Mokslininkai jau seniai naudoja vandenyje esančius izotopus tam, kad nustatytų, iš kur atsiranda atmosferos drėgmė, tačiau jos judėjimo pasauliniame vandens cikle stebėsena iki šiol išliko sudėtinga. Dabar tyrėjai tobulina šį metodą, iššifruodami vandenyje „užkoduotus“ izotopinius parašus ir taip daug tiksliau atsekdami drėgmės kelią.
Naujame tyrime, publikuotame žurnale Journal of Geophysical Research: Atmospheres, Tokijo universiteto mokslininkų komanda parodė, kaip šie izotopiniai žymenys gali padėti tiksliau sudaryti pasaulinio vandens ciklo žemėlapį. Analizuodami deuterį ir deguonį-18 – natūraliai vandenyje esančius sunkesnius izotopus – tyrėjai gali atkurti kritulių ir vandens garų atmosferinę istoriją.
Izotopiniai „brūkšniniai kodai“
Atsakymas slypi procese, vadinamame izotopine frakcionacija. Kadangi sunkesnės vandens molekulės garuoja lėčiau ir kondensuojasi greičiau nei lengvosios, izotopų santykis kinta vandeniui judant atmosferoje. Taip susiformuoja savitas parašas, iš kurio galima nustatyti, kur prasidėjo lietaus audra ir per kokius klimato režimus ji keliavo.
„Vandens izotopų pokyčiai atspindi drėgmės transporto, konvergencijos ir didelio masto atmosferinės cirkuliacijos pokyčius“, – aiškino Kei Yoshimura, instituto profesorius ir vienas pagrindinių tyrimo autorių.
Iki šiol mokslininkai jau naudojo izotopus įtraukiančius atmosferos ir klimato modelius, tačiau atskiri modeliavimai dažnai sunkiai atspindi chaotišką atmosferos prigimtį. Siekdama tai išspręsti, komanda sukūrė pirmąją pasaulyje vadinamąją „ensemblio“ struktūrą.
Sujungę aštuonis pažangius klimato modelius ir panaudoję 45 metų (nuo 1979 iki 2023 m.) duomenis, tyrėjai sugebėjo sumažinti atskirų modelių paklaidas. Toks požiūris leidžia atskirti modelių struktūrinį „triukšmą“ nuo tikrųjų vandens ciklo fizikos dėsnių.
„Džiaugiamės, kad mūsų ensemblio vidurkiai daug tiksliau nei bet kuris atskiras modelis atkuria izotopų raštus pasauliniuose krituliuose, garuose ir sniege“, – teigė Yoshimura.
Sąsajos su pasauliniais klimato reiškiniais
Tyrimo rezultatai suteikia itin reikalingą „GPS sekiklį“ pasaulinei vandens prieigai vertinti. Pastaruosius 30 metų modeliavimai aiškiai rodo didėjantį vandens garų kiekį atmosferoje, kuris tiesiogiai susijęs su kylančia pasaulio temperatūra.
Rezultatai taip pat atskleidė glaudžias sąsajas su pagrindiniais klimato reiškiniais, tokiais kaip „El Niño–Pietų osciliacija“, „Šiaurės Atlanto osciliacija“ ir „Pietų žiedinė moda“. Šios didelio masto sistemos daro esminę įtaką vandens saugumui milijardams žmonių visame pasaulyje.
Hayoung Bong, šiuo metu dirbantis „NASA Goddard Institute for Space Studies“, pabrėžė, kad ensemblio metodas sumažina atskirų modelių išsiskyrimą. Tuomet tyrėjai gali aiškiau nustatyti, kaip skirtingos modelių struktūros vaizduoja vandens ciklo procesus.
Pamatas ateičiai
Šylančioje planetoje drėgmės judėjimo supratimas tampa nebe vien moksliniu smalsumu, o būtina išlikimo sąlyga. Iššifruodami paslėstą izotopų „kalbą“, mokslininkai vis aiškiau mato, kaip keičiasi gyvybiškai svarbus pasaulio vandens ciklas.
„Svarbiausia, kad šis tyrimas pagerina mūsų gebėjimą interpretuoti praeities klimato svyravimus“, – pabrėžė Yoshimura. – „Jis suteikia tvirtesnį pagrindą suprasti ir prognozuoti, kaip pasaulinis vandens ciklas ir jį formuojantys orai reaguos į tolesnį pasaulinį atšilimą.“
