Гидрологи и математики Карельского научного центра РАН разработали численную модель вод, льда и экосистем Белого моря. Она позволяет рассматривать различные сценарии трансформации ледового режима под воздействием изменения климата. Модель воспроизводит физические и биохимические процессы во льду, учитывает их многолетнюю динамику и помогает прогнозировать время образования и разрушения льда. Эта информация важна для судоходства, предотвращения загрязнения моря и повышения эффективности использования водных ресурсов.
В последние десятилетия на Белом море лед образуется на неделю позже, а весной начинает разрушаться на неделю раньше. Такие выводы ученые делают благодаря сравнению современных спутниковых снимков с данными 60-70 годов прошлого века. Между тем, зимний режим Белого моря изучен недостаточно, а его понимание, безусловно, важно для эффективного использования водных ресурсов.
Чтобы оценить, как изменяются свойства морского льда в зависимости от внешних условий среды, ученые Карельского научного центра РАН разработали численную модель вод, льда и экосистем Белого моря. Исследование поддержано грантом РНФ № 22-27-20014 (https://rscf.ru/project/22-27-20014/) и Фондом венчурных инвестиций Республики Карелия.
Основным исполнителем работы стал Илья Чернов, старший научный сотрудник лаборатории моделирования природно-технических систем Института прикладных математических исследований КарНЦ РАН. Он модифицировал известную физическую модель термодинамики Арктики FEMAO (автор Н.Г. Яковлев, ИВМ РАН, г. Москва) и адаптировал ее под условия Белого моря.
Для настройки модели использовался широкий спектр данных: содержание биогенных и загрязняющих веществ, одноклеточных водорослей и других организмов во льду. Образцы льда и воды были получены в ходе экспедиций на Беломорской биологической станции ЗИН РАН на мысе Картеш в Кандалакшском заливе и при исследовании устьевой области реки Кемь. Помимо карельских ученых в работах также принимали участие специалисты биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и Санкт-Петербургского филиала Института океанологии РАН.
В устьевой зоне реки Кемь были собраны пробы трех типов льда — речного, морского и льда из переходной зоны (река-море): они сильно отличаются друг от друга по физическим и химическим свойствам.
— Зона смешения морской и пресной воды называется областью лавинной седиментации. Большая часть осадков твердых веществ в речном потоке оседают на границе реки и моря, часть из них уносится дальше, в том числе и загрязнители: тяжелые металлы и нефтепродукты. Модель позволяет отследить, как эти вещества переносятся с приливо-отливными течениями. Примерно так же ведет себя и лед. Он состоит из льдин, которые переносятся течениями. С помощью модели можно оценить так называемый ледовый разнос, — пояснил Алексей Толстиков, руководитель исследования, старший научный сотрудник лаборатории географии и гидрологии Института водных проблем Севера КарНЦ РАН.
Участники экспедиции: Алексей Толстиков, Роман Здоровеннов, Егор Благодатских, Алексей Зимин
Ученые проверили, согласуются ли данные моделирования со спутниковыми данными и результатами прямых измерений физических, биологических и химических параметров во льду. Установлено, что модель достаточно точно воспроизводит время образования льда и его разрушения, сплоченность ледяного покрова Белого моря.
Другой рабочий инструмент — одномерная модель столба воды, подходящая для акваторий без сильных течений. Разработано руководство пользователя этой моделью, и поэтому ее можно использовать не только для Белого моря, но и для других водоемов, в том числе пресноводных. Настроив параметры, можно рассчитать биогеохимические процессы для конкретного района водного объекта. Таким образом, модели могут стать инструментом для практических и прогностических задач. Например, по заданным показателям можно будет найти участок акватории для разведения марикультуры, — рассказал Алексей Толстиков.
Полученные численные модели воспроизводят физические и биохимические процессы во льду, учитывают их многолетнюю динамику и помогают прогнозировать время образования и разрушения льда. Эта информация важна для судоходства, решения вопросов защиты морских конструкций в зимнее время, предотвращения процессов загрязнения акватории и повышения эффективности использования ресурсов моря.
— Мы получили инструмент для ответа на вопросы: что будет, если усилится поступление определенных веществ в Белое море, и как это отразится на ледяном покрове. Что будет происходить, если продолжится потепление климата? Будет ли это критично для конкретного участка акватории или экосистема справится с изменениями, — подытожил исследователь.
Фото: А. Толстиков, А. Зимин, В. Швецова
Информация и фото предоставлены Службой научных коммуникаций КарНЦ РАН