Ложное дно (морской лед)

Ложное дно — это форма морского льда , который образуется на границе раздела талой и морской воды в результате процесса двойной диффузионной конвекции тепла и соли. ^{[ 2 ]}

Характеристики

Ложное дно наблюдалось под дрейфующим арктическим морским льдом, под припаем в Гренландии и на шельфовом леднике Уорд-Хант . Поскольку ложные дны расположены подо льдом, их нелегко исследовать, а текущие наблюдения весьма разнообразны. Например, на дрейфующей станции Чарли в 1959 г. площадь ложного дна составляла 50%. ^{[ 3 ]} 15% во время экспедиции ШЕБА в 1998 г. ^{[ 4 ]} и 20% во время экспедиции MOSAiC в 2020 году. ^{[ 1 ]} Оба физического моделирования ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]} и на месте наблюдения ^{[ 7 ]} предполагают, что ложное дно может уменьшить таяние морского льда до 8%. Соленость и температура подледных талых вод и ложного дна контролируются как таянием льда, так и опреснением. Во время экспедиции «АРКТИК 91» соленость ложного дна составляла 1,0. ^{[ 8 ]} 0,4 во время SHEBA и 2,3 во время MOSAiC. Средняя толщина ложного дна составила 20 см во время экспедиции ARCTIC 91, 15 см во время SHEBA и 8 см во время MOSAiC. Наличие ложного дна может увеличить темпы опреснения морского льда. ^{[ 8 ]}

Формирование

Площадь покрытия ложного дна (области, заштрихованные синим цветом) во время экспедиции MOSAiC

Во время арктического лета таяние снега и льда приводит к накоплению талой воды низкой солености. Большая часть этой талой воды переносится в океан, а некоторая часть мигрирует в поверхностные талые пруды , матрицу морского льда и подледные слои талой воды. Ложное дно образуется из-за существенной разницы температур замерзания воды разной солености. Их образование летом было впервые задокументировано Фритьофом Нансеном в 1897 году. ^{[ 9 ]} Во время экспедиции MOSAiC ложное дно возникло на участках тонкого и затопленного морского льда, окруженного более толстыми торосами морского льда, и образовалось одновременно с осушением поверхностных талых прудов. ^{[ 10 ]} Ложное дно образуется в верхней части границы раздела талой и морской воды. Кристаллы льда сначала растут вниз по направлению к морской воде, а затем растут горизонтально до образования горизонтального слоя льда. После образования этого горизонтального слоя ложное дно постоянно мигрирует вверх за счет кондуктивного теплового потока, поддерживаемого разницей температур талой и морской воды, причем скорость такой миграции во многом определяется его толщиной. ^{[ 11 ]} Рост и таяние ложного дна контролируются физическими параметрами океана. ^{[ 12 ]} Ложное дно часто наблюдается на участках тонкого льда, покрытых поверхностными талыми прудами и окруженных более толстыми торосами давления , при этом осадка гребней ограничивает глубину подледных слоев талой воды. ^{[ 7 ]}

Подледный слой талой воды

Образование ложного дна напрямую связано с появлением подледных слоев талой воды. Появление таких слоев талой воды часто происходит после осушения поверхностного талого пруда в период талой воды. Глубина подледных слоев талой воды обычно ограничена осадкой более толстого и обычно деформированного льда, окружающего более тонкий лед подледной талой водой. Соленость подледных талых вод зависит от источников талых вод, в том числе снега и льда, от опреснения льда над подледными слоями талых вод, а также от наличия ложного дна. Во время экспедиции MOSAiC в проливе Фрама средняя толщина слоев талой воды составила 0,46 м под однолетним льдом и 0,26 м под двухлетним льдом. Толщина слоев талой воды под многолетним льдом во время экспедиции ШЕБА в море Бофорта составляла 0,35–0,47 м. Наблюдения за припаем многолетнего льда в море Ванделя на севере Гренландии выявили подледные слои талой воды толщиной 1,1–1,2 м, позднее трансформировавшиеся в мощный пластинчатый слой льда с ложным дном толщиной 0,01 м под ним. ^{[ 13 ]}

Методы наблюдения

Ложное дно может привести к ошибкам в оценке толщины морского льда на основе измерений его осадки. Их можно исследовать вручную с помощью льда бурения и бурения . ^{[ 1 ]} или дистанционно с помощью подводных гидролокаторов . ^{[ 7 ]} Наземный гидролокатор восходящего обзора не может отличить «нормальный» или материнский морской лед от ложного дна. Точно так же дрейфующие буи, измеряющие температуру морского льда ( буи для баланса массы льда ), не могут точно обнаружить ложное дно, но способны идентифицировать более толстые слои талой воды под льдом.

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Смит, ММ; фон Альбедилл, Л.; Рафаэль, Айова; Ланге, бакалавр искусств; Матеро, И.; Салганик, Э.; Вебстер, Массачусетс; Гранског, Массачусетс; Фонг, А.; Лей, Р.; Лайт, Б. (2022). «Количественная оценка ложного дна и подледных слоев талой воды под арктическим летним морским льдом с помощью мелкомасштабных наблюдений» . Элемента: Наука об антропоцене . 10 (1). дои : 10.1525/elementa.2021.000116 . HDL : 11250/3047897 .
^ Нотц, Д.; Макфи, Миннесота; Ворстер, МГ; Майкут, Джорджия; Шлюнцен, КХ; Эйкен, Х. (2018). «Влияние эволюции подводного льда на арктический летний морской лед» . Журнал геофизических исследований: Океаны . 108 (С7). дои : 10.1029/2001JC001173 .
^ Хэнсон, AM (1965). «Исследование массового бюджета арктических паковых льдин» . Журнал гляциологии . 5 (41). дои : 10.3189/s0022143000018694 .
^ Перович, Д.К.; Гренфелл, Калифорния; Рихтер-Менге, Дж. А.; Лайт, Б.; Такер, ВБ; Эйкен, Хаджо (2003). «Тонче и тоньше: измерения баланса массы морского льда во время SHEBA» . Журнал геофизических исследований: Океаны . 108 (3). дои : 10.1029/2001JC001079 .
^ Смит, Н. (2019). Математическое моделирование подледных талых прудов и их влияние на термохалинное взаимодействие морского льда и океанического смешанного слоя (доктор философии). Университет Рединга.
^ Цамадос М., Фелтхэм Д., Петти А., Шредер Д., Флокко Д. (2015), «Процессы, управляющие поверхностным, нижним и боковым таянием арктического морского льда в современной модели морского льда " , Философские труды Королевского общества А: Математические, физические и технические науки
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Салганик, Э.; Кэтлейн, К.; Ланге, бакалавр; Матеро, И.; Лей, Р.; Фонг, А.А.; Фонс, Юго-Запад; Дивайн, Д.; Оггье, М.; Кастеллани, Дж.; Боццато, Д.; Чемберлен, Э.Дж.; Хоппе, CJM; Мюллер, О.; Гарднер, Дж.; Ринке, А.; Перейра, PS; Ульфсбо, А.; Марсей, К.; Вебстер, Массачусетс; Маус, С.; Хойланд, КВ; Гранског, Массачусетс (2023). «Временная эволюция подледных слоев талой воды и ложного дна и их влияние на баланс массы летнего арктического морского льда» . Элемента: Наука об антропоцене . 11 (1). дои : 10.1525/elementa.2022.00035 . HDL : 10037/30456 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Эйкен, Х. (1994). «Структура подледных талых прудов Центральной Арктики и их влияние на морской ледяной покров» . Лимнология и океанография . 29 (3). дои : 10.4319/lo.1994.39.3.0682 .
^ Нансен, Ф. (1897). Крайний север: запись об исследовательском путешествии корабля «Фрам» 1893–1896 годов и пятнадцатимесячном путешествии на санях доктора Нансена и лейтенанта. Йохансен (Том 2) . Харпер и братья. дои : 10.1037/12900-000 .
^ Вебстер, М.А., Холланд, М., Райт, Северная Каролина, Хендрикс, С., Хаттер, Н., Иткин, П., Лайт, Б., Линхардт, Ф., Перович, Д.К., Рафаэль, И.А., Смит, М.М., Альбедилл, Л. фон, Чжан Дж. (2022), «Пространственно-временная эволюция талых прудов на арктическом морском льду» , Elementa: Science of the антропоцен
^ Мартин, С., Кауфман, П. (1974), Эволюция подледных талых прудов или двойная диффузия при температуре замерзания , Cambridge University Press (CUP)
^ Александров Д.В., Низовцева И.Г. (2008), «К теории эволюции подводного льда, или нелинейная динамика ложного дна» , Международный журнал тепломассообмена.
^ Кириллов С.; Дмитренко И.; Рисгаард, С.; Бэбб, Д.; Эн, Дж.; Бендтсен, Дж.; Бун, В.; Барбер, Д.; Гейльфус, Н. (2018). «Предполагаемое образование слоя субайсовых тромбоцитов под многолетним наземным морским льдом в море Ванделя (северо-восток Гренландии), вызванное дренажом талой воды » Журнал геофизических исследований: Океаны . 123 (5): 3489–3506. дои : 10.1029/2017jc013672 . ISSN 2169-9275 .

[Smith22-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Смит, ММ; фон Альбедилл, Л.; Рафаэль, Айова; Ланге, бакалавр искусств; Матеро, И.; Салганик, Э.; Вебстер, Массачусетс; Гранског, Массачусетс; Фонг, А.; Лей, Р.; Лайт, Б. (2022). «Количественная оценка ложного дна и подледных слоев талой воды под арктическим летним морским льдом с помощью мелкомасштабных наблюдений» . Элемента: Наука об антропоцене . 10 (1). дои : 10.1525/elementa.2021.000116 . HDL : 11250/3047897 .

[2] Нотц, Д.; Макфи, Миннесота; Ворстер, МГ; Майкут, Джорджия; Шлюнцен, КХ; Эйкен, Х. (2018). «Влияние эволюции подводного льда на арктический летний морской лед» . Журнал геофизических исследований: Океаны . 108 (С7). дои : 10.1029/2001JC001173 .

[3] Хэнсон, AM (1965). «Исследование массового бюджета арктических паковых льдин» . Журнал гляциологии . 5 (41). дои : 10.3189/s0022143000018694 .

[4] Перович, Д.К.; Гренфелл, Калифорния; Рихтер-Менге, Дж. А.; Лайт, Б.; Такер, ВБ; Эйкен, Хаджо (2003). «Тонче и тоньше: измерения баланса массы морского льда во время SHEBA» . Журнал геофизических исследований: Океаны . 108 (3). дои : 10.1029/2001JC001079 .

[5] Смит, Н. (2019). Математическое моделирование подледных талых прудов и их влияние на термохалинное взаимодействие морского льда и океанического смешанного слоя (доктор философии). Университет Рединга.

[6] Цамадос М., Фелтхэм Д., Петти А., Шредер Д., Флокко Д. (2015), «Процессы, управляющие поверхностным, нижним и боковым таянием арктического морского льда в современной модели морского льда " , Философские труды Королевского общества А: Математические, физические и технические науки

[Salganik23-7] Перейти обратно: ^а ^б ^с Салганик, Э.; Кэтлейн, К.; Ланге, бакалавр; Матеро, И.; Лей, Р.; Фонг, А.А.; Фонс, Юго-Запад; Дивайн, Д.; Оггье, М.; Кастеллани, Дж.; Боццато, Д.; Чемберлен, Э.Дж.; Хоппе, CJM; Мюллер, О.; Гарднер, Дж.; Ринке, А.; Перейра, PS; Ульфсбо, А.; Марсей, К.; Вебстер, Массачусетс; Маус, С.; Хойланд, КВ; Гранског, Массачусетс (2023). «Временная эволюция подледных слоев талой воды и ложного дна и их влияние на баланс массы летнего арктического морского льда» . Элемента: Наука об антропоцене . 11 (1). дои : 10.1525/elementa.2022.00035 . HDL : 10037/30456 .

[Eicken94-8] Перейти обратно: ^а ^б Эйкен, Х. (1994). «Структура подледных талых прудов Центральной Арктики и их влияние на морской ледяной покров» . Лимнология и океанография . 29 (3). дои : 10.4319/lo.1994.39.3.0682 .

[9] Нансен, Ф. (1897). Крайний север: запись об исследовательском путешествии корабля «Фрам» 1893–1896 годов и пятнадцатимесячном путешествии на санях доктора Нансена и лейтенанта. Йохансен (Том 2) . Харпер и братья. дои : 10.1037/12900-000 .

[10] Вебстер, М.А., Холланд, М., Райт, Северная Каролина, Хендрикс, С., Хаттер, Н., Иткин, П., Лайт, Б., Линхардт, Ф., Перович, Д.К., Рафаэль, И.А., Смит, М.М., Альбедилл, Л. фон, Чжан Дж. (2022), «Пространственно-временная эволюция талых прудов на арктическом морском льду» , Elementa: Science of the антропоцен

[11] Мартин, С., Кауфман, П. (1974), Эволюция подледных талых прудов или двойная диффузия при температуре замерзания , Cambridge University Press (CUP)

[12] Александров Д.В., Низовцева И.Г. (2008), «К теории эволюции подводного льда, или нелинейная динамика ложного дна» , Международный журнал тепломассообмена.

[Kirillov2018-13] Кириллов С.; Дмитренко И.; Рисгаард, С.; Бэбб, Д.; Эн, Дж.; Бендтсен, Дж.; Бун, В.; Барбер, Д.; Гейльфус, Н. (2018). «Предполагаемое образование слоя субайсовых тромбоцитов под многолетним наземным морским льдом в море Ванделя (северо-восток Гренландии), вызванное дренажом талой воды » Журнал геофизических исследований: Океаны . 123 (5): 3489–3506. дои : 10.1029/2017jc013672 . ISSN 2169-9275 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]