ИСТИНА

Планируемые теоретические и экспериментальные работы направлены на изучение закономерностей формирования газовых включений при конжеляционном льдообразовании и на выявление соотношения между вариациями содержания диоксида углерода в атмосфере и сезонной и многолетней динамикой площади распространения морского ледяного покрова, как составной части конжеляционных льдов. Формирование газовых включений во льду и изменения их состава, обусловленные дифференциацией растворенных газов и изменениями солености и температуры воды в процессе роста льда, предполагается исследовать в холодной лаборатории при назначенных термодинамических условиях, а также при натурных исследованиях ледяного покрова морских и пресных водоемов. При проведении экспедиционных работ на арктическом побережье и на пресных водоемах Севера России будет исследовано содержание диоксида углерода во льду, воде и атмосфере в периоды становления, существования и схода ледяного покрова, что позволит оценить роль конжеляционного льдообразования в газообмене атмосферы и гидросферы.

Полевое изучение ледяного покрова Белого моря и пресных водоемов Севера и Центра России показало, что строение льда закономерно изменяется и существует периодичность в распределении газовых включений, согласующаяся с изменениями термических условий на поверхности ледяного покрова (потепление-похолодание, отложение снежного покрова). Исследована морфология газовых включений и проанализирован состав включений газа в ледяном покрове. Установлены закономерности изменения состава газовых включений при промерзании водоемов различного типа (морские, пресные, проточные, замкнутые). Натурные наблюдения были воспроизведены в лабораторных условиях при моделировании процесса формирования газовых включений во льду. В замерзающей воде, изолированной ледяным покровом от газообмена с внешней средой (атмосферой), массовое формирование автогенных газовых скоплений происходит в результате формирования зоны повышенной концентрации растворенных газов перед фронтом кристаллизации или с изменениями термического режима водной массы. На начальном этапе становления ледяного покрова формирование газовых включений происходит при высокой скорости роста льда (более 10-4см/с), когда концентрация растворенных газов у фронта кристаллизации возрастает в несколько раз. На основном, наиболее продолжительном этапе роста ледяного покрова (взаимостесненный рост кристаллов льда) формирование горизонтов, обогащенных автогенными газовыми скоплений, обычно связано с повышением температуры на его внешней поверхности, сопровождающимся замедлением роста льда, повышением температуры воды и выделением из нее растворенных газов. Разработаны представления о механизме формирования автогенных газовых скоплений в воде, предполагающие адсорбцию молекул газов на микрочастицах, дренирующих приконтактный слой воды, и о механизме захвата газовых скоплений растущим ледяным покровом. Проанализировано соотношение ежегодных вариаций площади морского ледяного покрова с межсезонными колебаниями содержания СО2 в атмосфере Земли. Амплитуда межсезонных колебаний содержания СО2 возрастает от экватора к полюсам, достигая в полярных широтах Северного полушария 15-20 ppm. Увеличение содержания диоксида углерода в атмосфере в холодный зимний период с максимумом весной и понижение в теплый летний с минимумом в начале осени согласуются с максимальным и минимальным сезонным распространением морского ледяного покрова, который является естественным барьером для газообмена атмосферы и океана. Проведенные исследования позволяют считать ежегодные изменения площади морского ледяного покрова одной из основных причин (наряду с фотосинтезом) основными причинами сезонных вариаций содержания атмосферного СО2.