Дослідження змін клімату нині є одним із найважливіших питань. І в час, коли багато людей по всьому світу намагаються привернути увагу до цієї теми, науковці створюють моделі, розраховують імовірні наслідки й допомагають формувати стратегії для послаблення руйнівного впливу змін клімату. Одна із них — українка, докторка природничих наук Любов ПОШИВАЙЛО-ШТРУБЕ. Працюючи в одному із найбільших дослідницьких центрів Європи — Forschungszentrum Julich (м. Юліх, Німеччина) за суперкомп’ютером JUWELS (він такий великий, що мало який інший у світі може з ним зрівнятися), дослідниця моделює зміни клімату в Європі на наступні 80 років! Як, за найкращим сценарієм, може змінитися температура повітря до 2100 року? Що є великою проблемою для науковців Німеччини? Яка подія збирає в одній будівлі 40 — 50 нобелівських лауреатів і як на неї потрапити? Подробиці — далі.
«БЕЗСТРОКОВИЙ КОНТРАКТ ОТРИМАТИ ДУЖЕ СКЛАДНО»
— Яку роль відіграла українська освіта у становленні вас як науковиці?
— Я навчалася в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка на фізичному факультеті, в Могилянці — на факультеті природничих наук, і для мене ця освіта відіграла дуже важливу роль. В Україні часто кажуть, що важливий диплом, а не оцінки, але для мене й вони мали значення: наприклад, коли я подавалася на Lindau Nobel Laureate Meetings, враховувався середній бал університетських дипломів, а також необхідно було подати навіть копію шкільного атестата з оцінками.
Система української освіти передбачає викладання дуже великої кількості предметів: зокрема, в КНУ я вивчала культурологію, політологію, економіку, не кажучи вже про всі можливі розділи фізики... Та й у Могилянці дисциплін було багато. Натомість ніколи не чула, щоб у Німеччині було стільки предметів. Тож після українського вишу в студента, на мою думку, дуже широкий світогляд.
З науковим порадником професором Штефаном Фюґлісталлером під час програми за обміном (HITEC-Go) до Принстонського університету, грудень 2018 р.
Крім того, викладач КНУ Станіслав Миколайович Єжов говорив нам, що ми тут вчимося не для того, щоб усе знати, а щоб навчитися вчитися. І ця здібність неймовірно важлива, коли ти науковець: поїхавши за кордон, ти тільки тим і займаєшся, що вчишся постійно сам. Це найважливіше.
— Як почалася ваша наукова кар’єра на Заході?
— 2011 року якось я проходила по коридору КНУ й побачила оголошення про літню наукову школу з фізики в Любляні (Словенія) і вирішила спробувати. Зазвичай в Україні кошти на це не надаються, тому завдяки допомозі батьків того ж року я вперше поїхала на міжнародну літню школу. Відтоді почала відвідувати такі школи майже щорічно. Згодом на одній із них мені дали візитівку науково-дослідницького центру Юліха — до того я ніколи про нього не чула. Тож я почала шукати більше інформації, знайшла в Німеччині наукового керівника й писала магістерську в Німеччині, при цьому навчаючись на магістратурі в Могилянці (вдячна за підтримку викладачам, які дозволили мені раніше скласти екзамени, щоб на півроку приїхати у ФРН). А те, що в Україні за звичною практикою науково-технічна база застаріла, мотивувало мене продовжити навчання там.
— Які відмінності в освіті, роботі науковця найбільше впадають в око?
— На аспірантурі я проходила деякі курси у Вуппертальському університеті (Німеччина), і мені здалося, що тут викладачі більш лояльні, ніж в Україні. По-перше, в Німеччині на бакалавраті, магістратурі студент сам обирає собі предмети. В Україні таке є, мабуть, хіба що в Могилянці, і то якщо група досить велика. До того ж, якщо ти не склав іспит, то його можна перенести на наступний семестр. Ба більше: бакалаврську чи магістерську роботу можна здати наступного року чи через рік. Якось я запитала про списування — студенти про таке навіть не чули, як і про те, щоб науковий керівник мав по 15 — 20 студентів, як в Україні.
Я працювала в трьох інститутах: на магістратурі, аспірантурі, постдокторантурі. І структура природничих наук скрізь майже однакова, як-от ставлення до експерименту чи схеми написання статей. Головне, чим відрізняються українська й німецька науки, то це бюджетом, що помітно навіть під час публікації статей. Адже часто для цього потрібно сплатити публікаційний внесок: іноді інститут має викласти за одну статтю в журналі від двох до п’яти тисяч євро. В Україні це просто неможливо. Звичайно, велику частину фінансування науковців в інституті (може, більшу частину) отримано із грантів.
З Девідом Вайнлендом – лауреат Нобелівської премії з фізики 2012 за «створення проривних технологій маніпулювання квантовими системами», липень 2019 рік
До того ж, у Німеччині прагнуть, щоб ти як науковець-постдокторант щодва роки змінював місце роботи. Контракти постдокторантів зазвичай тривають до двох років. Тут немає такого, що ти працюєш усе життя в одному й тому ж інституті, бо безстроковий контракт отримати дуже складно. З одного боку, це цікаво, з іншого — нелегко спланувати своє життя. Про це часто говорять, і це велика проблема тут.
ДО 2100 РОКУ ТЕМПЕРАТУРА МОЖЕ ЗРОСТИ НА 1,5 — 4°C
— Над чим саме ви працюєте у проєкті, який присвячений змінам клімату?
— У Німеччині є кілька наукових асоціацій, і цей проєкт від Helmholtz Initiative Climate Adaptation and Mitigation (HI-CAM). У нашому науково-дослідницькому центрі є багато інститутів; я працюю в Інституті біо- й геонаук, підрозділі агросфери. Тему клімату я почала досліджувати наприкінці 2019 року, тобто відносно нещодавно: магістерську роботу я писала в Інституті біо- й геонаук, підрозділі біотехнологій, а аспірантуру — в Інституті енергії та клімату, підрозділі стратосфери (вивчала випаровування води у стратосфері).
Проєкт, над яким я працюю зараз, полягає в тому, що через зміни клімату екстремальні погодні умови спостерігаються частіше і вони впливають на всі сфери життя людства. Для адаптації до них і пом’якшення наслідків цих екстремальних умов створюють спеціальні стратегії. І ми, як науковці, збираємо відомості або робимо дослідження, щоб ці стратегії були правильно сплановані. Зокрема, Міжурядова група експертів з питань змін клімату (IPCC) раз на шість-сім років готує й оприлюднює у вільному доступі звіти про стан клімату. Ми маємо надавати їм відомості, які вони організовують у такий звіт, де ще й публікують стратегії. У межах цього проєкту я проводила моделювання клімату в Європі протягом 1950 — 2005 років, а потім з 2006-го до 2100-го за двома сценаріями.
— А на яких показниках ґрунтуються ці сценарії?
— Існують чотири основних сценарії, і вони базуються на припущеннях щодо економічної діяльності людини, джерел енергії, зростання населення та інших соціально-економічних чинниках. Фактично ці сценарії — це таблиці з імовірними концентраціями парникових газів протягом певного року, що розглядається. Тож ми беремо дані цих сценаріїв і дивимося, яким чином модель клімату зреагує на такі зміни. За кожним із цих сценаріїв ріст середньої глобальної температури різний. За найгіршим сценарієм — до 2100 року середня температура на Землі зросте на чотири градуси. За найкращим — на 1,5 градуса. Іноді здається, що це небагато. Проте за даними, опублікованими на сайті NASA, з 1980 року (станом на кінець 2021 року, порівняно з усередненими температурами 1951 — 1980 років) середня температура Землі зросла на 0,85°C, і є дослідження, які вважають, що навіть ця зміна може вплинути на клімат, не кажучи вже про 1,5 чи 4°C.
Також у своїй роботі я досліджую підземні води та їхній вплив на розвиток і частоту спекотних днів. Дослідження проводимо за допомогою Terrestrial Systems Modelling Platform (TSMP), яка поєднує в собі ще три різні моделі: одна моделює атмосферу (модель називається COSMO — Cоnsortium for Small Scale Modeling); друга — те, що міститься біля поверхні землі (CLM — Community Land Model), а ще одна моделює підземні води (ParFlow). За нашими дослідженнями, які ще не опубліковані, частота спекотних днів без включення підземних вод до кругообігу води є часто більшою.
«ЦЕ ЯК ТЕОРІЯ ІМОВІРНОСТІ»
— Знаю, що ви користуєтеся суперкомп’ютером JUWELS для розрахунків. Яка специфіка роботи з ним?
— Простими словами, суперкомп’ютер — це багато комп’ютерів, з’єднаних у кластер, який дає змогу робити складні операції значно швидше. Я через ноутбук під’єднуюся до суперкомп’ютера і проводжу моделювання. У нашому центрі є величезна кімната завбільшки зі шкільний спортзал або ще більша, де стоять ці комп’ютери. JUWELS, на якому я працюю, є одним із найбільших суперкомп’ютерів світу.
Ті, хто моделюють клімат, займаються штучним інтелектом, майже всі проводять дослідження на суперкомп’ютері. До прикладу: щоб у моїй роботі змоделювати клімат на території Європи на один місяць, потрібно три години роботи суперкомп’ютера. А якщо я хочу змоделювати 250 років клімату (1950 — 2005 і плюс по майже сто років за двома сценаріями), то це може займати до одного року роботи суперкомп’ютера. Тобто навіть на ньому ці моделювання займають дуже багато часу.
Під час доповіді на конференції «AGU Fall Meeting 2021», організованій Американським геофізичний союзом; грудень 2021 рік.
Ще один важливий аспект — обсяг даних, який я отримую після одного місяця моделювання, становить близько 250 Гб, тобто один місяць — як пам’ять iPhone. Це ще одне питання, яке науковці широко обговорюють: як зберігати свої дані. Адже коли працюєш з кліматом, то є дуже багато кроків, крім моделювання: підготовчі процеси, передобробка, післяобробка тощо. А для цього потрібно багато пам’яті. Тож підсумовуючи, суперкомп’ютер потрібен для того, щоб відносно швидко зробити розрахунки, а по-друге, щоб зберігати й обробляти великі масиви даних.
— Наскільки доступним є цей суперкомп’ютер для науковців?
— Хоч ми й працюємо в науково-дослідницькому центрі Юліха, але щоб користуватися суперкомп’ютером, маємо написати грант. У ньому потрібно розписати, як працює модель, скільки буде використано пам’яті суперкомп’ютера, скільки часу потрібно. А після року чи півроку роботи потрібно підготувати звіт про те, яким чином було використано час, які дані опублікували. У принципі цей суперкомп’ютер відкритий для всього світу, бо є, наприклад, користувачі зі США. Проте мені здається, що українці, щоб використовувати його, мають входити до якогось проєкту, наприклад європейського. Тому що хтось має платити за час використання цього суперкомп’ютера, оскільки він дуже потужний і на це йде багато електроенергії.
— Які головні виклики стоять перед вченими, які досліджують клімат?
— Коли говорять про прогнози клімату, то часто згадують про невизначеність, оскільки існують різні моделі, які дають різні результати. Нині ця невизначеність досить велика, і наше завдання — зменшити її і правильно описати. І щодо цього вже є кілька ініціатив. Зокрема, багато груп, які займаються моделюванням регіонального клімату, входять до ініціативи CORDEX (Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment). При цьому всі моделі, які є частиною цієї ініціативи, працюють на однакових доменах (регіонах) і мають однакову роздільну здатність. Наприклад, я моделюю клімат на європейському домені (EURO-CORDEX), який охоплює Україну і має горизонтальну роздільну здатність 0,11° або 12,5 км. Завдяки цьому легше порівняти різні моделі, це дещо зменшує невизначеність. До того ж, коли працюють з кліматом, часто оперують статистичними даними — це як теорія імовірності, що також ускладнює дослідження цієї теми.
Досліджуючи клімат, я більше зосереджуюся на аналізі спекотних днів. І для мене ще одним викликом є те, що коли науковці досліджують цю тему, то часто дають усереднені дані по всій Європі або протягом літа. І це зрівнює всі дані. Це ще один чинник, який впливає на невизначеність. Врешті-решт, перед науковцями стоїть важливе завдання — описати клімат та його невизначеності чітко і для себе, і для широкого загалу. Це питання ще не вирішене.
Під час панельної дискусії між нобелівськими лауреатами та молодими науковцями в рамках Днів науки в Ліндау, липень 2020 рік
Крім того, часом країни не опубліковують деяких відомостей щодо парникових газів. Мабуть, це ще не врегульовано законодавством, немає домовленості, чому ці відомості мають бути показані і яким чином вони будуть використані пізніше — на користь країни чи проти. Тож світ ще лише прямує до того, щоб працювати глобально над глобальними питаннями. А без цього ніяк не можна, бо інакше проблеми такого рівня не розв'язати.
«ВПЛИНУТИ НА ЗВИЧКИ ЛЮДЕЙ»
— Як, на вашу думку, потрібно розповідати про зміни клімату, щоб про це почули?
— Щоб люди звернули увагу на зміни клімату, потрібно зазначати чинники, які безпосередньо пов’язані з їхнім життям; апелювати до того, що громадян безпосередньо турбує. В Україні, наприклад, варто це пояснювати так: через зміни клімату може не бути врожаїв, зросте частка імпортних продуктів, при цьому зростуть також ціни на продукти. Думаю, це мотивуватиме людей звернути на це увагу й щось змінювати.
2020 року я брала участь у Sciathon — щось на зразок хакатону, тільки для науковців, не програмістів. У моїй групі було десять вчених, і ми два дні, 48 годин, практично безперервно, працювали онлайн над проєктом. На цьому Sciathon я представляла свій проєкт, головною ідеєю якого було те, що потрібно вплинути на звички суспільства. Авжеж, часто студенти й школярі є основною цільовою аудиторією, коли говорять про клімат, тож і основними заходами є щось на зразок проведення лекцій на тему захисту клімату. Я ж наголошую на тому, що потрібно «достукатися» до всіх, і пропонувала ідеї, як вплинути на звички населення: від діток до найстаршого покоління. Для дітей, наприклад, можна розробити якісь ігри, кубики на тему клімату. Для дітей середнього віку є різні додатки на смартфони. Існує, наприклад, Minecraft Education Edition — не впевнена, чи там висвітлюється зазначене коло питань, але у відеогрі теж можна привчати дітей до певних змін у їхньому повсякденному житті. Для старших людей можна організовувати виставки, резиденції, які надихали б їх набувати нових звичок. Можна використовувати й більш практичні кроки, як-от різноманітні знижки для тих, хто дбає про довкілля.
У Німеччині, коли підписуєш контракт на постачання електроенергії, вибираєш компанію. Серед них є Green Energy — обравши яку, ти спрямовуватимеш власні гроші на підтримку зеленої енергетики. Проте оскільки в Німеччині багато вугільних шахт, це залишається складним питанням і «зелена електроенергія» досі дорожча за традиційну. А от на електромобілі часто є знижки (до десяти тисяч євро), і станції для їхньої підзарядки є майже в кожному місті. Також заохочують їздити велосипедом, користуватися громадським транспортом.
«ОСОБЛИВЕ СЕРЕДОВИЩЕ»
— Ви брали участь у Lindau Nobel Laureate Meetings. Яким чином цей досвід змінив вас?
— Lindau Nobel Laureate Meetings — це зустрічі з нобелівськими лауреатами, які відбуваються в німецькому місті Ліндау щорічно з 1951 року. Мета — об’єднання нобелівських лауреатів та молодих вчених із усього світу для наукового обміну між різними поколіннями та культурами. У події щорічно беруть участь приблизно 40 нобелівських лауреатів, і це є найбільшою у світі їхньою зустріччю після щорічної церемонії нагородження у Стокгольмі. Щороку зустріч зосереджена на різних дисциплінах. Одного року — присвячена медицині та фізіології, наступного — фізиці, потім — хімії... Також щоп’ять років відбуваються міждисциплінарні зустрічі, які включають усі науки. А ще вони раз на три роки проводять зустрічі з нобелівськими лауреатами з економічних наук.
Фото з «Bavarian Dinner» на зустрічі в Ліндау, липень 2019 рік
Відбір молодих вчених починається приблизно за рік до самої події, тобто в червні-липні, у результаті якого обирають приблизно 600 учасників. Така можливість дається один раз на життя: повернутися можна лише в тому разі, якщо ти сам станеш нобелівським лауреатом. Відбір містить дуже багато критеріїв, і готуватися потрібно заздалегідь: крім мотивації, має бути від одного до трьох рекомендаційних листів (із передових науково-дослідницьких установ, за можливості — із різних країн); резюме, в якому потрібно описати шлях свого навчання, починаючи від школи, і що саме вивчав на кожному науковому етапі; наскільки значимими були події, в яких брав участь (був учасником конференції, де було 20 осіб чи 20 тисяч). Також вони просили копію шкільного атестата з оцінками. А після цього вираховували, чи ти належиш до 10% найкращих студентів, дослідників того ж класу (етапу навчання), яких і беруть на цю подію.
У Ліндау я була 2019 року. Це досвід на все життя: 40 — 50 нобелівських лауреатів в одній будівлі на одній події... Така зустріч триває впродовж одного тижня й охоплює не лише наукові лекції (на сайті Lindau Nobel Laureate Meetings вони викладені у вільному доступі), а й соціальні зустрічі, скажімо, обід чи прогулянка з нобелівським лауреатом. Щоправда, ці події потрібно забронювати заздалегідь, бо на них зазвичай обмежують доступ (до десяти осіб). Була також ще одна цікава подія — Bavarian Dinner (така назва, бо містечко Ліндау розташоване в Баварії), коли всі учасники (із більш ніж 80 країн світу) приходили в національних костюмах.
Що, напевно, мені найбільше запам’яталося — у перший день, коли ми приїхали, був ознайомлювальний вечір: за столами сиділи нобелівські лауреати, а між ними — студенти. Так вийшло, що я сиділа біля нобелівського лауреата, ми з ним говорили, і наприкінці зустрічі він залишив мені записку з побажанням на майбутнє. Гадаю, він мав тоді рацію, і це дуже корисна рекомендація. Такі поради можуть змінити багато чого, так трапилося й зі мною. Це дуже мотивує.
Протягом тижня відбувалися не лише наукові лекції, а й лекції про життєвий шлях нобелівських лауреатів, іноді вони розповідали про свої сім’ї, і це те, що мене дуже мотивувало. А після цих зборів кожен учасник стає випускником (alumni) Lindau Nobel Laureate Meetings, і спілкування продовжується у спеціальному додатку, там повідомляють і про новини спільноти. Це теж дуже цікаво. Навіть коли ти один раз побував на таких зустрічах, ти постійно будеш у цьому особливому середовищі.
— Як ви долучилися до розробки Lindau Guidelines?
— Lindau Guidelines щодо відкритої та глобальної науки започаткувала професорка Елізабет Блекберн, котра 2009 року стала лауреаткою Нобелівської премії з медицини та фізіології. Коли я була на зустрічі 2019 року, нам розповіли про цю ініціативу і сказали, що відкривається дискусійна стадія. Кожен, хто є випускником Lindau Nobel Laureate Meetings, мав можливість написати свої побажання, корективи, і я теж брала участь у розробці цих настанов. А 2020-го мене запросили стати учасницею панельної дискусії з обговорень Lindau Guidelines.
Ці настанови складаються із десяти цілей, які орієнтовані на широку наукову спільноту, пропонують реформи на найближче майбутнє і перевизначають роль науки в сучасному світі. Вони теж є онлайн, зараз дискусійна стадія добігла кінця, і кожен може підписати їх як декларацію. Факт підписання означає твою особисту гарантію працювати за цими цілями і теоретично, і практично. Ідеться, зокрема, про глобальну співпрацю над глобальними цілями; обмін знаннями (публікація статей у відкритому доступі, а даних у репозитаріях); прозору та правдиву співпрацю; комунікацію з суспільством та ін. Це лише тези, до кожної з яких є детальні пояснення в декларації. Завдяки цим пунктам наука має стати більш глобальною, і я вважаю, що ці настанови потрібно популяризувати, бо багато наукових установ про них ще не знають. А перевагою нобелівських лауреатів є те, що в них є прозоре бачення майбутнього науки.
КОМУНІКАЦІЙНИК НАУКИ ЯК ОКРЕМА ПРОФЕСІЯ
— Чи можна вважати, що ці тези є актуальними трендами в науці?
— Публікація статей та відомостей у відкритому доступі зараз стає загальноприйнятою практикою. Ідеться про ті дані, на основі яких ти готуєш наукову статтю; вони мають бути опубліковані до її виходу, щоб читачі могли відтворити те, що ти зробив у своєму дослідженні. Ця теза насправді закріплена не лише в Lindau Guidelines, а й в інших документах чи ініціативах, які мають на меті зробити науку прозорою і чесною. Наприклад, є концепція так званих FAIR-data — дані, які відповідають принципам Findability, Accessibility, Interoperability, Reusability (знахідності, доступності, сумісності та повторного використання); при цьому метадані баз даних, які публікуються, повинні бути організовані певним чином, відповідно до принципів FAIR-data. Також тривають дискусії, як правильно представляти свої дані, бо залежно від того, як ти орієнтуєш дані на графіку або які кольори використовуєш, їхня цінність може бути різною.
Ще одним трендом є комунікація з суспільством. В університетах і наукових установах створюють департаменти з питань комунікації. Комунікаційник науки (science communicator) — це окрема спеціальність у Німеччині. Їхнє завдання полягає в тому, щоб пояснити інформацію із наукових статей у спосіб, зрозумілий для широкої аудиторії. Проєкт, у якому я беру участь, має в Берліні комунікаційний офіс, де працює до п’яти осіб, зокрема артдизайнер. Його завданням є візуалізувати і зробити цікавими для широкої публіки наукові дослідження або тези конференції, яку було організовано науковим центром. Часто це графічний дизайнер, проте малюють про науку не лише на комп’ютері.
На величезну конференцію (25 тисяч учасників) від European Geosciences Union, яка відбувається у Відні щороку, запрошують двох представників художніх професій, які слухають виступи й роблять мистецькі твори, пов’язані з геонауками. Коли я брала участь у цій конференції, один із них цілий тиждень займався сучасною скульптурою, працював з деревом, металом та іншими матеріалами, а художниця малювала емблеми спільноти European Geosciences Union. Це ще одна можливість зацікавити широку аудиторію питаннями клімату. Крім того, на конференції відбувається конкурс світлин, які пов’язані з геонауками. А ще був навіть курс Sculpture & Research, у якому брали участь 10 — 15 осіб. Ми послухали презентацію, а потім нам роздали по шматку глини й сказали зліпити те, що ми досліджуємо.
Тобто комунікаційник може бути і митцем, і науковцем, у якого є вільний час та бажання популяризувати науку.
— А які настанови, на вашу думку, особливо важливі для України, що було б добре нам запровадити?
— У часи пандемії у кожного з’явилося набагато більше можливостей, зокрема брати участь у конференціях онлайн. Зараз навіть найбільші із них, з 40 тисячами учасників, відбуваються в цьому форматі. По-друге, вважаю, що потрібно посилювати співпрацю з закордонними науковими центрами. У Німеччині, наприклад, є багато студентів із Китаю, які приїжджають за державні кошти КНР, працюють на матеріально-технічній базі наукових центрів у Німеччині, а потім повертаються додому з досвідом. Це вигідна співпраця для обох сторін. По-третє, у мене на аспірантурі в Німеччині був науковий порадник (external mentor) із Принстонського університету (США). Ми організовували скайп-зустрічі, одного разу я відвідала його в Принстоні. На мою думку, було б корисно, якби така практика наукових порадників із інших університетів розвивалася в Україні, адже це розширює світогляд.
— Ви увійшли до списку 30 найактивніших молодих українців діаспори, що його склав Світовий конгрес українців. Що для вас означає таке визнання ваших заслуг?
— Визнання Світовим конгресом українців для мене — мотивація і доказ того, що те, що ти робиш — корисне й потрібне. І дуже втішно, що звернули увагу на закордонних українців. Часто дивишся телевізійні програми в Україні, а там розповідають про українців, які живуть в Україні, та їхні нагороди і звання, але ж багато українців живуть і за кордоном, тож це позитивно, що час від часу про нас згадують. Також ця нагорода для мене — відповідальність за те, чим я займаюся, і за наступні професійні кроки.
