Ormanlar İklimi Düzenler ve Rüzgar Üretir - Biyotik Pompa Teorisi

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Petersburg Nükleer Fizik Enstitüsü'nden nükleer fizikçi Anastasia Makarieva, on yıldan fazla bir süredir Rusya'nın tayga ormanlarının Asya'nın kuzey bölgelerinin iklimini düzenlediği teorisini savunuyor. Birçok Batılı meteorolog onunla aynı fikirde değil, ancak Rusya'daki hükümet ve bilim adamları bu teoriyle ilgileniyor.

Her yaz, günler uzadıkça, Anastasia Makarieva St. Petersburg'daki laboratuvarından ayrılır ve Rusya'nın kuzeyindeki uçsuz bucaksız ormanlara tatile gider. Bir nükleer fizikçi, Beyaz Deniz'in kıyılarında, köknar ve çam ağaçları arasında bir çadır kuruyor, bölgenin uçsuz bucaksız nehirlerinde kayıkla yüzüyor, doğa ve hava durumu hakkında notlar alıyor. “Ormanlar kişisel hayatımın büyük bir parçası” diyor. Kuzeye yaptığı 25 yıllık hac ziyareti için, profesyonel yaşamının önemli bir parçası haline geldiler.

Makarieva, on yıldan fazla bir süredir, akıl hocası ve Petersburg Nükleer Fizik Enstitüsü'nden (PNPI) meslektaşı Viktor Gorshkov ile birlikte geliştirdiği teoriyi, Rusya'nın en büyük ormanı olan kuzey (tayga) ormanlarının nasıl olduğu hakkında savunuyor. Yeryüzünde, kuzey Asya'nın iklimini düzenler. Bu basit ama geniş kapsamlı fiziksel teori, ağaçların soluduğu su buharının nasıl rüzgarlar yarattığını açıklar - bu rüzgarlar kıtayı geçerek Avrupa'dan Sibirya'ya ve daha sonra Moğolistan ve Çin'e nemli hava taşır; bu rüzgarlar Doğu Sibirya'nın dev nehirlerini besleyen yağmurları taşır; bu rüzgarlar, gezegendeki en kalabalık ülkenin tahıl ambarı olan Çin'in kuzey ovasını sular.

Karbondioksiti emme ve oksijen soluma kabiliyeti nedeniyle, büyük ormanlara genellikle gezegenin akciğerleri denir. Ancak Makarieva ve Gorshkov (geçen yıl öldü), onların da onun kalbi olduğuna ikna oldular. Makarieva, "Ormanlar karmaşık, kendi kendini idame ettiren yağmur sistemleridir ve Dünya'daki atmosferin dolaşımında önemli bir faktördür" diyor. Havaya büyük miktarda nemi geri verirler ve bu süreçte bu suyu dünyanın her yerine pompalayan rüzgarlar yaratırlar. Bu teorinin ilk kısmı - ormanların yağmur yağdırdığı - diğer bilim adamları tarafından yapılan araştırmalarla tutarlıdır ve yaygın ormansızlaşma sırasında su kaynakları yönetilirken giderek daha fazla hatırlanmaktadır. Ancak ikinci kısım, Makarieva'nın biyotik pompa dediği teori çok daha tartışmalı.

Çalışmanın teorik arka planı - daha az bilinen dergilerde de olsa - yayınlandı ve Makarieva küçük bir meslektaş grubu tarafından desteklendi. Ancak biyotik pompa teorisi, özellikle iklim modelcilerinden yoğun bir eleştiri aldı. Bazıları pompanın etkisinin önemsiz olduğuna inanırken, diğerleri bunu tamamen reddediyor. Sonuç olarak, Makarieva kendini bir yabancı rolünde buldu: model geliştiriciler arasında teorik bir fizikçi, Batılı bilim adamları arasında bir Rus ve erkekler tarafından yönetilen bir bölgede bir kadın.

Bununla birlikte, eğer teorisi doğruysa, okyanuslardan önemli ölçüde uzak olmasına rağmen, ormanlık kıtaların iç kısımlarında, kıyılardaki kadar yağışın neden olduğunu ve neden ağaçsız kıtaların iç kısımlarının, denizde neden olduğunu açıklayabilecektir. aksine, genellikle kuraktır. Ayrıca, Rus taygasından Amazon'un yağmur ormanlarına kadar ormanların sadece havanın uygun olduğu yerde yetişmediğini ima eder. Kendileri yaparlar. Norveç Yaşam Bilimleri Üniversitesi'nden bir orman ekoloğu olan Douglas Sheil, “Okuduklarımdan, biyotik pompanın çalıştığı sonucuna vardım” diyor. Dünya ormanlarının akıbeti söz konusu olduğu için, "Bu teorinin doğruluğuna dair en ufak bir ihtimal dahi olsa, kesin olarak öğrenmek zaruridir" diyor.

Meteoroloji üzerine pek çok ders kitabı, bulutlarda yoğunlaşan ve yağmur şeklinde düşen atmosferik nemin ana nedeninin okyanusun buharlaşması olduğu, doğadaki su döngüsünün bir diyagramını sunar. Bu şema, bitki örtüsünün ve özellikle dev çeşmeler gibi davranan ağaçların rolünü tamamen göz ardı ediyor. Kökleri fotosentez için topraktan su çeker ve yapraklardaki mikroskobik gözenekler kullanılmayan suyu buharlaştırır. Bu sürece - bir tür terleme, sadece ağaçlarda - terleme denir. Böylece olgun bir ağaç günde yüzlerce litre su salar. Geniş yeşillik alanı nedeniyle, orman genellikle aynı büyüklükteki bir su kütlesinden havaya daha fazla nem bırakır.

yağmur geçit töreni

Sözde "uçan nehirler", ormanlardan yayılan su buharını emen ve yağmuru uzaktaki su kütlelerine ileten hakim rüzgarlardır. Tartışmalı bir teori, ormanların kendilerinin rüzgarları yönettiğini öne sürüyor.

Biyotik pompa teorisine göre, ormanlar sadece yağmura değil aynı zamanda rüzgara da neden olur. Su buharı kıyı ormanları üzerinde yoğunlaştığında, hava basıncı düşer ve nemli okyanus havasını emen rüzgarlar oluşur. Terleme ve yoğunlaşma döngüleri, yağmuru binlerce kilometre içeriye taşıyan rüzgarlar yaratır.

Bu nedenle, Çin'deki yağışların yaklaşık %80'i, Trans-Sibirya'daki uçan nehir sayesinde batıdan geliyor. Ve uçan Amazon Nehri, Güney Amerika'nın güneydoğu kesiminde yağışın %70'ini sağlıyor.

Bu ikincil nemin besin yağmurlarının oluşumundaki rolü, Brezilyalı meteorolog Eneas Salati'nin Amazon Havzası'ndan gelen yağmur suyunun izotopik bileşimini incelediği 1979 yılına kadar büyük ölçüde göz ardı edildi. Terleme ile geri dönen suyun, okyanustan buharlaşan sudan daha fazla ağır izotop oksijen-18 ile molekül içerdiği ortaya çıktı. Böylece Salati, Amazon üzerindeki yağışların yarısının ormanların buharlaşması sonucu düştüğünü gösterdi.

Meteorologlar, atmosferik jeti ormanın üzerinde yaklaşık 1,5 kilometre yükseklikte izlediler. Topluca Güney Amerika'nın alt jet akımı olarak adlandırılan bu rüzgarlar, Amazon boyunca batıdan doğuya bir yarış bisikleti hızında eser, ardından And Dağları onları güneye doğru sürükler. Salati ve diğerleri, salınan nemin büyük kısmını taşıyanların kendileri olduğunu öne sürdüler ve onlara "uçan nehir" adını verdiler. Brezilya Ulusal Uzay Araştırma Enstitüsü'ndeki klimatolog Antonio Nope'a göre, uçan Amazon Nehri bugün altındaki dev Dünya nehri kadar su taşıyor.

Bir süre, uçan nehirlerin Amazon havzasıyla sınırlı olduğuna inanılıyordu. Ancak 1990'larda Deltfe Teknoloji Üniversitesi'ndeki hidrolog Hubert Savenije, Batı Afrika'da nem devridaimi üzerine çalışmaya başladı. Hava durumu verileri üzerinde bir hidrolojik model kullanarak, kıyıdan iç kesimlere doğru ne kadar uzak olursa, ormanlardan düşen yağış oranının o kadar yüksek olduğunu buldu - iç kesimlerde %90'a kadar. Bu keşif, iç Sahel'in neden daha kuru hale geldiğini açıklıyor: kıyı ormanları son yarım yüzyılda yok oldu.

Savenier'in öğrencilerinden biri olan Ruud van der Ent, fikrini küresel bir nem hava akışı modeli oluşturarak geliştirdi. Yağış, nem, rüzgar hızı ve sıcaklık ile buharlaşma ve terlemenin teorik tahminlerini bir araya getirdi ve nehir havzalarının ötesinde ölçeklerde ilk nem taşıma modelini yarattı.

2010 yılında Van der Ent ve meslektaşları, küresel olarak tüm yağışların %40'ının okyanusta değil karada gerçekleştiğine dair bulgularını açıkladılar. Çoğu zaman daha da fazla. Uçan Amazon Nehri, güneydoğu Güney Amerika'ya uzanan Rio de la Plata Havzası'ndaki yağışın %70'ini sağlıyor. Van der Ent, Çin'in suyunun %80'ini batıdan aldığını öğrenince oldukça şaşırdı - üstelik bu esas olarak İskandinavya ve Rusya'nın tayga ormanları tarafından işlenen Atlantik nemidir. Yolculuğun birkaç aşaması vardır - ilgili yağmurla birlikte terleme döngüleri - ve altı ay veya daha fazla sürer. “Bu, herkesin lisede öğrendiği önceki bilgilerle çelişiyor” diyor. "Çin okyanusa, Pasifik Okyanusu'na yakındır, ancak yağışlarının çoğu uzak batıdaki karadan gelen nemdir."

Makarieva haklıysa, ormanlar sadece nem sağlamakla kalmaz, onu taşıyan rüzgarı da yaratır.

Çeyrek yüzyıl boyunca Gorshkov ile çalıştı. Hem sivil hem de askeri olarak en büyük Rus nükleer araştırma enstitüsü olan Kurchatov Enstitüsü'nün bir alt bölümü olan PNPI'de öğrenci olarak başladı. En başından beri, sahada çalıştılar ve fizikçilerin nükleer reaktörler ve nötron ışınları kullanarak materyalleri inceledikleri enstitüde ekoloji ile uğraştılar. Teorisyenler olarak, "olağanüstü araştırma ve düşünce özgürlüğüne" sahip olduklarını hatırlıyor - onları nereye götürürse götürsün, atmosfer fiziği ile uğraşıyorlardı. “Victor bana şunu öğretti: hiçbir şeyden korkma” diyor.

2007'de biyotik pompa teorilerini ilk kez Hydrology and Earth Sciences dergisinde sundular. Başından beri kışkırtıcı olarak kabul edildi, çünkü uzun süredir devam eden bir meteoroloji ilkesiyle çelişiyordu: rüzgarlara esas olarak atmosferin farklı ısınması neden oluyor. Isınan hava yükseldikçe alttaki katmanların basıncını düşürür ve esasen yüzeyde kendisi için yeni bir alan yaratır. Örneğin yaz aylarında, kara yüzeyi daha hızlı ısınır ve daha soğuk okyanustan nemli esintileri çeker.

Makarieva ve Gorshkov, bazen farklı bir sürecin hakim olduğunu savunuyorlar. Ormandaki su buharı yoğunlaşarak bulutlara dönüştüğünde gaz sıvı hale gelir ve daha az hacim kaplar. Bu, hava basıncını azaltır ve daha az yoğuşmanın olduğu alanlardan yatay olarak hava çeker. Pratikte bu, kıyı ormanları üzerindeki yoğunlaşmanın bir deniz meltemi oluşturduğu, nemli havayı içeriye doğru ittiği ve sonunda yoğunlaşıp yağmur olarak düştüğü anlamına gelir. Ormanlar iç kesimlere uzanırsa, döngü devam eder ve nemli rüzgarları binlerce kilometre boyunca korur.

Bu teori geleneksel görüşü alt üst eder: hidrolojik çevrimi kontrol eden atmosferik sirkülasyon değildir, aksine hidrolojik çevrim havanın kütle sirkülasyonunu düzenler.

On yıldan fazla bir süre önce teorinin destekçisi haline gelen Sheel, bunu nehirlerin uçması fikrinin bir gelişimi olarak görüyor. “Birbirlerini dışlayan değiller” diyor. "Pompa nehirlerin gücünü açıklıyor." Biyotik pompanın "soğuk Amazon paradoksunu" açıkladığına inanıyor. Amazon havzasının okyanustan daha soğuk olduğu Ocak-Haziran ayları arasında, Atlantik'ten Amazon'a kuvvetli rüzgarlar esiyor - ancak farklı ısıtma teorisi aksini öneriyor. Başka bir uzun zamandır savunucusu olan Nobre, "Verilerden değil, temel ilkelerden geliyorlar" diye heyecanla açıklıyor.

Teoriden şüphe duyanlar bile, ormanların kaybının iklim için geniş kapsamlı sonuçları olduğu konusunda hemfikir. Birçok bilim adamı, binlerce yıl önce ormansızlaşmanın, iç Avustralya topraklarının ve Batı Afrika'nın çölleşmesine yol açtığını iddia ediyor. Gelecekte ormansızlaşmanın diğer bölgelerde kuraklığa yol açması, örneğin Amazon yağmur ormanlarının bir kısmının savana dönüşmesi riski var. Fort Collins Colorado Üniversitesi'nde atmosfer kimyageri olan Patrick Keys, Çin'in tarım bölgeleri, Afrika Sahel ve Arjantin pampalarının da risk altında olduğunu söylüyor.

2018'de Kees ve meslektaşları, 29 küresel metropol alanı için yağış kaynaklarını izlemek için van der Ent'inkine benzer bir model kullandılar. Bunlardan 19'unun su kaynağının çoğunun Karaçi (Pakistan), Wuhan ve Şanghay (Çin), Yeni Delhi ve Kalküta (Hindistan) dahil olmak üzere uzak ormanlara bağlı olduğunu buldu."Rüzgar yönündeki arazi kullanımı değişikliklerinin neden olduğu yağışlardaki küçük değişiklikler bile, kentsel su kaynaklarının kırılganlığı üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir" diyor.

Hatta bazı modeller, nem kaynağını yok ederek ormansızlaşmanın yüzen nehirlerin çok ötesinde hava koşullarını değiştirmekle tehdit ettiğini öne sürüyor. Bildiğiniz gibi, El Niño - tropikal Pasifik Okyanusu'ndaki rüzgar sıcaklığındaki ve akımlarındaki dalgalanmalar - uzak yerlerdeki havayı dolaylı olarak etkiler. Benzer şekilde, bu tür bağlantıları modelleyen Miami Üniversitesi iklimbilimci Roni Avissar, Amazon'daki ormansızlaşmanın ABD Ortabatısındaki yağışları ve Sierra Nevada'daki kar örtüsünü azaltabileceğini söylüyor. Zoraki mi? "Hiç de değil," diye yanıtlıyor. "El Nino'nun bunu yapabildiğini biliyoruz, çünkü ormansızlaşmanın aksine, bu fenomen kendini tekrar ediyor ve bir model gözlemliyoruz. Her ikisine de atmosfere salınan sıcaklık ve nemdeki küçük değişiklikler neden olur."

Arazi, su ve iklim arasındaki etkileşimi araştıran Stockholm Üniversitesi araştırmacısı Lan Wang-Erlandsson, belirli bir nehir havzasındaki su ve yeraltı kullanımından arazi kullanımı değişikliğinin ötesine geçme zamanının geldiğini söylüyor. “Hava kütlelerinin oluştuğu alanlarda ormanları korumak için yeni uluslararası hidrolojik anlaşmalara ihtiyaç var” diyor.

İki yıl önce, tüm ülkelerin hükümetlerinin katıldığı BM Ormanlar Forumu'nun bir toplantısında, Bern Üniversitesi'nden David Ellison arazi araştırmacısı bir vaka çalışması sundu. Nil'in ana kaynağı olan Etiyopya Dağlık Bölgesi'ndeki toplam yağışın %40'ına kadarının Kongo Havzası ormanlarından dönen nemden geldiğini gösterdi. Mısır, Sudan ve Etiyopya, Nil sularını paylaşmak için uzun zamandır gecikmiş bir anlaşmayı müzakere ediyor. Ancak Ellison, Kongo Havzası'ndaki üç ülkeden uzaktaki ormansızlaşmanın nem kaynağını kurutması durumunda böyle bir anlaşmanın anlamsız olacağını öne sürdü. "Dünyanın tatlı suyunun yönetiminde ormanlar ve su arasındaki ilişki neredeyse tamamen göz ardı ediliyor."

Orman kaybının sadece nem kaynaklarını değil aynı zamanda rüzgar modellerini de etkilemesi beklendiğinden, biyotik pompa teorisi riskleri daha da artıracaktır. Ellison, teorinin doğrulanması halinde "gezegensel hava sirkülasyonu modelleri için kritik" olacağı konusunda uyarıyor - özellikle nemli havayı iç bölgelere taşıyanlar.

Ancak şimdiye kadar teorinin destekçileri azınlıkta. 2010 yılında, Riverside, California Üniversitesi'nden bir ekolojist olan Makarieva, Gorshkov, Shil, Nobre ve Bai-Liang Li, biyotik pompanın tarihsel tanımlarını açık akran incelemesi olan önemli bir konu dergisi olan Atmosferik Kimya ve Fizik'te sundular. Ama makale "Rüzgarlar Nereden Geliyor?" İnternette eleştirildi ve derginin onu gözden geçirecek sadece iki bilim insanı bulması aylar aldı. Princeton Üniversitesi Jeofizik Akışkanlar Dinamiği Laboratuvarı'nda meteorolog olan Isaac Held gönüllü oldu ve yayının geri çevrilmesini önerdi. “Bu gizemli bir etki değil” diyor. "Genellikle önemsizdir ve ayrıca bir dizi atmosferik modelde zaten dikkate alınmıştır." Eleştirmenler, su buharının yoğunlaşmasıyla üretilen ısıdan havanın genişlemesinin, yoğunlaşmanın mekansal etkisini ortadan kaldırdığını söylüyor. Ancak Makarieva, bu iki etkinin mekansal olarak ayrıldığını söylüyor: ısınma yükseklikte meydana geliyor ve yoğuşma basıncındaki düşüş, biyotik rüzgarın yaratıldığı yüzeye daha yakın oluyor.

Başka bir yorumcu, Georgia Institute of Technology'de atmosferik fizikçi olan Judith Curry'di. Uzun zamandır atmosferin durumu hakkında endişeliydi ve makalenin yayınlanması gerektiğini hissetti, çünkü "yüzleşmenin klimatoloji üzerinde kötü bir etkisi var ve fizikçiler için burnundan kana ihtiyacı var." Üç yıllık tartışmadan sonra derginin editörü Held'in tavsiyesini reddetti ve makaleyi yayınladı. Ancak aynı zamanda, yayının onay olarak kabul edilemeyeceğini, ancak tartışmalı bir teori üzerinde - onu doğrulamak veya reddetmek için - bilimsel bir diyalog olarak hizmet edeceğini kaydetti.

O zamandan beri, hiçbir onay veya çürütme çıkmadı - çatışma devam etti. Columbia Üniversitesi iklim simülatörü Gavin Schmidt, "Bu sadece saçmalık" diyor. Yazarlar eleştirilere şöyle yanıt veriyor: "Aslında matematik yüzünden diyaloğu sürdürmeye değip değmeyeceğinden emin değiller." Brezilyalı meteorolog ve Ulusal Doğal Afetleri İzleme ve Önleme Merkezi başkanı Jose Marengo şöyle diyor: “Sanırım pompa var, ama şimdi her şey teori düzeyinde. İklim modelleri konusunda uzmanlar bunu kabul etmediler, ancak Ruslar dünyanın en iyi teorisyenleridir, bu nedenle her şeyi test etmek için uygun saha deneyleri yapılmalıdır. Ancak şimdiye kadar hiç kimse, hatta Makarieva'nın kendisi bile bu tür deneyler önermedi.

Makarieva kendi adına teoriye güveniyor ve bir dizi yakın tarihli çalışmasında aynı mekanizmanın tropikal siklonları etkileyebileceğini savunuyor - bunlar, nem okyanus üzerinde yoğunlaştığında açığa çıkan ısı tarafından yönlendiriliyorlar. 2017 Atmosferik Araştırma gazetesinde, o ve meslektaşları, orman şeklindeki biyotik pompaların siklon kökenlerinden nem açısından zengin hava çektiğini öne sürdü. Bu, diyor ki, Güney Atlantik Okyanusu'nda siklonların neden nadiren oluştuğunu açıklıyor: Amazon ve Kongo'nun yağmur ormanları o kadar çok nem çekiyor ki, kasırgalar için çok az şey kalıyor.

MIT'de baş kasırga araştırmacısı Kerry Emanuel, önerilen etkilerin "önemli, ancak ihmal edilebilir" olduğunu söylüyor. Güney Atlantik'te kasırgaların olmamasına başka açıklamaları tercih ediyor, örneğin bölgenin serin suları havaya daha az nem veriyor ve kuvvetli rüzgarları siklon oluşumunu engelliyor. Makarieva, kendi adına, kasırgaların yoğunluğu hakkındaki mevcut teorilerin bazılarının "termodinamik yasalarıyla çeliştiğine" inanarak gelenekçileri eşit derecede dışlıyor. Atmosfer Bilimleri Dergisi'nde incelenmeyi bekleyen başka bir makalesi var. “Editörün desteğine rağmen çalışmamızın tekrar reddedileceğinden endişe duyuyoruz” diyor.

Batıda Makaryeva'nın fikirleri marjinal olarak görülse de, Rusya'da yavaş yavaş kök salıyorlar. Geçen yıl hükümet, orman yasalarının gözden geçirilmesi konusunda bir kamuoyu diyalogu başlattı. Eski korunan alanlar dışında, Rus ormanları ticari kullanıma açıktır, ancak hükümet ve Federal Ormancılık Ajansı yeni bir kategori - iklim koruma ormanları - düşünüyor. "Ormancılık departmanımızdaki bazı kişiler, biyotik pompa fikrinden etkilendi ve yeni bir kategori tanıtmak istiyor" diyor. Fikir, Rusya Bilimler Akademisi tarafından da desteklendi. Makarieva, sonsuz bir yabancı değil, fikir birliğinin parçası olmanın yeni ve sıra dışı olduğunu söylüyor.

Bu yaz kuzey ormanlarına yaptığı gezi, koronavirüs salgını ve karantina nedeniyle kesintiye uğradı. St. Petersburg'daki evinde, isimsiz eleştirmenlerden gelen başka bir itiraz turu için oturdu. Pompa teorisinin er ya da geç hakim olacağına inanıyor. “Bilimde doğal bir atalet var” diyor. Kara Rus mizahıyla, bilimin ilerlemesinin ünlü tanımını yapan efsanevi Alman fizikçi Max Planck'ın sözlerini hatırlıyor: "bir dizi cenaze."