Ученые Института проблем машиноведения РАН совместно с коллегами из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета ЛЭТИ, Новгородского центра развития инноваций и промышленности и Нортумбрийского университета (Великобритания) построили модель, позволяющую прогнозировать развитие биомов на основе изменения климатических данных. 

Результаты исследования опубликованы в Applied Mathematical Modelling.

Климатические изменения на Земле могут вызывать глобальные изменения. Причем эти изменения могут влиять не только на климатическую систему самой планеты, но и экосистему и биосферу в целом. Эта связь является взаимной, то есть биосфера тоже может влиять на климат.

Проиллюстрировать эту связь можно тем, что 2 млрд лет назад в атмосфере Земли не было кислорода, и она состояла в основном из углерода и метана. Однако климатические изменения вовремя криогения (720—635 млн лет назад) привели к увеличению кислорода. Попавшие в результате этого в океан осадки, богатые химическими элементами такими как фосфор, вместе с высоким содержание 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 климат изменился радикально, и как следствие изменились состав атмосферы и биосфера. Связь между климатом и биосферой существует и сегодня. Для многих бактерий кислород – это яд. Они были вынуждены прятаться в болотах, прудах и т.д. В результате потепления болота в Сибири меньше подвержены замерзанию, что приводит к быстрому росту популяций бактерий, живущим там. Эти бактерии выбрасывают в атмосферу метан и атмосфера разогревается сильнее. Этот процесс может привести к глобальному потеплению и даже полному вымиранию всего живого на планете.

«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», – прокомментировал ведущий научный сотрудник лаборатории математического моделирования волновых процессов ИПМаш РАН Сергей Вакуленко.

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