NASA-supercomputers onderzoeken leven nabij de meest actieve gletsjer van Groenland

Oceanstromen rondom Noord-Amerika en Groenland: In deze datavisualisatie, gemaakt met behulp van NASA’s ECCO-model, worden oceaanstromen afgebeeld. Geavanceerde computers helpen oceanografen bij het ontcijferen van hotspots van fytoplankton groei.

Nu het ijs van Groenland terugtrekt, stimuleert het kleine oceaanorganismen. Om te begrijpen waarom, hebben wetenschappers een computermodel van JPL en MIT gebruikt dat als een laboratorium op zich wordt beschouwd.

Afvoer van het ijs van Groenland brengt voedingsstoffen uit de diepten van de oceaan naar boven en bevordert de groei van fytoplankton, zo blijkt uit een nieuwe studie. In het tijdschrift Nature Communications: Earth & Environment hebben de wetenschappers geavanceerde computertechnologie gebruikt om het samenspel van zeeleven en fysica in een turbulente fjord te simuleren. Oceanografen zijn benieuwd naar wat deze kleine plantachtige organismen aandrijft, die kooldioxide opnemen en de wereldwijde visserij aandrijven.

Het ijs van Groenland, dat gemiddeld een mijl dik is, verliest jaarlijks zo’n 293 miljard ton (266 miljard metrische ton) ijs. Gedurende het piekmeltseizoen stroomt er meer dan 300.000 gallons (1.200 kubieke meter) zoet water elke seconde vanuit de Jakobshavn-gletsjer, ook wel bekend als Sermeq Kujalleq, de meest actieve gletsjer op het ijsveld. Dit water komt samen en stort honderden voeten onder het oppervlak naar beneden.

De smeltwaterpluim is zoet en heeft een hogere drijfvermogen dan het omringende zoutwater. Wetenschappers hebben gesuggereerd dat het mogelijk voedingsstoffen zoals ijzer en nitraat – een essentieel bestanddeel van meststoffen – aan het fytoplankton op het oppervlak levert.

Onderzoekers volgen deze microscopische organismen, omdat ze, hoewel ze veel kleiner zijn dan een speldenknop, de titanen van het oceaanvoedselweb zijn. Ze komen voor in elke oceaan, van de tropen tot de poolgebieden, en voeden krill en andere grazers die op hun beurt grotere dieren, waaronder vissen en walvissen, ondersteunen.

Eerdere studies met behulp van NASA-satellietgegevens hebben aangetoond dat de groei van fytoplankton in de Arctische wateren tussen 1998 en 2018 met 57% is toegenomen. Een toevoer van nitraat uit de diepten zou bijzonder belangrijk zijn voor het fytoplankton van Groenland in de zomer, nadat de meeste voedingsstoffen zijn verbruikt door eerdere lentebloei. Maar de hypothese is moeilijk te testen langs de kust, waar het afgelegen terrein en ijsbergen zo groot als stadsblokken langdurige observaties bemoeilijken.

“We stonden voor het klassieke probleem om een systeem te begrijpen dat zo afgelegen is en onder ijs verborgen ligt,” zei Dustin Carroll, een oceanograaf aan de San José State University die ook verbonden is aan NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië. “We hadden een prachtig computermodel nodig om te helpen.”

Om te recreëren wat er gebeurde in de wateren rond de meest actieve gletsjer van Groenland, heeft het team een model van de oceaan gebruikt dat is ontwikkeld bij JPL en het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. Dit model verwerkt bijna alle beschikbare oceaanmetingen die in de afgelopen drie decennia zijn verzameld door zee- en satellietinstrumenten. Dit komt neer op miljarden gegevenspunten, van watertemperatuur en zoutgehalte tot druk op de zeebodem. Het model staat bekend als Estimating the Circulation and Climate of the Ocean-Darwin (kortweg ECCO-Darwin).

Het simuleren van “biologie, chemie en fysica die samenkomen” in zelfs één gebied langs de 27.000 mijl (43.000 kilometer) lange kustlijn van Groenland is een enorm wiskundig probleem, merkte hoofdauteur Michael Wood op, een computationele oceanograaf aan de San José State University. Om het op te splitsen, zei hij dat het team een “model binnen een model binnen een model” heeft gebouwd om in te zoomen op de details van de fjord aan de voet van de gletsjer.

Met behulp van supercomputers in NASA’s Ames Research Center in Silicon Valley berekenden ze dat voedingsstoffen uit diep water, die door gletsjerafvoer naar boven worden gedreven, voldoende zouden zijn om de groei van fytoplankton in de zomer met 15 tot 40% te verhogen in het bestudeerde gebied.

Wat betekent dit voor de toekomst? Kan de toegenomen fytoplankton een zegen zijn voor de mariene dieren en de visserij van Groenland? Carroll gaf aan dat het tijd zal kosten om de impact op het ecosysteem te ontrafelen. De afsmelting van het Groenlandse ijsveld zal naar verwachting in de komende decennia versnellen, met gevolgen voor alles, van de zeespiegel en landvegetatie tot de zoutigheid van de kustwateren.

“We hebben gereconstrueerd wat er gebeurt in één belangrijk systeem, maar er zijn meer dan 250 van zulke gletsjers rond Groenland,” zei Carroll. Hij merkte op dat het team van plan is hun simulaties uit te breiden naar de hele Groenlandse kust en daarbuiten.

Sommige veranderingen lijken zowel positieve als negatieve effecten op de koolstofcyclus te hebben. Het team heeft berekend hoe de afvoer van de gletsjer de temperatuur en chemie van het zeewater in de fjord verandert, waardoor het minder in staat is om kooldioxide op te lossen. Deze verliezen worden echter gecompenseerd door de grotere bloei van fytoplankton die meer kooldioxide uit de lucht opnemen tijdens de fotosynthese.

Wood voegde eraan toe: “We hebben deze tools niet voor één specifieke toepassing gebouwd. Onze benadering is toepasbaar op elke regio, van de Golf van Texas tot Alaska. Net als een Zwitsers zakmes kunnen we het toepassen op veel verschillende scenario’s.”