Wissenschaftler aus Italien, Japan und Deutschland teilen sich den diesjährigen Physiknobelpreis. Sie haben wesentlich zur Entwicklung genauerer Klimamodelle beigetragen.
Stuttgart - Der Klimawandel ist das Megathema unserer Zeit. Er wird auch in den gemäßigten Breiten immer stärker spürbar und entscheidet mit über den Ausgang von Wahlen. Dieser Bedeutung wird die Nobel-Stiftung mit der Vergabe des Physiknobelpreises an drei Forscher gerecht, die wesentlich zum Verständnis des komplexen Systems Klima beigetragen haben. Wir beantworten wichtige Fragen dazu.
Wer sind die Preisträger, und wofür werden sie ausgezeichnet?
Eine Hälfte des Physiknobelpreises teilen sich der gebürtige Hamburger Klaus Haselmann, ehemaliger Direktor des dortigen Max-Planck-Instituts für Meteorologie, und der japanische Meteorologe Syukuro Manabe, der an der Universität Princeton forscht. Sie werden ausgezeichnet für „ihre Pionierleistung bei der Entwicklung von Klimamodellen“, wie die Königliche Akademie der Wissenschaften mitteilt. Die andere Hälfte des Preises geht an den Italiener Giorgio Parisi, der an der Universität Rom lehrt. Er befasst sich mit der Theorie komplexer Systeme und hat dazu mathematische Modelle entwickelt, die auch auf vielen anderen Feldern anwendbar sind – etwa in der Biologie oder den Neurowissenschaften.
Woran haben Klaus Hasselmann und Syukuro Manabe gearbeitet?
Syukuro Manabe wanderte nach dem Krieg von Japan in die USA aus und beschäftigte sich in den 1950er Jahren mit der Rolle von Kohlendioxid in der Atmosphäre. Dass CO2 die Hauptursache des natürlichen Treibhauseffekts ist, hatten frühere Forscher herausgefunden. So postulierte der schwedische Physiker Svante Arrhenius Ende des 19. Jahrhunderts, dass eine Halbierung der CO2-Konzentration eine neue Eiszeit zur Folge hätte. Manabe entwickelte in den 1960er Jahren erste mathematische Modelle, die das Zusammenwirken von Wärmestrahlung und Luftbewegungen beschrieben. Weil Rechenleistung damals knapp war, reduzierte er sein Modell auf die Vorgänge in einer 40 Kilometer hohen Luftsäule. Ergebnis seiner recht groben Berechnungen: Eine Verdoppelung der CO2-Konzentration führt zu einem Temperaturanstieg von zwei Grad. Der Deutsche Klaus Haselmann arbeitete rund zehn Jahre später an komplexeren Modellen. Sein Ziel war es, aus dem chaotischen Wettergeschehen in der Atmosphäre langfristige Klimatrends herauszulesen. Zudem entwickelte er Methoden, um menschliche Einflüsse auf die globalen Temperaturen zu erkennen.
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Welche Rolle spielt die Arbeit des dritten Preisträgers Giorgio Parisi?
Der Italiener (Jahrgang 1948) gehört einer jüngeren Forschergeneration an als seine beiden 1931 geborenen Mitpreisträger. Bereits in den 1980er Jahren kam Parisi zu der Erkenntnis, dass sich auch hinter augenscheinlich chaotischen Systemen versteckte Muster verbergen können. In seiner Forschung ging er der Frage nach, wie sich Systeme verhalten, die aus einer sehr großen Zahl einzelner Elemente bestehen, welche miteinander in Wechselwirkung stehen. Auch Klima und Wetter sind Systeme, die vom Zusammenwirken vieler Einflussfaktoren bestimmt werden. Parisi entwickelte sein ursprüngliches Modell jedoch auf Basis spezieller Metalllegierungen. Als Beispiel nennen die Nobel-Juroren ein Gitter aus Kupferatomen, in das einzelne Eisenatome eingelagert sind, von denen sich jedes wie ein kleiner Magnet verhält. In einem solchen System, das in der Fachsprache Spin-Glas genannt wird, kann sich keiner dieser Magnete unabhängig von den anderen ausrichten. Vielmehr bildet sich eine Art Kompromiss heraus, durch den die gegenseitigen Anziehungs- und Abstoßungskräfte so gut wie möglich ausgeglichen werden. Die Mathematik, mit der Parisi solche Systeme beschreibt, findet nicht nur in Klimamodellen ihre praktische Anwendung. Sie kann beispielsweise auch erklären, wie Tausende Stare in einem Schwarm nebeneinander herfliegen, ohne sich in die Quere zu kommen.
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Was resultiert aus den Erkenntnissen
der Preisträger?
„Wir wollen mit der Preisvergabe zeigen, dass die heutigen Klimamodelle auf einem soliden physikalischen Fundament stehen“, heißt es beim Nobelpreiskomitee. Vor diesem Hintergrund könne man „verlässliche Vorhersagen über die Zukunft des Klimas treffen“. Wer die Botschaft jetzt noch nicht verstanden habe, werde sie auch nicht mehr verstehen. Parisi appelliert mit Blick auf die Ende Oktober beginnende UN-Klimakonferenz an die Staatenlenker, „starke Entscheidungen zum Klimaschutz zu treffen“. Der frischgebackene Nobelpreisträger befürchtet ansonsten Rückkoppelungseffekte, die den Klimawandel dramatisch beschleunigen könnten. Zu den jüngsten Wetterextremen befragt, sagt er: „Es ist sehr klar, dass das ein Effekt des Klimawandels ist.“
Die Physik-Nobelpreisträger
Klaus Hasselmann
wurde 1931 in Hamburg geboren. Nach Studium (Physik und Mathematik) und Promotion arbeitete er im Schiffbau, wechselte zur Ozeanografie und dann zur Meteorologie. Von 1975 bis 1999 war er Direktor des Hamburger Max-Planck-Instituts für Meteorologie. Schon 1997 warnte er: „In den kommenden Jahrzehnten erwarten wir, wenn wir nichts gegen die Emissionen unternehmen, dass wir eine Klimaerwärmung bekommen die fast so groß sein wird wie der Unterschied zwischen dem heutigen Klima und der letzten Eiszeit.“
Syukuro Manabe
wurde 1931 in Japan geboren. Nach Studium und Promotion ging er 1958 in die USA. Der Pionier der Klimamodellierung ist kürzlich 90 geworden und arbeitet weiter an der Eliteuniversität Princeton. „Wenn ich darauf zurückschaue, wie das Klima sich in den letzten Jahrzehnten verändert hat und wie die Modelle diese Veränderungen eingefangen haben, dann können wir über die nach vorne schauenden Projektionen sehr sicher sein“, sagte Manabe in einem Interview.
Giorgio Parisi
wurde 1948 in Rom geboren und forschte zuletzt an der dortigen Sapienza Universität. Sein Spezialgebiet sind komplexe Systeme. Nach dem Studium hatte sich Parisi mit der Erforschung von Elementarteilchen beschäftigt, widmete sich aber auch anderen Gebieten wie der Entwicklung von Supercomputern. Der 73-Jährige war schon länger als Physiknobelpreis-Aspirant im Gespräch, war nach eigenen Angaben aber trotzdem überrascht, als der Anruf aus Stockholm kam.