В последние годы наблюдается заметное повышение интереса к проблеме айсбергов в морях Российской Арктики. Это связано в первую очередь с широкими планами по разработке месторождений углеводородов на шельфе, поскольку айсберги представляют серьезную угрозу для морских гидротехнических сооружений. Начиная с 2003 г., ААНИИ проводит ежегодные исследования айсбергов и айсбергопродуцирующих ледников на акватории Баренцева моря для решения задач обустройства Штокмановского газоконденсатного месторождения.
Полученные результаты и опыт работ были использованы для подготовки проекта «Образование, динамика и разрушение айсбергов в западном секторе Российской Арктики», включенного в состав проектов Международного полярного года (МПГ) 2007/2008 гг. В настоящее время по программе МПГ проведены две морские экспедиции (в 2007 и 2008 гг.) на НЭС «Михаил Сомов» для исследования айсбергов непосредственно в местах их образования: в районе Земли Франца-Иосифа, на баренцевоморском и карском побережье Новой Земли, в районе Северной Земли. В ходе экспедиционных работ выполнены аэрофотосъемка айсбергопродуцирующих ледников и наиболее крупных айсбергов, измерения вертикального распределения температуры льда в годовом деятельном слое айсбергов и ледников, измерения альбедо, а также наблюдения за ослаблением коротковолновой солнечной радиации в верхнем 3-метровом слое некоторых ледников и айсбергов.
Комплексные исследования айсбергов и ледников в северо-восточной части Баренцева моря и в Карском море проводились в 2007–2008 гг. в рамках проекта «Образование, динамика и разрушение айсбергов в западном секторе Российской Арктики». Этот проект входит в Российскую национальную научную программу мероприятий Международного Полярного года 2007/2008 гг. По сути, он является логическим продолжением исследований распространения айсбергов в Баренцевом море, проводившихся Арктическим и антарктическим научно-исследовательским институтом с 2001 по 2007 гг. в процессе выполнения инженерных гидрометеорологических и ледовых изысканий для освоения Штокмановского газоконденсатного месторождения (Зубакин и др., 2005, Kubyshkin et al., 2006, Бузин и др., 2008, Бузин и др., 2008).
Самым заметным явлением, обнаруженным в ходе работ 2001–2007 гг., было появление аномально большого скопления крупных айсбергов в мае 2003 г. непосредственно в районе Штокмановского газоконденсатного месторождения (ГКМ), после чего проблеме айсберговой опасности в этом регионе стало уделяться особое внимание.
В рамках программы МПГ 2007/2008 гг. были проведены две морские экспедиции на НЭС «Михаил Сомов». Первая экспедиция проводилась в сентябре-октябре 2007 г. и включала в себя исследования айсбергов и ледников в районе архипелага Земля Франца-Иосифа (ЗФИ) и северной части баренцевоморского побережья Новой Земли. Во второй экспедиции, проходившей в сентябре-октябре 2008 г., к этим районам работ добавились исследования ледников северной части карского побережья Новой Земли, а также айсбергов в проливе Красной Армии (архипелаг Северная Земля). В состав работ обеих экспедиций входили: аэрофотосъемка айсбергов, ледниковых фронтов и наиболее крупных айсбергов, измерения температуры в толще ледников и айсбергов, энергобалансовые (ЭБ) наблюдения на их поверхности.
В табл. 1 приведена информация по ледовым станциям и составу работ на них.
Таблица 1. Ледовые станции на ледниках и айсбергах в 2007–2008 гг.
Аэрофотосъемка выполнялась с вертолета Ми-8, базировавшегося на борту судна. Этим же вертолетом осуществлялись высадки научной группы на айсбергах и ледниках для выполнения ледовых станций, включающих контактные измерения. На ледниках все станции располагались вблизи ледниковых фронтов на расстоянии от нескольких сотен метров до нескольких километров от них (в зависимости от наличия и количества трещин на леднике).
В осенний период 2007 и 2008 гг., когда проводились экспедиции, айсберги практически не встречались на открытых участках акваторий Баренцева и Карского морей, через которые проходил маршрут плавания НЭС «Михаил Сомов». Большое количество айсбергов было обнаружено в проливах ЗФИ и проливе Красной Армии Северной Земли, что характерно для этих районов. Редкие айсберги отмечались у побережья Новой Земли.
Интересен факт, что в заливе Иностранцева на архипелаге Новая Земля, в который выходят ледники Павлова и Иностранцева, и где в апреле-мае 2005–2007 гг. наблюдались десятки айсбергов и их обломков, в сентябре 2007 и 2008 гг. находились только мелкие осколки глетчерного льда. В 2008 г. около десятка айсбергов было обнаружено сидящими на мели у берегов Таймыра (в районе мыса Челюскин).
В проливах ЗФИ регулярно фиксируется большое количество айсбергов (по существующей статистике – более, чем в каком-либо другом районе Российской Арктики). 13 сентября 2007 г., при входе в проливы архипелага Земля Франца-Иосифа (от о-вов Вильчека и Сальм до о-ва Хейса), в результате визуальных наблюдений было зафиксировано 102 айсберга, причем большую часть составляли обломки.
Наблюдения на этом переходе выполнялись по маршруту длиной 110 км при ширине полосы наблюдения 4 км (из-за тумана видимость составляла около 2 км). Таким образом, плотность распространения айсбергов на этом маршруте составила 0,23 айсберга/км2. Это значение можно считать характерным для района ЗФИ. Распределение наблюденных айсбергов по формам представлено на рис. 1.
Рис. 1. Распределение форм в группе айсбергов, зафиксированных 13.09.2007 в проливах ЗФИ. 1 – обломок, 2 – столообразный, 3 – наклонный, 4 – пирамидальный, 5 – форма не определена
Особый интерес представляют большие столообразные айсберги: они обладают значительной массой, продолжительное время сохраняют в своей толще низкую температуру (соответствующую температуре родительского ледника), благодаря чему могут существовать продолжительное время до своего разрушения.
Рис. 2. Районы скопления больших столообразных айсбергов в проливах ЗФИ в сентябре 2007 г.
В ходе вертолетных облетов проливов ЗФИ, выполненных в сентябре 2007 г., было выявлено три района, где наблюдались скопления больших столообразных айсбергов (рис. 2):
1. район у восточного побережья о-ва Земля Вильчека, включающий залив Елены Гульд, в который сбрасывает айсберги ледник Знаменитый;
2. проливы между островами Циглера, Солсбери, Луиджи и Чамп;
3. залив Географов о-ва Земля Георга.
В ходе облета юго-западной части пролива Красной Армии в октябре 2008 года также было обнаружено значительное количество айсбергов, однако ограничение по использованию полетного времени не позволило детально исследовать данный район, заставив ограничиться аэрофотосъемкой нескольких наиболее крупных айсбергов.
Аэрофотосъемка айсбергов и ледниковых фронтов выполнялась как в 2007 г., так и в 2008 г. К настоящему времени выполнена обработка только айсбергов, отснятых в районе ЗФИ в сентябре 2007 г. По этим данным получены оценки размеров надводной части айсбергов, а для айсбергов, находившихся в дрейфе, по условию гидростатического равновесия рассчитаны характеристики их подводных частей. В общей сложности были обработаны снимки 70 айсбергов, 34 из которых находились в дрейфе (по данным батиметрических карт).
Согласно полученным данным, средние горизонтальные размеры айсбергов, по данным АФС, составили 237 106 м. Наиболее часто айсберги имели ширину от 50 до 100 м и длину от 200 до 300 м. При этом плановые размеры айсбергов изменялись в широких пределах. Максимальная отмеченная длина составила 647 м. Это значение было зафиксировано для наклонного айсберга, находившегося на мели у северо-западного берега о. Солсбери. Ширина айсберга составляла 257 м, высота надводной части – 18,3 м.
Статистические оценки морфометрических характеристик дрейфующих айсбергов приведены в табл. 2.
Таблица 2. Статистические характеристики размеров дрейфующих айсбергов, полученные по результатам аэрофотосъемки
Средние плановые размеры дрейфующих айсбергов составили 221 101 м, при этом размах значений достигал 487 м для длины и 175 м для ширины. Характеристики подводной части дрейфующих айсбергов определялись из условия гидростатического равновесия. Это позволяло рассчитать массу и объем подводной части, а также приблизительно оценить осадку айсбергов. Масса дрейфующих айсбергов, как и другие параметры, изменялась в широких пределах: от 3 тыс. т до 4,6 млн т. Среднее значение составило 1,5 млн т. Максимальное значение осадки для айсбергов, находившихся в дрейфе, составило 115 м.
Наблюдения за радиационными характеристиками включали в себя измерения альбедо поверхности ледников и айсбергов, определение ослабления коротковолновой солнечной радиации в толще снежно-ледяного покрова.
Измерение альбедо проводилось с помощью походного альбедометра, закрепленного в карданном подвесе, в часы, близкие к местному астрономическому полудню. В процессе измерений определялись величины приходящей и отраженной солнечной радиации непосредственно над всеми участками, характерными для исследуемой поверхности. Одновременно фиксировались сопутствующие метеорологические явления и облачность. Ослабление коротковолновой солнечной радиации в толще айсберга или ледника определялось в скважинах, пробуренных во льду до требуемой глубины. Измерения в скважинах выполнялись при помощи пиранометра, ориентированного приемной поверхностью вертикально вверх. Во время измерений отверстие скважины закрывалось кусочком ткани, чтобы исключить попадание прямого солнечного света на датчик. Второй пиранометр крепился также приемной поверхностью вертикально вверх на специальном штативе на высоте 1,2 м над поверхностью ледника (айсберга). Измерения на каждом горизонте сопровождались синхронными измерениями на ледяной поверхности.
Измеренные величины альбедо поверхности ледника, покрытой слоем снега, находились в пределах 75–82 %, в то время как альбедо поверхности ледника без снега составило 40–45 %. Большие площади поверхности ледников и айсбергов, в силу их морфометрических особенностей (неровностей поверхности), включают в себя комбинированные участки льда как покрытые, так и не покрытые снегом. Поэтому альбедо поверхности айсберга или ледника в целом колеблется от 50 до 75 %, с наиболее характерной величиной 60 %.
Характер ослабления солнечной радиации в толще ледяного покрова исследованных ледников и айсбергов приведен на рис. 3.
Рис. 3. Ослабление солнечной радиации в толще льда
Для всех исследованных объектов общим моментом является незначительное уменьшение интенсивности ослабления солнечной радиации с глубиной.
Несомненно, это связано с повышенным поглощением коротковолновой (красной) части спектра в верхних слоях, в то время как поглощение более длинноволновой (синей) части происходит равномерно. Однако поскольку измерения проводились при сплошном облачном покрове, то к поверхности ледника красная часть спектра доходила уже сильно ослабленной, поэтому величины ослабления солнечной радиации в верхних слоях льда относительно невелики (2,0–4,5 м-1). Средний коэффициент ослабления солнечной радиации для толщи ледников и айсбергов колеблется в пределах 1,5–2,5 м-1. Эта величина в основном определяется высоким содержанием пузырьков воздуха в толще льда, кроме того подвержена влиянию различных минеральных включений в виде вплавленной в лед пыли. Чем выше содержание пузырьков в толще льда, тем интенсивнее происходит ослабление солнечной радиации. В то же время само количество пузырьков полностью определяется интенсивностью абляционных и накопительных процессов на поверхности, т. е. зависит от питания и морфологии самого ледника.
Измерения температуры в толще айсбергопродуцирующих ледников и айсбергов выполнялись с двойной целью. Во-первых, для получения данных о температурном режиме этих объектов, поскольку данный вопрос в настоящее время еще весьма мало изучен. Во-вторых, данные по температуре ледников и айсбергов представляют интерес с точки зрения выяснения возможности определения района образования больших столообразных айсбергов путем сравнения температуры льда в их толще с характерными температурами айсбергопродуцирующих ледников. Для такого сравнения измерения температуры должны выполняться достаточно глубоко – на тех горизонтах, где сезонные колебания температуры отсутствуют. В настоящее время для этого продолжается накопление данных по характерным значениям температуры льда в толще ледников ЗФИ, Новой Земли и айсбергов Баренцева моря.
Измерения выполнялись на ледовых станциях (см. табл. 1) при помощи термокос, устанавливаемых в скважины, пробуренные во льду шнековым мотобуром на глубину 15–20 м. Вертикальные профили температуры, полученные в ходе экспедиций 2007 и 2008 гг., приведены на рис. 4.
Рис. 4. Вертикальные профили температуры в столообразных айсбергах (а) и вертикальные профили температуры в ледниках ЗФИ и Новой Земли (б)
В годовом температурном цикле ледников ЗФИ и Новой Земли сентябрь и октябрь являются месяцами, когда холодная температурная волна, образовавшаяся на поверхности в феврале-марте, проникает вглубь до горизонта 6–10 м. В верхнем слое ледников в это время формируется верхний локальный максимум температуры.
В отличие от айсбергов, в ледниках в процессе измерений отмечалось большое количество воды. На ледовой станции, выполнявшейся на леднике в северной части о. Солсбери, о присутствии воды свидетельствовал сильный шум текущей воды, доносившийся из трещин. Наличие большого количества воды в толще ледника Знаменитый (о. Земля Вильчека) было определено по косвенному признаку – характерному типу радарной записи, при котором вода «смазывает» границы внутренних отражений. При этом оказалось неожиданным, что значения минимумов температуры, измеренные в этих двух ледниках оказались заметно ниже, чем в леднике Соммерс (о. Галля) и леднике Розе (Новая Земля), где наличие воды в ледниковой толще не проявлялось.
В ходе выполнения экспедиционной части программы Международного Полярного года 2007/2008 гг. были получены новые данные по ледникам и айсбергам Баренцева и Карского морей. Представленная в настоящей статье разнородная информация по распространению айсбергов, их морфометрии, внутреннем строении айсбергопродуцирующих ледников, температуре и радиационным характеристикам айсбергов и ледников должна быть в дальнейшем проанализирована в свете единой проблемы айсберговой опасности на акваториях рассматриваемых морей.
Одним из наиболее важных результатов, с точки зрения авторов, является выявление политермических ледников на Карском побережье Новой Земли. Однако этот результат требует проведения дополнительных исследований (глубокого бурения с измерением температуры) для уточнения свойств верхнего и нижнего ледниковых слоев.
При организации системы мониторинга айсбергов в ходе освоения нефтегазовых месторождений Баренцева моря, крайне желательно проследить состояние скоплений больших столообразных айсбергов, обнаруженных в некоторых районах ЗФИ на большом временном интервале для выяснения их устойчивости, динамики и условий выхода на открытую акваторию моря. Это поможет определить закономерности, которые способствуют проникновению скоплений айсбергов в более южные широты Баренцева моря, аналогичных тому, которое было обнаружено в 2003 году в районе Штокмановского месторождения.
Зубакин Г.К., Гудошников Ю.П., Бузин И.В., Кубышкин Н.В., Наумов А.К. Результаты экспедиционных исследований айсбергов в Баренцевом море в 2003 г./ Материалы гляциологических исследований, 99. – 2005. – С. 45–49.
Kubyshkin N.V., Buzin I.V., Glazovsky A.F., Skutin A.A. Determination of the area of generation of big icebergs in the Barents Sea – temperature distribution analysis // Proc.16th Int. Offshore and Polar Eng. Conf. (ISOPE-2006). 2006. Vol. I. P. 634–638.
И.В. Бузин, А.Ф. Глазовский, Ю.П. Гудошников, А.И. Данилов, Н.Е. Дмитриев, Г.К. Зубакин, Н.В. Кубышкин, А.К. Наумов, А.В. Нестеров, А.А. Скутин, Е.А. Скутина, С.И. Шибакин. Айсберги и ледники Баренцева моря: исследования последних лет. Часть 1. Основные продуцирующие ледники, распространение и морфометрические особенности айсбергов // Проблемы Арктики и Антарктики, № 78, 2008. – С. 65–78
И.В. Бузин, А.Ф. Глазовский, Ю.П. Гудошников, А.И. Данилов, Н.Е. Дмитриев, Г.К. Зубакин, Н.В. Кубышкин, А.К. Наумов, А.В. Нестеров, А.А. Скутин, Е.А. Скутина, С.И. Шибакин. Айсберги и ледники Баренцева моря: исследования последних лет. Часть 2. Дрейф айсбергов по натурным данным и результатам моделирования и вероятностные оценки рисков столкновения айсберга с гидротехническим сооружением // Проблемы Арктики и Антарктики, № 78, 2008. – С. 79–87
Аbstract
In the recent years, significant increase of interest paid to the problem of icebergs in the seas of Russian Arctic is noticed. In the first place, it’s connected with extensive plans on development of hydrocarbon deposits on the shelf as icebergs pose a serious threat to the marine hydrotechnical structures. Having started in 2003, AARI carries out annual studies of icebergs and iceberg-producing glaciers in the Barents Sea water area for the further development of the Shtokman gas condensate field. Obtained results and experience were counted in the preparation of the project «Formation, dynamics and demolition of icebergs in the western sector of the Russian Arctic» included in the scope of projects of the International Polar Year (IPY) 2007/08. At the present moment, two marine expeditions were performed on the board of RV «Mikhail Somov» (in 2007 and 2008) according to IPY program to study icebergs in the immediate place of their formation in the area of the Franz Josef land archipelago, the Barents sea coast and the Kara Sea coast of Novaya Zemlya and in the area of Severnaya Zemlya. In the course of expedition activities the following was carried out: aerial photo survey of the iceberg-producing glaciers and the most prominent icebergs, measurement of the vertical distribution of the ice temperature in the one year-active layer of icebergs and glaciers, albedo measurements and observations on the attenuation of the short-wave solar radiation in the 3 meters surface layer of some icebergs and glaciers.