Заниматься фундаментальной наукой – это значит проводить теоретические и экспериментальные исследования основополагающих явлений, искать закономерности, руководящие ими. О том, что она способна на это, Лена Мошева и не подозревала. Но когда на третьем курсе ей предложили заниматься экспериментальной физикой и Лена впервые попала в институт Российской академии наук, то она была очень воодушевлена.
«

– Когда я начала заниматься экспериментальной гидродинамикой, первое, что мне запало в душу, – это ее визуализация. Все эти конвективные течения, они имеют причудливую форму, и для меня как для девушки это эстетическое удовольствие – просто заниматься таким экспериментом. Это действительно красиво!


И еще было интересно, когда ты смотришь на систему и не ожидаешь, что сейчас здесь спонтанно может что-то произойти. Под влиянием внешних факторов, например, вследствие протекания химической реакции или вследствие простого теплового воздействия, в жидкости могут появляться различные конвективные структуры. Ты их там не ожидал, а они появляются!


Елена Мошева
кандидат физических наук, сотрудник лаборатории гидродинамической устойчивости Института механики сплошных сред ПФИЦ УРО РАН
»
В лаборатории изучают гидродинамические неустойчивости в различных системах. Лену пригласили на задачу по изучению неустойчивостей, которые возникают в двухслойных системах жидкостей.

На самом деле в лабораторных условиях воспроизводится тот же процесс, который происходит в морях и океанах. В них существует стратификация соли: поверхностные слои более соленые, глубоководные – более пресные. Существует и стратификация тепла: приповерхностные слои более теплые, так как находятся ближе к солнцу, а глубокие – более холодные. То есть одновременно существуют два разнонаправленных градиента – солености и температуры. В силу того, что тепло и соль диффундируют с разной скоростью, которая отличается на два порядка (тепло быстрее в 100 раз), в системе развивается неустойчивость двойной диффузии. В океане в результате этих процессов возникают конвективные столбы жидкости огромного масштаба, способствующие вертикальному перемешиванию воды. А у Лены в лаборатории – пропорционально уменьшенные структуры. Появление неустойчивости двойной диффузии характерно и для реакционных систем.

Например, в простой реакции нейтрализации, протекающей по схеме А+В→С, ввиду того, что исходные реагенты и продукт реакции имеют разные скорости диффузии, также возникает неустойчивость двойной диффузии. Конвективное движение вследствие формирования неустойчивости способно интенсифицировать протекание реакции на несколько порядков.
Эксперименты Лены Мошевой могут быть полезны при решении вопросов об утилизации углекислого газа – главного виновника глобального потепления
Изучая развитие гидродинамических неустойчивостей в условиях реакции и то, как именно они влияют на скорость реакции, можно научиться ими управлять: запускать, когда нужно интенсифицировать массоперенос в системе, и подавлять, когда развитие неустойчивостей в системе нежелательно. В дальнейшем это поможет в практических вопросах. В частности, эксперименты Лены Мошевой могут быть полезны при решении вопросов об утилизации углекислого газа – главного виновника глобального потепления.

Существует несколько способов захоронения углекислоты после ее улавливания: например, захоронение в соленосных формациях, в базальтовых породах и в пластах, которые ранее содержали нефть. Процесс захоронения также сопровождается формированием неустойчивостей той же природы. Несколько научных групп по всему миру, как и Лена, изучают конвективные процессы в зоне смешивания реагирующих жидкостей.
«

– В мире этим вопросом занимаются в Бельгии, Китае, Германии, но наш подход к исследованию несколько отличается – он более тщательный. Я занимаюсь рутинными экспериментами, чтобы изучить динамику реакции нейтрализации. Одни и те же жидкости при различных условиях могут реагировать по-разному. Различные начальные концентрации реагентов могут существенным образом влиять на эволюцию реакции. И путем перебора начальных концентраций, то есть путем проведения большого количества экспериментов, мы и смогли обнаружить те режимы протекания реакции, которые никто ранее не наблюдал.


Елена Мошева
кандидат физических наук, сотрудник лаборатории гидродинамической устойчивости Института механики сплошных сред ПФИЦ УРО РАН
»
Результатами исследований для Лены стали блестящая защита диссертации, стипендия Президента Российской Федерации для молодых ученых, осуществляющих перспективные научные исследования, приглашения на международные конференции и семинары.

Вот так и происходит развитие фундаментальной науки: через исследование узких тем заполняются белые пятна на карте человеческих знаний.