Моделирование микроводорослей для лучшего понимания работы океана

Океан поглощает четверть CO₂, выделяемого в результате деятельности человека, играя важнейшую роль в замедлении изменения климата. Понимание этих процессов необходимо для оценки роли океана в глобальной климатической системе и прогнозирования последствий его изменений. Цифровые модели — ключевой инструмент для этого, создающий виртуальную копию климата планеты.

Основная сложность моделирования заключается в биологической составляющей. Поглощение CO₂ в океане в основном регулируется фитопланктоном. Эти микроскопические водоросли поглощают CO₂ посредством фотосинтеза, а после отмирания часть из них опускается на дно, обеспечивая хранение углерода на сотни и тысячи лет. Для их представления в моделях часто используют деление на «функциональные типы».

Особое внимание сейчас привлекает тип диазотрофов. Эти организмы фиксируют атмосферный азот (N₂), выступая в роли естественного удобрения океана, что необходимо для роста другого фитопланктона. Раньше считалось, что они мало влияют на секвестрацию углерода, однако новые данные, особенно о диазотрофах, живущих в симбиозе с диатомовыми водорослями, показывают их значительный вклад в перенос углерода на глубину.

Несмотря на это, в большинстве международных моделей, включая используемые МГЭИК (IPCC), диазотрофы представлены крайне упрощенно — либо через искусственное добавление азота, либо как один тип со свойствами Trichodesmium. Это ограничивает возможности прогнозирования.

В рамках проекта NOTION была разработана новая модель, включающая три различных типа диазотрофов, каждый из которых по-разному реагирует на температуру, освещённость и доступность питательных веществ. Её интеграция в высокоразрешающую модель Атлантического океана привела к расширению зон фиксации азота и увеличению оценок вертикального потока углерода, что лучше согласуется с полевыми наблюдениями.

Эта более реалистичная модель открывает возможности для изучения конкуренции между диазотрофами и понимания их роли в условиях меняющегося климата, в том числе их потенциала для смягчения последствий этих изменений.