Вычислить будущее: учёные создали математическую модель для прогнозирования изменений биосферы и климата Земли

Российские учёные совместно с иностранными коллегами разработали и протестировали математическую модель, которая позволяет прогнозировать, как биомы — живые экосистемы — будут меняться под влиянием климатических процессов. Модель учитывает ряд взаимосвязей между климатом и живой природой. С её помощью учёные могут просчитать, как менялась биосфера Земли в прошлом и какие перемены могут произойти в будущем. Для этого используются как палеонтологические данные, так и данные о будущих изменениях температур и уровня осадков в том или ином регионе планеты.

• Gettyimages.ru
• © Kara Capaldo

Учёные из Института проблем машиноведения РАН совместно с коллегами из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета ЛЭТИ, Новгородского центра развития инноваций и промышленности и Нортумбрийского университета (Великобритания) создали математическую модель, которая позволяет спрогнозировать, как будут меняться экосистемы в разных районах планеты в случае тех или иных климатических изменений, а также взаимосвязи этих процессов. Об этом RT сообщила пресс-служба ИПМаш РАН. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Mathematical Modelling.

Как напоминают авторы работы, изменение климата на планете влечёт за собой перемены и для экосистемы, и для биосферы — флоры и фауны. Существует и обратная связь, поскольку живые организмы тоже способны оказывать сильное воздействие на климат.

• Водорослевой строматолит
• Gettyimages.ru
• © Layne Kennedy

Так, на протяжении первой половины истории Земли в её атмосфере практически не было кислорода, она состояла в основном из углерода и метана. Метаболизм большинства микроорганизмов, населявших тогда планету, был завязан на аноксигенный фотосинтез без участия кислорода. Однако со временем климатические изменения привели к росту популяций микроорганизмов, продуцирующих кислород.

Его концентрация в атмосфере выросла настолько, что стало возможным интенсивное развитие многоклеточных форм жизни. Вместе со сменой климата изменилась и биосфера. Анаэробные бактерии, гибнущие в присутствии кислорода, оказались вытеснены в болота и на дно водоёмов.

Связь между климатом и биосферой существует и сегодня. Например, из-за глобального потепления в сибирских болотах активно растут популяции бактерий, вырабатывающих метан, который обладает даже более выраженным парниковым эффектом, чем углекислый газ. Таким образом, живые организмы способны оказывать воздействие на климат — и наоборот.

Авторы исследования заложили в математическую модель ряд взаимосвязей между климатом и биосферой. За счёт этого модель позволяет предсказать стабильность тех или иных биомов — отдельных географических регионов со специфическим климатом, растительностью и животным миром в разных климатических условиях. Модель протестирована на примере биома широколиственного леса и пригодна для описания изменений биосферы и климатических изменений в прошлом и прогнозирования будущих изменений.

• Широколиственный лес
• Gettyimages.ru
• © Anthony SEJOURNE

«Модель предложена для растительных биомов — тундры, леса, степи и так далее. 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», — пояснил ведущий научный сотрудник лаборатории математического моделирования волновых процессов ИПМаш РАН Сергей Вакуленко.

Источник