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

  • 16/03/2018

    Компьютерная программа выжмет максимум нефти из земли

    ​Необычная компьютерная программа использует довольно простую основу, созданную в 1956 году, но при этом может то, что недоступно более сложным современным алгоритмам. Ученые из Института динамики геосфер, Института физики Земли, Почвенного института РАН и МГУ имени М.
    277
  • 27/02/2018

    Как появились почвы на земле?

    В научном журнале Scientific Reports, который входит в семейство журналов Nature Publishing Group, опубликована статья, рассматривающая в качестве одного из путей становления почв на Земле изменение горных пород под воздействием эндолитных организмов (обитают в скрытых нишах внутри плотных пород).
    318
  • 26/02/2018

    Грантополучатели РНФ рассказали работникам нефтегазовой индустрии о своих разработках

    Методы повышения количества добываемых в России углеводородов, разрабатываемые при поддержке РНФ, легли в основу курса лекций в рамках международной геолого-геофизической конференции «Современные технологии изучения и освоения недр Евразии» GeoEurasia 2018, которая прошла в Москве в феврале.
    230
  • 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.
    516
  • 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.
    550
  • 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.
    492
  • 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.
    789
  • 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.
    1445
  • 09/01/2018

    Геофизики исследовали космические хоры в радиационном поясе Земли

    ​Ученые из Полярного геофизического института исследуют низкочастотные сигналы, которые способны влиять на радиационный пояс Земли. Прогноз поведения пояса позволит минимизировать вред от космической радиации для спутников и космонавтов.
    354
  • 05/12/2017

    Российские ученые создали цифровую модель почв

    ​Российские ученые из Института динамики геосфер, Института физики Земли и Почвенного института РАН вместе с коллегами из Австралийского государственного объединения научных и прикладных исследований предложили новый метод структурного (комплексного) анализа почвы: они интегрировали изображения различного масштаба в единую цифровую модель.
    353