Посилках з США в Україну

Новини для українців всього свту

Monday, Nov. 19, 2018

Що таке внутрішні хвилі й як їх побачити

Автор:

|

Листопад 07, 2018

|

Рубрика:

Що таке внутрішні хвилі й як їх побачити

Дослідниця внутрішніх хвиль Катерина Терлецька розповідає про міф Лохнеського чудовиська, «мертву воду» та чому прісна вода у водоймі вища, ніж солона.

Про внутрішні хвилі та леґенди
Я вивчаю динаміку внутрішніх хвиль великих амплітуд. На нашому жаргоні моя професія називається «модельєр». Тільки я займаюся не створенням вбрання, а численним моделюванням стратифікованих течій.
Вони виникають, коли у рідині є шари з різною щільністю. Так відбувається в усіх природних водоймах.
Наприклад, якщо річка впадає в море, прісну воду виноситиме на поверхню, а знизу вода буде солоною, оскільки має більшу щільність. В озерах горішній шар прогрівається, а нижній — ні. Знову — стратифікація.
На межі цих середовищ виникають внутрішні хвилі, які не побачиш очима. Внутрішні хвилі відкрив Бенджамін Франклін. Дорогою з Мадейри корабель стало хитати, і Франклін побачив ці хвилі в італійській лампі, що стояла на столі. Вона була наполовину залита олією, а наполовину — водою. Він це задокументував. Це стало першим задокументованим спостереженням внутрішніх хвиль.
Упродовж усієї історії моряки зіштовхувалися з явищем «мертвої води». Корабель ні з того, ні з сього ставав у морі, як укопаний. Причиною й були внутрішні хвилі, які не давали кораблю рухатися далі. Тисячі років моряки звинувачували морських чудовиськ, а сто років тому Нансен під час своєї експедиції на шхуні «Фрам» показав, що річ — у внутрішніх хвилях. Він вивчав феномен «мертвої води». Коли «Фрам» рухався біля фіордів, у яких тала прісна вода була над солоною, завдяки чому утворювались внутрішні хвилі.
При вивченні динаміки внутрішніх хвиль в озерах ми отримали несподіваний цікавий результат. Імовірно, він зможе відповісти на загадку озера Лох-Несс. Більше ста років вчені знають, що в озері Лох-Несс існують величезні внутрішні хвилі. Саме ж озеро розташоване в тектонічному розломі.
Горішній шар улітку прогрівається, а восени вздовж озера дмуть вітри, переганяючи прісну воду на один край. Потім вітер припиняється і шар між двома розділами починає хитатися. Так утворюється внутрішній бор (аномально висока хвиля припливу), наприклад, поверхневий бор припливу рухається вгору річкою Амазонка. Коли він починає взаємодіяти з краєм озера, виникає внутрішній кумулятивний струмінь.
Такий же кумулятивний струмінь виникає, якщо в домашніх умовах різко опустити лійку у воду — струмінь злетить догори. Якщо такий струмінь — всередині шару води, то на поверхні може виникнути слід, який схожий на корабельну хвилю. Для стороннього спостерігача вона виникає ні з того, ні з сього. А оскільки озеро Лох-Несс — біля Інвернессу, де розташовані старовинні середньовічні замки, гріх не вигадати леґенду про чудовисько.
Серед загадкових історій не останнє місце займають історії про раптово затонулі підводні човни. Наприклад, відомий інцидент зі загибеллю атомного підводного човна «Трешер» стався поруч із мисом Кейп-Код. Тут є великі внутрішні хвилі, які за однією з версій стали причиною загибелі судна.
Океан можна умовно розділити на два шари: тоненький поверхневий із температурою близько 22 градусів за Цельсієм, і глибинний — із температурою чотири градуси. Океан практично не перемішується. Але якщо це відбувається, то частково лише завдяки внутрішнім хвилям. Розуміння кліматичних процесів, які виникають у результаті такого перемішування і вписування цих процесів у глобальні кліматичні моделі — одне з головних завдань океанографії.
Одне з найгарніших місць у світі — Південно-Китайське море. Там народжуються найбільші внутрішні хвилі у світовому океані. Якщо поверхова хвиля цунамі біля берега може сягати максимум 30-40 м, то амплітуда внутрішніх хвиль у Південно-Китайському морі сягає 250 м. Такі хвилі генерує приплив щодня. Вони впливають на всю довколишню екосистему, оскільки можуть захоплювати планктон у свої ядра та переносити його на величезні відстані, нахиляти бурові платформи і спотворювати сигнали підводних човнів.

Про процес дослідження
Виникнення та життєвий цикл внутрішніх хвиль — дуже складний процес, його непросто описати. Ми проводимо комп’ютерне моделювання — своєрідний чисельний експеримент (in silico). Ділимо процес на простіші підпроцеси, і спершу вивчаємо, як хвилі зароджуються, як поширюються, взаємодіють із неоднорідностями дна і, нарешті, падають у лабораторних установках. Потім беремо гідродинамічні рівняння Нав’є-Стокса і за їхньою допомогою рахуємо. Такі прорахунки вимагають високих обчислювальних потужностей. Ми працюємо з корейцями та китайцями, вони дозволяють нам користуватися своїми суперкомп’ютерами, тому що в Україні таких немає.

Про прикладну математику та нестандартні рішення
Я займалася математикою з дитинства. Мій вчитель у ліцеї «Лідер», мабуть, був найкращим учителем міста. Він навчив нас вирішувати гарні задачі. Але я поняття не мала, як це можна застосувати в житті. Потім вступила на механіко-математичний факультет в Київського національного університету ім. Т. Шевченка. Хоча в механіці математика ставала більш прикладною, але задачі здавалися суто умоглядними.
Я захистила дисертацію на тему хвиль у твердих тілах. Це було академічне дослідження, тож питання «Що з цим робити на практиці» залишалося. Аж доки не потрапила до Інституту проблем математичних машин і систем.
Відділ був заснований після Чорнобильської катастрофи, там створювали різні чисельні моделі, за допомогою яких моделювали радіоактивне забруднення річок, водойм та атмосфери. Через це у нас було багато європейських і міжнародних проектів, ми брали гранти й у відділ потрібні були люди. Так я й опинилася там.
Робота зі замовниками показала, що математика — дуже прикладна річ. До тебе приходить людина з певною проблемою, а ти маєш інструменти — математичний апарат і чисельні моделі. І починаєш думати, як цими інструментами вирішити конкретне завдання. Мій науковий керівник Володимир Мадерич навчив мене шукати нестандартні рішення, використовуючи підручні методи.
Ми не можемо переплюнути китайців із їхніми ресурсами — суперкомп’ютерами та величезною кількістю мотивованих працівників. Не переплюнемо їхні наукові колективи, які можуть собі дозволити купувати готові комерційні чисельні моделі та проводити якісні обрахунки. Перед нами часто стоять завдання, які здаються неможливими. Ми не маємо готового рішення, але сідаємо і міркуємо, що з цього всього можна скласти.
Робота в Інституті навчила мене знаходити нестандартні рішення. Вочевидь, саме це розуміння по-справжньому закохало мене в науку та прикладну математику.

Про популяризацію науки
Упродовж останніх кількох років я організовую секцію про внутрішні хвилі на щорічній конференції Європейської геофізичної спілки. Зараз там є 15 тис. учасників практично з усіх країн світу. Там є увесь спектр наук про Землю. Маю величезне задоволення спілкуватися з найбільш передовими вченими у своїй сфері. Ще десять років тому я й повірити не могла, що у майбутньому буду дружно бесідувати за горнятком кави з людьми, статті яких знаю напам’ять. Ти показуєш їм свої дослідження, а вони дають зворотній зв’язок. Це фантастика!

Про молодих учених
Молодому вченому важливо знайти правильний для себе колектив. Ось ви знайшли колектив, який працює над міжнародним проектом. У рамках цієї роботи, зазвичай, буде можливість участі у міжнародних конференціях. Для молодих науковців завжди передбачені гранти на участь у конференціях і семінарах. Подавайтеся на різні гранти та підтримку — як внутрішні, так і зарубіжні. Відмови — також результат. Це ваш досвід.

Про науку за кордоном
За кордоном активно популяризують науку. З дитинства дітей вчать, що наука — це круто і цікаво. У Кореї вмикаєш телевізор, а там на одному каналі розповідають, як вирішувати математичні задачі, на другому — як проводити фізичні експерименти. А на третьому вивчають мови. Це — якісний науково-популярний продукт і такі відео захоплюють. Звісно, дитина захоче піти в школу і це все вивчати. У нас же вчені поки що «усі в собі». Здебільшого, ми не розповідаємо людям, чим займаємося.
Я бачу, як люди живуть у Кореї та Китаї. Ми там сидимо на роботі до дев’ятої вечора і працюємо без вихідних. Там таке життя, що маєш повністю присвятити себе роботі. Ти — елемент системи. З дітьми сидять бабусі та дідусі, або жінка не працює, й її забезпечує чоловік. Щоб бути успішними в Кореї чи Китаї, треба сидіти на роботі добами, без цього — ніяк. На робочому місці в усіх стоять розкладачки.
В Україні я можу сама планувати свій графік і знаходити час на родину, соціальну активність і подорожі. Тому краще жити в Україні, а туди їздити на короткі відрядження. Вірю, що в Україні все налагодиться. Зараз ми переживаємо спад. Але після спаду — завжди підйом.

Євгенія Дольська, УП

About Author

Meest-Online

Loading...