Учёные предупреждают: в климатических моделях не хватает ключевого океанического игрока

Крылоногий моллюск Limacina helicina, собранный в водах Западной Гренландии. Авторы: Алена Сакович и Клара Манно.

Некоторые из самых важных игроков в климатической системе Земли почти невидимы. Кальцифицирующий планктон — микроскопические организмы, формирующие твёрдые раковины, — помогает регулировать температуру планеты, захватывая углерод и перемещая его через океан. Новый обзор, опубликованный в журнале Science, показывает, что эти организмы не полностью представлены в климатических моделях, используемых для прогнозирования будущего Земли. Исследование возглавила международная команда из Института науки и технологий окружающей среды Автономного университета Барселоны (Испания).

Исследование сосредоточено на трёх основных группах кальцифицирующего планктона: кокколитофоридах, фораминиферах и птероподах (крылоногих моллюсках). По словам авторов, климатические модели часто упрощают или исключают эти организмы, что может привести к неполной картине реакции океана на изменение климата.

Когда климатические модели игнорируют кальцифицирующий планктон, они могут упускать ключевые этапы глобального углеродного цикла. Эти организмы строят крошечные раковины из карбоната кальция (CaCO₃), вещества, играющего центральную роль в химии океана. По мере роста и отмирания планктон помогает перемещать углерод из атмосферы в более глубокие слои океана.

Этот процесс, известный как океанический углеродный насос, помогает стабилизировать климат Земли в долгосрочной перспективе. Он также влияет на химический состав морской воды и способствует формированию осадков, которые учёные используют для изучения климата прошлого.

«Раковины планктона крошечные, но вместе они формируют химию наших океанов и климат нашей планеты, — сказала Патриция Зивери, профессор-исследователь ICREA в ICTA-UAB и ведущий автор исследования. — Исключая их из климатических моделей, мы рискуем упустить фундаментальные процессы, определяющие, как система Земли реагирует на изменение климата».

Исследователи отмечают, что большая часть карбоната кальция, производимого планктоном, не опускается на самое дно океана. Вместо этого значительная часть растворяется в верхних слоях океана — процесс, известный как «мелководное растворение». Этот распад обусловлен биологической активностью, включая хищничество, слипание частиц и микробное дыхание.

Мелководное растворение важным образом меняет химию океана, однако оно в значительной степени отсутствует в основных моделях системы Земли (например, CMIP6), используемых в глобальных климатических оценках. Без учёта этого процесса модели могут неверно оценивать, как углерод перемещается через океан и как система реагирует на экологический стресс.

Исследование также подчёркивает, что не весь кальцифицирующий планктон ведёт себя одинаково. Каждая группа имеет уникальные характеристики, которые влияют на её среду обитания, роль в морских экосистемах и уязвимость к изменению климата.

Кокколитофориды являются крупнейшими производителями CaCO₃, но они особенно чувствительны к закислению океана, поскольку у них нет специализированных механизмов для удаления избыточной кислотности из клеток. У фораминифер и птероподов такие механизмы есть, но они сталкиваются с другими рисками, включая снижение уровня кислорода и повышение температуры океана. Вместе эти организмы определяют, как углерод хранится и перерабатывается в океане, и рассматривать их как единую группу может чрезмерно упростить реакцию океана на климатические воздействия.

Авторы призывают к срочным усилиям по измерению того, сколько карбоната кальция производит, растворяет и экспортирует в более глубокие воды каждая группа планктона. Они утверждают, что включение этих деталей в климатические модели улучшит прогнозы взаимодействия океана и атмосферы, долгосрочного хранения углерода и интерпретацию записей в осадочных породах, используемых для реконструкции климатической истории Земли.

«Если мы проигнорируем мельчайшие организмы океана, мы можем упустить важную климатическую динамику, — говорит доктор Зивери. — Интеграция кальцифицирующего планктона в климатические модели может дать более точные прогнозы и более глубокое понимание того, как могут быть затронуты экосистемы и общество».

Исследователи приходят к выводу, что устранение этих пробелов в знаниях необходимо для создания следующего поколения климатических моделей, которые более точно отражают биологическую сложность океанов.