Badania nad klimatem nagrodzone fizycznym Noblem

Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann i Giorgio Parisi. fot.PAP/EPA/JIJI/ GUILLEN/ DI MEO
Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann i Giorgio Parisi. fot.PAP/EPA/JIJI/ GUILLEN/ DI MEO
Laureaci tegorocznej nagrody Nobla z fizyki - Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann i Giorgio Parisi - położyli podwaliny pod naszą wiedzę o klimacie Ziemi i tym, jak ludzkość na niego wpływa, a także zrewolucjonizowali teorię nieuporządkowanych materiałów i procesów losowych.

Tegoroczną Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki „za przełomowy wkład w nasze zrozumienie złożonych systemów fizycznych” przyznano Syukuro Manabe, Klausowi Hasselmannowi i Giorgio Parisi. Manabe i Hasselmann zostali uhonorowani „za fizyczne modelowanie klimatu Ziemi, kwantyfikację zmienności i wiarygodne przewidywanie globalnego ocieplenia”. Giorgio Parisiego nagrodzono z kolei „za odkrycie wzajemnego oddziaływania zaburzeń i fluktuacji w układach fizycznych od skali atomowej do planetarnej”.

Czytaj też:

Klimat Ziemi wyjątkowo złożonym systemem

Przykładami złożonych systemów mogą być obiekty fizyczne i społeczne - tak rozmaite, jak choćby przedsiębiorstwa, sieć energetyczna, system komunikacji - a także mózg, żywa komórka, ekosystemy i cały Wszechświat. I jak sugeruje sama ich nazwa: "systemy złożone" - charakteryzują się one przypadkowością i nieporządkiem. Składają się z wielu różnych, wzajemnie oddziałujących części, i mogą być trudne do matematycznego opisania. Mogą też być chaotyczne, jak pogoda, gdzie małe odchylenia wartości początkowych skutkują dużymi różnicami na późniejszym etapie.

Tegoroczna Nagroda wyróżnia nowe metody opisywania takich właśnie systemów i przewidywania ich długofalowych zachowań. Syukuro Manabe (Princeton University, USA) i Klaus Hasselmann (Max Planck Institute for Meteorology, Hamburg, Niemcy) dali solidne podstawy wiedzy o klimacie Ziemi i o tym, jak ludzkość na niego wpływa. Natomiast Giorgio Parisi (Sapienza University of Rome, Włochy) wniósł rewolucyjny wkład w teorię nieuporządkowanych materiałów i procesów losowych.

Wyjątkowo złożonym systemem, od którego zależy egzystencja ludzkości, jest klimat Ziemi. Naszą planetę cechują ogromne zmiany pogody, m.in. dlatego, że promieniowanie słoneczne jest nierównomiernie rozłożone, zarówno geograficznie, jak i w czasie. Ziemia jest okrągła, więc mniej promieni słonecznych dociera do wyższych szerokości geograficznych, niż do niższych wokół równika. Ponadto oś Ziemi jest nachylona, co powoduje sezonowe różnice. Różnice gęstości między cieplejszym i zimniejszym powietrzem powodują kolosalne przepływy ciepła między różnymi szerokościami geograficznymi, między oceanem a lądem, między wyższymi i niższymi masami powietrza, które wpływają na pogodę na naszej planecie.

image
Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann i Giorgio Parisi dostali Nobla. fot.PAP/EPA/JIJI/ GUILLEN/ DI MEO

Pogoda i klimat

Już dwieście lat temu francuski fizyk Joseph Fourier badał równowagę energetyczną między promieniowaniem słonecznym skierowanym w kierunku Ziemi, a promieniowaniem z Ziemi. Rozumiał rolę atmosfery w tej równowadze; na powierzchni Ziemi promieniowanie słoneczne zamienia się w promieniowanie wychodzące – „ciemne ciepło” (promieniowanie podczerwone), które jest pochłaniane przez atmosferę, ogrzewając ją. Ochronna rola atmosfery nazywana jest teraz efektem cieplarnianym. Nazwa ta pochodzi od podobieństwa do szklanych tafli szklarni, które przepuszczają nagrzewające promienie słoneczne, ale zatrzymują ciepło wewnątrz. Jednak procesy radiacyjne w atmosferze są znacznie bardziej skomplikowane. Szczegóły były dodawane przez wielu klimatologów w ciągu następnych dwóch stuleci.

Syukuro Manabe zademonstrował, jak zwiększony poziom dwutlenku węgla w atmosferze prowadzi do wzrostu temperatury na powierzchni Ziemi. W latach 60. kierował on rozwojem fizycznych modeli klimatu Ziemi i był pierwszą osobą, która zbadała interakcję między bilansem promieniowania a pionowym transportem mas powietrza. Był pionierem w użyciu komputerów do symulacji globalnych zmian klimatu. Jego praca położyła podwaliny pod rozwój obecnych, znacznie udoskonalonych modeli klimatycznych.

Około dekady później Klaus Hasselmann stworzył model, który łączy pogodę i klimat. Wykazał, że choć pogoda jest zmienna i chaotyczna, modele klimatyczne mogą być wiarygodne. Opracował również metody identyfikacji charakterystycznych sygnałów, poprzez które zarówno zjawiska naturalne, jak i działalność człowieka odciskają się w klimacie. Jego metody wykorzystano do udowodnienia, że podwyższona temperatura w atmosferze jest spowodowana emisją dwutlenku węgla związaną z działalnością człowieka.

Modele klimatyczne opierają się na prawach fizyki i zostały opracowane na podstawie modeli używanych do przewidywania pogody. Pogoda jest opisywana wielkościami meteorologicznymi, takimi jak temperatura, opady, wiatr lub chmury - i zależy od tego, co dzieje się w oceanach i na lądzie. Modele klimatyczne opierają się na obliczonych właściwościach statystycznych pogody, takich jak wartości średnie, odchylenia standardowe, najwyższe i najniższe zmierzone wartości. Nie mogą nam powiedzieć, jaka będzie pogoda w określonym dniu, ale mówią, jakiej temperatury lub jakich opadów deszczu możemy się spodziewać średnio w danym miesiącu na określonym terenie.

Lubię to! Skomentuj115 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale Rozmaitości