Гостею чергового випуску програми «Наука ХХІ» (спільний проєкт Комітету Верховної Ради України з питань освіти, науки та інновацій і Парламентського телеканалу «Рада») стала молода вчена і популяризаторка науки, старший науковий співробітник відділу математичного моделювання морських і річкових систем Інституту проблем математичних машин та систем НАН України доктор фізико-математичних наук Катерина Терлецька.
«Я досліджую внутрішні хвилі, котрі утворюються у водній товщі Світового океану. На відміну від зовнішніх, поверхневих, їх не можна побачити – тільки виміряти. Саме тому в багатьох культурах це явище спричинило появу низки легенд і міфів, зокрема, розповідей про «мертву воду» та «водних монстрів», – говорить науковиця і пояснює: – Внутрішні хвилі виникають через те, що вода у Світовому океані по вертикалі є неоднорідною за температурою, а часом – і солоністю. Це називається стратифікацією рідини. Вода є стратифікованою в більшості водойм – озер, морів і океанів. За рахунок такої неоднорідності всередині водної товщі зароджуються хвилі, амплітуди яких подекуди можуть сягати сотень метрів. Внутрішні хвилі важливо вивчати (чим ми з колегами в Інституті проблем математичних машин і систем НАН України і займаємось), оскільки вони безпосередньо впливають на перемішування води в океані, а отже, серед іншого, відіграють певну роль у глобальних змінах клімату».
Як зазначає Катерина Терлецька, перші згадки про так звану «мертву воду» зустрічаються вже в історичних трактатах Гомера та Плінія Старшого, котрі описують раптове зупинення руху кораблів: «Тепер ми знаємо, що подібне ставалось неодмінно у стратифікованих рідинах. Наприклад, у Червоному морі, де поверхневий шар води сильно прогрівається і відсутні течії, котрі перемішують воду, або у північних морях, де дракари вікінгів зупинялися через значну стратифікацію води, спричинену потраплянням великої кількості прісної води у поверхневий шар водойми внаслідок танення льодовиків. Тобто на межі теплого і холодного або прісного і солоного водних шарів генерувалися внутрішні хвилі, на подолання яких і витрачалась уся кінетична енергія судна. Проте, звичайно, тоді люди про це ще не знали, тому й вигадували різноманітні фантастичні пояснення про чудовиськ, які нібито хапають і тримають кораблі, або про мертву воду, в якій нічого не може рухатися.
Давньогрецький міф про Сциллу й Харибду з’явився завдяки внутрішнім хвилям у Мессінській протоці, де перемішуються різні за рівнем солоності води Тіренського й Іонічного морів. Утворюваний ними підводний вир може часом проявлятися на поверхні.
Подібна історія пов’язана також із шотландським озером Лох-Несс – одним з улюблених об’єктів дослідження лімнологів (учених-озерознавців). Як і в річці Амазонка, цією водоймою з краю в край «мандрує» потужна нелінійна хвиля – бар, – яка має вигляд водної сходинки (або ж складки, фалди) і дуже швидко рухається. Цей бар може взаємодіяти з торцями озера, створюючи внутрішні кумулятивні струмені, котрі іноді дають цікавий візуальний ефект: спостерігач бачить, як озером пропливло невидиме «щось», залишивши слід на водному дзеркалі.
До речі, людина, що пливе у водоймі зі слабко перемішуваною водою та більш прогрітим поверхневим шаром, теж може генерувати внутрішні хвилі, що затримуватимуть її рух. У цьому разі слід зупинитись і далі пливти вже з меншою швидкістю».
 Поверхневі прояви внутрішньої хвилі в протоці Розаріо (джерело: raincoastgeo.org) |
За словами Катерини Терлецької, внутрішні хвилі, котрі щодня виникають у різних куточках Світового океану, неначе велетенська ложка, перемішують океанічні води, занурюючи теплішу воду з поверхневого шару та піднімаючи холоднішу воду з нижчих шарів, і, таким чином, регулюють температуру океану: «Найпотужніші в світі внутрішні хвилі найрізноманітніших форм і амплітуд та в різних шарах водної товщі вирують у Південно-Китайському морі – завдяки його особливій донній топографії (а саме – наявності підводних гір), а також принесеній великими китайськими річками прісній воді. Найбільша з відомих тамтешніх внутрішніх хвиль – амплітудою 240 м (!) – утворюється в Лузонській протоці між островами Лузон і Тайвань.
У Чорному морі теж реєструються внутрішні хвилі, проте вони мають майже не відчутні амплітуди – до 15-20 см, тож не становлять жодної загрози ні для суден, ані для поселень на узбережжі, ні для нафтовидобувних вишок». Великі ж хвилі можуть спричиняти навіть загибель субмарин. Наприклад, як вважають, американського атомного підводного човна «Трешер», затонулого 1963 року. Внутрішні хвилі, до того ж, здатні впливати на передачу сигналів субмарин. Отже цілком логічно, що цю тему досліджують військові, тому вона завжди вважалася досить закритою.
«Вважається, що першим внутрішні хвилі зафіксував Бенджамін Франклін, який спостерігав їх в олійній лампі – на межі води й олії. Проте лише Фрітьйофу Нансену вдалося виміряти їх в океані та пояснити феномен «мертвої води». Це сталося під час однієї з експедицій, в яку мандрівник запросив відомого океанографа свого часу Ваґна Екмана. До речі, ще тоді Нансен підкреслював, що вивчення внутрішніх хвиль матиме в подальшому важливе значення для всієї океанографії.
З початком космічної ери людство отримало змогу глибше вивчати внутрішні хвилі за допомогою супутникових спостережень, завдяки яким стало зрозуміло, що це явище виникає не точково, а скрізь у Світовому океані. Особливої ваги цей науковий напрям набув із посиленням кліматичних змін, які істотно залежать від океанічних процесів. Та з огляду на дуже малі масштаби таких досліджень, учені поки що не можуть повноцінно врахувати їхні результати при розробленні глобальних кліматичних моделей. Тому потрібні не тільки додаткові вимірювання безпосередньо в океані, а й лабораторні експерименти. В Інституті гідромеханіки НАН України, наприклад, є спеціальний лоток, який дає змогу моделювати розвиток океанічних внутрішніх хвиль. Особисто я досліджую ці хвилі за допомогою чисельного моделювання на комп’ютерах. Наша з колегами мета – знайти формулу для опису процесів зародження, розгортання та згасання внутрішніх хвиль, аби їх можна було включити до моделей кліматичних змін, що дозволило б формувати більш точні прогнози та сценарії. Ймовірно, ми також могли б відповісти на запитання, скажімо, про те, якою за 100 років буде температура океану та взаємопов’язаної з ним атмосфери.
Науковим керівником наших досліджень є Володимир Станіславович Мадерич [завідувач відділу моделювання морських і річкових систем Інституту проблем математичних машин і систем НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор]. Він планує нашу роботу, подає ідеї, ставить цікаві задачі, до розв’язання яких потрібно знайти нестандартні підходи. На жаль, зараз нам дуже бракує вимірювань, з результатами яких можна було б співставляти чисельні моделі, а також комп’ютерних потужностей. Усе це ми знаходимо у наших колег із Китаю та Кореї. У цих країнах надзвичайно високий рівень технічного забезпечення досліджень. Науковець там має у своєму розпорядженні всі необхідні інструменти: буї та кораблі, на яких здійснюються вимірювання; супутники, що реєструють зовнішні прояви внутрішніх хвиль над певною точкою океанічної поверхні; суперкомп’ютери, котрі значно полегшують оброблення даних; доступ до наукової літератури з широкого спектру напрямів. Крім того, у Китаї та Кореї розвинена культура наукових заходів – семінарів, конференцій, і часто випадає нагода поспілкуватись із зарубіжними вченими, котрі є визнаними фахівцями з питань, які я досліджую. Так, в Україні ми, науковці, стикаємося з численними труднощами, але ми можемо скористатися дослідницькими потужностями за кордоном, зацікавивши іноземних колег своїми нестандартними ідеями, простими формулами розв’язання тих чи інших задач».
Ближче познайомившись із китайською та корейською науковою культурою, Катерина Терлецька вирішила заснувати в Україні цикл заходів, розрахованих на широку аудиторію: «Вже майже три роки ми з командою однодумців проводимо в Київському Будинку вчених НАН України лекторій, який зараз має назву
«Дійсна наука».Запрошуємо науковців із різних галузей, котрі доступною мовою ведуть діалог із суспільством та бізнесом. Наші події часто відвідують школярі та вчителі. Мені здається, вчені повинні пояснювати, навіщо потрібно те, чим вони займаються, яка користь від їхніх формул і розрахунків. Це створює атмосферу довіри між наукою та суспільством.
Не менш важливо відновлювати традицію телевізійних науково-популярних передач. За моїми враженнями, в Китаї та Кореї існує величезний попит на освіту, знання. Освітні програми на тамтешньому телебаченні транслюються у прайм-тайм і присвячуються найрізноманітнішим, навіть дуже простим, темам – таким, як, наприклад, розв’язання задачі або проблеми чи доведення теореми Піфагора. У цих країнах шкільний іспит із математики є обов’язковим, і це, напевно, не остання запорука їхньої успішності.
Популяризація нових знань необхідна також для зацікавлення наукою молоді. Тож якщо наука не відкриватиметься суспільству, на неї чекатимуть великі проблеми – як у нашій країні, так і загалом у світі. Українським молодим ученим сьогодні не солодко, проте молодь, яка вагається – займатися далі дослідженнями чи, скажімо, йти в ІТ, – прошу: будь ласка, не кидайте науку. Поки у нас важко – вчіть мови, їдьте на стажування за кордон, користуйтеся можливостями європейських дослідницьких інфраструктур, інтегруйтесь у світову науку, набирайтеся досвіду і повертайтеся. Кращі часи настануть, і тоді ваші знання та навички стануть тут дуже важливими. І ви зможете підняти науку в Україні на належний рівень. Науці потрібні молоді».
На завершення розмови гостя телестудії розповіла
про премію L’ORÉAL-ЮНЕСКО «Для жінок у науці», однією з трьох лауреаток якої вона стала у грудні 2019 року:«Отримання такої нагороди – надзвичайно сильний стимул і ознака великої шани, за що я дуже вдячна. Тепер я можу представляти Україну на міжнародних наукових заходах уже на дещо іншому рівні. Заснування цієї відзнаки мало на меті зруйнувати стереотипи і переконати жінок у тому, що вони можуть іти в науку та досягати успіху, переконати їх продовжувати наукову кар’єру, поєднувати ролі жінки, матері та дослідниці».
 Катерина Терлецька на церемонії вручення ІІ української премії L’ORÉAL-ЮНЕСКО «Для жінок у науці» (Київ, 12 грудня 2019 року). Фото: L’ORÉAL Україна |
Відеозапис інтерв’ю дивіться за посиланням:
https://youtu.be/9Bud9V_dWnQНАУКА XXI 30.01.2020 Катерина Терлецька