Anastasia Makarieva, en nukleær fysiker fra St. Petersburg Institute of Nuclear Physics, har forsvaret teorien om, at Taiga-skove i Rusland regulerer klimaet i de nordlige regioner i Asien i mere end ti år. Mange vestlige meteorologer er uenige med hende, men regeringen og forskere i Rusland er interesseret i denne teori.
Hver dag, når dagene bliver længere, forlader Anastasia Makarieva hendes laboratorium i Skt. Petersborg og rejser på ferie til de uendelige skove i det russiske nord. En atomfysiker lægger et telt ved bredden af Det Hvide Hav blandt graner og fyrretræer, svømmer på en kajak langs regionens uendelige floder og noterer sig naturen og vejret.”Skove er en stor del af mit personlige liv,” siger hun. I 25 års årlig pilgrimsrejse mod nord er de blevet en vigtig del af hendes professionelle liv.
I mere end ti år har Makarieva forsvaret en teori, som hun udviklede sammen med Viktor Gorshkov, hendes mentor og kollega fra Petersburg Institute of Nuclear Physics (PNPI), om hvordan de boreale (taiga) skove i Rusland, den største skov på Jorden, regulerer klimaet i det nordlige Asien. Denne enkle, men vidtrækkende fysiske teori beskriver, hvordan vanddampen, der udåndes af træer, skaber vinde - disse vinder krydser kontinentet og fører fugtig luft fra Europa over Sibirien og videre til Mongoliet og Kina; disse vinde bærer regnen, der fodrer de gigantiske floder i det østlige Sibirien; disse vinde vander den nordlige del af Kina, kornbotten i det mest folkerike land på planeten.
På grund af dens evne til at absorbere kuldioxid og indånde ilt, kaldes store skove ofte planetens lunger. Men Makarieva og Gorshkov (han døde sidste år) er overbevist om, at de også er hendes hjerte.”Skove er komplekse, selvbærende regnsystemer og den vigtigste faktor i cirkulationen af atmosfæren på Jorden,” siger Makarieva. De recirkulerer enorme mængder fugt i luften og skaber i processen vinde, der pumper dette vand rundt om i verden. Den første del af denne teori - at skove får det til at regne - er i overensstemmelse med forskning fra andre videnskabsfolk og huskes i stigende grad, når man styrer vandressourcer midt i voldsom afskovning. Men den anden del, teorien om, at Makarieva kalder den biotiske pumpe, er meget mere kontroversiel.
Den teoretiske baggrund for arbejdet blev offentliggjort - omend i mindre kendte tidsskrifter - og en lille gruppe kolleger støttede Makarieva. Men den biotiske pumpeteori har modtaget en spærring af kritik - især fra klimamodeller. Nogle mener, at pumpens påvirkning er ubetydelig, mens andre benægter den helt. Som et resultat befandt Makarieva sig i rollen som en outsider: en teoretisk fysiker blandt modeludviklere, en russisk blandt vestlige forskere og en kvinde i et område, der blev styret af mænd.
Hvis hendes teori imidlertid er korrekt, vil hun være i stand til at forklare, hvorfor der på trods af den betydelige afstand fra verdenshavene i det indre af skovklædte kontinenter er lige så meget regn som ved kysten, og hvorfor det indre af treløse kontinenter tværtimod normalt er tørt. Det indebærer også, at skove - fra den russiske taiga til regnskoven i Amazonas - ikke bare vokser, hvor vejret er rigtigt. De laver det selv.”Fra det, jeg har læst, har jeg konkluderet, at den biotiske pumpe fungerer,” siger Douglas Sheil, en skovøkolog ved det norske universitet for biovidenskab. Med skæbnen for verdens aktuelle skove, siger han, "Selv hvis der er den mindste chance for, at denne teori er korrekt, er det bydende nødvendigt at finde ud af det med sikkerhed."
Mange lærebøger om meteorologi giver stadig et diagram over vandcyklussen i naturen, hvor den vigtigste årsag til atmosfærisk fugtighed, der kondenserer i skyer og falder som regn, er fordampning af havet. Dette skema ignorerer fuldstændigt vegetationens rolle og især træer, der fungerer som gigantiske springvand. Deres rødder trækker vand fra jorden til fotosyntese, og mikroskopiske porer i bladene fordamper ubrugt vand i luften. Denne proces - en slags sved, kun i træer - kaldes transpiration. Således frigiver et modent træ hundreder af liter vand om dagen. På grund af det store løveareal frigiver skoven ofte mere fugt i luften end en vandmasse af samme størrelse.
Denne sekundære fugtigheds rolle i dannelsen af næringsregner blev stort set overset indtil 1979, hvor den brasilianske meteorolog Eneas Salati undersøgte den isotopiske sammensætning af regnvand fra Amazonas. Det viste sig, at vandet, der returneres ved transpiration, indeholder flere molekyler med den tunge isotop-oxygen-18 end vand, der fordampes fra havet. Så Salati viste, at halvdelen af nedbøren over Amazonas faldt som et resultat af skovfordampning.
Meteorologer sporer den atmosfæriske jet over skoven i en højde af cirka 1,5 kilometer. Disse vinde - kollektivt omtalt som den sydamerikanske lavere jetstrøm - blæser fra vest til øst over Amazonas med hastigheden af en racercykel, hvorefter Andesbjergene bærer dem sydpå. Salati og andre antydede, at det var dem, der transporterede hovedparten af den frigivne fugtighed og kaldte dem "den flyvende flod." Ifølge klimatolog Antonio Nobre ved det brasilianske National Space Research Institute bærer den flyvende Amazon-flod i dag så meget vand som den gigantiske jordens flod under den.
I en periode troede man, at de flyvende floder var begrænset til Amazonasbassinet. Men i 1990'erne begyndte hydrolog Hubert Savenije ved Delft University of Technology at studere fugtcirkulation i Vestafrika. Ved hjælp af en hydrologisk model på vejrdata fandt han, at jo længere inde i landet fra kysten, jo højere andel nedbør falder fra skove - op til 90% i det indre. Denne opdagelse forklarer, hvorfor den indre Sahel bliver tørre: kystskove er forsvundet i løbet af det sidste halve århundrede.
En af Saveniers studerende, Ruud van der Ent, udviklede sin idé ved at skabe en global model for fugtig luftstrøm. Han samlede observationer af nedbør, fugtighed, vindhastighed og temperatur og teoretiske skøn over fordampning og transpiration, og skabte den første model til fugttransport ved skalaer ud over vandløb.
I 2010 afslørede Van der Ent og hans kolleger deres konstatering af, at globalt forekommer 40% af al nedbør på land, ikke på havet. Ofte endnu mere. Den flyvende Amazon River giver 70% af nedbør i Rio de la Plata-bassinet, der strækker sig over det sydøstlige Sydamerika. Van der Ent var ganske overrasket over at opdage, at Kina modtager 80% af sit vand fra vest - og dette er hovedsageligt atlantisk fugtighed, der behandles af taiga-skove i Skandinavien og Rusland. Rejsen har flere faser - transpirationscyklusser med tilhørende regn - og tager seks måneder eller mere.”Dette er i modsætning til de tidligere oplysninger, som alle lærer i gymnasiet,” siger han. "Kina ligger tæt på havet, Stillehavet, men det meste af dets nedbør er fugt fra land i det fjerne vest."
***
Hvis Makarieva har ret, giver skove ikke kun fugt, men skaber også vinden, der bærer den.
Hun arbejdede sammen med Gorshkov i et kvart århundrede. Hun startede som studerende ved PNPI, en underafdeling af Kurchatov-instituttet, det største russiske institut for nuklear forskning, både civilt og militært. Helt fra begyndelsen arbejdede de i marken og beskæftigede sig med økologi på instituttet, hvor fysikere studerer materialer ved hjælp af atomreaktorer og neutronstråler. Som teoretikere, minder hun om, havde de "usædvanlig friheds- og tankefrihed" - de var involveret i atmosfærisk fysik, uanset hvor det fandt dem.”Victor lærte mig: frygt ikke noget,” siger hun.
I 2007 præsenterede de først deres teori om den biotiske pumpe i tidsskriftet Hydrology and Earth Sciences. Det blev fra begyndelsen betragtet som provokerende, fordi det modsatte et langvarigt meteorologiprincip: vind forårsages hovedsageligt af forskellig opvarmning af atmosfæren. Når den stiger, sænker den varme luft trykket på lagene nedenfor, hvilket i det væsentlige skaber nyt rum for sig selv på overfladen. Om sommeren opvarmes landoverfladen hurtigere og tiltrækker fugtige briser fra det køligere hav.
Makarieva og Gorshkov hævder, at der undertiden hersker en anden proces. Når vanddamp fra en skov kondenseres til skyer, bliver gassen til en væske - og den optager mindre volumen. Dette reducerer lufttrykket og trækker luft vandret fra områder med mindre kondens. I praksis betyder det, at kondens over kystskove tvinger havbrisen og skubber fugtig luft ind i det indre, hvor det til sidst kondenseres og falder ud som regn. Hvis skovene strækker sig ind i landet, fortsætter cyklussen og opretholder fugtige vinder i tusinder af kilometer.
Denne teori vælter det traditionelle synspunkt: det er ikke den atmosfæriske cirkulation, der styrer den hydrologiske cyklus, men snarere den hydrologiske cyklus regulerer luftcirkulationen af luft.
Sheel, og han blev tilhænger af teorien for mere end ti år siden, betragter det som en udvikling af ideen om at flyve floder.”De er ikke gensidigt eksklusive,” siger han. "Pumpen forklarer flodenes styrke." Han mener, at den biotiske pumpe forklarer det "kolde Amazonas-paradoks." Fra januar til juni, når Amazonasbassinet er koldere end havet, blæser stærke vinde fra Atlanterhavet til Amazonas - selvom differentiel opvarmningsteori antyder andet. Nobre, en anden mangeårig tilhænger, forklarer entusiastisk, "De kommer ikke fra data, men fra grundlæggende principper."
Selv dem, der tvivler på teorien, er enige om, at tabet af skove har vidtrækkende konsekvenser for klimaet. Mange videnskabsfolk hævder, at skovrydning for tusinder af år siden førte til ørkendannelse af de indre australske lande og Vestafrika. Der er en risiko for, at skovrydning i fremtiden vil føre til tørke i andre regioner, for eksempel vil en del af Amazonas regnskov blive til savanne. Kinas landbrugsregioner, Den Afrikanske Sahel og de argentinske pampas er også i fare, siger Patrick Keys, en atmosfærisk kemiker ved Colorado State University, Fort Collins.
I 2018 brugte Kees og kolleger en model, der ligner van der Ent's til at spore nedbørskilder i 29 globale storbyområder. Han fandt, at det meste af vandforsyningen til 19 af dem afhænger af fjerntliggende skove, herunder Karachi (Pakistan), Wuhan og Shanghai (Kina), New Delhi og Kolkata (Indien).”Selv små ændringer i nedbør forårsaget af ændringer i arealanvendelse modvind kan have en stor indflydelse på skrøbeligheden i byens vandforsyning,” siger han.
Nogle modeller antyder endda, at skovrydning ved at ødelægge fugtkilden truer med at ændre vejrforholdene langt ud over de flydende floder. Som du ved har El Niño - udsving i vindtemperatur og strømme i det tropiske stillehav - indirekte indflydelse på vejret på afsidesliggende steder. Ligeledes kunne skovrydning i Amazonas reducere regnfald i det amerikanske midtvest og snedækning i Sierra Nevada, siger University of Miami-klimatolog Roni Avissar, der modellerer sådanne forbindelser. Langt ude?”Overhovedet ikke,” svarer han.”Vi ved, at El Niño er i stand til dette, for i modsætning til afskovning gentager dette fænomen sig selv, og vi ser et mønster. Begge skyldes små ændringer i temperatur og fugt, der frigøres i atmosfæren."
Stockholms Universitetsforsker Lan Wang-Erlandsson, der forsker på samspillet mellem jord, vand og klima, siger, at det er tid til at skifte fra brug af vand og underjordisk areal i et bestemt vandløb til ændring af arealanvendelse ud over.”Nye internationale hydrologiske aftaler er nødvendige for at opretholde skove i områder, hvor der dannes luftmasser,” siger hun.
For to år siden, på et møde i FNs skovforum, hvor regeringer i alle lande deltager, leverede jordforsker fra University of Bern David Ellison en case study. Han demonstrerede, at op til 40% af den samlede nedbør i det etiopiske højland, hovedkilden til Nilen, kommer fra fugtighed, der vender tilbage fra skovene i Congo-bassinet. Egypten, Sudan og Etiopien forhandler om en for lang tid forhandlet aftale om opdeling af Nilen. Men en sådan aftale ville være meningsløs, hvis skovrydning i Congo-bassinet, langt fra de tre lande, udtørrer fugtkilden, foreslog Ellison. "Forholdet mellem skove og vand til forvaltning af verdens ferskvand ignoreres næsten fuldstændigt."
Den biotiske pumpeteori vil skubbe indsatsen yderligere, da skovtab forventes at påvirke ikke kun fugtighedskilder, men også vindmønstre. Ellison advarer om, at teorien, hvis den bekræftes, vil være "kritisk for planetariske luftcirkulationsmodeller" - især dem, der transporterer fugtig luft ind i landet.
***
Men indtil videre er tilhængerne af teorien i mindretal. I 2010 indsendte Makarieva, Gorshkov, Shil, Nobre og Bai-Liang Li, en økolog ved University of California, Riverside, deres historiske beskrivelse af den biotiske pumpe i atmosfærisk kemi og fysik, et hovedtidsskrift med åben peer review. Men artiklen "Hvor kommer vindene fra?" blev kritiseret på Internettet, og det tog magasinet mange måneder at finde kun to videnskabsfolk til at gennemgå det. Isaac Held, en meteorolog ved Geophysical Fluid Dynamics Laboratory ved Princeton University, meldte sig frivilligt - og anbefalede, at publikationen blev afvist.”Det er ikke en mystisk effekt,” siger han. "Det er generelt ubetydeligt og er desuden allerede taget i betragtning i en række atmosfæriske modeller." Kritikere siger, at udvidelsen af luft fra varme,der frigøres under kondensationen af vanddamp, modvirker den rumlige virkning af kondensation. Men Makarieva siger, at disse to effekter er rumligt adskilt: opvarmning finder sted i højden, og faldet i kondensationstryk forekommer tættere på overfladen, hvor der oprettes biotisk vind.
En anden korrekturlæser var Judith Curry, en atmosfærisk fysiker ved Georgia Institute of Technology. Hun har længe bekymret sig for atmosfærens tilstand og følte, at artiklen skulle offentliggøres, fordi "konfrontationen har en dårlig effekt på klimatologien, og hun har brug for blod fra næsen til fysikere." Efter tre års forhandling afviste tidsskriftets redaktør Helds anbefaling og offentliggjorde artiklen. Men samtidig bemærkede han, at publikationen ikke kan betragtes som godkendelse, men at den vil tjene som en videnskabelig dialog om en kontroversiel teori - for at bekræfte den eller tilbagevise den.
Siden da er der ikke kommet nogen bekræftelse eller tilbagevist - konfrontationen fortsatte. Gavin Schmidt, Columbia Universitys klimasimulator, siger: "Dette er bare noget vrøvl." Forfatterne reagerer på sådan kritik: "Faktisk på grund af matematik er de ikke sikre på, om de skal fortsætte dialogen." Brasiliansk meteorolog og leder af National Center for Disaster Prevention and Monitoring Jose Marengo siger:”Jeg tror, pumpen findes, men nu er det hele teoretisk. Eksperter på klimamodeller accepterede det ikke, men russerne er de bedste teoretikere i verden, så passende felteksperimenter skal udføres for at kontrollere alt. " Men indtil videre har ingen, ikke engang Makarieva selv, foreslået sådanne eksperimenter.
På sin side er Makarieva afhængig af teori og argumenterer i en række nylige værker, at den samme mekanisme kan påvirke tropiske cykloner - de drives af den varme, der frigives, når fugt kondenserer over havet. I avisen Atmospheric Research 2017 foreslog hun og hendes kolleger, at skovformede biotiske pumper trækker fugtrig luft fra cyklonoprindelse. Dette, sagde hun, forklarer, hvorfor der sjældent dannes cykloner i det sydlige Atlanterhav: regnskoven i Amazonas og Congo dræner så meget fugt, at der er for lidt tilbage til orkaner.
Ledende orkanforsker hos MIT, Kerry Emanuel, siger, at de foreslåede virkninger er "betydelige, men ubetydelige." Han foretrækker andre forklaringer på fraværet af orkaner i det sydlige Atlanterhav, for eksempel frigiver regionens kølige farvande mindre fugt i luften, og dens stærke vind forhindrer dannelse af cykloner. Makarieva på sin side afviser lige så traditionelle traditioner og tror på, at nogle af de eksisterende teorier om orkanintensitet "er i modstrid med termodynamikens love". Hun har en anden artikel i Journal of Atmospheric Sciences - afventer anmeldelse.”Vi er bange for, at trods redaktørens støtte, vores arbejde vil blive afvist igen,” siger hun.
Selvom Makaryevas ideer betragtes som marginale i Vesten, slår de gradvist rod i Rusland. Sidste år lancerede regeringen en offentlig dialog om revision af skovbrugslovene. Med undtagelse af gamle beskyttede områder er russiske skove åbne for kommerciel udnyttelse, men regeringen og Federal Forestry Agency overvejer en ny kategori - klimabeskyttelsesskove.”Nogle i vores skovbrugsafdeling er imponeret over ideen om den biotiske pumpe og ønsker at introducere en ny kategori,” siger hun. Idéen blev også understøttet af det russiske videnskabsakademi. Makarieva siger, at det at være en del af konsensus og ikke en evig outsider er nyt og usædvanligt.
Denne sommer blev hendes tur til de nordlige skove afbrudt af coronavirusepidemien og karantæne. Hjemme i Skt. Petersborg satte hun sig ned for endnu en runde med indvendinger fra anonyme anmeldere. Hun er overbevist om, at pumpeteorien vil vinde før eller senere.”Der er naturlig inerti i videnskaben,” siger hun. Med mørk russisk humor husker hun ordene fra den legendariske tyske fysiker Max Planck, der gav den berømte beskrivelse af videnskabens fremskridt: "en serie begravelser."