегающей под ТВУ [3]. Верхней границей ее распространения считаются значения потенциальной температуры –1.0°C и солености 34.5 епс [5]. В проливе Брансфилда отмечаются периодические затоки Глубинной воды АЦТ через пролив Бойда, что приводит к появлению воды с Θ > 0°С и S > 34.5 епс в диапазоне глубин 200–500 м [3–5].

В проливе наблюдаются два относительно стационарных фронта: фронт пролива Брансфилда и фронт на бровке шельфа Антарктического полуострова [2, 4]. Первый ассоциируется с течением пролива Брансфилда и разделяет ТВБ и ТВУ в диапазоне глубин 100–500 м. Само течение Брансфилда образует узкую (до 20 км) струю ТВБ, распространяющуюся на северо-восток вдоль северной границы пролива [4, 7]. Второй фронт занимает водную толщу от поверхности до глубины около 100 м. Он отделяет ТВУ, огибающую остров Жуэнвиль и втекающую в пролив с востока, а также через пролив Антарктика. Дальнейшее распространение этих вод происходит вдоль Антарктического полуострова на юго-запад. Летом южного полушария фронтальный раздел на поверхности хорошо маркирует изотерма 1.0°C [5].

В январе 2020 г. в 79 рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш” через пролив Брансфилда был выполнен поперечный разрез из 9 станций, расстояние между которыми варьировалось от 1.5 до 12 миль (рис. 1). На станциях выполнялись CTD-зондирования зондом SBE 911 и измерения течений профилографом (LADCP) Teledyne RDI Workhorse Monitor 300 кГц от поверхности до дна. При обработке были удалены приливные течения по модели TPXO 9 [8].

В распределении температуры в верхней части водной толщи до глубин 30–40 м выделяется слой теплой (1.5–1.9°С) воды, внутри которого находится линза с максимальными измеренными на разрезе значениями температуры (2.77°С). Изотермы имеют наклон, заглубляясь в северо-западном направлении. Вблизи континентального склона они расположены почти вертикально, обозначая фронт пролива Брансфилда. Здесь в диапазоне глубин 250–450 м залегает глубинная вода южной ветви АЦТ с температурой 0.00–0.26°С и соленостью 34.50–34.54 епс. В центральной части разреза на склоне Антарктического полуострова присутствует масса воды с температурой от –0.76 до –0.90°С и максимальными значениями солености, наблюдаемыми в данном районе (34.55–34.56 епс). Эту воду можно классифицировать как воду, источником которой является восточная часть пролива Брансфилда в диапазоне глубин 700–1000 м [3]. Стратификация в проливе осложняется также наличием вихревой структуры в глубоководной его части на расстоянии 20–40 км от начала разреза (рис. 2а и 2б).

Рис. 2.

Распределение потенциальной температуры (°С), (а) и солености (епс), (б) на разрезе (рис. 1) в проливе Брансфилда. Здесь и на рис. 3 данные показаны в различном масштабе для верхнего 500-метрового слоя и для глубоководной части (500–1500 м).

В вертикальной динамической структуре пролива, представленной на рис. 3, четко прослеживается течение пролива Брансфилда, охватывающее водную толщу вблизи склона Южных Шетландских островов до глубин около 650 м. Скорости в его ядре составляют от 0.2 до 0.5 м/с. Максимальное значение зафиксировано около поверхности и составило 0.57 м/с. Над бровкой шельфа Антарктического полуострова отмечается течение, направленное на юго-восток и переносящее воду моря Уэдделла со скоростью до 0.13 м/с в ядре. При этом течение непосредственно над шельфом имеет северо-восточное направление, а его скорости составляют 0.05–0.19 м/с. На склоне полуострова в диапазоне глубин 350–630 м наблюдается еще одна струя юго-восточного направления, однако скорость течения здесь меньше и составляет от 0.01 до 0.04 м/с.

Рис. 3.

Распределение скорости течения (м/с) поперек разреза (рис. 1). Направление на северо-восток имеет положительные значения.

Общий расход течения, направленного на северо-восток, по данным натурных наблюдений составляет 5.03 Св. Расход считался от станции 6587 до станции 6595. Нижней границей служили данные батиметрии, полученные судовым эхолотом при выполнении разреза. Общая расчетная площадь составила 78.9 км². Расход течения пролива Брансфилда равен 1.27 Св. Границу течения Брансфилда мы определяем по резкому наклону изолиний скорости течений между станциями 6590–6591 (около 62°39′ ю.ш., 59°25′ з.д). Течение на юго-запад сконцентрировано в двух узких струях над бровкой шельфа (–0.31 Св) и у склона (–0.18 Св) Антарктического полуострова. Значение суммарного расхода через разрез значительно превышает результаты, полученные в [7] погружным профилографом течений (0.8 Св) и динамическим методом (0.7 Св) в данном районе. Расход течения Брансфилда также превышает значения, полученные авторами [9] в западной части пролива (0.5 Св), но хорошо согласуется с оценкой 1 Св в центральной и восточной частях пролива [10]. Различия в расходах в 2005 и в 2020 г. объясняются сильной изменчивостью течения между измерениями, выполненными в разное время. В ноябре 2005 г. изолиния скорости течения 0.1 м/с находилась на глубине 250 м. Изолиния нулевой скорости фиксировалась на горизонте 800 м. В январе 2020 г. изолиния скорости 0.1 м достигала глубин 800 м. Глубже 800 м находились ядра течения со скоростями около 0.1 м/с. Ядро течения в 2020 г. залегало глубже и стало шире. Таким образом, обнаруживается изменчивость потока в разные годы и месяцы измерений и его усиление в январе 2020 г.

В целом результаты наблюдений в центральной части пролива Брансфилда в 2020 г. показали, что значительная часть водной толщи двигалась в северо-восточном направлении. Течение на юго-запад было на порядок менее интенсивно (–0.49 Св). Расход течения Брансфилда – одного из основных компонентов динамической системы пролива – составил 25% от общего расхода. Остальной перенос (около 75%) осуществляется с небольшими скоростями между струей течения Брансфилда и двумя струями, направленными на юго-запад. Измерения также не выявили наличия антициклонических вихрей на поверхности в области оси канала, описанных в [4].