Ученые давно используют изотопы в молекулах воды, чтобы выяснить, откуда берется атмосферная влага, однако проследить ее движение в глобальном круговороте остается сложной задачей. Однако сейчас исследователи усовершенствовали этот подход, расшифровывая изотопные "подписи" воды и значительно точнее отслеживая перенос влаги, пишет Interesting Engineering со ссылкой на новое исследование из Journal of Geophysical Research: Atmospheres.
Команда из University of Tokyo показала, как с помощью изотопных маркеров можно более подробно смоделировать глобальный водный цикл. В частности, анализируя дейтерий и кислород-18 – более тяжелые природные изотопы воды – ученые реконструировали "атмосферную историю" осадков и водяного пара.
Ключ к методу – процесс изотопного фракционирования. Более тяжелые молекулы воды испаряются медленнее и конденсируются быстрее, чем более легкие. Из-за этого соотношение изотопов меняется по мере перемещения воды атмосферой, формируя уникальный "штрихкод", который показывает, где зародился ливень и через какие климатические зоны он прошел.
"Изменения в изотопном составе воды отражают сдвиги в переносе влаги, ее конвергенции и крупномасштабной циркуляции атмосферы", – пояснил профессор Кей Йошимура, один из руководителей исследования.
Чтобы преодолеть ограничения отдельных климатических моделей, которые часто не учитывают всю сложность атмосферы, ученые создали первую в мире "ансамблевую" модель. Она объединила восемь современных климатических моделей и 45 лет данных (1979–2023). Такой подход позволил уменьшить погрешности отдельных симуляций и отделить "шум" от реальных физических процессов в водном цикле.
По словам Йошимуры, средние значения ансамбля значительно точнее воспроизводят изотопные закономерности в глобальных осадках, водяном паре и снеге, чем любая отдельная модель.
Результаты исследования позволяют лучше отслеживать глобальные запасы воды. За последние 30 лет моделирование показало четкий рост содержания водяного пара в атмосфере – непосредственно связанный с повышением глобальной температуры.
Также выявлена тесная связь с масштабными климатическими явлениями, в частности El Niño–Southern Oscillation, North Atlantic Oscillation и Southern Annular Mode. Как объясняют ученые, эти системы существенно влияют на водную безопасность миллиардов людей в мире.
Гейон Бон, выпускница университета, которая сейчас работает в NASA Goddard Institute for Space Studies, отметила, что ансамблевый подход помогает уменьшить расхождения между моделями и точнее оценить, как они описывают процессы водного цикла.
Основа для прогнозов будущего
В условиях дальнейшего потепления планеты понимание того, как перемещается влага, становится не просто научным интересом, а необходимостью. Расшифровывая "скрытый язык" изотопов, исследователи получают более четкое представление о том, как меняется глобальный водный баланс.
"Наше исследование существенно улучшает возможности интерпретации климатических изменений в прошлом и создает надежную основу для прогнозирования того, как глобальный водный цикл и погодные процессы будут реагировать на дальнейшее глобальное потепление", – подытожил Йошимура.
Исследование причин упадка цивилизации майя
Напомним, что изучение сталагмитов в пещерах Мексики позволило ученым лучше понять причины упадка цивилизации майя. По отложениям на скалах ученые выяснили, что упадок классической цивилизации майя совпал с периодом многочисленных засух.
