Кара-Богаз-Гол: динамика вод (спутниковая информация)

Кара-Богаз-Гол (КБГ) – гипергалинный залив, примыкающий к восточной части Каспийского моря, расположенный на территории Туркменистана (40°31ʹ – 42°29ʹ с.ш., 52°43ʹ – 54°46ʹ в.д.) и являющийся одним из самых крупных гипергалинных водоемов на Земле [5, 6, 7, 2]. Он отделен от Среднего Каспия двумя песчаными косами, простирающимися в меридиональном направлении более чем на 90 км. Эти косы образуют пролив длиной 7–9 км, шириной 120–800 м и глубиной 3–6 м, по которому воды Каспийского моря из-за разности уровней моря и залива поступают в залив, где они полностью испаряются со скоростью 800–1000 мм/год при годовой сумме атмосферных осадков не более 110 мм. Поэтому Кара-Богаз-Гол является естественным испарителем морской воды. На протяжении последнего столетия физические, химические и морфометрические характеристики залива, зависящие от поступления воды из Каспия и соответственно от уровня моря, претерпевали значительные изменения [8, 6]. В первые декады XX века при уровнях Каспия и КБГ –26,0 и –26,5 м в Балтийской системе высот (БС) площадь залива была примерно 18300 км2, объем – 130 км3, глубина в основном – 8–10 м. С падением уровня Каспия до –29 м БС к 1977 г. уровень КБГ опустился до –32 м БС, площадь залива и его объем сократились до 10 тыс. км2 и 20–22 км3 соответственно, а соленость возросла до 270–300‰. С возведением в марте 1980 г. в проливе дамбы, изолировавшей залив от моря, началось быстрое усыхание залива: к концу 1983 г. площадь, объем и глубина КБГ уменьшились соответственно до 1000 км2, 0,2 км3 и 0,1–0,3 м при увеличении солености до 330–380‰. К середине 1996 г., когда после разрушения дамбы в июне 1992 г. залив полностью заполнился водой, его уровень достиг отметки –27 м БС. С этого времени происходит, за исключением некоторого подъема летом 2005 и 2006 гг., практически непрерывное падение уровня КБГ. К концу 2020 г., согласно данным системы HYDROWEB, LEGOS (Франция) (https://hydroweb.theia-land.fr/hydroweb/view/L_kara_bogaz_gol?lang=fr#), он опустился до отметки –29,25 м БС, что примерно на 0,75 м ниже уровня моря (–28,5 БС, см. [3]). При таком уровне, по нашим оценкам, с использованием данных HYDROWEB, LEGOS и результатов работы [2], его площадь и объем составили примерно 17300 км2 и 60 км3 соответственно. Глубина залива не превышает 5–7 м. Соленость вод в заливе меняется в диапазоне от 40 до 270‰ [8, 1].
О динамике вод залива до настоящего времени практически ничего не известно. Для выявления путей распространения воды из зоны смешения каспийских вод и вод залива, фронтов, вихревых структур, обеспечивающих горизонтальное перемешивание вод в заливе, в данном исследовании использованы доступные через интернет оптические изображения высокого разрешения (10 м) со спутника Sentinel-2 (4 изображения района дельты канала в КБГ с 16 по 31 июля 2021 г. и изображение 9 октября 2021 г.), ИК-изображение OLI Landsat-8 (20 июля 2021 г.) с разрешением 100 м, изображения залива КБГ с MODIS_Terra_Corrected Reflectance_True Color с разрешением 250 м за весь 2021 год, RGB (каналы 1, 4, 3) композит изображений MODIS-Aqua 2 октября 2005 г. и ИК-изображения спутников NOAA-15, -16, -18 с пространственным разрешением 1 км за 2001–2005 гг.
Установлено, что вода струями через многочисленные рукава дельты пролива веером поступает в залив. Границы струй идентифицируются даже на расстоянии в несколько километров от дельты, а разность температуры около 10°C вод в заливе (30°C) и на выходе из канала (примерно 20°C) летом по мере распространения струй постепенно исчезает и не различима уже на расстоянии примерно 6 км. Направление распространения потока из дельты разнообразно: он может быть направлен вдоль северной или южной кос на север или юго-восток соответственно, иметь форму эллипсовидной линзы с четкими фронтальными границами на фоне распространяющегося вдоль побережья потока или грибовидную форму с длиной структуры примерно 25 км, ориентированную перпендикулярно побережью. Циркуляция вод в мелководном заливе КБГ (в том числе и потока из зоны смешения) управляется, наиболее вероятно, как и в Северном Каспии, ветром. Граница относительно «опресненного» потока из зоны смешения имеет четко выраженную фронтальную границу.
Разномасштабные вихревые структуры (вихри и вихревые диполи с размерами структур от примерно от 7 до 50 км) в разных частях залива проявляются в поле взвеси (мутности) на оптических и температуры на ИК-изображениях.
На изображениях MODIS-Terra и Sentinel 2 9 октября 2021 г. наблюдалась система параллельных полос в западной части залива, «упирающихся» в барьер – ограниченную резким фронтом зону смешения каспийских вод и вод залива. По данным NCEP, в этот день над акваторией залива дул северо-восточный (25–30°) ветер со скоростью 3,3 м/с, температура воздуха над заливом – 14,5°C. Увеличенный фрагмент изображения Sentinel 2 позволил определить расстояние между полосами (линиями конвергенции) – 50–100 м. Совпадение направления полос с направлением ветра, величина скорости ветра и расстояние между полосами позволяют полагать, что это проявление циркуляции Ленгмюра, часто наблюдающейся в реках, озерах, на морской поверхности и являющейся эффективным механизмом перемешивания вод верхнего слоя водоема [4]. Индикатором линий конвергенции была, наиболее вероятно, пена, которая часто образуется в гипергалинных водоемах.
Залив КБГ мелеет. При понижении уровня Каспия ниже отметки –30 м БС произойдет его полное отделение от моря [2], что приведет к неизбежному высыханию залива. При уровне Каспийского моря в конце 2020 г. –28,5м и средней за 1993–2020 гг. скорости его падения 5,37 см/с [3] такое отделение (при сохранении непрерывного падения уровня моря) может произойти через 28 лет.

Исследование выполнено в рамках Госзадания № FMWE-2021-0002. We acknowledge the use of imagery from the Worldview Snapshots application (https://wvs.earthdata.nasa.gov), part of the Earth Observing System Data and Information System (EOSDIS).