Океанология, 2022, T. 62, № 2, стр. 309-314

ВВЕДЕНИЕ

Как отмечено в [1], моделирование рельефа дна, с некоторой долей условности, можно разделить на две группы – создание генеральных моделей рельефа дна крупных акваторий в условиях резкого дефицита пространственно-координированных отметок глубины и детальные исследования рельефа дна небольших по площади участков с достаточным количеством данных. Генеральные модели рельефа дна должны являться основой для определения таких “ключевых” участков шельфа, представляющих интерес для дальнейшего подробного изучения с целью решения конкретных практических задач.

Так, например, рельеф морского дна является важным фактором распространения различных донных сообществ. При этом известно, что на небольших глубинах (в пределах 200 м) глубина сама по себе (как гидростатическое давление) оказывает слабое влияние на бентос, но, тем не менее, факторы, определяющие распределение бентоса, в значительной степени коррелируют с глубиной и мезорельефом дна. Последний, в ряде случаев, отвечает за мозаичность сообществ на заданной глубине.

В течение ряда последних лет Институтом океанологии им. П. П. Ширшова РАН в рамках комплексной прибрежно-морской экспедиции “Черное море” проводится систематическое изучение и мониторинг донных сообществ на двух “ключевых” полигонах детальных исследований – к югу от м. Малый Утриш и к югу от Голубой бухты на глубинах 80–200 м [2]. В районе м. Малый Утриш донные осадки представлены алевритово-пелитовыми илами. Здесь наблюдается обнажение древних осадков с высокой долей ракуши (преимущественно Dreissena spp., обитавшая в данном районе более 7 тыс. лет назад), а среди современных организмов доминирующую роль играют двустворчатые моллюски Modiolula phaseolina. На траверзе Голубой бухты осадки обеднены ракушечным материалом, в котором отмечались исключительно современные виды, а основными доминантами макрозообентоса были полихеты Melinna palmata.

Было выдвинуто предположение, что такая разница в распространении донных сообществ обусловлена различиями в геоморфологическом строении морского дна. Район Утриша, выдающийся в море – часть полуострова Абрау, здесь шельф имеет большую протяженность, чем в районе Голубой бухты. В области мысов течения обычно более сильные, что способствует вымыванию легких фракций и приводит к заглублению зоны песков на большие глубины, чем в районе вогнутого берега [3]. Однако детальных батиметрических карт этого района найти не удалось, а данные о глубине, полученные с помощью судового однолучевого эхолота в точках отбора проб грунта показали существенные расхождения с навигационными картами и данными батиметрических моделей. Указанный факт послужил причиной для проведения подробных промерных исследований двух указанных районов и построения цифровых батиметрических моделей и карт районов работ, включающих участки материковой отмели, бровки шельфа и материкового склона.

РАЙОН РАБОТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Батиметрические исследования проводились на двух выбранных ранее полигонах вблизи бровки шельфа: южнее м. Малый Утриш и Голубой бухты. Карта района работ представлена на рис. 1.

Рис. 1.

Карта района работ, полигоны детальных исследований показаны красным цветом.

Все работы производились с принадлежащего Южному отделению ИО РАН научно-исследовательского судна “Ашамба”.

Основными приборами, использовавшимися при работе, являлись:

– многолучевой эхолот WASSP WMB-3250,

– блок компенсации крен-дифферента и вертикальных перемещений судна Seatex MRU-Z,

– спутниковый компас Furuno SC-30.

Многолучевой эхолот WASSP WMB-3250 (производство WASSP Limited, Новая Зеландия) является законченной системой получения данных о батиметрии и водной толще для глубин до 300 м. Точность измерений эхолота соответствует международному гидрографическому стандарту IHO Order 1a, он совместим с профессиональным гидрографическим программным обеспечением Hypack, Qinsy и т.д. Многолучевой эхолот состоит из блока приема-передачи BTxR, процессора и приемо-передающей антенны. Для управления системой и регистрации данных используется портативный компьютер. Основные технические характеристики эхолота приведены в табл. 1.

Набортный блок-компенсатор Seatex MRU-Z (производство Kongsberg Seatex, Норвегия) позволяет вводить поправки в многолучевой эхолот за вертикальные перемещения, а также крен-дифферент судна с точностью до 0.5 градуса. Спутниковый компас Furuno SC-30 представляет собой комбинированное устройство, сочетающее возможности компаса, датчика угловых перемещений судна и GPS-навигатора.

Схема крепления многолучевого эхолота WASSP WMB-3250 была адаптирована к условиям судна ранее [4]. Излучатель прибора устанавливался на специальную штангу, обеспечивая заглубление приемо – передающей антенны на глубину около 0.7 м на расстоянии 0.5 метра от борта судна, что позволяло получать информацию с двух бортов одновременно. Блок компенсации качки и крена – дифферента устанавливался на главной палубе рядом с местом крепления штанги, антенна спутникового компаса была установлена над носовой рубкой.

Методика работы с батиметрическим комплексом предусматривала движение судна по исследовательским профилям с одновременной записью данных многолучевого эхолота на твердый носитель и выводом текущего изображения на экраны соответствующих мониторов. На экраны монитора при этом выводились окна контроля движения по исследовательским галсам и информации по батиметрии в полосе захвата эхолота. В процессе работы в реальном времени фиксировались все представляющие интерес формы рельефа, при последующей обработке осуществлялась их полная пространственная и временнáя привязка.

Скорость движения судна составляла величину порядка 4–5 узлов и ограничивалась, в первую очередь, механическими параметрами крепления штанги к борту судна. Указанные в характеристиках многолучевого эхолота (табл. 1) величины “Диапазон глубин воды”, “Полоса покрытия” и “Угол покрытия” являются взаимосвязанными, и на практике при максимальной рабочей глубине около 300 метров эффективная отображаемая полоса дна составляла порядка одной глубины, то есть около 300 метров. При минимальных глубинах акватории угол покрытия увеличивался, что приводило к возможности получать батиметрические данные с двух бортов в диапазоне до 3 глубин. Для построения и контроля прохождения исследовательских галсов, сбора и обработки батиметрических данных использовалась программа Hypack.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Как указывалось ранее, работы производились на двух исследовательских полигонах (рис. 1). На полигоне южнее Голубой бухты общая длина пройденных галсов составила более 30 морских миль, на полигоне к югу от м. Малый Утриш – около 25 миль. Таким образом, общий объем выполненных батиметрических исследований составил около 60 морских миль. Расстояние между профилями выбиралось с таким расчетом, чтобы при реальной полосе покрытия эхолота обеспечить полное площадное перекрытие заданных форм участков.

После обработки полученных при промере данных были построены цифровые батиметрические модели и карты районов работ (рис. 2). В пределах наших исследовательских полигонов выделяются участки материковой отмели, бровки шельфа и материкового склона.

Рис. 2.

Батиметрические карты районов исследований. a) – Полигон на траверзе Голубой бухты, изобаты через 10 м; б) – полигон, располагавшийся к югу от мыса Малый Утриш.

Ширина шельфа на траверзе Голубой бухты составляет 5–6 км, на полигоне южнее м. Малый Утриш – более 10 километров. Материковая отмель на полигонах представляет собой относительно выровненную поверхность. Бровка шельфа на траверзе м. Малый Утриш в плане представляет собой изгиб, выпуклой стороной обращенный в сторону моря, на полигоне южнее Голубой бухты эта кромка более прямолинейная.

На участке материкового склона на полигонах выделяются выступы различной величины. Их вершинные поверхности представлены тектонически расчлененным рельефом, по ряду морфологических признаков есть основание предполагать, что выступы представляют собой относительно крупные оползневые блоки или, возможно, сбросы [5]. Помимо этого, склон осложнен мелкими врезами, узкими ступенями и небольшими уступами.

Помимо карт глубин, на полигоне “Малый Утриш” была построена карта углов наклона рельефа (рис. 3), что позволило выявить до 5-ти террасовых поверхностей в верхней части материкового склона. Они располагаются в интервале глубин 115–300 м, ограничивающие их уступы имеют углы наклона до 45 градусов. Вероятно, их формирование происходило вследствие регрессивно-трансгрессивных колебаний уровня Черного моря [6]. Эти события неоднократно повторялись в плейстоцене и соответствовали этапам осушения и затопления шельфа [7].

Рис. 3.

Карта углов наклона рельефа на полигоне южнее Малого Утриша.

В настоящее время существует несколько цифровых моделей рельефа морского дна. Самая известная из них – Генеральная батиметрическая карта океанов (ГЕБКО), охватывающая весь Мировой океан. В 2003 г. было заявлено о переходе к цифровой эпохе составления ГЕБКО, карты 5-го издания были оцифрованы и представлены в виде цифрового Атласа. Следует отметить, что детальность карт непрерывно повышается, последняя версия ГЕБКО является цифровой моделью рельефа, где значение глубины вычислено для каждой ячейки размером 15 дуговых секунд [8]. Для некоторых районов, в основном в пределах экономических зон, уже имеются цифровые модели рельефа (ЦМР) с большой детальностью, так, для районов вокруг Австралии создана ЦМР с ячейкой 50 м.

Для определения степени достоверности имеющихся данных ГЕБКО [8] в пределах я акватории было проведено сравнение полученных батиметрических данных с модельными данными на полигоне Утриш. Полученная карта расхождений глубин показывает значительное и абсолютно недопустимое для выполнения поставленных при выполнении работ задач несоответствие модельных данных ГЕБКО реальному рельефу морского дна. В особенности это относится к участкам вблизи бровки шельфа, где отличия достигают почти 150 метров (рис. 4).

Рис. 4.

Карта расхождений глубин по модельным и измеренным данным на полигоне “Утриш”.

Полученные данные о глубинах сопоставлены с наиболее крупномасштабными (из доступных для района исследований) навигационными картами УНиО МО РФ масштаба 1 : 100 000 и электронными навигационными картами C-Map. Сравнение с этими картами показало существенные расхождения, составлявшие десятки метров. Такие различия связаны с тем, что для построения навигационных карт в качестве базы данных в подавляющем большинстве случаев были использованы данные однолучевых промеров с редкой сеткой исследовательских галсов и последующей аппроксимацией при недостаточном навигационном обеспечении.

Таким образом, для определения профиля дна на небольших по размерам полигонах с высоким пространственным разрешением представляется абсолютно необходимым проведение предварительных детальных исследований с помощью высокочастотного геофизического оборудования – многолучевых эхолотов или интерферометров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Авторами выполнены детальные батиметрические исследования двух полигонов на шельфе Черного моря в районе Голубой бухты и мыса Малый Утриш. Построены цифровые батиметрические карты полигонов, описаны особенности строения рельефа морского дна указанных районов. Полученные данные о глубинах позволят уточнить закономерности распространения донных сообществ в зависимости от различий в положении кромки шельфа двух исследованных районов.

Выполненные работы подтвердили, что проведение детальных батиметрических промеров является необходимой процедурой перед проведением любых научных исследований, так как имеющиеся в настоящее время в свободном доступе навигационные карты и генеральные модели рельефа морского дна не обеспечивают необходимой точности измерений и могут использоваться только для предварительного выбора районов работ.

Авторы выражают благодарность экипажу НИС “Ашамба” за помощь в проведении работ. Исследования выполнялись в рамках темы Государственного задания ИО РАН № 0128-2021-0005 при поддержке гранта РФФИ и Министерства образования Краснодарского края № 19-45-230 012.