Океанология, 2021, T. 61, № 6, стр. 1006-1008

На географическом факультете Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (МГУ) существует традиция проведения зимних экспедиций с участием студентов. На кафедре гидрологии суши одним из приоритетных направлений научной работы на протяжении последних десятилетий является исследование устьевых областей рек (УОР). В 2017 и 2019 гг. было обследовано устье Онеги и малых рек Онежского залива – Кянды и Тамицы, в 2019 г., кроме того, устье Мезени, а в 2020 г. – рек Терского берега: Варзуги, Умбы, Кузреки (рис. 1). Исследовались устья рек различного размера: больших (Онега, Мезень), средних (Умба, Варзуга) и малых (Кянда, Тамица, Кузрека).

Рис. 1.

Места проведения зимних экспедиций: 1 − устья рр. Онеги, Кянды, Тамицы (2017 г.), 2-1 − устья рр. Онеги и Кянды (2019 г.), 2-2 − устье р. Мезени (2019 г.), 3-1 − устья рр. Умбы и Кузреки (2020 г.), 3‑2 − устье р. Варзуги (2020 г.)

Устья Северной Двины, Онеги и Мезени были хорошо изучены еще со второй половины XX в. [4], однако даже для этих крупных рек информации о зимних гидрологических процессах было существенно меньше, чем о процессах в теплое время года. О гидрологии устьев малых и средних рек, особенно в зимний период, до недавнего времени почти ничего известно не было [3]. В связи с этим, для зимних экспедиций было определено два основных направления работы: углубленное исследование отдельных процессов в устьях больших рек и комплексное изучение устьев средних и малых рек.

Материалы и методы. Полевые работы выполнялись в конце января–начале февраля и имели общую продолжительность от 2 до 9 рабочих дней на каждом из объектов. В экспедициях участвовало до 20–25 человек, среди которых помимо студентов, аспирантов и сотрудников кафедры гидрологии суши МГУ были сотрудники Государственного океанографического института им. Н.Н. Зубова (ГОИН), Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО), а также студенты кафедры океанологии МГУ.

Во всех УОР изучались трансформация приливных волн, динамика поля скоростей течения и зоны смешения речных и морских вод, формирование ледяного покрова и его влияние на динамику вод.

В каждой УОР наблюдениями были охвачены три основные зоны: проникновения осолоненных вод, обратных течений и приливных колебаний уровня воды. Колебания уровня воды исследовались на автономных временны́х постах, оборудованных цифровыми гидростатическими регистраторами уровня воды (Keller DCX-22 и Solinst Levelogger LT F15/M5) с интервалом 1–5 мин. Высотные отметки определялись с использованием системы дифференциального спутникового позиционирования (Javad Triumph-VS, Javad Triumph-1 и EFT M4). Наблюдения за температурой и соленостью воды осуществлялись также на автономных постах, суточных станциях и путем гидрологических съемок с использованием стационарных самописцев температуры и солености (StarODDI CTD) и мобильных зондов (YSI 600). Скорости течения на суточных станциях и речные расходы воды измерялись с использованием акустических доплеровских профилографов (RDI RiverRay). Обследование ледяного покрова и измерение глубин выполнялось путем ледомерных съемок. Каждая из характеристик наблюдалась с точной пространственной и временнóй привязкой.

Характеристика объектов. На гидрологический режим устьев рек Белого моря существенно влияют приливы, их величина изменяется от 1 м около устья Северной Двины до 9 м в устье Мезени. Приливы полусуточные, неправильные, асимметричные, с выраженным фазовым неравенством. В Онежском заливе максимальная величина прилива равна 3.2 м, для устья Умбы эта величина равна 2.2 м, самая низкая максимальная величина наблюдается в районе устья Варзуги, где она не превышает 1.8 м. В Мезенском заливе средняя величина сизигийного прилива достигает 8.3 м, квадратурного – 4.9 м [2]. Ледостав на акватории Белого моря формируется с ноября по январь. Преобладает плавучий лед, а у берегов и в вершинах заливов часто образуется припай [1].

Обследованные устья различаются по морфологии и размерам. Русло Мезени плавно переходит в воронкообразный эстуарий (длиной L ~ 40 км). Русло Онеги также имеет устьевое расширение (L ~ 24 км). Устья малых рр. Кянды и Тамицы морфологически похожи на устье Онеги, несмотря на извилистость. УОР Варзуги состоит из устьевого участка реки и эстуария (L ~ 10 км), занимающего затопленное морем речное русло. Через узкий пролив он сообщается с открытым морем. Кузрека образует небольшой воронкообразный эстуарий, впадающий в открытое море. Нижнее течение р. Умбы представляет собой цепь озеровидных расширений, нижнее из которых образует полузамкнутый залив (губа Умба, L ~ 1.9 км, H_макс ~ 14 м), который через два мелководных пролива сообщается с открытым морем.

Предварительные результаты. Специфическое влияние рельефа и льда на гидрологический режим изученных УОР в зимний период может проявляться следующим образом.

На всех объектах: чем больше величина приливов, тем сложнее структура ледяного покрова. При высоте прилива более 3 м появляются навалы льда и связанные с этим явления (стамухи, припай на осушках, ропаки, торосы и др.).

“Ледяная плотина” в эстуарии Мезени (формирующаяся в результате переноса льда мощными реверсивными течениями в 20 км выше устьевого створа [4]) препятствует проникновению осолоненных вод вверх по эстуарию, сокращает протяженность зон обратных течений и приливных колебаний уровня воды.

Внутри эстуария Варзуги приливные осушки и мелководья забиты льдом. Речные и морские водные массы взаимодействуют здесь в гораздо более узком русле, чем при отсутствии ледостава. Ледяной покров также изолирует водную толщу от ветрового перемешивания. В результате в отдельные периоды приливного цикла в эстуарии возникает сильная вертикальная стратификация вод, а иногда появляется и двуслойная циркуляция.

На устьевом взморье Онеги зимой формируется мощный припай. Свободными от него остаются только узкие и извилистые ложбины, идущие по дну залива от устьев рек в сторону моря. Таким образом, эстуарии Онеги, а также Кянды и Тамицы получают продолжение в виде “ледяных русел”, а граница между ними и заливом отодвигается в сторону моря на расстояние от нескольких сотен метров у малых рек до нескольких километров у Онеги. В результате зона смешения речных и морских вод смещается в сторону моря.

Существенное влияние оказывает геоморфологическое строение русла реки на устьевом участке. В устьях Тамицы и Кузреки первые пороги находятся в непосредственной близости от моря. Благодаря им все виды морского воздействия в этих реках ограничены участком 1–2 км от устьевого створа. На реках Онеге, Кянде и Варзуге пороги находятся значительно дальше от моря, и ими лимитируется только дальность проникновения приливных колебаний уровня. В отсутствие припая в районе устьев рек Терского берега дальность проникновения осолоненных вод и колебаний уровня лимитирована перекатами. В частности, на Варзуге при относительно низких приливах в море (не более 1.5 м) дальность проникновения осолоненных вод и обратных течений достигает 8 км, а колебаний уровня – до 20 км (ограничение порогами).

В устье Умбы гидрологический режим определяется наличием полузамкнутой котловины в заливе-эстуарии, большой величиной речного стока и значительными приливами. Опираясь на описание губы Умба [2], собственные натурные наблюдения, а также оценки соотношения объема поступающих пресных вод и объема приливной призмы, авторы предполагают, что зимой при ледоставе здесь могут создаваться условия для появления устойчивой стратификации вод, которая поддерживается притоком морских вод в нижние горизонты и речных вод – в верхние.

Благодарности. Авторы признательны зав. кафедрой гидрологии суши МГУ проф. Н.Л. Фроловой за всестороннюю поддержку, Н.А. Демиденко (ГОИН) и С.В. Лебедевой (Северное У-ГМС) за помощь в организации и выполнении полевых работ, Г.Д. Совершаевой, И.В. Землянову и О.В. Горелиц (ГОИН) за архивные материалы, всем участникам экспедиций за добросовестный труд и хорошую компанию, а также местным жителям за гостеприимство и помощь в работе. Исследование выполнено в рамках Программы развития Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова “Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды”.

Источники финансирования. Экспедиции выполнялись при поддержке кафедры гидрологии суши, Географического факультета МГУ, ГОИН и РФФИ (проекты 16-05-01018; 18-05-60 021 и 19-35-90 032), а также за счет личных средств участников.