8.–12. 11. 2021
Časové pásmo: Europe/Prague

Soutěž - Modelování uhlíkového a radiouhlíkového cyklu na Zemi

10. 11. 2021 12:00
15m
Přednáška Radon a přírodní zdroje ionizujícího záření Radon a přírodní zdroje ionizujícího záření

Přednášející

David John (ÚJF AV ČR, v.v.i.)

Popis

Zejména v souvislosti s klimatickými změnami je v současné době rostoucí pozornost věnována uhlíkovému cyklu. Toky mezi jednotlivými rezervoáry se monitorují pomocí lokálně a časově proměnlivých koncentrací CO$_{2}$ a radioaktivního izotopu uhlíku $^{14}$C. Ten je přirozeně produkován kosmickým zářením ve svrchních vrstvách atmosféry, ale testování jaderných zbraní v polovině 20. století významně navýšilo jeho přirozený výskyt. Tento antropogenní $^{14}$C se postupně šířil v atmosféře a pronikl i do biosféry a do oceánů.
Matematické modely umožnují dávat různá měřená data do souvislostí a formulovat závěry, např. odhadovat budoucí vývoj koncentrací CO$_{2}$ v atmosféře pro různé emisní scénáře. Modely mohou být použity k navrhování nebo vyvracení hypotéz, což by se z izolovaných pozorování dalo provést jen velmi obtížně. Modely také mohou pomoci pochopit tzv. kalibrační křivku $^{14}$C. Ta se používá v radiouhlíkovém datování k tomu, aby bylo možné z konvenčního radiouhlíkového stáří, které vyjadřuje množství $^{14}$C v měřeném vzorku, odvodit kalendářní stáří vzorku. Na této křivce existuje řada dosud nedostatečně vysvětlených jevů – strmých poklesů, vzestupů, dlouhodobých plochých oblastí či naopak extrémních maxim koncentrovaných do krátkých časových úseků. Studium jiných kosmogenních izotopů ukázalo, že některé z těchto jevů je pravděpodobně možné spojovat s procesy extraterestriálního původu, zejména se změnami sluneční aktivity. U jiných však tato vysvětlení podle současného stavu poznání nepřipadají v úvahu, ale mohlo by se jednat o vliv mimořádných sopečných činnosti, např. podmořských vulkánů. Je ovšem také možné, že budoucí výzkum odhalí, že na uhlíkové bilanci se lidé výrazně podíleli již s nástupem zemědělství a historicky raných zásadních změn v krajině.
V příspěvku představíme globální modely uhlíkového cyklu využívající principu redukce geometrie a průměrování. Reálný trojrozměrný oceán, který je hlavním rezervoárem uhlíku, je například typicky popsán jako svrchní vrstva, ve které probíhá výměna CO$_{2}$ s atmosférou, a jednorozměrné difúzní médium popisující hluboké části oceánů. Tento přístup vede k výraznému snížení výpočetní náročnosti a redukci počtu parametrů modelu oproti realističtějším modelům s vyšším prostorovým rozlišením, u nichž lze mnohé parametry jen zhruba odhadovat. Uvedeme srovnání modelových simulací s měřenými daty pro atmosférické množství CO$_{2}$ a $^{14}$C. Prodiskutujeme předpovědi budoucího vývoje atmosféry.

Přihlásit do soutěže Přihlašuji příspěvek do soutěže o nejlepší přednášku

Hlavní autoři

David John (ÚJF AV ČR, v.v.i.) Kundrát Pavel (ÚJF AV ČR, v.v.i.) Ivo Světlík (ÚJF AV ČR, v.v.i.) Kateřina Pachnerová Brabcová (ÚJF AV ČR, v.v.i.)

Materiály k příspěvku