Как леса генерируют дождь и даже ветер

Деревья помогают генерировать дождь. Особенно деревья тропических лесов. Вот что сообщает нам наука за последние полвека. Основываясь на экспериментах и наблюдениях, проведенных в 1970-х годах, экологи показали, что деревья пополняют запасы атмосферных осадков за счет испарения воды через свои листья — процесс, известный как транспирация. По оценкам экологов, около половины осадков, выпадающих в лесу, перерабатывается самими лесами, как указано в документе Nature за 2024 год. Теория, предложенная Анастасией Макарьевой и покойным Виктором Горшковым, делает еще один шаг вперед, предполагая, что даже те осадки, которые не были переработаны, вероятно, находились под сильным влиянием лесов. Научная статья Макарьевой, написанная в соавторстве с Горшковым в 2007 году, и последующие публикации в 2009 и 2010 годах предоставляют ученым более подробную информацию, в то время как этот пост и другие в ее публикации «Биотический насос и биотическая регуляция» более понятны для читателя.

Ниже я излагаю теорию в упрощенном виде, с пояснениями для неспециалистов. Вскоре я планирую вернуться к этим концепциям в контексте прогнозов Amazon о “переломном моменте”. Согласно теории “биотического насоса”, растущие деревья создают условия, которые на самом деле способствуют возникновению ветров. Эти ветры притягивают влагу к лесам и переносят ее дальше вглубь материка.

Как я узнал, работая над сельскохозяйственным экспериментом в Аризоне, ветры могут возникать на нагретой поверхности. В жаркие дни большую часть утра было душно. Где—то около полудня почти невыносимо горячая поверхность пустынного поля заставляла воздух подниматься вверх, создавая вакуум, который втягивал больше воздуха, чтобы заполнить образовавшуюся пустоту. Для нас это был приятный ветерок.

Теория биотического насоса использует аналогичную концепцию для создания ветра, но не с учетом теплой поверхности в качестве решающего фактора. Согласно этой сложной теории, которая в целом одобряется биологами, но вызывает споры среди метеорологов, именно влага из самого леса способствует созданию разрежения при низком давлении, заставляя воздух перемещаться таким образом, что возникают ветры.

Прежде чем углубиться в биотический насос, давайте вернемся к некоторым основным понятиям о том, как образуются дождевые облака и выпадают осадки в атмосфере. Горячий воздух поднимается вверх. Все мы знаем эту концепцию по воздушным шарам. На самом деле воздух имеет тенденцию перемещаться в виде “сгустков” различных размеров и форм. Отдельные посылки, за исключением красочной упаковки из воздушных шариков, взаимодействуют с окружающей средой, поднимаясь вверх, если они горячее окружающего воздуха, и опускаясь вниз, если они холоднее окружающего воздуха.

Горячий воздух удерживает больше влаги. Отчасти именно поэтому скорость испарения увеличивается с повышением температуры. Атмосфера охлаждается с высотой, по крайней мере, в той части, которая ближе всего к поверхности, где образуются дождевые облака. По мере того, как облака поднимаются, они охлаждаются, потому что с высотой температура воздуха понижается. Осадки выпадают, если они достигают слишком низких температур, чтобы поддерживать количество влаги, которое они удерживали, находясь в более жарком и энергичном состоянии.

Под пологом леса температура, как правило, остается относительно комфортной по сравнению с безлесными районами. С другой стороны, поверхность полога ближе к фактической температуре воздуха — днем она выше, чем в закрытом, тенистом месте внизу, но все же намного прохладнее, чем на голой почве. Тем не менее, облака могут получить дополнительный импульс благодаря более высокой “поверхности” кроны по сравнению с голой почвой. Это может дать ветрам преимущество при их подъеме в более прохладную атмосферу.

Теория биотического насоса, однако, фокусируется на роли самих облаков в поглощении влаги, а также на роли лесов в обеспечении их влагой. Леса имеют сложную структуру, которая на самом деле приводит к тому, что над ними больше водяного пара, чем над океанами.

Гладкий океан — это, по сути, двумерная поверхность. В бурной воде волны могут создавать трехмерное впечатление от взаимодействия воды с атмосферой. Но даже волны, которые так нравятся серфингистам, не достигают такой высоты, как полог нетронутого тропического леса. По сравнению с одним слоем гладкого океана, в тропических лесах может быть шесть слоев, если судить по индексу площади листьев. Это оценка того, сколько слоев листьев может быть на одном квадратном футе поверхности. Некоторые растения растут близко к земле, кустарники и молодые деревья растут на разной высоте, а кроны древних деревьев образуют самый верхний полог. Благодаря этим дополнительным слоям леса занимают большую площадь, обеспечивая поступление воды в атмосферу.

Растущие деревья поддерживают приток воды.
Деревья должны расти, чтобы выжить. Не имея сердца, которое могло бы перекачивать жидкость, деревья используют испарение для перемещения воды по своим системам. Когда капля жидкой воды на поверхности листа превращается в пар, находящийся в воздухе, ее испарение создает притяжение, которое позволяет другой капле воды заменить ее. Возникающее в результате этого вакуумное притяжение, в свою очередь, поднимает часть воды из почвы вверх по корням.

Когда часть этого испаряющегося пара поднимается над пологом, он образует облака, которые продолжают подниматься. Поднимаясь в более холодный воздух, облака становятся слишком насыщенными, чтобы удерживать весь накопленный водяной пар. Часть испаренной воды превращается обратно в жидкость.

Так же, как испаряющаяся вода выделяет некоторое количество тепла, при обратном превращении пара в жидкость выделяется некоторое количество тепла. Это дополнительное тепло способствует поднятию облака еще выше, увеличивая вероятность выпадения большего количества осадков в облаке. Этот цикл увеличивает вероятность выпадения воды из облака в виде дождя.

Леса притягивают влажный воздух
С точки зрения биотического насоса, когда вода поступает из леса в воздух или выпадает дождем из облаков, это снижает местное атмосферное давление. Это создает своего рода вакуум, похожий на динамику, которая создает тепловые ветры над раскаленными сельскохозяйственными полями.

Это, в свою очередь, всасывает больше насыщенного влагой воздуха.
Когда миллионы деревьев на сплошных просторах тропического леса прорастают, они поддерживают этот цикл. Они делятся водой, чтобы стимулировать образование облаков из воздуха и снабжать существующие облака дополнительной влагой. Затем, когда водяной пар в облаках превращается в дождь, вода возвращается в лес — как правило, с подветренной стороны от того места, где она появилась.

Прелесть этого процесса в том, что он постоянно пополняет запасы влаги — намного превышая обычные 400 миль, которые считаются типичным внешним пределом того, как далеко влага может проникать вглубь страны. Во многих отношениях это хорошая новость. Это говорит о стабильном состоянии лесов. Они не только перерабатывают дождевую воду, но и генерируют ее естественным образом, основываясь на том, как отдельные деревья пропускают воду через свои листья. Это свойство, которое выглядит скоординированным, но на самом деле является естественным результатом поведения отдельных деревьев при выживании.

Это также помогло бы объяснить, почему леса так хорошо себя чувствовали в более жарком климате прошлого, когда они распространялись далеко за пределы своих нынешних границ. Но есть большая загвоздка: это работает только в том случае, если эти леса остаются в основном “закрытыми” — по сути, там, где есть обширные пространства лесов с таким густым пологом, что он почти не пропускает света. И важен не только размер леса, но и его местоположение. Для запуска процесса необходим находящийся поблизости водоем.

На этот раз, учитывая присутствие людей, это большая проблема. Леса не могут вызывать дожди, если они используются в качестве строительного материала или на скотоводческих фермах. И хорошая наука не сможет легко направлять практику ведения лесного хозяйства, если она не будет широко принята и включена в компьютерные модели.

В четверг или на следующей неделе я планирую вернуться к этой концепции в контексте возможных переломных моментов для Amazon. А пока что это 5-минутное видео-анимация отлично иллюстрирует биотический насос.

Видео:  The Biotic Pump: How Forests Create Rain

Мелани Ленарт
18 июня 2025 г.

Источник: https://melanielenartecologic.substack.com/p/rain-making-role-of-trees-rainforests

Рассылка seu-international