SVERT

Вулканическая обстановка



Следствие ведут математики. Волны-убийцы дают признательные показания.

О том, что цунами могут разрушить целые поселения, известно всем. Но порой неменьшую опасность несут гигантские водяные валы (волны-убийцы), возникающие в океанах почти без видимых причин. Для исследования механизма опасных явлений на Сахалине даже создан Научный центр по изучению волн-убийц. В числе его организаторов - Институт морской геологии и геофизики (ИМГиГ) ДВО РАН. Одним из инициаторов создания нового центра и его руководителем стал заместитель директора ИМГиГ доктор физико-математических наук Роман ШАМИН. Работы по прогнозу коварных волновых процессов, которые ведутся под его началом, недавно получили поддержку РФФИ, выиграв в конкурсе научных проектов, выполняемых ведущими молодежными коллективами. Как считает ученый, высокая оценка экспертов известного фонда - еще одно подтверждение того, что путь, который он выбрал в юности, был единственно верным.

- Я пришел в океанологию через математику, - говорит Роман Вячеславович. - Начал научную работу еще студентом Московского авиационного института. Моим наставником был профессор Александр Леонидович Скубачевский. Тогда мы занимались довольно абстрактной математикой. После защиты кандидатской диссертации решил сменить направление деятельности. Наука - самое интересное для меня занятие в жизни, и хочется попробовать себя во многих областях. В итоге стал работать в Институте океанологии им. П.П.Ширшова РАН под руководством академика Владимира Евгеньевича Захарова. Мне повезло: я попал в интересную научную группу, которая исследовала экстремальные явления в океане - огромные водяные валы, возникающие внезапно и несущие большую опасность. Их называют по-разному, чаще - волны-убийцы. Мой опыт математика оказался очень кстати. Я начал с доказательства теорем и построения численных методов для описания нелинейной динамики поверхностных волн в океане. Дальше стал развивать идеи вычислительной океанологии, необходимые для изучения нелинейных явлений в океане. В 2011 году защитил докторскую диссертацию. Но потом снова решил изменить свою судьбу и в начале 2012-го принял решение переехать вместе с семьей из Москвы... на Сахалин, в Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН. Сразу же полюбил Южно-Сахалинск за постоянное солнце, обилие снега и, конечно, интересных людей. Для меня, коренного москвича, этот шаг был очень непростым, но я нисколько не жалею о своем выборе. Сейчас работаю в должности заместителя директора по научной работе, а недавно был избран заместителем председателя Сахалинского научного центра.


- Роман Вячеславович, расскажите поподробнее о волнах-убийцах, о том, как вы их изучаете.


- Наши исследования, как я уже говорил, связаны с экстремальными явлениями на поверхности океана. Для мореплавателей и жителей прибрежных районов огромную опасность представляют не только штормы и цунами. Даже в спокойном море без видимых причин неожиданно возникают гигантские одиночные волны, высота которых может достигать 30 метров. Довольно часто они становятся причиной кораблекрушений, и, кстати, наибольшую опасность представляют для больших современных судов - те просто переламываются, таких случаев было немало. Часто жертвами волн-убийц становятся морские буровые платформы.
Долгое время ученые не воспринимали всерьез рассказы моряков о “стене воды” (со стороны волна выглядит как вертикальная стена) или, наоборот, о “дырке в море”, а также о “трех сестрах” - трех наиболее высоких волнах. Лишь в последние десятилетия появились достоверные подтверждения таких явлений, после чего началось их всестороннее изучение. Приятно отметить, что многие ученые нашей страны - лидеры в этой области. Мировым признанием отмечены фундаментальные работы профессора Ефима Наумовича Пелиновского из Института прикладной физики РАН. Научные группы других академических коллективов - Института океанологии им. П.П.Ширшова, Физического института им. П.Н.Лебедева и Института теоретической физики им. Л.Д.Ландау получили важнейшие теоретические результаты о нелинейных волновых процессах в океане, которые приводят к формированию аномально больших поверхностных волн. Также это направление развивается и в российских вузах. Например, в Новосибирском государственном университете на средства мегагранта Минобрнауки была создана лаборатория нелинейных волновых процессов, что позволило сконцентрировать усилия большого числа ученых, занимающихся этой темой. Математические проблемы волн-убийц разрабатываются на кафедре дифференциальных уравнений и математической физики Российского университета дружбы народов. Исследования по нелинейным волнам в последнее время стали активно вести и в филиале Дальневосточного федерального университета в Южно-Сахалинске. Признанием заслуг российских ученых в этой области может служить тот факт, что их доклады регулярно включают в программы пленарных заседаний крупнейших международных конференций, посвященных волнам-убийцам.
Специфика этого вида исследований в том, что их основа - вычислительный эксперимент. В настоящее время возможности компьютеров возросли настолько, что в ряде случаев математическое моделирование позволяет изучать явления значительно лучше, чем другие средства. А в случае с волнами-убийцами оно играет решающую роль. Так как мы имеем дело с экстремальным явлением в природе, которое возникает внезапно и протекает короткое время, то лучший способ его рассмотреть - это провести точный вычислительный эксперимент. Наша исследовательская группа создала уникальную установку, благодаря которой впервые в мире удалось получить оценки вероятности возникновения волн-убийц в определенных районах океана. Кроме того, мы смогли построить количественную картину процессов концентрации энергии при формировании экстремальных волн, что имеет принципиально важное значение для оценки рисков их опасного воздействия.


- Насколько я понимаю, такие знания нужны не только практикующим специалистам, но и будущим исследователям. Передаете ли вы свой научный багаж студентам?


- Да, конечно. Вообще, считаю, что без связи с образованием научная работа менее плодотворна. Делиться своими знаниями начал, еще учась в МАИ, организовав там так называемое Молодежное студенческое действие. Защитив кандидатскую, читал лекции и вел спецкурсы в родном вузе, затем - в РУДН. Сейчас преподаю в филиале Дальневосточного федерального университета в Южно-Сахалинске. Для меня, как исследователя, очень важно видеть глаза заинтересованных студентов. Ученики - они как дети, постоянно требуют “быть на уровне”, и это гарантирует постоянный динамизм в работе. Часто приходится слышать, что упал уровень образования, что “молодежь сейчас пошла не та”. Я считаю, процент талантливых юношей и девушек, которые хотят идти в науку, не меняется. Творческие биографии многих отечественных ученых начинались в период войны, в тяжелые послевоенные годы. Помню, мне попалась научная монография, которая была издана, вдумайтесь, - осенью 1941 года! Неужели сейчас более сложные времена? В нашей стране есть хорошие студенты и аспиранты. Проблема в том, как удержать их после защиты дипломов и кандидатских диссертаций. И надо сказать, этому очень способствуют гранты РФФИ. Говорю со знанием дела, как неоднократный участник проектов, поддержанных фондом. Большую роль сыграет и грант, полученный недавно на развитие исследования волн-убийц в вычислительных и натурных экспериментах.


- Как происходит исследовательский процесс в такой, казалось бы, сложной области, как математическое моделирование?


- В науке часто постановка проблемы - половина дела. После этого происходит анализ задачи и поиск новых идей для ее решения. Этот поиск идет постоянно: в дороге, во время отдыха и даже во сне. Я не стесняюсь “придумывать” идеи. Не важно, если 99 процентов из них окажутся глупыми, они ведь останутся только в моей голове. Но один процент будет полезным. Этот “сухой остаток” уже можно просчитывать, обсуждать с коллегами. Специфика нашей работы в том, что главные инструменты в ней - компьютер и численные опыты. Надо уметь быстро писать программы, чтобы проверить замысел. Если он оказывается удачным, я на какое-то время откладываю его, продолжаю заниматься другими задачами. Это нужно, чтобы мысль “дошла в духовке” подсознания. Наконец, когда идея принята, начинается длительная работа: проведение больших серий вычислительных экспериментов, постоянные обсуждения результатов... Нередко приходится начинать все сначала! Но мы не падаем духом, знаем: победа впереди и все зависит от нас. Итогом такой творческой деятельности становится строгая научная статья, доклад на международной конференции. Затем работа над очередной проблемой. Мы всегда находимся в поиске новых задач и решений.


- А что уже удалось сделать к нынешнему времени?


- Если говорить о последних достижениях, то это “добавление” в наши результаты географии. До этого мы работали с волнами-убийцами как с физическим процессом. Реальным, но оторванным от конкретного места в океане. Сейчас мы поняли, как можно “наложить” наши результаты на известные данные по режимам волн и ветров на различные районы Мирового океана. Это позволит районировать его просторы по критерию опасности встреч с волнами-убийцами. Также мы можем оценить вероятность их опасного воздействия на суда, проходящие по известным маршрутам, или нефтяные платформы.
Другое наше достижение - построение количественных оценок процессов концентрации энергии при образовании экстремальной волны. Нам удалось “препарировать убийцу” и заглянуть внутрь. Это очень интересно и открывает дополнительные перспективы в исследовательском процессе.
Возвращаясь к гранту РФФИ, подчеркну, что он помогает сохранить и расширить нашу научную группу. В том числе поддерживать исследования той части моих учеников, которая осталась в Москве. Правда, некоторые из них уже отважились на переезд в наши края. Была мысль купить на выделенные ассигнования мощные компьютеры, но я все-таки решил, что главный “вычислительный ресурс” - это творческие, увлеченные коллеги, и в первый год средства гранта были использованы на поддержку участников проекта.


- И несколько слов о новом центре, который появился на Сахалине. Что входит в его задачи?


- Научный центр по изучению волн-убийц открыт совсем недавно, в конце 2012 года. Среди его организаторов помимо ИМГиГ несколько институтов из разных городов России. Основная задача центра - консолидация и поддержка научных исследований в нашей стране. Мы планируем издавать регулярный бюллетень, проводить конференции и другие мероприятия. Еще одна задача, которую мы поставили перед собой, - создать своеобразный “интерфейс” - систему связей и взаимодействия между учеными, органами государственной власти, коммерческими структурами. Тема, над которой мы работаем, относится к безопасности на море и имеет большое прикладное значение. Инциденты с волнами-убийцами происходят достаточно часто, но немногие ответственные лица имеют представление о том, чем это грозит и как можно избежать опасности. Мы могли бы выступать в качестве экспертного органа по этой проблеме. Надеемся, что эта прикладная сторона наших исследований окажется востребованной.

Фирюза ЯНЧИЛИНА
Фото из архива С.Шамина