Интервю на месеца Виктор Горшков и Анастасия Макариева
Отдел по теоретична физика към Института по ядрена физика в Санкт Петербург (Русия) Създатели на теорията за биотичната помпа (теория за биотичната помпа)
RAM Сътрудничество
1. За човек на улицата и с няколко думи какво представлява теорията за биотичната помпа, BPT (Biotic Pump Theory)?
Теорията за биотичната помпа има както физически, така и екологични компоненти. Физиците твърдят, че ветровете духат оттам, където скоростта на кондензация на водната пара е ниска до там, където е висока. Екологичните са, че голямата повърхност на изпаряване на зелените листа прави изпаряването и, следователно, кондензацията, постоянно по-интензивно в естествените гори, отколкото в океана. Следователно, когато континентът е покрит с гори и вятърът духа от морето към сушата, той влага влага, за да подхранва процесите на утаяване и компенсира речния отток. Този индуциран от гората пренос на влага от океана към сушата се нарича биотична помпа на атмосферната влага.
2. Защо името "биотичен"?
Думата "биотичен" (а не "биологичен") подчертава, че биотичната помпа за влага може да бъде стабилно управлявана от всички живи организми в естествената биота, а не само от някои конкретни видове (например някои дървета) или групи от изкуствено подбрани видове от човека. Теорията за биотичната помпа е част от концепцията за биотично регулиране на околната среда (www.bioticregulation.ru). Според тази концепция подходящата среда за живот трябва да се поддържа в това състояние от живи организми в непокътнатата природна биота (т.е. всички биологични организми) на Земята. Информацията, необходима за биотичната регулация, е записана в генетичните програми на биологичните видове от земната биота. За стабилното функциониране на биотичната помпа на сложната екосистема като цяло е необходимо тя да включва дървета, треви и плевели, бактерии, гъби и всички животни, които взаимодействат помежду си.
Фигура 1. - Класическа схема на водния цикъл
3. И за хидролог, с повече технически думи?
Тъй като земните маси се издигат над океана, поради гравитацията континентите непрекъснато губят вода, като я допринасят за океаните чрез оттичане от реките. Подобен механизъм може напълно да изчерпи световните континентални водни резерви само за няколко години. Следователно, за да се запази водният цикъл на сушата, е необходим транспортен механизъм, който непрекъснато връща влагата на континента от океана.
Кондензацията на водна пара над горския навес намалява количеството на този газ във въздушната колона. Следователно въздушното налягане на повърхността е по-ниско. Влажният въздух тече от океаните към континенталните райони с ниско налягане. Атмосферната влага, разпределена от океана, се утаява над сушата и компенсира гравитационната загуба на течна вода чрез оттичане.
Горската биотична помпа трябва да работи по сложен начин, за да регулира притока на влага, за да намери баланс между Scylla (sic) и Charybdis (sic) на сушите (доставянето на влажност е твърде ниско) и наводненията (доставката на влажност е твърде висока). Това може да се постигне по различни начини, главно чрез биотични ефекти върху аеродинамичната грапавост, което гарантира отсъствието на драстично ускорение във въздуха, движещ се навътре от океана, чрез отслабване на биогенното отделяне на кондензационни ядра и други средства.
4. Каква роля могат да играят метеоролозите в развитието на BPT?
В продължение на векове, започвайки с работата на Хадли и неговите предшественици, атмосферната циркулация се свързва с диференциално нагряване на земната повърхност и Архимедовата сила, която издига горещ и лек въздух, потъвайки студен и тежък. Теорията за биотичната помпа описва предимно неизвестен досега регулатор на атмосферната циркулация - спада на въздушното налягане и освобождаването на потенциална енергия по време на кондензацията на водни пари. Показахме как този физически процес създава ветрове с видима скорост и е основната причина за атмосферната циркулация на Земята. Диференциалното отопление играе сравнително малка роля, като е отговорно за незначителни модели на вятъра като бриз. Това предполага голяма промяна на парадигмата в съвременната метеорология.
5. Има ли BPT някакво сходство с проектите за тераформиране, разработени преди години за постигане на условия за обитаемост на планети като Венера и Марс?
И на Венера, и на Марс кондензът играе важна роля в климатологията на планетата. На Марс именно водните пари и CO2 претърпяват фазови преходи. Въглеродният диоксид на Венера е над критичната точка газ-течност; плюс там има облаци сярна киселина. Следователно физическият механизъм на BPT може да бъде приложен за описване на атмосферната циркулация на Марс и Венера. Но на Марс или Венера няма живот и няма биотична регулация.
Може ли условията на околната среда на тези планети да се регулират биологично, за да ги направят годни за живот? Да, можеха. Но ще ни трябват различните природни екосистеми, които са се развили на тези планети. Ако земните екосистеми бъдат прехвърлени на Марс или Венера или поставени в затворени резервоари, те неизбежно се разпадат и ще престанат да съществуват. По принцип изкуственото проектиране на биологични системи, способни стабилно да поддържат съвместим живот и околната среда на Марс, Венера или където и да е другаде, освен Земята, е невъзможно. Причината е, че информационните потоци, необходими за регулиране на околната среда, надвишават с 20 порядъка цялата възможна информация, предоставена от цивилизацията. Такива информационни потоци се обработват от живите клетки на биосферата.
6. Как могат метеоролозите да използват концепциите за BPT в своите прогнозни метеорологични карти?
Биотичната помпа възниква като последица от конкретно взаимодействие на четири известни физически закона: законът на Клаузий-Клапейрон, законът за идеалния газ, законът за гравитацията и законът за запазване на енергията.
Законът на Клаузий-Клапейрон казва, че наситеното налягане на водната пара (максимално възможното) се удвоява приблизително на всеки десет градуса по Целзий, че температурата се повишава. Законът за идеалния газ и гравитацията се комбинират, за да установят, че при хидростатично равновесие налягането на водната пара се намалява наполовина за всеки девет километра изкачване. Следователно наситените водни пари могат да бъдат статични само ако вертикалният термичен градиент не надвишава десет градуса на девет километра или, по-точно, критична стойност от 1,2 ° C/km. Но законът за запазване на енергията, който определя, че при липса на външен принос на топлина, повишаването и разширяването на газа се охлажда, предписва, че температурата на издигащия се въздушен пакет намалява средно с 6,5 ºC/km (междинна стойност между сухия адиабатен градиент и наситения или мокър). Това е приблизително шест пъти по-голямо от критичната статична стойност. Четирите закона се комбинират, за да забранят водната пара да бъде в хидростатично равновесие в земната атмосфера - нейното вертикално разпределение изглежда е компресирано почти шест пъти повече от хидростатичното му разпределение.