stringtranslate.com

Ложное дно (морской лед)

Схема ложного дна, образованного подо льдом [1]
Типичный температурный профиль ложного дна
Площадь ложного дна на поверхностном участке осадки морского льда, оцененная с помощью измерений многолучевого гидролокатора

Ложное дно — это форма морского льда , которая образуется на границе талой и морской воды в результате процесса двойной диффузионной конвекции тепла и соли. [2]

Характеристики

Ложные дна наблюдались под дрейфующим арктическим морским льдом, под припаем в Гренландии и на шельфовом леднике Уорда Ханта . Ложные дна, расположенные подо льдом, нелегко исследовать, и текущие наблюдения весьма изменчивы. Например, площадь покрытия ложными днами составляла 50% на дрейфующей станции Чарли в 1959 году [3] , 15% во время экспедиции SHEBA в 1998 году [4] и 20% во время экспедиции MOSAiC в 2020 году [1]. Как физическое моделирование [5] [6] , так и наблюдения на месте [7] предполагают, что ложные дна могут уменьшить таяние морского льда до 8%. Между тем, измерения с помощью ручных толщиномеров в проливе Фрама летом 2020 года показали почти 50%-ное снижение таяния донного льда из-за ложных дна. [8] Соленость и температура талой воды под льдом и ложных днов контролируются как таянием льда, так и опреснением. Соленость ложного дна составляла 1,0 во время экспедиции ARCTIC 91 [9] , 0,4 во время SHEBA и 2,3 во время MOSAiC. Средняя толщина ложного дна составляла 20 см во время экспедиции ARCTIC 91, 15 см во время SHEBA и 8 см во время MOSAiC. Наличие ложного дна может увеличить скорость опреснения морского льда. [9]

Формирование

Площадь покрытия ложного дна (области, закрашенные синим цветом) во время экспедиции MOSAiC
Временная эволюция толщины ложного дна и солености во время экспедиции MOSAiC

В течение арктического лета таяние снега и льда приводит к накоплению талой воды с низкой соленостью. Большая часть этой талой воды переносится в океан, а часть мигрирует в поверхностные талые пруды , матрицу морского льда и подледные слои талой воды. Ложное дно образуется из-за существенной разницы температур замерзания воды с разной соленостью. Их образование летом впервые задокументировал Фритьоф Нансен в 1897 году . [10] Во время экспедиции MOSAiC ложное дно возникало в областях тонкого и запруженного морского льда, окруженных более толстыми морскими ледяными хребтами, и образовывалось в то же время, когда поверхностные талые пруды осушались. [11] Ложное дно образуется в верхней части интерфейса талой воды и морской воды. Кристаллы льда сначала растут вниз по направлению к морской воде, а затем растут горизонтально до образования горизонтального слоя льда. После образования этого горизонтального слоя ложное дно постоянно мигрирует вверх из-за кондуктивного теплового потока, поддерживаемого разницей температур между талой водой и морской водой, а скорость такой миграции в основном определяется его толщиной. [12] Рост и таяние ложного дна контролируются физическими параметрами океана. [13] Ложное дно часто наблюдается в областях тонкого льда, покрытых поверхностными талыми прудами и окруженных более толстыми хребтами давления , при этом осадка хребта ограничивает глубину подледных слоев талой воды. [7]

Слой талой воды под льдом

Формирование ложного дна напрямую связано с появлением подледных слоев талой воды. Появление таких слоев талой воды часто происходит после осушения поверхностного талого пруда в сезон таяния. Глубина подледных слоев талой воды обычно ограничивается осадкой более толстого и обычно деформированного льда, окружающего более тонкий лед талой водой под льдом. Соленость подледной талой воды зависит от источников талой воды, включая снег и лед, от опреснения льда над подледными слоями талой воды и от наличия ложного дна. Во время экспедиции MOSAiC в проливе Фрама средняя толщина слоев талой воды составляла 0,46 м под однолетним льдом и 0,26 м под двухлетним льдом. Толщина слоев талой воды под многолетним льдом во время экспедиции SHEBA в море Бофорта составляла 0,35–0,47 м. Наблюдения за неподвижным многолетним льдом в море Ванделя в Северной Гренландии выявили подледные слои талой воды толщиной 1,1–1,2 м, которые позднее трансформировались в толстый слой пластинчатого льда с ложным дном толщиной 0,01 м под ним. [14]

Методы наблюдения

Ложное дно может создавать ошибки в оценках толщины морского льда по измерениям его осадки. Их можно исследовать вручную с помощью бурения и бурения льда , [1] измерителей толщины с помощью горячей проволоки [8] или дистанционно с помощью подводных сонаров . [7] Наземные гидролокаторы, направленные вверх, не могут отличить «нормальный» или родительский морской лед от ложного дна. Аналогично, дрейфующие буи, измеряющие температуру морского льда ( буи баланса массы льда ), не могут точно определять ложное дно, но могут определять более толстые слои талой воды под льдом.

Ссылки

  1. ^ abc Smith, MM; von Albedyll, L.; Raphael, IA; Lange, BA; Matero, I.; Salganik, E.; Webster, MA; Granskog, MA; Fong, A.; Lei, R.; Light, B. (2022). «Количественная оценка ложных днов и подледных слоев талой воды под летним арктическим морским льдом с помощью мелкомасштабных наблюдений». Elementa: Science of the Anthropocene . 10 (1): 000116. Bibcode : 2022EleSA..10.0116S. doi : 10.1525/elementa.2021.000116 . hdl : 11250/3047897 .
  2. ^ Notz, D.; McPhee, MG; Worster, MG; Maykut, GA; Schlünzen, KH; Eicken, H. (2018). «Влияние эволюции подводного льда на летний морской лед в Арктике». Журнал геофизических исследований: Океаны . 108 (C7). doi : 10.1029/2001JC001173 .
  3. ^ Хансон, AM (1965). «Исследования массового бюджета арктических пакового льда». Журнал гляциологии . 5 (41): 701–709. doi : 10.3189/s0022143000018694 .
  4. ^ Перович, Д.К.; Гренфелл, Т.К.; Рихтер-Менге, Дж.А.; Лайт, Б.; Такер, В.Б.; Эйкен, Хайо (2003). «Тонкий и тонкий: измерения баланса массы морского льда во время SHEBA». Журнал геофизических исследований: Океаны . 108 (3). Bibcode : 2003JGRC..108.8050P. doi : 10.1029/2001JC001079 .
  5. ^ Смит, Н. (2019). Математическое моделирование подледных талых прудов и их влияние на термохалинное взаимодействие между морским льдом и океаническим смешанным слоем (PhD). Университет Рединга.
  6. ^ Tsamados, M., Feltham, D., Petty, A., Schroeder, D., Flocco, D. (2015), "Процессы, контролирующие поверхностное, придонное и боковое таяние арктического морского льда в современной модели морского льда", Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences , 373 (2052), Bibcode : 2015RSPTA.37340167T, doi : 10.1098/rsta.2014.0167
  7. ^ abc Salganik, E.; Katlein, C.; Lange, BA; Matero, I.; Lei, R.; Fong, AA; Fons, SW; Divine, D.; Oggier, M.; Castellani, G.; Bozzato, D.; Chamberlain, EJ; Hoppe, CJM; Muller, O.; Gardner, J.; Rinke, A.; Pereira, PS; Ulfsbo, A.; Marsay, C.; Webster, MA; Maus, S.; Høyland, KV; Granskog, MA (2023). "Временная эволюция слоев талой воды под льдом и ложных днов и их влияние на летний баланс массы арктического морского льда". Elementa: Science of the Anthropocene . 11 (1). Bibcode : 2023EleSA..11...35S. дои : 10.1525/elementa.2022.00035 . HDL : 10037/30456 .
  8. ^ ab Рафаэль, Ян А.; Перович, Дональд К.; Полашенски, Кристофер М.; Клеменс-Сьюолл, Дэвид; Иткин, Полона; Лей, Руибо; Николаус, Марсель; Регнери, Джулия; Смит, Мэдисон М.; Вебстер, Мелинда; Джагги, Маттиас (2024-07-09). "Баланс массы морского льда во время эксперимента по дрейфу MOSAiC: результаты ручных измерителей толщины льда и снега". Elem Sci Anth . 12 (1): 00040. Bibcode : 2024EleSA..12...40R. doi : 10.1525/elementa.2023.00040. ISSN  2325-1026.
  9. ^ ab Eicken, H. (1994). «Структура подледных талых прудов в центральной Арктике и их влияние на морской ледяной покров». Лимнология и океанография . 29 (3): 682–693. Bibcode :1994LimOc..39..682E. doi : 10.4319/lo.1994.39.3.0682 .
  10. ^ Нансен, Ф. (1897). Крайний север: Отчет об исследовательском плавании судна «Фрам» 1893-96 и пятнадцатимесячном путешествии на санях доктора Нансена и лейтенанта Йохансена (т. 2). Harper & Brothers. doi :10.1037/12900-000.
  11. ^ Вебстер, MA, Холланд, M., Райт, NC, Хендрикс, S., Хаттер, N., Иткин, P., Лайт, B., Линхардт, F., Перович, DK, Рафаэль, IA, Смит, MM, Альбедилл, L. фон, Чжан, J. (2022), "Пространственно-временная эволюция талых прудов на арктическом морском льду", Elementa: Science of the Anthropocene , 10 (1): 000072, Bibcode : 2022EleSA..10.0072W, doi : 10.1525/elementa.2021.000072
  12. ^ Мартин, С., Кауфман, П. (1974), «Эволюция подледных талых прудов, или двойная диффузия при точке замерзания», Журнал механики жидкости , 64 (3), Cambridge University Press (CUP): 507–528, Bibcode : 1974JFM....64..507M, doi : 10.1017/S0022112074002527
  13. ^ Александров, Д.В., Низовцева, И.Г. (2008), «К теории эволюции подводного льда, или нелинейная динамика ложных днов», Международный журнал по тепло- и массообмену , 51 (21–22): 5204–5208, doi :10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.11.061
  14. ^ Кириллов, С.; Дмитренко И.; Рисгаард, С.; Бэбб, Д.; Эн, Дж.; Бендтсен Дж.; Бун, В.; Барбер, Д.; Гейльфус, Н. (2018). «Предполагаемое образование слоя тромбоцитов Subice под многолетним припаяным морским льдом в море Ванделя (северо-восток Гренландии), вызванное дренажом талой воды». Журнал геофизических исследований: Океаны . 123 (5): 3489–3506. Бибкод : 2018JGRC..123.3489K. дои : 10.1029/2017jc013672 . ISSN  2169-9275.