Особливості Північного Льодовитого океану
Вступ
Північний Льодовитий океан
відрізняється суворістю клімату , великою кількістю льодів і відносно малими
глибинами . Життя в ньому повністю залежить від обміну водою і теплом з
сусідніми океанами.
Північний Льодовитий океан -
найменший з океанів Землі. Розташований океан в центрі Арктики , яка займає
великі простори навколо Північного полюса , що включають океан , прилеглі
частини материків , острови і архіпелаги .
Перші відомості про природу
приполярних областей океану були зібрані в кінці XIX в . під час дрейфу « Фрама
« Ф. Нансена і плавання до полюса на початку XX в . Г. Сєдова на шхуні «Св.
Фока «. У Росії народився новий план вивчення океану. У 1899 р. за проектом
адмірала С. О. Макарова був побудований перший в світі криголам « Єрмак» , на
якому було виконано три плавання в полярних водах і доведено, що лід можна
перемогти силою машин.
Радянські вчені розробили нові
методи дослідження Північного Льодовитого океану. У 1937 р. на дрейфуючій
крижині була організована перша полярна станція «Північний полюс- 1 « ( СП- 1 )
.
1.Проблеми Північного Льодовитого
океану
Екологічна ситуація в водах
Північного Льодовитого океану далека від сприятливої . В даний час перед
світовим співтовариством постала проблема вирішення відразу декількох
екологічних проблем , пов'язаних з Північним Льодовитим океаном. Перша проблема
- масове винищення морських біологічних ресурсів , зникнення деяких видів
морських тварин, що мешкають в умовах крайньої Півночі .
Друга проблема світового масштабу -
повсюдне танення льодовиків , відтавання ґрунту і перехід її із стану вічної
мерзлоти в стан . Третя проблема - засекречена діяльність деяких держав ,
пов'язана з випробуваннями ядерної зброї. Саме засекречений характер подібних
заходів і ускладнює встановлення істинної картини екологічної ситуації у водах
Північного Льодовитого океану.
І якщо одну з екологічних проблем -
знищення деяких видів морських тварин - вдалося певною мірою вирішити ще
наприкінці XX століття шляхом встановлення заборон та обмежень на їх винищення
, то інші проблеми - радіаційне забруднення , танення льодів - до цих пір
залишаються невирішеними.
Крім того , до вже наявних
екологічних проблем у найближчому майбутньому може додатися ще одна -
забруднення вод океану внаслідок розвитку нафто- газодобувної промисловості на
території океану.
Моніторинг екологічної ситуації в
Північному Льодовитому океані. Танення льодовиків та дрейф айсбергів
Наявність льодів - найхарактерніша
особливість Північного Льодовитого океану. Їх утворення пов'язане з низькою
температурою і відносно низькою солоністю поверхневих водних мас, які опріснені
великою кількістю річкових вод, що стікають з материків. Тут переважає
багаторічний лід товщиною 2 - 4 м і більше. Вітри і течії викликають рух і
стиснення льодів, освіта торосів.
В зв’язку з глобальним потеплінням
вчені встановили, що з початку вересня 2007 року в східній частині Північного
Льодовитого океану став швидко танути лід. Західні екологи стверджують, що
процес розморожування Арктики увійшов в необоротну фазу і до 2030 року океан буде
відкритий для судноплавства.
Айсберг (нім. Eisberg, «крижана
гора») - великий вільно плаваючий шматок льоду в океані. Як правило, айсберги
відколюються від шельфових льодовиків. Оскільки щільність льоду становить 920
кг / м ³,
а щільність морської води - близько 1025 кг / м ³,
близько 90% обсягу айсберга знаходиться під водою. Багаторічні снігопади,
ущільнення снігового покриву викликає «зростання» айсберга.
2.Існуючі інформаційні системи в
Північному Льодовитому океані
Полярні регіони є невід'ємною і
швидко змінюється частиною системи планети Земля. Майбутнє навколишнього
середовища людини , його добробут і сталий розвиток вимагають всебічного
розуміння полярних систем , процесів і змін, що відбуваються в полярних
регіонах , а також спостереження за ними. Підсумки третього Міжнародного
полярного року свідчать про те , що відбувається в полярних регіонах ,
позначається у всьому світі і зачіпає всіх нас . Процеси, що відбуваються в
Північному Льодовитому океані (ПЛО) , не знають міжнародних кордонів і мають
глобальні наслідки . Міжнародні дослідження Північного льодовитого океану
почалися в рамках Першого міжнародного полярного року (МПР), проведеного в 1882
- 83гг . Наступні важливі етапи міжнародного співробітництва в Арктиці
включають Другий МПР в 1932 - 33рр , Міжнародний геофізичний рік в 1957 - 58гг
. і Третій Міжнародний полярний рік в 2007 -2008рр.
Міжнародні організації , діяльність
яких пов'язана з вивченням Північного льодовитого океану:
Арктична Рада (Arctic Council)
Створений у 1996 році. Міжурядова організація для розгляду проблем , що
становлять спільні стурбованість країн Арктики : Канади , Данії (включаючи
Гренландію і Фарерські острови), Фінляндії , Ісландії , Норвегії , Росії ,
Швеції та США (#"732715.files/image001.gif">
Рис.
північний льодовитий океан айсберг
Виявлення арктичних айсбергів по
супутниковому зображенні РСА і видимому діапазоні високого розрішення
Важливість дослідження айсбергів в
Арктиці визначається не тільки суто науковим інтересом , а й у зв'язку з
освоєнням арктичної шельфової зони , оскільки вони становлять загрозу для
мореплавання , нафтових і газодобувних платформ і підводних комунікацій .
Айсберенги , що зароджуються в межах російської Арктики , відколюються від
вивідних льодовиків , розташованих на Шпіцбергені , Землі Франца Йосифа ( ЗФЙ )
, Новій Землі та Північній Землі ,і виносяться або в Арктичний басейн , або на
південь - в моря Баренцове , Карське і Лаптєвих, де тануть протягом декількох
років.
Методи супутникового дистанційного
зондування є основними методами моніторингу крижаного покриву, що забезпечують
оперативне отримання інформації про його стан.
Рис. 2. Схема використання
супутникових засобів дистанційного зондування для відстеження ПОЛО.
Дані зі станції " Північний
полюс- 40 " та космічного зондування айсбергів можна віднести до
спеціалізованих систем.
Ці системи забезпечують виконання
декількох функцій: - інформаційно-довідкові; - моніторингові; -
інвентаризаційні; - прийняття рішень; - дослідницькі; - навчальні.
Завдання, які можна виконувати за
допомогою таких систем.
У центрі уваги арктичних країн і
міжнародної спільноти стоять проблеми, пов'язані із станом екосистеми
Північного Льодовитого океану , морським судноплавством у Північному
Льодовитому океані , безпечної видобутком нафти і газу , чисельністю і розподіл
видів морських організмів , льодовим покривом і поведінкою тварин , морським
забрудненням та харчової ланцюгом , зміною комерційних запасів риб , наслідками
великомасштабного комерційного рибальства , зміною кислотності океану і змісту
вуглецю , охоронюваними районами , біосферними заповідниками та об'єктами
всесвітньої спадщини.
За підсумками 3-го Міжнародного
полярного року були визначені наступні наукові проблеми , пов'язані з Арктикою
і Антарктикою , які мають загальнолюдське значення і потребують уваги наукової
спільноти :
· Швидка зміна
клімату в Арктиці;
· Скорочення запасів
снігу та льоду в світі ( морський лід , льодовики , крижані щити , сніговий
покрив , вічна мерзлота ) ;
· Вплив великих
крижаних щитів на підвищення рівня Світового океану і роль підльодовиковому
середовища в динаміці крижаних щитів;
· Глобальні
кліматичні наслідки змін в океанічній циркуляції ;
· Скорочення
біорізноманіття та зміни в структурі та розповсюдженні екосистем;
· Викид метану в
атмосферу внаслідок танення вічної мерзлоти ;
· Удосконалення
сценаріїв і прогнозів на базі спільних кліматичних і погодних моделей;
· Глобальний
перенесення забруднюючих та токсичних речовин в полярні регіони і їх вплив на
навколишнє середовище , населення та екосистеми;
· Здоров'я і добробут
жителів Арктики і арктичних громад.
Програма наукових спостережень
"СП- 40 " носить комплексний характер і включає океанографічні ,
метеорологічні , аерологічні , льодові спостереження , дослідження в області
енергомасообміну в системі атмосфера - лід - океан , а також великий комплекс
спеціальних спостережень .
На станції застосовуються сучасні
вимірювальні прилади і технології. Головним завданням є продовження моніторингу
стану природного середовища в Арктичному басейні.
Передумови використання даних
дистанційного зондування для виявлення айсбергів. Айсберги ідентифікуються за
зображенням високого просторового дозволу видимого діапазону з супутників
Landsat, Terra, "МоніторЕ" та іншим, отриманим у світлий час за
відсутності хмарності. Вони ідентифікуються з використанням одного з слідуючих
ознак: наявність тіні; світла пляма - відображення світла від поверненої до
Сонця частини айсберга; текстура великих столоподібних айсбергів; наявність
розводдя поблизу айсберга з за його руху щодо криги
Рис. (а)
Рис. 3. Фрагмент зображення ENVISAT
ASAR Wide Swath північно-східній частині Баренцевого моря за 15 вересня 2006
(а) і карта розподілу айсбергів на південь від ЗФЙ, отримана при аналізі
зображення ENVISAT ASAR за 15 вересня 2006 (б).
Рис. 4. Три зображення видимого
діапазону сенсора ASTER за 20 квітня 2005р., накладені на карту частини
Баренцевого моря. Відмічені та зафіксовані на зображеннях айсберги.
3.Порівняння даних про розподіл
айсбергів, отримані при аналізі супутникових зображень
Існуюча база даних айсбергів в
арктичних морях заснована на матеріалах літакової льодової розвідки ,
спостереженні із суден і полярних станцій. На основі цих даних складені карти
їх розподілу , включаючи максимальну і середню кількість спостережених
айсбергів для квадратів розміром 100 ×
100 км і вірогідності зустрічі з ними в різні місяці. Очевидно , що кількість
спостережених айсбергів в значній мірі залежить від кількості виконаних
льодових розвідок. Також очевидно , що в представлених в Атласі арктичних
айсбергів [ 1 ] даних реальна кількість айсбергів недооцінюється , і основне
питання полягає в тому , наскільки значні ці розбіжності. На рис. 4
представлено покриття північної частини Баренцевого моря трьома зображеннями
видимого діапазону сенсора ASTER . За цим зображенням , кожне з яких має розміри
60 × 60 км , було
ідентифіковано в загальній складності 245 айсбергів. Таким чином , їх середня
щільність в цьому районі становить 227 айсбергів на 10.000 км2. За
даними , представленими в роботі [ 1 ] , максимальна кількість айсбергів , що
спостерігалися в квадратах 100 ×
100 км в квітні на південь від Землі Франца Йосипа , змінювалося від 5 до 100 ,
а середня їх значення не перевищувало 5 . Таким чином , супутникові зображення
високого дозволу дозволяють отримувати більш точні оцінки їх кількості , ніж
наведені в літературі що базуються на даних льодових розвідок і суднових
спостережень .
4.Географічні
завдання
) Дослідження та
прогнозування дрейфу айсбергів за натурними даними, результатами моделювання та
дистанційного зондування.
) Ймовірні оцінки ризиків
зіткнення айсбергів з гідротехнічними спорудами та суднами.
) Створення карт з місцем
розташуванням айсбергів та прогнозуванням подальшого їхнього руху.
) Визначення точних розмірів
та форм айсбергів, так як більша частина знаходиться під водою.
) Визначення швидкості під
поверхової та поверхової течій для визначення швидкості руху айсбергів та їх
направлення.
) Створення програми для
запобігання зіткнення кораблів з айсбергами,
в яких враховується цілий ряд факторів - напрямок вітру, швидкість течій,
температура води. На підставі цих даних прогнозується дрейф айсбергів, які
загрожують не тільки кораблям, але і нафтовим платформам (подібна програма
розробляється за участю національного дослідницького ради Канади та Канадської
служби спостереження за льодами. Як вважає професор Севідж, вона зможе
забезпечувати приблизно на 30 відсотків більш точний прогноз)
5.Яким підрозділам організацій
потрібно використання геоінформаційних систем з моніторингу дрейфу айсбергів
1) Судноплавство
При наявності глибинних протитечій
або після зміни напрямку пануючого вітру айсберги нерідко рухаються в напрямку
, протилежному дрейфу морських льодів. У цьому випадку айсберги становлять
велику небезпеку для затертих в льодах судів , оскільки можуть нахвалитися на
них. Навесні розломи і руйнування айсбергів найінтенсивніше рано вранці
незабаром після потрапляння на лід прямої сонячної радіації або після того , як
айсберг вирине з туману . Вони обумовлені появою термічних напружень в поверхневому
шарі. Відкололися багатотонні масиви льоду з гучним сплеском йдуть під воду ,
викликаючи величезні стрімкі хвилі , а потім з силою виштовхуються на поверхню
, причому часто на великому видаленні від основної маси. Гідродинамічної або
звукової хвилі від йде на великій швидкості судна в окремих випадках достатньо,
щоб порушити рівновагу айсберга. При вимушеному підході до айсберга на
дистанцію менше двох миль суду повинні йти самим малим ходом з включеним
гідролокатором , щоб уникнути зіткнення з підводними виступами ( таранами ) ,
що відходять від його підводної частини іноді на 300-500 м.
Дальність виявлення айсбергів
судновими РЛС залежить від форми об'єктів. Великі айсберги з крутими схилами
можуть визначатися з 14-30 миль. Найгірше визначаються похилі айсберги з
пологим схилом . З деяких ракурсів дальність їх виявлення не перевищує 3 миль .
) Науково-дослідна робота
На айсберги практикується
будівництво жилих дослідних баз. Прикладом такого айсберга може служити Станція
" Північний полюс- 40 ".
При встановленні науково-дослідних
станцій айсберги використовувалися як причали. Проведення вантажних операцій з
айсбергів. Вони використовуються в тому випадку , коли льодові умови не
дозволяють підійти судну до бар'єра. У цьому випадку судно швартується до айсбергу
і вже з нього виробляються польоти літаків і вертольотів.
) Забезпечення прісною водою
Зараз є актуальним питання створення
технології транспортування айсбергів для отримання питної води. Спосіб
транспортування льоду айсберга для отримання води з нього полягає в тому , що
здійснюють вибір айсберга шляхом обльоту для оцінки малогабаритних показників
айсберга , проводять висадку на поверхню айсберга бригади для визначення
опорних точок якірних свердловин з якірними пристроями , в які розміщують якірні
пристрою. Курс руху айсберга підтримують дистанційним управлінням парусної
системи , які здійснюються з корабля, який супроводжує. Після прибуття айсберга
до місця призначення в континентальній частині південного або північного
тропіків приступають до оброблення айсберга на транспортабельні частини , що
доставляються на майданчики , де термальний режим навколишнього середовища
змінює фазовий стан твердого айсберга в питну воду , яку потім через насосну
систему транспортують під тиском через трубопровід , прокладений в
континентальній частині шельфу для роздачі її споживачам на континенті.
Технічний результат полягає у прискоренні доставки льоду айсбергів до місця
призначення для використання їх як джерела прісної екологічно чистої води.
) Екологія
Арктика нагрівається набагато
швидше, ніж інші регіони Планети, і наслідки зростання температури тут самі
руйнівні. Одне з них - скорочення товщини і площі льоду. У вересні 2010 року
вчені зафіксували другий за останні 5 років «арктичний мінімум» - рекордно
низька для цієї пори року кількість льоду в Арктиці.
Як можливо інтегрувати зовнішні
джерела геопросторових даних моніторингу Північно-Льодовитого океану в
бізнес-процесі транспортування продукції та в нафтодобувній сфері.
Транспортування
Дані Міжнародного льодового патруля
можна використовувати у судноплавстві.
Області транспортних шляхів в
Північній Атлантиці завжди були небезпечними для навігації. В 1913 році
Берегова охорона США взяла на себе керування та експлуатацію патруля. На
теперішній час Льодовий патруль це одиниця берегової охорони США, але служба
Canadian Ice Service, Льодова розвідка та національний центр Ice (США) також
приймають участь у спостереженнях. США складає Ice-звіти з лютого по липень, а
Канада складає звіти за іншу частину року.
Місія Міжнародного льодового патруля
полягає в спостереженні за айсбергами біля Великої Ньюфаундлендської банки і
забезпечити точне розташування меж айсбергів в морському товаристві, в тому
числі льоду і поточних умов.
Велика Ньюфаундлендська банка -
група підводних плато на південний схід від Ньюфаундленду на Північноамериканському континентальному шельфі. Цей терен
має глибини 24-100 м. Тут холодна Лабрадорська
течія занурюється під
теплі води Гольфстриму.
Морське судноплавство між Європою та Північною Америкою зазвичай йде за цим
маршрутом. І тут за рік у середньому відсліжують близько 500 айсбергів, які
можуть загрожувати суднам.
На жаль, Льодовий патруль діє тільки
в області Великої Банки. Так як це єдине місце в світі, де айсберги складають
велику загрозу з доставки грузу.
Нафтовидобування
Північний Льодовитий океан з
прилеглими територіями суші - це величезний нафтогазоносний супербассейн , що
містить найбагатші запаси нафти і газу. За даними , які наводить Геологічна
суспільство США в 2008 році , нерозвідані запаси Арктичного шельфу оцінюються в
90 мільярдів барелів нафти і 47 трильйонів м ³
природного газу , що складає 13 % нерозвіданих світових запасів нафти і 30 %
нерозвіданих газових запасів . Більше 50% нерозвіданих запасів нафти
знаходиться біля узбережжя Аляски ( 30 млрд барелів ) , в Амеразійському
басейні ( 9,7 млрд барелів ) і в районі Гренландії.
Айсберги-гіганти представляють
серйозну небезпеку для нафтових бурових вишок, , так як брила льоду в 100 кв.
кілометрів має масу в сотні мільйонів тонн і може нанести серйозні пошкодження
навіть дуже міцним конструкціям.
Тому потрібно слідкувати за рухом
айсбергів та забезпечення запобіжних засобів, наприклад, відбуксирування.