Ученые ЛЭТИ создали модель, предсказывающую изменения биосферы Земли

Разработка позволяет на основе данных о климатических изменениях прогнозировать развитие биологических видов, в частности, растений.

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», – рассказывает профессор кафедры алгоритмической математики СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ведущий научный сотрудник лаборатории математического моделирования волновых процессов ИПМаш РАН Сергей Августович Вакуленко.

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.