Экологические риски морского транспорта

В момент полной воды при сплоченности 10 баллов льды находятся в наиболее сжатом состоянии. Максимальная интенсивность сжатия наблюдается при смене отливного течения на приливное. На большей части акватории арктических морей интенсивность приливных сжатий и их влияние на плавание судов существенно уступает соответствующим показателям ветровых сжатий. Заметные приливно-отливные подвижки льда отмечаются лишь в ограниченных районах арктических морей: проливе Карские Ворота, сжатия могут лишь усилить или ослабить сжатия льда ветрового происхождения.[14]

3) Термические сжатия.

Термические сжатия ледяного покрова обычно отмечаются в припайных льдах. Инструментальный замер подвижек припая с помощью специальной инварной проволоки показал возможность горизонтального движения блоков припая до 6 м. Но по масштабам своего влияния на суда и гидротехнические сооружения степень риска от явления термического сжатия не идет в сравнение с максимальными силами ветрового сжатия. В этой связи существуют технические способы уменьшения влияния термического сжатия на корпус судна и искусственные сооружения, вмороженные в припай заливов, проливов и островов.[12] Например, прокладка дополнительного канала ледоколом на расстоянии 2-3 кабельтова от стоянки судна (инженерного сооружения).

4) Сжатия, продуцируемые морскими течениями, в частности, при нагонах, при образовании явления "ледовая река"

Нагоны и денивеляция уровня (особенно в проливах), вызывающие сгонно-нагонные течения с большими скоростями потока, могут вызвать значительные скорости дрейфа и явление сжатия льда. В узких проливах арктических морей, где отмечается крайне повышенная динамика дрейфующих льдов, устойчивые сильные ветры могут способствовать дрейфу льда со скоростью до 6 узлов и больше. В такой "ледовой реке" часто отмечается сжатие льдов, и караван судов может оказаться в критической ситуации, т.к. иногда даже мощные ледоколы не могут выйти из "русла" этой "реки".[13]

Часто "ледовая река" отмечается в проливе Карские Ворота, а также к северу от острова Диксон у кромки припая и к западу от острова на выходе из Енисейского залива. Причиной возникновения этих аномально больших скоростей дрейфа может являться нагонный эффект - существенные градиенты уровня.

Качественные и количественные характеристики степени сжатия

Наблюдения за сжатием дрейфующего льда проводятся по таким признакам, как наличие и отсутствие "окон" чистой воды, выступившая на лед вода, торошение, ледяная "каша" и пр. Однако сложность оценки степени сжатия связана с тем обстоятельством, что эти признаки сжатия меняются в процессе сжатия. Это очень затрудняет оценку данного явления.

Методика определения сжатия при выполнении ледовых авиаразведок изложена в специальном руководстве (Руковододство, 1981), а методика определения сжатия льда с борта судна приводится в таблице 1.3. Довольно уверено интенсивность сжатия определяется с воздуха по степени заплывания следа канала во льдах за судном. Характерным признаком сильного сжатия является то, что суда, проводимые во льдах, разворачивает на некоторый угол или даже поперек курса (канала).

Таблица 1.3 Перечень дополн. признаков для определения сжатия с борта судна[14]

Определяющий признак	1 балл - слабое	2 балла - значительное	3 балла - сильное, сплошное
Состояние льда за ледоколом в канале, проложенном в серо-белых льдах	От канала остается узкая полоса битого и иэмельченного льда (канал «заплывает») или никакой полосы почти не остается и бровки канала смыкаются (канал "захлопывается")	На месте канала образуется невысокая гряда торосов (канал "сложило в нитку"), в отдельных случаях высота гряды достигает 1,5-2,0 м (канал "собирается")	Образовавшаяся на месте канала гряда торосов сдвигается в сторону от оси канала (канал "уводит"), при этом в молодых льдах обраэуется эубчатообразное наслоение
Поведение льда у борта проводимого судна	Отдельные льдины у борта встают "на попа"	Лед у борта местами вспучивается и всторашивается, но на палубу не заваливается	Лед вдоль бортов судна на глазах вспучивается и всторошенной полосой наваливается на борт по всей его длине, отдельные льдины выпираются на палубу
Реакция бортового набора и крен	Судно испытывает отдельные толчки и удары (при стоянке)	Судно испытывает сильные толчки и удары, сопровождаемые скрежетом льда и треском корпуса, крен достигает 1-20 градусов	Судно испытывает непрерывные удары, бортовая обшивка прогибается и трещит (а иногда с грохотом выпрямляется), крен на борт достигает 40 и более градусов
Поведение льда на бровках канала	Лёд при движении ледокола не раздвигается в стороны и не скалывается	Отдельные льди-ны при движении ледокола наслаиваются	Происходит интенсивное наслаивание взломанных льдин сверху друг на друга или процесс подсова снизу
Эффективность работы ледокола при проводке судоа класса УЛА и УЛ (ориентировочно)	Судно за ледоколом испытывает затруднение при движении в поджатом канале и временами останавливается	Судно преимущ-но продвигается с трудом, проводка сопровожд. частыми околками, ледокол временами испыт. затруднение, останавливается и работает ударами	Судно не имеет движения, а ледокол непрерывно работает ударами и временами заклинивается
Скор. проводки л/к+УЛА+УЛ. Толщина льда 60-80 см с учетом торосистости, переведенной в мощность льда.	8-12 узлов (средн. - 10 узлов)	2 - 6 узлов (средн. - 4 узлов)	0 - 2 узла (средн. - 1 узел)

Статистические данные о повторяемости, частоте, продолжительности и силе сжатия льдов.

По данным ледовых авиаразведок за 1960-1974 г.г. (4 тыс. авиаразведок по трассе СМП и 15 тыс. определений степени сжатия) в Карском море в летний период чаще всего наблюдаются сжатия силой 1 балл. На их долю приходится 47 % от количества сжатий различной силы. Сжатие 2 балла наблюдается в 19 % случаев, а сжатие 3 балла - всего в 6 %. Таким образом, на долю значительных и сильных сжатий, представляющих непосредственную угрозу для судоходства, в летний период приходится только четвертая часть всех наблюдавшихся сжатий. Повторяемость сильных сжатий мала. Эта закономерность соответствует повторяемости сильных ветров.[12] В осенне-зимний период основное количество наблюдений также приходится на слабые сжатия. В Карском море в осенне-зимний период степень сжатия 1-2балла имеет повторяемость 50 %. Однако количество наблюдавшихся сжатий в это время в два раза выше, чем летом, т.к. процент площади льдов со сжатием увеличивается в два раза, достигая 60 % (по сравнению с З0 % в летний период).[15]

В осенне-зимние навигации 1970-73 гг. в юго-западной части Карского моря средняя продолжительность сжатия составляла З0 минут, а очень интенсивные сжатия продолжались, как правило, не более 5-15 минут.

Одна из особенностей сезонной изменчивости сжатия в арктических морях заключается в том, что осенне-зимний сезон является периодом наибольшего развития сжатия льда как по площади, так и по силе. Например, в первой половине зимы протяженность трассы со сжатием в юго-западной части Карского моря в среднем в 1.5-2.0 раза больше, чем летом. В осенне-зимних навигациях в среднем до 50 % трассы суда проходят во льдах при сжатии (1970-73 г.г.).[15]

Касаясь сезонной изменчивости сжатия, необходимо подчеркнуть, что сжатие в зимний период более опасно, т.к. льды во время нарастания обладают большой прочностью. Они могут без своей деформации оказывать давление на сравнительно небольшую площадь борта судна, что увеличивает вероятность его повреждения.

Ниже представлены данные по определению вероятности (%) и среднеквадратическое отклонение возникновения условий, при которых будет отмечаться сжатие льда различной интенсивности по трассе Северного Морского пути. [12]

Таблица 1.4 Вероятность ветровых сжатий различной интенсивности в зимний период по трассе Северного Морского пути [7]

Период	Сжатие, баллы
	3	2-3	2	1-2	1	0-1
сентябрь-ноябрь	Р	0.01 0.00	0.02 0.00	0.04 0.01	0. 13 0.02	0. 21 0.01	0.17 0.01
декабрь февраль	Р	0.01 0.00	0.02 0.00	0.04 0.01	0. 12 0. 02	0. 24 0.01	0.17 0.01
март-май	Р	0.01 0.00	0.02 0.00	0.03 0.01	0.12 0.01	0.21 0.01	0. 17 0. 01

Таким образом, суммарная протяженность пути плавания во льдах со сжатием различной интенсивности составляет 54 - 67 % от общей протяженности пути в сплоченных льдах.

Географическое распределение зон сжатия льда по трассе Северного Морского пути.

В различных районах Арктики сжатие имеет свои особенности. При одних и тех же анемобарических условиях оно будет по разному проявляться в прибрежной полосе, в открытых районах морей и в Арктическом бассейне. В прибрежной зоне сжатия при нажимных ветрах могут быть очень значительными, что является одной из причин, затрудняющих проводку судов прибрежным вариантом .

Зоны сжатия льда при конкретных нажимных направлениях ветра наиболее часто располагаются в проливе Вилькицкого и на подходах к нему, у юго-западного побережья острова Северная Земля, в районе пролива Карские ворота, у побережья полуострова Таймыр и у мыса Желания.[13] Зоны повышенной повторяемости сжатия связаны с положением ледяных массивов Карского моря: Североземельского и Новоземельского. В осенне-зимний период в Карском море по данным наблюдений с ледоколов зоны наибольшей повторяемости сжатия, а также зоны сильных сжатий располагаются в определенных местах: в проливе Карские Ворота, в районе пролива Югорский Шар, к западу от мыса Харасавэй, к северу от острова Белый и у входа в Енисейский залив. Эта особенность, очевидно, связана с наложением на сжатие ветрового характера сжатий, вызванных значительными приливно-отливными течениями или с наложением на ветровые сжатия сильных постоянных течений (например, в Карском море в районах проливов Карские Ворота и Вилькицкого). [14]

В пределах моря часто наблюдается чередование зон сжатия шириной в несколько десятков километров с зонами, в которых сжатие льдов либо отсутствует, либо происходит их разрежение. При этом зоны сжатых льдов неоднородны по структуре и могут состоять из участков ледяного покрова с локальными сжатиями различной силы и небольших участков, где сжатия нет.

Вероятными причинами чередования зон сжатий и разрежений являются изменения скорости течений, а также колебания уровня, наблюдающиеся при прохождении барических систем над ледяным покровом.

Можно выделить три вида пространственного распределения сжатия льда: локальные (очаговые), зональные («полосы» сжатия) и региональные.

Сжатие льда -- это, пожалуй, единственная характеристика ледяного покрова, которая может быстро изменяться во времени. В результате проведенных с ледоколов наблюдений в осенне-зимний период в юго-западной части Карского моря было установлено, что увеличение и уменьшение интенсивности сжатия льда на 1--2 балла может произойти за небольшой промежуток времени (до 10 мин). Изменение сжатия во времени иногда проявляется как бы в режиме пульсации: после сильных подвижек и сжатия наступает кратковременное (до получаса) затишье, а затем сжатие вновь усиливается.

Сжатие силой 1--2 балла в осенне-зимний период может наблюдаться ежедневно в течение длительного периода времени (две недели и больше). Однако частота сжатия силой 3 балла намного меньше.

В открытых районах арктических морей сжатие не достигает такой силы, как в Арктическом бассейне, где ветер приводит в движение огромные массы многолетних льдов. Однако в прибрежной зоне морей сжатия при нажимных ветрах могут быть очень интенсивными, что является одной из причин, затрудняющих проводку судов вдоль побережья. Сила сжатия, особенно в осенне-зимний период, может достигать значительной величины.

Торосы являются свидетельством былых сжатий, формирующиеся торосы - происходящих сжатий. Когда сплоченные до 9--10 баллов льды при сжатии начинают давить друг на друга и сила давления достигает какого-то предела, во льдах образуются деформированные структуры -- разломы и трещины, наслоения (в молодых льдах), торосы (в однолетних и многолетних льдах).[13]

Сжатие льда особенно ярко проявляется в прибрежной полосе, где дрейфующий лед на своем пути встречает препятствия в виде припая, берега, островов и мелей. При нажимном дрейфе нагромождения льда у берегового припая могут возвышаться на 10 --12, а иногда и на 20 м. При разломах многолетних льдов образуются более крупные ледяные поля, следовательно меньшее количество гряд торосов образуется при последующих сжатиях (среднее значение расстояния между грядами торосов на многолетних льдах составляет 338 м, а на однолетних 93 м). Поэтому среднее значение торосистости на однолетних льдах вдвое выше, чем на многолетних. Поскольку торосы занимают значительную часть поверхности морей, этот факт свидетельствует о большом влиянии сжатия на ледяной покров. На отдельных участках: у кромки припая, вблизи берегов материка и островов -- торосистость может достигать 60 -- 80%. В Арктическом бассейне торосистость редко превышает 10--15%. [15]

В результате сжатия могут разрушаться льды любой толщины. По данным экспедиции «Север-27» в мае 1975 г. вдали от мелководья при контакте с многолетними льдами был взломан край ледяного острова толщиной 30 м, где находился лагерь дрейфующей станции «Северный полюс-22».

Таким образом, процессы сжатия льда играют исключительно важную роль в формировании ледяного покрова, определяя характер его верхней и нижней поверхностей, а также степень раздробленности льда.

Факторы, влияющие на величину ледовых нагрузок.

Величина нагрузок, действующих на корпус судна при ледовом сжатии, обуславливается тремя основными факторами:

1. Видом сжатия и его интенсивностью (ветровое сжатие, сжатие под влиянием течения, приливных явлений, термическое расширение льда и т.д.).

2. Морфологическими и прочностными характеристиками льда (форма, возраст и толщина льда, его физико-механические свойства).

3. Формой обводов корпуса в районе действия льда, посадкой судна и техническим состоянием корпуса.

Наиболее опасными видами сжатия являются ветровое сжатие и термическое расширение (в холодные месяцы). Сжатие судна в толстых многолетних льдах, особенно торосистых, приводит к наибольшим нагрузкам на среднюю часть корпуса. Благоприятные обводы корпуса (значительные углы наклона борта и ватерлинии, отсутствие цилиндрической вставки) уменьшают силу воздействия льда на корпус судна. Износ корпуса, плавание судна в балласте в ледовых условиях, непродуманные конструктивные решения узлов соединений балок и ледовых усилений приводят к увеличению риска получения повреждений при ледовых сжатиях. Возможно, что не последнюю роль здесь играет плавание судов в ледовых условиях, усложненных сжатиями.

Зная силу сжатия, можно затем найти ледовые нагрузки на корпус судна. В частности, можно привлечь, методы расчета ледовых нагрузок на гидротехнические сооружения, поскольку характер взаимодействия конструкций судов со льдом при сжатиях аналогичен процессам воздействия льда на неподвижные инженерные объекты.[15]

1.3.2.3 Общие принципы методических указаний по учету влияния ледяного покрова на элементы арктических морских транспортных систем

Разработка методических указаний и навигационных рекомендаций всегда была важным разделом в тематике Росгидромета, выполняемой в интересах совершенствования системы гидрометеорологического обеспечения деятельности водного транспорта [10].

Основное назначение рекомендаций - обеспечение эффективности и безопасности судоходства при наличии ледяного покрова, предотвращение аварийных ситуаций. Необходимость в грамотном и эффективном учете возможного влияния природных и, прежде всего, ледовых условий, была и остается насущной проблемой, независимо от ведомственной или частной принадлежности средств водного транспорта. Анализ хода морских операций за прошлые годы, даже при весьма благоприятных ледовых условиях, свидетельствует, что эпизодически на разных участках плавания, при проведении грузовых операций на припае возникают трудные, а иногда опасные и особо опасные для работы морских отраслей условия.

Основные принципы, на которых будет базироваться методические указания по учету влияния климатических изменений характеристик состояния ледяного покрова на функционирование арктических морских транспортных систем, заключаются в следующем:

Прежде всего, на основе опубликованных материалов и доступных источников выявляются основные направления морских перевозок, используя сведения о прогнозных оценках их развития (и сохранения).

Поскольку в перспективе ожидается изменение как количества, так и состава арктического флота (транспортного и ледокольного), важное значение приобретает изучение возможности и устойчивости безледокольного плавания судов различного типа. В связи с этим, особое внимание должно быть уделено ретроспективному анализу возможности безледокольного плавания судов ледовых категорий и изменению возможности осуществления этого вида плавания.

Наиболее информативными показателями условий плавания в дрейфующих льдах является протяженность пути в сплоченных льдах с учетом вероятности сжатий; в припае решающими факторами являются его толщина и устойчивость. Для районов традиционного и перспективного судоходства систематизированы накопленные данные наблюдений по указанным характеристикам.

Наибольшие затруднения, безусловно, связаны с обоснованием рекомендаций для судоходства с учетом возможных изменений характеристик ледяного покрова и других природных факторов на ближайшие годы и более отдаленную перспективу. Использование прогностических значений суммарной ледовитости арктических морей и известные соотношение между этим показателем и протяженностью пути в сплоченных льдах, прогностические соображения об изменении атмосферной циркуляции позволит оценить возможное влияние климатических изменений характеристик ледяного покрова на функционирование АМТС. [10]

2. Характеристики Карского моря

2.1 Навигационно-географический очерк

Карское море, расположенное в высоких арктических широтах, является одним из окраинных морей Северного Ледовитого океана и занимает площадь 883 000 км2 (с островами 893 000 км2), средняя глубина его - 118 м, максимальная - 600 м, средний объем воды - 104 000 км3. На западе море ограничено островом Вайгач и островами Новая Земля и соединяется с Баренцевым морем проливами Югорский Шар, Карские Ворота и Маточкин Шар. На северо-западе Карское море смыкается с Баренцевым морем, а на севере имеет широкий выход к Центральному Арктическому бассейну. На востоке море ограничено островами Северная Земля и полуостровом Таймыр и соединяется с морем Лаптевых проливами Вилькицкого, Шокальского и Красной Армии. Песчаный, вдоль западного берега острова Большевик и по восточному входу в пролив Вилькицкого от мыса Евгенова до мыса Прончищева. Карское море относится к группе арктических морей сибирского шельфа, располагается в западной его части.

Берега Карского моря разнообразны по строению, но в большинстве своем характеризуются сравнительно сглаженным рельефом и небольшой высотой. В юго-западной части изрезанность берегов достаточно большая, особенно, вдоль материкового берега за счет крупных заливов: Енисейский, Гыданский, Обская губа и Байдарацкая губа. Мелкая изрезанность характерна для берегов Новой Земли. Югорский и Ямальский берега изрезаны слабо. Материковый берег в основном абразионного типа, на Новой Земле преобладают фиордовый тип берегов.

Местами берега обрывистые, каменистые, сложены из коренных пород. Побережье Карского моря покрыто тундровой растительностью и имеет однообразную желтовато-бурую окраску. После выпадения первого снега оно становится бело-серым, и только в отдельных местах выделяются валуны или каменистые россыпи.[16]

2.1.1 Глубины, рельеф дна и грунт

Карское море расположено в пределах материковой отмели и в основном имеет глубины до 400 м. Материковый склон играет важную роль в формировании гидрологического режима он начинается севернее линии, соединяющей архипелаг Земля Франца-Иосифа с островами Северная Земля. Наиболее глубоководная западная часть моря, где вдоль острова Вайгач и островов Новая Земля располагается Новоземельская впадина, глубины в которой 200--400 м, а на подходах к мысу Желания местами достигают 500 м. Средняя ширина впадины 40 миль. В двух местах ее пересекают пороги. Один порог с глубинами не более 170 м тянется к востоку от мыса Спорый Наволок, а другой с глубинами менее 200 м -- к северо-востоку от северной оконечности острова Вайгач.[16]

Широкий желоб Св. Анна с глубинами 400--600 м проникает в Карское море с севера вдоль восточных берегов архипелага Земля Франца-Иосифа к району мыса Желания, где, пересекая поднятие с глубинами 80--200 м, он переходит в Новоземельскую впадину. Это поднятие является подводным продолжением северо-восточной оконечности островов Новая Земля.

В южной части Карского моря, включая широкую, местами до 200 миль полосу, примыкающую к Обь-Енисейскому району и к берегу Харитона Лаптева, глубины не превышают 50--60 м из-за наносов рек Обь и Енисей. Наиболее опасной для плавания зоной в Карском море из-за неровностей дна является прибрежная его часть между Пясинским и Таймырским заливами, ограниченная изобатой 50 м.

Грунт в глубоководных районах моря коричневый и темно-коричневый глинистый ил и ил. Ближе к Центральной Карской подводной возвышенности коричневый ил сменяется серым песчанистым илом, содержащим до 40 % песка. В мелководных районах моря дно покрыто песчанистым илом, илистым песком; отмели песчаные. Вблизи каменистых берегов в местах расположения большого числа островов часто встречается камень.[16]

2.1.2 Метеорологическая характеристика

Климат Карского моря морской арктический, с низкой температурой воздуха, большой влажностью и облачностью, малым количеством осадков, частыми туманами летом, штормами и метелями зимой. Он обусловлен несколькими факторами, главными из которых являются географическое положение моря, особенности атмосферной циркуляции и подстилающей поверхности. Карское море, расположенное к северу от полярного круга, находится под непосредственным влиянием Северного Ледовитого океана.

Важную роль в формировании климата Карского моря играет атмосферная циркуляция и связанное с ней сезонное расположение барических полей. Зимой (ноябрь -- март) над Азией располагается устойчивая область повышенного давления (Азиатский антициклон), а над южной частью Карского моря с юго-запада на северо-восток простирается ложбина Исландской депрессии. В этот период преобладают ветры южных направлений. Циклоны над Карским морем в течение почти всего года перемещаются главным образом с юго-запада на северо-восток. В ноябре -- марте среднее месячное число их достигает 5. Прохождение циклонов обычно сопровождается резким изменением погоды -- повышением температуры воздуха, увеличением облачности, усилением ветра.[16]

Весной (апрель -- май) Азиатский антициклон разрушается, ложбина Исландской депрессии заполняется и в мае исчезает совсем.

Летом (июнь -- август) над континентом устанавливается обширная область пониженного давления, а над Карским морем -- малоградиентное поле повышенного давления. В этот период господствующими являются северные ветры. В июле над южной частью моря проходит в среднем не более трех циклонов.

Осенью (сентябрь--октябрь) происходит перестройка барического поля: углубляется ложбина Исландской депрессии, а над Азией образуется устойчивый центр повышенного давления. Среднее месячное число циклонов над южной частью моря увеличивается до 4.

Ветры. Ветровой режим Карского моря имеет хорошо выраженный муссонный характер. Ветровое перемешивание затрагивает до 15 м водной толщи.

В ноябре -- марте в юго-западной части моря преобладают ветры от SW и S, в северо-восточной -- от SЕ и S. В июне -- августе господствующими являются северные ветры, в основном от N и NW.

Весна и осень являются переходными периодами и характеризуются переменными ветрами. Режим ветров в прибрежной зоне, в проливах, заливах и узкостях отличается от режима ветров в открытом море. В проливе Вилькицкого в течение всего года преобладают ветры от W, SW и Е; вдоль восточных берегов островов Новая Земля -- от NЕ, а в некоторых местах -- от NW. У входа в пролив Маточкин Шар господствуют ветры от NЕ, а летом наряду с большой повторяемостью ветров от NЕ (около 33 %) увеличивается повторяемость ветров от W (до 26 %).

Средняя месячная скорость ветра колеблется от 5--6 м/с летом до 7--8 м/с зимой, причем в юго-западной части моря она несколько больше, чем в северо-восточной. Наиболее сильными являются ветры западных и южных направлений. Максимальная скорость ветра зимой достигает 34--40 м/с, местами более 40 м/с, летом 24--34 м/с. В юго-западной части моря в сентябре -- марте наибольшую повторяемость имеют ветры со скоростью 6--9 м/с (25--40%), в июне--августе увеличивается повторяемость ветров со скоростью 2--5 м/с (до 50%).

Повторяемость штилей колеблется от 2 до 11%.[16]

В прибрежной зоне, заливах и бухтах во время боры развивается очень сильное волнение, а резкие порывы ветра могут сорвать судно с якорей выбросить его на берег. Поэтому с появлением признаков боры судам рекомендуется уходить в море.

Туманы в открытом море отмечаются наиболее часто в июле -- августе; повторяемость их составляет 10--20 % в южной части моря и 20--30% в северной. В сентябре повторяемость туманов уменьшается до 5--10 %, а в октябре -- апреле не превышает 5 %. На побережье и островах наибольшее число дней с туманом отмечается также в июле -- августе, когда в южной части района насчитывается в среднем 13--19 таких дней за месяц, а в северной 20--24.

Зимой осадки выпадают в основном в виде снега, летом преобладают моросящие дожди, хотя в любой летний месяц могут наблюдаться снегопады.[16]

2.1.3 Гидрологическая характеристика

Гидрологический режим Карского моря формируется в основном под влиянием циркуляции атмосферы, солнечной радиации, водообмена с Центральным Арктическим бассейном и морями Баренцевым и Лаптевых, а также стока пресных речных вод.

Циркуляция воздушных масс и солнечная радиация обусловливают состояние ледового режима моря.

В результате водообмена с Баренцевым морем происходит повышение температуры и солености воды в Карском море, а водообмен с Центральным Арктическим бассейном и морем Лаптевых способствует понижению температуры воды.

Вследствие стока большого количества пресной и теплой воды с суши происходит сильное распреснение и значительное повышение температуры воды в южной части Карского моря.

Мощный сток рек Обь и Енисей образует большую часть постоянных течений.

Приливы в Карском море обусловлены приливными волнами, приходящими с севера,-- из Центрального Арктического бассейна и с запада - из Баренцева моря. Преобладают полусуточные приливы. Максимальные приливы наступают через 2--3 сут после новолуния или полнолуния.

Средняя величина сизигийного прилива колеблется от 0,2 до 0,7 м. Средняя величина квадратурного прилива в 2--2,5 раза меньше сизигийного.[16]

Существенное влияние на приливные явления оказывает ледяной

покров. Вследствие гашения приливной волны ледяным покровом величина

прилива зимой уменьшается, а с уменьшением скорости распространения приливной волны подо льдом происходит запаздывание наступления прилива. Наиболее заметно влияние ледяного покрова на приливы в мелководных прибрежных районах моря.

Сгонно-нагонные колебания уровня в Карском море значительны. Наибольшие сгонно-нагонные колебания уровня наблюдаются при прохождении циклонов, следующих в основном с юго-запада на северо-восток. В этих случаях уровень моря может повыситься или понизиться относительно среднего многолетнего уровня на 1 м и более.

Суммарные течения в Карском море складываются из постоянных, ветровых и приливных течений.

Постоянное холодное течение образуется в результате притока вод из Центрального Арктического бассейна и теплое Новоземельское течение из Баренцева моря, а также течение образуемое речным стоком.

Теплые воды рек Обь и Енисей, впадающие в юго-западную часть Карского моря, распространяются по ее акватории веерообразно. Часть этих вод, взаимодействуя с водами, поступающими из Баренцева моря, образует в юго-западной части моря круговое течение, направленное против часовой стрелки. Другая часть идет на N и NЕ со скоростью 0,1--0,3 уз.

Воды рек Обь и Енисей проникают и в северо-восточную часть моря.

На рисунке 2.1 приведены данные о направлении и скорости постоянных течений в слое 0--10 м.[16]

При устойчивых ветрах со скоростью 10 м/с возникают ветровые: течения, которые в совокупности с постоянными образуют течения, представленные на рисунке.

При юго-западном и юго-восточном ветрах течения направлены преимущественно на Е и N, а северо-восточный и северо-западный ветры обусловливают в целом течения, направленные соответственно на W и S.

Приливные течения в описываемом районе преимущественно полусуточные. Неправильные полусуточные течения отмечаются в проливах Югорский Шар и Карские Ворота. Сизигийные приливные течения начинаются через 2 сут после новолуния и полнолуния в большей части открытого моря и через 3 сут - в заливах, губах и проливах южной части Карского моря.

В открытом море приливное течение идет на S, а отливное - на W направление течении меняется по часовой стрелке. В прибрежной зоне течения реверсивные и следуют вдоль береговой линии.

Рисунок 2.1 -- Постоянные течения в слое 0 -- 10 м в навигационный период [16]

Средняя скорость сизигийных приливных течений в открытом море 2--0,4 уз; вблизи островов и в Байдарацкой губе она увеличивается до 6 уз, а в районе острова Белый достигает 0,8--1,0 уз. Максимальная скорость сизигийных приливных течений наблюдается в проливе Югорский Шар и достигает 2,8 уз. Средняя скорость квадратурных приливных течений невелика и в открытом море составляет 0,1--0,2 уз.[16]

На рисунке 2.2 скорость суммарных течений в значительной части моря достигает 1 --1,5 уз. В южной части Байдарацкой губы, в районах пролива Карские Ворота и острова Белый она возрастает до 2--2,5 уз, а на отдельных участках проливов Югорский Шар, Малыгина и Матисена может достигать 5--7 уз.

Основными факторами, определяющими развитие волнения, являются ветер и степень покрытия моря льдом.

В навигационный период на большей части акватории моря льда мало, а потому он не препятствует развитию волнения. Наибольшую повторяемость в Карском море имеют волны высотой менее 1 м (40 - 65%).[16]

Рисунок 2.2 -- Макс. скорость суммарных течений в слое 1--10 м [16]

2.2 Ледовый режим Карского моря

В Карском море большую часть года наблюдаются дрейфующий лед и припай в основном местного образования.

В северо-восточной части моря в отдельные годы бывает двухлетний лед и очень редко в самой северной части -- многолетний лед. В отдельные годы западная кромка многолетнего льда проходит по меридиану 79° в.д. К востоку от этой линии плавание возможно только под проводкой ледокола, даже в летний период. На акватории юго-западной части Карского моря ледяной покров существует большую часть года. При этом с декабря по май припай и дрейфующие льда полностью покрывают все море. В пределах моря кромки льдов нет, сезонные и межгодовые изменения площади дрейфующих льдов отсутствуют.

2.2.1 Ледообразование

Осенью в связи с понижением температуры воздуха начинается льдообразование, причем в районах, где имеется остаточный лед, процесс льдообразования начинается раньше и проходит более интенсивно, чем на чистой воде.

В северо-восточной части моря устойчивое льдообразование начинается с сентября, причем часто между полями остаточного льда, и постепенно распространяется на юг и юго-запад. В юго-западной части льдообразование начинается 20 октября, в проливах Карские Ворота и Югорский Шар -- в середине ноября и, как правило, на чистой воде. Образование припая в Карском море происходит с северо-востока на юго-запад, причем распространяется он от берега в сторону моря.[16]

В бухтах и между островами устойчивый припай образуется сравнительно быстро. Припай в северо-восточной части моря после первого становления неоднократно взламывается и окончательно устанавливается в конце октября -- начале ноября, а в юго-западной части моря окончательное его установление происходит в ноябре -- декабре.

У восточных берегов островов Новая Земля вследствие приглубости берегов ширина припая обычно не более 3 миль. В северо-восточной части моря, где имеется много островов и берега преимущественно отмёлые, припай получает большое развитие и в апреле -- мае достигает максимальной ширины 100--150 миль.

Рисунок 2.3 -- Ширина припая в мае [16]

Торосистость припая обычно не превышает 2--3 баллов, а в районе архипелага Норденшельда 1--2 баллов. В проливе Вилькицкого и на подходах к нему в отдельные годы торосистость припая достигает 4 баллов.

Дрейфующий лед преимущественно осеннего образования наблюдается зимой во всей юго-западной части Карского моря и в центральном районе северо-восточной его части. Двухлетний и многолетний лед встречается только в северо-восточной части моря.[16]

Толщина молодого льда довольно резко увеличивается в начальной стадии замерзания. В западной части моря толщина молодого льда достигает 5--10 см к началу ноября и 20--25 см к концу ноября. В северо-восточной части моря толщина молодого льда достигает 5--10 см к концу сентября -- началу октября, 20--25 см в среднем около 15 ноября; в юго-западной части -- соответственно к началу ноября и к 20 ноября.



Рисунок 2.4 -- Даты начала устойчивого льдообразования [16]

Максимальная толщина льда наблюдается во второй половине мая и в среднем составляет 120--140 см в западной части моря и 180--200 см в северо-восточной. Межгодовые отклонения толщины дрейфующего льда от средних значений в течение всего периода нарастания не превышают 30 см. Под воздействием динамических факторов и неравномерного распределения на поверхности льда снежного покрова толщина льда даже на ограниченных участках изменчива.[16]

Сплоченность дрейфующего льда, как правило, 9--10 баллов в зимнее время, а торосистость его составляет в среднем 2 балла. Особенно интенсивное торошение льда происходит осенью и в первой половине зимы, когда толщина льда еще невелика и высота гряд торосов в этот период в основном не более 4 м. Разреженные и редкие льды сплоченностью 2 - 6 баллов появляются в весенне-летний период. Так как разреженные и редкие льды сплоченностью меньше 7 баллов появляются в весенне-летний период и имеют большую интенсивность за счет бокового таяния, то, в общем, за год количество разреженных и редких льдов намного меньше, чем сплоченных. Торосистость льда 3 балла и более, вероятнее всего в районе пролива Карские Ворота и в Байдарацкой губе.

Сезонное уменьшение площади и сплоченности ледяного покрова начинаются с апреля - мая, когда на чистой воде в зонах выноса уже не образуются молодые льды. При этом вначале межгодовые изменения площади обычно меньше 10 % площади моря, а изменения сплоченности происходят в пределах градации сплоченных льдов 7 - 10 баллов. Межгодовая изменчивость торосистости ледяного покрова невелика (0,5--1 балл).[16]

Зимой под влиянием преобладающих ветров южных направлений дрейфующий лед отходит от кромки припая к северу. При этом за кромкой припая образуются заприпайные полыньи, обычно покрытые молодым льдом. Заприпайные полыньи, повторяемость которых за многолетний период больше 60%, называются стационарными. К стационарным полыньям в Карском море относятся: Северная Новоземельская, Ямальская, Обь-Енисейская, Центральная Карская и Западная Североземельская; повторяемость их зимой 60--80%. Реже образуется нестационарная Восточная Новоземельская полынья, повторяемость которой менее 50 %. В весенне-летний период заприпайные стационарные полыньи становятся своеобразными очагами прогрева моря и очищения его ото льда.

Для юго-западной части Карского моря свойственна значительная пространственная неравномерность распределения ледяного покрова.

В связи с постоянным зимним выносом льдов от южных и восточных берегов акватории там преобладают относительно более тонкие льды, чем в западной половине моря. Это обстоятельство определяет более интенсивное таяние и разрежение льдов в восточной половине моря.

Таким образом, в западной половине моря формируется скопление сплоченных льдов, среди которых преобладают поля размером около 2 км и обломки полей размером 0.5 км.

Сплоченные льды расположены над Новоземельской впадиной, что придает устойчивость этому скоплению, которое получило название Новоземельский ледяной массив. Иногда небольшая зона сплоченных льдов взломанного припая образуется между островами в южной части Обь-Енисейского района.

Заприпайные полыньи успешно используются для судоходства в наиболее ранние и поздние сроки.

Особо опасным явлением для судоходства зимой является сжатие льда. Наиболее сильным сжатие может быть в прибрежных районах, у островов и кромки припая. Средняя протяженность зон сжатия зимой составляет 5--20 миль, достигая порой 40 миль и более. Зоны повышенной повторяемости сжатий соответствуют зонам повышенной повторяемости сильных ветров. Продолжительность действия сжатия изменяется от нескольких минут до 2--3 сут. Зимой сильные сжатия возникают во льду не более пяти раз в месяц, летом -- реже. Минимальная повторяемость сжатий наблюдается в июле и августе. Наибольшее число сжатий отмечается при прохождении над Карским морем циклонов, сопровождающемся усилением градиентов давления и повышенной изменчивостью поля ветра.

В районах, где наблюдаются значительные приливные течения, сжатие происходит более регулярно. Под влиянием приливных течений в Карском море два раза в сутки происходят сжатие и разрежение льда. Наиболее отчетливо они проявляются у северной части острова Северный (острова Новая Земля). В юго-западной части района сжатие и разрежение полусуточного характера отчетливо выражаются в Байдарацкой губе и вдоль западного побережья полуострова Ямал.

В открытом море сжатие льда происходит при подъеме уровня моря, а разрежение -- при его спаде. В соответствии с этим лед бывает наиболее сплоченным в момент полной воды, а наиболее разреженным в момент малой воды.

В прибрежной зоне или у кромки припая, где движение дрейфующего льда ограниченно, периоды сжатия льда совпадают с периодами приливного течения, а периоды разрежения -- с периодами отливного течения.

Средняя заснеженность льда составляет примерно 2 балла.[16]

2.2.2 Таяние льда и разрушение припая

Весеннее разрушение ледяного покрова начинается в мае с таяния снега на льду за счет солнечной радиации и еще до перехода температуры воздуха к положительным значениям. Снежницы появляются в юго-западной части моря в мае, раньше, чем в других районах.

В июне таяние льда происходит более интенсивно. Скорость таяния льда в юго-западной части моря в среднем составляет 1 см в сутки, а в северо-восточной 0,6 см в сутки. В июле скорость таяния льда по сравнению с июнем увеличивается в три-четыре, раза. Интенсивность таяния льда постепенно уменьшается по мере продвижения с юга на север. В весенне-летний период происходит взлом припая, т. е. устойчивый переход большей части неподвижного льда в дрейфующий.

Взлом его происходит как со стороны моря, так и со стороны берега.

В юго-западной части моря окончательное разрушение припая раньше всего происходит у восточных берегов островов Новая Земля: в среднем в июне -- начале июля. На большей части акватории северо-восточной части моря припай взламывается в конце июля. У западных берегов островов Северная Земля, в проливах Шокальского и Красной Армии припай разрушается в среднем в конце августа, а иногда у островов Визе, Ушакова, Уединения и в проливе Шокальского припай не взламывается.

Очищение моря ото льда идет в основном от восточных берегов островов Новая Земля и от мыса Желания на восток, а также от Обь-Енисейского района на север и северо-восток. Первое очищение происходит в середине июля в обширной заприпайной зоне Обь-Енисейского района. Затем во второй половине июля очищается большая мелководная зона на востоке моря. В 1-ой декаде августа очищается большая зона на юге и в центре акватории. Во второй половине августа очищаются южный и северный Новоземельские районы. В юго-западной части моря лед обычно исчезает во второй половине августа, а северо-восточная часть, как правило, полностью не очищается ото льда.[16]

Средняя по всей акватории продолжительность безледного периода при средних ледовых условиях составляет 8 декад.

Лед в открытом море в период летней навигации находится в состоянии дрейфа, обусловленного действием ветров и течений, причем преобладает вынос льда на север и северо-запад.

Под влиянием приливных течений в Карском море два раза в сутки происходят сжатие и разрежение льда. Наиболее отчетливо они выражаются у северных берегов островов Новая Земля, а также в заливах и проливах (особенно в проливах архипелага Норденшельда). В юго-западной части моря сжатие и разрежение полусуточного характера отчетливо проявляются в Байдарацкой губе и вдоль западного берега полуострова Ямал.

Самые сильные сжатие и разрежение наблюдаются при сизигийных приливных течениях, более слабые -- при квадратурных.

В открытом море сжатие льда возникает при смене отливного течения на приливное, а разрежение -- при смене приливного течения на отливное. В сплоченном льду максимальное сжатие наступает за 3 ч до момента полной воды, а максимальное разрежение -- через 3 ч после момента полной воды.[16]

По известной скорости и направлению ветра, пользуясь значениями K и a, можно рассчитать скорость и направление дрейфа льда для каждого района моря. Умножив скорость ветра V на соответствующий ветровой коэффициент К, получаем скорость дрейфа льда W = КV; исправив измеренное направление ветра на обратное и прибавив к нему угол a, получаем направление дрейфа льда. Если угол a отрицательный, то отклонение направления дрейфа льда от направления ветра происходит влево.

2.3 Экологическое состояние Карского моря

Низкая температура и экстремальные сезонные колебания освещенности -- это некоторые из физических характеристик, которые снижают продуктивность арктических экосистем и могут делать их более уязвимыми к воздействию веществ, загрязняющих природную среду. В наземных экосистемах нехватка биогенных веществ, избыточное увлажнение в тундре и недостаток воды в районах арктических пустынь также ограничивают продуктивность.

Информация об источниках загрязнения Арктики совершенствуется, и теперь в ряде случаев она имеет количественный характер. Существуют два основных типа источников -- удаленные от Арктики и находящиеся в самой Арктике. Две трети количества тяжелых металлов, находящегося в воздухе высокоширотной Арктики, являются результатом промышленной деятельности на Кольском полуострове, в зоне Норильского промышленного комплекса, на Урале (за пределами Арктики) и в Печорском бассейне.

Горно-металлургические комбинат, расположенный в Норильске, является для Карского моря главными поставщиками металлов в водные экосистемы и в частности серы.

Основными источниками загрязнения западной части акватории Карского моря являются перенос загрязняющих веществ водными и воздушными потоками и морское судоходство. Поскольку промышленные центры находятся на значительном удалении от устьевых участков впадающих в море речных систем, то даже катастрофический залповый сброс загрязнителя будет сглажен и переработан речной системой, так что колебания концентрации загрязнителя в устьевой области будут незначительны. Концентрация нефтяных углеводородов и хлорорганических пестицидов в поверхностных водах Карского моря близки к фоновым для Мирового океана. Примыкающая к побережьям Северо-Запада России юго-западная часть Карского моря относится к зоне смешения трансформированных речных вод с поверхностными морскими водами, которая характеризуется усредненными для арктического бассейна концентрациями металлов. Вследствие выноса текущими на север реками иловые отложения вдоль некоторых побережий загрязнены углеводородами. Самые высокие концентрации отмечаются в эстуариях Оби и Енисея.

Карское море - часть Северного морского пути. В морских грузовых перевозках преобладает лес, строительные материалы, нефтепродукты, руды цветных металлов, горнодобывающее оборудование и продовольствие.

Поэтому основной причиной чрезвычайных ситуаций в устьевых и прибрежных зонах арктических морей следует признать аварийные ситуации с судами и стационарными сооружениями: шельфовыми буровыми установками, подводными трубопроводами, нефтяными и газовыми терминалами и т.д.

По проведенным анализам (1994-95) концентрации хлорорганических соединений в воде Карского моря, составляла: Альфа-ГХЦГ - 120-560 пг/л; ДДТ - 50-1250 пг/л; ПХБ - 510-3940 пг/л.[17]

Основную экологическую проблему, связанную с загрязнением углеводородами, создают добыча и транспортировка нефти и газа, но локальный ущерб природной среде наносят также технологические сбросы нефти с судов. В региональном масштабе загрязнение состоит из стока с суши, сбросов сточных вод и атмосферных выпадений. Другой значимый источник -- естественное просачивание нефти. Растворимые компоненты нефти содержатся также и в технологических сбросах при ее добыче на морском шельфе.

Влияние разливов нефти в морской природной среде в большой степени зависит от того, достигает ли эта нефть чувствительных животных. Крупные разливы в открытом океане могут и не давать такой сильный эффект, как небольшие разливы вблизи берега или в окрестностях обширных колоний птиц. Ввиду этого перенос и рассеивание нефти становятся важными факторами в попытке оценить риск, связанный с добычей нефти и газа.

Главную опасность от судоходства, связанную с нефтью, представляет перевозка нефтепродуктов танкерным флотом. Аварии с танкерами дают небольшую долю поступления нефти в океан, но привлекают внимание широкой общественности ввиду их потенциально сильного воздействия на окружающую среду, особенно если танкер велик или разлив происходит поблизости от берега.

Самую большую угрозу представляют аварийные разливы нефти и хронические утечки из поддерживаемых в неудовлетворительном состоянии трубопроводов, а также с судов. Уже возникли некоторые серьезные местные и региональные проблемы, связанные с разведкой, добычей и транспортировкой нефти и газа.

Природная среда в Арктике более уязвима к разливам, чем в более теплом климате, поскольку нефть в условиях холода и темноты распадается медленнее, а растениям и животным требуется больше времени для восстановления после нанесенных им повреждений. Кроме того, вследствие экстремальных условий -- низких температур, ледяного покрова и полярной ночи -- меры по исправлению ситуации затруднены.[17]

Необходимо отметить, что наличие ледяного покрова сказывается на размерах загрязненной области. Уменьшение площади загрязнения и увеличение толщины нефтяной пленки в ледовых условиях прямо пропорционально увеличению сплоченности льда. Данная особенность объясняется способностью льда аккумулировать нефть. Как показали результаты исследований, лед может захватывать нефтепродукты в количестве, эквивалентном ј собственной массы. При соприкосновении с кромкой льда или при попадании под лед нефть заполняет все возможные пустоты и трещины. В зимний период нефть может вмораживаться в ледяной покров и оставаться в таком состоянии до начала периода таяния, сохраняя при этом все свои свойства. При попадании нефти под ледяной покров, нефть может скапливаться и замерзать в подводной части торосистых образований. Торосы имеют большие шансы, чтобы “выжить” в течение нескольких сезонов, так что нефть может оставаться в торосах и других многолетних льдах длительное время. Аккумулированная в осенне-зимний период льдом нефть в результате дрейфа льдины может переноситься на большие расстояния вплоть до начала таяния. Таким образом, ледяной покров выполняет функцию транспортировки нефтяного загрязнения из одного района в другой. В весенне-летний период происходит увеличение пористости льда за счет увеличения его температуры. Начинается таяние. Рассол стекает вниз по солевым каналам, и нефть, находящаяся подо льдом или в теле льда и имеющая меньшую плотность, замещает рассол и начинает вертикально мигрировать к поверхности. По мере появления нефти на поверхности льда, значительная часть нефтепродуктов трансформируется. Процесс трансформации обуславливается, главным образом, испарением, фотоокислением и биологической утилизацией нефтепродуктов.[17]

Наибольшую опасность представляет аварийный разлив “тяжелых” нефтепродуктов (таких как сырая нефть или автол) в зимнее время года - в этом случае трансформация нефтеуглеводородов, вследствие процессов естественного самоочищения, наименее интенсивна.

Таким образом, был обоснован теплоизолирующий эффект нефтяных пленок на поверхности воды или льда, замедляющий ледообразование, а также выявлены факторы, обуславливающие этот эффект.

Можно сделать следующие заключения:

- нефтяные углеводороды можно обнаружить в морской воде по всей Арктике; за исключением местного загрязнения в гаванях, самые высокие уровни наблюдаются возле устьев рек; однако, в целом, можно сказать, что в настоящее время средний уровень нефтяного загрязнения Северного Ледовитого океана не превышает ПДК - на современном уровне антропогенной нагрузки в арктическом регионе пока эффективно действуют механизмы естественного самоочищения поверхности воды и снежно-ледяного покрова, по крайней мере, по отношению к нефтяному загрязнению;

- самая большая угроза окружающей природной среде Арктики, связанная с нефтяным загрязнением, исходит от нерегулируемых выбросов, разливов и утечек в процессе добычи и транспортировки нефти; таким образом, наиболее вероятные аварийные разливы нефти могут произойти в местах добычи, местах выгрузки (в портах) и в районах прохождения судоходных трасс.[17]

Для защиты и сохранении природной среды в Карском море находится ряд заповедных зон и биосферных полигонов Большого Арктического заповедника, в которых действует особый режим плавания и деятельности человека.

2.4 Рекомендованные пути в Карском море

2.4.1 Перечень опасностей в Карском море

В Карском море условия для плавания судов сложные. Основными причинами, затрудняющими плавание, являются: большое количество подводных опасностей, частые туманы, почти постоянное наличие льда и слабая изученность течений. Выбор пути в прибрежной зоне определяется наличием льда и опасных для плавания глубин. В районах открытого моря, в которых опасные для плавания глубины отсутствуют, выбор пути зависит от сплоченности льда. Наличие льда в море обусловило необходимость строгого контроля мореплавания Штабом морских арктических операций западного района Арктики, находящимся в порту Диксон. В Штабе Запада сосредоточиваются полные сведения о характере, количестве и расположении льда.