ORNL的生物地球化学家Teri O’meara专注于改善沿海系统在全球气候模型中的表现，从而更好地预测这些关键生态系统的未来。图片来源:Carlos Jones/ORNL，美国能源部
橡树岭国家实验室的泰瑞·奥米拉(Teri O’meara)被内陆田纳西州的群山环绕，她专注于了解美国海岸沿线至关重要的生态系统的未来。
她带来了生物地球化学专业知识和经验，在马里兰州的盐沼、北卡罗来纳州的海洋森林和新西兰的滩地进行研究，以改善全球气候模型如何代表沿海生态系统的挑战。
奥米拉说:“我们的沿海生态系统有很多重要的功能。”“它们也非常美丽，而且越来越濒临灭绝。”
仅在美国就有超过95000英里的海岸线，地貌广阔多样，容易受到自然和人为变化的影响。河口、海湾、红树林和湿地等生态系统作为陆地和海洋之间的缓冲区。它们过滤污染物，充当多种鱼类的苗圃，限制侵蚀，并在碳储存方面发挥重要作用。
这些生态系统在各种压力下挣扎，包括海平面上升、风暴潮和土地开发。奥米拉的研究旨在在预测模型中更好地反映这些动态生态系统，这可以帮助领导人检查未来的情景并采取行动。
作为由史密森尼环境研究中心联合任命的ORNL的工作人员，奥米拉为她的研究带来了天生的好奇心和解决谜题的爱好。她喜欢寻找大大小小的答案。
“我想知道一切的一切，”奥米拉说。“如果你只关注一个过程或过程的子集，你可能会错过大局。”
建立联系是奥米拉工作的核心。她与建模师和实地科学家合作，参与能源部的一个多实验室项目，该项目名为“跨系统和尺度的海岸观测、机制和预测”，简称COMPASS。她觉得自己很幸运能参与到这样一项综合性的努力中。
奥米拉说:“如果你试图创造的是一个宏观图景的机械表征，那么你需要衡量所有这些过程——生物地球化学、水文、生态——是如何相互作用的。”“因为COMPASS包括了跨越许多学科的合作伙伴，它使我们能够收集各种数据，从而更清楚地了解这些过程是如何相互联系的。”
在水与陆地相遇的地方
研究发生在陆地和水之间的过渡地带的相互作用一直是奥米拉从本科学习开始就一直贯穿她的工作的潮流。但高中毕业后的暑期实习激发了她对海洋科学的热情。
17岁时，奥米拉开始了她的第一个研究机会，她在芝加哥的谢德水族馆实习，其中包括在巴哈马群岛的一艘研究船上生活了两周。在那里，她每天都在冲浪中度过，为一个项目收集数据，比较生活在岛屿迎风面和背风面的软体动物种类。
那年秋天，她在密歇根的霍普学院继续追求科学。开始上学时，她想成为一名兽医，但发现对胎猪和老鼠的手术并不适合她。为了寻找合适的人选，她参加了各种各样的科学课程。她广撒网，完成了大学学业，获得了生物学和化学两个独立学位，距离地质学的三分之一只差几个学分。事实证明，这种跨学科的混合对她的职业生涯至关重要。
正是她对跨学科的关注，让奥米拉获得了地质系的一项本科生研究任务，在她大一结束后的那个夏天，她做了一个基于化学的项目。这项研究聚焦于抗生素等药物在地下水中的命运和运输——这也是奥米拉发表的第一篇论文的主题。
奥米拉在北卡罗来纳大学教堂山分校获得了环境科学与工程博士学位，重点是海洋科学。她的论文集中在营养污染的影响和其他人类对沿海生态系统的影响。
接下来，她前往新西兰，在奥克兰大学(University of Auckland)做了三年博士后，将她的生物地球化学知识应用到一个沿海生态项目中，并教授学生。在北岛的实地工作让她有机会探索与美国海岸线截然不同的景观，美国海岸线因工业污染和化肥径流等各种来源的氮等营养物质过剩而遭受损失。在新西兰，近岸水域有相反的问题:营养缺乏。
“感觉就像在月球上工作，”奥米拉说。“这些开阔的沙滩看起来什么都没有。但如果你真的靠近，就会发现沙子上覆盖着一层薄薄的鼻涕状藻类，支撑着各种生命。地表下的区域充满了各种各样的生物。”
奥米拉研究了像蠕虫这样指甲盖大小的动物“推过黏液层”的方式，并对景观的生物地球化学产生了巨大的影响。这段经历为她在国内研究海岸系统受到的大大小小的影响做好了准备。
她回到美国，在史密森尼环境研究中心(Smithsonian Environmental Research Center)攻读博士后，专注于沿海栖息地的建模。由于该实验室在地球系统模型方面的专业知识，以及便于与地球系统科学部门的关键顾问彼得·桑顿(Peter Thornton)合作，该职位设在美国国家实验室。
“我开始那份工作时没有任何模特经验，但在橡树岭一些非常棒的人的帮助和耐心下，我学到了很多，”奥米拉说。
随着COMPASS项目的启动，她在沿海系统方面的经验被证明是无价的，奥米拉接受了加入项目团队的邀请，于2021年3月成为ORNL的工作人员。
沿海复杂性建模
COMPASS团队正在解决计算模型的差距，例如能源部能源百亿亿次地球系统模型(E3SM)。这些模型目前没有捕捉到发生在陆地和水之间的动态交换。奥米拉把E3SM的海岸比喻成一个陆地和一个水的盒子，箭头从陆地指向海洋。现实要复杂得多。
潮汐造成水位的涨落，植物的根系向土壤中注入氧气，动物在沙子和海洋之间移动营养物质。微生物在有氧气和没有氧气的小地方茁壮成长，植物被埋在沉积物中。教科书上关于有序的化学反应层的概念随着海浪被搅乱。这些因素影响着碳在系统中的移动方式，以及有多少碳被储存或释放到大气中，从而影响着气候变化。
为了解决这种复杂性，奥米拉正在对系统的一小部分进行建模。在一个一维模型中，她专注于捕捉在沉积物和表面之间的一个水柱中发生的最重要的化学反应。她的研究结果可以被放大到更大的模型中。
O'Meara还在现场收集数据的建模者和研究人员之间扮演着桥梁的角色。她在综合的、跨学科的工作中感到很满足。奥米拉说:“我真的觉得我在ORNL的工作中取得了科学上的进步。”
她继续说:“能源部非常关心大局，有了这些大型项目，你可以与不同领域的所有专家一起工作和学习，这让我感到很兴奋。”“专业知识的广度给了你一个扩展的机会，看看所有这些联系如何适应系统。这是吸引我来到橡树岭的真正原因。”
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