Таяние ледников Гренландии стимулирует рост фитопланктона в океане

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

Таяние ледников Гренландии питает микроскопические организмы в океане. Чтобы понять причины этого явления, ученые обратились к компьютерной модели, разработанной в JPL и MIT, которую называют «лабораторией в себе».

Новое исследование, поддержанное NASA, показало, что талая вода с ледникового щита Гренландии поднимает питательные вещества с океанских глубин, стимулируя рост фитопланктона. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications: Earth & Environment. Ученые использовали передовые вычислительные технологии 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.

Ледяной щит Гренландии толщиной в милю 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 океан из-под ледника Якобсхавн (Сермек-Куджаллек), самого активного ледника на щите. Воды смешиваются и опускаются на сотни футов ниже поверхности.

Талая вода менее соленая и более легкая, чем окружающая морская вода. Поднимаясь, она, как предполагают ученые, может доставлять к поверхности питательные вещества, такие как железо и нитраты — ключевой компонент удобрений, — к фитопланктону, плавающему у поверхности.

Исследователи отслеживают эти микроорганизмы, потому что, несмотря на их крошечные размеры, они играют огромную роль в пищевой цепи океана. Обитая во всех океанах — от тропиков до полярных регионов, они питают криль и других мелких организмов, 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% только в период с 1998 по 2018 год. Поступление нитратов с глубин особенно важно для фитопланктона Гренландии летом, когда большая часть питательных веществ уже была поглощена весенним цветением. Однако проверить эту гипотезу вдоль побережья сложно из-за удаленности территории и айсбергов размером с городские кварталы.

«Мы столкнулись с классической проблемой понимания системы, которая находится так далеко и скрыта подо льдом», — сказал Дастин Кэрролл, океанограф из Университета Сан-Хосе, также сотрудничающий с Лабораторией реактивного движения NASA в Южной Калифорнии. — «Нам потребовалась мощная компьютерная модель, чтобы помочь».

Море данных

Чтобы воссоздать процессы в водах вокруг 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 ECCO-Darwin.

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

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

Дальнейшие изменения

Может ли увеличение фитопланктона быть благом для морских животных и рыболовства Гренландии? Кэрролл отметил, что изучение влияния на экосистему займет время. Таяние ледникового щита Гренландии, как ожидается, ускорится в ближайшие десятилетия, что повлияет на все — 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 симуляции на все побережье Гренландии и за его пределы.

Некоторые изменения, по-видимому, влияют на углеродный цикл как положительно, так и отрицательно: команда подсчитала, что талая вода изменяет температуру и химический состав морской воды во фьорде, снижая ее способность растворять углекислый газ. Однако этот эффект компенсируется более активным поглощением CO₂ фитопланктоном 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.

Источники: sciencedaily.com, NASA’s Jet Propulsion Laboratory