Előfizetés a lapra

Klímaváltozás egy vödör vízben

A hét kutatója, fizika, interjú, klíma, klímaváltozás, légkör, oceanográfia

2018/11/20

A világon elsőként vizsgálták laborban a klímaváltozást az ELTE Kármán Környezeti Áramlások Laboratóriumában, ahol egy 40 cm átmérőjű forgó hengerben több más oceanográfiai és légköri jelenséget is tudnak modellezni. Vincze Miklós fizikus, az MTA-ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport tagjaként vesz részt ezekben a kísérletekben. Kutatásai fontosságát jelzi, hogy nemrég Junior Prima díjat kapott eddigi munkáiért. Beszélgetésünkből kiderül, hogyan és milyen eredményeket lehet elérni nagyon bonyolultnak tűnő jelenségek vizsgálatában viszonylag egyszerű eszközökkel.

(TRUPKA ZOLTÁN FELVÉTELE)

– Asztrofizikát végzett, ehhez képest oceanográfiával és légkörkutatással foglalkozik.
– Az ELTE-n végeztem asztrofizika szakirányon, ami természetes folyománya volt annak, hogy mindig nagyon érdekelt a csillagászat és az űrkutatás. De az egyetemen harmadéves koromban elkezdett vonzani a környezeti áramlástan, mert azt mutatta számomra, hogy az olyan, rendkívül bonyolultnak tűnő dolgokat, mint a légköri és óceáni nagy léptékű áramlás-rendszerek, relatíve egyszerű fizikai alapjelenségekkel is jól le lehet írni. Különösen az a látogatás hagyott mély nyomot bennem, ami abba a laborba vezetett, ahol most is dolgozom. Ez az ELTE Kármán Környezeti Áramlások Laboratórium, melyet későbbi mentoraim, Tél Tamás és Jánosi Imre vezettek. Az államvizsgán még asztrofizikai tételekről kellett beszélnem, de tíz perccel később, a szakdolgozatom bemutatásánál már a tólengésekről beszéltem és a doktori iskolában is a környezeti áramlástan területén dolgoztam tovább. Tehát még el sem kezdtem, amikor már el is hagytam az asztrofizikusi pályát.
–Az ott tanultakat fel tudta használni a légkör és az óceán vizsgálatánál?
– Természetesen igen. Középiskolás koromban a Magyar Asztronautikai Társaság űrtáborozójaként nagyon érdekes előadásokat hallottam Illés Erzsébettől a bolygólégkörökről, aminek a kutatásával most is foglalkozunk. Olyan struktúrákról van szó, mint a Jupiter Nagy Vörös Foltja. Hasznosak a tanult módszerek is. Amikor hőmérsékleti adatsort nyerünk ki egy kísérletből és elemezzük, hogy milyen periodikus vagy éppen kaotikus jelenségeket lehet belőlük kimutatni, akkor ezek sok esetben tökéletesen hasonlók ahhoz, mint ami egy változócsillag fénygörbéjének vizsgálatához kell.



A Golf-áramlás az észak-amerikai part közelében műholdas hőtérképen (a) (FORRÁS: NASA), valamint annak laboratóriumi megfelelője egy infravörös kamera képén (b) (FORRÁS: KÁRMÁN LABOR). A magas hőmérsékletű áramlásról leváló ciklonális örvényeket mindkét felvételen kerettel jelöltük.

– Milyen konkrét kutatásokat végez a Kármán Laborban?
– A Kármán Labor Budapest 1000 kilométeres körzetében az egyetlen, ami azért jött létre, hogy légköri ciklonokat, anticiklonokat, tornádókat, hideg és meleg frontokat, sőt akár sarki fény alakzatokat vizsgáljon. A világon is csak 5-6 olyan hely van, ahol ilyesmiket csinálnak.  Kísérleti projektekkel foglalkozom. Az egyik nagy témában azt modellezzük, hogyan hat a klímaváltozás a mérsékelt égövi időjárásra. Egy nagyon leegyszerűsített forgatott légköri klímamodellt használunk, ami fizikailag egy 40 cm átmérőjű forgó henger a laborban.
 A beeső napsugárzás különbsége miatt a sarkok és az egyenlítő között hőmérsékletkülönbség van. Ez a hőmérsékletkülönbség elindítana egy észak-déli vagy déli-északi irányú áramlási rendszert a légkörben, de a Föld forog, ezért a Coriolis-erő „betekeri” az áramlásokat és létrejönnek a ciklonok és anticiklonok. Ezt egy nagyon egyszerű kísérleti elrendezésben tudjuk modellezni. A már említett henger egyik oldalát hűtjük, a másikat fűtjük. Benne víz van, és ha bekapcsoljuk a forgatást, beindul egy köráramlás, melynek révén néhány centiméteres ciklonok és anticiklonok jönnek létre, amelyek az igazi légkörben 1000 km átmérőjűek. Szenzorokkal tudjuk mérni a tartályban a hőmérsékletet és a kapott adatsor megfeleltethető egy tényleges meteorológiai állomás adat-sorának. Ez nem csak kvalitatív, hanem kvantitatív hasonlóság is, mert a hidrodinamikai hasonlóság elvét alkalmazzuk. Ez az elv teszi lehetővé, hogy szélcsatornákban autómodellekkel vizsgálják az autók körüli légáramlást. Ott nem az számít, hogy mekkora az autó és milyen gyorsan fúj a szél, vagy, hogy miből van az áramló közeg, hanem ezek mértékegység nélküli aránya határozza meg az áramlás jellegét. Ha jól állítjuk be ezeket az arányokat, lehet kisebb az autó, csak a sebességnek meg a közeg anyagának kell másnak lenni. Hasonlóan lehet egy kis tartályból időjárási adatsorokat kinyerni, s mivel az 3 másodperc alatt fordul meg, tehát 3 másodpercig tart egy nap, ezért megvárható idő alatt többszáz éves folyamatot lehet vizsgálni.
– Hogyan lesz ebből klímaváltozás?
– Jogos kérdés. Úgy, hogy az egyenlítő és a sarkvidék között változtatjuk a hőmérsékletet, ahogy ez a valóságban is történik. Talán kevésbé ismert, hogy a globális felmelegedés legjelentősebb hatása az, hogy csökkenti a hőmérsékletkülönbséget az egyenlítő és a pólus között. Mi a kísérletben a sarkvidék hőmérsékletét emeljük, és nézzük, hogyan változik a modell-időjárás. Csak egy Földünk van, de a laborban meg lehet csinálni ugyanazt a klímaváltozást százszor. Ebből pedig meg lehet tudni, mik azok a jelenségek, amelyek mindig ugyanúgy zajlanak, és biztonsággal jósolhatók, és mik azok, amelyek nem. E kísérlet mellett születtek olyan kutatások, amelyek ugyanezeket számítógépes klímamodellekben vizsgálták. Nagyon jól látszott, hogy milyen jól kiegészíti egymást a megfigyeléseken alapuló klímakutatás, a numerikus modellezés és a laborkísérletek.
 Ennek a projektnek az alváltozatá-ban az ELTE Földtani Tanszék vezetőjével, Pálfy Józseffel és csapatával dolgozunk együtt. Az oligocén-eocén határán a Drake-átjáró be volt zárva, vagyis az Antarktisz és Dél-Amerika csücske között volt egy földhíd, emiatt az Antarktiszt nem tudta úgy körbeáramlani a cirkumpoláris áramlás, mind napjainkban. Ennek klímamódosító hatásáról vannak földtani adatok paleoklíma fúrásokból. Mi ezt úgy vizsgáljuk, hogy az emlegetett vizes vödörben egy tartományt lezárunk, így blokkolva a köráramlást, és megnézzük, hogy amiket tapasztalunk, az mennyire hasonlít arra, ami 40-50 millió évvel ezelőtt történt.
 Egy izraeli oceanográfussal, Yosef Ashkenazyval egy évvel ezelőtt Grenoble-ban, a 13 méter átmérőjű forgó Coriolis platformon mérhettünk. Azt vizsgáltuk, hogy a periodikusan irányt váltó szél hogyan keveri át az óceánt. Ashkenazy szerint elképzelhető, hogy az irányváltásnak van olyan időskálája, amely lehetővé teszi, hogy a szél ne csak a víz felső 20 méterét keverje át, mint általában szokta, hanem több kilométeres mélységig lehatoljon. Ez azért rettentően fontos, mert az óceáni vízkörzés megértéséhez hiányzik az energiamérlegből egy-két olyan tag, ami megmagyarázná, hogy mi biztosítja a vízkeverést a mélyóceán és a felszíni réteg között.



A Grenoble-i Coriolis-platform, Európa legnagyobb forgó áramlástani mérőkomplexuma alulnézetből (FENYVESI NÓRA FELVÉTELE)

– Milyen tervei vannak?
– Egy pályázatnak köszönhetően a következő három évben több témát is kutathatunk, illetve folytathatjuk a korábban kezdett munkát. Ilyen a Drake-átjáró kérdése is. A klímamodellünkkel keressünk olyan állapotjelzőket, mérőszámokat, amikre támaszkodva nagy biztonsággal lehet jóslatokat tenni arról, hogy tényleg megnő-e az extrém időjárási helyzetek gyakorisága. A tornádók mozgásával is foglalkozunk, valamint azon zavarbaejtő tulajdonságukkal, hogy megtartják az anyagot, amit magukba szívnak, beleértve a port, ami kirajzolja magát a tölcsért.
– Sokan elemezték már a művészet és a tudomány egymásra hatását. Ön zenél és fest is. Ezeknek van szerepe abban, amit tudományos kutatóként csinál?
– Nálam inkább fordítva van. Előfordult, hogy amikor festettem, olyan dolgok inspiráltak, amik a kutatások során merültek fel. Például örvények, áramlási jelenségek kerültek elő, amikor megfestettem a Nagy Vörös Foltot. Van egy zenekarunk, amit Somogyi Péter volt fizikus évfolyamtársammal csinálunk, ennek ellenére fizikai témákat nem dolgoztunk fel. Szerintem viszont nagyon jót tesz az embernek, hogy különböző, egymástól szinte teljesen független világokra is rálát, mert az nem várt inspirációkhoz vezethet.
 TRUPKA ZOLTÁN

2018/7