Physical fundamental of layered structure stability of river-sea region (on the example of the Kola Bay)

Authors: S.І. Bardan, B.M. Dolgonosov, N.G. Serbov

Year: 2015

Issue: 16

Pages: 215-231

Abstract

Introduction. The process of transfer of dissolved salts in the mixing zone of river-sea in the early stages of mixing. Using the equation of convection-diffusion of impurity transport using variable coefficients of diffusion processes for the analysis of neighborhoods interfaces solutions. The analytical description and modeling of the processes and to assess their impact on the various components of the ecosystem.
The experimental data. We used materials of field observations in the areas of water mixing Kola Bay total length of over 60 km. and the period of renovation of water in the mixing zone, depending on the season at 3-10 days. The results of measurements of the hydrophysical parameters in Kola Bay are presented according to the 25 stations separately for spring and autumn seasons, with a total of more than 5600 field observations.
Results. On the basis of the analytical solution of the problem set that microcurrents gradient across the axis of elongation of form bi-layer hydrodynamic barrier layer, with the effect of blocking the diffusion of ion transport, which contributes to the conservation and sustainability of the layered structures. The results of field measurements for the Kola Bay, confirming the theoretical conclusions. Lamellar structure is formed in the areas of initial contact treatment of various origins, comes from a steady beam isohaline 10-33 ‰, which spreads along the fiber with isohaline 24,7 ‰, extending the strong deceleration at a steady angle of inclination of the border section area of river-sea.
Conclusions. The theoretical conclusions about the formation of a special layer at the boundaries of the mixing zone, the physical effect of blocking ion transport and accelerates the heat transfer through the boundary between fresh and marine waters. Modeling of pollutant transport model for lamellar. Various models of formation of the layered structure in contact marine and fresh waters with different ionic composition.

Tags: convective-diffusion transfer; effect of restraining diffusion; fractal scale-invariant relief; lamellar structure; river–sea mixing zone; solution interface stretching

Bibliography

  1. Боуден К. Физическая океанография прибрежных вод: [монография]/ К. Боуден. – М.: Мир, 1988. – 324 с.
  2. Гордеев В.В. Речной сток в океан и черты его геохимии: [монография]/ В.В. Гордеев. – М.: Наука, 1983. – 160 с.
  3. Шулейкин В.В. Физика моря: [монография]/ В.В. Шулейкин. – М.; Наука, 1968. – 1083 с.
  4. Федоров К.Н. Физическая природа и структура океанических фронтов: [монография]/ К.Н. Федоров.- Л.: Гидрометеоиздат, 1983. – 296 с.
  5. Roberts P.J. R., Webster D. Turbulent diffusion. Environmental fluid mechanics — Theories and Application. Reston: ASCE Press, 2002. 467 p.
  6. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т.1, Баренцево море. Вып. 2. Гидрохимические условия и океанологические основы формирования биологической продуктивности / Под ред. Ф.С. Терзиева. – Л.: Гидрометеоиздат, 1992. – 182 с.
  7. Долгополова Е.Н. Классификация эстуариев по гидродинамическим процессам/ Е.Н. Долгополова, М.В. Исупова // Водные ресурсы. – 2010. – Т.33, № 3. – С. 274–291.
  8. Вернадский В.И. История минералов земной коры. Т.2. История природных вод: [монография]/ Избранные сочинения. – Т.IV. – Кн. 2. – М.: Изд. АН СССР, 1960. С. 7–538.
  9. Лисицын А.П. Ледовая седиментация в морях и океанах: [монография]/ А.П. Лисицын. – М.: Наука, 1994. – 450 с.
  10. Emelianov G.M. The Barrier Zones in the Ocean. Berlin–Heidelberg: Springer Verlag, 2005. 636 p.
  11. Злобин А. Экосистемы водорослей в изменяющихся условиях среды обитания (Теория, эксперимент, предположения): [монография] /А. Злобин, В. Нянишкене, Н. Путинцев. – Вильнюс: Моклас, 1987. – 296 с.
  12. Бардан С.И. Классификация биологических барьеров и ее использование на примере термодинамических барьеров в морях Русской Арктики/ С.И. Бардан //Материалы Межд. науч. конф. «Современные климатические и экосистемные процессы в уязвимых природных зонах» (г.Ростов-на-Дону, 5-8 сентября 2006 г.). Ростов-на-Дону: Изд. ЮНЦРАН, 2006. – С. 22-25.
  13. Бардан С.И. Система однородных показателей при количественном описании смешения морских и пресных вод и классификационные критерии деления областей их взаимодействия /С.И. Бардан // Природа морской Арктики: современные вызовы и роль науки: Тез. докл. Междунар. науч. конф. (г. Мурманск, 10-12 марта 2010 г.). Апатиты: КНЦ РАН, 2010. – С. 24—27.
  14. Бардан С.И. Количественный анализ и динамика области смешения морских и материковых вод Южного колена Кольского залива (Баренцево море) / С.И. Бардан // Изучение и освоение морских и наземных экосистем в условиях арктического и аридного климата: Мат. межд. науч. конф. (Ростов-на-Дону, 6–10.06.2011). Ростов-на-Дону: ЮНЦ РАН, 2011. – С. 20–24.
  15. Бардан С.И. Оптические характеристики зоны смешения морских и пресных вод в Южном колене Кольского залива (Баренцево море) в летний сезон /Н.Г. Сербов // Український гидрометеорологічний журнал.- 2011. – № 9. – С. 210-219.
  16. Перельман А.И. Изучая геохимию…(О методологии науки): [монография] /А.И. Пельман. М.: Наука, 1987. – 152 с.
  17. Бардан С.И. Суточная изменчивость гидрохимических параметров в начальный период органотрофной фазы функционирования экосистемы Кольского залива (Баренцево море) /С.И. Бардан, Т.Г. Ишкулова. // Изв. РАН. Сер. Географ. – 2010. – №4. – С. 90–100.
  18. Бардан С.И.. Характеристика амилолитической активности водной среды в Кольском заливе для осеннего периода и анализ факторов определяющих её уровень/ С.И. Бардан, Г.А. Корнеева. // Природа шельфа и архипелагов Европейской Арктики: Материалы междунар. науч. конф. (Мурманск, 27-30 октября 2010 г.). – 2010. – Вып. 10. – С. 18—25.
  19. Долгоносов Б.М. Нелинейная динамика экологических и гидрологических процессов: [монография] /Б.М. Долгоносов. – M.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. – 440 с
  20. Зубов .Н. Морские воды и льды: [монография]/ Н.Н.Зубов. – М.: Гидрометеоиздат, 1938. – 453 с.
  21. Drummond I.T., Munch W. Turbulent stretching of line and surface elements. J. Fluid Mech., 1990, vol. 215, pp. 45-59.
  22. Muzzio F.J., Ottino J.M. Dynamics of a lamellar system with diffusion and reaction: Scaling analysis and global kinetics. Phys. Rev., 1989, A 40 (12), pp. 7182—7192.
  23. Ottino J.M., Rantz W.E., Macosko C.W. A lamellar model for analysis of liquid—liquid mixing. Chem. Eng. Sci, 1979, vol. 34, pp. 877.
  24. SBE 19plus SEACAT PROFILER. User Manual. Version 012. Bellevue, Washington, DC, 2005. 137 p.
  25. Rantz W.E. Fluid mechanical mixing – lamellar description. Mixing of Liquids by Mechanical Agitation. New York: Gordon and Breach, 1985. 15 p. (Eds: Ulbricht J.J., Patterson G.K.).
  26. Браун Э.Д., Евдокимов Ю.А., Чичинадзе А.В. Теория моделирования и возможности ее применения в трибологии: [справочник по триботехнике] /Э.Д. Браун, Ю.А. Евдокимов, А.В. Чичинадзе. – Т. 1. Теоретические основы. М.: Машиностроение, 1989. – С. 324-333.
  27. Долгоносов Б.M. Закономерности гидролиза и коагуляции солей алюминия на начальной стадии смешения растворов/ Б.М. Долгоносов // Теор. основы хим. Технологии. – 2005. – Вып. 39, № 3. – С. 282-294.
Download full text (PDF)