Теория биотического насоса

Дыхание жизни. Природные катаклизмы и «лесной насос». Миф или реальность? Новые технологии // АллатРа ТВ ГЕОЦЕНТР [4:01]

Теория биотического насоса (ТБН, теория лесного насоса) — научная теория, описывающая физический механизм процесса регуляции лесами круговорота воды. Согласно данной теории, биотический лесной насос поддерживает устойчивость климата суши и океанов в оптимальном для всей биосферной жизни состоянии. Он регулирует величину сезонных осадков и облачность над океаном и сушей в требуемых для всего многообразия жизни пределах.

Теория биотического насоса — одна из теорий, имеющих отношение к концепции биотической регуляции окружающей среды.

Основные принципы работы биотического насоса атмосферной влаги

Сущность работы биотического насоса атмосферной влаги состоит в том, что естественный лес закачивает влажный воздух с океана, увеличивая осадки до уровня, при котором гравитационный речной сток с оптимально увлажненной почвы компенсируется на любом расстоянии от океана.

Биотический насос атмосферной влаги

Водяной пар, испарившийся с поверхностей листьев, конденсируется в холодных верхних слоях атмосферы. Из-за этого воздух над лесом разрежается, его давление падает. Это создает восходящие потоки воздуха над лесом, засасывающие влагу с океана и приносящие его на сушу. Когда водяной пар конденсируется в капли (молекулы водяного пара исчезают из атмосферного воздуха, переходя в жидкую фазу), давление падает. Конденсация водяного пара приводит к понижению давления и появлению горизонтального подсоса. Конденсация больше там, где больше испарение. А оно больше там, где растет лес. У леса огромная поверхность — много листьев, и влаги там испаряется больше, чем с поверхности океана. Если суша покрыта лесом, она обеспечивает постоянную зону пониженного давления и действует как насос, тянущий на себя атмосферную влагу с океана. Воздух в приземном слое распространяется из области с меньшим испарением в область с большим испарением.

Термоконденсационный осмос водяного пара в гравитационном поле Земли

Температура в верхней части атмосферы существенно ниже, чем у поверхности Земли. Вертикальный градиент температуры воздуха действует как полупроницаемая перегородка, которая "не пропускает" вверх водяной пар, испарившийся с поверхности. Водяной пар конденсируется в верхней части атмосферы и исчезает из газовой фазы. Однако при этом не возникает препятствий выравниванию парциальных давлений неконденсирующихся составляющих воздуха. Происходит физическое явление, получившее название «Термоконденсационный осмос водяного пара в гравитационном поле Земли» .

Биотический насос и вырубка лесов

Вырубка лесов, замена их, например, на травостой приводит к тому, что листовой индекс резко падает. Соответственно, испарение с поверхности экосистемы уменьшается — сначала оно сравнивается с океаническим, а потом становится существенно меньше его. В результате ветер меняет направление и начинает дуть с суши на океан.

Только сплошной неразорванный покров ненарушенного естественного леса, граничащий с океаном или морем по всей береговой линии, способен устойчиво поддерживать влагу на оптимальном для жизни уровне в любых сколь угодно отдаленных от океана областях суши.

Полная вырубка береговой лесополосы оказывается равносильна тому, как если бы у насоса отрубили шланг: ветер меняет направление и дует уже не в сторону леса, а в сторону моря, иссушая континент, леса при этом засыхают.

Теория биотического насоса и парниковый эффект

Главными парниковыми веществами атмосферы Земли, поглощающими до 80 % теплового излучения, являются пары воды и облачность. Углекислый газ и другие второстепенные парниковые вещества поглощают около 20 % теплового излучения земной поверхности. Ненарушенная биота Земли смогла бы легко компенсировать парниковый эффект при любых изменениях концентрации углекислого газа в атмосфере при условии сохранение лесов. Уменьшение выбросов углекислого газа ничего не даст, если вырубка лесов будет продолжаться.

Ураганы, смерчи и условия их возникновения

Ураганы и смерчи возникают в отсутствие постоянного направленного ветра, когда в малой локальной области конденсация влаги превышает конденсацию в соседних областях. В этих случаях в такую локальную область затягивается воздух и водяные пары изо всех окружающих ее соседних областей. Приток водяных паров увеличивает их конденсацию в подобной локальной области, что усиливает приток воздуха и водяных паров (положительная обратная связь). В результате скорость ветра достигает максимальной ураганной величины. При постоянной тяге лесного насоса схождение ветров в локальных областях становится невозможным, ураганы и смерчи не возникают. Лесной насос стягивает влагу с больших поверхностей океанов. В таких областях также не могут возникать ураганы и смерчи.

Теория биотического насоса и теория эволюции

До появления жизни на Земле испарение на суше практически отсутствовало, и поэтому ветер вблизи земной поверхности дул всегда с суши на океан — в сторону большего испарения. В течение двух миллиардов лет эволюции природой была выведена растительность, способная испарять больше влаги, чем открытая водная поверхность океана. Испаряющая поверхность листьев сплошного лесного покрова в несколько раз превосходит испаряющую поверхность открытого океана равной территории. Благодаря этому и установившемуся в результате изменения направления ветра транспорту влаги океанов на континенты жизнь смогла обосноваться на суше.

О научной теории

Идея биотического насоса была впервые выдвинута в конце 2005 г сотрудниками Петербургского института ядерной физики профессором Виктором Горшковым и кандидатом физ-мат. наук Анастасией Макарьевой. Cтатья о биотическом насосе была впервые опубликована на страницах журнала Hydrology and Earth System Sciences Discussions (Гидрология и Науки о Системе Земля, Обсуждения) Европейского Союза Наук о Земле. В октябре 2007 года с использованием спутниковых данных было подтверждено предсказание теории лесного насоса о том, что во время засухи естественные леса должны увеличивать испарение.

См. также

• Метеорология
• Экосистема