Проблемы Арктики и Антарктики
Not a member yet
266 research outputs found
Sort by
Температура плавления льда и газосодержание воды на контакте ледника с подледниковым озером Восток
Get PDFIt is generally assumed that the gas composition and the total gas content of Lake Vostok’s water are, to a large extent, governed by the budget of atmospheric gases entering the lake together with glacier ice melt, mostly in its northern part. Since the ice accretion that prevails in the south of the lake leads to the exclusion of gases during the freezing process, these gases can build up in the lake water. Earlier theoretical works [2, 3] have demonstrated that about 30 water residence times are required to attain equilibrium between gases in solution and those in a hydrate phase, which sets the upper bounds of concentrations of nitrogen and oxygen dissolved in sub-ice water (~2.7 g N2 L–1 and ~0.8 g O2 L–1). Here we attempt to estimate the real gas content of the lake water based on the link between the pressure melting temperature of ice and the concentration of gases dissolved in the liquid phase [2]. We use the stacked borehole temperature profile extended to 3753 m depth and the measurements of temperature of sub-ice water that entered the borehole after the second unsealing of Lake Vostok to estimate the melting temperature of ice (–2.72 ± 0.1 °C) at the ice sheet-lake interface (depth 3758.6 ± 3 m, pressure 33.78 ± 0.05 MPa). The gas content of the near-surface layer of lake that corresponds to this melting temperature is calculated to be 2.23 g.L–1, meaning that the concentration of dissolved oxygen must be as high as 0.53 g.L–1, i. e. one-two orders of magnitude higher than in any other known water bodies on our planet. The inferred gas content of sub-ice water is, by a factor of 1.6, lower than the maximal solubility of air in water in equilibrium with air hydrate, though it is still higher, by a factor of 19, than the total air content of melting glacier ice. The relatively low concentration of dissolved air in the near-surface layer of the lake revealed in this study provides a new experimental constraint for understanding the gas distribution in Lake Vostok as affected by the circulation and mixing of water beneath the ice sheet.На основе зависимости температуры плавления льда при высоких давлениях от концентрации растворенных в воде газов предпринята попытка оценить содержание воздуха в подледниковой воде под станцией Восток. По данным скважинной термометрии, выполненной до глубины 3753 м, а также по результатам прямых измерений температуры озерной воды, поступившей в скважину после второго вскрытия озера Восток, определены наиболее вероятные значения температуры плавления льда (–2,72 °С) и концентрации растворенного в воде воздуха (2,23 г.л–1 ) на контакте ледника с подледниковым водоемом (глубина 3758,6 м, давление 33,78 МПа). Наша оценка концентрации воздуха в озерной воде в 19 раз превышает газосодержание ледникового льда — основного источника газов в озере, но в 1,6 раза меньше предельной растворимости воздуха в воде в равновесии с гидратной фазой. Расчетное значение концентрации растворенного кислорода (0,53 г.л–1 ) существенно превышает содержание О2 в любых других известных водоемах планеты
Пространственная гидрохимическая структура поверхностного слоя атлантического и индоокеанского секторов Южного океана
Get PDFSome hydrochemical characteristics and, first of all, the main nutrients (phosphorus, nitrogen, silicon) can be used as markers for distinguishing different types of water masses and positions of the main fronts of the Southern Ocean. The seasonal and interannual variability of these characteristics also reflects the character of biological processes in the surface layer of the ocean, which is important for assessing biological productivity. The aim of this study was to analyze the main features of the spatial distribution of hydrochemical characteristics in the surface layer in the Atlantic and Indian Ocean sectors of the Southern Ocean between the Subantarctic Front and the shores of Antarctica and assess their seasonal (spring–autumn) and interannual variability for the observation period from 2008 to 2020. We describe the surface nutrient concentrations between Africa and Antarctica along the transects that cross the Subantarctic Front (SAF) in the north, the Polar Frontal Zone (PFS), Polar Front (PF) and Antarctic Zone water in the south. The findings revealed an increase in dissolved oxygen and nutrients towards the south. Nitrates changed values within the SAF from 15 μM to 24 μM, whereas values from 1.2 μM to 1.7 μM were observed for phosphates. Silicate increased considerably within the Polar Front, from 6.6 μM to 20.8 μM. An analysis was carried out of the seasonal and interannual variability of the hydrochemical conditions in the surface layer of the Southern Ocean. The interannual variability of the nutrients was determined by the spatial variability of the main fronts of the Antarctic Circumpolar Current (ACC) and the intensity of the largescale Weddell Gyre (WG). Since 2017, there has been an increase in the meridional transfer of waters: in the Antarctic Summer 2017–2018, there was a spreading of high-nutrient WG waters toward the north, and in the Summer 2019–2020, the low-nutrient waters anomaly was transferred far to the south (up to 60°S).According to the data obtained, the seasonal dynamics of the nutrients in the surface layer of the Southern Ocean was rather weakly expressed. An exception is the high-latitude waters of the Cooperation and Davis Seas, where maximum seasonal variability of the hydrochemical characteristics was observed. The highest rate of nutrient consumption was observed in the coastal area of the Cooperation Sea near the fast ice edge from mid–December to early January and reached 3.2 μM per day for silicate, 1.8 μM per day for nitrates, and 0.12 μM per day for mineral phosphorus. The results of the long-term monitoring of the hydrochemical conditions in the Cooperation Sea made it possible to distinguish conditionally “warm” years with early vegetation (at the end of December) and intensive consumption of nutrients by phytoplankton, and “cold” years, when the formation of high-latitude “oases” in December–January was not observed.Многие гидрохимические характеристики и в первую очередь основные биогенные элементы (фосфор, азот, кремний) могут служить хорошими индикаторами для выделения различных типов водных масс и положения основных фронтов Южного океана. Сезонная и межгодовая изменчивость этих характеристик отражает также и характер протекания биологических процессов в поверхностном слое океана, что важно для оценки биологической продуктивности. Целью данного исследования было провести анализ основных особенностей пространственного распределения гидрохимических характеристик в поверхностном слое атлантического и индоокеанского секторов Южного океана между Субантарктическим фронтом и берегами Антарктиды, а также оценить их сезонную (весна–осень) и межгодовую изменчивость за период наблюдений с 2008 по 2020 г. Установлено, что межгодовая изменчивость биогенных элементов определялась пространственным смещением основных фронтов Антарктического циркумполярного течения, а также интенсивностью крупномасштабного круговорота Уэдделла. Сезонная динамика биогенных элементов на большей части исследуемой акватории была выражена достаточно слабо. Исключение составляют районы высокоширотных «оазисов» (шельфовые воды морей Содружества и Дейвиса), где наблюдалась максимальная сезонная изменчивость гидрохимических характеристик. Результаты многолетнего мониторинга гидрохимических условий в море Содружества позволили выделить условно «теплые» годы с ранней вегетацией (в конце декабря) и интенсивным потреблением фитопланктоном биогенных элементов и «холодные» годы, когда формирование летних «оазисов» в декабре–январе не наблюдалось
Current-controlled sedimentation in the north-western Weddell Sea
Get PDFThe sedimentary basins of the north-western Weddell Sea are characterized by a variety of contourite drifts. This study is aimed at their identification, spatial mapping and temporal evolution and based on the integration of a large amount of seismic data collected by different countries including the recent data of the Russian Antarctic Expedition. Most of the drifts in the region being studied are classified as separated, confined, plastered or sheeted. The chain of sediment wave fields is mapped in the western and northern Powell Basin. The earliest contourite drifts started to form in the Early Miocene or, possibly, in the Late Oligocene. The changes in the depositional pattern in the Middle Miocene and then in the Late Pliocene are thought to have resulted from successive intensification of the bottom currents. Контуритовые наносы, формируемые придонными течениями, могут использоваться для изучения циркуляции водных масс, так как по их параметрам и характеру распространения можно судить о направленности и относительной энергии придонных течений. В данной работе рассматриваются контуритовые наносы в северо-западной части моря Уэдделла, приводится схема распространения наносов и их классификация, а также реконструируется циркуляция водных масс в глубоководных бассейнах района. Исследования основаны на обобщении и интерпретации сейсмических данных отечественных и зарубежных экспедиций, большая часть которых доступна из международной библиотеки сейсмических данных по Антарктике. В результате анализа сейсмических данных в районе исследований в диапазоне глубин от 2000 до 4500 м выявлены отделенные, ограниченные, пластерные и покровные контуритовые наносы. Зарождение донных течений в северо-западной части моря Уэдделла началось с раскрытия бассейна Пауэлл, и развитие самых ранних контуритовых наносов предполагается 24–23 млн лет назад. В среднем миоцене и в позднем плиоцене отмечается усиление интенсивности донных течение и более широкое развитие контуритовых наносов.
Механика колебаний и волн во льдах Северного Ледовитого океана при явлениях сжатия и торошения
Get PDFОдной из основных научных и прикладных проблем в Северном Ледовитом океане является разработка методов краткосрочного прогнозирования явлений сжатия и торошения морских льдов, образования во льду локальных и протяженных разломов и разводий. Выявление связи процессов в системе атмосфера — лед — океан необходимо для совершенствования моделей климата. В связи с этим важны результаты по натурным инструментальным измерениям параметров крупномасштабной механики и динамики льда, которые позволят объяснить природу наблюдаемых ледовых процессов. В экспедиции «Трансарктика-2019» с помощью пространственной расстановки сейсмометров и наклономеров на дрейфующем ледяном покрове проводились исследования колебаний и волн в системе лед — вода. Получены новые научные результаты по широкому спектру физико-механических явлений в океане: воздействие на лед океанической зыби, сжатие и торошение, разлом ледяных полей, приливные сжатия
Изменение возрастного состава и толщины зимнего ледяного покрова арктических морей России в начале XXI в.
Get PDFОпыт организации океанографических наблюдений на базе ледового лагеря в период дрейфа экспериментальной станции «cудно — лед»
Get PDFWe discuss the experience of conducting special oceanographic observations in the ice camp of the experimental drifting station. In a changing climate the Barents Sea is exposed to an important change in a heat and salt balance and a system of ocean currents. These changes are related to the distribution of the Atlantic waters, surface waters and sea ice, so a drifting station appears to be the best-adapted platform for complex simultaneous measurements of sea water properties and phenomena. The drifting station was organized as a “vessel — ice” camp during the first leg of the “Transarktika-2019” expedition, and the following characteristics were measured: temperature, salinity, ocean currents and turbulence. A detailed description of the experimental station is presented: three sites on ice with CTD-strings, one equipped additionally with ADCP and one site on ice with a turbulent cluster equipped with a 3D velocimeter, ADCP and CTD. The RV “Akademik Tryoshnikov” was another platform for oceanographic measurements. We present some results of a qualitative analysis of the obtained data. The conditions of the experiment are considered as inadequate for studying the characteristics of internal waves, but we state the efficiency and the potential of the developed approach of in situ observations in a turbulent cluster for calculation of fluxes and discuss the obtained from CTD thermal structures. Finally, we evaluate the possibility of application of the obtained experience for future drifting ice camps in the North Pole.В статье анализируется опыт проведения специальных океанографических наблюдений в ледовом лагере экспериментальной дрейфующей станции, организованной в формате «судно-лед» на первом этапе экспедиции «Трансарктика-2019». Приводятся результаты качественного анализа полученных данных. Отмечаются неудовлетворительные итоги эксперимента, направленного на исследование характеристик внутренних волн. Констатируются действенность и перспективность подхода, реализованного при организации наблюдений на турбулентном кластере. Оценивается возможность использования наработок экспериментального дрейфа в планируемых экспедициях на базе строящейся в настоящее время ледостойкой самодвижущейся платформы «Северный полюс» (ЛСП-СП)
Особенности современных изменений климата в Арктике и их последствий
Get PDFThe paper is based on the results reported in an invited speaker presentation at the scientific conference dedicated to the 100th anniversary of AARI in March 2020. The features of present-day rapid climate changes in the Arctic and their consequences are assessed. The presented results include those obtained in the framework of the program of the Presidium of the Russian Academy of Sciences "Climate change: causes, risks, consequences, problems of adaptation and regulation" and the Russian-German project QUARCCS (QUAntifying Rapid Climate Change in the Arctic: regional feedbacks and large-scale impacts). An assessment is made of the relative contribution of natural and anthropogenic factors to the formation of temperature trends at different time horizons in the Arctic. In view of the rapid changes of the Arctic climate, the prospects of the Northern Sea route are examined. According to the estimates obtained, the dominant role of radiative forcing is manifested in the Arctic latitudes on time scales of about half a century or more.New climatic phenomena (in particular, the formation of craters in the Yamal Peninsula under the conditions of melting permafrost) and new effects (including the change in the trends of changes in sea waves in the waters of the Arctic basin) indicate the achievement of a certain critical level of regional and global warming, comparable to the warming of the Holocene Climate Optimum. At the same time, modern climate models can not only reproduce the key features of current climatic regimes and their variability, but also provide adequate predictive estimates even for complex processes in the Arctic.В статье (обзоре) оцениваются особенности современных быстрых климатических изменений в Арктике и их последствий на основании результатов, полученных в последние годы. В том числе представлены результаты, полученные в рамках программы Президиума РАН «Изменения климата: причины, риски, последствия, проблемы адаптации и регулирования» и российско-германского проекта QUARCCS (QUAntifying Rapid Climate Change in the Arctic: regional feedbackS and large-scale impacts). Наряду с данными наблюдений анализировались различные данные реанализа, а также результаты численных расчетов с глобальными и региональными версиями климатических моделей при разных сценариях антропогенных воздействий для XXI в.Представлены оценки сравнительной роли естественных и антропогенных факторов в формировании температурных трендов на разных временных горизонтах. Согласно полученным оценкам, доминирующая роль радиационного форсинга парниковых газов проявляется в арктических широтах на временных масштабах около полувека и более.Новые климатические явления, в частности формирование кратеров на Ямале в условиях тающей вечной мерзлоты, и новые эффекты, в том числе для тенденций изменения морского волнения в акваториях Арктического бассейна, свидетельствуют о достижении определенного критического уровня регионального и глобального потепления, сопоставимого с потеплением оптимума голоцена. При этом современные климатические модели проявляют способность не только воспроизводить ключевые особенности современных климатических режимов и их изменчивости, но и дают возможность получать адекватные прогностические оценки даже для сложных процессов в Арктике
Первые данные о климатической изменчивости в районе ст. Восток (Центральная Антарктида) за последние 2000 лет по результатам изучения снежно-фирнового керна
Get PDFCentral Antarctica is characterized by a crucial lack of information on climate variability during the late Holocene. The study of firn cores obtained from the central part of the East Antarctic Ice Sheet is essential for the reconstruction of the paleoclimatic conditions at the continental and regional scales over the past 2,000 years (the Late Holocene). Based on glaciological and isotopic data from the shallow VK16 core drilled in the vicinity of Vostok Station over the periods of the 62th (2016-2017) and 63th (2017-2018) summer seasons of RAE, climatic characteristics have been reconstructed for the period 216 BC - 2010 AD. Studies of the VK16 core were carried out in two stages: firn density and electrical conductivity measurement (ECM), as well as sampling, was performed in the glaciological laboratory of the 5G drilling complex (Vostok Station) soon after the firn recovery, while the isotopic composition of the core samples was measured by a Picarro L-2120i laser analyzer in the Climate and Environmental Research Laboratory of AARI. In the ECM profile of the core, we discovered 14 absolute age markers (layers containing the products of known volcanic eruptions). These markers have allowed us to develop a robust chronostratigraphic scale for this core. We have shown that the main feature of the Late Holocene climate in this part of Antarctica is that the near-surface air temperature remained essentially constant throughout the whole time period under consideration. At the same time, the snow accumulation rate varied significantly around a mean value of 1.83 g cm-2 year-1, while the last 200 years were characterized by the highest snow accumulation rate, equal to 2.08 g cm-2 year-1. In this paper, we describe methods for studying firn cores, which can be useful for further research, and present first preliminary data on the climate variability in the vicinity of Vostok Station during the late Holocene.Климатическая изменчивость в Восточной Антарктиде за последние 2000 лет мало изучена. Бурение и исследование, включая измерение электропроводности и изотопного состава, снежно-фирновых кернов, необходимы для реконструкции климата прошлого. Представлены первые результаты детального исследования образцов снежно-фирновых кернов из скважины VK16 глубиной 70 м, пробуренной на станции Восток (Центральная Антарктида), которые охватывают эпоху позднего голоцена (последние 2000 лет). Обсуждаются методика построения хроностратиграфической шкалы и ее погрешность, результаты измерения изотопного состава и их интерпретация, профиль плотности снежно-фирновой толщи. Реконструированы климатические условия (температура воздуха и скорость снегонакопления) в окрестностях станции Восток. Полученные результаты сравниваются с опубликованными палеоклима-тическими реконструкциями
Особенности распределения псефитового материала в верхнечетвертичных отложениях северной части Баренцева моря
Get PDFМониторинг физико-механического состояния морского льда и краткосрочное прогнозирование экстремальных ледовых явлений
Get PDFThe article presents the results of studies that complement each other. New methods of instrumental studies of the physical and mechanical characteristics of ice and ice cover are considered.There is briefly described the complex system to developed in the AARI (Arctic and Antarctic research Institute) to determine the strength characteristics of ice formations in natural conditions. The results of determining the ice strength in wells (local strength) at the research station of AARI “Ice Base Cape of Baranov” are presented. The coefficient of comparison of local strength and strength of samples under uniaxial compression is obtained. This allows to determine the ice strength without sampling and testing of samples. On a large experimental material, linear and quadratic approximations for local ice strength were obtained. The influence of the indenter penetration rate on the local ice strength is studied.There is considered the application of the contact remote method for monitoring the dynamic state of the ice cover in order to obtain new data for creating a method of predicting the phenomena of compression and destruction of sea ice in real time.To study the large-scale mechanics of ice during dynamic processes in the air — ice — water system, a modular-block system for ice cover monitoring was developed. The layout of the system was tested in Arctic expeditions.The developed complex system for determining the strength characteristics of ice formations in natural conditions and the modular-block system for monitoring the state of the ice cover complement each other, suggest their further development and improvement, provide wide opportunities for ice research.В статье дается обзор двух дополняющих друг друга направлений исследований морского льда, которые осуществляются Арктическим и антарктическим научно-исследовательским институтом (ААНИИ). Рассмотрены новые методы инструментального исследования физико-механических характеристик ледяного покрова. Приведены результаты определения локальной прочности льда на научно-исследовательском стационаре ААНИИ «Ледовая база Мыс Баранова». Рассмотрено применение контактного дистанционного метода мониторинга динамического состояния ледяного покрова с целью получения новых данных для создания метода прогнозирования явлений сжатия и разрушения морских льдов в режиме реального времени