Uz “naža asmens” /Par biotisko regulāciju un dzīvības saglabāšanas perspektīvām. 1.daļa /

Šodien sākam publicēt materiālus par klimata biotisko regulāciju.  Materiālu tulkošanai un publicēšanai latviešu valodā atļauja saņemta no pētījumu autoriem, Krievijas zinātniekiem profesora Viktora Gorškova un fizikas – matemātikas zinātņu kandidātes Anastasijas Makarjovas.

Kā pirmo vēlamies piedāvāt V.Gorškova un A.Makarjovas darbu “Par biotisko regulāciju un dzīvības saglabāšanas perspektīvām“. Populārā, viegli saprotamā valodā zinātnieki runā par to, kas ir siltumnīcas efekts un globālā sasilšana, kā arī izvirza dažus revolucionārus apgalvojumus, apgāžot līdzšinējos mītus par daudziem Zemes klimata fizikālajiem aspektiem.

Pirmā daļa: “Auksti vai karsti”. Tēze – globālā temperatūra ir nestabils jēdziens un patiesībā mēs visu laiku balansējam kā uz naža asmens…

Planētas virsmas vidējā gada temperatūra pašlaik ir +15 C. Tā ir optimālā temperatūra dzīvības, tai skaitā cilvēku eksistēšanai uz Zemes. Kas nosaka šo līmeni? Savulaik populārs bija uzskats, ka zemeslodes virsmas temperatūra ir atkarīga no saņemtā saules enerģijas daudzuma; ja Zeme būtu tuvāk Saulei, būtu siltāks, bet ja tālāk – aukstāks. Tā kā mums it kā “ir paveicies”, jo atrodamies dzīvības uzturēšanai optimālā attālumā no Saules. Tomēr šāda pieeja ir nepareiza.

Saulei tuvākā planēta ir Merkurs. Saules apspīdētās virsmas temperatūra sasniedz +400 C, bet “naktī” planēta atdziest līdz pat -180 C. Kāpēc tik milzīgas svārstības? Tāpēc, ka šai planētai nav atmosfēras. Tātad, tieši atmosfēra, nevis attālums no Saules ir svarīgākais faktors.

Otrs faktors ir albedo, jeb planētas spēja atstarot saules gaismu. Jo gaišāka ir planētas virsma, jo vairāk saules gaismas tiek atstarots izplatījumā, līdz ar to virsma nesasilst. Un otrādi – tumšāka virsma, nevis atstaro, bet akumulē saules starus, tāpēc vairāk sasilst.

Mūsu planēta atstaro kosmosa telpā apmēram 30% saņemtās enerģijas un galvenokārt atstarošanu veic mākoņu sega un ledus – sniega sega.

Ja Zemes virsma būtu līdzīga spogulim un atstarotu gandrīz 100% Saules enerģijas, planēta atdzistu līdz absolūtai nullei (-273 C) tuvām temperatūrām, – neatkarīgi no tā, cik tuvu vai tālu no Saules tā arī neatrastos.

Taču vēl svarīgāks faktors ir planētas tā saucamais siltumnīcas efekts. Vai mēs patiesībā zinām, kas tas ir?

Vislabāk siltumnīcas efektu pazīst laukos dzīvojošie cilvēki, – noteikti 100% laucinieku un arī daļa pilsētnieku zina, ka visaukstākās naktis ir tad, kad debesis noskaidrojas. Zināms, ka mākoņainās naktīs salnu nekad nebūs. Savukārt mazdārziņu īpašnieki saltās pavasara naktīs kurina ugusnkurus un kūpina dūmu sveces savos dārzos, lai pasargātu jaunos stādījumus no nosalšanas. Viņi paši rada siltumnīcas efektu un to izmanto savas nākamās ražas glābšanai.

Izrādās, ka Zemes atmosfērā atrodas neliels daudzums vielas daļiņu, kas spēj mijiedarboties ar siltuma starojumu no Zemes, novirzot to atpakaļ uz planētas virsmu, kas veicina virsmas papildus sasilšanu. Šīs vielas sauc par siltumnīcas gāzēm, tās var salīdzināt ar kažoku.

Mēs taču zinām, ka mūsu organisms izdala zināmu siltuma daudzumu, kas parastos apstākļos ir 36,6 C. Apģērbs nevis silda, bet palīdz neaizplūst apkārtējā telpā mūsu ķermeņa siltumam, tas novirza to atpakaļ ķermenim. Ja apģērbs ir plāns, tas siltuma aizplūšanu aizkavē tikai daļēji, bet biezs kažoks aiztur visu siltumu un papildus silda ķermeni. Tātad ķermenis var justies “silti”, “mazāk silti”, vai “vēsi” atkarībā no apģērba kvalitātes, paša ķermeņa izdalītajam siltuma daudzumam paliekot nemainīgam.

Siltumnīcas gāzes silda mūsu planētu tieši tāpat kā apģērbs ķermeni. Šo gāzu daudzums ir niecīgs – tikai procena simtās daļas no kopējās atmosfēras masas. Taču, ja šo gāzu nebūtu, vai tās kaut kāda iemesla dēļ izzustu, vidējā globālā temperatūra sāktu samazināties un nokristos līdz pat -18 C (tas nozīmē, ka niecīgais gāzu daudzums atmosfērā nodrošina planētas temperatūras paaugstināšanu par 33 grādiem; dažos avotos pat tiek minēti 38 grādi).

Ko nozīmē vidējā temperatūra -18 grādi? Tas nozīmē, ka pat planētas karstākajās vietās temperatūra “viskarstākajā” vasarā nepārsniedz +10 grādus, savukārt mērenajā joslā nekad nepaceļas virs 0 grādiem. Tas nozīmē, ka planēta pakāpeniski sāk apledot un atdzišanas process tikai pastiprinās, jo kā tikko noskaidrojām, sniegs un ledus atstaro saules gaismu. Rezultātā planētas virsmas vidējā temperatūra noslīdētu līdz -100 C un viss dzīvais ietu bojā, – pat uz ekvatora laika apstākļi būtu līdzīgi kā šobrīd Antarktīdā, bet pārējās teritorijās aukstums būtu vienkārši nāvējošs.

Savukārt, ja mūsu “kažoks” kļūtu biezāks, proti, siltumnīcas gāzu daudzums atmosfērā palielinātos, sāktos planētas vidējās temperatūras pieaugums, kas nekādā veidā nebūtu atkarīgs no saņemtās Saules enerģijas daudzuma. Kā piemēru var nosaukt Venēru, kur planētas virsmas temperatūra, pateicoties ļoti spēcīgam siltumnīcas efektam, ir palielinājusies līdz +500 C.

Galvenā siltumnīcas gāze mūsu atmosfērā ir mitrums, jeb ūdens tvaiks. Tas var eksistēt gan neredzamā veidā (atmosfēras mitrums), gan redzamā veidā kā mākoņu sega.

Otro vietu ieņem ogļskābā gāze (CO2). Zināma loma ir arī metānam un citām gāzēm.

Tā kā 2/3 no planētas virsmas aizņem okeāni, tad mitruma sastāvs atmosfērā ir ievērojami atkarīgs no Zemes virsmas temperatūras. Mēs zinām, ka sildot ūdeni katlā, tas iztvaikos ātrāk un virs katla veidosies tvaiks. Līdzīgi notiek arī dabā, – sasilstot planētai, okeāna ūdens sāk pastiprināti iztvaikot un mitruma daudzums atmosfērā palielinās. Okeāna virsmas temperatūrai palielinoties par 10 grādiem, mitruma daudzums atmosfērā divkāršojas.

Tādējādi, pastāv ļoti spēcīga pozitīvā atgriezeniskā saite starp siltumnīcas efektu un Zemes temperatūru, kas noved pie Zemes klimata nestabilitātes.

Iedomāsimies, ka kaut kādu svārstību rezultātā okeāna virsmas temperatūra nedaudz palielinājusies. Drīz vien pēc tam sāk pieaugt atmosfēras mitruma daudzums. Mūsu “kažoks” tātad kļūst “biezāks”. Kas notiek? Planētas virsma (arī okeāna virsma) sasilst vēl vairāk, ūdens iztvaikošana vēl vairāk palielinās, mitruma daudzums atmosfērā turpina pieaugt, “kažoks” kļūst aizvien “biezāks”, atkal pieaug temperatūra un iztvaikošana… un tā tālāk. Pētījumi ir parādījuši, ka šāda atgriezeniskā saite var novest līdz pat Zemes okeānu pilnīgai iztvaikošanai un grandiozais siltumnīcas efekts palielinātu planētas temperatūru līdz vairākiem simtiem grādu.

Un otrādi, zemes temperatūrai kaut kādu iemeslu dēļ samazinoties, atmosfēras mitruma daudzums arī samazinātos un sāktos atgriezeniskās saites efekts atdzišanas virzienā, līdz pat planētas pilnīgai apledošanai un vidējās temperatūras sarukšanai lidz – 100 C.

Esam nonākuši pie secinājuma, ka mūsu laikmeta Zemes klimats, kam raksturīga lielu, šķidra ūdens baseinu – okeānu pastāvēšana, patiesībā ir fizikāli nenoturīgs. Šo situāciju varētu ilustrēt kā uzkalnu ar stāvām nogāzēm. Uzkalna virsma simboliski ataino mūsdienu klimatu. Dziļās aizas pa labi un pa kreisi no uzkalna atbilst stabiliem klimata stāvokļiem – vai nu pilnīgam apledojumam, vai pilnīgai okeānu iztvaikošanai. Tāpat kā virsotnē novietota bumbiņa viegli var noripot pa nogāzi jebkurā virzienā, tā arī Zemes klimats, ja tas būtu atkarīgs vienīgi un tikai no fizikālām likumsakarībām, viegli pārietu vienā no diviem stāvokļiem. Lieki piebilst, ka šie stabilie, viegli sasniedzamie stāvokļi dzīvībai nav piemēroti.

Tai pat laikā mēs zinām, ka dzīvība uz Zemes pastāv jau apmēram 4 miljardus gadu. Tātad visu šo laiku tika stabili nodrošināti dzīvības eksistēšanai nepieciešamie temperatūras apstākļi. Saskaņā ar paleoloģijas datiem, Zemes virsmas vidējās globālās temperatūras svārstības nepārsniedza 5, maksimums 10 grādus desmitiem miljonu gadu laikā. Kur slēpjas šādas stabilitātes cēlonis?

/ TURPINĀJUMS SEKOS/