Моделі, перевірені часом та кліматом. Українські вчені пояснюють Нобелівку з фізики

5 жовтня Нобелівський комітет назвав лауреатів премії з фізики. Ними стали троє науковців: Сюкуро Манабе, Клаус Гассельманн і Джорджіо Парізі.

Уявіть, що як і антивакцинатори, є ті, хто заперечує або скептично ставиться до попереджень про зміну клімату і прямий вплив людини на це. Мовляв, як можна надійно спрогнозувати таке складне явище на десятки років уперед. 

Але Сюкуро Манабе і Клаус Гассельманн розробили методи для цього у 60-70-х роках минулого сторіччя. І їхні прогнози підтвердилися з часом.

Як вписується в цю систему відкриття третього лауреата, чому цьогорічний Нобель з фізики – не просто відкриття, а визнання на світовому рівні однієї з найскладніших проблем людства, LIGA.Life розпитала у:

• Світлани Краковської – кандидатки фізико-математичних наук, завідувачки лабораторії прикладної кліматології Українського гідрометеорологічного інституту ДСНС України та НАН України;

• Сергія Степаненка – доктора фізико-математичних наук, професора, ректора Одеського державного екологічного університету.

Що революційного зробили Манабе та Гассельманн

Кліматична система дуже складна, вона охоплює не тільки атмосферу і гідросферу та кріосферу – повітряну, водну і замерзлу оболонки Землі, але і біосферу, наприклад фітопланктон, який є в океанах.

А найголовніше – те, як людина впливає на зміни клімату.

"В моделях Гассельманна є вуглецевий цикл, а Манабе якраз займався більшою мірою глобальним відгуком на підвищення парникових газів в атмосфері. Це, так звана, чутливість кліматичної системи до подвоєння концентрації парникових газів", – пояснює Світлана Краковська.

У своїх перших моделях Манабе порахував, що температура підвищуватиметься в тропосфері (місці, де ми дихаємо), але водночас знижуватиметься в стратосфері. Тобто так Земля перебуватиме в балансі, пояснює науковиця.

І його прорахунки підтвердилися розвитком подій, який ми маємо зараз, додає вона.

"Ще й досі певні оцінки проводяться за цими моделями. Але саме за цим показником, що він визначив, оцінюють моделі, наскільки вони адекватно представляють кліматичну систему загалом", – каже Краковська.

Прорив науковців став базою для подальшого розвитку кліматичного моделювання загалом.

Як досліджували вплив людини на клімат

"Гассельманн розпочав з океанології, вивчав хвилі, турбулентність, і саме це йому дозволило сформулювати гіпотезу, як можна відрізнити в цій системі вплив людини", – пояснює науковиця. 

Погода мінлива, а клімат – це довготривалий режим погоди та досить стабільна характеристика Землі й певних регіонів. 

Свої дослідження він проводив за допомогою кліматичних моделей.

"В моделях є певні показники, які ви можете змінити. Там зрозуміло, якщо драйвером є концентрація парникових газів, то можна взяти реальну концентрацію, а можна взяти концентрацію, яка була в доіндустріальний період, і подивитися, що буде з кліматичною системою", – пояснює Краковська.

І додає: "Навіть якщо є якісь значні випадкові відхилення рік від року (в  характеристиках погоди. – Ред.), погоду можна розглядати як певний шум, і на фоні цього шуму, коли є тренд середніх показників, з'являється сигнал, що свідчить про зміну клімату під впливом людини".

Вже не перший Нобель для Манабе

Концепція виділення впливу людини набула великого розвитку саме завдяки звітам науковців Міжурядової групи експертів зі  зміни клімату (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC).

"І оскільки ІРСС отримала Нобелівську премію, це означає, що всі автори попередніх звітів (включно з четвертим) є лауреатами. То, по суті, він вже другий раз отримав відзнаку. Тільки другу вже з фізики", – пояснює Краковська.

Цього разу Манабе отримав премію за те, що кількісно оцінив і розписав парниковий ефект. 

"В моделі, які розроблені на ідеях Манабе та Гассельманна, можна закласти реальну концентрацію парникових газів, яку виміряли чи розраховували за останні 150 років, і отримати криву глобальної температури, яка буде дуже наближена до реальних вимірів. А можна зафіксувати цю концентрацію на рівні 1850 року. І абсолютно очевидно, що десь до 1950-1960 років дві криві практично збігалися, а потім вони розходяться", – розповіла науковиця.

І крива, яка базується на реальних концентраціях вуглекислого газу, відповідає вимірам глобальної температури з нещодавнім швидким і значним підвищенням температури, а інша залишається на тому рівні, як була, зазначає вчена.

"В цьогорічному звіті чітко вказано, що природна мінливість глобальної температури відбувається в межах 0,2-0,3 градуси, а в середньому її зміна не більше ніж 0,1 – сюди входять внутрішні коливання динамічної системи, вплив сонячної радіації та вулканів", – пояснює Краковська.

"Висновок цього звіту: вплив людини – це факт. Якщо раніше казали, що це ймовірно чи дуже ймовірно, то зараз це просто факт. Водночас він означає, що якщо людина вже вплинула, то вона може і змінити ситуацію", – зауважує експертка.

Окей, а за що дали премію Парізі? І чи пов’язане його відкриття з кліматом

Всі ці відкриття, відзначені премією, мають внутрішній важливий зв’язок, наголошує Сергій Степаненко. 

Відтак, його роботи широко використовуються у моделюванні клімату.

"Взаємодії частин кліматичної системи: атмосфера, світовий океан, кріосфера, ґрунт і біосфера, вони складним способом взаємопов’язані та відгукуються на зовнішні впливи багатьма процесами. І зрозуміти цей взаємозв’язок дозволяють методи, відкриті Парізі", – зазначає Степаненко.

Ці методи він вивів з фізичних закономірностей, які керують нашим світом. І кліматичною системою.

Чому ця Нобелівка важлива

Те, що дали Нобеля з фізики за кліматичні моделювання – це визначна подія, каже Краковська. 

Бо ще в СРСР кліматологію приписували до географічних наук. Це місцями роблять і донині.

Другу причину називає Сергій Степаненко: цією премією світова наукова спільнота показала, що довіряє цим моделям клімату. Що вони надійні і що їхні результати можна використовувати для передбачення, адаптації до змін клімату, які відбуваються.

"Це світове визнання факту, що ці моделі ґрунтуються на міцній фізичній основі. А спекуляції на тому, що ці моделі недостовірні і їхні результати можна інтерпретувати як завгодно, вже йдуть у минуле",- зауважує науковець.

"Але в останньому інтерв’ю Борис Патон (покійний президент Національної академії наук України. – Ред.) визнав, що зміна клімату – це таки проблема для людства", – каже науковиця.  

Тобто врешті історія привела до того, що зміна клімату – не маячня, а об’єктивність. 

А Манабе – що набагато легше було пояснити фізичні зв’язки в кліматичній системі, ніж пояснити людству, що потрібно перестати впливати на цю кліматичну систему.

Чи може людство повернути все назад у зміні клімату

Парниковий ефект – це як ковдра навколо планети й вона зберігає тепло. Без нього не було б життя. А через підвищення температури товщина цієї ковдри збільшується.

"Погляньмо на Венеру, де парниковий ефект дуже великий, там багато парникових газів і температура дуже велика. А є Марс, де парникового ефекту немає – і там перепади температури дуже різкі", – пояснює експертка.

Температура – це тільки один показник, який зручно використовувати. 

"Океан, який набрав тепло,  – він, як грілка для планети, регулює клімат. А оскільки теплоємність води та відбиття сонячної радіації від її поверхні вищі, температура повітря швидше підіймалася над материками.

Якщо ми говоримо про 1,1 градуса глобальної температури – то на суходолі це 1,6. В океані – 0,8. Тобто океан  нагрівається повільніше, але і зберігати це додаткове тепло буде довше", – пояснює Краковська. 

І якщо гіпотетично людство зникне з Землі, планета й океан продовжуватимуть нагріватися.

Утім люди можуть уповільнити його темпи нагрівання, наголосила науковиця.

Людство може вплинути на покращення ситуації зі зміною клімату, але ефект ми відчуємо не відразу.