Исследования озера Байкал в рамках Байкальского нейтринного проекта

Schematic view on the deep underwater complex of Baikal Neutrino Telescope
10-Neutrino Telescope NT-200
7-hydrophysical mooring
5-sedimentology mooring
12-geophysical mooring
13-18-acoustic transponders
1-4 cable lines
5 km

Междисциплинарные исследования озера Байкал как места обитания нейтринного телескопа
Вертикальный и горизонтальный обмен вод
Оптические свойства байкальской воды
Биологические ритмы
Глобальные изменения климата
Геофизические исследования

Приборы и методы
3 – х мерный долговременный температурный мониторинг (совместно с EAWAG, Switzerland)
Акустическое зондирование
3 –х мерный мониторинг свечения водной среды
Долговременные измерения оптических свойств среды
Долговременные измерения геоэлектрического поля
Исследование процесса формирования донных отложений (совместно с EAWAG, Switzerland)

TMD = 3.9839 - 1.9911∙10-2 ∙ P - 5.822 ∙ 10-6 ∙ P - (0.2219 + 1.106 ∙ 10-4 ∙ P) ∙ S

Three-dimensional long-term temperature monitoring
Deep west
mooring
Deep east
mooring
Near coast
mooring
1 km
1366 m
550 m

Instrumental moorings

Much
May
July
The temperature at the near-surface zone
September
November
January

One-dimensional thermodynamic model.
The temperature regime depend on two factors:
intensity of solar radiation
Heat exchange with atmosphere

July
September
January
10 m
90 m
Temporal changes of temperature in the model

Годовой ход коэффициент температуропроводности

Годовой ход коэффициента вертикального массопереноса

Inertial waves excitation in the spring
May
Апрель
Июнь

October
November
Inertial waves excitation in the autumn
Days from 1st Much 2003y

Крупномасштабный апвелинг

January
November

June
November
Temperature
decreased
on 0.1 degree

Синхронное акустическое зондирование
частотно-манипулированными сигналами
Зондирующий сигнал
u(t) = a(t) cos ωt
Время распространения t1 = L/[C(T,P,S) – U]
L
Время распространения t2 = L/[C(T,P,S) + U]
Скорость течения U = L/2[1/t1 -1/t2]
Скорость звука С = L/2[1/t1 +1/t2]
Гидрофоны
U - скорость
течения

Схема расположения гидрофонов.

Блок-схема установки.

Свечение байкальской воды – инструмент для исследования динамики озера

Свечение байкальской воды в зависимости от глубины (Южный Байкал)
(photon cm-2 s-1) = (3.5+/- 1) N

Свечение байкальской воды в зависимости от глубины (Средний Байкал).

Свечение - результат реакций окисления органических веществ – хемилюминисценция
Способные светиться вещества производятся, в основном, в верхнем слое озера, где есть солнечный свет, и переносятся на все глубины водными потоками и за счет оседания, теряя со временем способность светиться.
Свечение является природной меткой, позволяющей наблюдать развитие гидробиологических и гидрофизических процессов в Байкале.

Зависимость свечения от глубины в районе Нейтринного телескопа в марте в разные годы. I(photon cm-2 s-1) = (3.5+/- 1) N

Counting rate of an optical module of NT-200 at 1993 -1994 years.
The luminescence is a natural indicator of development of
hydrobiological and hydrophysical phenomena in the Lake Baikal.

Counting rate of the 19 optical modules of NT-200 in September
1993 year.

Vertical water motion.
Counting rate of the 3 optical modules of NT-200 situated
on the same vertical string
V vert = 2 cm/s !!!!!!!!!
Counting rate of the 3 optical modules of NT-200 situated
on the same depth on the different strings
7.5 m

Гидрооптические исследования
Е - поток фотонов
а – коэффициент поглощения (определяется концентрацией и составом РОВ),
b – коэффициент рассеяния (определяется концентрацией и составом взвеси),

Зависимость коэффициента рассеяния света от глубины на глубине 800 м 28.03.2000 года.

Scattering length
Ls=1/b=
(50 – 70) m

Absorption coefficient a at 1000 m depth
Depth -850-1300 m
Absorption length La=1/a =(20- 25) m for 480nm

Results of long term absorption and scattering monitoring

Geophysical Mooring
Synthetic rope
Synthetic rope
Electronic box
1000 m
Cable
Electrode 2
Electrode 1
Anchor
Twisted cable
Twisted cable
Buoy
Buoy

Vertical component of electric field
days

High frequency Ez variations.
Inertial waves
15 hours

Low frequency Ez variations.
27 days

Мелозира байкальская - Aulacoseira baicalensis

Solar activity
Solar activity
Productivity of
Aulacoseira
baicalensis

Solar activity
Solar activity
Productivity of
Aulacoseira
baicalensis
Productivity of
Aulacoseira
islandica