Учёные выяснили, что высокое разнообразие микроорганизмов, населяющих зону вечной мерзлоты, может значительно снизить скорость потепления атмосферы у поверхности Земли. По мере таяния многолетнемерзлых грунтов микробы начинают выделять метан и, если видов бактерий мало, в определённый момент произойдёт массовый выброс этого парникового газа. Высокое же видовое богатство приведёт к меньшему — в масштабе нескольких градусов — нагреву воздуха планеты. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Chaos, Solitons & Fractals.
С 1750 по 2020 год средняя температура у поверхности Земли возросла примерно на 1°C, однако в зонах вечной мерзлоты только за последние 70 лет территории в среднем прогрелись на целых 4°C. Это объясняется тем, что, когда мерзлота тает, в почве создаются благоприятные условия для развития микробных сообществ, которые перерабатывают оттаивающий древний углерод в метан. Этот парниковый газ, в свою очередь, попадает в атмосферу и способствует дальнейшему потеплению. При этом метан опаснее углекислого газа с точки зрения потепления, поскольку для того, чтобы температура поднялась условно на 1°C, его нужно в 17 раз меньше. Таким образом, микробная активность в зоне вечной мерзлоты может влиять на темпы потепления, однако она до сих пор не учитывается в существующих прогнозах.
Исследователи из ООО «Центр научных исследований и разработок» (Великий Новгород), Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна (Санкт-Петербург), Института проблем машиноведения РАН (Санкт-Петербург) с коллегами из Калифорнийского университета (США) и Говардского университета (США) проанализировали, как число видов почвенных микроорганизмов влияет на скорость таяния вечной мерзлоты и темпы потепления. Авторы использовали математическую модель Гуди, имитирующую динамику атмосферы планеты. Согласно ей, атмосфера рассматривается как набор отдельных ячеек, в которых циркулирует воздух: внизу — у поверхности Земли — он нагревается, после чего поднимается вверх, далее охлаждается и вновь возвращается к Земле. Чтобы понять, как на эту систему влияет метан, выделяемый микроорганизмами вечной мерзлоты, авторы расширили модель Гуди, введя в неё математические функции, которые описывают поступление синтезированного бактериями парникового газа.
Учёные рассмотрели два случая: когда разнообразие микробов вечной мерзлоты низкое и, напротив, высокое. При этом авторы учитывали, что для каждого вида микроорганизмов характерна своя температура, оптимальная для жизнедеятельности. То есть, когда вечная мерзлота тает и температура грунта достигает оптимального значения, бактерии начинают активно расти и выделять большое количество метана. Расчёты показали, что, если разнообразие микроорганизмов не превышает трёх видов — а это значит, что оптимальная для них температура примерно одна та же, — система оказывается очень неустойчивой. Именно в этом случае следует ожидать массового начала выброса метана в атмосферу и, следовательно, резкого потепления. Когда же видов бактерий много, оптимальные для них температуры различаются, и резкого выделения парникового газа не будет.
Кроме того, авторы отмечают, что при высоком микробном разнообразии рассматриваемая система оказывается стабильна ещё и потому, что разные виды конкурируют между собой и частично подавляют рост друг друга. Это также препятствует интенсивному росту отдельных популяций и массовому выбросу метана.
«Нам удалось доказать, что момент, в который может произойти резкий скачок температуры у поверхности Земли, зависит от микробного разнообразия. Оно определяется влажностью, температурой, содержанием питательных веществ и кислотностью почвы. И хотя на микробное разнообразие мы не можем повлиять, обнаруженную нами зависимость нужно учитывать при разработке прогнозов потепления. Существующие модели не учитывают деятельность микроорганизмов вечной мерзлоты, но, если включить в них этот фактор, то он может скорректировать прогнозируемые к 2100 году температуры на несколько градусов, что довольно значимо. В дальнейшем мы планируем учесть больше различий, существующих между разными видами микроорганизмов, чтобы можно было уже количественно оценить вклад, который вносит в потепление низкое и высокое микробное разнообразие», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Елена Савенкова, старший научный сотрудник ООО «ЦНИР».
Источник новости: habr.com
