Юный техник, 2015 № 04

ПРЕМИИ Ловец волн-убийц

Говоря языком официальным, Ирина Игоревна Диденкулова — доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Нижегородского государственного технического университета имени Р. Е. Алексеева, а также старший научный сотрудник Института прикладной физики РАН — известна среди ученых-океанологов России и зарубежных коллег как специалист в области интенсивных волновых движений в океане. Или, проще, она занимается охотой за цунами и так называемыми одиночными волнами-убийцами, стараясь предсказать их появление в том или ином регионе. Именно для этого Ирина Диденкулова занялась разработкой физико-математических моделей морских природных катастроф в прибрежной зоне, написала 2 диссертации и около 70 научных работ по этой тематике, сделала свыше сотни докладов на различных конференциях и международных симпозиумах.

Заинтересовалась же этой проблематикой она так. Уроженка Нижнего Новгорода, все детство провела на Волге, по которой среди прочих ходили и суда на подводных крыльях, созданные по проекту ее земляка — конструктора Ростислава Алексеева. В университет, который носит его имя, она и поступила учиться. На последнем курсе всерьез заинтересовалась поведением волн. Тех самых, которые мешают движению судов по воде, а случается, и губят эти корабли.

Более того, огромные волны подчас обрушиваются и на сушу, принося неисчислимые бедствия и сухопутным жителям. Но почему они образуются? Где их следует опасаться более всего? Ирина стала собирать свидетельства подобных случаев и выяснила много чего интересного и даже таинственного.

Оказалось, что большие волны бывают двух видов — цунами (что в переводе с японского означает «большая волна в гавани») и так называемые одиночные волны-убийцы.

С причинами образования цунами исследователи разобрались довольно быстро. Оказалось, что их эпицентром обычно является очаг подводного землетрясения. Вместе с морским дном сотрясается и вода над ним. В результате возникают колебания жидкости, которые образуют огромные волны. В открытом море моряки таких волн почти не замечают — вода плавно приподнимает и столь же плавно опускает их корабль. Но по мере приближения к суше характер волны значительно меняется. На мелководье она как бы опирается о дно, вырастает прямо на глазах и обрушивает на берег громадный вал высотой в десятки метров. Такая гигантская волна способна прокатиться в глубь суши на несколько километров, сметая на своем пути автомобили, дороги, дома.

Но почему в одном месте волна словно щадит людей, а в другом она беспощадна? Заинтересовавшись этим вопросом, Ирина Диденкулова разработала физико-математическую модель распространения такой волны и предложила новый подход к оценке наката волн на берег. Это оказалось крайне важно для экономики. Ведь, зная рельеф дна в конкретном месте, можно рассчитать возможные риски от цунами и с ясной головой принимать решение, где и что строить. Кстати, отсутствие такой оценки стало одной из главных причин трагедии с японской АЭС «Фукусима». Местные ученые недооценили возможный размах стихии.

«Мы же с коллегами показали, что двух традиционных параметров для определения волны — высоты и длины — недостаточно, чтобы оценить возможный риск ее наката на берег, — рассказала Ирина Игоревна. — Оказалось, не менее важно учитывать форму волны и, прежде всего, крутизну переднего фронта. Кроме того, мы проанализировали различные варианты рельефа дна и самих берегов. Это позволило создать классификатор, где показаны наиболее опасные варианты сочетания рельефа и цунами. В частности, в бухтах параболической формы волны усиливаются значительно больше, чем на открытых берегах. Именно это стало главной причиной катастрофических цунами на Самоа в 2009 году, а также в Японии в 2011-м, когда затопило АЭС «Фукусима».

Цунами в океане — явление довольно обычное. Но цунами на реке или озере? Оказывается, и здесь появление больших волн вполне реально. Такие явления зафиксированы, к примеру, на озерах Швейцарии и Новой Зеландии.

«У нас подобные явления наблюдались в свое время на Иртыше, — продолжала рассказ И. Диденкулова. — А летописи повествуют, как в 1597 году на Волге поднялась такая волна, что суда выбросило на 50 метров на сушу. Причина — оползень Печорского монастыря в Нижнем Новгороде. Нами опять-таки предложены аналитические модели возникновения цунами от подводных оползней».

Цунами порой налетают внезапно…

С волнами-убийцами и вовсе получилась почти детективная история. Долгое время ученые полагали, что таких волн нет в природе. Дескать, рассказы моряков о появлении в относительно спокойном море одиночных волн высотой в 20–30 метров — не более чем байки. У страха, как известно, глаза велики.

Однако снимки из космоса, математические расчеты последствий страшных ударов, которые стихия нанесла тем кораблям, что все же добрались до порта с проломленными бортами, без надстроек, сбитых волной, а то и с оторванными носами, показали — такие волны вовсе не вымысел.

Стали доискиваться до причин их образования. Было высказано немало гипотез, в том числе и весьма экзотических — дескать, такие волны создают огромные осьминоги-кракены, изредка выныривающие из морских глубин. На самом деле все оказалось гораздо прозаичнее. Из физики известно, что разные волны могут взаимодействовать, вызывая усиление и ослабление волнения. Наложение двух волн может вызвать волну, высота которой равна сумме высот отдельных волн. Это явление называется интерференцией. Именно интерференцией многие ученые и объясняют сегодня возникновение в некоторых местах океана необычно высоких волн.

«Если говорить простым языком, то причина образования волны-убийцы прежде всего в статистике. Она показала, что волна-убийца — просто очень большая волна в поле случайных волн (как минимум в 2 раза больше среднего значения). Ее опасность не столько в высоте, сколько в неожиданности, — рассказывает И. Диденкулова. — Цунами — тоже очень большая волна, но ее можно предсказать. Произошло землетрясение с соответствующими параметрами — жди цунами. А волну-убийцу предсказать нельзя: все попытки, которые ныне делаются, идут пока на вероятностном уровне, то есть вероятность появления такой волны при таких-то условиях больше, а при таких-то меньше».

По словам исследовательницы, ныне есть несколько путей повышения безопасности. Во-первых, образовательный — надо почаще рассказывать людям о коварстве водной стихии, о том, что не стоит стоять на парапете, особенно в ветреную погоду. Во-вторых, инженеры при строительстве береговых укреплений должны подбирать такую форму проектируемых сооружений, которые бы гасили такие волны. Наконец, в-третьих, надо строить суда повышенной прочности с расчетом и на такое коварство стихии.

«Волны-убийцы есть везде, в любом водоеме — это просто вопрос размеров, — утверждает Ирина Диденкулова. — И рассказы моряков прошлого о так называемом «девятом вале» — тоже не выдумки. Большая волна не обязательно будет девятой, но она будет… И чтобы она стала опасной для жизни, иной раз достаточно, чтобы волна была полметра-метр высотой. Дело в том, что тут играет роль не только сама высота волны, но и ее неожиданность, а также скорость течения. У берега водный поток полуметровой высоты вполне может сбить с ног и утащить на глубину».

Те, кому повезло, возвращаются в порт иной раз вот с такими повреждениями…

Один из редких документальных кадров — волна-убийца атакует корабль.

Ирина Диденкулова уже создала уникальный каталог возникновения волн-убийц в Мировом океане за период 2005–2010 годов, где продемонстрирована их опасность на берегу и в прибрежной зоне моря. Экспериментально изучены характеристики мелководных волн-убийц, которые совсем не похожи на глубоководные. Ею также разработаны теоретические модели возникновения таких волн на мелкой воде и на берегу, объясняющие условия и частоту их возникновения.

Кроме того, И.И. Диденкуловой было проведено экспериментальное исследование интенсивных волновых групп, вызванных движением быстроходных судов, и их воздействия на берега.

Кстати, награда президента России — не первая в ее научной карьере.

За свои работы Ирина Диденкулова награждена медалью Европейского научно-промышленного консорциума, в в конце 2014 года она стала стипендиатом VIII ежегодной национальной стипендии L’OREAL-UNESCO «Для женщин в науке». А еще она стипендиат фондов Мари Кюри, Гумбольдта и INTAS.

Нельзя сказать, чтобы все эти награды дались легко. «Порой живу в аэропортах и в поездах, — вспоминает Ирина. — Основное место жизни и работы, конечно, Нижний Новгород. Но ездить приходится много, порой приходится месяцами жить вне дома. Я не скажу, что девушке в науке очень сложно. Более того, неправильно делить ученых на женщин и мужчин».

Публикацию подготовили В. ВЛАДИМИРОВ, С. КНЯЗЕВ