Нобелівську премію з фізики присудили за дослідження кліматичних змін та законів хаосу

Нобелівську премію з фізики присудили за дослідження кліматичних змін та законів хаосу

Цього року Нобелівський комітет присудив найпрестижнішу премію в галузі фізики трьом дослідникам, чиї роботи допомогли людству зрозуміти, чому змінюється клімат і як на це впливає людина. Також вони вивели закони поведінки складних систем.

Половину премії розділять між собою Сюкуро Манабе (США) та Клаус Хассельман (Німеччина), які окремо досліджували кліматичну систему Землі. А інша половина дістанеться Джорджіо Парізі (Італія), який вивчав закономірності поведінки атомів у деяких металічних сплавах, які виявилися актуальними й для інших складних систем. Зокрема, того ж клімату.

Клімат розбрату 

Питання, чи справді клімат змінюється, не викликає сумнівів навіть у людей, далеких від науки — просто тому, що процес складно не побачити на власні очі. Йдеться про аномально спекотні літа, безсніжні й теплі зими, тривалі періоди посухи, або ж навпаки, надмірні опади.

Але питання про причину цих змін досі викликає чимало суперечок. Хтось переконаний, що вирішальним чинником є діяльність людини — насамперед пов’язана зі спалюванням вугілля, нафти і газу. Водночас інші наполягають: навіть якщо людина здатна впливати на клімат планет, то точно не відіграє головної ролі.

Аргументи цих людей: клімат Землі змінювався й раніше, коли людство точно не могло на нього впливати (з цим твердженням складно не погодитися). Або ж вважають, що діяльність вулканів значно більше впливає на атмосферу і, відповідно, клімат, ніж викиди заводів, транспорту й тваринницьких ферм (а це вже хибне уявлення). Водночас серед науковців, що досліджують клімат, давно є консенсус: саме діяльність людини — головна причина зміни клімату.

Парниковий ефект 

Але щоб зрозуміти це, наука пройшла довгий шлях. У першій половині XIX століття французький фізик Джозеф Фур’є вперше зрозумів вирішальну роль атмосфери у формуванні клімату Землі.

Планета отримує тепло разом із сонячними променями. Вони відбиваються від її поверхні і у вигляді невидимих інфрачервоних променів повертаються у космос. Якби не було атмосфери, середня температура поверхні Землі становила б близько 18°C нижче нуля — не набагато краще для живих організмів, ніж на Марсі.

Натомість атмосфера відбиває частину променів назад до земної поверхні і нагрівається сама. Пізніше це явище отримало назву парникового ефекту — саме завдяки йому наша планета все ще має придатний для нормального життя клімат.

Щоб краще зрозуміти його роль, слід поглянути на Місяць, розташований відносно недалеко від нас. Там немає парникового ефекту, бо немає атмосфери взагалі. Температура коливається в діапазоні понад трьохсот градусів — від надто низької для будь-яких форм життя до надто високої для всіх, крім хіба що «екстремальних» бактерій.

Протилежний приклад — Венера. Там парниковий ефект надто сильний, тому температура біля її поверхні перевищує 400°C. За цим показником вона випередила навіть Меркурій, розташований ближче до Сонця, але майже позбавлений атмосфери.

«Непомітний» газ 

Наступний важливий крок у розумінні кліматичної системи Землі пов’язаний з іменем шведського науковця Сванте Арреніуса. Він зрозумів, що ключову роль у парниковому ефекті відіграє вуглекислий газ (CO₂) попри те, що його частка в атмосфері становить лише приблизно 0,04%.

Науковець дійшов висновку: достатньо знизити цей відсоток удвічі, щоб на Землі настав льодовиковий період. А якщо подвоїти її, то середня температура на планеті зросте на 5-6°C, що означатиме катастрофу для біосфери і людства. Наступне відкриття у розумінні клімату сталося в другій половині минулого століття. Тоді в розпорядженні дослідників з’явилися перші, примітивні за сучасними мірками, комп’ютери.

Модель, з якої все почалося

Сюкуро Манабе народився у 1931-му році в Японії. Але в 1950-му молодий та перспективний дослідник залишив спустошену війною батьківщину, щоб оселитися в США. Як і його попередник Арреніус, Манабе прагнув з’ясувати, як зміна концентрації вуглекислого газу вплине на температуру приземної атмосфери. Побудована ним модель враховувала не лише випромінювання, яке Земля отримує від Сонця і яке потім затримує атмосфера завдяки парниковому ефекту, але й інші атмосферні процеси. Зокрема, вертикальне «перемішування» шарів атмосфери, завдяки яким легші тепліші маси переміщуються вгору, тоді як важчі холодніші — вниз.

За його розрахунками виходило, що якщо частка CO₂ в атмосфері знизиться вдвічі, то температура на планеті впаде приблизно на 2,3°C. І приблизно на стільки ж виросте, якщо відсоток вуглекислого газу подвоїться. Варто нагадати, що за умовами Паризької угоди, навіть зростання температури на планеті на два градуси є недопустимим. Тому 2,3°C – це загрозлива цифра, нехтувати якою точно не варто.

Його модель була простою, якщо порівнювати з тим, що є у науковців сьогодні. Але вона відкрила шлях до подальших досліджень і набагато точніших моделей клімату.

Послання Нобелівського комітету? 

Німецький дослідник Клаус Хассельман також моделював кліматичні процеси. Так, він знайшов метод, який дозволяє з’ясувати внесок різних факторів у стан кліматичної системи. Адже на нього впливають і сонячна активність, і вулкани, і різні аспекти людської діяльності. І саме його роботи дозволяють зробити висновок: викиди в атмосферу вуглекислого газу внаслідок людської діяльності — головна причина зміни клімату.

Варто нагадати, що у серпні цього року чергову доповідь оприлюднила найавторитетніша наукова організація з питань змін клімату — IPCC (Міжурядова група експертів з питань змін клімату). Якщо в попередніх доповідях вона обережніше зазначала про головну роль людства у кліматичних змінах, то тепер наполягає: у цьому не залишається сумнівів. Так упродовж лише кількох місяців людство отримало два потужних сигнали про те, що сумніви та суперечки давно мають поступитися діям.

Зміни клімату: як глобальне потепління вплине на Землю

Провідні вчені світу в 2021 році випустили масштабний звіт ООН, в якому проаналізували тисячі досліджень з питань клімату за останні роки і спрогнозували ймовірні наслідки кліматичних змін. 

У звіті йдеться, що температура на Землі стала максимальною за 120 тисяч років, і винні в цьому, передусім люди.

Вчені вважають, що глобальне потепління викликало збільшення обсягів парникових газів. Обсяги вуглекислого газу в повітрі стали рекордними за останні 14 мільйонів років, обсяги метану – рекордними за 800 тисячоліть. Атмосфера Землі пропускає сонячну енергію з космосу, але вуглекислий газ і метан не дають теплу повернутися назад. Як результат – Земля нагрівається як в парнику.

Дослідники ще з 80-х років кажуть про загрозу кліматичної катастрофи, і відтоді найгірші побоювання справдилися. Протягом останніх 70 років був порушений баланс, який зберігався протягом тисяч років. Середня температура Землі тільки за кілька десятиліть виросла більш ніж на градус і продовжує зростати прискореними темпами.

Природа перебуває в постійному русі, тому температура змінюється нерівномірно. Із звіту ООН випливає, що «хвилі спеки» – аномально висока температура, яка тримається протягом декількох років – раніше траплялися раз на 50 років, тепер – раз на 10 років.

Нове дослідження показало – щорічно близько 5 млн людей у світі помирають через екстремально високу температуру, викликану глобальним потеплінням.

Якщо при збільшенні середньої температури на Землі на один градус «хвилі спеки» почастішали в п’ять разів, то при зростанні температури на чотири градуси вони будуть відбуватися щорічно – тобто в 40 разів частіше. За невтішними прогнозами вчених, «хвилі спеки» і зміна течії в короткостроковій перспективі висушать Європу.

Ще один критичний наслідок глобального потепління – танення льодовиків. Протягом останніх десятиліть втрати льодовиків збільшилися в п’ять разів.

Танення арктичного льоду безпосередньо впливає на рівень світового океану. Швидкість, з якою вода піднімається сьогодні, в 2,5 рази вище, ніж була всього лише 10 років тому. До 2050 року в світі може з’явитися до 150 млн кліматичних біженців – до цього часу багато населених пунктів будуть змиті водою. Перші відгомони майбутньої катастрофи – масштабні повені в європейських країнах, які відбулися цього літа.

Неочевидним наслідком змін клімату стануть нові епідемії. На думку вченого Раї Квон Чунга, глобальне потепління може «розбудити» доісторичні віруси, які є в льодовиках.

Наслідки глобального потепління – посуха, повені, засолення ґрунтів – вдарять по сільському господарству, а це викличе продуктову кризу та зникнення деяких продуктів. Наприклад, до 2080 року може повністю зникнуть кавове дерево.

Але в доповіді ООН є й оптимістичний сценарій: температура Землі підніметься на критичні 1,5 градуса, після чого планета почне охолоджуватися. Але для реалізації такого сценарію люди повинні до 2030 року відмовитися від спалювання викопних енергоносіїв і припинити вирубувати ліси. Як ми розуміємо, цей сценарій малоймовірний.

Джерело: “Слово і діло”

Вивільнення ядерних відходів і нових вірусів – до чого може привести танення льодовиків

Англійський вчений Ервін Едвардс спільно з колегами з США оцінив можливі наслідки танення льодовиків в результаті глобального потепління. На його думку, зменшення льодів Арктики може призвести до поширення ядерних відходів, невідомих вірусів і стійких до антибіотиків бактерій, що містяться в них.

Дослідники з Університету Аберистуита (Великобританія), Лабораторії реактивного руху НАСА і декількох ВНЗ США підготували доповідь, в якій пояснили, що під час танення льодовиків Арктики можуть вивільнитися радіоактивні відходи атомних підводних човнів і реакторів часів Холодної війни. Розповідаємо про це і про інші небезпечні речовини, які зберігають льодовики.

Ядерні відходи та хімічні речовини

Танення вічної мерзлоти й льодовиків сприяє викиду великої кількості парникових газів, що містяться в ґрунті. Проте вчені вважають, що це не єдині наслідки зміни клімату.

З 1955 по 1990 Рік Радянський Союз провів понад 130 випробувань ядерної зброї в атмосфері й поверхневому шарі океану на ядерному полігоні архіпелагу Нова Земля. В результаті було вивільнено близько 265 мегатонн ядерної енергії, а в довколишніх Карському і Баренцевому морях було затоплено понад 100 атомних підводних човнів.

Попри те, що російський уряд приступив до здійснення стратегічного плану очищення територій, в доповіді вчених наголошується, що в цьому районі все одно були виявлені радіоактивні цезій і плутоній в льодах, в рослинності й у воді.

Також на збереження ядерних відходів у льоді вплинув секретний американський проєкт “крижаний черв’як” (Project Iceworm) 1958-1966-х років. Тоді планувалося провести під крижаним щитом Гренландії систему тунелів довжиною 4000 кілометрів і розгорнути в ній близько 600 міжконтинентальних балістичних ракет, націлених на СРСР. З 1960 по 1963 роки постачання електроенергії здійснювалося за допомогою першого мобільного ядерного реактора «Alco PM-2a».

Експлуатація цього об’єкта була припинена в 1967 році, але залишки його споруд і відходи, включаючи радіоактивні, вирішили залишити на місці — передбачалося, що вони будуть навічно поховані під шаром снігу. Проте дослідження 2016 року показали, що ця частина Гренландського крижаного щита може почати танути до кінця століття, і тоді залишки інфраструктури та біологічні, хімічні та радіоактивні відходи можуть потрапити в навколишнє середовище і порушити довколишні екосистеми.

Крім того, свою роль в зараженні льодів Гренландії зіграла авіакатастрофа над базою ВПС США Туле в 1968 році. Тоді стратегічний бомбардувальник B – 52 виконував бойове патрулювання в рамках операції «хромований купол» і ніс чотири термоядерні бомби B28FI. Через пожежу на борту літак став падати, а термоядерні боєприпаси зруйнувалися, викликавши радіаційне зараження місцевості.

Бактерії, стійкі до антибіотиків

Вічна мерзлота глибиною більше ніж три метри є однією з небагатьох областей на Землі, на якій ніколи не використовувалися сучасні антибіотики.

Дослідники виявили, що понад 100 різноманітних мікроорганізмів, «законсервованих» в сибірській вічній мерзлоті стійкі до антибіотиків. І в процесі потепління вони можуть змішуватися з талою водою і створювати нові стійкі до антибіотиків штами існуючих бактерій.

Викопне паливо

Крім побічних продуктів, що виділяються в процесі видобутку викопного палива, в Арктиці містяться поклади різних речовин, включаючи миш’як, ртуть і нікель. Згідно зі звітом, видобуток цих корисних копалин протягом десятиліть викликав величезне забруднення площі в десятки мільйонів гектарів.

Ці забруднювачі зберігаються у вічній мерзлоті, однак у міру її танення, можуть опинитися в атмосфері й воді, завдаючи величезної шкоди тваринам, птахам, а також людям.

За останні 70 років на території вічної мерзлоти було створено понад 1000 поселень — для видобутку різних ресурсів, проведення наукових і військових проєктів. У цій області також присутній місцеве населення, тобто, людей там не так вже й мало. Вчені відзначають, що це збільшує ймовірність випадкового контакту з покладами різних речовин і їх вивільнення.

Джерело: “Цікавості”

США оголосили вимерлими понад двадцять видів тварин і рослин

Служба охорони рибних ресурсів і диких тварин США заявила, що в країні зникли 11 видів птахів, вісім видів прісноводних мідій, два види риб, один – кажана та один вид рослини, пише The New York Times.

Детальніше про це розповідає Час-Дій.

Швидше за все, багато представників фауни вимерли або були на межі цього ще до 1973 року, коли Штати прийняли Закон про види що зникають. Тобто врятувати їх було практично неможливо.

Коментар:“Кожен з цих 23 видів є безповоротною втратою природної спадщини нашої країни й глобального біорізноманіття. І це протверезне нагадування про те, що вимирання є наслідком антропогенної зміни навколишнього середовища“, – заявила Бріджит Фейі, яка курує у відомстві класифікації видів.

Найвідоміший з вимерлих видів – білодзьобий королівський дятел. Він жив на південному сході США. Достовірно відомо, що останній раз його бачили в 1944 році. Повідомлялося, що вчені зустріли птаха у 2004-му. Доказів того, що це був саме білодзьобий королівський дятел, немає.

Цей вид пернатих називають також “Господь Бог-птиця” (Lord God bird). Вважається, дятел був настільки красивим, що люди які його помічали викрикували “Господи Боже!”.

Джерело: “Час дій”

 

Вчені розповіли, чому озера і річки Марса зникли

Вчені заявили про те, що Марс був приречений на те, щоб стати млявою пустелею. І справа в його невеликих розмірах,

Про це пише Space.com.

Завдяки даним марсоходів, таких як Curiosity і Perseverance, вчені знають, що в минулому на Марсі існували озера, річки і навіть океан. Але рідка вода зникла приблизно 3,5 мільярда років тому разом з більшою частиною атмосфери. Ця драматична подія сталася тоді, коли Червона планета втратила глобальне магнітне поле, яке захищало її від сонячного вітру.

Але нове дослідження свідчить про те, що ці зміни були викликані набагато більш фундаментальними причинами: Марс занадто маленький, щоб утримувати воду тривалий час.

“Доля Марса була зумовлена з самого початку. Ймовірно, існує поріг вимог до розміру кам’янистих планет, який дозволяє утримувати достатньо води, щоб забезпечити населеність і тектоніку плит”, – заявив один з авторів дослідження Кун Ван, доцент кафедри наук про Землю і планети Вашингтонського університету в Сент-Луїсі. І цей поріг вище, ніж у Марса.

У ході дослідження вчені вивчили 20 марсіанських метеоритів, які відображають склад Червоної планети. Вік “космічних каменів” варіювався від 200 мільйонів до чотирьох мільярдів років. Дослідники виміряли вміст ізотопів калію в них. Калій використовували як індикатори більш легких і летючих сполук, таких як вода.

Виявилося, що Марс втратив набагато більше летючих з’єднань під час формування, ніж Земля. Наша планета приблизно в дев’ять разів масивніша, ніж Червона. Але Марсу вдалося утримати леткі сполуки набагато краще, ніж, наприклад, Місяцю, який набагато менший і більш сухий, ніж Червона планета.

Вчені припускають, що невеликий розмір планети може бути ударом для можливої населеності. За їхніми словами, існує досить невеликий розкид в розмірах планет, які можуть утримувати достатньо, але не дуже багато води для подальшого розвитку життя на них. Це може допомогти в подальших пошуках населених планет за межами Сонячної системи.

Джерело: “Рубрика”