По мере того как ледники Гренландии отступают, это способствует развитию крошечных океанических организмов. Чтобы выяснить причину, учёные обратились к компьютерной модели из JPL и MIT, которую называют лабораторией в себе.
Учёные обнаружили, что сток с ледяного покрова Гренландии поднимает питательные вещества из глубин океана и стимулирует рост фитопланктона.
В статье, опубликованной в Nature Communications: Earth & Environment, учёные использовали современные вычислительные мощности для моделирования взаимодействия морской жизни и физики в одном бурном фьорде. Океанографы стремятся понять, что движет крошечными плавающими организмами, которые поглощают углекислый газ и питают мировые рыбные промыслы.
Ледяной покров Гренландии толщиной в милю теряет около 293 миллиардов тонн (266 миллиардов метрических тонн) льда в год. Во время пика летнего таяния более 300 000 галлонов (1 200 кубических метров) пресной воды каждую секунду стекает в море из-под ледника Якобсхавн, также известного как Сермек Куджаллек, самого активного ледника на ледяном покрове.
Потоки талой воды пресные и более плавучие, чем окружающая их солёная вода. По мере подъёма учёные предположили, что они могут доставлять питательные вещества, такие как железо и нитраты (ключевой компонент удобрений), фитопланктону, плавающему на поверхности.
Исследователи отслеживают этих микроскопических организмов, потому что, хотя они намного меньше булавочной головки, они являются титанами океанской пищевой сети. Обитающие во всех океанах от тропиков до полярных регионов, они питают криля и других травоядных животных, которые, в свою очередь, поддерживают более крупных животных, включая рыб и китов.
Предыдущая работа с использованием спутниковых данных NASA показала, что темпы роста фитопланктона в арктических водах выросли на 57% в период с 1998 по 2018 год. Приток нитратов из глубин будет особенно важен для фитопланктона Гренландии летом, после того как большинство питательных веществ будет израсходовано весенними цветениями. Но проверить эту гипотезу вдоль побережья было сложно из-за удалённости местности и айсбергов размером с городские кварталы.
«Мы столкнулись с классической проблемой, пытаясь понять систему, которая так удалена и скрыта подо льдом», — сказал Дастин Кэрролл, океанограф из Государственного университета Сан-Хосе, который также сотрудничает с Лабораторией реактивного движения NASA в Южной Калифорнии. «Нам нужна была прекрасная компьютерная модель, которая помогла бы нам».
Чтобы воссоздать то, что происходит в водах вокруг самого активного ледника Гренландии, команда использовала модель океана, разработанную в JPL и Массачусетском технологическом институте в Кембридже. Модель учитывает почти все доступные океанические измерения, собранные с помощью морских и спутниковых инструментов за последние три десятилетия. Это составляет миллиарды точек данных, от температуры воды и солёности до давления на морском дне. Модель называется Estimating the Circulation and Climate of the Ocean-Darwin (сокращённо ECCO-Darwin).
Моделирование «взаимодействия биологии, химии и физики» даже в одном районе вдоль 27 000 миль (43 000 километров) побережья Гренландии — это сложная математическая задача, отметил ведущий автор Майкл Вуд, вычислительный океанограф из Государственного университета Сан-Хосе. Чтобы разобраться в этом, он сказал, что команда создала «модель внутри модели внутри модели», чтобы рассмотреть детали фьорда у подножия ледника.
Используя суперкомпьютеры в Исследовательском центре NASA имени Эймса в Силиконовой долине, они подсчитали, что подъём глубоководных питательных веществ, поднимаемых стоком ледника, будет достаточным для ускорения роста фитопланктона летом на 15–40% в исследуемой области.
Может ли увеличение количества фитопланктона стать благом для морских животных и рыбной промышленности Гренландии? Кэрролл сказал, что распутывание воздействия на экосистему потребует времени. Прогнозируется, что таяние ледяного покрова Гренландии ускорится в ближайшие десятилетия, что повлияет на всё: от уровня моря и растительности на суше до солёности прибрежных вод.
«Мы реконструировали то, что происходит в одной ключевой системе, но вокруг Гренландии насчитывается более 250 таких ледников», — сказал Кэрролл. Он отметил, что команда планирует распространить свои симуляции на всё побережье Гренландии и за её пределами.
Некоторые изменения, по-видимому, влияют на углеродный цикл как положительно, так и отрицательно. Команда подсчитала, как сток с ледника изменяет температуру и химический состав морской воды во фьорде, делая её менее способной растворять углекислый газ. Однако эта потеря компенсируется более крупными цветеньями фитопланктона, поглощающими больше углекислого газа из воздуха в процессе фотосинтеза.
Вуд добавил: «Мы создали эти инструменты не для одного конкретного применения. Наш подход применим к любому региону, от Техасского залива до Аляски. Как швейцарский армейский нож, мы можем применить его ко многим различным сценариям».
Предоставлено NASA