Основные физико-географические черты. Расположенное на северной окраине европейской части нашей страны Белое море занимает пространство между 68°40′ и 63°48′ с. ш., и 32°00′ и 44°30′ в. д. и целиком находится на территории СССР. По своей природе оно относится к морям Северного Ледовитого океана, но это единственное из арктических морей, которое почти целиком лежит к югу от Полярного круга, за пределы этого круга выходят лишь самые северные районы моря. Причудливое по форме Белое море глубоко врезано в континент, почти повсеместно оно имеет естественные сухопутные границы и только от Баренцева моря его отделяет условная граница — линия м. Святой Нос — м. Канин Нос. Почти со всех сторон окруженное сушей Белое море относится к внутренним морям. По размерам — это одно из самых небольших наших морей. Его площадь равна 90 тыс. км2, объем 6 тыс. км3, средняя глубина 67 м, наибольшая глубина 350 м. Разные по внешним формам и ландшафтам современные берега Белого моря имеют свои географические названия и относятся к различным геоморфологическим типам берегов (рис. 17).
Рис. 17. Типы берегов и рельеф дна Белого моря. Усл. обозначения см. рис. 1
Неровен и сложен рельеф дна моря. Самые глубокие районы моря — Бассейн и Кандалакшский залив, во внешней части которого отмечена максимальная глубина. Довольно плавно уменьшаются глубины от устья к вершине Двинского залива. Несколько приподнято над чашей Бассейна дно мелководного Онежского залива. Дно Горла моря представляет собой подводный желоб глубиной около 50 м, вытянутый вдоль пролива несколько ближе к Терскому берегу. Северная часть моря наиболее мелководна. Глубины ее не превышают 50 м. Дно здесь весьма неровное, особенно у Канинского берега и входа в Мезенский залив. Этот район усеян множеством банок, которые распределяются несколькими грядами и известны под названием «Северные кошки».
Мелководность северной части и Горла по сравнению с Бассейном затрудняет его водообмен с Баренцевым морем, что отражается на гидрологических условиях Белого моря. Положение этого моря на севере умеренного пояса и частично за Полярным кругом, принадлежность к Северному Ледовитому океану, близость Атлантического океана и почти сплошное кольцо окружающей его суши обусловливают как морские, так и континентальные черты в климате моря, что делает климат Белого моря переходным от океанического к материковому. Влияние океана и суши в большей или меньшей степени проявляется во все времена года. Зима на Белом море продолжительная и суровая. В это время над северной частью европейской территории Союза устанавливается обширный антициклон, а над Баренцевым морем развита интенсивная циклоническая деятельность. В связи с этим на Белом море дуют преимущественно юго-западные ветры со скоростью 4—8 м/с. Они несут с собой холодную пасмурную погоду со снегопадом. В феврале среднемесячная температура воздуха почти над всем морем равна −14—15° и только в северной части она повышается до −9°, так как здесь сказывается отепляющее влияние Атлантического океана. При значительных вторжениях относительно теплого воздуха с Атлантики наблюдаются юго-западные ветры и температура воздуха повышается до −6—7°. Смещение в район Белого моря антициклона из Арктики вызывает северо-восточные ветры, прояснение и похолодание до −24—26°, а иногда и очень сильные морозы.
Лето прохладное и умеренно влажное. В это время обычно над Баренцевым морем устанавливается антициклон, а к югу и юго-востоку от Белого моря развивается интенсивная циклоническая деятельность. При такой синоптической обстановке над морем преобладают северо-восточные ветры силой 2—3 балла. Небо покрыто сплошной облачностью, часто выпадают сильные дожди. Температура воздуха в июле равна в среднем 8—10°. Проходящие над Баренцевым морем циклоны меняют направление ветра над Белым морем на западное и юго-западное и вызывают повышение температуры воздуха до 12—13°. Когда же над северо-восточной Европой устанавливается антициклон, над морем преобладают юго-восточные ветры и ясная солнечная погода. Температура воздуха повышается в среднем до 17—19°, а в отдельных случаях в южной части моря она может достигать и 30°. Однако летом все же преобладает пасмурная и прохладная погода. Таким образом, на Белом море в течение почти всего года не бывает продолжительной устойчивой погоды, а сезонная смена преобладающих ветров носит муссонный характер. Это важные климатические особенности, существенно влияющие на гидрологические условия моря.
Гидрологическая характеристика. Белое море — одно из холодных арктических морей, что связано не только с его положением в высоких широтах, но и протекающими в нем гидрологическими процессами. Распределение температуры воды на поверхности и в толще моря характеризуется большим разнообразием от места к месту и значительной сезонной изменчивостью. Зимой температура воды на поверхности равна температуре замерзания и имеет порядок −0,5—0,7° в заливах, до −1,3° в Бассейне и до —1,9° в Горле и северной части моря. Эти различия объясняются неодинаковой соленостью в разных районах моря.
Весной после освобождения моря ото льда происходит быстрое нагревание поверхности воды. Летом лучше всего прогрета поверхность сравнительно мелководных заливов (рис. 18). Температура воды на поверхности Кандалакшского залива в августе равна в среднем 14—15°, в Бассейне 12—13°. Самая низкая температура на поверхности наблюдается в Воронке и Горле, где сильное перемешивание охлаждает поверхностные воды до 7—8°. Осенью идет быстрое охлаждение моря и пространственные различия температуры сглаживаются.
Изменение температуры воды с глубиной происходит неодинаково от сезона к сезону в разных районах моря. Зимой температура, близкая к поверхностной, охватывает слой 30—45 м, далее следует ее некоторое повышение до горизонта 75—100 м. Это теплый промежуточный слой — остаток летнего прогрева. Ниже его температура понижается, а с горизонтов 130—140 м и до дна становится равной −1,4°. Весной поверхность моря начинает нагреваться. Прогрев распространяется до 20 м. Отсюда температура резко понижается до отрицательных величин на горизонте 50—60 м.
Летом толщина прогретого слоя увеличивается до 30—40 м (рис. 19). Температура в нем мало отличается от поверхностной. С этих горизонтов наблюдается в начале скачкообразное, а затем более плавное понижение температуры и на горизонте 130—140 м она достигает величины −1,4°.
Рис. 18. Распределение летней температуры воды на поверхности центральной части Белого моря
Рис. 19. Распределение летней температуры воды на разрезе м. Зимнегорский — Ивановы Луды
Осенью охлаждение поверхности моря распространяется до горизонтов 15—20 м и выравнивает температуру в этом слое. Отсюда и до горизонтов 90—100 м температура воды несколько выше, чем в поверхностном слое, так как в подповерхностных (20—100 м) горизонтах еще сохраняется тепло, накопленное за лето. Далее температура снова понижается и от горизонтов 130—140 м и до дна равна −1,4°.
В некоторых районах Бассейна вертикальное распределение температуры воды имеет свои особенности. Впадающие в Белое море реки ежегодно вливают в него около 215 км3 пресной воды. Более 3/4 всего стока приходится на долю рек, впадающих в Онежский, Двинский и Мезенский заливы. В многоводные годы Северная Двина вносит 171 км3, Мезень 38,5 км3, Онега 27,0 км3 воды в год. Впадающие на западном побережье Кемь дает 12,5 км3 и Выг 11,5 км3 воды в год. Остальные реки дают всего 9% стока. Большой неравномерностью характеризуется и внутригодовое распределение стока рек, текущих в эти заливы, которые весной сбрасывают 60—70% воды. В связи с естественной зарегулированностью озерами многих рек побережья распределение их стока в течение года происходит более или менее равномерно. Максимум стока наблюдается весной и составляет 40% годового стока. У рек, впадающих с юго-востока, весенний паводок более резкий. Для моря в целом максимальный сток приходится на май, минимальный на февраль—март.
Пресные воды, поступающие в Белое море, повышают уровень воды в нем, вследствие этого избыток воды стекает через Горло в Баренцево море, чему способствует преобладание зимой юго-западных ветров. Вследствие разности плотностей вод Белого и Баренцева морей возникает течение из Баренцева моря. Происходит обмен водами между этими морями. Правда, котловина Белого моря отделена от Баренцева подводным порогом, расположенным на выходе из Горла. Наибольшие глубины его 40 м, что затрудняет обмен глубинными водами между этими морями. Из Белого моря ежегодно вытекает примерно 2200 км3 воды, а втекает в него около 2000 км3/год. Следовательно, за год возобновляется значительно более 2/3 всей массы глубинной (ниже 50 м) беломорской воды.
На выходе из Двинского залива холодные глубинные слои значительно ближе расположены к поверхности, чем в других районах Бассейна. Температура 0° наблюдается здесь всего в 12—15 м от поверхности. Этот район К. М. Дерюгин (1928) назвал «полюсом холода» в Белом море. Его формирование объясняется циклонической циркуляцией поверхностных вод, в центре которой происходит подъем глубинной воды. Она как бы подсасывается снизу взамен воды, уходящей сверху. Очень ярко «полюс холода» выражен летом. В осенне-зимнее время с развитием вертикальной циркуляции он заметен слабее. При выходе из Кандалакшского залива имеет место обратная картина: теплые воды опускаются глубоко вниз. Нулевая температура наблюдается на горизонте 65 м, тогда как в других местах на этом горизонте температура имеет обычно отрицательные величины. По аналогии с первым наименованием К. М. Дерюгин (1928) назвал эту область «полюсом тепла». Его существование связано с влиянием притока однородных и более теплых, по сравнению с окружающими, глубинных вод из Горла, т. е. адвекцией тепла. Это подтверждается увеличением толщины поверхностных теплых вод в области «полюса тепла» осенью, когда приток глубинных вод из Горла становится интенсивнее.
Принципиально иначе распределяется температура воды по вертикали в Горле. Вследствие хорошего перемешивания сезонные различия заключаются в изменении величины температуры всей массы воды, а не в характере изменения ее с глубиной. В отличие от Бассейна здесь внешние термические воздействия воспринимает вся масса воды как одно целое, а не от слоя к слою.
Соленость Белого моря ниже средней солености океана. Ее величины неравномерно распределяются на поверхности моря, что обусловлено особенностями размещения речного стока, половину которого дает Северная Двина, поступлением вод из Баренцева моря, переносом вод морскими течениями. Величины солености обычно увеличиваются от вершин заливов к центральной части Бассейна и с глубиной, хотя в каждый сезон наблюдаются свои особенности распределения солености.
Зимой соленость на поверхности повсеместно повышена. В Горле и Воронке она равна 29,0—30,0‰, а в Бассейне 27,5—28,0‰. Наиболее опреснены устьевые области рек. В Бассейне величины поверхностной солености прослеживаются до горизонтов 30—40 м, откуда они вначале резко, а затем плавно увеличиваются ко дну.
Весной поверхностные воды значительно опреснены (до 23,0‰, а в Двинском заливе до 10,0—12,0‰) на востоке и гораздо меньше (до 26,0—27,0‰) на западе. Это объясняется сосредоточением основной части речного стока на востоке, а также выносом льдов с запада, где они образуются, но не тают, поэтому не оказывают опресняющее действие. Пониженная соленость наблюдается в слое 5—10 м ниже она резко увеличивается до горизонтов 20—30 м, а затем плавно повышается ко дну.
Летом соленость на поверхности понижена и изменчива в пространстве. Характерный пример распределения величин солености на поверхности показан на рис. 20. Диапазон величин солености довольно значителен. В Бассейне опреснение распространяется до горизонтов 10—20 м, отсюда соленость сначала резко и далее плавно увеличивается до дна (рис. 21). В заливах опреснение охватывает только верхний 5‑метровый слой, что связано с компенсационными потоками, возмещающими убыль вод, выносимых стоковыми поверхностными течениями. А. Н. Пантюлин отметил, что вследствие различия толщины слоя пониженной солености в заливах и в Бассейне к последнему приурочен максимум опреснения, полученный при подсчете интегральной по глубине солености. Это означает, что центральная часть Бассейна представляет собой своеобразный накопитель относительно распресненных вод, поступающих из Двинского и Кандалакшского заливов. Это своеобразная гидрологическая черта Белого моря.
Рис. 20. Распределение солености на поверхности Белого моря
Рис. 21. Распределение солености на разрезе м. Зимнегорский — Ивановы Луды
Осенью соленость на поверхности увеличивается в связи с сокращением речного стока и началом льдообразования. В Бассейне ее примерно одинаковые величины наблюдаются до горизонтов 30—40 м, отсюда они увеличиваются до дна. В Горле, Онежском и Мезенском заливах приливное перемешивание делает вертикальное распределение солености более однообразным в течение всего года. Плотность воды Белого моря в первую очередь определяет соленость. Наибольшая плотность наблюдается в Воронке, Горле и центральной части Бассейна осенью и зимой. Летом плотность понижена. Величины плотности довольно резко увеличиваются с глубиной в соответствии с вертикальным распределением солености, что создает устойчивую стратификацию вод. Она затрудняет ветровое перемешивание, глубина которого при сильных осенне-зимних штормах равна примерно 15—20 м, а в весенне-летний сезон ограничивается горизонтами 10—12 м.
Несмотря на сильное охлаждение осенью и зимой и интенсивное льдообразование, переслоенность вод позволяет распространиться конвекции на большей части моря лишь до горизонтов 50—60 м. Несколько глубже (80—100 м) зимняя вертикальная циркуляция проникает вблизи Горла, где этому способствует интенсивная турбулентность, связанная с сильными приливными течениями. Ограниченная глубина распространения осенне-зимней конвекции — характерная гидрологическая черта Белого моря. Однако его глубинные и придонные воды не остаются в застойном состоянии или крайне медленного освежения в условиях их затрудненного обмена с баренцевоморскими. Глубинные воды Бассейна формируются ежегодно зимой в результате смешения поверхностных вод, поступающих в Воронку из Баренцева моря и из Горла Белого моря. При льдообразовании соленость и плотность смешенных здесь вод увеличиваются и они сползают по склонам дна из Горла в придонные горизонты Бассейна. Постоянство температуры и солености глубинных вод Бассейна — это не застойное явление, а следствие однообразных условий образования этих вод.
Структура вод Белого моря формируется главным образом под воздействием опреснения материковым стоком и водообмена с Баренцевым морем, а также приливного перемешивания, особенно в Горле и Мезенском заливе и зимней вертикальной циркуляции. На основе анализа кривых вертикального распределения океанологических характеристик В. В. Тимонов (1950) выделил следующие типы вод в Белом море: баренцевоморские (в чистом виде представлены только в Воронке), опресненные воды вершин заливов, воды верхних слоев Бассейна, глубинные воды Бассейна, воды Горла.
Применение T, S-анализа к разным районам Белого моря позволило А. Н. Пантюлину (1975) установить существование двух водных масс в мелководных (до глубин 50 м) частях моря. В глубоких районах Бассейна и Кандалакшского залива прослеживаются поверхностная существенно прогретая и опресненная летом, промежуточная (T = −0,7—1,0°, S = 28,5—29,0‰) с ядром в большинстве случаев на горизонте 50 м, глубинная — высокосоленая с температурой, близкой к температуре замерзания, водные массы. Отмеченная структура вод — характерная гидрологическая черта Белого моря.
Горизонтальная циркуляция вод Белого моря складывается под совокупным воздействием ветра, речного стока, приливов, компенсационных потоков, поэтому она разнообразна и сложна в деталях. Результирующее движение образует направленное против часовой стрелки перемещение вод, свойственное морям Северного полушария (рис. 22).
Вследствие сосредоточения речного стока главным образом в вершинах заливов здесь возникает сточное течение, направленное в открытую часть Бассейна. Под влиянием силы Кориолиса движущиеся воды прижимаются к правому берегу и из Двинского залива уходят вдоль Зимнего берега в Горло. У Кольского берега проходит течение из Горла в Кандалакшский залив, из которого воды перемещаются вдоль Карельского берега в Онежский залив и вытекают из него у его правого берега. Перед входом из заливов в Бассейне создаются слабые циклонические круговороты, возникающие между движущимися в противоположных направлениях водами. Эти круговороты вызывают антициклональное движение вод между ними. Вокруг Соловецких островов прослеживается движение вод по часовой стрелке. Скорости постоянных течений невелики и обычно равны 10—15 см/с, в узкостях и у мысов они достигают 30—40 см/с. Гораздо большие скорости в некоторых районах имеют приливные течения. В Горле и Мезенском заливе они достигают 250 см/с, в Кандалакшском — 30—35 см/с и Онежском заливе — 80—100 см/с. В Бассейне приливные течения по скорости примерно равны постоянным.
В Белом море хорошо выражены приливы (см. рис. 22). Поступательная приливная волна из Баренцева моря распространяется вдоль оси Воронки до вершины Мезенского залива. Проходя поперек входа в Горло, она вызывает волны, проходящие через Горло в Бассейн, где они отражаются от Летнего и Карельского берегов. Сложение отраженных от берегов и набегающих волн создает стоячую волну, которая создает приливы в Горле и Бассейне Белого моря. Они имеют правильный полусуточный характер. Благодаря конфигурации берегов и характеру рельефа дна, наибольшая величина прилива (около 7,0 м) наблюдается в Мезенском заливе, у Канинского берега, Воронки и у о. Сосновец, в Кандалакшском заливе она несколько превышает 3 м. В центральных районах Бассейна, Двинском и Онежском заливах приливы меньше.
Рис. 22. Течения на поверхности и характер приливов в Белом море:
1 — полусуточные; 2 — полусуточные мелководные
Приливная волна распространяется на большие расстояния вверх по рекам. В Северной Двине, например, прилив заметен в 120 км от устья. При этом движении приливной волны уровень воды в реке поднимается, но внезапно он приостанавливает свое повышение или даже несколько понижается, а затем снова продолжает повышаться. Такой процесс называется «маниха» и объясняется влиянием различных приливных волн.
В широко открытом к морю устье Мезени прилив задерживает речное течение и образует высокую волну, которая, подобно водяной стене, движется вверх по реке, высота ее иногда несколько метров. Это явление здесь называют «накат», на Ганге — «бор», а на Сене — «маскаре».
Белое море принадлежит к числу бурных морей. Наиболее сильное волнение наблюдается в октябре—ноябре с северной части и Горле моря. В это время наблюдается волнение преимущественно 4—5 баллов и более. Однако небольшие размеры водоема не позволяют развиться крупным волнам. В Белом море преобладают волны высотой до 1 м. Изредка они достигают высоты 3 м и как исключение 5 м. Наиболее спокойно море во второй половине лета, в июле—августе. В это время преобладает волнение силой 1—3 балла. Уровень Белого моря испытывает периодические полусуточные приливные колебания и непериодические сгонно-нагонные изменения. Наибольшие нагоны наблюдаются в осенне-зимний сезон при северо-западных и северо-восточных ветрах. Подъем уровня может достигать 75—90 см. Самые сильные сгоны отмечаются зимой и весной при юго-западных ветрах. Уровень в это время понижается на 50—75 см. Сезонный ход уровня характеризуется его низким положением зимой, некоторым повышением от весны к лету и сравнительно быстрым ростом от лета к осени. В октябре он достигает наивысшего положения, за которым следует его снижение.
В устьевых участках крупных рек сезонные колебания уровня определяются главным образом распределением речного стока в течение года. Каждую зиму Белое море покрывается льдом, который совершенно исчезает весной, поэтому оно относится к морям с сезонным ледяным покровом (рис. 23). Раньше всего (примерно в конце октября) лед появляется в устье Мезени, а позднее всего (в январе) у Терского берега Воронки и Горла. Льды Белого моря на 90% плавучие. Все море покрывается льдом, но это не сплошной покров, а постоянно дрейфующий лед, местами сгущенный, а местами разреженный под влиянием ветров и течений. Весьма существенная черта ледового режима Белого моря — постоянный вынос льда в Баренцево море. С ним связаны полыньи, постоянно образующиеся среди зимы, которые быстро затягиваются молодым льдом.
Рис. 23. Ледяной покров в Белом море зимой: 1 — дрейфующие льды; 2 — припай; 3 — полынья; 4 — чистая вода; 5 — граница плавучих льдов
Таким образом, в море льдообразование преобладает над таянием, что отражается на тепловом состоянии моря. Как правило, плавучий лед имеет толщину 35—40 см, но в суровые зимы может достигать 135 и даже 150 см. Припай в Белом море занимает очень маленькую площадь. Ширина его не превышает 1 км. Раньше всего (в конце марта) льды исчезают в Воронке. К концу мая обычно все море освобождается ото льдов, но иногда полное очищение моря происходит только в середине июня.
Гидрохимические условия. Вода Белого моря богато насыщена растворенным кислородом. В начале лета в поверхностных слоях наблюдается пересыщение кислородом, составляющим 110—117%. К концу этого сезона под влиянием бурного развития зоопланктона содержание кислорода понижается. В глубинных слоях количество растворенного кислорода составляет в течение года 70—80% насыщения.
Для режима биогенных веществ характерно сохранение стратификации круглый год. Количество фосфатов увеличивается ко дну. Повышенное содержание нитратов отмечается в области «полюса холода». Весной и летом наблюдается обычно истощение биогенных солей в зоне фотосинтеза. В слое 0—25 см почти полностью отсутствуют биогенные элементы с июня по сентябрь. Зимой, напротив, они достигают своих максимальных величин. Особенностью гидрохимии вод Белого моря является исключительное богатство их силикатами, что связано с обильным речным стоком, с которым в море попадает много кремния.
Хозяйственное использование. Хозяйственная деятельность на Белом море в настоящее время связана с использованием его биологических ресурсов и работой морского транспорта. Для этого моря характерно разнообразие органических богатств, добываемых для хозяйственных нужд. Здесь развиты рыбоводство, промысел морского зверя и водорослей. В видовом составе уловов рыбы преобладают навага, беломорская сельдь, корюшка, треска, семга. В последние годы возобновлен промысел гренландского тюленя на льдах Белого моря, продолжается добыча кольчатой нерпы и белухи. Ведется добыча водорослей, перерабатываемых на Архангельском и Беломорском водорослевых комбинатах.
В перспективе намечается использование приливной энергии и строительство ПЭС в Мезенском заливе. Белое море — важный транспортный бассейн страны со значительным объемом грузоперевозок. В структуре грузопотоков преобладают лес и лесоматериалы, вывозимые через Архангельск — самый крупный порт на Белом море. Кроме того, перевозятся стройматериалы, различное оборудование, рыба и рыбопродукты, химические грузы и пр. Значительное место занимают перевозки пассажиров на внутренних линиях и обслуживание морского туризма.
Небольшое по размерам, но разнообразное и сложное по природным условиям Белое море пока еще изучено не полностью и остается немало разноплановых проблем для его дальнейшего исследования. К наиболее важным гидрологическим проблемам следует отнести общую циркуляцию вод, прежде всего составление четких представлений о постоянных течениях, их распределении и характеристиках. Весьма важно выяснить соотношение ветрового, приливного и конвективного перемешивания в разных частях моря, особенно в пограничном районе Горло — Бассейн, что уточнит имеющиеся сведения о формировании и вентиляции глубинных вод моря. Существенный вопрос — изучение ледового баланса моря, так как с ним связаны его термические и ледовые условия. Углубление гидрологических и гидрохимических исследований позволит успешно решать вопросы по предотвращению загрязнения моря, что представляет собой актуальную задачу нашего времени.