תוכן עניינים:

יערות מווסתים את האקלים ומייצרים רוח - תורת המשאבות הביוטיות
יערות מווסתים את האקלים ומייצרים רוח - תורת המשאבות הביוטיות

וִידֵאוֹ: יערות מווסתים את האקלים ומייצרים רוח - תורת המשאבות הביוטיות

וִידֵאוֹ: יערות מווסתים את האקלים ומייצרים רוח - תורת המשאבות הביוטיות
וִידֵאוֹ: Jeeves and Wooster S02E05 Kidnapped! (1991) 2024, מרץ
Anonim

אנסטסיה מקרייבה, פיזיקאית גרעינית מהמכון לפיזיקה גרעינית בסנט פטרבורג, מגנה על התיאוריה שיערות הטייגה של רוסיה מסדירים את האקלים של אזורים צפוניים של אסיה כבר יותר מעשר שנים. מטאורולוגים מערביים רבים לא מסכימים איתה, אבל הממשלה והמדענים ברוסיה מתעניינים בתיאוריה הזו.

מדי קיץ, ככל שהימים מתארכים, אנסטסיה מקרייבה עוזבת את המעבדה שלה בסנט פטרסבורג ויוצאת לחופשה ביערות האינסופיים של הצפון הרוסי. פיזיקאי גרעיני מקים אוהל על שפת הים הלבן, בין אשוחים ואורנים, שוחה בקיאק בנהרות האינסופיים של האזור ורושם הערות על הטבע ומזג האוויר. "יערות הם חלק גדול מהחיים האישיים שלי", היא אומרת. במשך 25 שנים של עלייה לרגל שנתית לצפון, הם הפכו לחלק חשוב בחייה המקצועיים.

במשך יותר מעשר שנים, מקרייבה מגנה על התיאוריה, שפיתחה יחד עם ויקטור גורשקוב, המנטור והקולגה שלה מהמכון לפיזיקה גרעינית של פטרבורג (PNPI), לגבי האופן שבו היערות הבוראליים (טייגה) של רוסיה, היער הגדול ביותר על פני כדור הארץ, מסדירים את האקלים של צפון אסיה. התיאוריה הפיזיקלית הפשוטה אך מרחיקת הלכת הזו מתארת כיצד אדי המים שנושפים על ידי עצים יוצרים רוחות – הרוחות הללו חוצות את היבשת, נושאות אוויר לח מאירופה על פני סיביר והלאה למונגוליה וסין; הרוחות הללו נושאות את הגשמים המזינים את נהרות הענק של מזרח סיביר; הרוחות הללו משקות את המישור הצפוני של סין, האגן של המדינה המאוכלסת ביותר על פני כדור הארץ.

בגלל יכולתו לספוג פחמן דו חמצני ולנשוף חמצן, יערות גדולים מכונים לעתים קרובות כריאות כדור הארץ. אבל מקארייבה וגורשקוב (הוא מת בשנה שעברה) משוכנעים שהם גם הלב שלה. "יערות הם מערכות גשם מורכבות המקיימות את עצמן וגורם מרכזי במחזור האטמוספירה על פני כדור הארץ", אומר מקרייבה. הם מחזירים כמויות אדירות של לחות לאוויר ובתוך כך יוצרים רוחות השואבות את המים הללו ברחבי העולם. החלק הראשון של התיאוריה הזו - שיערות מייצרים גשם - עולה בקנה אחד עם מחקרים של מדענים אחרים ונזכר יותר ויותר בעת ניהול משאבי מים על רקע כריתת יערות משתוללת. אבל החלק השני, התיאוריה שמקרייבה מכנה המשאבה הביוטית, שנוי הרבה יותר במחלוקת.

הרקע התיאורטי של העבודה פורסם - אם כי בכתבי עת פחות מוכרים - ומקרייבה נתמכה על ידי קבוצה קטנה של עמיתים. אבל תיאוריית המשאבות הביוטיות זכתה לסערה של ביקורת - במיוחד מצד יוצרי אקלים. יש הסבורים כי השפעת המשאבה אינה משמעותית, בעוד שאחרים מכחישים זאת לחלוטין. כתוצאה מכך, מקרייבה מצאה את עצמה בתפקיד של אאוטסיידר: פיזיקאית תיאורטית בקרב מפתחי מודלים, רוסייה בקרב מדענים מערביים, ואישה באזור שנשלט על ידי גברים.

עם זאת, אם התיאוריה שלה נכונה, היא תוכל להסביר מדוע, למרות המרחק הניכר מהאוקיינוסים, בחלק הפנימי של יבשות מיוערות יש כמות גשמים כמו בחוף, ומדוע פנים היבשות חסרות העצים, על החוף. להיפך, הוא בדרך כלל צחיח. זה גם מרמז שיערות - מהטייגה הרוסית ועד יערות הגשם של האמזונס - לא צומחים רק היכן שמזג האוויר מתאים. הם מכינים את זה בעצמם. "ממה שקראתי, הגעתי למסקנה שהמשאבה הביוטית עובדת", אומר דאגלס שייל, אקולוג יערות באוניברסיטה הנורבגית למדעי החיים. מכיוון שגורלם של יערות העולם מוטל בספק, הוא אומר, "גם אם יש סיכוי קלוש שהתיאוריה הזו נכונה, חובה לברר זאת בוודאות".

ספרי לימוד רבים על מטאורולוגיה עדיין מספקים תרשים של מחזור המים בטבע, כאשר הגורם העיקרי ללחות האטמוספירה, המתעבה בעננים ויורד בצורת גשם, הוא אידוי האוקיינוס. תכנית זו מתעלמת לחלוטין מתפקידה של הצמחייה ובעיקר עצים, שמתנהגים כמו מזרקות ענק. השורשים שלהם שואבים מים מהאדמה לצורך פוטוסינתזה, ונקבוביות מיקרוסקופיות בעלים מתנדפות לאוויר מים שאינם בשימוש. תהליך זה - מעין הזעה, רק בעצים - נקרא טרנספירציה. כך, עץ בוגר אחד משחרר מאות ליטרים של מים ביום. בשל השטח הגדול של העלווה, היער משחרר לאוויר לחות רבה יותר מגוף מים באותו גודל.

מצעד גשם

מה שמכונה "נהרות מעופפים" הם הרוחות השוררות שסופגות אדי מים הנפלטים מיערות ומעבירות גשם לגופי מים מרוחקים. תיאוריה שנויה במחלוקת מציעה שהיערות עצמם שולטים ברוחות.

לפי תיאוריית המשאבות הביוטיות, יערות לא רק גורמים לגשם, אלא גם לרוח. כאשר אדי מים מתעבים מעל יערות החוף, לחץ האוויר יורד ונוצרות רוחות היונקות אוויר אוקיינוס לח. מחזורי טרנספירציה ועיבוי יוצרים רוחות הנושאות גשם אלפי קילומטרים פנימה.

אז, כ-80% מהמשקעים בסין מגיעים ממערב הודות לנהר המעופף הטרנס-סיבירי. ונהר האמזונס המעופף מספק 70% מהגשם בחלק הדרום מזרחי של דרום אמריקה.

חלקה של הלחות המשנית הזו ביצירת גשמי תזונה התעלמו במידה רבה עד 1979, כאשר המטאורולוג הברזילאי אניאס סלטי בחן את ההרכב האיזוטופי של מי הגשמים מאגן האמזונס. התברר שהמים המוחזרים בטרנספירציה מכילים יותר מולקולות עם האיזוטופ הכבד חמצן-18 מאשר מים שהתאדו מהאוקיינוס. אז סלאטי הראה שמחצית מהגשם מעל האמזונס ירדו כתוצאה מאידוי היער.

מטאורולוגים עקבו אחר הסילון האטמוספרי מעל היער בגובה של כ-1.5 קילומטרים. הרוחות הללו - המכונה ביחד זרם הסילון התחתון של דרום אמריקה - נושבות ממערב למזרח על פני האמזונס במהירות של אופני מירוץ, שלאחריהן הרי האנדים גוררים אותן דרומה. סלאטי ואחרים הציעו שהם נושאים את עיקר הלחות המשתחררת, וכינו אותם "הנהר המעופף". לדברי האקלים אנטוניו נופ מהמכון הלאומי לחקר החלל הברזילאי, נהר האמזונס המעופף נושא כיום מים כמו הנהר הענק של כדור הארץ מתחתיו.

במשך זמן מה האמינו שהנהרות המעופפים מוגבלים לאגן האמזונס. אבל בשנות ה-90, ההידרולוג הוברט סבניה מאוניברסיטת Deltfe לטכנולוגיה החל לחקור את מחזור הלחות מחדש במערב אפריקה. תוך שימוש במודל הידרולוגי על נתוני מזג אוויר, הוא מצא שככל שהחוף רחוק יותר מהחוף, כך גדל שיעור הגשמים שיורדים מיערות - עד 90% בפנים הארץ. תגלית זו מסבירה מדוע הסאהל הפנימי נעשה יבש יותר: יערות החוף נעלמו במהלך חצי המאה האחרונה.

אחד מתלמידיו של Savenier, Ruud van der Ent, פיתח את הרעיון שלו על ידי יצירת מודל גלובלי של זרימת אוויר לחות. הוא ריכז תצפיות על משקעים, לחות, מהירות רוח וטמפרטורה והערכות תיאורטיות של אידוי ושידור, ויצר את המודל הראשון של הובלת לחות בקנה מידה מעבר לאגני הנהר.

בשנת 2010, ואן דר אנט ועמיתיו חשפו את הממצא שלהם לפיו בעולם, 40% מכל הגשמים מתרחשים ביבשה, לא על האוקיינוס. לעתים קרובות אפילו יותר. נהר האמזונס המעופף מספק 70% מכמות המשקעים באגן ריו דה לה פלטה, המשתרע על פני דרום מזרח דרום אמריקה. ואן דר אנט די הופתע לגלות שסין מקבלת 80% מהמים שלה מהמערב - יתרה מכך, מדובר בעיקר בלחות האטלנטית, שמעובדת ביערות הטייגה של סקנדינביה ורוסיה.המסע כולל מספר שלבים - מחזורי טרנספירציה עם גשם נלווה - ואורך שישה חודשים או יותר. "זה סותר את המידע הקודם שכולם לומדים בתיכון", הוא אומר. "סין קרובה לאוקיינוס, לאוקיינוס השקט, אבל רוב הגשמים שלה הם לחות מהיבשה במערב הרחוק".

אם Makarieva צודק, יערות מספקים לא רק לחות, אלא גם יוצרים את הרוח הנושאת אותה.

היא עבדה עם גורשקוב במשך רבע מאה. היא התחילה כסטודנטית ב-PNPI, תת-חטיבה של מכון קורצ'טוב, המכון הרוסי הגדול ביותר למחקר גרעיני, אזרחי וצבאי כאחד. כבר מההתחלה הם עבדו בתחום ועסקו באקולוגיה במכון, שם לומדים פיזיקאים חומרים באמצעות כורים גרעיניים וקרני נויטרונים. כתיאורטיקנים, היא נזכרת, היה להם "חופש יוצא דופן של מחקר ומחשבה", - הם עסקו בפיזיקה של האטמוספירה, לאן שזה לקח אותם. "ויקטור לימד אותי: לא לפחד מכלום", היא אומרת.

בשנת 2007, הם הציגו לראשונה את התיאוריה שלהם לגבי המשאבה הביוטית בכתב העת Hydrology and Earth Sciences. הוא נחשב לפרובוקטיבי מלכתחילה, משום שהוא סותר עיקרון ותיק של מטאורולוגיה: רוחות נגרמות בעיקר מחימום דיפרנציאלי של האטמוספירה. כשהאוויר החם עולה, הוא מוריד את הלחץ של השכבות שמתחת, ובעצם יוצר לעצמו מרחב חדש על פני השטח. בקיץ, למשל, פני הקרקע מתחממים מהר יותר ומושכים רוחות לחות מהאוקיינוס הקריר יותר.

מקארייבה וגורשקוב טוענים שלפעמים שורר תהליך שונה. כאשר אדי מים מהיער מתעבים לעננים, הגז הופך לנוזל – והוא תופס פחות נפח. זה מפחית את לחץ האוויר ושואב אוויר אופקית מאזורים עם פחות עיבוי. בפועל, המשמעות היא שהתעבות מעל יערות החוף מייצרת בריזה ימית, דוחפת אוויר לח לפנים, שם הוא מתעבה בסופו של דבר ויורד כגשם. אם יערות נמתחים פנימה, המחזור ממשיך, שומר על רוחות לחות לאורך אלפי קילומטרים.

תיאוריה זו הופכת את ההשקפה המסורתית: לא המחזור האטמוספרי הוא השולט במחזור ההידרולוגי, אלא להיפך, המחזור ההידרולוגי מווסת את מחזור האוויר ההמוני.

שיל, והוא הפך לתומך בתיאוריה לפני יותר מעשר שנים, רואה בכך פיתוח של הרעיון של נהרות מעופפים. "הם לא סותרים זה את זה", הוא אומר. "המשאבה מסבירה את חוזקם של הנהרות". הוא מאמין שהמשאבה הביוטית מסבירה את "פרדוקס האמזונס הקרה". מינואר עד יוני, כאשר אגן האמזונס קר יותר מהאוקיינוס, רוחות חזקות נושבות מהאוקיינוס האטלנטי לאמזונס - אם כי תיאוריית החימום הדיפרנציאלי טוענת אחרת. נובר, תומך ותיק אחר, מסביר בהתלהבות, "הם לא באים מנתונים, אלא מעקרונות בסיסיים".

גם אלו המפקפקים בתיאוריה מסכימים כי לאובדן היערות יש השלכות מרחיקות לכת על האקלים. מדענים רבים טוענים שכריתת יערות לפני אלפי שנים הובילה למדבור של אדמות אוסטרליה ומערב אפריקה. קיים סיכון שכריתת יערות בעתיד תוביל לבצורות באזורים אחרים, למשל, חלק מיער הגשם באמזונס יהפוך לסוואנה. האזורים החקלאיים של סין, הסאהל האפריקאי והפמפס הארגנטינאי נמצאים גם הם בסיכון, אומר פטריק קיז, כימאי אטמוספרי מאוניברסיטת קולורדו, פורט קולינס.

בשנת 2018, Kees ועמיתיו השתמשו במודל דומה לזה של ואן דר אנט כדי לעקוב אחר מקורות משקעים עבור 29 אזורי מטרופולין גלובליים. הוא גילה שרוב אספקת המים של 19 מהם תלויה ביערות מרוחקים, כולל קראצ'י (פקיסטן), ווהאן ושנגחאי (סין), ניו דלהי וקולקטה (הודו)."אפילו שינויים קטנים במשקעים הנגרמים כתוצאה משינויים בשימוש בקרקע במורד הרוח יכולים להיות בעלי השפעה גדולה על השבריריות של אספקת המים העירונית", הוא אומר.

מודלים מסוימים אף מראים שכריתת יערות, על ידי הרס מקור הלחות, מאיימת לשנות את תנאי מזג האוויר הרבה מעבר לנהרות הצפים. כידוע, אל ניניו - תנודות בטמפרטורת הרוח והזרמים באוקיינוס השקט הטרופי - משפיעה בעקיפין על מזג האוויר במקומות נידחים. כמו כן, כריתת יערות באמזונס עשויה להפחית את גשמים במערב התיכון של ארה"ב ואת כיסוי השלג בסיירה נבאדה, אומר אקלימטולוג אוניברסיטת מיאמי, רוני אביסר, שמדגמן קשרים כאלה. לא סביר? "בכלל לא," הוא עונה. "אנחנו יודעים שאל ניניו מסוגל לזה, כי בניגוד לכריתת יערות, התופעה הזו חוזרת על עצמה, ואנחנו רואים דפוס. שניהם נגרמים משינויים קטנים בטמפרטורה ובלחות המשתחררים לאטמוספירה".

חוקר אוניברסיטת שטוקהולם, לאן וואנג-ארלנדסון, החוקר את האינטראקציה בין אדמה, מים ואקלים, אומר שהגיע הזמן לעבור משימוש במים ובתת-קרקע בתוך אגן נהר מסוים לשינוי שימושי קרקע שמעבר לו. "דרושים הסכמים הידרולוגיים בינלאומיים חדשים כדי לשמור על יערות באזורים שבהם נוצרות המוני אוויר", היא אומרת.

לפני שנתיים, בפגישה של פורום האו"ם על יערות, שבה משתתפות ממשלות כל המדינות, הציג חוקר קרקעות מאוניברסיטת ברן דיוויד אליסון מקרה מבחן. הוא הדגים שעד 40% מסך הגשמים ברמות האתיופיות, המקור העיקרי של הנילוס, מגיע מלחות שחוזרת מיערות אגן קונגו. מצרים, סודן ואתיופיה מנהלות משא ומתן על עסקה שהייתה מזמן לשיתוף במי הנילוס. אבל הסכם כזה יהיה חסר משמעות אם כריתת יערות באגן קונגו, הרחק משלוש המדינות, תייבש את מקור הלחות, הציע אליסון. "מתעלמים כמעט לחלוטין מהקשר בין יערות ומים בניהול המים המתוקים בעולם".

תיאוריית המשאבות הביוטיות תעלה את ההימור עוד יותר, שכן אובדן היער צפוי להשפיע לא רק על מקורות הלחות, אלא גם על דפוסי הרוח. אליסון מזהיר כי התיאוריה, אם תאושר, תהיה "קריטית למודלים של זרימת אוויר פלנטרית" - במיוחד אלה שמעבירים אוויר לח פנימה.

אבל עד כה, תומכי התיאוריה נמצאים במיעוט. בשנת 2010, Makarieva, Gorshkov, Shil, Nobre ובאי-ליאנג לי, אקולוג מאוניברסיטת קליפורניה, ריברסייד, הגישו את התיאור ההיסטורי שלהם של המשאבה הביוטית ב-Atmospheric Chemistry and Physics, כתב עת מרכזי עם סקירת עמיתים פתוחה. אבל המאמר "מאיפה באות הרוחות?" זכה לביקורת באינטרנט, ולקח למגזין חודשים רבים למצוא רק שני מדענים שיסקרו אותו. אייזק הלד, מטאורולוג במעבדה לדינמיקת נוזלים גיאופיזית באוניברסיטת פרינסטון, התנדב - והמליץ לדחות את הפרסום. "זה לא אפקט מסתורי", הוא אומר. "זה בדרך כלל חסר חשיבות, ויותר מכך, כבר נלקח בחשבון במספר דגמים אטמוספריים". מבקרים טוענים כי התפשטות האוויר מהחום הנוצר מעיבוי אדי מים נוגדת את ההשפעה המרחבית של עיבוי. אבל מקארייבה אומר ששתי ההשפעות הללו מופרדות במרחב: התחממות מתרחשת בגובה, והירידה בלחץ ההתעבות מתרחשת קרוב יותר לפני השטח, שם נוצרת רוח ביוטית.

מבקרת נוספת הייתה ג'ודית קארי, פיזיקאית אטמוספירה במכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה.היא דאגה מזה זמן רב ממצב האווירה והרגישה שצריך לפרסם את המאמר, כי "לעימות יש השפעה רעה על האקלימטולוגיה, והיא צריכה דם מהאף לפיזיקאים". לאחר שלוש שנים של ויכוחים, דחה עורך המגזין את המלצתו של הלד ופרסם את המאמר. אך יחד עם זאת, הוא ציין כי הפרסום אינו יכול להיחשב כאישור, אלא הוא ישמש דיאלוג מדעי על תיאוריה שנויה במחלוקת - כדי לאשש אותה או להפריכה.

מאז לא יצא אישור או הפרכה - העימות נמשך. סימולטור האקלים של אוניברסיטת קולומביה גאווין שמידט אומר, "זה סתם שטויות". המחברים מגיבים לביקורת כך: "למעשה, בגלל המתמטיקה, הם לא בטוחים אם כדאי להמשיך את הדיאלוג". המטאורולוג הברזילאי וראש המרכז הלאומי לניטור ומניעת אסונות טבע, חוסה מרנגו, אומר: "אני חושב שהמשאבה קיימת, אבל עכשיו הכל ברמת התיאוריה. מומחים למודלים של אקלים לא קיבלו את זה, אבל הרוסים הם התיאורטיקנים הטובים בעולם, אז יש לבצע ניסויים מתאימים בשטח כדי לבדוק הכל". אבל עד כה אף אחד, אפילו לא מקארייבה עצמה, הציע ניסויים כאלה.

מקארייבה מצידה מסתמכת על תיאוריה, וטוענת בסדרה של עבודות עדכניות שאותו מנגנון יכול להשפיע על ציקלונים טרופיים - הם מונעים מהחום המשתחרר כאשר הלחות מתעבה מעל האוקיינוס. בעיתון Atmospheric Research משנת 2017, היא ועמיתיה הציעו כי משאבות ביוטיות בצורת יער שואבות אוויר עשיר בלחות ממקורות ציקלון. זה, לדבריה, מסביר מדוע רק לעתים נדירות נוצרים ציקלונים בדרום האוקיינוס האטלנטי: יערות הגשם של האמזונס וקונגו מנקזים כל כך הרבה לחות שנשאר מעט מדי להוריקנים.

חוקר הוריקן מוביל ב-MIT, קרי עמנואל, אומר שההשפעות המוצעות הן "משמעותיות, אך זניחות". הוא מעדיף הסברים אחרים על היעדר הוריקנים בדרום האוקיינוס האטלנטי, למשל, המים הקרירים של האזור משחררים פחות לחות לאוויר, ורוחותיו החזקות מונעות היווצרות של ציקלונים. מקארייבה, מצידה, מזלזלת באותה מידה במסורתיים, מאמינה שחלק מהתיאוריות הקיימות לגבי עוצמת ההוריקנים "סותרות את חוקי התרמודינמיקה". יש לה מאמר נוסף ב-Journal of Atmospheric Sciences - בהמתנה לסקירה. "אנחנו חוששים שלמרות תמיכת העורך, עבודתנו תידחה שוב", היא אומרת.

למרות שבמערב הרעיונות של מקרייבה נחשבים לשוליים, ברוסיה הם משתרשים בהדרגה. בשנה שעברה פתחה הממשלה בדיאלוג ציבורי על תיקון חוקי היערות. למעט האזורים המוגנים הישנים, יערות רוסיה פתוחים לניצול מסחרי, אך הממשלה וסוכנות היערות הפדרלית שוקלים קטגוריה חדשה - יערות להגנת אקלים. "חלק ממחלקת היערות שלנו מתרשמים מהרעיון של המשאבה הביוטית ורוצים להציג קטגוריה חדשה", היא אומרת. הרעיון נתמך גם על ידי האקדמיה הרוסית למדעים. מקארייבה אומרת שלהיות חלק מהקונצנזוס, ולא אאוטסיידר נצחי, זה חדש ויוצא דופן.

הקיץ הזה, הטיול שלה ביערות הצפון הופרע בגלל מגיפת הקורונה וההסגר. בביתה בסנט פטרסבורג היא התיישבה לסבב נוסף של התנגדויות של מבקרים אנונימיים. היא משוכנעת שתיאוריית המשאבות תנצח במוקדם או במאוחר. "יש אינרציה טבעית במדע", היא אומרת. בהומור רוסי אפל היא נזכרת במילותיו של הפיזיקאי הגרמני האגדי מקס פלאנק, שנתן את התיאור המפורסם של התקדמות המדע: "סדרה של הלוויות".

מוּמלָץ: