От школьных конференций по математике - к математическому моделированию глобальных океанических процессов

Младший научный сотрудник Лаборатории математического моделирования процессов в атмосфере и гидросфере Института вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения Российской академии наук (ИВМиМГ СО РАН) Марина Алексеевна Градова занимается разработкой численной модели динамики Северного Ледовитого океана и ее приложением к моделированию распространения микропластика в арктических акваториях. По мнению молодого исследователя, развитие математических методов построения моделей переноса-осаждения микропластика могут сыграть важную роль в понимании процесса загрязнения водной среды. 
Путь Марины в науку был достаточно обычным для многих молодых ученых. Любовь к математике проявилась еще во время учебы в одной из барнаульских гимназий. Благодаря преподавателям, учителю математики Елене Демьяновне Щербининой и профессору одного из алтайских ВУЗов Юрию Николаевичу Мальцеву, пришли первые победы на математических олимпиадах для школьников и желание получить специализированное образование. Юрий Николаевич не только помогал готовиться к математическим состязаниям, но и вдохновлял рассказами о своей учебе на Мехмате НГУ и жизни в новосибирском Академгородке как о хорошем месте для старта в «большую науку».
Университет оказался сложнее школы: требовалась самостоятельная работа и перестройка подхода к обучению. Первый курс, рассказывает Марина, был как "бросок в воду" - много абстрактной математики, огромный объем информации, которую надо было не только усваивать, но и анализировать. Со временем стало понятно, что больше интересуют научные направления, связанные с прикладными аспектами: «Хотелось "пощупать" реальный мир и изучать природные явления, - улыбается молодой исследователь.  -  На презентации кафедр меня впечатлил рассказ Геннадия Алексеевича Платова о моделировании океанических процессов, и я выбрала его лабораторию для прохождения научной практики. Под руководством Елены Николаевны Голубевой был пройден весь путь студента от бакалавриата до аспирантуры и в данный момент ведется работа по подготовке кандидатской диссертации».
Проблема загрязнения не только Северного Ледовитого, но и всего мирового океана пластиковыми отходами признана одной из глобальных экологических угроз. Особую опасность представляет микропластик – фрагменты размером не более 5 миллиметров, которые легко переносятся на огромные расстояния. Задача научной группы, в которой работает Марина, – создать математические модели переноса-осаждения микропластика в водной среде и провести численные эксперименты при различных сценариях загрязнения. Это поможет выявить в океане зоны накопления микропластика и в дальнейшем оценить его влияние на сложившиеся экосистемы. 
Разработка моделей основана на численном решении системы уравнений, описывающих крупномасштабную динамику океана и морского льда. При моделировании поведения микропластиковых частиц в различных природных средах учитываются данные натурных наблюдений, спутникового зондирования, публикаций в научных журналах, в том числе – зарубежных.
«Распространение микропластика в океане зависит от многих факторов: плотность, размер и форма пластиковых фрагментов, перенос океаническими течениями и дрейфом льда, взаимодействие с биотой, -  перечисляет  Марина. – В регионах, характеризующихся наличием ледяного покрова, легкий микропластик, который остается на поверхности океана и распространяется поверхностными течениями, может вмораживаться в лед и переноситься с ним на более далекие расстояния. Также пластиковые фрагменты, даже изначально плавучие, могут тонуть, если на их поверхности накапливаются водоросли или микроорганизмы. Моделирование распространения микропластика в Северном Ледовитом океане осложнено недостатком информации о том, как он оказывается вмороженным или высвобождается изо льда обратно в воду при таянии, какие именно арктические живые организмы колонизируют пластиковый мусор и как быстро на нем накопится достаточно биоты, чтобы он начал погружаться в более глубокие слои океана. Считается, что полярные регионы пока не настолько загрязнены, как южные: проблема «пластиковых островов», которые дрейфуют в Тихом и Атлантическом океанах, давно и широко освещается. Однако, и в этом отдаленном регионе микропластик находят всюду: и в толще океана, и в ледяном и снежном покровах, и в донных отложениях. Основными путями попадания пластика в Арктику остаются стоки рек, несущих загрязнение с континентов, океанические течения со стороны более южных широт, активное рыболовство, чуть меньшее влияние оказывает туризм. Мелкие пластиковые фрагменты часто воспринимаются рыбами и морскими животными в качестве пищи, нанося урон их здоровью и попадая в пищевые цепочки. Таким образом, существует угроза не только морским экосистемам, но и человеку. В своей работе мы не акцентируем внимание на том, сколько пластика попадает в Северный Ледовитый океан. На данном этапе наших исследований важнее изучить, где он потенциально может скопиться, если будет поступать из того или иного конкретного источника загрязнения, и как взаимодействие водной среды, льда и атмосферы обеспечивает его перенос из одной части океана в другую. Это очень интересное направление исследований, которое имеет большое прикладное значение».
- Северный Ледовитый океан охватывает берега многих стран, которые также находятся под угрозой негативных последствий нарушения экологического баланса. Удается ли вам как-то взаимодействовать с зарубежными учеными?  
- Определенные трудности, безусловно, существуют. Но проблема действительно достаточно серьезная, она глобальная, и усилиями одной страны ее невозможно решить. Существует ряд арктических проектов, в которых мы участвовали с нашими коллегами из Европы, Северной Америки, и это сотрудничество, несмотря на все сложности, продолжается. У нас остается возможность публиковаться в международных научных журналах. Наша первая статья по микропластику была опубликована в журнале категории Q1.
Сейчас у нас в России сформировалось сообщество ученых, занимающихся вопросами загрязнения микропластиком окружающей среды. Мы также входим в это сообщество, знакомимся с людьми, рассматриваем перспективы совместных работ с другими научными организациями в нашей стране. Когда есть неравнодушные люди, да еще вооруженные точными научными знаниями, появляется возможность развивать актуальное и относительно новое для российской науки направление. Мне, как исследователю, очень приятно, что я участвую в этой работе и тоже вношу свой посильный вклад в изучение глобальной экологической проблемы».

 
#ИВМиМГ СОРАН  #Математика  #Наука  #Экология  #Арктика #Микропластик  #Образование