Форпост російської океанології на Чорному морі

Створеному в 1945 Інституту океанології АН СРСР була необхідна експериментально-методична база для проведення цілорічних морських робіт. Після енергійних пошуків під керівництвом професора В.Г. Богорова в 1946 році таке місце було виявлено в районі м. Геленджика - це мальовнича долина гірської річки Ашемби, що впадає в Блакитну (Рибальську) бухту. І одразу ж сюди стали направлятися комплексні експедиції з вивчення динаміки берегів і багатьох інших процесів. Район Блакитної бухти виявився настільки зручною базою для проведення широкого комплексу океанографічних робіт, що в середині 1949 тут була створена Чорноморська експериментальна науково-дослідна станція (ЧЕНІС).

У 50-х роках на ЧЕНІС енергійно проводилося опис морських берегів, хвильових процесів в прибережній зоні моря і біологічні дослідження моря. І, природно, тут проводились найрізноманітніші морські експедиції Інституту. У цих експедиціях перевірялися та налагоджували старі прилади, випробовувалися нове обладнання і прилади, які готувалися для судів ІВ АН СРСР, що беруть участь в МГГ-ГГС 1957-59 роках.

50-60 роки відносяться до становлення Чорноморської експериментальної станції. У ці роки в дослідженнях Чорного моря переважала експериментально-методична тематика.

Наприкінці 50-х -- початку 60-х років ЧЕНІС поповнилася великою когортою молодих фахівців різного профілю. З цього, спочатку несміливо, а потім усе більш рішуче, і почалися власні дослідження ЧЕНІС по гідрології, гідрохімії і гідрооптіке, по морської геології, літології, геофізики та геохімії, по літодінаміке шельфу, біології, морський техніці та інших напрямах.

З 1959 року на ЧЕНІС було покладено комплексне вивчення Середземного моря, яке тривало близько 20 років і увінчалося великими гідрологічними успіхами в вивченні структури та динаміки вод цього басейну, водообміну через багато його протоки і процесів водообміну до великих глибин (800-2000 м).

Зростання молодих кадрів та їх прагнення до самостійних наукових досліджень були настільки великі, що вже в 1967 році ЧЕНІС була перетворена в Південне Відділення. У 1969 році в ПО ІВ АН СРСР налічувалося близько 200 чоловік. З них 43 людини складали науковий склад (11 власних кандидатів наук), які працювали в 3-х лабораторіях і в 2-х тематичних групах. 4 науково-дослідних судна забезпечували роботи ПО і Іоан. Було видано 14 робіт.

У 70-80 роки подальший розвиток отримали гідрофізичний, гідрохімічні, гідрооптіческіе і біологічні дослідження Чорного та Середземного морів, а також дослідження літодінамікі шельфу. Почалося розвиток гідроакустичних досліджень. До числа найбільш значних гідрофізичних експериментів у 70-80 роки відносяться унікальні за своєю тривалістю безперервні щогодинні вимірювання течій з стабілізованої буя на Північно-Кавказькому шельфі (5,5 років, 1976-1981 роки), і стандартні 100-мильний і 200-мильний гідрологічні розрізи. Періодичні спостереження на стандартних розрізах проводяться і до теперішнього часу. Гідрофізичний відділ брав активну участь у багатьох великих міжвідомчих програмах СРСР і міжнародних проектах з вивчення Світового океану. У ці роки в ПО ІВ РАН отримали великий розвиток підводні експериментальні дослідження (підводний жила лабораторія «Чорномор», підводний жило апарат «Аргус», гіпербаричної комплекс - «Кролик»). Групою техніки підводних досліджень спільно з ІВ РАН розроблено та впроваджено в експлуатацію ряд глибоководних комплексів: «Манта», «Звук», «Скат» та інші. У 70-80 роках розширилися також геолого-геофізичні дослідження в ПО ІВ РАН. Покращився технічне забезпечення геологічної і геофізичної лабораторій. Створюються лабораторії комплексної автоматизації геофізичних досліджень і електромагнітних і теплових полів. У лабораторії геології південних морів впроваджені нові методи лабораторних досліджень: рентгенівської дифрактометрії, атомно-абсорціонного хімічного аналізу. У 70-80 роки співробітники ПО ІВ РАН стали спільно з ІВ РАН активно брати участь у багатьох експедиціях і в інших районах Світового океану. У ці ж роки ПО ІВ РАН стає центром великих наукових форумів.

З 80-х років гідрофізичний відділ Південного відділення майже повністю переключився на вивчення Чорного моря, де екологічна обстановка стала різко погіршуватися. У цьому, здавалося б, добре вивчений басейні на початку 80-х років була відкрита система прибережних антіціклоніческіх вихорів (близько 20 ПАР), що обрамляють все Чорне море по периметру. У 1984-90 роках було доведено, що холодні проміжні води (ХПВ) у Чорному морі формуються в центрах циклонічних кругообігів в зимовий час.

У 1989 році Південне відділення досягла найбільшого свого розвитку: у ньому налічувалося близько 500 людей, включаючи 5 докторів та 30 кандидатів наук і 106 осіб науково-технічного складу, які працювали в 9 лабораторіях і 2 групах, видано 130 статей, наукові дослідження забезпечували 4 судна.

У 90-і роки основним напрямком комплексних досліджень ПО ІВ РАН стає моніторинг Північно-Кавказького узбережжя Чорного моря і вивчення процесів, що визначають формування екосистеми Чорного моря і мінливість її стану. Гідрофізичний відділ ПО ІВ РАН під керівництвом І.М. Овчинников у складі трьох, а з 1998 року - чотирьох лабораторій, виконував дослідження з Державної науково-технічній програмі Росії «Комплексні дослідження океанів і морів. Арктики і Антарктики », напрям:« Моря Росії, природні ресурси та екологічна обстановка, розробка рекомендацій щодо раціонального природокористування ». Особлива увага в 90-і роки приділялася експериментальним дослідженням в російській економічній зоні. Самостійно або за участю співробітників ПО ІВ РАН спільно з іншими організаціями та країнами в 90-і роки виконано 28 експедицій. В результаті експериментальних і теоретичних досліджень в останні роки розроблена гідрофізичний концепція про формуванні та оновлення структури вод Чорного моря, а також про розвиток екологічної ситуації в море (І. М. Овчинников. Отримані нові пріоритетні результати з наступних проблем:

вивчення процесів віхреобразованія на кордонах Основного чорноморського течії, гідрологічних фронтів і трансфронтального водообміну між прибережною зоною і відкритим морем;

вивчення гідрофізичних і гідрохімічних полів у циклонічних і антіціклоніческіх кругообігу Чорного моря;

дослідження механізму конвективних процесів у зонах конвергенції і дивергенції;

дослідження загальної поперечної циркуляції і оновлення глибинних вод Чорного моря;

виконання оцінки здатності Чорного моря до окислення та оновлення сірководню глибинних вод;

дослідження структури та динаміки холодного проміжного шару в Чорному морі;

вивчення мінливості кліматичних умов над акваторією Чорного моря;

екологічні проблеми Чорного моря.

У результаті проведених в 90-і роки досліджень Чорного моря отримані нові уявлення про складну вихровий структурі вод Чорного моря та її мінливості. Отримані нові уявлення про структуру прибережної зони конвергенції, що складається з окремих антіціклоніческіх вихорів (ПАР). При сильному розвитку меандрірованія ОЧТ, ПАР розділені циклонічних меандрами, придатними близько до берега. Вихри, які виникають в антіціклоніческіх меандр, мають форму близьку до кола та горизонтальні розміри 25-40 км, іноді 50-60 км. Поблизу берега - в зоні верхній частині материкового схилу в результаті взаємодії ОЧТ з рельєфом схилу виникають ПАР значно менших розмірів. Вони мають витягнуту уздовж берега елліпсовіднимі форму, велика ось в 2-4 рази перевищує малу вісь. На самому шельфі утворюються вторинні ПАР ще менших розмірів. У формуванні ПАР, їхньому розвитку і переміщення спостерігається сезонна і міжрічної мінливість. Для зимового періоду (грудень-березень) характерні ПАР невеликих і середніх розмірів (15-30 км). У літньо-осінній період (липень-листопад) їх розміри в районі Новоросійська і Керченської протоки можуть досягати 60-70 км. Ці вихори стають малорухомими і спостерігаються тривалий час. За даними послідовних в часі зйомок, зроблено висновок про рух ПАР між стрижнем ОЧТ і берегом на північний захід зі швидкістю 2-3 милі на добу. Аналіз вертикальної структури течій у ПАР показує, що вони сягають у глибину до 200-250 м, а іноді до 300 м. Оцінено причини формування прибережних антіціклоніческіх вихорів. Підкреслюється роль вихорів і меандрів в водообміні між прибережною зоною і центральною областю моря, а також в освіті прибережних Апвелінг (І.М. Овчинников, В.Г. Кривошея, В.Б. Титов). Виявлено тимчасова (кліматична, сезонна і синоптична) мінливість гідрологічних полів і циркуляції вод Чорного моря. Виконані попередні спроби чисельного моделювання циркуляції вод Чорного моря. Проведена робота по адаптації моделі загальної циркуляції океану, розробленої у Відділі обчислювальної математики РАН (Ю.Л. Дьомін, Р.А. Ібраєв, ОВМ РАН), для вивчення процесів синоптичної масштабу в східній частині Чорного моря. Дослідження процесів вертикального водообміну в зонах дивергенції (відкрите море) та конвергенції (прибережна зона) дозволили оцінити єдину збалансовану поперечну циркуляцію вод Чорного моря (опускання холодних проміжних вод в прибережній зоні і підйом глибинних вод в центрах циклонічних кругообігу відкритого моря). Показано роль циркуляції оновлення та екологічний стан вод моря: повний цикл самоочищення і оновлення всієї водної товщі через систему поперечної циркуляції за проведеними оцінками становить приблизно 150-200 років. Проведені дослідження показали, що процеси вертикального водообміну глибинних вод і холодних проміжних вод (ХПВ) дозволяють підтримувати самоочістітельний потенціал Чорного моря, але можливості збереження балансу чистих глибинних і забруднених прибережних вод не безмежні. Тому, якщо рівень антропогенного забруднення прибережної зони перевищить самоочістітельний потенціал Чорного моря, то занурюються в прибережній зоні конвергенції надмірно забруднені води, пройшовши через систему поперечної циркуляції, приведуть до повного і незворотного забруднення глибинних вод і, отже, всієї водної товщі. Тому не сірководневі зараження, а все посилюється антропогенне забруднення прибережних вод, може стати для Чорного моря катастрофічним (І. М. Овчинников, В. Б. Тітов). Виявлено найважливіша роль внутрішніх хвиль в редокс-зоні в перенесенні властивостей і маси вод через пікноклін, де відбувається активна взаємодія поверхневих і глибинних вод (І. М. Овчинников). В результаті цієї взаємодії повністю окислюється сірководень глибинних вод, що при подальшому підйомі з пікнокліна взаємодіють з поверхневими водами і формують холодний проміжний шар. Отримані нові уявлення про формування та динаміку холодного проміжного шару Чорного моря, оцінена мінливість його характеристик і кордонів. Зроблені оцінки кліматичних коливань метеорологічних умов над акваторією Чорного моря та оцінки їх впливу на формування структури і циркуляції вод. За останні 10-15 років була вивчена великомасштабна (20-річна) мінливість кліматичних умов над басейном, для якої характерні 10-річні холодні і теплі цикли. Виконані дослідження охоплюють наступні важливі для екологічного стану всього басейну проблеми:

оцінка коливань верхньої межі редокс-зони та можливості повного сірководневого зараження Чорного моря;

оцінка розповсюдження забруднень з прибережної зони у відкрите море і можливості повного антропогенного забруднення через замкнуту систему поперечної циркуляції;

роль трансфронтального обміну між прибережними водами та водами відкритого моря як регулятора екологічного стану прибережної зони і моря в цілому.

Виконані дослідження дозволяють не тільки оцінювати екологічний стан басейну, але і давати практичні рекомендації для будівництва портових споруд, випусків, нафтопроводів, газопроводів в російській економічній зоні. Практичне впровадження результатів досліджень здійснюється через госпдоговірні роботи, пов'язані з будівництвом «випусків» в прибережній зоні і з розширенням існуючих і проектуванням нових портів, нафтових терміналів, і газопроводів на чорноморському узбережжі Росії.

В гідрохімічних дослідженнях Чорного моря основна увага приділялася вивченню: гідрохімічного режиму прибережної зони моря, обмеженої ОЧТ; впливу річкового стоку і антропогенного впливу на формування його режиму; мінливості положення верхньої межі сірководню; хімічних процесів, що протікають в зоні спільного присутності О2 і Н2S і на її кордонах; ролі циркуляції вод в перенесенні гідрохімічних властивостей. Обробка отриманих експериментальних матеріалів дала можливість отримати оцінки просторово-часової мінливості гідрохімічний структури прибережної зони і прибережних антіціклоніческіх вихорів, коливань глибини залягання верхньої кордону сірководню, а також оцінити роль поперечної циркуляції вод і пов'язаного з нею вертикального обміну в окисленні сірководню. Розрахунки показали, що в результаті поперечної циркуляції щорічно окислюється близько 32 * 106 т Н2S (Ю. Ф. Лукашев, І. М. Овчинников). Особлива увага приділялася поведінці різних форм деяких елементів (N, S, Мп) в шарі співіснування 02 і Н2S. Відзначено, що повсюдно спостерігається різке виклинювання H2S на горизонті з щільністю 16,18-16,21, ймовірно, мало пов'язане з киснем і нітратами (основними окислювачами), зважаючи на їх незначних концентрацій. Зроблено припущення, що це відбувається за рахунок зважених з'єднань марганцю і заліза.

У лабораторії інформатики та обчислювальної Гідрофізика в 90-і роки основними завданнями досліджень були:

формування інформаційно-пошукової системи гідрофізичних і гідрохімічних даних;

збір і включення до Бази даних усіх наявних в ПО ІВ РАН до теперішнього часу натурних і модельних даних;

розробка і впровадження Системи управління базою даних (СУБД) і власне бази даних (БД);

модернізація гідродинамічної чисельної моделі Чорного моря з метою використання її при діагностичних розрахунках за результатами натурних вимірювань, як у центральних, так і в прибережних районах Чорного моря, а також для прогностичних розрахунків.

До теперішнього часу в ПО ІВ РАН є база даних, що включає більше 120 000 станцій, з даними більш ніж 200 експедицій в Чорному морі за період з 1898 по 1998 роки (дані по Гідрофізика, гідрохімії, гідрооптіке, метеорології). Випробувана на натурних даних чисельна гідродинамічна модель Геленджікской бухти і прилеглій акваторії Чорного моря. База даних постійно поповнюється новими даними, які отримуються в експедиціях ПО ІВ РАН і з обміну з іншими (в тому числі і зарубіжними) науковими організаціями. Встановлено, випробувана і запущена в дослідну експлуатацію система прийому супутникових зображень поверхні моря в інфрачервоному та видимому діапазонах з просторовим дозволом 4 км. Регулярно отримані із супутників дані можуть бути використані при плануванні, проведенні та аналізі результатів полігонних вимірювань у Чорному море.

У 90-і роки подальший розвиток на новому сучасному науково-технічному рівні отримали дослідження лабораторій літодінамікі шельфу, геології і геофізики. Істотно розширилися міжнародні зв'язки і обмін науковою інформацією.

До своєї 50-ій річниці Південне відділення прийшов з великою втратою. Його загальний штат різко скоротився до 200 чоловік. З них близько 80 чоловік працює в 8 лабораторіях, у 1998 р. видано всього 46 наукових праць. З наукових судів залишився один "Акванавт".

Відзначаючи своє 50-річчя, Південне відділення Інституту океанології РАН, як видно з вищенаведеного огляду, понесло величезні матеріальні та наукові втрати. Однак до кінця 90-х років ситуація значно стабілізувалася. Розвиток міжнародних досліджень Чорного моря і всякого роду договірні роботи як би вдихнули друге життя в збереглися науковіпідрозділу. І Південне відділення стало поступово оживати не тільки на своєму науковому поприщі, але й у зовнішньому благоустрій нашого містечка науки. Життя і робота в Південному відділенні вже не жевріє, але поки що і не б'є ключем. Будемо сподіватися, що до свого 100-річному ювілею ПО остаточно прокинуться зо всіх труднощів і його життя увійде в нормальну колію.

Список літератури

І.М. Овчинніков. Форпост російської океанології на Чорному морі.