Meşələr İqlimi Tənzimləyir və Külək istehsal edir - Biotik Nasos Nəzəriyyəsi

2024 Müəllif: Seth Attwood | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-16 15:57

Sankt-Peterburq Nüvə Fizikası İnstitutunun nüvə fizikası Anastasiya Makariyeva on ildən artıqdır ki, Rusiyanın tayqa meşələrinin Asiyanın şimal rayonlarının iqlimini tənzimlədiyi nəzəriyyəsini müdafiə edir. Bir çox Qərb meteoroloqu onunla razılaşmır, lakin Rusiya hökuməti və alimləri bu nəzəriyyə ilə maraqlanırlar.

Hər yay, günlər uzandıqca, Anastasiya Makariyeva Sankt-Peterburqdakı laboratoriyasını tərk edərək Rusiyanın Şimalının ucsuz-bucaqsız meşələrinə istirahətə yollanır. Nüvə fiziki Ağ dənizin sahilində, küknar və şam ağacları arasında çadır qurur, rayonun ucsuz-bucaqsız çaylarında kayakda üzür, təbiət və hava haqqında qeydlər aparır. "Meşələr şəxsi həyatımın böyük bir hissəsidir" deyir. Şimalda 25 illik illik həcc ziyarəti onun peşəkar həyatının vacib hissəsinə çevrilib.

On ildən artıqdır ki, Makarieva, Peterburq Nüvə Fizikası İnstitutundan (PNPI) müəllimi və həmkarı Viktor Qorşkov ilə birlikdə inkişaf etdirdiyi nəzəriyyəni Rusiyanın ən böyük meşəsi olan boreal (tayqa) meşələri ilə bağlı müdafiə edir. Yer üzündə Şimali Asiyanın iqlimini tənzimləyir. Bu sadə, lakin geniş əhatəli fiziki nəzəriyyə ağacların çıxardığı su buxarının küləkləri necə yaratdığını təsvir edir - bu küləklər qitəni keçərək Avropadan rütubətli havanı Sibirdən keçərək Monqolustan və Çinə aparır; bu küləklər Şərqi Sibirin nəhəng çaylarını qidalandıran yağışları daşıyır; bu küləklər Çinin şimal düzənliyini, planetin ən sıx məskunlaşdığı ölkənin taxıl anbarını sulayır.

Karbon qazını udmaq və oksigeni tənəffüs etmək qabiliyyətinə görə böyük meşələr çox vaxt planetin ağciyərləri adlanır. Lakin Makarieva və Qorşkov (keçən il vəfat edib) əmindirlər ki, onlar da onun ürəyidir. “Meşələr mürəkkəb, öz-özünə dayanan yağış sistemləridir və Yer kürəsində atmosferin sirkulyasiyasında əsas amildir,” Makariyeva deyir. Onlar havada çoxlu miqdarda nəm dövriyyəsini həyata keçirirlər və bu prosesdə bu suyu bütün dünyaya pompalayan küləklər yaradırlar. Bu nəzəriyyənin birinci hissəsi - meşələrin yağış yağdırması - digər elm adamlarının araşdırmalarına uyğundur və meşələrin kütləvi qırılması zamanı su ehtiyatlarını idarə edərkən getdikcə daha çox xatırlanır. Lakin ikinci hissə, Makarievanın biotik nasos adlandırdığı nəzəriyyə daha çox mübahisəlidir.

Əsərin nəzəri məlumatı - az tanınmış jurnallarda olsa da - dərc edildi və Makarieva kiçik bir həmkarlar qrupu tərəfindən dəstəkləndi. Lakin biotik nasos nəzəriyyəsi çoxlu tənqidlərə məruz qaldı - xüsusilə iqlim modelçiləri. Bəziləri nasosun təsirinin əhəmiyyətsiz olduğuna inanır, digərləri isə tamamilə inkar edir. Nəticədə, Makariyeva özünü autsayder rolunda tapdı: model tərtibatçıları arasında nəzəri fizik, Qərb alimləri arasında rus və kişilərin idarə etdiyi ərazidə qadın.

Lakin, onun nəzəriyyəsi doğrudursa, okeanlardan xeyli məsafədə olmasına baxmayaraq, meşəlik qitələrin daxili hissələrində niyə sahildəki qədər çox yağış yağdığını və niyə ağacsız qitələrin daxili hissəsində, əksinə, adətən quraq olur. Bu, həm də o deməkdir ki, meşələr - rus tayqasından tutmuş Amazonun tropik meşələrinə qədər - yalnız hava şəraiti olan yerlərdə böyümür. Özləri düzəldirlər. Norveç Həyat Elmləri Universitetinin meşə ekoloqu Duqlas Şeyl deyir: “Oxuduqlarımdan belə nəticəyə gəldim ki, biotik nasos işləyir. Dünya meşələrinin taleyi sual altında olduğu üçün “Bu nəzəriyyənin doğru olduğuna ən kiçik bir şans olsa belə, bunu dəqiq öyrənmək lazımdır” deyir.

Meteorologiya üzrə bir çox dərsliklərdə hələ də təbiətdəki su dövriyyəsinin diaqramı verilir, burada buludlarda kondensasiya olunan və yağış şəklində düşən atmosfer rütubətinin əsas səbəbi okeanın buxarlanmasıdır. Bu sxem bitki örtüyünün və xüsusilə nəhəng fəvvarələr kimi fəaliyyət göstərən ağacların rolunu tamamilə rədd edir. Onların kökləri fotosintez üçün torpaqdan su çəkir və yarpaqlardakı mikroskopik məsamələr istifadə olunmamış suyu havaya buxarlayır. Bu proses - bir növ tərləmə, yalnız ağaclarda - transpirasiya adlanır. Beləliklə, bir yetkin ağac gündə yüzlərlə litr su buraxır. Böyük yarpaq sahəsinə görə, meşə tez-tez eyni ölçülü su hövzəsindən daha çox nəm buraxır.

Yağış paradı

"Uçan çaylar" adlanan küləklər, meşələrdən atılan su buxarını udaraq yağışı uzaq su obyektlərinə çatdıran üstünlük təşkil edən küləklərdir. Mübahisəli bir nəzəriyyə, küləkləri meşələrin özləri idarə etdiyini göstərir.

Biotik nasos nəzəriyyəsinə görə, meşələr təkcə yağışa deyil, həm də küləyə səbəb olur. Sahil meşələri üzərində su buxarı kondensasiya edildikdə, hava təzyiqi azalır və nəmli okean havasını çəkən küləklər yaranır. Transpirasiya və kondensasiya dövrləri yağışı minlərlə kilometr içərilərə aparan küləklər yaradır.

Beləliklə, Çində yağıntının təxminən 80% -i Trans-Sibir uçan çayı sayəsində qərbdən gəlir. Uçan Amazon çayı isə Cənubi Amerikanın cənub-şərq hissəsindəki yağıntıların 70%-ni təmin edir.

Braziliyalı meteoroloq Eneas Salati Amazon hövzəsindən gələn yağış suyunun izotop tərkibini tədqiq edənə qədər 1979-cu ilə qədər bu ikinci dərəcəli nəmin qida yağışlarının əmələ gəlməsindəki rolu nəzərə alınmadı. Məlum olub ki, transpirasiya yolu ilə qaytarılan suda okeandan buxarlanan sudan daha çox ağır oksigen-18 izotoplu molekul var. Beləliklə, Salati Amazon üzərindəki yağışın yarısının meşələrin buxarlanması nəticəsində düşdüyünü göstərdi.

Meteoroloqlar atmosfer reaktivini təxminən 1,5 kilometr yüksəklikdə meşə üzərində izləyiblər. Birlikdə Cənubi Amerikanın aşağı reaktiv axını kimi adlandırılan bu küləklər Amazonda qərbdən şərqə doğru yarış velosipedi sürəti ilə əsir, bundan sonra And dağları onları cənuba sürükləyir. Salati və başqaları, buraxılan nəmin böyük hissəsini daşıyanların məhz onlar olduğunu irəli sürdülər və onları “uçan çay” adlandırdılar. Braziliya Milli Kosmik Tədqiqatlar İnstitutundan klimatoloq Antonio Nopenin sözlərinə görə, uçan Amazon çayı bu gün altındakı nəhəng Yer çayı qədər su daşıyır.

Bir müddət uçan çayların Amazon hövzəsi ilə məhdudlaşdığına inanılırdı. Lakin 1990-cı illərdə Deltfe Texnologiya Universitetində hidroloq Hubert Savenije Qərbi Afrikada nəm resirkulyasiyasını öyrənməyə başladı. Hava məlumatlarına dair hidroloji modeldən istifadə edərək, o, müəyyən etdi ki, sahildən içəriyə nə qədər uzaq olsa, meşələrdən düşən yağıntıların nisbəti bir o qədər yüksəkdir - daxili hissədə 90% -ə qədər. Bu kəşf daxili Sahelin niyə quruduğunu izah edir: sahilyanı meşələr son yarım əsrdə yoxa çıxıb.

Savenierin tələbələrindən biri Ruud van der Ent nəmlik hava axınının qlobal modelini yaratmaqla öz ideyasını inkişaf etdirdi. O, yağıntıların, rütubətin, küləyin sürətinin və temperaturunun müşahidələrini və buxarlanma və transpirasiyanın nəzəri hesablamalarını birləşdirdi və çay hövzələrindən kənarda miqyasda rütubətin daşınmasının ilk modelini yaratdı.

2010-cu ildə Van der Ent və onun həmkarları qlobal miqyasda yağıntıların 40%-nin okeanda deyil, quruda baş verdiyinə dair tapıntılarını açıqladılar. Çox vaxt daha çox. Uçan Amazon çayı Cənubi Amerikanın cənub-şərqində uzanan Rio de la Plata hövzəsində yağıntının 70%-ni təmin edir. Van der Ent çox təəccübləndi ki, Çin suyunun 80% -ni qərbdən alır - üstəlik, bu, əsasən Skandinaviya və Rusiyanın tayqa meşələri tərəfindən emal edilən Atlantik nəmdir. Səyahət bir neçə mərhələdən ibarətdir - əlaqəli yağış ilə transpirasiya dövrləri - və altı ay və ya daha çox vaxt aparır. "Bu, hər kəsin orta məktəbdə öyrəndiyi əvvəlki məlumatlarla ziddiyyət təşkil edir" deyir. “Çin okeana, Sakit Okeana yaxındır, lakin onun yağıntılarının çoxu uzaq qərbdəki qurudan gələn nəmdir”.

Makarieva haqlıdırsa, meşələr nəinki nəm təmin edir, həm də onu daşıyan küləyi yaradır.

Qorşkovla dörddə bir əsr işlədi. O, həm mülki, həm də hərbi, Rusiyanın ən böyük nüvə tədqiqat institutu olan Kurçatov İnstitutunun bölməsi olan PNPİ-də tələbə kimi başlayıb. Onlar lap əvvəldən sahədə çalışıblar və fiziklərin nüvə reaktorlarından və neytron şüalarından istifadə edərək materialları öyrəndiyi institutda ekologiya ilə məşğul olublar. Nəzəriyyəçilər kimi, o xatırlayır ki, onların "tədqiqat və düşüncədə müstəsna azadlığı" var idi - onlar hara getsələr də, atmosfer fizikası ilə məşğul olurdular. "Viktor mənə öyrətdi: heç nədən qorxma" deyir.

2007-ci ildə onlar ilk dəfə Hydrology and Earth Sciences jurnalında biotik nasos nəzəriyyəsini təqdim etdilər. O, əvvəldən təxribat hesab olunurdu, çünki o, meteorologiyanın çoxdankı prinsipinə zidd idi: küləklər əsasən atmosferin diferensial istiləşməsi nəticəsində yaranır. İsti hava yüksəldikcə, aşağıda olan təbəqələrin təzyiqini azaldır, mahiyyətcə səthdə özü üçün yeni yer yaradır. Məsələn, yayda quru səthi daha tez qızır və sərin okeandan gələn nəmli mehləri özünə çəkir.

Makarieva və Qorşkov iddia edirlər ki, bəzən fərqli bir proses üstünlük təşkil edir. Meşədən gələn su buxarı buludlara çevrildikdə, qaz maye halına gəlir - və daha az həcm tutur. Bu, hava təzyiqini azaldır və daha az kondensasiya olan ərazilərdən havanı üfüqi şəkildə çəkir. Praktikada bu o deməkdir ki, sahil meşələri üzərindəki kondensasiya dəniz küləyi yaradır, nəmli havanı içəriyə itələyir və nəticədə o, kondensasiya olunur və yağış kimi düşür. Meşələr ölkə daxilində uzanırsa, dövrə minlərlə kilometr məsafədə nəmli küləkləri saxlayaraq davam edir.

Bu nəzəriyyə ənənəvi baxışı alt-üst edir: hidroloji dövrəyə nəzarət edən atmosfer sirkulyasiyası deyil, əksinə, hidroloji dövriyyə havanın kütləvi dövriyyəsini tənzimləyir.

Sheel və o, on ildən çox əvvəl nəzəriyyənin tərəfdarı oldu, bunu uçan çaylar ideyasının inkişafı hesab edir. "Onlar bir-birini istisna etmirlər" deyir. “Nasos çayların gücünü izah edir”. O hesab edir ki, biotik nasos “soyuq Amazon paradoksu”nu izah edir. Yanvar ayından iyun ayına qədər Amazon hövzəsi okeandan daha soyuq olduqda, güclü küləklər Atlantikdən Amazona əsir - baxmayaraq ki, diferensial isitmə nəzəriyyəsi başqa cür təklif edərdi. Nobre, başqa bir uzun müddətdir ki, həvəslə izah edir: "Onlar məlumatlardan deyil, əsas prinsiplərdən qaynaqlanır".

Hətta nəzəriyyəyə şübhə edənlər belə, meşələrin itirilməsinin iqlim üçün geniş nəticələrə malik olması ilə razılaşırlar. Bir çox elm adamları min illər əvvəl meşələrin qırılmasının Avstraliyanın daxili torpaqlarının və Qərbi Afrikanın səhralaşmasına səbəb olduğunu iddia edirlər. Gələcəkdə meşələrin qırılmasının digər bölgələrdə quraqlığa səbəb olması, məsələn, Amazon meşələrinin bir hissəsinin savanana çevrilməsi riski var. Fort Collins, Kolorado Universitetinin atmosfer kimyaçısı Patrick Keys deyir ki, Çinin kənd təsərrüfatı bölgələri, Afrika Sahel və Argentina pampaları da risk altındadır.

2018-ci ildə Kees və həmkarları 29 qlobal metropoliten ərazisi üçün yağıntı mənbələrini izləmək üçün van der Entinkinə bənzər bir modeldən istifadə etdilər. O, 19-nun su təchizatının çoxunun Karaçi (Pakistan), Wuhan və Şanxay (Çin), Yeni Dehli və Kolkata (Hindistan) da daxil olmaqla ucqar meşələrdən asılı olduğunu müəyyən etdi."Küləkdən aşağı torpaqdan istifadənin dəyişməsi nəticəsində yaranan yağıntılarda kiçik dəyişikliklər belə şəhər su təchizatının kövrəkliyinə böyük təsir göstərə bilər" deyir.

Bəzi modellər hətta meşələrin qırılmasının rütubət mənbəyini məhv edərək, üzən çayların hüdudlarından kənarda hava şəraitini dəyişmək təhlükəsi yaratdığını təklif edir. Bildiyiniz kimi, El Nino - küləyin temperaturunun dəyişməsi və tropik Sakit Okeanda cərəyanlar - ucqar yerlərdə hava şəraitinə dolayı təsir göstərir. Eyni şəkildə, Amazonda meşələrin qırılması ABŞ-ın Orta Qərbində yağıntıları və Sierra Nevadada qar örtüyünü azalda bilər, bu cür əlaqələri modelləşdirən Mayami Universitetinin klimatoloqu Roni Avissar deyir. Uydurulmuş? “Heç yox” deyə cavab verir. “Biz El Nino-nun buna qadir olduğunu bilirik, çünki meşələrin qırılmasından fərqli olaraq, bu fenomen təkrarlanır və biz bir nümunə müşahidə edirik. Hər ikisi atmosferə buraxılan temperatur və rütubətdəki kiçik dəyişikliklərdən qaynaqlanır”.

Torpaq, su və iqlimin qarşılıqlı əlaqəsini araşdıran Stokholm Universitetinin tədqiqatçısı Lan Wang-Elandsson deyir ki, müəyyən bir çay hövzəsi daxilində su və yeraltı istifadədən kənarda torpaqdan istifadə dəyişikliyinə keçməyin vaxtı çatıb. "Hava kütlələrinin əmələ gəldiyi ərazilərdə meşələri saxlamaq üçün yeni beynəlxalq hidroloji sazişlərə ehtiyac var" deyir.

İki il əvvəl, bütün ölkələrin hökumətlərinin iştirak etdiyi BMT-nin Meşələr Forumunun iclasında Bern Universitetinin torpaq tədqiqatçısı David Ellison bir nümunə təqdim etdi. O nümayiş etdirdi ki, Nil çayının əsas mənbəyi olan Efiopiya dağlıq ərazilərindəki ümumi yağışın 40%-ə qədəri Konqo hövzəsinin meşələrindən qayıdan rütubətdən gəlir. Misir, Sudan və Efiopiya Nil sularının bölüşdürülməsi üçün çoxdan vaxtı keçmiş müqaviləni müzakirə edirlər. Lakin üç ölkədən uzaqda yerləşən Konqo hövzəsində meşələrin qırılması nəm mənbəyini qurudursa, belə bir razılaşma mənasız olardı, Ellison təklif etdi. "Dünyada şirin suların idarə edilməsində meşələr və su arasındakı əlaqə demək olar ki, tamamilə nəzərə alınmır."

Meşə itkisinin təkcə rütubət mənbələrinə deyil, həm də külək modellərinə təsir edəcəyi gözlənilir, çünki biotik nasos nəzəriyyəsi riskləri daha da artıracaq. Ellison xəbərdarlıq edir ki, nəzəriyyə təsdiq olunarsa, “planetar hava sirkulyasiyası modelləri üçün” kritik əhəmiyyət kəsb edəcək – xüsusən də ölkə daxilində rütubətli havanı daşıyan modellər.

Amma hələ ki, nəzəriyyənin tərəfdarları azlıq təşkil edir. 2010-cu ildə Makarieva, Gorshkov, Shil, Nobre və Bay-Liang Li, Kaliforniya Universitetinin ekoloqu, Riverside, biotik nasosun tarixi təsvirini açıq rəyli əsas mövzu jurnalı olan Atmosfer Kimyası və Fizikasında təqdim etdilər. Amma “Küləklər haradan gəlir?” məqaləsi İnternetdə tənqid olundu və jurnalı nəzərdən keçirmək üçün yalnız iki alim tapmaq üçün aylar lazım idi. Prinston Universitetinin Geofiziki Mayelərin Dinamikası Laboratoriyasının meteoroloqu İsaak Held könüllü oldu və nəşrin rədd edilməsini tövsiyə etdi. "Bu sirli bir təsir deyil" deyir. “Bu, ümumiyyətlə, əhəmiyyətsizdir və üstəlik, artıq bir sıra atmosfer modellərində nəzərə alınıb”. Tənqidçilər deyirlər ki, su buxarının kondensasiyası nəticəsində yaranan istilikdən havanın genişlənməsi kondensasiyanın məkan təsirinə qarşı çıxır. Lakin Makarieva deyir ki, bu iki təsir məkan baxımından bir-birindən ayrılır: istiləşmə yüksəklikdə baş verir və kondensasiya təzyiqinin azalması biotik küləyin yarandığı səthə yaxın baş verir.

Digər rəyçi Corciya Texnologiya İnstitutunda atmosfer fizikası Judith Curry idi. O, çoxdan atmosferin vəziyyətindən narahat idi və məqalənin dərc edilməli olduğunu hiss etdi, çünki "qarşıdurma klimatologiyaya pis təsir edir və fiziklər üçün onun burnundan qan lazımdır". Üç illik müzakirələrdən sonra jurnalın redaktoru Held-in tövsiyəsini rədd etdi və məqaləni dərc etdi. Amma eyni zamanda o qeyd edib ki, nəşri təsdiq hesab etmək olmaz, lakin o, mübahisəli bir nəzəriyyə üzrə elmi dialoq rolunu oynayacaq - onu təsdiqləmək və ya təkzib etmək.

O vaxtdan bəri heç bir təsdiq və ya təkzib çıxmadı - qarşıdurma davam etdi. Kolumbiya Universitetinin iqlim simulyatoru Gavin Schmidt, "Bu, sadəcə cəfəngiyyatdır" deyir. Müəlliflər tənqidlərə belə cavab verirlər: “Əslində, riyaziyyata görə dialoqu davam etdirməyə dəyərmi deyə bilmirlər”. Braziliyalı meteoroloq və Təbii Fəlakətlərin Monitorinqi və Qarşısının Alınması üzrə Milli Mərkəzin rəhbəri Xose Marenqo deyir: “Məncə, nasos var, amma indi hər şey nəzəriyyə səviyyəsindədir. İqlim modelləri üzrə ekspertlər bunu qəbul etmədilər, lakin ruslar dünyanın ən yaxşı nəzəriyyəçiləridir, ona görə də hər şeyi yoxlamaq üçün müvafiq çöl təcrübələri aparılmalıdır”. Ancaq indiyə qədər heç kim, hətta Makarievanın özü belə təcrübələr təklif etməyib.

Öz növbəsində, Makarieva nəzəriyyəyə arxalanır, bir sıra son işlərində eyni mexanizmin tropik siklonlara təsir göstərə biləcəyini iddia edir - onlar okean üzərində rütubətin kondensasiyası zamanı ayrılan istilik tərəfindən idarə olunur. 2017 Atmosfer Tədqiqat qəzetində o və həmkarları meşə formalı biotik nasosların siklon mənşəyindən nəmlə zəngin hava çəkməsini təklif etdilər. Onun sözlərinə görə, bu, Cənubi Atlantik Okeanında siklonların niyə nadir hallarda əmələ gəldiyini izah edir: Amazon və Konqonun tropik meşələri o qədər çox nəm çəkir ki, qasırğalar üçün çox az qalıb.

MIT-də qasırğa ilə bağlı aparıcı tədqiqatçı Kerry Emanuel deyir ki, təklif olunan təsirlər "əhəmiyyətli, lakin əhəmiyyətsizdir". O, Cənubi Atlantikada qasırğaların olmaması ilə bağlı başqa izahatlara üstünlük verir, məsələn, bölgənin sərin suları havaya daha az nəm buraxır, güclü küləklər isə siklonların yaranmasının qarşısını alır. Makarieva, öz növbəsində, qasırğaların intensivliyi ilə bağlı mövcud nəzəriyyələrin bəzilərinin "termodinamikanın qanunlarına zidd" olduğuna inanaraq, ənənəçiləri də eyni dərəcədə rədd edir. Onun Atmosfer Elmləri Jurnalında başqa bir məqaləsi var - nəzərdən keçirilməsini gözləyir. "Biz narahatıq ki, redaktorun dəstəyinə baxmayaraq, işimiz yenidən rədd ediləcək" dedi.

Qərbdə Makaryevanın ideyaları marjinal sayılsa da, Rusiyada tədricən kök salır. Ötən il hökumət meşə qanunlarına yenidən baxılması ilə bağlı ictimai dialoqa başlayıb. Köhnə qorunan ərazilər istisna olmaqla, Rusiya meşələri kommersiya istismarı üçün açıqdır, lakin hökumət və Federal Meşə Təsərrüfatı Agentliyi yeni kateqoriyanı - iqlimi qoruyan meşələri nəzərdən keçirir. "Meşə təsərrüfat idarəmizdən bəziləri biotik nasos ideyasına heyran qaldılar və yeni bir kateqoriya təqdim etmək istəyirlər" dedi. İdeya Rusiya Elmlər Akademiyası tərəfindən də dəstəklənib. Makariyeva deyir ki, konsensusun bir hissəsi olmaq və əbədi kənardan kənarda qalma yeni və qeyri-adi bir şeydir.

Bu yay onun şimal meşələrinə səfəri koronavirus epidemiyası və karantin səbəbindən pozuldu. Sankt-Peterburqdakı evdə o, anonim rəyçilərin növbəti etiraz raundunda oturdu. O, nasos nəzəriyyəsinin gec-tez qalib gələcəyinə əmindir. "Elmdə təbii ətalət var" deyir. Qara rus yumoru ilə o, elmin tərəqqisinin məşhur təsvirini verən əfsanəvi alman fiziki Maks Plankın sözlərini xatırladır: "bir sıra dəfn mərasimləri".