Физики Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) рассчитали, как будет меняться климат под воздействием случайных факторов или при изменении различных параметров: концентрации углекислого газа в атмосфере, температуры мирового океана и других.
«Изменение климата связано со множеством параметров — скорость таяния льдов, опреснение мирового океана и изменение его температуры, уровень углекислого и других газов в атмосфере и прочие параметры. Взаимосвязь между ними и определяет траекторию динамики климата. Но просчитать эту траекторию невозможно, так как система слишком сложная. Кроме того, существуют возмущения, которые эту систему выводят из нормального состояния», — рассказал профессор кафедры теоретической и математической физики УрФУ Дмитрий Александров.
Целью ученых было установить, в какой степени непредсказуемые факторы влияют на динамику климата. «И как показали расчеты, стохастическое воздействие может изменить климат совершенно неожиданно. Как «эффект бабочки», когда небольшое возмущение приводит к непредсказуемым последствиям», — пояснил Александров.
В результате исследователи получили сценарии развития, которые не имеют аналогов. Две двумерные модели демонстрируют связь между средней глобальной температурой мирового океана и массой морского льда, а также между температурой и растительностью. В первом варианте случайные факторы могут создавать колебания климата и стать причиной климатического хаоса. Во втором — из-за изменения параметров средняя температура постепенно упадет, и в итоге Земля превратится в снежный ком без какой-либо растительности.
Еще три трехмерные модели учитывают состояние континентального и морского льдов, среднюю температуру мирового океана, концентрацию углекислого газа в атмосфере, массу льдов, площадь антарктического континентального ледяного щита. В модели ученые также заложили параметры орбиты и наклон Земли. Выяснилось, что даже небольшое изменение параметров вызовет серьезные колебания системы, после которых она перейдет от порядка к хаосу.
«Мы выявили условия, при которых климатическая система может быть выведена из состояния равновесия в режим осцилляций с большими перепадами температуры атмосферы и площади ледников. Причем для этого необязательно дожидаться глобальной катастрофы типа падения большого метеорита. В статье описаны ситуации, когда даже малые возмущения, вызываемые, на первый взгляд, несущественными факторами — например, плотностью облаков, — могут сделать поведение климатической системы непредсказуемым, то есть хаотическим», — пояснил профессор кафедры теоретической и математической физики УрФУ Лев Ряшко.
Ученые занимались математическим моделированием пять лет. Результаты исследований опубликовали в журнале Physics Reports.
