ИСТИНА

Планируемые теоретические и экспериментальные работы направлены на выявление воздействия периодического формирования и разрушения сезонных арктических льдов и изменений площади многолетнего ледяного покрова на газообмен атмосферы и океана в Северном полушарии. Особое внимание предполагается уделить изучению строения ледяного покрова, в частности, сквозной пористости, наследующей вертикальные каналы стока рассола, и ее роли в газопроницаемости морских льдов. Будут проанализированы данные о динамике распространения сезонных и многолетних льдов и вариациях содержания диоксида углерода в атмосфере Земли. Комплекс планируемых работ включает исследования строения, состава и свойств моделированного в лабораторных условиях льда (низкотемпературная камера) и ледяного покрова арктических морей в натурных условиях. При проведении экспедиционных работ на арктическом побережье, на пресных водоемах Севера России и в составе высокоширотных морских экспедиций будет исследовано содержание диоксида углерода во льду, воде и атмосфере на всех этапах становления, существования и схода ледяного покрова, что позволит оценить роль конжеляционного льдообразования в газообмене атмосферы и гидросферы.

1) Рассмотрены основные факторы, определяющие внутригодовую динамику содержания СО2 в атмосфере и исследовано влияние распространения и сплоченности морских льдов на содержание СО2 в атмосфере и в подледной морской воде и на газообмен атмосферы и океана. Исследование газообмена атмосферы и океана в прибрежных зонах арктических морей и в акватории Северного Ледовитого океана показали пониженное содержание СО2 в подледной воде относительно равновесного содержанию газа в атмосфере и интенсивное поглощение углекислого газа морской водой, недавно освободившейся от ледяного покрова, из атмосферы даже с пониженным на 15-25 ppm содержанием СО2. Сезонные вариации содержания диоксида углерода в атмосфере полушарий вызваны изменениями площади распространения сезонных морских льдов, сезонными изменениями антропогенного выброса и интенсивности фотосинтеза/разложения, а также сезонными изменения температуры поверхностного слоя морской воды, имеющими противоположный вектор. Соотношения между масштабами, интенсивностями и сроками действия этих факторов позволяют объяснить широтные и полушарные различия в амплитуде вариаций содержания СО2. 2) Охарактеризованы газопроницаемость морских и пресных льдов и влияние сплоченности и строения морских льдов на интенсивность газообмена атмосферы и океана и на содержание СО2 в атмосфере и в подледной морской воде. При толщине пресного льда более 2 см, а морского льда порядка 10 см они становятся непроницаемыми для углекислого газа, а фактором, определяющим интенсивность газообмена атмосферы и океана, служит сплоченность льда. При сплоченности менее 7 баллов содержание углекислого газа в морской воде близко к равновесному с содержанием газа в атмосфере, при большей сплоченности содержание газа в подледной воде – ниже равновесного. Установлена значительная изменчивость содержания углекислого газа в глубинных слоях морской воды. 3) Проведены исследования закономерностей растворения газов в воде, перераспределения их при замерзании воды и формирования газовых включений в формирующемся льде. Термодинамические условия кристаллизации определяют переохлаждение воды перед растущими кристаллами льда, механизм и скорость их роста (дендритный или сплошной), толщину зоны повышенной концентрации газов перед фронтом кристаллизации и степень повышения концентрации. Аналитическое решение задачи проведено с использованием уравнения неразрывности. Формирование газовых скоплений происходит в результате интенсивной адсорбции молекул газов на осаждающихся микрочастицах. При достаточном объеме адсорбированного газа возникает подъемная сила, прижимающая образовавшийся газовый пузырек к растущим кристаллам. Аналитическое рассмотрение вхождения газовых скоплений в лед базируется на теории кластерного роста льда.