Некоторые из ключевых участников климатической системы Земли остаются практически незаметными. Кальцифицирующий планктон — микроскопические организмы, формирующие твердые раковины, — играет важную роль в регулировании температуры планеты, улавливая углерод и перемещая его через океан. Однако, как отмечается в новом обзоре, опубликованном в журнале Science, эти организмы недостаточно учитываются в климатических моделях, используемых для прогнозирования будущего Земли. Исследование провела международная команда из Института экологических наук и технологий Автономного университета Барселоны (ICTA-UAB, Испания).

Роль кальцифицирующего планктона в климате

В работе рассматриваются три основные группы кальцифицирующего планктона: кокколитофоры, фораминиферы и птероподы. По словам авторов, климатические модели часто упрощают или вовсе исключают этих организмов, что может привести к неполному пониманию того, как океан реагирует на изменение климата.

Когда климатические модели не учитывают кальцифицирующий планктон, они могут упустить важные этапы глобального углеродного цикла. Эти организмы строят крошечные раковины из карбоната кальция (CaCO₃), вещества, играющего ключевую роль в химии океана. По мере роста и гибели планктона углерод перемещается из атмосферы в более глубокие слои океана.

Этот процесс, известный как океанический углеродный насос, способствует стабилизации климата Земли на протяжении длительных периодов времени. Он также влияет на химию морской воды и способствует образованию осадков, которые ученые используют для изучения климата прошлого.

«Раковины планктона малы, но вместе они формируют химию наших океанов и климат планеты», — отмечает Патриция Зивери, профессор-исследователь ICREA в ICTA-UAB и ведущий автор исследования. — «Если не учитывать их в климатических моделях, мы рискуем упустить фундаментальные процессы, определяющие, как система Земли реагирует на изменение климата».

Недостатки современных моделей

Исследователи подчеркивают, что большая часть карбоната кальция, производимого планктоном, не опускается на дно океана. Значительная его доля растворяется в верхних слоях воды — этот процесс называется поверхностным растворением. Его вызывают биологическая активность, поедание, слипания частиц и микробное дыхание.

Поверхностное растворение существенно меняет химию океана, однако этот процесс практически не учитывается в основных моделях Земной системы (например, CMIP6), используемых для глобальных климатических оценок. Без учета этого процесса модели могут неверно оценивать перемещение углерода в океане и реакцию системы на экологические стрессы.

Разнообразие и уязвимость планктона

В исследовании также отмечается, что разные группы кальцифицирующего планктона ведут себя по-разному. Каждая из них обладает уникальными характеристиками, влияющими на их распространение, роль в морских экосистемах и чувствительность к изменению климата.

Кокколитофоры — крупнейшие производители CaCO₃, но они особенно уязвимы к закислению океана, поскольку не имеют специализированных механизмов для удаления избытка кислотности из клеток. У фораминифер и птеропод такие механизмы есть, однако они сталкиваются с другими рисками, включая снижение уровня кислорода и повышение температуры воды. Вместе эти организмы определяют, как углерод хранится и перерабатывается в океане, и рассматривать их как единую группу — значит чрезмерно упрощать реакцию океана на климатические воздействия.

Необходимость новых данных и подходов

Авторы призывают срочно измерять, сколько карбоната кальция производит, растворяет и экспортирует в глубинные воды каждая группа планктона. Включение этих данных в климатические модели, по их мнению, улучшит прогнозы взаимодействия океана и атмосферы, долгосрочного хранения углерода и интерпретации осадочных записей, используемых для реконструкции климатической истории Земли.

«Если мы игнорируем самых маленьких обитателей океана, мы можем упустить важные климатические динамики», — говорит доктор Зивери. — «Интеграция кальцифицирующего планктона в климатические модели может дать более точные прогнозы и глубокое понимание того, как экосистемы и общества могут быть затронуты».

Исследователи заключают, что устранение этих пробелов в знаниях необходимо для создания нового поколения климатических моделей, которые точнее отражают биологическую сложность океанов.