Физики выяснили, что «океанический снег» влияет на климат Земли
Исследование физиков из Варшавского университета, опубликованное в журнале Journal of Fluid Mechanics, показало, как крошечные частицы органики, медленно опускающиеся на дно океана, могут влиять на глобальный климат. Эти частицы переносят огромные объемы углерода из поверхностных слоев воды в глубину, и от того, насколько эффективно это происходит, зависит скорость накопления углекислого газа в атмосфере.
Что такое морской снег?
В океане постоянно идет своеобразный «снегопад», который не имеет ничего общего с обычным снегом. Миллиарды крошечных хлопьев мертвой органики — остатки водорослей, фекалии зоопланктона, погибшие микроорганизмы и другие частицы — медленно опускаются сквозь толщу воды. Из-за своей сложной, пушистой формы их называют морским снегом.
Этот процесс играет огромную роль в жизни планеты. Когда морской снег тонет, он уносит с поверхности океана углерод, который раньше был связан в форме углекислого газа из атмосферы. Чем быстрее и глубже он опускается, тем эффективнее океан выполняет роль «углеродного насоса», смягчая глобальное потепление.
По пути вниз эти хлопья часто сталкиваются друг с другом и слипаются, образуя более крупные и тяжелые агрегаты. От частоты таких столкновений напрямую зависит, как быстро частицы будут тонуть и сколько углерода в итоге достигнет дна.
До сих пор моделирование этого процесса было довольно приблизительным. Ученые обычно рассматривали только один из двух возможных механизмов столкновения, хотя в реальности работают оба.
Два механизма столкновений
Первый механизм — броуновское движение. Мелкие частицы хаотично дрожат и перемещаются в воде под действием ударов молекул. Это случайное движение позволяет им сталкиваться даже с теми частицами, которые находятся не прямо на их пути.
Второй механизм — прямое «заметание». Крупные и тяжелые хлопья, быстрее опускающиеся вниз, буквально «подметают» более мелкие и медленные частицы, встречающиеся на их пути.
Раньше исследователи часто просто складывали частоты этих двух процессов. Варшавские физики решили проверить, насколько такой упрощенный подход точен.
Что показали результаты
С помощью детального компьютерного моделирования ученые впервые проанализировали оба механизма одновременно. Оказалось, что простое суммирование частот дает приемлемую погрешность (не более 20%), но в некоторых случаях может сильно искажать реальную картину — вплоть до недооценки количества столкновений в десятки раз.
«Мы исследовали достоверность единственного существующего метода объединения обоих явлений, который включает суммирование частот столкновений. Этот метод дает погрешность, не превышающую 20%. В действительности сложных океанографических измерений это удовлетворительный результат. Однако он не является точным» — говорит Ян Турчинович, ведущий автор статьи.
Исследование также показало интересную закономерность: граница, при которой один механизм начинает преобладать над другим, почти точно совпадает с биологическим разделением между пикопланктоном и нанопланктоном.
Почему это важно для климата
Точное понимание поведения морского снега критически важно для климатических моделей. Если мы неправильно оцениваем, сколько углерода уходит на дно океана, то и прогнозы глобального потепления становятся менее точными.
Работа польских ученых помогает улучшить существующие модели и лучше понять, как меняется углеродный цикл в условиях потепления океана. Несмотря на 50 лет изучения морского снега, в этом процессе до сих пор остается много белых пятен.
