|
|
|
| De biotische pomp is een theoretisch concept dat laat zien hoe bossen winden creëren en controleren die vanuit de oceaan opstijgen en zo water naar de bossen verder landinwaarts brengen |
| |
Deze theorie zou de rol kunnen verklaren die bossen spelen in de waterkringloop: bomen nemen water op uit de bodem en microscopisch
kleine poriën op de bladeren geven ongebruikt water af als damp in de lucht.
Dit proces staat bekend als evapotranspiratie. De biotische pomp beschrijft hoe waterdamp die door bomen wordt afgegeven winden kan aandrijven en deze winden kunnen continenten oversteken en dit vocht naar verre bossen brengen. Met dit proces en het feit dat het gebladerte in bossen een oppervlakte heeft, kunnen de bossen meer vocht aan de atmosfeer leveren dan verdamping uit een waterlichaam of een equivalente grootte. |
| |
| De vorige hypothese voor deze cyclus beschrijft hoe neerslag die door winden wordt gebracht een direct gevolg is van veranderingen in temperatuur en druk. De biotische pomphypothese toont aan hoe belangrijk onze regenwouden zijn voor het omringende ecosysteem. Regenwouden zijn vatbaar voor antropogene factoren (d.w.z. ontbossing), die de biotische pomp kunnen beïnvloeden; en heeft daarom invloed op andere ecosystemen die afhankelijk zijn van de biotische pomp om te gedijen. |
|
|
 |
| De biotische pomptheorie kan ons mogelijk helpen de rol die bossen spelen in de watercyclus beter te begrijpen. |
|
| |
| Zonder onze regenwouden zou het weer minder stabiel zijn en zou de regen kunnen afnemen in regio's die afhankelijk zijn van de biotische pomp voor water. Bovendien kunnen we meer inzicht krijgen in de evolutie van bedektzadigen, evenals de correlatie tussen ecologie en de interne bewatering van de continenten. In 2022 was het concept breder geformuleerd en gekoppeld aan het belang van het stoppen van ontbossing, het herstellen van de hydrologische cyclus en planetaire afkoeling. |
| |
| De term "biotische pomp" duidt op een circulatiesysteem dat wordt aangestuurd door biologische processen. Dit concept toont bossen als de belangrijkste factoren bij het manipuleren van atmosferische processen om regenval die door bomen wordt opgenomen op alle continenten te laten circuleren en terug te brengen naar de atmosfeer voor verdere cycli. Evapotranspiratie in kustbossen creëert een lage atmosferische druk, waardoor een zuigend effect ontstaat om waterdamp uit de oceaan aan te trekken. |
| |
| Vóór de theorie van de biotische pomp werd gedacht dat bomen een passieve rol speelden in de waterkringloop. Daarentegen stellen degenen die het concept van de biotische pomp ontwikkelden dat "bos en bomen de belangrijkste regulatoren zijn binnen de water-, energie- en koolstofkringlopen. In gebieden waar momenteel meer regen wordt verdampt (op land versus boven de oceaan), neemt het atmosferische volume veel sneller af. Dit zorgt ervoor dat er een lage druk ontstaat boven dit gebied, waardoor er meer vochtige lucht ontstaat dan in de gebieden waar minder regen wordt verdampt. |
|
|
 |
| Uitzicht op het Amazonebekkenbos ten noorden van Manaus, Brazilië. |
|
| |
| Dit zorgt ervoor dat het vocht in de lucht van een gebied met hoge druk naar een gebied met lage druk gaat. Factoren zoals volle zonneschijn in bosgebieden en woestijnen kunnen de overdracht van vocht in de lucht beïnvloeden. |
| |
Toegenomen hoeveelheden verdamping of transpiratie zullen een vermindering van de atmosferische druk veroorzaken als wolken zich vormen,
wat vervolgens zal veroorzaken dat vochtige lucht wordt aangetrokken naar gebieden waar de evapotranspiratie het hoogst is. In een woestijn zal dit overeenkomen met de zee, terwijl in een bos vochtige lucht van de zee landinwaarts zal worden aangetrokken. De theorie voorspelt twee verschillende soorten kust- tot continentale regenvalpatronen, ten eerste kan men in een bosgebied geen afname van de regenval verwachten als men landinwaarts gaat, in tegenstelling tot een ontbost gebied waar men een exponentiële afname van de jaarlijkse regenval waarneemt. Hoewel huidige mondiale klimaatmodellen goed bij deze patronen passen, wordt betoogd dat dit te wijten is aan parametrisering en niet aan de juistheid van de theorieën. |
| |
| Ontwikkeling van de theorie |
| |
| De biotische pomptheorie werd ontwikkeld door wetenschappers Anastassia Makarieva en wijlen Victor Gorshov, Russische theoretische natuurkundigen die werkten voor de afdeling Theoretische Fysica van het Petersberg Nuclear Physics Institute. Dr. Makarieva bracht recreatief en professioneel tijd door in de noordelijke bossen van Rusland, het grootste uitgestrekte bosgebied op de planeet. Ze beweert dat de conventionele opvatting dat winden worden aangestuurd door verschillen in luchttemperatuur de dynamiek van wind niet volledig verklaart, en kwam tot het inzicht dat de drukval die wordt veroorzaakt door waterdamp die in water verandert een nauwkeuriger model was. |
| |
| Haar eerste studies werden grotendeels genegeerd en bekritiseerd. |
| |
De theorie vertegenwoordigt een paradigmaverschuiving weg van een geomechanische kijk op klimaatdynamiek om biologie op te nemen als een drijvende kracht van het klimaat. Als zodanig heeft de theorie kritiek gekregen van de reguliere klimaatwetenschappen. Makarieva en Gorshkov waren outsiders: theoretische natuurkundigen in een wereld van klimaatwetenschap, Russen in een veld dat wordt gedomineerd door westerse wetenschappers, en, in Makarieva's geval, ook een vrouw. |
| |
Er wordt gedacht dat er vier terrestrische vochtrecyclinghubs zijn, het Amazonebekken,
het Congo-regenwoud, Zuid-Azië en de Indonesische archipel. Met name de hydrologische dynamiek van het Amazonebekken is nog steeds onduidelijk, maar wijst op de juistheid van de biotische pomphypothese. Deze processen dragen bij aan een veilige operationele ruimte voor de mensheid. Bovendien kan de biotische pomptheorie helpen andere natuurlijke gebeurtenissen over de hele wereld te verklaren. De biotische pomp kan bijvoorbeeld helpen verklaren waarom regenwouden zoals de Amazone en Congo in staat zijn om veel regenval te handhaven, terwijl andere onbeboste biomen in regenval afnemen naarmate je verder landinwaarts komt. |
|
|
 |
| Atmosferische vochtigheid stroomt rond en door inheems bos in Whangārei, Aotearoa (Nieuw-Zeeland) |
|
| |
Atmosferische (of vliegende) rivieren, vroeger troposferische rivieren genoemd, zijn winden die waterdamp oppikken die door bossen wordt afgegeven en het vocht naar verre waterbekkens brengen. Deze rivieren worden over grote afstanden versterkt door de biotische pomp.
De atmosferische rivier die over de Amazone stroomt, stroomt naar het zuiden om het River Plate Basin van 50% van zijn regen te voorzien.
De noordwestelijke rivieren van China ontvangen meer dan 70% van hun neerslag uit de eurozone en Noord-Azië. In 2022 was dit concept breed geaccepteerd. |
| |
| Hoe de biotische pomp hydrologische processen aanstuurt |
| |
 |
| |
1: De cyclus begint wanneer neerslag uit de oceaan wordt gerecycled door landschappen door cycli van neerslag en evapotranspiratie.
Door transpiratie en condensatie creëren bossen een lage druk die vochtige lucht uit de oceaan trekt. |
2: Transpiratie en verdamping circuleren water terug in de atmosfeer samen met microben en vluchtige organische stoffen (VOS). Microben in de
lucht veroorzaken regen. |
| 3: Biologisch geïnduceerde luchtstromen transporteren atmosferische vochtigheid verder landinwaarts. |
4: Door regenval te bieden, kan vegetatie overleven en mogelijk bloeien, waardoor de bosbedekking in stand wordt gehouden. De beboste gebieden
hebben een gematigder klimaat door het bieden van transpiratiekoeling en schaduw. Het licht dat doordringt tot de bosbodem kan zo laag zijn
als 1% vergeleken met de aangrenzende, gerooide gebieden. In gebieden waar meer gerooid land is blootgesteld, neemt de omzetting van
stralingsenergie in voelbare warmte toe. Beboste gebieden zijn aanzienlijk koeler dan schaars begroeide of kale aarde. |
5: Bomen vangen water op door mist en vochtige lucht op te vangen. Luchtvochtigheid condenseert op bladeren en takken. Biomimicry van dit
proces gebeurt met behulp van mistnetten. |
6: Boomkronen vertragen de voortgang van regen naar het bodemoppervlak en verzachten de impact. Bovendien creëren ze bodemkoolstof door
het leveren van organisch materiaal en de export van koolstof via wortels naar het mycorrhizale netwerk, wat de bodemstructuur verbetert voor
de infiltratie en opslag van water. |
7: Bodems met verbeterde infiltratie- en opslagsnelheden verminderen de impact van overstromingen. Dit wordt verder versterkt door
bosbedekking die de bodem beschermt tegen erosie. Water dat in de bodem wordt geïnfiltreerd, kan helpen om watervoerende lagen aan te vullen. |
| |
| Verbinding met hydrologische cyclus en klimaatmatiging |
| |
| Van de geschatte zes biljoen bomen op de planeet zijn er ongeveer drie biljoen over. Samen met andere terrestrische en mariene vegetatie, fotosynthetiseren ze suikers die een fundamenteel ingrediënt van leven en groei vormen. Dit proces produceert ook zuurstof en verwijdert koolstofdioxide uit de lucht. Bomen leveren ook voedsel en hout, en bevorderen de biodiversiteit. Daarnaast bieden bosgebieden voldoende water voor menselijk en dierlijk leven, met name in het toepasselijk genoemde regenwoud. |
| |
| Daarentegen beslaan droge gebieden ongeveer 41% van het landoppervlak van de aarde en zijn ze de thuisbasis van twee miljard mensen. Dit zijn kwetsbare ecosystemen. Ongunstige weerpatronen en druk van menselijke activiteit kunnen de waterbronnen snel uitputten. |
| |
| Herbegroeiingsprojecten leveren bewijs op van hoe regenererende vegetatie regenval herstelt. Rajendra Singh, de Waterman van India, leidde een beweging die verschillende rivieren in Rhajastan herstelde, waardoor de vegetatiebedekking toenam van 2% tot 48%, de regio met 2o Celsius afkoelde en de regenval toenam. Het Great Green Wall-project van Afrika was in 2022 voor 15% voltooid. Modellen suggereren dat de voltooide muur de gemiddelde temperaturen in de Sahel met wel 1,5o Celsius kan verlagen, maar de temperaturen in de heetste gebieden kan verhogen. De regenval zou toenemen en in sommige gebieden zelfs verdubbelen. China heeft ook een Great Green Wall-project van 4.500 km geplant om de oprukkende Gobi-woestijn te stoppen |
| |
| De term bio-regencorridor beschrijft een aaneengesloten bosgebied dat de stroom van atmosferische vochtigheid en neerslag in stand houdt. Voortdurende ontbossing brengt het risico met zich mee dat de stromen van atmosferische vochtigheid worden verstoord. In 2022 werden er processen ontwikkeld om het biotische pompmechanisme te modelleren om de impact van ontbossing en de impact van discontinuïteit van bos op atmosferische vochtstromen te bepalen. |
| |
| Er is grote behoefte om deze dynamiek verder te begrijpen. Door bossen aangestuurde water- en energiecycli zijn slecht geïntegreerd in regionale, nationale, continentale en mondiale besluitvorming over klimaatveranderingsaanpassing, -mitigatie, landgebruik en waterbeheer. Dit beperkt het vermogen van de mensheid om het klimaat en de levensondersteunende functies van onze planeet te beschermen. |
| |
|
|
|
|
|
|
