Ученые ЛЭТИ создали модель, предсказывающую изменения биосферы Земли

Климатические изменения на Земле могут вызывать глобальные перемены. Причем они могут влиять не только на климатическую систему самой планеты, но и экосистему и биосферу в целом, причем эта связь является взаимной.

Так, 2 млрд лет назад в атмосфере Земли не было кислорода, и газовая оболочка планеты состояла в основном из углерода и метана. Однако климатические изменения во время периода криогения (720 – 635 млн лет назад) привели к увеличению кислорода. Попавшие в результате этого в океан осадки, богатые такими химическими элементами как фосфор, вместе с высоким содержанием в атмосфере углекислого газа, вызвали взрывной рост популяций цианобактерий, производящих кислород. Это привело к относительно быстрому процессу замены метана кислородом в атмосфере Земли. В свою очередь, большая концентрация кислорода позволила развиться многоклеточным формам. В результате этих процессов климат Земли изменился радикально, и, как следствие, изменились состав атмосферы и биосфера. Для многих бактерий кислород – это яд. Они были вынуждены прятаться в болотах, прудах и т.д. 

Связь между климатом и биосферой существует и сегодня. Например, из-за потепления болота в Сибири меньше подвержены замерзанию, что приводит к быстрому росту популяций живущих там бактерий. Они выбрасывают в атмосферу метан, и это приводит к тому, что атмосфера разогревается сильнее. Данный процесс может привести к глобальному потеплению и, в теории, даже к вымиранию живых организмов на Земле.

«Благодаря математическому расчету и пониманию некоторых взаимосвязей, мы создали модель, предсказывающую стабильность тех или иных биомов (отдельных географических регионов со специфическим климатом, растительностью и животным миром). Модель предложена для растительных биомов (тундра, лес, степь и т.д.). Наши уравнения описывают изменение границы биома при изменении температуры и осадков. По палеонтологическим данным мы можем проследить, как проходил процесс изменения биомов, а также связь этого процесса с климатом в прошлом (примерно 30 млн лет назад). А, настроив параметры соответствующим образом, мы можем предсказать и будущее».

По словам ученого, модель была протестирована на примере биома широколиственного леса. Данные для моделирования получены учеными из Нортумбрийского университета. Модель пригодна как для описания изменений биосферы и климатических изменений в прошлом, так и для прогнозирования будущих изменений.

В состав научной группы вошли ученые из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ», Института проблем машиноведения РАН, Новгородского центра развития инноваций и промышленности и Нортумбрийского университета (Великобритания). Результаты исследования опубликованы в Applied Mathematical Modelling.