Гидрологические аспекты проблемы уровня Каспия

менее заблаговременное™ прогноза. Найти такие факторы трудно, поэтому возникает необходимость экстра­поляции их, что представляет не менее сложную задачу, чем разработка самого метода сверхдолгосрочного прогноза уровня моря.

Вероятностно-статистические методы прогноза имеют более строгую теоретическую основу, чем климатические, но вероятностная форма полу­чаемых прогнозов, когда однозначно определяется календарный ход уровня при средних условиях притока и испарения и задается широкая полоса вероятных отклонений положения уровня в каждый год прогно­зируемого периода, затрудняет их практическое использование.

Таким образом, в настоящее время не существует достаточно надеж­ных методов прогнозирования ожидаемых изменений уровня Каспийского моря, что существенно затрудняет решение вопросов, связанных с эконо­микой и развитием народного хозяйства в бассейне моря. Разработка таких методов — одно из наиболее важных направлений исследований Каспия.

ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И ВОДНЫЕ МАССЫ.

Своеобразие условий формирования гидрологической структуры вод Каспийского моря определяется его замкнутостью, внутриматериковым положением, большой меридиональной протяженностью, воздействием речного стока, конфигурацией берегов и рельефом морского дна.

Замкнутость моря исключает адвекцию вод из других бассейнов, пред­определяет формирование „структуры вод Каспия путем взаимодействия процессов, происходящих в самом водоеме. Расположение моря глубоко внутри материка Евразии обусловливает значительное воздействие таких внешних факторов, как тепловое и динамическое состояние атмосферы и речной сток. Вытянутость моря в меридиональном направлении более чем на 10° создает большие климатические различия между отдельными его частями, сильнее всего проявляющиеся в зимний сезон. Сложный рельеф дна моря (глубоководные котловины, разделенные порогом, многочисленные острова и банки) влияет на особенности циркуляции вод и характер водообмена. Так, Апшеронский порог ограничивает водо-обмен между котловинами Среднего и Южного Каспия, способствуя фор­мированию в каждой из них своеобразной гидрологической структуры.

В целом гидрологическая структура вод моря создается путем взаимо­действия процессов горизонтальной и вертикальной турбулентности и циркуляции вод, вызываемых различными факторами — полем ветра, потоками тепла и массы через поверхность моря, полем плотности, влия­нием конфигурации берегов. Гидрологические условия в разных частях моря существенно зависят также от водообмена между ними.

Сезонные изменения гидрологических условий в Каспийском море весь­ма значительны, хотя они неодинаковы по акватории и в общем умень­шаются в направлении с севера на юг. В Северном Каспии большая величи­на сезонных изменений теплового состояния вод определяется резкой кон-тинентальностью климата, а солености — сосредоточением здесь основного количества поступающих в море речных вод. По направлению на юг влия­ние этих факторов уменьшается. Кроме того, больший объем водных масс Среднего и Южного Каспия делает режим этих частей моря более устой­чивым по отношению к внешним воздействиям, чем мелководного Север­ного Каспия.

Зимой, благодаря климатическим различиям между северными и южны­ми районами моря, температура воды на поверхности изменяется от О— 0,5° у кромки льда до 10,0—10,7° на юге моря. При этом у запад­ного берега моря температура воды ниже благодаря переносу на юг холод­ных вод с севера, а вдоль восточного берега выше в связи с поступлением на север более теплых южнокаспийских вод. Вертикальные термические различия в толще вод зимой малы вследствие интенсивного развития процессов конвективного перемешивания.

Летом, наоборот, климатические условия над акваторией моря квази­однородные и горизонтальные температурные различия водных масс в це­лом меньше, чем зимой. В августе на большей части акватории температура воды на поверхности находится в пределах от 22—23 до 26—27°. Лишь в районе у восточного берега Среднего Каспия в июле—августе часто об­разуется обширная зона отрицательных аномалий температуры воды (до 16—11°). Ее образование связано со сгонным эффектом частых в летнее время и устойчивых северо-западных ветров, приводящим к выходу на поверхность более холодных вод промежуточных слоев. Эти воды выде­ляются также по своим химическим и биологическим характеристикам.

При интенсивном прогреве моря весной на нижней границе слоя ветро­вого перемешивания образуется термоклин, достигающий максимального развития в августе .Существование в летний сезон резко выра­женного термоклина вблизи от поверхности моря ограничивает распростра­нение термохалинных возмущений в глубинные слои воды. С началом осеннего охлаждения и развитием конвективного перемешивания термоклин разрушается, и в море снова формируется "зимний" тип распределения температуры со значительной однородностью ее по глубине и большими различиями в верхнем слое. Наибольшие годовые разности температуры воды на поверхности моря - до 20° - наблюдаются в его северных райо­нах, а также у восточных берегов Южного Каспия, что обусловлено интен­сивным летним прогревом и зимним охлаждением мелководий. Для центральной части Южного Каспия характерны наименьшие изменения темпе­ратуры в течение года, соответствующие небольшим сезонным климати­ческим различиям. У западного и восточного берегов Среднего Каспия, в районах апвеллинга, величина годовой разности температуры на поверх­ности уменьшается на 14—15°.

Сезонные изменения температуры в глубинных слоях моря зависят от развития процессов конвективного перемешивания. В Среднем Каспии сезонные различия температуры наиболее существенны в слое толщиной около 200 м, в Южном Каспии — в слое до 100 м, что связано с развитием здесь зимней вертикальной циркуляции. В суровые зимы, когда конвекция распространяется до больших глубин, понижение температуры может охватывать более значительную толщу воды, а в Среднем Каспии оно до­ходит • до дна. В придонных слоях Среднего Каспия температура равна 4,5-5,0, Южного - 5,7-6,0°.

На меридиональном разрезе вдоль 51° в.д. максимальные величины годовой разности температуры воды присущи верхнему слою толщиной 30—40 м . Наименьшие сезонные изменения темпера­туры (0,2—0,3°) в Среднем Каспии отмечаются в промежуточном слое 75—300 м. В Южном Каспии слой минимальной сезонной изменчивости (менее 0,1°) находится значительно глубже — от 350 до 650 м.

Характерную особенность рассматриваемого разреза представляет уве­личение годовой разности температуры воды вдоль северного склона впадины и в придонных слоях Среднего Каспия, вплоть до Апшеронского порога. Это связано с влиянием процесса плотностного сто­ка в зимнее время холодных вод по северному склону среднекаспийской впадины в ее придонные слои. В Южном Каспии, вдоль склона Апшерон­ского порога и в придонных слоях также прослеживается некоторое воз­растание величин изменчивости температуры.

Таким образом, распределение величин годовой изменчивости темпе­ратуры воды в Среднем и Южном Каспии свидетельствует о том, что наи­большие сезонные изменения отмечаются в верхнем слое, а также в при­донных горизонтах и вдоль склонов глубоководных впадин, а в глубинной толще вод, особенно в южной части моря, они малы.

Пространственные изменения солености воды больше всего в Северном Каспии, где она возрастает от 0,1—0,2°/о о вблизи устьев Волги и Урала до 10—12°/о о на границе со Средним Каспием.

В глубоководных частях моря соленость на поверхности увеличивается в целом с севера на юг и с запада на восток. Такое распределение соленос­ти связано с опресняющим влиянием речного стока вдоль западного побе­режья и осолонением вод у восточного берега, в условиях полного отсут­ствия здесь пресного стока и интенсивного испарения. В откры-тых райо­нах моря соленость редко выходит за пределы 12,7-13,2°/оо. Вертикаль­ное .распределение солености в Среднем и Южном Каспии весьма однород­ное — от поверхности до дна ее увеличение не превышает десятых долей промилле .

Изменения солености в различных районах моря от сезона к сезону не отличаются той однонаправленностью, которая присуща изменениям тем­пературы. Так, от весны к лету на всей акватории Южного Каспия соленость возрастает вследствие увеличения испарения. В то же время в Среднем Каспии, где проявляется влияние опресненных северокаспийских вод, соленость на большей части акватории понижается.

Изменения солености от ноября к февралю носят противоположный характер. В Южном Каспии соленость уменьшается, а в Среднем возраста­ет, что объясняется условиями водообмена между этими частями моря. В это время года более соленые южнокаспийские воды поступают в сред­нюю часть моря, а в южную выносятся менее соленые среднекаспийские воды.

Максимальные величины годовой разности солености на поверхности, превышающие 1% о, отмечаются на северной границе Среднего Каспия и в приустьевых районах. На акватории открытого моря они весьма малы и составляют в среднем 0,2—0,4° /оо

Величины годовой разности солености на разрезе по меридиану 51 в.д. показывают, что в толще вод они в основном не превышают 0,2—0,3°/оо Минимальные величины изменчивости (0,1°/оо и менее) свойственны глубинным слоям бассейнов. На склонах Апшеронского порога годовые изменения солености больше, что связано с интенсивным водообменом между Средним и Южным Каспием через Апшеронский порог.

Однородное распределение солености в глубоководных частях Каспий­ского моря — важная черта его гидрологической структуры, обусловли­вающая ее сезонную изменчивость главным образом за счет температуры. Именно температура воды, при мало изменяющейся солености, определя­ет основные особенности поля плотности в зимний и летний сезоны и вли­яет на вертикальную устойчивость вод, особенно в верхних слоях. В глу­бинных и придонных слоях моря, где изменения гидрологических характе­ристик малы, в формировании поля плотности возрастает роль солености.

Как показывает распределение условной плотности на поверхности моря в феврале и августе, ее изменения по акватории моря малы — от 0,5 усл. ед. зимой до 1,5 усл. ед. летом. В феврале плотность в Среднем Каспии более 11,0 усл. ед., а в Южном — около 10,5 усл. ед. В августе зна­чения плотности уменьшаются в среднем на 3 усл. ед., что и составляет величину годовых изменений плотности на поверхности моря.

Следует отметить однонаправленное влияние сезонных изменений тем­пературы и солености на плотность в Среднем Каспии и их противополож­ное влияние в Южном Каспии. Увеличение речного стока в период поло­водья по времени совпадает с прогревом поверхностных слоев воды и совместное влияние этих факторов способствует уменьшению плотности верхнего слоя воды в Среднем Каспии в весенне-летний сезон. В зимнее время наблюдается усиление поступления более соленых южнокаспийских вод в среднюю часть моря и дальнейшее их охлаждение. Оба фактора вызы­вают увеличение плотности вод в Среднем Каспии.

В Южном Каспии в летний сезон осолонение поверхностных слоев воды при испарении и интенсивный прогрев оказывают противоположное влияние на изменения плотности воды. Зимой поступление в южную часть моря менее соленых среднекаспийских вод снижает эффект повышения плот­ности вод в процессе зимнего охлаждения. К тому же и само охлаждение вод в Южном Каспии существенно меньше, чем в Среднем.

Небольшая вертикальная стратификация Каспийского моря по соленос­ти и плотности - один из основных факторов, создающих благоприятные условия для развития конвективного перемешивания во всей толще его вод. Перемешивание верхних слоев моря, как отмечалось, происходит благодаря активно развитой зимней вертикальной циркуляции. В переме­шивании и вентиляции глубинных слоев важную роль играет плотностной сток из северных мелководных районов моря. Высокая плотность образу­ющихся здесь зимой вод позволяет им стекать до самых больших глубин среднекаспийской впадины и далее, переливаясь через Апшеронский порог, поступать в глубинные слои южной части моря. В придонном слое Южного Каспия перемешивание происходит также за счет конвекции, Возбуждае­мой тепловым потоком от дна моря.

Сравнение распределения плотности на разрезе по меридиану 51° в.д., в феврале и августе показывает, что зимой увеличение плотности проис­ходит практически во всей толще вод. В летнее время небольшое повыше­ние плотности отмечается в придонных слоях Южного Каспия, что может служить подтверждением постепенного поступления в этот бассейн вод с высокой плотностью, образовавшихся зимой в Среднем Каспии.

Зимняя вертикальная циркуляция и плотностной сток вод обеспечива­ют достаточное насыщение глубинных слоев кислородом и вызывают ком­пенсационный подъем глубинных вод, обогащенных биогенными вещест­вами, в верхний слой моря. Эти процессы создают благоприятные условия для формирования высокой биологической продуктивности в Среднем и Южном Каспии.

По совокупности физико-химических и биологических характеристик вод в Каспийском море были выделены следующие водные массы: северо­каспийская, верхняя каспийская, глубинная среднекаспийская и глубинная южнокаспийская.

Северокаспийская водная масса занимает северную часть моря. Ее объ­ем незначителен (менее 1% от общего .объема моря), но она оказывает существенное влияние на гидрологические и биологические процессы всего моря. Основные условия формирования северокаспийской водной массы- влияние обильного речного стока и мелководность северной части моря. За южную границу северокаспийской водной массы можно условно принять изогалину 11°/о о- Температура северокаспийской водной массы изменяется в широких пределах — от 0 зимой до 25° летом. Зимой боль­шая часть акватории Северного Каспия покрыта льдом, температура воды подо льдом почти равна температуре замерзания. Летом большая часть северокаспийской воды хорошо прогрета от поверхности до дна и имеет температуру выше 23—24°. Соленость северокаспийской воды понижен­ная даже относительно солености всего Каспийского моря. По направле­нию от устьев Волги и Урала на юг соленость ее увеличивается от 0,1— 0,2 до 10—11 °/оо. Поскольку это возрастание солености происходит посте­пенно, между северокаспийской и верхней каспийской водными массами существует довольно широкая переходная зона. Средняя соленость северокаспийской водной массы значительно изменяется в зависимости от мно­голетних колебаний волжского стока. В периоды опреснения средняя соленость равна 4-5°/оо в периоды осолонения — 9—11°/оо. Вертикаль­ные градиенты солености наблюдаются главным образом в западном районе, наиболее подверженном влиянию речного стока. В остальных рай­онах вертикальные градиенты гидрологических характеристик весьма малы.

В формировании верхней каспийской водной массы главную роль игра­ют процессы зимнего охлаждения и перемешивания и летнего прогрева, а также динамические процессы в верхнем слое моря (волнение, ветровые течения, сгонные явления, внутренние волны). Нижняя граница этой вод­ной массы определяется глубиной распространения зимней вертикальной циркуляции и располагается в Среднем Каспии в слое 150—200 м, в Юж­ном — 50—150 м. На нижней границе происходит существенное пониже­ние содержания кислорода и уменьшение вертикальных градиентов тем­пературы. В летней модификации выделяется хорошо прогретый и пере­мешанный верхний слой толщиной 20—30 м, ограниченный снизу резким термоклином. Соленость верхней каспийской водной массы в большинстве случаев равна 12,7—13,0°/оо- Эта водная масса отличается высоким содер­жанием кислорода: в верхнем слое — от 7,5—8,0 зимой до 6,0—6,5 мл/л летом, на нижней границе содержание кислорода не менее 4,5—5,5 мл/л.

Глубинные водные массы формируются главным образом в зимние месяцы в результате плотностного стока холодных вод из северных райо­нов моря, а также с восточного шельфа. Эти воды опускаются в придонные слои среднекаспийской котловины, а переливаясь через Апшеронский по­рог, поступают и в южно каспийскую впадину. В суровые зимы в форми­ровании глубинных вод принимает участие и зимняя вертикальная цирку­ляция. Глубинные каспийские водные массы имеют следующие средние термохалинные характеристики: среднекаспийская (250—300 м — дно) — температура 3,9—5,2°, соленость 12,7—13,0°/о о, содержание кислорода 3,0—5,5 мл/л; южнокаспийская (100—150 м — дно) — температура 5,7—6,3°, соленость 12,8—13,1°/оо» содержание кислорода 2,0— 3,5 мл/л. Анализ изменчивости термохалинных характеристик глубинных водных масс по­казывает, что вся толща вод моря находится в подвижном состоянии, что имеет первостепенное значение для такого замкнутого водоема, как Кас­пийское море.

Заключение.

Таким образом, современный водный режим Каспийского моря в течение периода инструментальных наблюдений существенно изменялся. Начиная с 1882 по 1977 г., несмотря на отдельные флуктуации уровень моря прак­тически непрерывно падал и в отдельные годы это падение превышало 30 см. Значительное снижение уровня моря было тесно связано с особенностями развития климатических процессов. Начиная с конца про итого столетия климат постепенно теплел, что повлияло на процессы, определяю­щие водообмен на поверхности суши.

В последние же годы Уровень Каспия возрастает. Пока нет общепризнаной гипотезы, объясняющей это явление. Если этот процесс и будет продолжаться, то часть астраханской области окажется под водой. Возникнет необходимость строительства дамб, плотин. Но такая угроза возникнет не раньше чем через 100 лет.

Список используемой литературы.

1. С. И Варущенко «Изменение режима Каспийского моря и бессточных водоемов в палеовремени. М. Наука 1987.

2. Каспийское море: гидрология и гидрохимия. М. Наука 1986.

3. Каспий-настоящее и будущее. Тез. докл. Международной конф. Астрахань.

4. Касынов А. Г. «Каспийское море» Л. 1987.

5. Крицкий С. К. «Колебания уровня Каспийского моря» М. Наука 1975.

29-04-2015, 00:46