A hónap interjúja Victor Gorshkov és Anastassia Makarieva

A szentpétervári (Oroszország) Nukleáris Fizikai Intézet Elméleti Fizikai Osztálya A biotikus szivattyú elmélet (Biotikus szivattyú elmélet) megalkotói

hónap

RAM együttműködések

1. Az utcán élő emberek számára néhány szóval mi a biotikus szivattyú elmélet, a BPT (biotikus szivattyú elmélet)?

A biotikus szivattyú elméletnek fizikai és ökológiai összetevői is vannak. A fizikusok szerint a szél onnan fúj, ahol a vízgőz kondenzációs sebessége alacsony, és ott, ahol magas. Ökológiai szempontból a zöld levelek nagy párolgási felülete párolgást és következésképpen kondenzációt eredményez a természetes erdőkön, mint az óceánon. Ezért, amikor a kontinenst erdők borítják, és a szél a tengerről a szárazföldre fúj, nedvességet visz a csapadékfolyamatokba, és kompenzálja a folyókból történő lefolyást. Ezt az erdő okozta nedvességtranszportot az óceántól a szárazföldig a légköri nedvesség biotikus pumpájának nevezik.

2. Miért a "biotikumok" elnevezés?

A "biotikus" (nem "biológiai") szó hangsúlyozza, hogy a biotikus nedvességszivattyút stabilan vezérelheti a természetes biótában található összes élő organizmus, nemcsak az ember által mesterségesen kiválasztott fajok egyes fajai (pl. Egyes fák) vagy csoportjai. A biotikus szivattyú elmélet része a környezet biotikus szabályozásának koncepciója (www.bioticregulation.ru). E koncepció szerint az élet megfelelő környezetét ebben az állapotban kell fenntartani a Föld érintetlen természetes biotájában élő élő szervezetekkel (vagyis az összes biológiai élőlénnyel). A biotikus szabályozáshoz szükséges információkat a Föld biótájának biológiai fajainak genetikai programjai írják fel. A komplex ökoszisztéma egészének biotikus szivattyújának stabil működéséhez elengedhetetlen, hogy fák, fű és gyomok, baktériumok, gombák és minden egymással kölcsönhatásba lépő állat szerepeljen benne.

1. ábra - A víz körforgásának klasszikus diagramja

3. És egy hidrológus számára, szakszerűbb szavakkal?

Amint a szárazföldi tömegek az óceán fölé emelkednek, a gravitáció miatt a kontinensek folyamatosan veszítik a vizet, és a folyókból történő lefolyás révén hozzájárulnak az óceánokhoz. Egy ilyen mechanizmus néhány év alatt teljesen kimerítheti a világ kontinentális vízkészleteit. Ezért a szárazföldi vízforgalom megőrzéséhez olyan szállítási mechanizmusra van szükség, amely folyamatosan visszajuttatja a nedvességet a kontinensre az óceánból.

Az erdei lombkorona fölött lecsapódó vízgőz csökkenti ennek a gáznak a mennyiségét a légoszlopban. Következésképpen a felszínen a légnyomás alacsonyabb. A nedves levegő az óceánokból alacsony nyomású kontinentális területekre áramlik. Az óceánból elosztott légköri nedvesség kicsapódik a föld felett, és kompenzálja a folyékony víz gravitációs veszteségét a lefolyás során.

Az erdei biotikus szivattyúnak komplex módon kell működnie a nedvesség beáramlásának szabályozásában, hogy egyensúlyt találjon az aszályok (túl alacsony a páratartalom) és az áradások (túl magas a páratartalom) Scylla (sic) és Charybdis (sic) között. Ez különféle eszközökkel érhető el, elsősorban az aerodinamikai érdességre gyakorolt ​​biotikus hatásokkal, amelyek biztosítják a drasztikus gyorsulás hiányát az óceán felől a szárazföldre mozgó levegőben, a kondenzációs magok biogén felszabadulásának csillapításával és más eszközökkel.

4. Milyen szerepet játszhatnak a meteorológusok a BPT kialakításában?

Hadley és elődjeinek munkájától kezdve évszázadok óta a légköri keringés a Föld felszínének és az arkhimédészi erő különbözõ felmelegedéséhez társul, amely forró és könnyû levegõt emel, hideget és nehézet süllyeszt. A biotikus szivattyú elmélete elsősorban egy korábban ismeretlen légköri keringésszabályozót ír le - a légnyomás csökkenését és a potenciális energia felszabadulását a vízgőz kondenzációja során. Megmutattuk, hogy ez a fizikai folyamat hogyan hoz létre megfigyelhető sebességű szelet, és ez a Föld légköri keringésének fő oka. A differenciális fűtés viszonylag csekély szerepet játszik, és felelős a kisebb szélviszonyokért, például a szellőkért. Ez a modern meteorológia jelentős paradigmaváltására utal.

5. Van-e hasonlóság a BPT-vel a terraform projektekkel, amelyeket évekkel ezelőtt fejlesztettek ki annak érdekében, hogy a bolygókon - például a Vénuszon és a Marson - megélhetési feltételeket lehessen elérni?

A Vénuszon és a Marson egyaránt a kondenzáció kiemelkedő szerepet játszik a bolygó klimatológiájában. A Marson a vízgőz és a CO2 megy át fázisátalakulásokon. A Vénusz szén-dioxidja meghaladja a gáz-folyadék kritikus pontot; plusz kénsavfelhők vannak ott. Ezért a BPT fizikai mechanizmusa alkalmazható a Mars és a Vénusz légköri keringésének leírására. De nincs élet a Marson vagy a Vénuszon, és nincs biotikus szabályozás.

Lehet-e biotikusan szabályozni e bolygók környezeti viszonyait, hogy életképesek legyenek? Igen, megtehetnék. De szükségünk lenne a különféle természetes ökoszisztémákra, amelyek ezeken a bolygókon kialakultak. Ha a szárazföldi ökoszisztémák átkerülnek a Marsra vagy a Vénuszra, vagy zárt tározókba kerülnek, akkor azok elkerülhetetlenül szétesnek és megszűnnek. Elvileg lehetetlen a biológiai rendszerek mesterséges kialakítása, amelyek képesek kompatibilis élet és környezet fenntartására a Marson, a Vénuszon vagy bárhol máshol, a Földön kívül. Ennek oka, hogy a környezeti szabályozáshoz szükséges információáramlások 20 nagyságrenddel meghaladják a civilizáció által nyújtott összes lehetséges információt. Az ilyen információáramlásokat a bioszféra élő sejtjei dolgozzák fel.

6. Hogyan használhatják a meteorológusok a BPT fogalmait az időjárás-előrejelzéseikben?

A biotikus szivattyú négy ismert fizikai törvény sajátos kölcsönhatásának következményeként merül fel: a Clausius-Clapeyron-törvény, az ideális gáztörvény, a gravitációs és az energia-megmaradás törvénye.

A Clausius-Clapeyron-törvény szerint a vízgőz telített nyomása (a lehető legnagyobb) hozzávetőlegesen megduplázódik minden tíz Celsius-fokonként, amikor a hőmérséklet megemelkedik. Az ideális gáztörvény és a gravitáció együttesen megalapozza, hogy a hidrosztatikus egyensúlyban a vízgőz nyomása a felére csökken minden kilenc kilométeres emelkedés esetén. Ezért a telített vízgőz csak akkor lehet statikus, ha a függőleges hőmérsékleti gradiens nem haladja meg a tíz fokot kilenc kilométerenként, vagy pontosabban az 1,2 ° C/km kritikus értéket. De az energiamegmaradás törvénye, amely meghatározza, hogy külső hőbevitel hiányában a gáz emelkedése és tágulása lehűl, előírja, hogy a felemelkedő légcsomag hőmérsékletét átlagosan 6,5 ºC/km-rel csökkentik (közbenső érték a száraz adiabatikus gradiens és a telített vagy nedves között). Ez körülbelül hatszor nagyobb, mint a kritikus statikus érték. A négy törvény együttesen megtiltja a vízgőz hidrosztatikus egyensúlyba kerülését a Föld légkörében - függőleges eloszlása ​​a jelek szerint majdnem hatszor nagyobb összenyomódást mutat, mint a hidrosztatikus eloszlása.