Pyjet rregullojnë klimën dhe prodhojnë erë - Teoria e pompës biotike

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Anastasia Makarieva, një fizikan bërthamor nga Instituti i Fizikës Bërthamore në Shën Petersburg, ka mbrojtur teorinë se pyjet e taigës së Rusisë rregullojnë klimën e rajoneve veriore të Azisë për më shumë se dhjetë vjet. Shumë meteorologë perëndimorë nuk pajtohen me të, por qeveria dhe shkencëtarët në Rusi janë të interesuar për këtë teori.

Çdo verë, ndërsa ditët zgjasin, Anastasia Makarieva lë laboratorin e saj në Shën Petersburg dhe shkon me pushime në pyjet e pafundme të Veriut të Rusisë. Një fizikan bërthamor ngre një tendë në brigjet e Detit të Bardhë, mes bredhave dhe pishave, noton me kajak në lumenjtë e pafund të rajonit dhe mban shënime për natyrën dhe motin. "Pyjet janë një pjesë e madhe e jetës sime personale," thotë ajo. Për 25 vite pelegrinazh vjetor në veri, ato janë bërë pjesë e rëndësishme e jetës së saj profesionale.

Për më shumë se dhjetë vjet, Makarieva ka mbrojtur teorinë, të cilën ajo e zhvilloi së bashku me Viktor Gorshkov, mentorin dhe kolegun e saj nga Instituti i Fizikës Bërthamore në Shën Petersburg (PNPI), se si pyjet boreale (taiga) të Rusisë, pylli më i madh në Tokë, rregullojnë klimën e Azisë veriore. Kjo teori fizike e thjeshtë por me ndikim të gjerë përshkruan se si avujt e ujit të nxjerrë nga pemët krijojnë erëra - këto erëra kalojnë kontinentin, duke bartur ajër të lagësht nga Evropa nëpër Siberi dhe më tej në Mongoli dhe Kinë; këto erëra bartin shirat që ushqejnë lumenjtë gjigantë të Siberisë Lindore; këto erëra ujitin fushën veriore të Kinës, hambarin e vendit më të populluar në planet.

Për shkak të aftësisë së tij për të thithur dioksid karboni dhe për të thithur oksigjen, pyjet e mëdha shpesh quhen mushkëritë e planetit. Por Makarieva dhe Gorshkov (ai vdiq vitin e kaluar) janë të bindur se ata janë gjithashtu zemra e saj. "Pyjet janë sisteme komplekse, të vetë-qëndrueshme të shiut dhe një faktor kryesor në qarkullimin e atmosferës në Tokë," thotë Makarieva. Ata riqarkullojnë sasi të mëdha lagështie në ajër dhe në këtë proces krijojnë erëra që pompojnë këtë ujë nëpër botë. Pjesa e parë e kësaj teorie - që pyjet bëjnë shi - është në përputhje me kërkimet e shkencëtarëve të tjerë dhe po mbahet mend gjithnjë e më shumë gjatë menaxhimit të burimeve ujore në mes të shpyllëzimit të shfrenuar. Por pjesa e dytë, teoria që Makarieva e quan pompë biotike, është shumë më e diskutueshme.

Sfondi teorik i punës u botua - megjithëse në revista më pak të njohura - dhe Makarieva u mbështet nga një grup i vogël kolegësh. Por teoria e pompës biotike ka marrë një mori kritikash - veçanërisht nga modeluesit e klimës. Disa besojnë se ndikimi i pompës është i parëndësishëm, ndërsa të tjerë e mohojnë atë fare. Si rezultat, Makarieva e gjeti veten në rolin e një të huaji: një fizikante teorike midis zhvilluesve të modeleve, një ruse midis shkencëtarëve perëndimorë dhe një grua në një zonë të sunduar nga burrat.

Megjithatë, nëse teoria e saj është e saktë, ajo do të jetë në gjendje të shpjegojë pse, megjithë distancën e konsiderueshme nga oqeanet, në brendësi të kontinenteve të pyllëzuara ka po aq reshje sa në bregdet, dhe pse në brendësi të kontinenteve pa pemë, në përkundrazi, zakonisht është i thatë. Kjo nënkupton gjithashtu se pyjet - nga tajga ruse deri te pyjet tropikale të Amazonës - nuk rriten vetëm aty ku është koha e duhur. E bëjnë vetë. "Nga ajo që lexova, kam arritur në përfundimin se pompa biotike po funksionon," thotë Douglas Sheil, një ekolog pyjor në Universitetin Norvegjez të Shkencave të Jetës. Duke qenë se fati i pyjeve të botës është në pikëpyetje, ai thotë: “Edhe nëse ekziston mundësia më e vogël që kjo teori të jetë e saktë, është e domosdoshme të zbulohet me siguri”.

Shumë tekste të meteorologjisë ofrojnë ende një diagram të ciklit të ujit në natyrë, ku shkaku kryesor i lagështisë atmosferike, e cila kondensohet në re dhe bie në formën e shiut, është avullimi i oqeanit. Kjo skemë injoron plotësisht rolin e bimësisë dhe veçanërisht të pemëve, të cilat veprojnë si shatërvanë gjigantë. Rrënjët e tyre nxjerrin ujë nga toka për fotosintezë dhe poret mikroskopike në gjethe avullojnë ujin e papërdorur në ajër. Ky proces - një lloj djerseje, vetëm në pemë - quhet transpirim. Kështu, një pemë e pjekur lëshon qindra litra ujë në ditë. Për shkak të sipërfaqes së madhe të gjetheve, pylli shpesh lëshon më shumë lagështi në ajër sesa një trup ujor me të njëjtën madhësi.

Paradë shiu

Të ashtuquajturit "lumenj fluturues" janë erërat mbizotëruese që thithin avujt e ujit të emetuar nga pyjet dhe dërgojnë shi në trupat ujorë të largët. Një teori e diskutueshme sugjeron se vetë pyjet drejtojnë erërat.

Sipas teorisë së pompës biotike, pyjet nuk shkaktojnë vetëm shi, por edhe erë. Kur avulli i ujit kondensohet mbi pyjet bregdetare, presioni i ajrit zvogëlohet dhe krijohen erëra që thithin ajrin e lagësht të oqeanit. Ciklet e transpirimit dhe kondensimit krijojnë erëra që bartin shiun mijëra kilometra në brendësi të tokës.

Pra, rreth 80% e reshjeve në Kinë vijnë nga perëndimi falë lumit fluturues Trans-Siberian. Dhe lumi fluturues Amazon siguron 70% të reshjeve në pjesën juglindore të Amerikës së Jugut.

Roli i kësaj lagështie dytësore në formimin e shirave të lëndëve ushqyese u neglizhua deri në vitin 1979, kur meteorologu brazilian Eneas Salati ekzaminoi përbërjen izotopike të ujit të shiut nga pellgu i Amazonës. Doli se uji i kthyer nga transpirimi përmban më shumë molekula me izotopin e rëndë oksigjen-18 sesa uji i avulluar nga oqeani. Pra, Salati tregoi se gjysma e reshjeve mbi Amazon ra si pasojë e avullimit të pyjeve.

Meteorologët gjurmuan avionin atmosferik mbi pyll në një lartësi prej rreth 1.5 kilometra. Këto erëra - të referuara kolektivisht si rryma më e ulët e avionëve të Amerikës së Jugut - fryjnë nga perëndimi në lindje përgjatë Amazonës me shpejtësinë e një biçiklete garash, pas së cilës malet e Andeve i tërheqin ato në jug. Salati dhe të tjerë sugjeruan se ishin ata që mbanin pjesën më të madhe të lagështisë së lëshuar dhe i quajtën "lumi fluturues". Sipas klimatologut Antonio Nope në Institutin Kombëtar të Kërkimeve Hapësinore Braziliane, lumi fluturues Amazon mbart sot aq ujë sa lumi gjigant i Tokës poshtë tij.

Për një kohë besohej se lumenjtë fluturues ishin të kufizuar në pellgun e Amazonës. Por në vitet 1990, hidrologu Hubert Savenije në Universitetin e Teknologjisë Deltfe filloi të studionte riqarkullimin e lagështirës në Afrikën Perëndimore. Duke përdorur një model hidrologjik mbi të dhënat e motit, ai zbuloi se sa më larg në brendësi nga bregu, aq më i lartë është përqindja e reshjeve që bien nga pyjet - deri në 90% në brendësi. Ky zbulim shpjegon pse Saheli i brendshëm po bëhet më i thatë: pyjet bregdetare janë zhdukur gjatë gjysmëshekullit të fundit.

Një nga studentët e Savenier, Ruud van der Ent, zhvilloi idenë e tij duke krijuar një model global të rrjedhës së ajrit me lagështi. Ai mblodhi së bashku vëzhgime të reshjeve, lagështisë, shpejtësisë dhe temperaturës së erës dhe vlerësime teorike të avullimit dhe transpirimit, dhe krijoi modelin e parë të transportit të lagështirës në shkallë përtej pellgjeve lumore.

Në vitin 2010, Van der Ent dhe kolegët e tij zbuluan gjetjen e tyre se globalisht, 40% e të gjitha reshjeve ndodhin në tokë, jo në oqean. Shpesh edhe më shumë. Lumi fluturues i Amazonës siguron 70% të reshjeve në pellgun e Rio de la Plata, i cili shtrihet në të gjithë Amerikën Juglindore. Van der Ent u befasua shumë kur zbuloi se Kina merr 80% të ujit të saj nga perëndimi - për më tepër, është kryesisht lagështia e Atlantikut, e cila përpunohet nga pyjet taigash të Skandinavisë dhe Rusisë. Udhëtimi ka disa faza - cikle transpirimi me shi të shoqëruar - dhe zgjat gjashtë muaj ose më shumë. “Kjo bie ndesh me informacionin e mëparshëm që të gjithë mësojnë në shkollë të mesme,” thotë ai. “Kina është afër oqeanit, Oqeanit Paqësor, por pjesa më e madhe e reshjeve të saj është lagështia nga toka në perëndimin e largët”.

Nëse Makarieva ka të drejtë, pyjet ofrojnë jo vetëm lagështi, por edhe krijojnë erën që e mbart atë.

Ajo punoi me Gorshkov për një çerek shekulli. Ajo filloi si studente në PNPI, një nënndarje e Institutit Kurchatov, instituti më i madh rus i kërkimit bërthamor, civil dhe ushtarak. Që në fillim ata punuan në terren dhe u angazhuan në ekologji në institut, ku fizikanët studiojnë materiale duke përdorur reaktorë bërthamorë dhe rreze neutron. Si teoricienë, kujton ajo, ata kishin "liri të jashtëzakonshme kërkimi dhe mendimi", - ata ishin të angazhuar në fizikën atmosferike, kudo që t'i çonte. "Victor më mësoi: mos kini frikë nga asgjë," thotë ajo.

Në vitin 2007, ata paraqitën për herë të parë teorinë e tyre të pompës biotike në revistën Hydrology and Earth Sciences. Ai u konsiderua provokues që në fillim, sepse binte ndesh me një parim të kahershëm të meteorologjisë: erërat shkaktohen kryesisht nga ngrohja diferenciale e atmosferës. Ndërsa ajri i ngrohtë ngrihet, ai ul presionin e shtresave poshtë, duke krijuar në thelb hapësirë të re për veten në sipërfaqe. Në verë, për shembull, sipërfaqja e tokës nxehet më shpejt dhe tërheq erërat e lagësht nga oqeani më i freskët.

Makarieva dhe Gorshkov argumentojnë se ndonjëherë mbizotëron një proces tjetër. Kur avulli i ujit nga pylli kondensohet në re, gazi bëhet një lëng - dhe merr më pak vëllim. Kjo zvogëlon presionin e ajrit dhe tërheq ajrin horizontalisht nga zonat me më pak kondensim. Në praktikë, kjo do të thotë se kondensimi mbi pyjet bregdetare krijon një erë deti, duke shtyrë ajrin e lagësht në brendësi, ku përfundimisht kondensohet dhe bie si shi. Nëse pyjet shtrihen në brendësi të tokës, cikli vazhdon, duke mbajtur erërat e lagështa për mijëra kilometra.

Kjo teori përmbys pikëpamjen tradicionale: nuk është qarkullimi atmosferik ai që kontrollon ciklin hidrologjik, por, përkundrazi, cikli hidrologjik rregullon qarkullimin masiv të ajrit.

Sheel, dhe ai u bë një mbështetës i teorisë më shumë se dhjetë vjet më parë, e konsideron atë si një zhvillim të idesë së lumenjve fluturues. "Ato nuk janë reciprokisht ekskluzive," thotë ai. "Pompa shpjegon fuqinë e lumenjve." Ai beson se pompa biotike shpjegon "paradoksin e ftohtë të Amazonës". Nga janari deri në qershor, kur pellgu i Amazonës është më i ftohtë se oqeani, erërat e forta fryjnë nga Atlantiku në Amazon - megjithëse teoria e ngrohjes diferenciale do të sugjeronte të kundërtën. Nobre, një tjetër përkrahës prej kohësh, shpjegon me entuziazëm: "Ato nuk vijnë nga të dhënat, por nga parimet themelore."

Edhe ata që dyshojnë në teori pajtohen se humbja e pyjeve ka pasoja të mëdha për klimën. Shumë shkencëtarë argumentojnë se shpyllëzimi mijëra vjet më parë çoi në shkretëtirëzimin e tokave të brendshme Australiane dhe Afrikës Perëndimore. Ekziston rreziku që shpyllëzimi në të ardhmen të çojë në thatësira në rajone të tjera, për shembull, një pjesë e pyjeve tropikale të Amazonës do të shndërrohet në savanë. Rajonet bujqësore të Kinës, Saheli Afrikan dhe pampat argjentinase janë gjithashtu në rrezik, thotë Patrick Keys, një kimist atmosferik në Universitetin e Kolorados, Fort Collins.

Në vitin 2018, Kees dhe kolegët përdorën një model të ngjashëm me Van der Ent për të gjurmuar burimet e reshjeve për 29 zona metropolitane globale. Ai zbuloi se shumica e furnizimit me ujë të 19 prej tyre varet nga pyjet e largëta, duke përfshirë Karaçi (Pakistan), Wuhan dhe Shangai (Kinë), Nju Delhi dhe Kolkata (Indi).“Edhe ndryshimet e vogla në reshjet e shkaktuara nga ndryshimet e përdorimit të tokës në drejtim të erës mund të kenë një ndikim të madh në brishtësinë e furnizimit me ujë urban,” thotë ai.

Disa modele madje sugjerojnë se shpyllëzimi, duke shkatërruar burimin e lagështisë, kërcënon të ndryshojë kushtet e motit shumë përtej lumenjve lundrues. Siç e dini, El Niño - luhatjet në temperaturën e erës dhe rrymat në Oqeanin Paqësor tropikal - indirekt ndikon në motin në vende të largëta. Po kështu, shpyllëzimi në Amazon mund të zvogëlojë reshjet në Midwest të SHBA dhe mbulesën e borës në Sierra Nevada, thotë klimatologu i Universitetit të Majamit Roni Avissar, i cili po modelon lidhje të tilla. I largët? "Aspak," përgjigjet ai. “Ne e dimë se El Niño është i aftë për këtë, sepse, ndryshe nga shpyllëzimi, ky fenomen përsëritet dhe ne vëzhgojmë një model. Të dyja shkaktohen nga ndryshime të vogla të temperaturës dhe lagështisë që lëshohet në atmosferë.

Studiuesi i Universitetit të Stokholmit, Lan Wang-Erlandsson, i cili po hulumton ndërveprimin e tokës, ujit dhe klimës, thotë se është koha për të kaluar nga përdorimi i ujit dhe nëntokësor brenda një pellgu të veçantë lumi në ndryshimin e përdorimit të tokës përtej. "Marrëveshjet e reja hidrologjike ndërkombëtare janë të nevojshme për të ruajtur pyjet në zonat ku formohen masa ajrore," thotë ajo.

Dy vjet më parë, në një takim të Forumit të OKB-së për Pyjet, ku marrin pjesë qeveritë e të gjitha vendeve, studiuesi i tokës nga Universiteti i Bernës David Ellison prezantoi një rast studimi. Ai tregoi se deri në 40% të reshjeve totale në malësitë e Etiopisë, burimi kryesor i Nilit, vjen nga lagështia që kthehet nga pyjet e pellgut të Kongos. Egjipti, Sudani dhe Etiopia po negociojnë një marrëveshje të vonuar prej kohësh për të ndarë ujërat e Nilit. Por një marrëveshje e tillë do të ishte e pakuptimtë nëse shpyllëzimi në pellgun e Kongos, larg tre vendeve, tharjen e burimit të lagështisë, sugjeroi Ellison. "Marrëdhënia midis pyjeve dhe ujit në menaxhimin e ujërave të ëmbla në botë është injoruar pothuajse plotësisht."

Teoria e pompës biotike do t'i ngrejë edhe më tej aksionet, pasi humbja e pyjeve pritet të ndikojë jo vetëm në burimet e lagështisë, por edhe në modelet e erës. Ellison paralajmëron se teoria, nëse konfirmohet, do të jetë "kritike për modelet planetare të qarkullimit të ajrit" - veçanërisht ato që transportojnë ajrin e lagësht në brendësi.

Por deri më tani, mbështetësit e teorisë janë në pakicë. Në vitin 2010, Makarieva, Gorshkov, Shil, Nobre dhe Bai-Liang Li, një ekolog në Universitetin e Kalifornisë, Riverside, paraqitën përshkrimin e tyre historik të pompës biotike në Kiminë Atmosferike dhe Fizikë, një revistë kryesore tematike me rishikim të hapur. Por artikulli "Nga vijnë erërat?" u kritikua në internet dhe revistës iu deshën shumë muaj për të gjetur vetëm dy shkencëtarë për ta shqyrtuar atë. Isaac Held, një meteorolog në Laboratorin Gjeofizik të Dinamikës së Fluideve në Universitetin Princeton, doli vullnetar - dhe rekomandoi që botimi të refuzohej. "Ky nuk është një efekt misterioz," thotë ai. "Përgjithësisht është i parëndësishëm dhe, për më tepër, tashmë merret parasysh në një sërë modelesh atmosferike." Kritikët thonë se zgjerimi i ajrit nga nxehtësia e krijuar nga kondensimi i avullit të ujit kundërshton efektin hapësinor të kondensimit. Por Makarieva thotë se këto dy efekte janë të ndara në hapësirë: ngrohja ndodh në lartësi, dhe rënia e presionit të kondensimit ndodh më afër sipërfaqes, ku krijohet era biotike.

Një tjetër recensues ishte Judith Curry, një fizikan i atmosferës në Institutin e Teknologjisë në Xhorxhia. Ajo shqetësohet prej kohësh për gjendjen e atmosferës dhe mendon se artikulli duhet të botohet, sepse "përballja ka një efekt të keq në klimatologji dhe ajo ka nevojë për gjak nga hunda për fizikantët". Pas tre vjet debati, redaktori i revistës hodhi poshtë rekomandimin e Held dhe publikoi artikullin. Por në të njëjtën kohë, ai vuri në dukje se botimi nuk mund të konsiderohet miratim, por do të shërbejë si një dialog shkencor mbi një teori të diskutueshme - për ta konfirmuar ose hedhur poshtë atë.

Që atëherë, asnjë konfirmim apo përgënjeshtrim nuk ka dalë - konfrontimi vazhdoi. Simulatori i klimës në Universitetin e Kolumbisë, Gavin Schmidt thotë, "Kjo është thjesht marrëzi". Autorët i përgjigjen kritikave kështu: “Në fakt, për shkak të matematikës, ata nuk janë të sigurt nëse ia vlen të vazhdohet dialogu”. Meteorologu brazilian dhe kreu i Qendrës Kombëtare për Monitorimin dhe Parandalimin e Fatkeqësive Natyrore, Jose Marengo, thotë: “Unë mendoj se pompa ekziston, por tani gjithçka është në nivelin e teorisë. Ekspertët e modeleve klimatike nuk e pranuan atë, por rusët janë teoricienët më të mirë në botë, ndaj duhen kryer eksperimente të përshtatshme në terren për të testuar gjithçka. Por deri më tani askush, madje as vetë Makarieva, nuk ka propozuar eksperimente të tilla.

Nga ana e saj, Makarieva mbështetet në teori, duke argumentuar në një seri punimesh të fundit se i njëjti mekanizëm mund të ndikojë në ciklonet tropikale - ato nxiten nga nxehtësia e lëshuar kur lagështia kondensohet mbi oqean. Në gazetën e Kërkimeve Atmosferike 2017, ajo dhe kolegët e saj sugjeruan që pompat biotike në formë pylli të tërheqin ajër të pasur me lagështi nga origjina e ciklonit. Kjo, thotë ajo, shpjegon pse ciklonet formohen rrallë në Oqeanin Atlantik Jugor: pyjet tropikale të Amazonës dhe Kongos kullojnë aq shumë lagështi saqë ka mbetur shumë pak për uraganet.

Studiuesi kryesor i uraganeve në MIT, Kerry Emanuel, thotë se efektet e propozuara janë "të rëndësishme, por të papërfillshme". Ai preferon shpjegime të tjera për mungesën e uraganeve në Atlantikun e Jugut, për shembull, ujërat e freskëta të rajonit lëshojnë më pak lagështi në ajër dhe erërat e tij të forta parandalojnë formimin e cikloneve. Makarieva, nga ana e saj, është po aq shpërfillëse ndaj tradicionalistëve, duke besuar se disa nga teoritë ekzistuese për intensitetin e uraganeve "bien ndesh me ligjet e termodinamikës". Ajo ka një artikull tjetër në Journal of Atmospheric Sciences - në pritje të rishikimit. “Ne jemi të shqetësuar se, megjithë mbështetjen e redaktorit, puna jonë do të refuzohet përsëri,” thotë ajo.

Edhe pse në Perëndim idetë e Makaryeva konsiderohen margjinale, në Rusi ato gradualisht po zënë rrënjë. Vitin e kaluar, qeveria nisi një dialog publik për rishikimin e ligjeve të pyjeve. Me përjashtim të zonave të vjetra të mbrojtura, pyjet ruse janë të hapura për shfrytëzim komercial, por qeveria dhe Agjencia Federale e Pyjeve po shqyrtojnë një kategori të re - pyjet për mbrojtjen e klimës. "Disa në departamentin tonë të pyjeve janë të impresionuar me idenë e pompës biotike dhe duan të prezantojnë një kategori të re," thotë ajo. Ideja u mbështet edhe nga Akademia Ruse e Shkencave. Makarieva thotë se të jesh pjesë e konsensusit, dhe jo një e huaj e përjetshme, është e re dhe e pazakontë.

Këtë verë, udhëtimi i saj në pyjet veriore u ndërpre nga epidemia e koronavirusit dhe karantina. Në shtëpinë e saj në Shën Petersburg, ajo u ul për një raund tjetër kundërshtimesh nga recensentët anonimë. Ajo është e bindur se teoria e pompës do të mbizotërojë herët a vonë. "Ka inerci natyrore në shkencë," thotë ajo. Me humor të errët rus, ajo kujton fjalët e fizikanit legjendar gjerman Max Planck, i cili dha përshkrimin e famshëm të përparimit të shkencës: "një seri funeralesh".