Els boscos regulen el clima i produeixen vent - Teoria de la bomba biòtica

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

Anastasia Makarieva, física nuclear de l'Institut de Física Nuclear de Sant Petersburg, fa més de deu anys que defensa la teoria que els boscos de taigà de Rússia regulen el clima de les regions del nord d'Àsia. Molts meteoròlegs occidentals no estan d'acord amb ella, però el govern i els científics de Rússia estan interessats en aquesta teoria.

Cada estiu, a mesura que els dies s'allargan, Anastasia Makarieva abandona el seu laboratori a Sant Petersburg i se'n va de vacances als boscos interminables del nord rus. Un físic nuclear munta una tenda de campanya a la vora del mar Blanc, entre avets i pins, neda en caiac pels interminables rius de la regió i pren notes sobre la natura i el clima. "Els boscos són una gran part de la meva vida personal", diu. Durant 25 anys de pelegrinatge anual al nord, s'han convertit en una part important de la seva vida professional.

Des de fa més de deu anys, Makarieva defensa la teoria, que va desenvolupar juntament amb Viktor Gorshkov, el seu mentor i col·lega de l'Institut de Física Nuclear de Petersburg (PNPI), sobre com els boscos boreals (taigà) de Rússia, el bosc més gran a la Terra, regulen el clima del nord d'Àsia. Aquesta teoria física senzilla però de gran abast descriu com el vapor d'aigua exhalat pels arbres crea vents: aquests vents travessen el continent, transportant aire humit des d'Europa a través de Sibèria i més enllà de Mongòlia i la Xina; aquests vents porten les pluges que alimenten els rius gegants de la Sibèria oriental; aquests vents regeixen la plana del nord de la Xina, el graner del país més poblat del planeta.

A causa de la seva capacitat d'absorbir diòxid de carboni i respirar oxigen, els grans boscos sovint es coneixen com els pulmons del planeta. Però Makarieva i Gorshkov (va morir l'any passat) estan convençuts que també són el seu cor. "Els boscos són sistemes de pluja complexos i autosostenibles i un factor important en la circulació de l'atmosfera a la Terra", diu Makarieva. Recirculen grans quantitats d'humitat a l'aire i en el procés creen vents que bomben aquesta aigua a tot el món. La primera part d'aquesta teoria, que els boscos fan pluja, és coherent amb la investigació d'altres científics i cada cop es recorda més quan es gestionen els recursos hídrics enmig de la desforestació desenfrenada. Però la segona part, la teoria que Makarieva anomena bomba biòtica, és molt més controvertida.

Els antecedents teòrics del treball es van publicar -encara que en revistes menys conegudes- i Makarieva va comptar amb el suport d'un grup reduït de col·legues. Però la teoria de la bomba biòtica ha rebut una gran quantitat de crítiques, especialment per part dels modeladors del clima. Alguns creuen que l'impacte de la bomba és insignificant, mentre que altres ho neguen del tot. Com a resultat, Makarieva es va trobar en el paper d'un foraster: un físic teòric entre els desenvolupadors de models, un rus entre els científics occidentals i una dona en una zona governada per homes.

Tanmateix, si la seva teoria és correcta, podrà explicar per què, malgrat la distància considerable dels oceans, a l'interior dels continents boscosos hi ha tanta pluja com a la costa, i per què l'interior dels continents sense arbres, a la al contrari, sol ser àrid. També implica que els boscos, des de la taigà russa fins a les selves tropicals de l'Amazones, no només creixen on el clima és adequat. Ho fan ells mateixos. "Del que vaig llegir, he conclòs que la bomba biòtica funciona", diu Douglas Sheil, ecòleg forestal de la Universitat Noruega de Ciències de la Vida. Com que el destí dels boscos del món està en qüestió, diu: "Encara que hi hagi la més mínima possibilitat que aquesta teoria sigui correcta, és imprescindible esbrinar-ho amb seguretat".

Molts llibres de text de meteorologia encara ofereixen un diagrama del cicle de l'aigua a la natura, on la principal causa de la humitat atmosfèrica, que es condensa en núvols i cau en forma de pluja, és l'evaporació de l'oceà. Aquest esquema ignora completament el paper de la vegetació i sobretot dels arbres, que actuen com a fonts gegants. Les seves arrels treuen aigua del sòl per a la fotosíntesi, i els porus microscòpics de les fulles evaporen l'aigua no utilitzada a l'aire. Aquest procés -una mena de transpiració, només als arbres- s'anomena transpiració. Així, un arbre madur allibera centenars de litres d'aigua al dia. A causa de la gran superfície de fullatge, el bosc sovint allibera més humitat a l'aire que una massa d'aigua de la mateixa mida.

Cercavila de pluja

Els anomenats "rius volants" són els vents dominants que absorbeixen el vapor d'aigua emès pels boscos i donen pluja a cossos d'aigua llunyans. Una teoria controvertida suggereix que els propis boscos governen els vents.

Segons la teoria de la bomba biòtica, els boscos no només causen pluja, sinó també vent. Quan el vapor d'aigua es condensa sobre els boscos costaners, la pressió de l'aire disminueix i es creen vents que xuclen l'aire humit de l'oceà. Els cicles de transpiració i condensació creen vents que porten la pluja milers de quilòmetres terra endins.

Així, al voltant del 80% de les precipitacions a la Xina prové de l'oest gràcies al riu volador transiberià. I el riu Amazones volador proporciona el 70% de les pluges a la part sud-est d'Amèrica del Sud.

El paper d'aquesta humitat secundària en la formació de pluges de nutrients es va passar per alt fins al 1979, quan el meteoròleg brasiler Eneas Salati va examinar la composició isotòpica de l'aigua de pluja de la conca de l'Amazones. Va resultar que l'aigua retornada per la transpiració conté més molècules amb l'isòtop pesat oxigen-18 que l'aigua evaporada de l'oceà. Així, Salati va demostrar que la meitat de les pluges sobre l'Amazònia van caure com a conseqüència de l'evaporació del bosc.

Els meteoròlegs van rastrejar el raig atmosfèric sobre el bosc a una altitud d'uns 1,5 quilòmetres. Aquests vents, coneguts col·lectivament com el corrent en raig inferior sud-americà, bufen d'oest a est a través de l'Amazones a la velocitat d'una bicicleta de carreres, i després les muntanyes dels Andes els arrosseguen cap al sud. Salati i altres van suggerir que van ser ells qui van portar la major part de la humitat alliberada i els van batejar com "el riu volador". Segons el climatòleg Antonio Nope de l'Institut Nacional d'Investigació Espacial del Brasil, el riu Amazones volador porta avui tanta aigua com el riu gegant de la Terra a sota.

Durant un temps es va creure que els rius volants es limitaven a la conca de l'Amazones. Però a la dècada de 1990, l'hidròloga Hubert Savenije de la Universitat Tecnològica de Deltfe va començar a estudiar la recirculació d'humitat a l'Àfrica occidental. Utilitzant un model hidrològic sobre dades meteorològiques, va trobar que com més a l'interior de la costa, més gran és la proporció de pluja que cau dels boscos, fins a un 90% a l'interior. Aquest descobriment explica per què l'interior del Sahel s'està tornant més sec: els boscos costaners han desaparegut durant l'últim mig segle.

Un dels estudiants de Savenier, Ruud van der Ent, va desenvolupar la seva idea creant un model global de flux d'aire d'humitat. Va reunir observacions de precipitació, humitat, velocitat del vent i temperatura i estimacions teòriques d'evaporació i transpiració, i va crear el primer model de transport d'humitat a escales més enllà de les conques fluvials.

El 2010, Van der Ent i els seus col·legues van donar a conèixer la seva troballa que a nivell mundial, el 40% de totes les pluges es produeixen a la terra, no a l'oceà. Sovint encara més. El riu Amazones volador proporciona el 70% de les pluges a la conca del Rio de la Plata, que s'estén pel sud-est d'Amèrica del Sud. Van der Ent es va sorprendre molt de trobar que la Xina rep el 80% de la seva aigua de l'oest; a més, es tracta principalment d'humitat atlàntica, que és processada pels boscos de taigà d'Escandinàvia i Rússia. El viatge té diverses etapes -cicles de transpiració amb pluja associada- i dura sis mesos o més. "Això contradiu la informació anterior que tothom aprèn a l'institut", diu. "La Xina està a prop de l'oceà, l'oceà Pacífic, però la major part de la seva pluja és la humitat de la terra a l'extrem oest".

Si Makarieva té raó, els boscos no només proporcionen humitat, sinó que també creen el vent que la porta.

Va treballar amb Gorshkov durant un quart de segle. Va començar com a estudiant a PNPI, una subdivisió de l'Institut Kurtxatov, el major institut d'investigació nuclear rus, tant civil com militar. Des del primer moment, van treballar al camp i es van dedicar a l'ecologia a l'institut, on els físics estudien materials mitjançant reactors nuclears i feixos de neutrons. Com a teòrics, recorda, tenien "una llibertat excepcional d'investigació i pensament", es dedicaven a la física de l'atmosfera, allà on els portava. "El Víctor em va ensenyar: no tinguis por de res", diu.

El 2007, van presentar per primera vegada la seva teoria de la bomba biòtica a la revista Hydrology and Earth Sciences. Es va considerar provocador des del principi, perquè contradeia un principi de la meteorologia de llarga data: els vents són provocats principalment per l'escalfament diferencial de l'atmosfera. A mesura que l'aire càlid puja, redueix la pressió de les capes inferiors, creant essencialment un nou espai a la superfície. A l'estiu, per exemple, la superfície terrestre s'escalfa més ràpidament i atrau les brises humides de l'oceà més fresc.

Makarieva i Gorshkov argumenten que de vegades preval un procés diferent. Quan el vapor d'aigua del bosc es condensa en núvols, el gas es converteix en líquid i ocupa menys volum. Això redueix la pressió de l'aire i aspira l'aire horitzontalment de les zones amb menys condensació. A la pràctica, això significa que la condensació sobre els boscos costaners forja una brisa marina, empenyent l'aire humit cap a l'interior, on finalment es condensa i cau en forma de pluja. Si els boscos s'estenen terra endins, el cicle continua, mantenint vents humits durant milers de quilòmetres.

Aquesta teoria capgira la visió tradicional: no és la circulació atmosfèrica la que controla el cicle hidrològic, sinó que, al contrari, el cicle hidrològic regula la circulació massiva de l'aire.

Sheel, i es va convertir en un partidari de la teoria fa més de deu anys, considera que és un desenvolupament de la idea de volar rius. "No s'exclouen mútuament", diu. "La bomba explica la força dels rius". Creu que la bomba biòtica explica la "paradoxa freda de l'Amazones". De gener a juny, quan la conca amazònica és més freda que l'oceà, bufen forts vents de l'Atlàntic a l'Amazones, encara que la teoria de l'escalfament diferencial suggeriria el contrari. Nobre, un altre defensor de molt de temps, explica amb entusiasme: "No provenen de dades, sinó de principis subjacents".

Fins i tot els que dubten de la teoria coincideixen que la pèrdua de boscos té conseqüències de gran abast per al clima. Molts científics argumenten que la desforestació fa milers d'anys va provocar la desertització de les terres interiors d'Austràlia i l'Àfrica occidental. Hi ha el risc que la desforestació en el futur condueixi a sequeres en altres regions, per exemple, part de la selva amazònica es converteixi en sabana. Les regions agrícoles de la Xina, el Sahel africà i la pampa argentina també estan en risc, diu Patrick Keys, químic atmosfèric de la Universitat de Colorado, Fort Collins.

El 2018, Kees i els seus col·legues van utilitzar un model similar al de van der Ent per fer un seguiment de les fonts de precipitació de 29 àrees metropolitanes globals. Va trobar que la major part del subministrament d'aigua de 19 d'ells depèn de boscos remots, inclosos Karachi (Pakistan), Wuhan i Xangai (Xina), Nova Delhi i Calcuta (Índia)."Fins i tot els petits canvis en la precipitació causats pels canvis d'ús del sòl a sota del vent poden tenir un gran impacte en la fragilitat dels subministraments d'aigua urbà", diu.

Alguns models fins i tot suggereixen que la desforestació, en destruir la font d'humitat, amenaça de canviar les condicions meteorològiques molt més enllà dels rius flotants. Com sabeu, El Niño, les fluctuacions de la temperatura del vent i els corrents a l'oceà Pacífic tropical, afecta indirectament el clima en llocs remots. De la mateixa manera, la desforestació a l'Amazones podria reduir les pluges al mig oest dels EUA i la coberta de neu a Sierra Nevada, diu el climatòleg de la Universitat de Miami, Roni Avissar, que està modelant aquestes connexions. Descabellat? "En absolut", respon. “Sabem que El Niño és capaç d'això, perquè, a diferència de la desforestació, aquest fenomen es repeteix i observem un patró. Tots dos són causats per petits canvis de temperatura i humitat que s'allibera a l'atmosfera".

L'investigador de la Universitat d'Estocolm, Lan Wang-Erlandsson, que està investigant la interacció de la terra, l'aigua i el clima, diu que és hora de canviar de l'ús de l'aigua i el subsòl dins d'una conca fluvial en particular al canvi d'ús del sòl més enllà. "Es necessiten nous acords hidrològics internacionals per mantenir els boscos a les zones on es formen masses d'aire", diu.

Fa dos anys, en una reunió del Fòrum de les Nacions Unides sobre Bosques, on participen governs de tots els països, l'investigador de terres de la Universitat de Berna David Ellison va presentar un cas d'estudi. Va demostrar que fins a un 40% de la pluja total a les terres altes d'Etiòpia, la principal font del Nil, prové de la humitat que torna dels boscos de la conca del Congo. Egipte, el Sudan i Etiòpia estan negociant un acord llargament esperat per compartir les aigües del Nil. Però aquest acord no tindria sentit si la desforestació a la conca del Congo, lluny dels tres països, asseca la font d'humitat, va suggerir Ellison. "La relació entre boscos i aigua en la gestió de l'aigua dolça del món s'ignora gairebé completament".

La teoria de la bomba biòtica augmentarà encara més les apostes, ja que s'espera que la pèrdua de boscos afecti no només les fonts d'humitat, sinó també els patrons del vent. Ellison adverteix que la teoria, si es confirma, serà "crítica per als models de circulació d'aire planetari", especialment els que transporten aire humit terra endins.

Però fins ara, els partidaris de la teoria són minoritaris. El 2010, Makarieva, Gorshkov, Shil, Nobre i Bai-Liang Li, ecologista de la Universitat de Califòrnia, Riverside, van presentar la seva descripció històrica de la bomba biòtica a Atmospheric Chemistry and Physics, una revista temàtica important amb revisió oberta per parells. Però l'article "D'on venen els vents?" va ser criticat a Internet, i la revista va trigar molts mesos a trobar només dos científics per revisar-la. Isaac Held, meteoròleg del Laboratori de Dinàmica de Fluids Geofísics de la Universitat de Princeton, es va oferir voluntari i va recomanar que es rebutgés la publicació. "Aquest no és un efecte misteriós", diu. "En general és insignificant i, a més, ja es té en compte en una sèrie de models atmosfèrics". Els crítics diuen que l'expansió de l'aire a partir de la calor generada per la condensació del vapor d'aigua contraresta l'efecte espacial de la condensació. Però Makarieva diu que aquests dos efectes estan separats espacialment: l'escalfament es produeix a l'altitud i la caiguda de la pressió de condensació es produeix més a prop de la superfície, on es crea el vent biòtic.

Una altra revisora va ser Judith Curry, física de l'atmosfera de l'Institut Tecnològic de Geòrgia. Fa temps que es preocupa per l'estat de l'atmosfera i considera que l'article s'ha de publicar, perquè "l'enfrontament té un mal efecte en la climatologia, i necessita sang del nas per als físics". Després de tres anys de debat, l'editor de la revista va rebutjar la recomanació de Held i va publicar l'article. Però, al mateix temps, ha assenyalat que la publicació no es pot considerar aprovació, sinó que servirà com a diàleg científic sobre una teoria controvertida, per confirmar-la o refutar-la.

Des de llavors, no ha sortit cap confirmació ni refutació: l'enfrontament va continuar. El simulador climàtic de la Universitat de Columbia, Gavin Schmidt, diu: "Això és només una tonteria". Els autors responen a les crítiques així: "De fet, per les matemàtiques, no estan segurs de si val la pena continuar el diàleg". El meteoròleg brasiler i cap del Centre Nacional de Seguiment i Prevenció de Desastres Naturals, Jose Marengo, diu: “Crec que la bomba existeix, però ara està tot a nivell de teoria. Els experts en models climàtics no ho van acceptar, però els russos són els millors teòrics del món, per la qual cosa s'han de fer experiments de camp adequats per provar-ho tot". Però fins ara ningú, ni tan sols la mateixa Makarieva, ha proposat aquests experiments.

Per la seva banda, Makarieva es basa en la teoria, argumentant en una sèrie de treballs recents que el mateix mecanisme pot afectar els ciclons tropicals: són impulsats per la calor alliberada quan la humitat es condensa sobre l'oceà. Al diari Atmospheric Research del 2017, ella i els seus col·legues van suggerir que les bombes biòtiques en forma de bosc extreuen aire ric en humitat dels orígens dels ciclons. Això, diu, explica per què rarament es formen ciclons a l'oceà Atlàntic Sud: les selves tropicals de l'Amazones i el Congo drenen tanta humitat que queda massa poca per als huracans.

L'investigador principal d'huracans del MIT, Kerry Emanuel, diu que els efectes proposats són "significatius, però insignificants". Prefereix altres explicacions a l'absència d'huracans a l'Atlàntic Sud, per exemple, les aigües fresques de la regió alliberen menys humitat a l'aire i els seus forts vents impedeixen la formació de ciclons. Makarieva, per la seva banda, menysprea igualment els tradicionalistes, ja que creu que algunes de les teories existents sobre la intensitat dels huracans "contradiuen les lleis de la termodinàmica". Té un altre article al Journal of Atmospheric Sciences, pendent de revisió. "Ens preocupa que, malgrat el suport de l'editor, el nostre treball torni a ser rebutjat", diu.

Encara que a Occident les idees de Makaryeva es consideren marginals, a Rússia s'arrelen a poc a poc. L'any passat, el govern va iniciar un diàleg públic sobre la revisió de les lleis forestals. Amb l'excepció de les antigues àrees protegides, els boscos russos estan oberts a l'explotació comercial, però el govern i l'Agència Forestal Federal estan considerant una nova categoria: boscos de protecció climàtica. "Alguns del nostre departament forestal estan impressionats amb la idea de la bomba biòtica i volen introduir una nova categoria", diu. La idea també va comptar amb el suport de l'Acadèmia de Ciències de Rússia. Makarieva diu que ser part del consens, i no un etern foraster, és nou i inusual.

Aquest estiu, el seu viatge als boscos del nord es va veure interromput per l'epidèmia de coronavirus i la quarantena. A casa seva a Sant Petersburg, es va asseure per una altra ronda d'objeccions de revisors anònims. Està convençuda que la teoria de la bomba prevaldrà tard o d'hora. "Hi ha una inèrcia natural a la ciència", diu. Amb humor rus fosc, recorda les paraules del llegendari físic alemany Max Planck, que va fer la famosa descripció del progrés de la ciència: "una sèrie de funerals".