Ученые из Тихоокеанского океанологического института (ТОИ) ДВО РАН на основе спутниковых измерений разработали метод численного моделирования океанских вихрей и других структур большого размера. Созданная российскими учеными модель позволяет в режиме реального времени в лаборатории на берегу оценить риск радиоактивного или нефтяного загрязнения отдельных областей океана. Это поможет предпринимать эффективные меры по ликвидации техногенных катастроф. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ), результаты опубликованы в журнале Ocean Science.

Ученые описывают океанические вихри как огромные вращающиеся «мешки» в океане, переносящие большие объемы воды на тысячи километров. Их размер в поперечном сечении — от 100 до 300 км, масса — приблизительно миллиард тонн, а время жизни — до пяти лет. Вихри в океане перемещаются со скоростью нескольких сантиметров в секунду. По мере движения вихрь захватывает большие массы воды и вовлекает их во вращение. При этом ядро вихря может сохранять свою воду несколько лет.

«После аварии на АЭС «Фукусима» (Япония) в 2011 году загрязненная радиоактивными изотопами вода с поверхности океана частично была захвачена океаническими вихрями и даже через полтора года после аварии обнаружена в них на глубинах от 100 до 1000 метров. Приличная концентрация радиоактивных элементов в таких вихрях может представлять опасность для живых организмов», ‒ пояснил один из авторов публикации, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией нелинейных динамических систем ТОИ ДВО РАН Сергей Пранц.

Созданная океанологами модель позволяет узнать историю жизни вихрей: как они рождаются, каков состав воды, которую они несут, по какой траектории движутся и как погибают. Используя спутниковые данные, ученые оценили риски радиоактивного загрязнения разных вихрей в Тихом океане в результате аварии на АЭС «Фукусима» в марте 2011 года.

 

Карты Тихого океана к востоку от Японии (март – июль 2011 года). Желтый цвет показывает воду с высоким риском радиоактивного загрязнения. Крупные вихри видны как пятна желтого, красного и синего цветов. Некоторые из них «наматывают» желтую радиоактивную воду. Ромбиками показаны станции, где измерялась концентрация изотопов цезия. Фиолетовые ромбики – высокая концентрация (в сто раз больше фоновой), зеленые ромбики – фоновая концентрация. Источник: Сергей Пранц

Поверхность океана в крупных антициклонических вихрях (вращающихся в Северном полушарии по часовой стрелке) поднимается на десятки сантиметров по сравнению с уровнем моря, а в циклонических вихрях (которые вращаются в обратном направлении) опускается. Радары на борту искусственных спутников Земли позволяют с высокой точностью измерять, как изменяется уровень моря, и вычислять с помощью этих данных поле скорости – совокупность векторов скоростей движения воды в вихре на поверхности океана.

Используя эти данные, дальневосточные ученые решают на суперкомпьютере уравнения движения для миллионов виртуальных частиц (точек на поверхности океана). Суперкомпьютер — кластер из более чем 500 ядер — обрабатывает спутниковые данные, рассчитывает различные индикаторы движения и ежесуточно выводит информацию в виде цветных карт, которые и позволяют проследить историю жизни каждого крупного вихря в океане.

Результаты моделирования совпали с прямыми измерениями концентраций радиоактивных изотопов в Тихом океане в морских экспедициях 2011 и 2012 годов. Таким образом, океанологи показали эффективность и перспективность разработанной ими модели. Предложенный метод позволит в режиме реального времени с помощью спутниковых данных оценить риск радиоактивного загрязнения океана в результате возможных будущих катастроф.

«Работу по моделированию и анализу распространения радиоактивного загрязнения мы начали на следующий же день после аварии на АЭС «Фукусима» и опубликовали первые результаты в июне 2011 году, ‒ рассказал Сергей Пранц. ‒ В той статье мы показали, что опасности проникновения загрязнения в российские воды нет. Тогда мы могли только видеть вихри и предсказывать, как примерно движется вода, а сейчас мы можем подробно описать историю каждого вихря, выяснить происхождение вод, из которых он состоит, и оценить его опасность для живых организмов».


 

Похожие новости

  • 09/08/2017

    Российские ученые начали работы по созданию климатической библиотеки

    ​В Приэльбрусье стартовал трёхлетний проект Института географии РАН (ИГ РАН), в рамках которого будет создан уникальный для России палеоклиматический архив ледниковых кернов, а также проведена реконструкция климата юга Европейской части России.
    160
  • 30/05/2017

    Российские биохимики смоделировали фотосинтезирующий комплекс цианобактерий

    ​В Институте физиологии растений имени К.А. Тимирязева (ИФР) РАН изучили строение фикобилисомной антенны цианобактерий – макромолекулярного комплекса, ответственного за фотосинтез в клетках бактерий.
    181
  • 25/08/2017

    Российские ученые смогут предсказывать последствия падения космических тел

    Ученые из Института динамики геосфер (ИДГ) РАН, подведомственного ФАНО России, создали модель, описывающую последствия падения на Землю крупных космических тел размером более 30 метров. Свои расчеты ученые сравнили с данными наблюдений за падением Челябинского космического тела в феврале 2013 года.
    114
  • 30/11/2015

    Поиск полезныех ископаемых с помощью естественного шума Земли

    ​Ученые Сибирского федерального университета​ разработали уникальную технологию поиска полезных ископаемых на основе анализа естественного электромагнитного и сейсмического шума. Технология не имеет аналогов в мире, сообщили сегодня в пресс-службе университета.
    958
  • 11/04/2017

    Ученые составили карту будущих природных катастроф в России

    Ученые из Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН разработали методы оценки термодинамических переменных для ландшафта, а также выяснили, что в рамках одного ландшафта существует три устойчивых состояния растительного покрова с различными схемами саморегулирования.
    343
  • 27/02/2017

    Международный консорциум ученых исследует Сибирский арктический шельф

    ​Более половины арктических территорий, имеющих государственную принадлежность, входят в состав Российской Федерации. Огромные запасы природных ресурсов, главная северная транспортная артерия - Северный морской путь, уникальные природные экосистемы, многочисленные северные народности - все вместе это настоящее достояние России.
    353
  • 18/07/2017

    Ученые из Пущино при поддержке РНФ разрабатывают лечение травм мозга

    Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино) под руководством кандидата биологических наук Антона Малькова разработают терапию болезней мозга, вызванных тяжелыми травмами.
    167
  • 26/12/2016

    Российские генетики разработали методику поиска ключей для подавления ВИЧ

    ​Генетики из Института иммунологии и Московского университета придумали способ, который позволит быстро выделить гены и белки, которые ВИЧ использует для заражения человеческих клеток и размножения внутри них, и найти антитела, блокирующие их работу, говорится в статье, опубликованной в Journal of Immunological Methods.
    461
  • 16/05/2017

    Российские ученые раскрыли связь между землетрясениями и вулканами Камчатки

    ​Российские ученые доказали, что рост активности землетрясений, происходящих на глубине около 30 км, может предшествовать извержению вулканов на Камчатке. Результаты наблюдений за вулканами на Камчатке опубликованы в журнале Nature GeoScience.
    209
  • 27/02/2017

    Иван Звягин: персональная медицина будет слишком дорогой для людей

    ​Научный сотрудник Института биоорганической химии РАН Иван Звягин рассказал о том, какие проблемы стоят на пути "наук о жизни" в России и коммерциализации их результатов, почему персональная медицина пока остается мечтой и о том, почему медицинские стартапы нередко проваливаются.
    469