Anastasia Makarieva, a szentpétervári Nukleáris Fizikai Intézet nukleáris fizikusa védi azt az elméletet, miszerint Oroszország taiga-erdői több mint tíz éve szabályozzák Ázsia északi régióinak éghajlatát. Sok nyugati meteorológus nem ért egyet vele, de az orosz kormány és tudósok érdekli ezt az elméletet.
Minden nyáron, amikor a napok hosszabbodnak, Anastasia Makarieva elhagyja laboratóriumát Szentpéterváron, és vakációra megy az orosz északi végtelen erdőkbe. Egy nukleáris fizikus sátorot készít a Fehér-tenger partján, a fenyők és a fenyők között, kajakon úszik a régió végtelen folyói mentén, és jegyzeteket készít a természetről és az időjárásáról. "Az erdők nagy része a személyes életemnek" - mondja. 25 éven át tartó észak-zarándoklaton keresztül fontos részévé vált szakmai életében.
Makarieva több mint tíz éve védi azt az elméletet, amelyet Viktor Gorshkov-val, mentorjával és kollégájával a Pétervári Nukleáris Fizikai Intézetből (PNPI) fejlesztett ki arról, hogy Oroszország boreális (taiga) erdői, amelyek a Föld legnagyobb erdője, szabályozzák Észak-Ázsia éghajlatát. Ez az egyszerű, de messzemenő fizikai elmélet leírja, hogy a fák által kilégzett vízgőz szeleket hoz - ezek a szelek átjutnak a kontinensen, nedves levegőt szállítva Európából Szibérián, tovább Mongólia és Kína felé; ezek a szelek továbbviszik az esőket, amelyek Kelet-Szibéria óriási folyóit táplálják; ezek a szelek Kína északi síkságát, a bolygó legnépesebb országának magtárát öntözik.
A széndioxid felszívására és az oxigén kilégzésére való képessége miatt a nagy erdőket gyakran a bolygó tüdejének hívják. De Makarieva és Gorshkov (tavaly meghalt) meg vannak győződve arról, hogy ők is a szíve. „Az erdők összetett, önellátó esőrendszerek és a Föld légkörének cirkulációjának fő tényezői” - mondja Makarieva. Hatalmas mennyiségű nedvességet cirkulálnak a levegőbe, és a szél során szeleket hoznak, amelyek ezt a vizet pumpálják a világ minden tájáról. Ennek az elméletnek az első része - hogy az erdők esőssé teszik - összhangban áll más tudósok kutatásaival, és egyre inkább emlékezetbe kerülnek a vízkészletek gazdagodó erdőirtás közepette történő kezelésekor. A második rész, az Makarieva biotikus szivattyúnak nevezett elmélete azonban sokkal ellentmondásosabb.
A munka elméleti hátterét közzétették - bár kevésbé ismert folyóiratokban -, és egy kollégák egy kis csoportja támogatta Makarievat. De a biotikus szivattyúelmélet számos kritikát kapott - különösen az éghajlat-modellezőktől. Egyesek úgy vélik, hogy a szivattyú hatása jelentéktelen, míg mások azt teljesen tagadják. Ennek eredményeként Makarieva kívülállók közé tartozott: a modellfejlesztők között egy elméleti fizikus, a nyugati tudósok között egy orosz, és egy nő a férfiak által irányított területen.
Ha azonban az elmélete helytálló, meg tudja magyarázni, hogy az óceánoktól való jelentős távolság ellenére az erdős kontinensek belsejében ugyanannyi csapadék esik, mint a tengerparton, és miért éppen ellenkezőleg, a fák nélküli kontinensek belső tere általában enyhe. Ez azt is jelenti, hogy az erdők - az orosz taigától az Amazonas esőerdőkig - nem csak a megfelelő időjárás mellett nőnek. Maguk készítik. „Amit olvastam, arra a következtetésre jutottam, hogy a biotikus szivattyú működik” - mondja Douglas Sheil, a norvég élettudományi egyetem erdőökológusa. A szóban forgó világ erdők sorsával azt mondja: "Még ha van is kis esély arra, hogy ez az elmélet helytálló, feltétlenül meg kell tudni."
Számos meteorológiai tankönyv még mindig bemutatja a természetben levő vízciklus diagramját, ahol a felhőkben kondenzálódó és esőként eső légköri nedvesség fő oka az óceán párolgása. Ez a séma teljesen figyelmen kívül hagyja a növényzet és különösen a fák szerepét, amelyek óriási szökőkutakként viselkednek. Gyökereik a talajból vizet vesznek fel a fotoszintézis céljából, és a levelek mikroszkopikus pórusai elpárologtatják a fel nem használt vizet a levegőbe. Ezt a folyamatot - egyfajta izzadság, csak a fákban - transzpirációnak nevezzük. Így egy érett fa naponta több száz liter vizet bocsát ki. A lombozat nagy területe miatt az erdő gyakran több nedvességet bocsát ki a levegőbe, mint az azonos méretű víztest.
Ennek a másodlagos nedvességnek a tápanyag-esőképződésben betöltött szerepét 1979-ig alapvetően nem figyelték meg, amikor a brazil meteorológus, Eneas Salati megvizsgálta az Amazonasból származó esővíz izotópos összetételét. Kiderült, hogy a transzpiráció útján visszatérő víz több molekulát tartalmaz a nehéz 18 izotóp izotóp-tartalommal, mint az óceánból elpárolgott víz. Tehát Salati megmutatta, hogy az Amazonas feletti csapadék fele az erdő párolgása következtében esett le.
A meteorológusok körülbelül 1,5 kilométer magasságban nyomon követik az erdő feletti légköri sugárhajtást. Ezek a szelek - együttesen a dél-amerikai alsó sugárhajtású áramnak - nyugatról keletre fújnak az Amazonason át egy versenykerékpár sebességgel, amelyet az Andok-hegység dél felé vezet. Salati és mások azt sugallták, hogy ők ők viszik a felszabadult nedvesség nagy részét, és "repülõ folyónak" nevezték el. Antonio Brablim, a brazil Nemzeti Űrkutató Intézet klimatológusa szerint a repülő Amazon folyó ma annyi vizet hordoz, mint az alatta fekvő óriási Föld folyó.
Egy ideig azt hitték, hogy a repülő folyók az Amazonas-medencére korlátozódtak. De az 1990-es években Hubert Savenije, a Delfti Műszaki Egyetem hidrológusa megkezdte Nyugat-Afrikában a nedvességvisszaáramlás tanulmányozását. Az időjárási adatok hidrológiai modelljével megállapította, hogy minél távolabb van a parttól a tengerpart, annál nagyobb az erdőkből származó csapadék aránya - akár 90% a belső térben. Ez a felfedezés magyarázza, hogy a Szahel belsõ része mikor válik száradóvá: az elmúlt fél évszázadban a parti erdõk eltûntek.
Savenier egyik hallgatója, Ruud van der Ent kifejlesztette ötletét a nedvességáramlás globális modelljének kidolgozásával. Összeállította a csapadék, a páratartalom, a szélsebesség és a hőmérséklet megfigyeléseit, valamint a párolgás és az átáramlás elméleti becsléseit, és megalkotta az első modellt a vízgyűjtőn kívüli skálák nedvességszállítására.
2010-ben Van der Ent és munkatársai nyilvánosságra hozták azt a megállapítást, hogy globálisan az összes csapadék 40% -a szárazföldön, nem pedig az óceánon fordul elő. Gyakran még több. A repülő Amazon folyó a csapadék 70% -át biztosítja a Rio de la Plata-medencében, amely Dél-Amerika délkeleti részén terül el. Van der Ent nagyon meglepte, hogy Kína vízének 80% -át nyugatról kapja - és ez elsősorban az atlanti nedvesség, amelyet Skandinávia és Oroszország taigaerdei dolgoznak fel. Az utazás több szakaszból áll - transzpirációs ciklusok és az ehhez kapcsolódó eső -, és legalább hat hónapot vesz igénybe. "Ez ellentétes azzal a korábbi információval, amelyet mindenki a középiskolában tanul" - mondja. "Kína közel van az óceánhoz, a Csendes-óceánhoz, de csapadékának nagy része a távoli nyugati talaj nedvességéből származik."
***
Ha Makarieva-nak igaza van, az erdők nemcsak nedvességet szolgáltatnak, hanem a szeleket is előhozzák.
Negyed századig dolgozott Gorshkov-szal. Diákjaként kezdett a PNPI-nél, a Kurchatov Intézet, a polgári és katonai nukleáris kutatások legnagyobb orosz intézetének alegységében. A kezdetektől a területen dolgoztak és ökológiával foglalkoztak az intézetben, ahol a fizikusok atomreaktorok és neutronnyalábok segítségével tanulmányozzák az anyagokat. Mint elméleti szakemberek emlékeztetnek rá, „kivételes kutatási és gondolkodási szabadsággal rendelkeztek” - légkörfizikával foglalkoztak, bárhová is vitték őket. „Victor megtanított: ne félj semmitől” - mondja.
2007-ben először mutatták be a biotikus szivattyú elméletét a Hydrology and Earth Sciences folyóiratban. Provokatívnak tekintették a kezdetektől fogva, mert ellentmondanak a meteorológia régóta fennálló elvének: a szeleket elsősorban a légkör eltérő melegítése okozza. Ahogy emelkedik, a meleg levegő csökkenti az alábbi rétegek nyomását, lényegében új teret teremtve a felületnek. Például nyáron a szárazföldi felület gyorsabban felmelegszik, és nedves szellőket vonz a hűvösebb óceánból.
Makarieva és Gorškov azzal érvelnek, hogy néha más folyamat uralkodik. Amikor az erdőből származó vízgőz felhőkké kondenzálódik, a gáz folyadékká válik - és kevesebb térfogatot vesz fel. Ez csökkenti a légnyomást, és vízszintesen távozza a levegőt a kevesebb kondenzációval rendelkező helyekről. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a tengerparti erdők feletti páralecsapódás kényszeríti a tenger szellőjét, és a nedves levegőt bejuttatja a belső térbe, ahol végül kondenzálódik és esőként esik le. Ha az erdők kiterjednek a szárazföldre, akkor a ciklus folytatódik, és ezer kilométer hosszan tartja a nedves szeleket.
Ez az elmélet megfordítja a hagyományos nézetet: a hidrológiai ciklust nem a légköri keringés vezérli, hanem éppen ellenkezőleg, a hidrológiai ciklus szabályozza a levegő tömegkeringését.
Sheel, aki több mint tíz évvel ezelőtt az elmélet támogatója lett, úgy véli, hogy ez a folyók repülésének ötlete. "Nem zárják ki egymást" - mondja. "A szivattyú magyarázza a folyók erősségét." Úgy véli, hogy a biotikus szivattyú magyarázza a "hideg Amazon paradoxont". Januártól júniusig, amikor az Amazonas-medence hidegebb, mint az óceán, erős szél fúj az Atlanti-óceántól az Amazonasig - bár a különféle fűtési elméletek másként sugallják. Nobre, egy másik régóta támogató, lelkesen magyarázza: "Nem adatokból származnak, hanem alapelvekből".
Még azok is, akik kételkednek az elméletben, egyetértenek abban, hogy az erdők elvesztése messzemenő következményekkel jár az éghajlatra. Sok tudós azt állítja, hogy az erdőirtás évezredekkel ezelőtt az ausztrál szárazföldi területek és Nyugat-Afrika elsivatagosodásához vezetett. Fennáll annak a veszélye, hogy az erdőirtás a jövőben aszályokhoz vezet más régiókban, például az Amazonas esőerdők egy része szavannává válik. Patrick Keys, a Colorado Állami Egyetem, Fort Collins légköri vegyészete szintén veszélybe vannak téve a kínai mezőgazdasági régiók, az afrikai Sáhel és az argentin pampák.
2018-ban Kees és munkatársai a van der Enthez hasonló modellt alkalmaztak a csapadékforrások nyomon követésére 29 globális nagyvárosi térségben. Megállapította, hogy 19 vízellátásuk nagy része távoli erdőktől függ, köztük Karachi (Pakisztán), Wuhan és Sanghaj (Kína), Újdelhi és Kolkata (India). "Még a csapadék kis változásai is, amelyeket a földhasználat változásai okoznak a szélben, nagy hatással lehetnek a városi vízellátás törékenységére" - mondja.
Egyes modellek még azt sugallják, hogy az erdőirtás a nedvességforrás elpusztításával fenyegeti az időjárási viszonyok megváltozását az úszó folyókon túl. Mint tudod, az El Niño - a szélhőmérséklet és a trópusi Csendes-óceán áramlásának ingadozása - közvetett módon befolyásolja a távoli időjárást. Hasonlóképpen, az Amazonas erdőirtása csökkentheti az USA középnyugati részén eső csapadékmennyiséget és a Sierra Nevada hótakaróját - mondta Roni Avissar, a Miami Egyetem klimatológusa, aki ilyen kapcsolatokat modellez. Túlzás? "Egyáltalán nem" - válaszolja. „Tudjuk, hogy El Niño erre képes, mert az erdőirtással ellentétben ez a jelenség megismétlődik, és egy mintát követünk. Mindkettőt a légkörbe kibocsátott hőmérséklet és nedvesség kis változásai okozzák."
A stockholmi egyetem Lan Wang-Erlandsson kutatója, aki a föld, a víz és az éghajlat kölcsönhatását vizsgálja, elmondta, hogy itt az ideje váltani a víz és a felszín alatti vízfelhasználásról egy adott vízgyűjtő területén a földhasználat megváltozására. „Új nemzetközi hidrológiai megállapodásokra van szükség az erdők fenntartásához olyan területeken, ahol légtömeg alakul ki” - mondja.
Két évvel ezelőtt, az ENSZ Erdészeti Fórumának ülésén, amelyen valamennyi ország kormányai részt vesznek, David Ellison, a berni egyetem földkutatója adott esettanulmányt. Bebizonyította, hogy az etióp felvidéken, a Nílus fõ forrásánál az összes csapadék 40% -a nedvességbõl származik, amely visszatér a Kongói-medence erdõibõl. Egyiptom, Szudán és Etiópia régóta esedékes megállapodást tárgyal a Nílus vizeinek felosztására. De egy ilyen megállapodás értelmetlen lenne, ha az erdőirtás a három országtól távol lévő Kongói-medencében kiszárítja a nedvességforrást - javasolta Ellison. "Az erdők és a víz kapcsolatát a világ édesvizének kezelésekor szinte teljesen figyelmen kívül hagyják."
A biotikus szivattyúelmélet tovább tolja a tétket, mivel az erdőveszteség várhatóan nemcsak a nedvességforrásokra, hanem a szélmintákra is hatással lesz. Ellison figyelmezteti, hogy az elmélet, ha megerősítést nyer, "kritikus jelentőségű lesz a bolygó légkörének modelljei szempontjából" - különösen azok, amelyek nedves levegőt szállítanak a szárazföldön.
***
De az elmélet támogatói eddig kisebbségben vannak. 2010-ben Makarieva, Gorshkov, Shil, Nobre és Bai-Liang Li, a Riverside-i Kaliforniai Egyetem ökológusa benyújtotta a légköri kémia és fizika biotikus szivattyújának történelmi leírását. De a "Honnan származnak a szelek?" Című cikk kritizálták az interneten, és a folyóirat több hónapot vett igénybe, hogy mindössze két tudós megtalálta az áttekintést. Isaac Held, a Princetoni Egyetem geofizikai folyadékdinamikai laboratóriumának meteorológusa önként jelentkezett - és javasolta a kiadvány leállítását. "Ez nem titokzatos hatás" - mondja. "Ez általában elhanyagolható, ráadásul számos légköri modellben már figyelembe veszik." A kritikusok azt mondják, hogy a levegő tágulása a hőtől,amely a vízgőz kondenzációja során szabadul fel, ellensúlyozza a kondenzáció térbeli hatását. Makarieva szerint azonban ez a két hatás térben el van választva: a felmelegedés magasságon megy végbe, és a kondenzációs nyomás esése közelebb van a felszínhez, ahol biotikus szél keletkezik.
Egy másik recenzens Judith Curry, a grúziai Technológiai Intézet légköri fizikusa volt. Régóta aggódik a légkör állapota miatt, és úgy érezte, hogy a cikket közzé kell tenni, mert "a konfrontációnak rossz hatása van a klimatológiára, és orrához vért kell a fizikusok számára". Három éves vita után a magazin szerkesztője elutasította Held ajánlását és közzétette a cikket. Ugyanakkor megjegyezte, hogy a kiadvány nem tekinthető jóváhagyásnak, hanem tudományos párbeszédként szolgál egy ellentmondásos elmélettel kapcsolatban - megerősíti vagy megcáfolja.
Azóta nem került sor megerősítésre vagy megcáfolásra - a konfrontáció folytatódott. A Columbia Egyetem klíma-szimulátorának, Gavin Schmidt szerint: "Ez csak ostobaság." A szerzők a kritikára így válaszolnak: "Valójában a matematika miatt nem biztosak abban, hogy folytatják-e a párbeszédet." A brazil meteorológus és a Nemzeti Katasztrófamegelőzési és Megfigyelőközpont vezetője, Jose Marengo azt mondja: „Azt hiszem, van egy szivattyú, de most minden az elmélet szintjén van. Az éghajlati modellek szakértői nem fogadták el, de az oroszok a legjobb teoretikusok a világon, ezért mindent ellenőrizni kell a megfelelő terepi kísérleteket. " De eddig senki, még Makarieva sem, nem javasolta ezeket a kísérleteket.
A maga részéről Makarieva az elméletre támaszkodik, és egy sor legutóbbi munka sorozatában azzal érvel, hogy ugyanaz a mechanizmus hatással lehet a trópusi ciklonokra - ezeket a hő hajtja, amikor a nedvesség kondenzálódik az óceán felett. A 2017. évi légköri kutatási újságban kollégáival azt javasolta, hogy az erdőszerű biotikus szivattyúk nedvességben gazdag levegőt vonjanak a ciklon eredetéből. Ez elmagyarázza, hogy ez magyarázza, hogy a ciklonok miért ritkán alakulnak ki az Atlanti-óceán déli részén: az Amazonas és a Kongói esőerdők annyira kiszivározzák a nedvességet, hogy a hurrikánokhoz már túl kevés marad.
Kerry Emanuel, a MIT vezető hurrikánkutatója szerint a javasolt hatások "jelentősek, de elhanyagolhatóak". Más magyarázatot részesít a hurrikánok hiányában az Atlanti-óceán déli részén, például a térség hűvös vize kevesebb nedvességet enged a levegőbe, és erős szelei megakadályozzák a ciklonok kialakulását. Makarieva a maga részéről ugyanígy elutasítja a tradicionalistákat, és úgy gondolja, hogy a hurrikán-intenzitással kapcsolatos meglévő elméletek egy része "ellentmond a termodinamika törvényeinek". Van egy másik cikke a Journal of Atmospheric Sciences - felülvizsgálatáig. "Aggódunk, hogy a szerkesztő támogatása ellenére munkánkat újra elutasítják" - mondja.
Noha Makaryeva elképzeléseit nyugaton marginálisnak tekintik, Oroszországban fokozatosan gyökerezik. Tavaly a kormány nyilvános párbeszédet indított az erdészeti törvények felülvizsgálatáról. Az orosz erdők - a régi védett területek kivételével - kereskedelmi célú felhasználásra nyitottak, de a kormány és a Szövetségi Erdészeti Ügynökség új kategóriát fontolóra vesz - az éghajlatvédelmi erdők. „Erdészeti osztályunkban néhányan le vannak ragadtatva a biotikus szivattyú ötletéről, és új kategóriát akarnak bevezetni” - mondja. Az elképzelést az Orosz Tudományos Akadémia is támogatta. Makarieva szerint új és szokatlan a konszenzus része, és nem örök kívülálló.
Ezen a nyáron az északi erdőkbe tett utat megszakította a koronavírus járvány és a karantén. Otthon, Szentpéterváron, leült egy újabb, a névtelen értékelőktől származó kifogások körére. Meg van győződve arról, hogy a szivattyúelmélet előbb vagy utóbb nyer. "A tudományban természetes tehetetlenség van" - mondja. Sötét orosz humorral emlékeztet a legendás német fizikus, Max Planck szavaira, aki ismertté tette a tudomány fejlődését: "temetési sorozat".
