Model symulacyjny dla lepszego prognozowania zmiany klimatu
Depozyty żelaza z pyłów i aerozoli ze spalania są niezbędne dla produkcji pierwotnej organizmów morskich, syntezy związków organicznych z dwutlenku węgla z atmosfery i wody. Dzięki temu ocean odgrywa istotną rolę w sekwestracji dwutlenku węgla (CO2) z atmosfery, głównie w wyniku zakwitu fitoplanktonu, co prowadzi do łagodzenia zmiany klimatu spowodowanej działalnością człowieka. Niestety stężenie żelaza w oceanach jest bardzo małe. Przeprowadzone eksperymenty z zakresu geoinżynierii, w których użyźniano wybrane obszary wód oceanicznych żelazem, prowadziły do wzmożonego rozwoju fitoplanktonu. Jednak brak jest danych o długofalowych skutkach depozycji atmosferycznej składników odżywczych na ekosystem morski. Tworzenie modeli W celu zbadania wpływu jakości powietrza na depozycję atmosferyczną żelaza i produkcję pierwotną organizmów morskich w ramach finansowanego przez UE projektu ODEON naukowcy przeprowadzili symulacje dla okresu sprzed epoki przemysłowej (1846–1855), obecnego okresu (2001–2010) oraz końca wieku (2091–2100). „Opracowaliśmy pionierskie narzędzia do symulacji dla chemii fazy gazowej i ciekłej oraz model biogeochemiczny oceanów w celu badania wpływu procesów chemicznych zachodzących w atmosferze na depozycję żelaza w morskiej florze i faunie”, wyjaśnia prof. Maarten Krol, koordynator projektu. Narzędzia zostały następnie połączone z kodem bazowym EC-Earth, europejskiego modelu ziemskiego systemu klimatycznego, wraz z licznymi skryptami (napisanymi w Pythonie) do oceny modeli. Wykorzystując obecną wiedzę na temat fizycznych, chemicznych i biologicznych procesów zachodzących w atmosferze, oceanach, biosferze i na lądzie, najnowocześniejsze narzędzia modelu EC-Earth umożliwiają przeprowadzanie symulacji wszystkich aspektów kluczowych dla funkcjonowania ziemskiego systemu klimatycznego. Celem tego przedsięwzięcia, w które zaangażowane jest wiele podmiotów, jest wspomaganie prognozowania sezonowego i dekadowego oraz prognozowania zmiany klimatu. „Długie symulacje na zintegrowanych modelach są bardzo interesujące pod względem naukowym, ale jednocześnie bardzo wymagające pod względem obliczeniowym. Dzięki połączeniu kilku metod, np. symulacji w przedziałach czasowych, udało nam się przeprowadzić skuteczne analizy”, mówi prof. Krol. Przeprowadzona w ramach projektu ODEON długa symulacja dla obecnego okresu wykazała, że łączna globalna produkcja w oceanach wynosi 45 petagramów węgla rocznie. Powiązany pobór węgla netto przez oceany wynosi 2,2 petagramy węgla rocznie, czyli około 20–25 % obecnych antropogenicznych emisji CO2. Te liczby były spójne z szacunkami otrzymanymi w wyniku obserwacji i prognoz z wykorzystaniem innych modeli Jednak model ODEON obliczył większe zmiany regionalne w strumieniu węgla w porównaniu z innymi badaniami. Naukowcy przypisują to częściowo wpływowi człowieka na mobilizację żelaza, na przykład poprzez aerozole ze spalania emitowane podczas spalania biomasy i paliw kopalnych. „Depozycja żelaza nie zawsze oznacza, że jest biodostępne”, mówi prof. Krol. Wiedza na temat interakcji pomiędzy atmosferą a oceanem Wyniki prac w ramach projektu ODEON wykazały również związek pomiędzy atmosferą a eutrofizacją (nadmiernym wzbogacaniem się zbiorników wodnych w składniki odżywcze), która powoduje masowy wzrost roślinności i często niepożądane zmiany w ekosystemie. Przykładem mogą być skutki gospodarcze zakwitu glonów na rybołówstwo komercyjne i turystykę. Według organizacji GESAMP eutrofizacja to jeden z najbardziej szkodliwych efektów działalności człowieka na oceany. Oprócz rozpowszechniania wyników projektu wśród społeczności naukowej, w tym konsorcjum EC-Earth, naukowcy z projektu ODEON skierowali je również do takich inicjatyw jak narzędzie TM5-Fast Scenario Screening Tool, które pozwala na ocenę wpływu emisji zanieczyszczeń, oraz model PISCES do symulacji produkcji pierwotnej organizmów morskich. Wyniki projektu są ogólnodostępne, więc wiarygodne informacje na temat ziemskiego systemu klimatycznego mogą być wykorzystywane przez decydentów. Zwiększanie dokładności prognoz klimatycznych opracowywanych w modelach ziemskiego systemu klimatycznego jest możliwe wyłącznie przy pomocy bardziej złożonych i dokładnych danych dotyczących ekosystemu oceanów. „Naszym kolejnym celem jest rozszerzenie naszych badań na inne limitujące składniki odżywcze, dzięki czemu EC-Earth stanie się wiodącym na świecie modelem do analiz obiegu węgla”, mówi prof. Krol.
Słowa kluczowe
ODEON, depozycja żelaza, ocean, fitoplankton, sekwestracja dwutlenku węgla, składniki odżywcze z atmosfery, zmiana klimatu, eutrofizacja, dwutlenek węgla, produkcja pierwotna organizmów morskich, ekosystem
