Танення льодовика Гренландії підживлює фітопланктон в океані

Дослідники NASA встановили, що стік від льодовикового щита Гренландії підіймає поживні речовини з океанських глибин та стимулює зростання фітопланктону. Результати дослідження опубліковані у журналі Nature Communications: Earth & Environment. Вчені використали найсучасніші обчислювальні технології для моделювання взаємодії морського життя та фізичних процесів в одному турбулентному фіорді.

Льодовиковий щит Гренландії товщиною в милю втрачає близько 293 мільярдів тонн льоду щороку. Під час пікового літнього танення понад 300 тисяч галонів прісної води стікає в море щосекунди з-під льодовика Якобсхавн, також відомого як Сермек Куяллек — найактивнішого льодовика на щиті. Води зустрічаються та опускаються на сотні футів під поверхню.

Шлейф талої води є прісним та більш плавучим порівняно з навколишньою солоною водою. Коли він піднімається, вчені припускали, що він може доставляти поживні речовини, такі як залізо та нітрати — ключовий інгредієнт добрив — до фітопланктону, що плаває на поверхні.

Дослідники відстежують ці мікроскопічні організми, оскільки, хоча вони значно менші за голку, вони є титанами океанської харчової мережі. Населяючи всі океани від тропіків до полярних регіонів, вони живлять криль та інших травоїдних, які, в свою чергу, підтримують більших тварин, включаючи рибу та китів.

Попередні дослідження з використанням супутникових даних NASA показали, що швидкість зростання фітопланктону в арктичних водах зросла на 57% лише між 1998 та 2018 роками. Надходження нітратів з глибин було б особливо важливим для фітопланктону Гренландії влітку, після того як більшість поживних речовин була спожита під час попередніх весняних цвітінь. Однак гіпотезу було важко перевірити вздовж узбережжя, де віддалена місцевість та айсберги розміром з міські квартали ускладнюють довгострокові спостереження.

«Ми зіткнулися з класичною проблемою спроби зрозуміти систему, яка настільки віддалена та похована під льодом», — сказав Дастін Керролл, океанограф з Університету Сан-Хосе, який також співпрацює з Лабораторією реактивного руху NASA в Південній Каліфорнії. «Нам потрібна була перлина комп'ютерної моделі для допомоги».

Щоб відтворити те, що відбувалося у водах навколо найактивнішого льодовика Гренландії, команда використала модель океану, розроблену в Лабораторії реактивного руху та Массачусетському технологічному інституті в Кембриджі. Модель поглинає майже всі доступні океанські вимірювання, зібрані морськими та супутниковими приладами за останні три десятиліття. Це становить мільярди точок даних, від температури води та солоності до тиску на морському дні. Модель називається Estimating the Circulation and Climate of the Ocean-Darwin або скорочено ECCO-Darwin.

Моделювання «біології, хімії та фізики, що об'єднуються» навіть в одній кишені вздовж 27 тисяч миль узбережжя Гренландії є масивною математичною проблемою, зазначив провідний автор Майкл Вуд, обчислювальний океанограф з Університету Сан-Хосе. Щоб розбити її, він сказав, команда побудувала «модель в моделі в моделі», щоб наблизитися до деталей фіорду біля підніжжя льодовика.

Використовуючи суперкомп'ютери в Дослідницькому центрі NASA Еймса в Кремнієвій долині, вони розрахували, що поживні речовини з глибоких вод, піднесені вгору льодовиковим стоком, були б достатніми для стимулювання літнього зростання фітопланктону на 15−40% в досліджуваній області.

Чи може збільшений фітопланктон стати благом для морських тварин та рибальства Гренландії? Керролл сказав, що розплутування впливів на екосистему займе час. Танення на льодовиковому щиті Гренландії, як прогнозується, прискориться в найближчі десятиліття, впливаючи на все від рівня моря та наземної рослинності до солоності прибережних вод.

«Ми реконструювали те, що відбувається в одній ключовій системі, але навколо Гренландії є понад 250 таких льодовиків», — сказав Керролл. Він зазначив, що команда планує розширити свої симуляції на все узбережжя Гренландії та за його межі.

Деякі зміни, схоже, впливають на вуглецевий цикл як позитивно, так і негативно. Команда розрахувала, як стік з льодовика змінює температуру та хімію морської води у фіорді, роблячи її менш здатною розчиняти вуглекислий газ. Ця втрата, однак, компенсується більшими цвітіннями фітопланктону, які поглинають більше вуглекислого газу з повітря під час фотосинтезу.

Вуд додав: «Ми не будували ці інструменти для одного конкретного застосування. Наш підхід застосовний до будь-якого регіону, від Техаської затоки до Аляски. Як швейцарський армійський ніж, ми можемо застосовувати його до багатьох різних сценаріїв».