Новое исследование по климатическому моделированию, опубликованное в журнале Science Advances исследователями из Центра физики климата IBS (ICCP) при Пусанском национальном университете в Южной Корее, представляет новый сценарий того, как климат и жизнь на нашей планете изменились бы в ответ на потенциальное будущее столкновение с астероидом среднего размера (около 500 м).

Солнечная система полна объектов с околоземными орбитами. Большинство из них не представляют никакой угрозы для Земли, но некоторые из них были идентифицированы как представляющие интерес объекты с ненулевой вероятностью столкновения. Среди них астероид Бенну диаметром около 500 м, который, согласно недавним исследованиям, имеет расчетную вероятность столкновения с Землей в сентябре 2182 года 1 к 2700. Это похоже на вероятность подбросить монету 11 раз подряд с одним и тем же результатом.

Чтобы определить потенциальное воздействие столкновения астероида на климатическую систему, а также на наземные растения и планктон в океане, исследователи из ICCP приступили к моделированию идеализированного сценария столкновения с астероидом среднего размера, используя современную климатическую модель. Эффект столкновения представлен массивным выбросом нескольких сотен миллионов тонн пыли в верхние слои атмосферы. В отличие от предыдущих исследований, новое исследование также моделирует наземные и морские экосистемы, а также сложные химические реакции в атмосфере.

Используя суперкомпьютер IBS Aleph, исследователи запустили несколько сценариев воздействия пыли для столкновения астероида типа Бенну с Землей. В ответ на выбросы пыли в количестве 100–400 миллионов тонн, моделирование на суперкомпьютере показывает резкие нарушения климата, химического состава атмосферы и глобального фотосинтеза в течение 3–4 лет после удара. В наиболее интенсивном сценарии затемнение Солнца из-за пыли вызовет глобальное охлаждение поверхности до 4°C, сокращение среднегодового количества осадков на 15% и серьезное истощение озонового слоя примерно на 32%. Однако в региональном масштабе эти воздействия могут быть гораздо более выраженными.

Доктор Лан Дай, научный сотрудник ICCP и ведущий автор исследования, говорит, что резкая «ударная зима» создаст неблагоприятные климатические условия для роста растений, что приведет к первоначальному сокращению фотосинтеза в наземных и морских экосистемах на 20–30%. Это, вероятно, вызовет массовые сбои в глобальной продовольственной безопасности.

Когда исследователи изучили данные океанической модели из своих симуляций, они с удивлением обнаружили, что рост планктона демонстрирует совершенно иное поведение. Вместо быстрого сокращения и медленного двухлетнего восстановления на суше, планктон в океане восстановился уже в течение 6 месяцев и даже увеличился впоследствии до уровней, не наблюдавшихся даже в нормальных климатических условиях.

Профессор Аксель Тиммерманн, директор ICCP и соавтор исследования, поясняет: ученые смогли проследить эту неожиданную реакцию до концентрации железа в пыли. Железо является ключевым питательным веществом для водорослей, но в некоторых районах, таких как Южный океан и восточная тропическая часть Тихого океана, его естественное содержание очень низкое. В зависимости от содержания железа в астероиде и в земном материале, который выбрасывается в стратосферу, обедненные питательными веществами регионы могут стать обогащенными биодоступным железом, что, в свою очередь, вызовет беспрецедентное цветение водорослей. Согласно компьютерному моделированию, после столкновения увеличение продуктивности морской среды будет наиболее выражено для богатых силикатами водорослей, называемых диатомовыми. Их цветение также привлечет большое количество зоопланктона — мелких хищников, которые питаются диатомовыми водорослями.

Доктор Лан Дай добавляет, что смоделированное чрезмерное цветение фитопланктона и зоопланктона может быть благом для биосферы и может помочь облегчить возникающую нехватку продовольствия, связанную с более длительным снижением продуктивности суши.

Профессор Тиммерманн говорит, что в среднем астероиды среднего размера сталкиваются с Землей примерно каждые 100–200 тысяч лет. Это означает, что ранние предки человека, возможно, пережили некоторые из этих событий, меняющих планету, с потенциальным воздействием на эволюцию человека и даже на генетический состав.

Новое исследование в Science Advances дает новое представление о климатических и биосферных реакциях на столкновения с объектами, находящимися на околоземной орбите. На следующем этапе исследователи ICCP из Южной Кореи планируют более подробно изучить реакцию ранних людей на такие события, используя компьютерные модели на основе агентов, которые имитируют отдельных людей, их жизненные циклы и их поиск пищи.