Суперкомпьютеры NASA исследуют жизнь у самого активного ледника Гренландии

Океанские течения вокруг Северной Америки (слева внизу) и Гренландии (справа вверху) в визуализации данных, созданной с использованием модели ECCO от NASA. Передовые вычисления помогают океанографам расшифровать зоны активного роста фитопланктона. Автор: NASA’s Scientific Visualization Studio

По мере отступления льдов Гренландии они стимулируют рост микроскопических океанических организмов. Чтобы выяснить причины, ученые обратились к компьютерной модели от JPL и MIT, которую называют «лабораторией в себе».

Новое исследование показало, что талая вода с ледникового щита Гренландии поднимает питательные вещества с океанских глубин, усиливая рост фитопланктона. В статье, опубликованной в журнале Nature Communications: Earth & Environment, ученые использовали передовые вычислительные методы для моделирования взаимодействия морской жизни и физических процессов в одном из турбулентных фьордов. Океанографы стремятся понять, что движет этими микроскопическими растительными организмами, которые поглощают углекислый газ и поддерживают мировые рыболовные угодья.

Ледниковый щит Гренландии теряет около 293 миллиардов тонн льда в год. В период пикового летнего таяния более 300 000 галлонов (1200 кубических метров) пресной воды ежесекундно стекают в море из-под ледника Якобсхавн (Сермек-Куяллек), самого активного ледника на щите. Воды смешиваются и опускаются на сотни метров ниже поверхности.

Шлейф талой воды менее плотный, чем окружающая соленая вода. Ученые предполагают, что, поднимаясь, он может доставлять питательные вещества, такие как железо и нитраты (ключевой компонент удобрений), к фитопланктону на поверхности.

Исследователи отслеживают эти микроскопические организмы, потому что, несмотря на их крошечные размеры, они играют огромную роль в океанической пищевой цепи. Обитая во всех океанах — от тропиков до полярных регионов, они питают криль и других морских обитателей, которые, в свою очередь, поддерживают более крупных животных, включая рыб и китов.

Предыдущие исследования с использованием спутниковых данных NASA показали, что скорость роста фитопланктона в арктических водах увеличилась на 57% в период с 1998 по 2018 год. Поступление нитратов с глубин особенно важно для фитопланктона Гренландии летом, когда большинство питательных веществ уже потреблено весенним цветением. Однако проверить эту гипотезу у побережья сложно из-за удаленности территории и айсбергов размером с городские кварталы.

«Мы столкнулись с классической проблемой изучения системы, которая находится так далеко и скрыта подо льдом», — сказал Дастин Кэрролл, океанограф из Университета Сан-Хосе, сотрудничающий с Лабораторией реактивного движения NASA. «Нам нужна была мощная компьютерная модель».

Цветение фитопланктона у побережья Гренландии на спутниковом снимке, сделанном в июне 2024 года миссией NASA PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem). Автор: NASA

Море данных

Для воссоздания процессов в водах у самого активного ледника Гренландии команда использовала модель океана, разработанную в JPL и Массачусетском технологическом институте. Модель обрабатывает почти все доступные измерения океана, собранные морскими и спутниковыми инструментами за последние 30 лет. Это миллиарды точек данных — от температуры воды и солености до давления на морском дне. Модель называется Estimating the Circulation and Climate of the Ocean-Darwin (сокращенно ECCO-Darwin).

Майкл Вуд, ведущий автор исследования и вычислительный океанограф из Университета Сан-Хосе, отметил, что моделирование «биологии, химии и физики» даже в одном участке вдоль 27 000 миль (43 000 км) береговой линии Гренландии — это огромная математическая задача. Чтобы упростить её, команда создала «модель внутри модели внутри модели», чтобы детально изучить фьорд у подножия ледника.

Используя суперкомпьютеры в Исследовательском центре NASA Ames в Кремниевой долине, ученые рассчитали, что питательные вещества, поднимаемые талой водой, могут увеличить летний рост фитопланктона на 15–40% в исследуемой области.

Дальнейшие изменения

Может ли увеличение фитопланктона стать благом для морских животных и рыболовства Гренландии? Кэрролл отметил, что изучение влияния на экосистему займет время. Таяние ледникового щита, по прогнозам, ускорится в ближайшие десятилетия, что повлияет на всё — от уровня моря и растительности до солености прибрежных вод.

«Мы воссоздали процессы в одной ключевой системе, но вокруг Гренландии более 250 таких ледников», — сказал Кэрролл. Он добавил, что команда планирует расширить моделирование на всё побережье Гренландии и за его пределы.

Некоторые изменения, по-видимому, влияют на углеродный цикл как положительно, так и отрицательно. Команда рассчитала, как талая вода изменяет температуру и химический состав морской воды во фьорде, снижая её способность растворять углекислый газ. Однако этот эффект компенсируется более активным цветением фитопланктона, который поглощает больше CO₂ из воздуха в процессе фотосинтеза.

«Мы не создавали эти инструменты для одного конкретного применения. Наш подход применим к любому региону — от Мексиканского залива до Аляски. Как швейцарский нож, его можно использовать в самых разных сценариях», — добавил Вуд.

Больше информации: Michael Wood et al, Increased melt from Greenland's most active glacier fuels enhanced coastal productivity, Communications Earth & Environment (2025). DOI: 10.1038/s43247-025-02599-1

Источник: NASA