Области пресной воды, которые образуют реки при впадении в моря, называют речными плюмами. Эти структуры влияют на климат и экологию прибрежных зон. Они приносят в океан питательные вещества, органику, а также различные загрязнители. Однако до сих пор ученые не сформировали единую теорию о том, по каким законам эти зоны существуют.
Значительный вклад в решение этой задачи внесли ученые Московского физико-технического института и Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН. Они впервые в мире предложили единые метрики для изучения больших речных плюмов в разных частях света и применили их, сравнив десять самых крупных на Земле структур такого рода. Научная работа опубликована во Frontiers in Marine Science. Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда.
Во время исследования ученые проанализировали данные по таким речным системам, как Амазонка, Ганг—Брахмапутра, Конго, Ориноко, Обь—Енисей, Янцзы, Рио-де-ла-Плата (Парана и Уругвай), Миссисипи, Лена и Святого Лаврентия. Они обеспечивают треть суммарного стока пресной воды с суши в Мировой океан. Период данных охватил почти три десятилетия — с 1993 по 2022 год. Источниками информации служили спутники, дрейфующие буи и натурные измерения.
«Мы определяли и сравнивали площади, объемы, горизонтальную и вертикальную структуру плюмов. Во-вторых, выявляли связь их сезонной изменчивости с изменчивостью речного стока. В-третьих, оценивали интенсивность водообмена через фронты раздела между плюмами и морем и связанное с этим время пребывания речной воды в плюмах в зависимости от локальных океанографических условий»,— рассказал Александр Осадчиев, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН, заведующий лабораторией арктической океанологии МФТИ.
В результате исследования ученые предложили новую классификацию для больших речных плюмов, основанную на ключевых физических процессах, определяющих свойства плюмов. По их мнению, эти структуры можно разделить на слабо перемешиваемые, сильно перемешиваемые и промежуточные. Для первого из этих типов характерна малая толщина речного плюма — их воды далеко растекаются по поверхности океана, слабо взаимодействуя с солеными морскими водами. Такие структуры представлены, в частности, в устьях Конго, Миссисипи и Амазонки.
Стоит отдельно отметить, сообщили исследователи, что Амазонка — крупнейшая река мира — формирует тонкий плюм: всего около 20 метров, который распространяется более чем на одну тысячу километров от речного устья.
Ко второму типу относятся плюмы, в которых речной сток и морские воды, наоборот, очень интенсивно перемешиваются. В результате этого толщина речных плюмов может достигать 80 метров, как, например, в реках Янцзы и Святого Лаврентия. Причина — очень сильные приливы и некоторые другие океанологические факторы.
«Дополнительным фактором, который влияет на толщину плюма, может быть зимняя конвекция, когда вода охлаждается, становится тяжелой и опускается, увлекая вниз пресные массы. Такие процессы характерны для реки Святого Лаврентия. Помимо этого свой вклад вносят встречные течения, когда соленая морская вода заходит в речное устье по дну навстречу пресной, вытекающей в сторону моря. Это особенно заметно в устье реки Рио-де-ла-Плата»»,— пояснил Александр Осадчиев.
Вместе с тем, как показали ученые, скорость обновления пресных вод в речных плюмах тоже подчиняется общим закономерностям. Так, период максимального накопления пресной воды для всех изученных речных плюмов (кроме Янцзы) наступает спустя один-три месяца после начала половодья на этих реках. Однако полностью пресная вода в плюмах обновляется за неодинаковое время. Например, в Амазонке и Миссисипи этот процесс занимает от четырех до шести месяцев, а в Конго и Ганге — до 11 месяцев. Причина таких различий может заключаться в локальных течениях, которые удерживают речной сток у берега.
По мнению исследователей, изучение речных плюмов крайне важно с практической точки зрения. К примеру, сибирские реки оказывают большое влияние на состояние ледового покрова и навигацию по Севморпути. В южной и восточной Азии речные плюмы влияют на интенсивность осадков на суше в период зимних муссонов. В целом в зонах смешения крупных рек с океаном часто расположены нерестилища промысловых рыб и районы нагула молоди. Также понимание поведения речных плюмов позволит оценить распространение выносимых питательных веществ, необходимых морским организмам, или, наоборот, вредных для них загрязнений.