Fizikai Nobel-díjjal ismerik el az éghajlati modellezésben elért áttöréseket

A Svéd Királyi Tudományos Akadémia a 90 éves Syukuro Manabét és a 89 éves Klaus Hasselmannt "a Föld éghajlatának fizikai modellezése, a változékonyság számszerűsítése és a globális felmelegedés megbízható előrejelzése terén végzett munkájukért" ismerte el. Mindketten a 10 millió koronás (840 000 font) pénzdíj egynegyedét kapják. A díj másik felét a 73 éves Giorgio Parisi kapja "a fizikai rendszerekben a rendezetlenség és az ingadozások kölcsönhatásának felfedezéséért, az atomi léptéktől a bolygókig".

A három fizikus munkája nagyjából úgy írható le, mint a "komplex rendszerek", például a Föld éghajlatának leírása és előrejelzése. Ezekben a rendszerekben számos egymástól függő tényező okoz véletlenszerűnek és rendezetlennek tűnő viselkedést. A fizikusok bonyolult matematikát használtak arra, hogy számítógépes szimulációkban, úgynevezett modellezésben megmagyarázzák és megjósolják a természet kaotikusnak tűnő erőit.

Ezáltal a tudósok olyan szilárd ismereteket szereztek ezekről az erőkről, hogy egy hétre előre pontosan meg tudják jósolni az időjárást, és évtizedekre előre figyelmeztetni tudnak az éghajlat állapotáról, olyan tényezők alapján, mint például az antropogén CO2-kibocsátás. Manabét és Hasselmannt konkrétan azzal ismerték el, hogy "megalapozták a Föld éghajlatáról és az emberi tevékenységeknek a Föld éghajlatára gyakorolt hatásáról szóló ismereteinket".

Az 1950-es években a légkörfizikus Manabe elhagyta a háború által feldúlt Tokiót, és az Egyesült Államokban folytatta munkáját. Azt remélte, hogy megvizsgálhatja, hogyan okozhat a megnövekedett CO2-szint megnövekedett hőmérsékletet. Míg a korábbi erőfeszítések a sugárzási egyensúlyra összpontosítottak, az 1960-as években Manabe olyan fizikai modellek kidolgozását vezette, amelyek a légtömegek konvekció miatti függőleges szállítását, valamint a vízgőz látens hőjét is figyelembe vették.

Annak érdekében, hogy ezek a számítások kezelhetővé váljanak, a modellt egyetlen dimenzióra csökkentette: a légkörben 40 km magasan elhelyezkedő függőleges légoszlopra. Megállapította, hogy az oxigén és a nitrogén elhanyagolható hatással van a felszíni hőmérsékletre, míg a CO2 egyértelmű hatást gyakorol; amikor a CO2 szintje megduplázódik, a globális hőmérséklet több mint 2°C-kal emelkedik.

Körülbelül egy évtizeddel később Hasselmann kifejlesztett egy modellt, amely segített megmagyarázni, hogy az időjárás látszólag kaotikus jellege ellenére miért lehetnek megbízhatóak az éghajlati modellek. A bolygón azért vannak óriási időjárás-ingadozások, mert a napsugárzás (térben és időben) nagyon egyenlőtlenül oszlik el. 1980 körül Hasselman kimutatta, hogy a kaotikusan változó időjárás gyorsan változó zajként írható le, és ezzel először helyezte szilárd tudományos alapokra a hosszú távú éghajlati előrejelzéseket.

Az éghajlatra gyakorolt hatások azonosítására is kidolgozott technikákat; ehhez az időjárás gyors változását zajként kell beépíteni a számításokba, és meg kell mutatni, hogy a zaj hogyan befolyásolja az éghajlatot. Miután elkészült az éghajlat változásának ez a modellje, módszereket dolgozott ki az emberi és a természeti "ujjlenyomatok" azonosítására, amelyek az éghajlatban lenyomatot hagynak.

Ez lehetővé tette annak bizonyítását, hogy a globális felmelegedés az emberi CO2-kibocsátásnak köszönhető. A Svéd Királyi Tudományos Akadémia szerint: "[Manabe és Hasselmann] az emberiség legnagyobb hasznára vált [...] azzal, hogy szilárd fizikai alapot biztosított a Föld éghajlatáról való tudásunknak. Többé nem mondhatjuk, hogy nem tudtuk - az éghajlati modellek egyértelműek. Felmelegszik a Föld? Igen. Az ok az üvegházhatású gázok megnövekedett mennyisége a légkörben? Igen. Megmagyarázható ez kizárólag természeti tényezőkkel? Nem. Az emberiség kibocsátása az oka a hőmérséklet emelkedésének? Igen." 1980 körül Parisi olyan mély fizikai és matematikai modellt épített, amely lehetővé tette a komplex rendszerek megértését olyan különböző területeken, mint az idegtudomány, a gépi tanulás és a matematika. Munkája eredetileg a spinüvegre összpontosított, egy olyan fémötvözet-típusra, amelynek mágneses tulajdonságai látszólag véletlenszerűen változnak az atomok elrendezésével; például a vasatomok helyzete a rézatomok rácsában.

Minden egyes vasatom úgy viselkedik, mint egy kis mágnes (spin), amelyre a közelben lévő többi vasatom hatással van. Míg egy közönséges mágnesben minden spin ugyanabba az irányba mutat, addig egy spinüvegben ezek "frusztráltak": egyes párok ugyanabba az irányba, mások pedig ellentétes irányba mutatnak hajlamot. 1979-ben Parisi felfedezett egy rejtett szerkezetet, amely magyarázatot ad erre a viselkedésre. Azóta módszerét számos összetett rendszerre alkalmazták.

Bár Parisi maga nem fordította szakmai figyelmét az éghajlatmodellezés felé, a bejelentést követően csatlakozott az éghajlatvédelmi intézkedésekre irányuló felhívásokhoz. Így nyilatkozott: "Nagyon sürgős, hogy nagyon határozott döntéseket hozzunk, és nagyon határozott ütemben haladjunk a globális felmelegedés elleni küzdelemben. A jövő generációi számára egyértelmű, hogy most kell cselekednünk"."

Thors Hans Hansson, a fizikai Nobel-bizottság elnöke azt mondta: "Az idén elismert felfedezések azt mutatják, hogy az éghajlattal kapcsolatos ismereteink szilárd tudományos alapokon nyugszanak, amelyek a megfigyelések szigorú elemzésén alapulnak. Az idei díjazottak mind hozzájárultak ahhoz, hogy mélyebb betekintést nyerjünk az összetett fizikai rendszerek tulajdonságaiba és fejlődésébe."

Stefan Rahmstorf német éghajlatkutató így nyilatkozott: "A fizikai alapú éghajlati modellek lehetővé tették a globális felmelegedés mértékének és ütemének előrejelzését, beleértve néhány következményt, mint például a tengerek emelkedése, a szélsőséges csapadékesemények és az erősebb hurrikánok növekedése, évtizedekkel azelőtt, hogy ezeket megfigyelni lehetett volna. Klaus Hasselmann és Suki Manabe úttörők voltak ezen a területen, és személyes példaképeim. Most annak vagyunk tanúi, hogy korai előrejelzéseik egymás után válnak valóra."