Нобелевская премия по физике: за моделирование климата и хаотических систем. Главные научные новости сегодняшнего дня
Сегодня объявлены лауреаты Нобелевской премии по физике за 2021 год. Премия присуждена Сюукуро Манаде и Клаусу Хассельману «за физическое моделирование климата Земли, количественную оценку изменчивости и надежное предсказание глобального потепления» и Джорджо Париси «за исследование взаимодействия беспорядка и флуктуаций в физических системах — от атомарного до планетарного масштаба». Сюкуро Манабе продемонстрировал, как повышение уровня углекислого газа в атмосфере приводит к увеличению температуры на поверхности Земли. Клаус Хассельманн создал модель, которая связывает погоду и климат, тем самым ответив на вопрос, почему климатические модели могут быть надежными, несмотря на переменчивость и хаотичность погоды. Если Манабе и Хассельман работали в основном с эмпирическими климатическими наблюдениями, то Джорджо Париси исследовал сложные системы теоретически. В неустойчивых хаотических системах большую роль играют флуктуации — небольшие по сравнению с масшабами самой системы изменения, которые приводят к общему изменению системы. Это знаменитый «эффект бабочки». Практически все исследования климата сегодня отталкиваются от построенных этими учеными решений.
Ученые из Технологического института Нью-Джерси, США, изучили изменение отраженного от Земли света за последние 20 лет. Чем меньше солнечного излучения отражает Земля, тем сильнее она разогревается. Результаты исследования показали, что земное альбедо (коэффициент отражения) снижается. Ученые зафиксировали снижение альбедо на 0,5% за 20 лет. Большая часть снижения зафиксирована за 2015 — 2017 годы. Причиной снижения ученые называют уменьшение количества ярких, отражающих облаков над потеплевшими водами Тихого океана у западных побережий Северной и Южной Америки. Здесь было зафиксировано повышение температуры поверхности моря из-за изменения климатических условий. Результаты исследований противоречат прогнозам, согласно которым при повышении температуры океана количество облаков должно увеличиться, альбедо будет расти, и поэтому температура будет снижаться. Оказалось, что количество облаков не помогает. Важна еще их яркость. А она снижается.
Другим важным фактором, который влияет на земное альбедо являются ледниковые щиты Арктики и Антарктиды. Альбедо снижается по мере таяния льдов. Темная вода греется гораздо сильнее. Отчего зависит скорость таяния льда? Согласно исследованию ученых Калифорнийского университета, Пасадена шельфовые ледники Антарктиды могут восстановиться, даже когда они раскалываются и трескаются. Трещины может заполнить «ледяной клей» — мелкая ледяная крошка. Но оказалось, что и сам ледяной клей уязвим к повышению температуры. Ученые смоделировали три сценария, в которых либо шельфовый ледник, либо ледяной клей, либо и то и другое истончаются и тают. Пока ледяной клей остается нетронутым, шельфовый ледник восстанавливается. Но если клей тоже начинает таять, трещины во льду растут все быстрее. Ледник раскалывается. Это может привести к быстрому разрушению шельфовых ледников и повышению уровня моря.
Работы нобелевских лауреатов этого года заложили основы современного климатического моделирования