1. Водяной пар — газообразное состояние воды — в атмосфере находится под воздействием двух независимых физических факторов, силы тяжести и температуры. Равновесие водяного пара в поле земного притяжения означает, что на каждой высоте давление пара скомпенсировано весом пара в атмосферном столбе над этой высотой. Падение давления газа с высотой приводит к разрежению газа, что усиливает уменьшение давления. В результате, равновесное (аэростатическое) давление водяного пара падает с высотой в геометрической прогрессии, уменьшаясь вдвое на каждые 9 км подъема (показано синей линией). С другой стороны, водяной пар не может иметь давление выше так называемого насыщенного. Насыщенное давление возникает в области контакта пара и жидкой воды — непосредственно у поверхности океана, влажной почвы и влажных листьев. Насыщенное (т.е. максимальное) давление убывает с уменьшением температуры также в геометрической прогрессии — примерно вдвое с уменьшением температуры на каждые 10 ^oC (показано красной линией).

2. Поэтому водяной пар мог бы находиться в гравитационном равновесии над влажной земной поверхностью только в том случае, если температура атмосферного воздуха уменьшалась бы не быстрее, чем по 10 ^oC на каждые 9 км подъема — в этом случае синяя линия находится ниже красной, как, например, при падении температуры на полградуса на километр (температурный градиент = 0.5 K/km). С увеличением падения температуры (двигайте регулятор вниз) красная линия приближается к синей и совпадает с ней при критическом значении градиента в 1.2 градуса на километр.

3. В реальности же температура воздуха в земной атмосфере на 9 км подъема падает почти на 60 ^oC (температурный градиент = 6.5 градусов на км, подвиньте регулятор вниз до упора)! Это означает, что верхние слои атмосферы оказываются слишком холодными для того, чтобы вес водяного пара, находящегося в них, был достаточен для компенсации давления водяного пара в нижних, теплых слоях атмосферы. Избыток водяного пара немедленно конденсируется, переходит в жидкость и выбывает из газовой фазы. В отсутствие достаточно большого вертикального градиента температуры воздуха на Земле не было бы ни испарения, ни конденсации, ни осадков! Нескомпенсированное давление водяного пара у поверхности (равное зазору между красной и синей линией) во много раз превосходит вес водяного пара в атмосферном столбе.

4. Это приводит к возникновению направленной вверх силы, действующей на влажный воздух. Эта сила создает потоки воздуха и водяного пара от земной поверхности в верхние слои атмосферы, где водяной пар конденсируется и выпадает в осадки в форме дождя или снега. Выбывание пара из воздуха компенсируется непрерывным испарением с влажной земной поверхности. В областях, где испарение больше, больше и восходящие потоки влажного воздуха. Это приводит к следующей важнейшей закономерности атмосферной циркуляции: приземный влажный воздух засасывается из областей с меньшим испарением в области с бóльшим испарением. В этом и состоит сущность действия лесного биотического насоса. Испарение над ненарушенным сплошным покровом леса всегда больше испарения с открытой поверхности океанов, поэтому лес может легко засасывать влажный воздух с океанов в количествах, необходимых для своего нормального функционирования.