Арктические льды: ученые выяснили, от чего зависит прочность торосов и стамух

В последние десятилетия Россия активно осваивает Северный морской путь и развивает добычу нефти и газа на шельфе арктических и дальневосточных морей. Одной из проблем, с которой сталкиваются специалисты, являются крупные торосистые образования — торосы и стамухи. Эти дрейфующие нагромождения льда при столкновении с морскими сооружениями и судами могут нанести серьезные повреждения.

В отличие от айсбергов, откалывающихся от ледников единым массивом, торосы формируются непосредственно в морях из отдельных ледяных обломков, которые при смерзании образуют прочный монолитный слой. Они встречаются во всех замерзающих акваториях и часто малозаметны с поверхности, что делает их особенно опасными.

Как изучали внутреннее строение ледяных образований

Ученые исследовали внешнее и внутреннее строение крупных гряд торосов и стамух в Карском, Восточно-Сибирском морях и море Лаптевых. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Ocean Engineering and Science. Для изучения внутренней структуры в полевых условиях использовали технологию водяного термобурения, разработанную сотрудниками Арктического и антарктического научно-исследовательского института. Морскую воду нагревали до 80°C и подавали под давлением к буровым постам, а скорость бурения автоматически фиксировалась. Это позволяло выявить в скважинах границы полостей и слоев льда разной плотности, а также точно определить толщину консолидированного слоя — ключевой характеристики для расчета ледовых нагрузок.

Специалисты также проанализировали данные о дрейфе льда и температурах в исследуемых акваториях. Это помогло установить региональное происхождение торосов (место и время их образования) и оценить внешние параметры и внутреннюю структуру ледяных образований в пяти районах трех морей.

Главные результаты: размер, возраст и температура

Наиболее крупное ледяное образование обнаружили в Восточно-Сибирском море — многолетний торос массой более 146 тысяч тонн, что в пять-шесть раз превышает среднюю массу крупных однолетних торосов в том же районе. Измеренная толщина консолидированного слоя этого старого тороса (около 5,2 метра) в среднем была вдвое больше, чем у однолетних. Именно такие ледяные образования, наряду со стамухами, представляют наибольшую потенциальную угрозу для морских сооружений и навигации.

Также в Восточно-Сибирском море ученые обнаружили торосы с самым мощным консолидированным слоем — средней толщиной до четырех метров. Выяснилось, что толщина этого слоя напрямую зависит от возраста ледяного образования и температур воздуха на протяжении всего времени его существования. Кроме того, большие плотность и степень консолидации льда в торосе характерны для более крупных гряд, что авторы связывают с силами гравитации.

«Мы подробно, с применением самых передовых технологий исследовали внутреннее строение более 150 торосистых образований в российских арктических морях и определили ключевые закономерности их формирования, — рассказывает руководитель проекта, кандидат географических наук Роман Гузенко. — Полученные результаты будут использоваться при моделировании ледяного покрова, а также позволят предсказывать ключевые параметры торосистых образований, необходимые для расчета ледовых нагрузок на морские сооружения. Надеемся, что наша работа поможет повысить безопасность морских операций в замерзающих морях».

В дальнейшем ученые планируют уделить внимание малоизученным вопросам: эволюции морфометрических и прочностных характеристик торосов в течение годового цикла, формированию торосов из старого льда, внутренней структуре старых торосов, а также практической задаче — выявлению сезонных, региональных и межгодовых закономерностей изменения торосистости на трассе Северного морского пути.