Балтийское море

Крайне редко происходят наиболее мощные затоки, обеспечивающие транзит североморских вод в виде придонного течения в Центральный бассейн - тип III.

Преимущественное распространение североморских вод на глубинах до 130 м позволяет исследователям в вертикальной структуре вод выделить так называемый активный глубинный слой, ограниченный снизу вторичным галоклином или простирающийся до дна. В отличие от инертного придонного слоя глубоководных впадин, обновляющегося лишь при сильных вторжениях североморских вод (тип III), в активный глубинный слой притоки различной интенсивности поступают практически ежегодно.

Вследствие этого в придонном слое южных впадин моря (в том числе и в исследуемом регионе) в количестве кислорода наблюдаются значительные колебания, поскольку из-за близости к Датским проливам даже слабые затоки североморских вод могут (тип I) увеличивать придонное содержание кислорода в период стагнации; другое дело, что такое увеличение бывает кратковременным, содержание кислорода вскоре падает до близких к нулю величин [2]*. Следует заметить, что некоторые авторы [5, 11]* высказывают несколько иные мнения.

Сезонная изменчивость содержания кислорода в Балтийском море изучена достаточно хорошо. Тем не менее, для Гданьской котловины имеются только данные сезонных съемок за ограниченный ряд лет: 1957-1962 гг. [2]*, 1961-1979 гг. [12]* или 1979-1983 гг. [13]*.

В связи с этим для анализа кислородных условий на юго-востоке Балтийского моря были использованы материалы наблюдений в Борнхольмской и Готландской впадинах за 1902-1973 и 1958-1985 гг. (табл. 1, приведенная из [5]*). Из табл. 1 видно, что в поверхностном слое этих впадин изменчивость кислорода носит однотипный характер с максимумом весной и минимумом летом1.

Годовой максимум на поверхности связан с весенней вспышкой численности фитопланктона и фитобентоса (на мелководье). В подповерхностных, более холодных, слоях этот процесс замедлен, подповерхностный максимум кислорода появляется лишь в июне и существует до октября. По мере прогрева содержание кислорода на поверхности быстро уменьшается, достигая минимума в летние месяцы.

С началом осеннего охлаждения в результате конвективного перемешивания начинает формироваться верхний квазигомогенный слой. Максимальной интенсивности конвекция достигает в январе или феврале и продолжается до установления минимальных поверхностных температур (обычно в марте). В результате на мелководье конвекция проникает до дна, формируя почти 50-метровый однородный слой. Содержание кислорода начинает увеличиваться: вначале на поверхности, а по мере усиления конвекции и в нижележащих слоях. Уже в ноябре-декабре формируется квазиоднородный кислородный слой в Борнхольмской (0-40 м) и в Готландской (0-50 м) впадинах, существующий до марта-апреля (табл. 1).

Таблица 1.Сезонный ход содержания кислорода (мл О2/л) в деятельном слое Борнхольмской и Готландской впадин (среднее за 1902-1973 гг.) [5]*

Сказанное выше подтверждается распределением вертикальных градиентов кислорода GO2 и результатами гармонического анализа2 (табл. 2), рассчитанными и выполненными по данным из [5]*. Максимальные положительные градиенты кислорода в период с июня по октябрь (GO2 = 0,03-0,06 O2 мл/л∙м на глубинах 20-30 м в Борнхольмской и GO2 = 0,03-0,13 O2 мл/л∙м на глубинах 20-40 м в Готландской впадинах) характеризуют слой подповерхностного максимума кислорода. Максимальные отрицательные градиенты (GO2 = минус 0,12 - минус 0,29 O2 мл/л∙м в Борнхольмской впадине и GO2 = минус 0,02 - минус 0,13 O2 мл/л∙м - в Готландской) на глубине 50-60 м характеризуют слой скачка кислорода в главном пикноклине [5]*.

Амплитудно-фазовые характеристики концентрации кислорода позволяют получить глубину затухания его сезонного хода: 50 м в Борнхольмской впадине и, глубже - 60 м в Готландской. Эти результаты, кроме того, подтверждают устойчивость сезонной изменчивости концентрации кислорода в верхнем слое юго-восточной Балтики в XX в. Об этом свидетельствует незначительная разница в датах наступления максимума годовой волны: по данным исследованных массивов за 1902-1973 гг. и 1958-1985 гг., она составляет от нескольких суток до недели в Готландской впадине и до двух недель в Борнхольмской при высоком вкладе первой гармоники (qI = 0,87-0,98).

Сезонный ход относительного содержания кислорода только на поверхности определяется первой гармоникой (qI = 0,87, Тmax = 28.04 - в Борнхольмской впадине; qI = 0,76, Тmax = 05.06 - в Готландской); на горизонте 30 м ее вклад резко уменьшается за счет увеличения полугодовой волны (qI = 0,43; qII = 0,45 и qI = 0,40; qII = 0,55, соответственно).

Таблица 2. Гармонические постоянные сезонного хода кислорода (мл О2/л) в деятельном слое Борнхольмской и Готландской впадин (среднее за 1958-1985 гг.) [5]*

Примечание. Отношение амплитуды годовой волны (AI) на заданном горизонте (hi) к амплитуде годовой волны (AI) на поверхности (h0).

Данные табл. 1 и 2 показывают, что глубина затухания сезонного хода кислорода (верхняя граница слоя скачка кислорода) в Борнхольмской впадине располагается, как минимум, на 10 м выше, чем в Готландской. По оценкам гидрологических данных в Борнхольмской и Готландской впадинах в 1956 - 1985 гг., граница между поверхностными и глубинными слоями как в марте, так и в августе в первой впадине отмечалась на 54 м, во второй - на 75 м.

Анализ данных по [2]* и [5]* показывает, что осредненные за периоды 1957-1962 гг. и 1979-1983 гг. данные сезонных съемок кислорода в Гданьской впадине не выходят за пределы климатических среднемесячных данных в Борнхольмской и Готландской котловинах. Следовательно, рассмотренные выше закономерности сезонной изменчивости кислорода верхнего слоя можно распространить и на Гданьский бассейн, с небольшим уточнением - верхняя граница слоя кислородного скачка в последнем располагается на глубинах 60-80 м.

Анализ рисунка и табл. 3, составленной по данным мониторинга в районе морского нефтяного месторождения Д-6 (наблюдения НИС «Профессор Штокман» в 2003-2005 гг.), показал, что содержание растворенного кислорода в поверхностном слое восточной части Гданьского бассейна в исследуемый период, в первую очередь, определяется температурой верхнего слоя воды и ее сезонным ходом. Зимой, когда поверхностные воды Гданьской котловины, по данным [15]*, теплее, чем на мелководье (2,2 и 1,0°С соответственно), содержание кислорода в них ниже (8,1 против 8,5 мл О2/л). Весной, наоборот, средняя температура воды мелководья значительно выше, чем в котловине (9,1 и 8,2 °C соответственно) - содержание кислорода становится меньше, чем в открытой части (7,7 и 8,3 мл О2/л соответственно). Летом и особенно осенью при сокращении температурных различий между мелководьем и открытой частью (18,8 и 18,4 °C в июле и 12,3 и 12,2 °C в октябре-ноябре) уменьшаются и различия в содержании кислорода (6,2 и 6,3 мл/л в июле и 6,7 и 6,7 мл/л в октябре-ноябре).

Рис. Среднее (за 05.2003-03.2006) содержание кислорода (мл O2/л) на поверхности - 1 и на дне - 2. Рассчитано по данным НИС «Профессор Штокман» (рейсы 52, 53, 58-60, 62, 66-68, 70, 74 и 75) [1]

Аэрация глубинного слоя происходит только при поступлении североморских вод, особенно при нагонных ситуациях, повторяющихся почти ежегодно, а иногда и по нескольку раз в год. Количество кислорода, поступающее с затоками, различно и зависит как от объема североморских вод и географического положения района (близости к проливам), так и от времени года. Табл. 3 и 4 показывают, что и в придонных горизонтах Борнхольмской и Гданьской котловин все-таки заметны некоторые сезонные изменения концентрации кислорода с максимумом зимой-весной и минимумом летом-осенью. Согласно [5]*, распространение «зимних» и «летних» североморских вод приводит к возникновению сезонной динамики содержания кислорода, которая выражена тем более, чем ближе соответствующая котловина расположена к проливам. По данным [5]*, холодные, обогащенные кислородом воды поступают в Борнхольмскую впадину в феврале-мае, а теплые воды с пониженным содержанием кислорода - в августе-январе; в юго-восточную часть моря - соответственно в апреле-сентябре и октябре-феврале; в Готландскую впадину - в мае-октябре и ноябре-апреле. Данные мониторинга в районе Д-6 показывают аналогичную картину.

Таблица 3.Среднее сезонное содержание кислорода (мл O2/л), по данным рейсов НИС "Профессор Штокман", для мелководных, глубоких станций и акватории мониторинга в целом [1]*