Экспедиция кафедры физики моря и вод суши на Онежское озеро

 

14 сентября 2007 г. 2 студента 5-го курса и 2 сотрудника кафедры физики моря и вод суши физического факультета МГУ отправились в экспедицию на Онежское озеро в Карелию. Вечер, Ленинградский вокзал, фирменный поезд «Карелия» - и позади все хлопоты по подготовке к экспедиции, отправка машины с ценным оборудованием, подписывание последних документов и т.п. Впереди же – 8 дней тяжелой, но такой интересной работы.

15 сентября группа прибыла на борт судна «Эколог». После короткого отдыха разгрузили машину с аппаратурой и к вечеру весь измерительный комплекс был собран. 16-го с утра экспедиция, в состав которой входили студенты Долгополов Ю.М., Литвинов Е.А. и снс кфмн Будников А,А., под руководством внс дфмн Самолюбова Б.И. начала измерения. Работы велись совместно с научной группой Института Водных Проблем Севера КарНЦ РАН.

	Научно-исследовательское судно «Эколог» ИВПС КарНЦ РАН на Онежском озере

 

Онежское озеро (Онего) - второе по площади пресноводное озеро Европы, занимающее 20-е по площади и 24-е место по объёму среди озер Земли. Длина озера 245 км, ширина 88 км, площадь 9943 кв. км, максимальная глубина – 119 м. Онежское озеро является узловым звеном единой глубоководной системы Европейской части России, соединяющей Балтийское и Белое моря, а так же имеющей выход в Черное и Азовское моря. В озеро впадает 52 реки.

Исследования продолжались 6 дней. 17 сентября группа получила весомое подкрепление в лице заведующего кафедрой физики моря и вод суши профессора К.В.Показеева. Константин Васильевич специально приехал на Онежское озеро, чтобы убедиться, что недавно закупленное кафедрой дорогостоящее современное оборудование работает качественно и надежно. Дело в том, что в ходе экспедиции применялся измерительный комплекс, включавший помимо зондов и градиентной установки, которые использовались ранее, новую высокоточную аппаратуру: допплеровский профилограф скорости течения RDCP-600 и многопараметрический зонд RCM 9 LW.

Эти приборы, изготовленные фирмой AANDERAA INSTRUMENTS (Норвегия), позволяют регистрировать не только вертикальные распределения вектора скорости течения, но и температуру, электропроводность, мутность воды и концентрацию растворенного кислорода. Все измерения сопровождались непрерывной регистрацией метеопараметров. Неоценимую помощь в освоении этой новой аппаратуры оказал ведущий научный сотрудник ООО «Компания ИНФОМАР» В.В.Елисов, также входивший в состав экспедиции.

Задачи экспедиции включали: 1. Проведение измерений распределений скоростей течений, концентраций солей, кислорода, взвеси и температуры воды по глубине озера (по всей длине изучавшихся потоков) и выполнение долгосрочных серий зондирований во времени. 2. Исследование динамики вод и диффузии примесей для изучения механизмов массообмена и разработки методов прогноза формирования качества воды в озере под воздействием стратифицированных течений.

В первый день измерений была выполнена съемка Петрозаводской губы по 15 станциям с применением зондов Sea-Sun, RCM 9 LW, кодуктометра и оксиметра «Эксперт» и прозрачномера. Работы проводились в условиях, близких к штилевым. Интенсивные измерения дали интересные результаты.

Выявлена структура полей скорости течения и параметров состава воды в Петрозаводской губе. Обнаружено придонное термически стратифицированное течение, которое переносило примеси из губы в открытое озеро. Траектория течения пролегала по линии максимальных глубин в стороне от зоны водозабора системы водообеспечения г. Петрозаводска.

 

 

	Петрозаводская губа Онежского озера	Погружение допплеровского профилографа скорости течения RDCP-600 ( сентябрь 2007)

 

Таким образом, зарегистрированное и детально исследованное нами течение предотвращало опасное вовлечение в эту систему загрязнений из реки Шуя. Подобное вовлечение бывает особенно сильным в пероды развития весеннего и осеннего термобара в озере. Основная часть примесей, по крайней мере весомых, транспортировалась от устья р. Шуя течением обнаруженным нашей экспедицией. Толщина придонного потока, распространявшегося на глубинах до 35 м, составляла 2 – 4 м, скорость достигала 12 см/с. При выходе из губы в открытое озеро течение отрывалось от дна и двигалось в виде подводной струи по поверхности вод большей плотности.

 

 

Работы в экспедиции на Онежском озере велись от зари и до заката и даже круглосуточно	Подготовка к измерениям распределений температуры, электропроводности, мутности воды и концентрации растворенного кислорода. Студент 5-го курса Литвинов Е.А.

 

На осевой линии зарегистрированного течения проведены регулярные наблюдения на суточной станции с измерениями профилей скорости течения по всей глубине от поверхности до дна в точке с глубиной 26 м через каждые 10 мин допплеровским измерителем RDCP-600, поставленным на дно. При этом на горизонте постановки с той же дискретностью измерялись температура, мутность, электопроводность, концентрация растворенного кислорода и изменения уровня поверхности воды.

Одновременно зондами Sea-Sun, RCM 9 LW, кодуктометром и оксиметром «Эксперт» и прозрачномером, разработанным на нашей кафедре, с дискретностью 30 мин велись подробные регистрации вертикальных распределений температуры, электропроводности воды, концентраций растворенного кислорода, взвеси и хлорофилла-а. Структура течений определялась в основном сильными дрейфовыми потоками, обусловленными ветром со стороны открытого озера. Были зарегистрированы и детально прослежены процессы энергопередачи от дрейфового течения к придонному и сопутствующие преобразования распределений температуры и концентраций примесей, включая эффект размыва дна течением. Развивавшаяся в таких условиях (юго-восточный ветер) сгонно-нагонная циркуляция обеспечивала активное поступление холодных вод открытого озера в Петрозаводскую губу. Придонный поток из губы в этот период отсутствовал.

Аналогичная по составу измеряемых параметров и методике, но более короткая серия зондирований проведена в центральной части Петрозаводской губы в период развивающегося волнения при других синоптических условиях, определявшихся юго-западным ветром. 19-го сентября пришлось прервать работу на несколько часов из-за штормового предупреждения. Как ни хотелось в азарте продолжать измерения, но со стихией не шутят. Однако данные, которые удалось получить в этой серии наблюдений, позволили проследить эволюцию структур течений по всей глубине озера при усилении дрейфового потока с характерным экмановским вращением вектора скорости течения по мере роста глубины. В 3-5 метровом придонном слое, над которым развивалось интенсивное перемешивание вод, существовал гравитационный плотностной поток из губы в открытое озеро, усиленный энергопередачей от дрейфового течения с геострофическим поворотом вектора скорости. Гидродинамическая устойчивость этого потока сохранялась, несмотря на волнение. Она обеспечивалась пониженной температурой придонных вод и выравниванием распределения плотности воды в вышележащих слоях. Причем дополнительное понижение температуры придонных вод в губе было связано с синоптической и гидродинамической обстановкой, измерения в которой велись в предшествующей серии зондирований

Результаты завершающего разреза по осевой линии Петрозаводской губы в условиях слабого волнения в целом подтвердили приведенные выше выводы первичного анализа данных, полученных на первом разрезе и в двух сериях зондирований с применением допплеровского профилографа течений RDCP-600, поставленного на дно (на автономных буйковых станциях). Как и на первом разрезе работы велись с применением многопараметрических зондов Sea-Sun, RCM 9 LW, кодуктометра и оксиметра «Эксперт» и прозрачномера. Была зарегистрирована эмиссия облаков мутности, содержавших взвеси с загрязнениями из придонного стратифицированного течения к поверхности воды. Этот эффект, важный с точки зрения учета воздействий подобных течений на процессы формирования качества воды, фиксировался также и в сериях зондирований на срочных станциях.

В ходе исследований на Онежском озере обнаружены циркуляционные и придонные стратифицированные течения. Рассмотрены пространственно-временные преобразования структур полей скорости течений и параметров состава воды. Получены новые данные о влиянии гидродинамических процессов на перенос примесей в Петрозаводской губе озера.

21 сентября участники экспедиции двинулись в обратный путь, и 22 утром они уже были дома.

Теперь предстоит самое интресное - анализ результатов проведенных гидрофизических исследований, а также данных о распределениях гидрохимических характеристик вод озера, полученных нашими коллегами из Института Водных Проблем Севера КарНЦ РАН. Будут разрабатываться методы математического моделирования наблюдавшихся процессов. Теоретической работы хватит на весь год. А летом – новые экспедиции на моря, озера и водохранилища с участием студентов, аспирантов и сотрудников кафедры физики моря и вод суши.

 

Студенты 530-й группы

Долгополов Ю.М., Литвинов Е.А.