Ледниковый покров Гренландии, один из крупнейших в мире, отступает с тревожной скоростью, что оказывает глубокое воздействие на окружающую среду и экосистемы океана поблизости. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications: Earth & Environment (2025), учёные изучили механизмы, лежащие в основе этих изменений, сосредоточив внимание на том, как талая вода ледников может влиять на морские пищевые сети.
Исследование, поддержанное NASA и включавшее передовые вычислительные инструменты, разработанные Лабораторией реактивного движения (JPL) и Массачусетским технологическим институтом (MIT), даёт важные сведения о том, как повышение температуры и увеличение таяния льда приводят к изменениям в Арктике.
Роль фитопланктона в меняющейся арктической экосистеме
Фитопланктон — это невоспетые герои океана, образующие основу морских пищевых сетей и выступающие в качестве важнейших поглотителей углерода. Несмотря на свой микроскопический размер, эти организмы играют огромную роль в глобальной климатической системе. Фитопланктон поглощает углекислый газ из атмосферы и является основным источником энергии для более крупных морских существ, таких как криль, рыба и киты.
В прошлом научные наблюдения показали, что темпы роста фитопланктона в Арктике резко возросли за последние десятилетия: увеличение составило около 57% в период с 1998 по 2018 год. Недавнее исследование показало, что усиление таяния ледников, особенно у ледника Якобсхавн (также известного как Сермек Куджаллек), способствовало этому всплеску.
Быстрое таяние льда приводит к высвобождению больших объёмов пресной воды, которая затем переносит необходимые питательные вещества, такие как железо и нитраты, из глубин океана в верхние слои воды. Эти питательные вещества являются ключевыми компонентами, способствующими росту фитопланктона, особенно в летние месяцы, когда питательные вещества из предыдущих цветений уже израсходованы.
По словам океанографа Дастина Кэрролла: «Мы столкнулись с классической проблемой — попыткой понять систему, которая настолько удалена и скрыта подо льдом. Нам нужна была прекрасная компьютерная модель, чтобы помочь».
Роль фитопланктона в морских экосистемах незаменима; они являются важным источником пищи для мелких существ, которые, в свою очередь, служат пищей для более крупных морских обитателей. Увеличение количества питательных веществ из-за таяния ледников может способствовать росту популяций, но долгосрочные последствия этих изменений остаются неопределёнными, поскольку другие факторы, такие как повышение температуры океана и сдвиги в солёности, также играют значительную роль.
Использование суперкомпьютеров для моделирования сложных океанских экосистем
Чтобы точно смоделировать взаимодействие между биологией, химией и физикой, происходящими в водах вокруг ледников Гренландии, исследователи обратились к одной из самых передовых океанских моделей, когда-либо созданных. Модель, известная как Estimating the Circulation and Climate of the Ocean-Darwin (ECCO-Darwin), объединяет десятилетия океанических данных — от температуры воды и солёности до измерений давления на дне океана.
Этот вычислительный инструмент может имитировать сложное поведение океанских экосистем с беспрецедентной детализацией, предоставляя информацию о долгосрочных последствиях таяния ледников. Майкл Вуд, вычислительный океанограф и ведущий автор исследования, объяснил проблемы, с которыми столкнулась команда при моделировании таких сложных систем: «Мы реконструировали то, что происходит в одной ключевой системе, но в Гренландии более 250 таких ледников. Мы планируем расширить наши симуляции на всё побережье Гренландии и за её пределы».
Исследователи обнаружили, что талая вода с крупнейших ледников Гренландии может увеличить рост фитопланктона на 15–40% в районе ледника Якобсхавн. Эта симуляция продемонстрировала, как питательные вещества из глубинных вод переносятся на поверхность плавучей пресной водой от тающего льда, где они служат удобрением для фитопланктона.
Сложность этой модели потребовала использования суперкомпьютеров NASA в Исследовательском центре Эймса, что позволило команде провести масштабные симуляции. Эти высокопроизводительные вычислительные системы позволили модели учесть ряд переменных и предоставить высокоточные прогнозы того, как экосистема Арктики может развиваться по мере продолжения таяния ледяного покрова.
Расширение охвата климатических моделей на другие регионы
Исследование ледников Гренландии является частью более широких усилий по пониманию последствий изменения климата для мирового океана. Инструменты, разработанные в ходе этого исследования, не привязаны к Гренландии; скорее, они адаптированы к различным регионам мира. Как подчеркнул Вуд: «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 применять его в самых разных сценариях».
Универсальность вычислительных моделей, разработанных для этого исследования, предполагает, что их можно использовать для понимания воздействия таяния ледников и других климатических изменений в океанах по всему миру.
Планы команды по расширению своих симуляций за пределы ледников Гренландии, вероятно, предоставят ценную информацию о том, как другие регионы испытывают аналогичные изменения из-за повышения температуры и увеличения таяния льда. Например, аналогичные модели можно использовать для оценки последствий стока ледников в Аляске, Канадской Арктике или даже в Антарктиде.