Asztalon pörög a klímaváltozás

Magyar kutatók először a világon modellezték egész bolygónk éghajlatát.

A globális felmelegedésben az a legveszélyesebb, hogy valójában alig van sejtésünk, hogy pontosan mi fog történni a bolygó egyes tájain negyven-ötven év múlva. Így a felkészülés is nehéz, hiszen nem tudhatjuk biztosan, hogy állandó aszályokra vagy rendszeres áradásokra készüljünk-e, stabil (és stabilan rossz) időjárásra vagy kiszámíthatatlanul instabil meteorológiai jelenségekre kell-e számítanunk. Bár e történet konklúziója az lesz, hogy a jelenlegi fizikai-matematikai eszközeink félő, hogy elégtelenek a hosszú távú légköri folyamatok prediktálásához, már most szeretnénk előrebocsátani, hogy szó sincs arról, hogy bárki is megcáfolta volna az éghajlatváltozás tényét és a benne rejlő rettentő kockázatokat. Épp ellenkezőleg: a jövőt épp az teszi még nyomasztóbbá, hogy nem tudjuk, mi előtt állunk.

„A mérsékelt övi légkört akartuk kísérletesen modellezni a hidrodinamikai hasonlóság elve alapján. Ez az elv teszi lehetővé azt is, hogy a mérnökök autómodellek vagy akár épületek körüli áramlásokat makettekkel modellezzenek szélcsatornákban. Legyen bármily meglepő, mindez lehetővé teszi azt is, hogy akár bolygóléptékű folyamatokat is lekicsinyíthessünk – mondja Vincze Miklós, az Eötvös Loránd Tudományegyetemen (ELTE) működő Kármán Környezeti Áramlások Laboratórium és a Magyar Tudományos Akadémia (MTA)–ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport munkatársa. – Persze nem állítjuk, hogy egy asztalon lévő forgó henger viselkedése alapján nagyon akkurátusan le lehet írni globális folyamatokat, de következtetéseket igenis lehet tenni a rendszer vizsgálata alapján.”

A kísérlet, mely világviszonylatban is először vizsgálta laboratóriumi körülmények között az éghajlatváltozás folyamatát, és hatásait a légköri áramlási rendszerre részben a Brandenburgi Műszaki Egyetemen, részben a budapesti kutatócsoportban zajlott, az eredményei pedig a Nature egy leánylapjában, a Scientific Reportsban jelentek meg. Két koncetrikus, vízzel telt üveghengert kell elképzelni, amely egy forgóasztalon forog. A belső hengerbe, illetve a nagy henger szélére hűtő és fűtő alkatrészeket, a tartály belsejébe pedig hőmérőket szereltek. Az egész eszköz 28 centiméter széles volt, és benne 5 centiméter magasan állt a víz. Egy-egy futtatás (amelyből összesen tízet elemeztek) egy-egy napig tartott. A tartály eközben a Föld forgását szimulálva három másodperc alatt tett meg egy kört. A kutatók eközben infrakamerával figyelték a víz felszíni hőmérsékletét (néhány századfokos pontossággal), és afféle meteorológiai társaságként monitorozták a miniatűr ciklonok kialakulását.

A légkör állapotának kísérleti vizsgálata önmagában nem új, hiszen már a XIX. században felvetették a meteorológusok, hogy laboratóriumi kísérletek alapján készítsenek időjárás-előrejelzéseket. De rögtön ki is derült, hogy az időjárás kaotikus viselkedése miatt ez nem lehetséges. Tehát az efféle, úgynevezett minimális modell alapján nem tudjuk megmondani, hogy fog-e esni a jövő héten, de a nagy léptékű áramlási folyamatokba s így a klímajelenségekbe engednek érdemi bepillantást. Bár a légkör pillanatnyi állapota milliónyi tényezőtől függ, a kutatók arra jöttek rá, hogy a globális folyamatokra két faktor van domináns hatással.

„E két hatás az Egyenlítő és a sarkok közötti hőmérséklet-különbség, illetve a bolygó forgása. Ezért építettünk olyan tartályt, amelynek közepe jelképezi a sarkot (ezt hűtjük), szélei pedig az Egyenlítőt, amelyet melegítünk – folytatja a kutató. – Ha a rendszer működését úgy állítjuk be, hogy az a Föld viselkedésének megfeleljen, akkor meglepő módon, bizonyos tekintetben jobban képes szimulálni az éghajlat változékonyságát, mint a meteorológiában használatos numerikus modellek.”

Az időjárás korlátozott előrejelezhetőségét a pillangóeffektus néven elhíresült tétel okozza. Eszerint egy turbulens rendszer viselkedése hihetetlen mértékben függ a kezdeti feltételek akár minimális megváltozásától is (az elnevezés mögött álló tanmese szerint, ha egy lepke megrebegteti a szárnyait Kínában, akkor New Yorkban elered az eső). Ez az időjárás-előrejelzésben úgy nyilvánul meg, hogy a számítógépes modellek (mivel azok szükségszerűen csak véges számú feltételt képesek számításba venni) sosem fogják tudni tökéletesen megragadni a kezdeti feltételek egyre csak erősödő hatásait.

Persze pontosan ugyanez a jelenség érzékelhető a laboratóriumi kísérletek esetében is. Vincze Miklós szerint épp az a vizsgálatuk legnagyobb tanulsága, hogy bármennyiszer is ismételjék meg a kísérletet, a folyamatok (ebben az esetben konkrétan a tartályban forgó víz hőmérsékletének ingadozásai) mindannyiszor valamennyire más és más irányt fognak venni. De mégis van egy hatalmas előnye a kísérleteknek a számítógépes modellekkel szemben, amelyek csak a Föld múltbéli éghajlati folyamatait tudják alapul venni (amelyeket főként a kőzetek és a sarki jégpáncél rétegeinek vizsgálatával tudnak feltérképezni).

„Földből és így a Föld éghajlati múltjából is csak egy áll rendelkezésünkre. Ez csak egy lehetséges forgatókönyv a sok közül. A kísérletet viszont sokszor lefuttathatjuk. Az üveghengerben forgó víz praktikusan végtelen számú részecskéből áll, így nincs szükség arra (a számítógépes modellekkel ellentétben), hogy a modellt véges számú pontra szűkítsük le, ezzel csökkentve értelmezhetőségét – magyaráz Vincze Miklós. – A kísérletben klímaváltozást játszottunk, konkrétan folyamatosan csökkentettük az Egyenlítő és az Északi-sark kőmérséklet-különbségét. Ez ugyanis a felmelegedés egyik legfontosabb hatása. Néhány hete jelentették például, hogy az Északi-sarkon példátlanul meleg van.”

„Egy efféle folyamatosan változó rendszerben (ahol a sarkok és az Egyenlítő közötti hőmérséklet-különbség folyamatosan csökken) sosem állhat be az egyensúlyi állapot. A tanulság az, hogy itt egyetlen futtatás (úgy mondjuk: realizáció) nem reprezentatív. Ahhoz, hogy bármit is mondhassunk a jövőbeli történésekről, sok kísérletet kell futtatni. Az egyik legfontosabb kérdés a klímaváltozással kapcsolatban, hogy gyakoribbak lesznek-e az extrém időjárási helyzetek. Ebben nincs tudományos konszenzus. Mi azt láttuk a kísérleteink alapján, hogy volt olyan futtatás, amelyben nőtt a gyakoriságuk, de volt olyan is, amelyben nem. Nem lehet tehát felelősségteljes jóslást tenni az időjárás variabilitására vonatkozóan.”

Itt fontos ugyanakkor megjegyezni, hogy ezek a megállapítások csak az időjárás változékonyságának előrejelzésére vonatkoznak. Egyéb jellemzőket, például a globális átlaghőmérsékletet sokkal biztosabban meg lehet jósolni. A kutató ugyanakkor megjegyzi, hogy a továbblépés egyik útja mindenképpen az első klímaváltozást modellező kísérlet többszöri megismétlése kell, hogy legyen, amelynek eredményeiből vélhetően más sokkal pontosabb adatokhoz juthatnak.