Ложное дно — Википедия

Схема подлёдного ложного дна[1]
Характерный вертикальный профиль температуры ложного дна (false bottom), морской воды под ним и подлёдной талой воды над ним
Локация ложного дна на топографической карте осадки морского льда

Ложное дно — тип морского льда, который образуется на границе пресной талой воды и солёной морской воды в результате процесса двойной диффузионной конвекции тепла и соли[2].

Характеристики

[править | править код]

Исследования ложного дна трудоёмки из-за того, что оно находится под морским льдом. Поэтому, сегодняшние наблюдения являются довольно фрагментарными и характеризуются большим разбросом основных характеристик ложного дна, включая его толщину, солёность и площадь покрытия. Например, на дрейфующей станции Чарли в 1959 году площадь охвата ложного дна составила 50%[3], во время экспедиции SHEBA в Чукотском море в 1998 году[4] — 15%, а во время экспедиции MOSAiC в проливе Фрама в 2020 году — 20%[1]. Физическое моделирование[5][6] и полевые наблюдения[7] показывают, что ложное дно может замедлять таяние морского льда до 8%. Солёность и температура талой подлёдной воды и ложного дна зависит от скорости таяния льда и его опреснения. Солёность ложного дна составляла 1,0 г/кг во время экспедиции ARCTIC 91[8], 0,4 г/кг во время экспедиции SHEBA и 2,3 г/кг во время экспедиции MOSAiC. Средняя толщина ложного дна составляла 20 см во время экспедиции ARCTIC 91, 15 см во время экспедиции SHEBA и 8 см во время экспедиции MOSAiC. Наличие ложного дна также может увеличивать скорость опреснения морского льда[8].

Образование

[править | править код]
Местонахождение ложного дна (области, заштрихованные синим цветом) во время научной экспедиции MOSAiC
Временная эволюция толщины и солёности ложного дна (FB), измеренные во время научной экспедиции MOSAiC

В осенне-летний период в Арктике таяние льда и снега под действием солнечного излучения приводит к накоплению талой воды с низкой солёностью. Большая часть талой воды переносится в океан, но некоторая её часть мигрирует в талые пруды на поверхности морского льда, матрицу морского льда и подлёдные слои талой воды. Ложное дно образуется из-за существенной разницы температур замерзания воды разной солёности. Их образование было впервые отмечено норвежским исследователем Фритьофом Нансеном в 1897 году[9]. Во время экспедиции MOSAiC ложное дно в основном было обнаружено в районах тонкого и покрытого талыми прудами морского льда, окружённого более толстыми торосами, и образовалось одновременно с дренированием талых прудов[10]. Ложное дно обычно образуется на верхней части границы раздела талой и морской воды. Кристаллы льда сначала растут вниз в сторону морской воды, а затем растут горизонтально до образования горизонтального слоя льда. После образования этого горизонтального слоя, ложное дно постоянно мигрирует вверх за счёт кондуктивного теплового потока, поддерживаемого разницей температур талой и морской воды, причем скорость такой миграции в основном определяется толщиной ложного льда[11]. Рост и таяние ложного льда с определяется в основном физическими характеристиками океана[12]. Ложное дно часто наблюдается на участках тонкого льда, покрытых поверхностными талыми прудами и окружённого более толстыми торосами, при этом глубина торосов ограничивает глубину подлёдного слоя талой воды[7]. Различие в скорости таяния этих торосов и скорости миграции ложного льда может привести к формированию нескольких слоёв ложного дна.

Подледный слой талой воды

[править | править код]

Образование ложного дна напрямую связано с появлением подлёдных слоёв талой воды. Появление таких слоёв талой воды часто происходит после дренирования поверхностных талых прудов в весенне-летний сезон. Глубина подлёдных слоев талой воды обычно ограничивается осадкой более толстого и обычно деформированного льда, окружающего более тонкий лёд с подлёдной талой водой. Солёность подлёдной талой воды зависит от источников талой воды, которые включают снег и лёд, от опреснения льда над слоем подледной талой воды и наличия ложного дна. Во время экспедиции MOSAiC в проливе Фрама, средняя толщина слоев талой воды составила 0,46 м под однолетним льдом и 0,26 м под двухлетним льдом. Толщина слоёв талых вод под многолетним льдом во время экспедиции SHEBA в море Бофорта составляла 0,35–0,47 м. Наблюдения за многолетним припайным льдом в море Ванделя в Гренландии показали подлёдные слои талой воды толщиной 1,1–1,2 м, позже трансформировавшиеся в толстый пласт пластинчатого льда с ложным дном толщиной 0,01 м под ним[13].

Наблюдения

[править | править код]

Наличие ложного дна может привести к ошибкам в оценке толщины морского льда на основании измерений его осадки. Ложное дно можно исследовать вручную с помощью бурения льда[1] или дистанционно с помощью подводных телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов оборудованных многолучевым гидролокатором[7]. Гидролокатор, находящийся на дне океана, не может отличить обычный морской лёд от ложного дна. Дрейфующие буи, измеряющие температуру морского льда, также не могут точно определить положение ложного дна, но могут определить положение подводной талой воды по её температуре.

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ 1 2 3 Smith, M.M.; von Albedyll, L.; Raphael, I.A.; Lange, B.A.; Matero, I.; Salganik, E.; Webster, M.A.; Granskog, M.A.; Fong, A.; Lei, R.; Light, B. (2022). "Quantifying false bottoms and under-ice meltwater layers beneath Arctic summer sea ice with fine-scale observations". Elementa: Science of the Anthropocene (англ.). 10 (1). doi:10.1525/elementa.2021.000116.
  2. ↑ Notz, D.; McPhee, M.G.; Worster, M.G.; Maykut, G.A.; Schlünzen, K.H.; Eicken, H. (2018). "Impact of underwater-ice evolution on Arctic summer sea ice". Journal of Geophysical Research: Oceans (англ.). 108 (C7). doi:10.1029/2001JC001173.
  3. ↑ Hanson, A.M. (1965). "Studies of the mass budget of arctic pack-ice floes". Journal of Glaciology (англ.). 5 (41). doi:10.3189/s0022143000018694.
  4. ↑ Perovich, D.K.; Grenfell, T.C.; Richter-Menge, J.A.; Light, B.; Tucker, W.B.; Eicken, Hajo (2003). "Thin and thinner: Sea ice mass balance measurements during SHEBA". Journal of Geophysical Research: Oceans (англ.). 108 (3). doi:10.1029/2001JC001079.
  5. ↑ Smith, N. (2019). Mathematical modelling of under-ice melt ponds and their impact on the thermohaline interaction between sea ice and the oceanic mixed layer (PhD). University of Reading.
  6. ↑ Tsamados, Michel; Feltham, Daniel; Petty, Alek; Schroeder, David; Flocco, Daniela (13 October 2015). "Processes controlling surface, bottom and lateral melt of Arctic sea ice in a state of the art sea ice model". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 373 (2052): 20140167. doi:10.1098/rsta.2014.0167. eISSN 1471-2962. ISSN 1364-503X. PMID 26347538.
  7. ↑ 1 2 3 Salganik, E.; Katlein, C.; Lange, B.A.; Matero, I.; Lei, R.; Fong, A.A.; Fons, S.W.; Divine, D.; Oggier, M.; Castellani, G.; Bozzato, D.; Chamberlain, E.J.; Hoppe, C.J.M.; Muller, O.; Gardner, J.; Rinke, A.; Pereira, P.S.; Ulfsbo, A.; Marsay, C.; Webster, M.A.; Maus, S.; Høyland, K.V.; Granskog, M.A. (2023). "Temporal evolution of under-ice meltwater layers and false bottoms and their impact on summer Arctic sea ice mass balance". Elementa: Science of the Anthropocene (англ.). 11 (1). doi:10.1525/elementa.2022.00035.
  8. ↑ 1 2 Eicken, H. (1994). "Structure of under-ice melt ponds in the central Arctic and their effect on, the sea-ice cover". Limnology and Oceanography (англ.). 29 (3). doi:10.4319/lo.1994.39.3.0682.
  9. ↑ Nansen, Fridtjof. Farthest north: Being the record of a voyage of exploration of the ship "Fram" 1893-96 and of a fifteen months' sleigh journey by Dr. Nansen and Lieut. Johansen (Vol 2).. — Harper & Brothers, 1897. — doi:10.1037/12900-000.
  10. ↑ Webster, Melinda A.; Holland, Marika; Wright, Nicholas C.; Hendricks, Stefan; Hutter, Nils; Itkin, Polona; Light, Bonnie; Linhardt, Felix; Perovich, Donald K.; Raphael, Ian A.; Smith, Madison M.; von Albedyll, Luisa; Zhang, Jinlun (2022). "Spatiotemporal evolution of melt ponds on Arctic sea ice". Elementa: Science of the Anthropocene. 10 (1). doi:10.1525/elementa.2021.000072. eISSN 2325-1026.
  11. ↑ Martin, Seelye; Kauffman, Peter (8 July 1974). "The evolution of under-ice melt ponds, or double diffusion at the freezing point". Journal of Fluid Mechanics. 64 (3): 507—528. doi:10.1017/S0022112074002527. eISSN 1469-7645. ISSN 0022-1120.
  12. ↑ Alexandrov, D.V.; Nizovtseva, I.G. (October 2008). "To the theory of underwater ice evolution, or nonlinear dynamics of "false bottoms"". International Journal of Heat and Mass Transfer. 51 (21—22): 5204—5208. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.11.061. ISSN 0017-9310.
  13. ↑ Kirillov, S.; Dmitrenko, I.; Rysgaard, S.; Babb, D.; Ehn, J.; Bendtsen, J.; Boone, W.; Barber, D.; Geilfus, N. (2018). "The Inferred Formation of a Subice Platelet Layer Below the Multiyear Landfast Sea Ice in the Wandel Sea (NE Greenland) Induced by Meltwater Drainage". Journal of Geophysical Research: Oceans. 123 (5): 3489—3506. doi:10.1029/2017jc013672. ISSN 2169-9275.
Источник — https://ru.wikipedia.org/wiki/Ложное_дно