Вестник Кольского научного центра РАН. 2016, №2.

Формирование слоистой структуры. Keywords: river-sea mixing zone, lamellar structure, branches of mixing salinization and desalination, self-similar solution, spatial-temporal function, solution interface stretching, effect of restraining diffusion, analytical modeling, convective-diffusion transfer. Актуальность рассматриваемых проблем определяется задачей исследования механизмов самоочищения и воспроизводства свойств водной среды в наиболее загрязняемой, прибрежной зоне моря [1-4]. В Русской Арктике зоны смешения (ЗС) речных и морских вод занимают всю прибрежную область. Здесь при устойчивом поступлении материкового стока в верхний деятельный слой происходит формирование устойчивых слоистых структур - ламелл ЗС (lamellar structure), образуемых промежуточными продуктами разбавления истинно морских вод пресными [1, 4-9]. Разные степени таких разбавлений упорядочены в деятельном слое моря [9-11] и формируют систему физико-химической трансформации примесей (субстанций), переносимых в составе взаимодействующих водных масс разного генезиса [3-5, 12-15]. В ходе последовательных изменений состава веществ в разных разбавлениях морских вод в физико-химических условиях, поддерживаемых для областей река - море, происходит самоочищение среды от большинства миграционных форм не характерных в этом геохимическом классе растворов [12-16], включая большинство антропогенных загрязнений [2, 6, 11-13]. Методы аналитического описания слоистых структур ЗС река - море, возникающих при перемешивании вод разного генезиса и класса, в настоящее время относят к слабо развитым направлениям океанологии или гидрологии [6, 9, 11, 17]. Теория турбулентного переноса, применяемая для описания перемешивания в открытом море, мало пригодна для областей река - море [1, 5, 10, 17], а действие законов массопереноса из динамики гидрологических процессов ограничено приустьевой частью рек [7-11]. Для прибрежья образуется «серая зона», в которой большинство современных океанографических моделей, используемых при изучении условий обмена и трансформации примесей, применяют постановку задач с «жесткой» расчетной сеткой [6, 9, 17]. При этом игнорируются как физическое содержание, так и геохимические последствия, наблюдаемые при смешивании растворов разного состава из разных геохимических классов [16, 18-22], заменяемые формальной подгонкой под их конечное состояние [6, 11, 17]. Цель нашей работы - выявить закономерности распределения концентраций субстанций (c) в окрестностях растягиваемой границы раздела двухрастворных систем и способы их аналитического описания особыми функциями. Приводятся формулировки и общее решение задачи переноса примеси для диффузионного приближения (плоская задача) на основе принципа локальных (или «мозаичных») равновесий [1-2]. Решения при смешении пары растворов получены в подвижной (лагранжевой) системе отсчета для проекции редуцированной оси переноса (особая точка) в случае устойчивой деформации границ раздела. Приведены результаты численного решения в виде пространственно-временных функций (Dxt) и (Dhl) и их дополнений [1-2]. В статье основное внимание уделено временной функции вида: (Dxt) и (D = 1- Dxt). Для Dxt-кривых перемешивания обсуждается вопрос о выделении двух xt семейств, описывающих качественно различные процессы с разными геохимическими последствиями для состава растворов и состояния экосистем в прибрежной зоне моря. Семейства этих кривых образуют две ветви смешения растворов: «опреснения» - для морских и «осолонения» - для пресных вод [13-17]. В сочетании с другими работами [2-5, 18-23] решение задачи переноса позволяет сформулировать ряд положений, являющихся основой ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2016(25) 61