arrow http://www.bioticregulation.ru/pump/pump5_r-2.php

Обсуждение

Ни ни ни ... ни в каком случае! Об «пропустить» не может быть и речи! Просто нет никакой надежды на это. Можешь, старик, не волноваться — не пропустят.
М.А. Булгаков.

На этой странице приводится рецензия на нашу статью, направленную в журнал "Водные ресурсы", наш ответ на рецензию, письмо в редакцию и письмо член-корреспонденту РАН В.И. Данилову-Данильяну — директору Института водных проблем, в котором издается этот журнал, с просьбой разобраться в ситуации. Ответов на письма мы не получили. Единый файл со всеми документами (формат PDF, 1.3 Мб), включая текст статьи, можно скачать здесь.

Распускающийся цветок

РЕЦЕНЗИЯ

на статью A.M. Макарьевой и В.Г. Горшкова "К проблеме круговорота воды: лесной биотический насос, закачивающий воду с океана на сушу"

Рецензируемая работа посвящена проблеме круговорота воды на суше. Авторы исследуют характер распределения осадков над участками суши, покрытыми естестенными лесами и лишенными лесной растительности (пустынями, степями, прериями, саванными), по 9 континентальным разрезам. В соответствии с данными наблюдений получилось, что при отсутствии лесной растительности осадки экспоненциально затухали с удалением от океана, в то время как над лесными территориями подобного затухания не наблюдалось. Цель статьи - дать физическое обоснование этим эмпирическим фактам. Основной вывод, к которому приходят авторы и который красной нитью проходит через всю статью, состоит в том, что леса являются "биотическим насосом, закачивающим влагу с океана на сушу".

Многие утверждения авторов и трактовка различных природных явлений в основном являются ошибочными, по-видимому, из-за отсутствия элементарных знаний в области климатологии, физики атмосферы и гидрологии, что и привело их к построению абсурдной теории.

Начнем с того, что исходные посылки авторов, излагаемые во Введении, неверны. Например, авторы безаппеляционно утверждают следующее:

"...компенсирующие речной сток осадки, приносимые с океана, должны равномерно распределяться по всей площади речного бассейна.
   Пассивные геофизические потоки атмосферного транспорта испарившейся из океанов влаги на континенты экспоненциально затухают. Эмпирически определяемая длина затухания имеет порядок нескольких сотен километров, что намного меньше линейных размеров континентов. Поэтому геофизические потоки влаги с океанов на сушу не могут компенсировать равномерно распределенный по речному бассейну речной сток из глубины континентов. Это означает, что не существует геофизического объяснения наблюдаемого существования речных бассейнов на территориях материковых масштабов порядка миллионов квадратных километров.
   Существование речных бассейнов основано на активном механизме (насосе), транспортирующем влагу вглубь континентов. Этот механизм создан на суше в процессе эволюции в виде леса... " (стр.2).

Практически все эти утверждения некорректны. Так, неясно, почему авторы решили, что атмосферные осадки и речной сток должны быть равномерно распределены по речным бассейнам. Это в корне противоречит данным наблюдений (наглядным примером может служить бассейн Нила). [см. ответ на это замечание] Авторам, по-видимому, неизвестны механизмы формирования атмосферных осадков. Осадки могут не только выпадать из влажных воздушных масс, сформировавшихся над океанами и переместившихся на сушу, но и формироваться над сушей за счет конвекции и на атмосферных фронтах. На выпадение осадков из воздушных масс оказывает влияние ряд факторов, в частности, близость воздушной массы к состоянию насыщения, наличие в воздухе ядер конденсации, орография. Поэтому далеко не везде может наблюдаться экспоненциальное затухание осадков по мере продвижения с океана на сушу. Авторы не ориентируются и в механизмах формирования речного стока, вероятно, им неизвестно, что помимо дождевого питания рек существует еще снеговое, ледниковое и грунтовое, иначе они не утверждали бы, что влага с океанов должна компенсировать речной сток. [см. ответ на это замечание]

В разделе "Физические потоки влаги" авторы опять же проявляют полное непонимание механизмов формирования осадков и стока. Исходной посылкой для последующих умозаключений является утверждение авторов об однородности атмосферы ("В силу однородности атмосферы вероятность перехода атмосферной влаги в состояние речного стока не зависит от пройденного в атмосфере расстояния х", стр. 3). Непонятно, на основании чего авторы решили, что атмосфера однородна. [см. ответ на это замечание] Более того, основная масса осадков выпадает именно вследствие ее неоднородности: бароклинности на фронтах в умеренной зоне и конвективной неустойчивости в ВЗК (внутритропическая зона конвергенции) и других областях в тропиках. Поэтому все дальнейшие выкладки, оценки расстояний l и пр. неверны. Кстати, фронты могут образовываться и в центре континентов (пример - летний максимум осадков в Центральной Сибири в зоне циклогенеза, там осадки снова растут после уменьшения над Казахстаном и Западной Сибирью). Отметим также, что выпадение осадков происходит (при наличии в атмосфере ядер конденсации), когда содержащийся в атмосфере водяной пар достигает состояния насыщения, что никак не связано с расстоянием от океана. Для достижения состояния насыщения нужно охлаждение воздушной массы (это возможно при поступлении на более холодную подстилающую поверхность или при восходящих движениях), что может происходить где угодно, независимо от удаленности от океана.

Непонимание авторами механизмов формирования осадков приводит их к ложному выводу, что "объяснить наблюдаемое существование обширных хорошо увлажненных континентальных областей протяженностью в несколько тысяч километров (бассейн Амазонки, экваториальная Африка, Сибирь), на которых и до настоящего времени функционируют естественные леса можно только с привлечением отличного от пассивного геофизического механизма активного транспорта влаги с океана на сушу (биотического насоса - примечание рецензента)". К такому выводу опять же можно прийти лишь вследствие отсутствия элементарных знаний в соответствующих областях наук о Земле. Иначе авторам было бы понятно, что существование увлажненных областей в "бассейне Амазонки и экваториальной Африке" связано с тропической циркуляцией атмосферы, в частности, с наличием уже упоминавшейся выше ВЗК. В Сибири же, где осадков выпадает гораздо меньше, чем в экваториальном поясе, лесные сообщества также оказываются обеспеченными влагой в вегетационный период, что обусловлено во многом циклонической деятельностью в летнее время и низкой испаряемостью. [см. ответ на это замечание]

На основании всего вышесказанного очевидно, что следующий раздел рецензируемой статьи "Биотический насос атмосферной влаги" не имеет смысла, поскольку все непонятные авторам факты имеют вполне научное объяснение и не нуждаются в привлечении еще каких-либо мифических механизмов. Однако, уделим еще некоторое внимание этому разделу, изобилующему неверными утверждениями и умозаключениями, чтобы авторам было легче понять свои заблуждения. Так, авторы утверждают, что "функционирование лесного сообщества должно быть направлено на поддержание влажности почвы на стационарном оптимальном для жизни уровне" (и ему это удается с помощью биотического насоса), в то же время существуют "открытые системы типа саванн, степей...или кустарников, неспособных поддерживать высокое влагосодержание почвы". Почему авторы возлагают такую миссию (поддержание влажности почвы на оптимальном уровне) на лесное сообщество? И почему травяные и кустарниковые сообщества оказались столь уж неспособными? Удивительно, что такая простая мысль, что леса растут там, где сложились благоприятные климатические условия, обеспечивающие достаточное для их существования увлажнение почвы и количество энергии, не приходит авторам в голову. [см. ответ на это замечание] В случае же недостаточного увлажнения в фазу активного роста (при постоянстве и длительности засушливых периодов) леса просто не смогли бы выжить, травяные и кустарниковые сообщества в этих условиях (до определенных пределов) еще могут существовать, причем во время длительных засушливых периодов надземная фитомасса может отмирать, а с наступлением дождливого периода вновь возобновляться. При недосточном количестве осадков степи переходят в полупустыни и пустыни. В высоких широтах, где увлажнение достаточно, а лимитирующим фактором является энергия, лесная зона сменяется тундрой. Таким образом распределение по земному шару геоботанических зон определяется климатическими условиями, а не "способностями" растений.

Далее авторы приводят "обоснование насоса" (Приложение). При этом используются уравнения на молекулярном уровне, которые ни с того ни с сего распространены на масштабы десятков и сотен километров, где действуют совершенно другие механизмы. [см. ответ на это замечание]

На стр. 6 авторы пишут: "Естественный лес...может, при условии подвода энергии, поддерживающей постоянную температуру, испарять влагу в несколько раз интенсивнее, чем открытая поверхность океана той же температуры." Во-первых, этого условия в природе нет! Во-вторых, утверждение насчет интенсивности испарения с леса и океана ни на чем не основано и противоречит имеющимся данным. Поскольку это утверждение авторов неверно, то и последующие их рассуждения также ошибочны. [см. ответ на это замечание]

Удивительно "открытие" авторов, что муссонная циркуляция, оказывается, обусловлена эвапотранспирацией "открытых систем типа саванн, степей или кустарников".

Есть и путаница в терминологии. Так, на стр. 8 авторы пишут: "эвапотранспирация, составляющая основную часть испарения с поверхности почвы". В действительности все наоборот, испарение с почвы является одной из составляющих эвапотранспирации. И вообще, по-видимому, речь здесь идет о потенциальном испарении (испаряемости), но этот термин незнаком авторам. Ошибочны рассуждения авторов по поводу того, что на одной и той же широте E=const (авторы почему-то решили, что на одной широте приходящая солнечная энергия постоянна, но это не так из-за различий в облачности). Неверно и то, что авторы считают, что "эвапотранспирация нарастает по направлению к экватору в связи с увеличением потока солнечной энергии". Если авторы по-прежнему имеют в виду испаряемость, то она максимальна не на экваторе, а в субтропических пустынях, т.к. именно там максимальна солнечная радиация.

На стр. 11 авторы утверждают, что "непрерывная круглогодичная тяга биотического насоса не допускает возникновения ураганов и смерчей над лесом". Это утверждение также является следствием некомпетентности авторов в рассматриваемых вопросах. В силу термодинамики ураганы (т.е. тропические циклоны) возникают только над океанами! А смерчи над лесами могут возникать и валить деревья. [см. ответ на это замечание]

Перечень ошибочных утверждений и умозаключений можно было бы продолжить и дальше, однако это уже не имеет смысла, поскольку очевидно, что авторы являются абсолютно некомпетентными в рассматриваемых ими вопросах. Это не позволило им интерпретировать рассматриваемые природные явления с научных позиций и корректно проанализировать используемые данные наблюдений, что и привело к построению ошибочной теории.

Подводя итог сказанному, можно сделать вывод о нецелесообразности публикации рецензируемой статьи в журнале "Водные ресурсы", поскольку статья является несостоятельной в научном плане. Отметим, что ответы на занимающие авторов вопросы можно найти в учебниках для вузов по специальностям метеорология, климатология и гидрология.

Распускающийся цветок

Ответ на рецензию статьи А.М.Макарьевой и В.Г.Горшкова
"К проблеме круговорота воды: лесной биотический насос,
закачивающий воду с океана на сушу",
направленную для опубликования в журнал "Водные ресурсы"

Замечания по введению

1) Рецензент полагает, что пример с речным бассейном Нила опровергает наше утверждение о том, что "осадки, приносимые с океана, должны равномерно распределяться по речному бассейну". Эту цитату из нашего введения рецензент выдернул из контекста, в котором явно указано, что такое распределение должно иметь место в экологических сообществах, имеющих максимальную продуктивность (т.е. в лесах). Как хорошо известно, территория, по которой протекает река Нил, является, кроме верховьев реки, большей частью пустыней, поэтому к ней это утверждение не относится. Замечание, сделанное рецензентом, свидетельствует либо о полном непонимании содержания статьи, либо о намеренной дискредитации наших результатов. [см. исходное замечание рецензента]

Согласно хорошо известному определению, "речной бассейн — площадь суши, с которой воды осадков стекают поверхностным или грунтовым стоком в какую-либо реку" (БСЭ, т. 36, стр. 448 (1955)). Это определение речного бассейна существует много столетий и не претерпело с середины прошлого века каких-либо изменений. Следовательно, речным бассейном Нила являются его истоки, где посредством осадков и формируется река. Территория Нила, где река течет по пустыне, не относится к речному бассейну. Равномерное распределение осадков по речному бассейну р. Нил, расположенному в верховьях реки и граничащего по водоразделу с бассейном р. Конго, содержатся в эмпирических данных, используемых в нашей статье. Все выводы и результаты нашей статьи мы основываем на эмпирических данных, которые очевидно учитывают все виды формирования осадков, включая те, которые перечислены в замечаниях рецензента. Подчеркнем, что в статье, как это неоднократно указывается, мы используем среднегодовые данные, усредненные по нескольким десятилетиям. Обеспеченность, отражающая гауссову кривую распределения осадков вокруг среднего значения, не обсуждается. "Экпоненциальное затухание осадков по мере продвижения с океана на сушу", соответствующее по определению однородности атмосферы, см. пункт 3) нашего ответа, действительно наблюдается не везде, и мы объясняем в статье почему.

2) Конечная фраза критики нашего введения в рецензии выглядит так: "Авторы не ориентируются и в механизмах формирования речного стока, вероятно, им не известно, что помимо дождевого питания рек существует еще снеговое, ледниковое и грунтовое, иначе они не утверждали бы, что влага с океанов должна компенсировать речной сток". Это замечание рецензента демонстрирует, что он не понимает основной закон, на котором базируются гидрология и метеорология, — закон сохранения вещества. [см. исходное замечание рецензента] Запас влаги, сосредоточенный во всех озерах, болотах и горных ледниках, может стечь через речной сток в океан за четыре года. Это цитируется на стр. 13, 14 нашей статьи. Грунтовой сток представляет собой часть стока речного бассейна в соответствии с приведенным выше определением.

Поэтому, если бы влага, поступающая с океанов, не должна была бы компенсировать речной сток, стекающий в океан, то это означало бы, что речной сток возникает на суше из ничего - все известные научные данные о возможном синтезе влаги на суше путем каких-либо химических реакций и возможном поступлении влаги из земных недр на суше показывают, что эти источники на много порядков меньше речного стока. Это неоднократно отмечалось в гидрологической литературе, см., например, Львович (1974), ссылка на эту работу присутствует в нашей статье.

Со всей очевидностью гидролог, который не понимает фундаментальной основы гидрологии — закона сохранения вещества, не может быть рецензентом никакой научной статьи. Мы могли бы на этом закончить наш ответ. Но мы прокомментируем и остальные замечания рецензента.

3) Рецензент признает в начале рецензии, что в некоторых областях осадки на суше могут экспоненциально затухать с удалением от океана. [см. исходное замечание рецензента] Сток R, рассчитанный на единицу площади земной поверхности, пропорционален осадкам (этот факт неоднократно отмечался в гидрологической литературе, см. например, Львович, 1974 г. и ссылки в этой книге). Следовательно с экспоненциальным затуханием осадков сток R также затухает экспоненциально. Из закона сохранения вещества (которого не понимает рецензент, см. пункт 2) в нашем ответе) следует, что R(x) = dF(x)/dx, где F(x) — поток влаги с океана на сушу через атмосферу, x — расстояние удаления от океана. (Полный поток влаги с океана на сушу через единицу береговой границы F(0) = ∫L0R(x)dx, x = L — удаление, на котором сток становится пренебрежимо малым.) Экспоненциальное падение стока R(x) с расстоянием x означает пропорциональное изменение стока R(x) и потока F(x), т.е. R(x) = − dF(x)/dx = +F(x)/l, где константа l имеет размерность длины. Только такое уравнение имеет экспоненциальное решение. Оно соответствует определению однородности среды: в любой точке x все процессы происходят так же, как и в любой другой точке, включая начало при x = 0. Величина l оценивается нами по эмпирическим данным. Мы не делаем никаких теоретических предсказаний величины l. Таким образом, в отношении водного режима атмосфера по определению однородна там, где наблюдается экспоненциальное падение осадков и стока, и не однородна там, где экспоненциальное падение не наблюдается. Поэтому весь абзац, содержащий "критику" величины l, не имеет отношения к делу, демонстрируя лишь некомпетентность рецензента в рассматриваемом вопросе.

3a) Критика в абзаце, связанном с Амазонкой, Конго и великими реками Сибири, основана на описанном в пункте 2) непонимании рецензентом закона сохранения вещества. Внутритропическая зона конвергенции (ВЗК) не объясняет наблюдаемое распространение потоков влаги с океана на сушу вдоль экватора (а не перпендикулярно ему в соответствии с ВЗК). Эти потоки поддерживаются ветрами, дующими вдоль, а не перпендикулярно экватору, о которых в последнее время накоплено много эмпирических данных. [см. исходное замечание рецензента]

Осадки в бассейнах сибирских рек возрастают при продвижении вглубь континента, что не может быть объяснено без привлечения действия лесного биотического насоса. Это опять-таки подробно объяснено в тексте нашей статьи.

4) Следующий абзац рецензии с выделением жирным шрифтом названия "Биотический насос атмосферной влаги" содержит изложение ряда традиционных взглядов, которые оставались научно необоснованными и, как мы показываем в статье, неверны. Лес выделен по сравнению с травяными и кустарниковыми сообществами тем, что испаряющая поверхность листьев сплошного лесного покрова в несколько раз больше, чем у травостоя и кустарников, и на порядок величины больше, чем в открытом океане. Тому, что леса растут там, где "сложились благоприятные климатические условия", не "приходит кому-то в голову", как полагает рецензент, этому бездоказательно учат все население, начиная со средней школы. Наша статья представляет доказательство того, что именно растительность определяет водный режим суши, а не наоборот. Мы показываем, что изменение растительного покрова может полностью изменить характер атмосферной циркуляции на суше, и вместе с ней водный режим. [см. исходное замечание рецензента]

5) Приложения содержат уравнения на масштабах порядка и больших высоты равномерноплотной атмосферы. В приложении нет никаких упоминаний о процессах на молекулярном уровне. В приложении доказано новое, не известное в метеорологии, утверждение, что испарение (поток водяного пара с земной поверхности в атмосферу) равен нулю, когда отрицательный вертикальный градиент температуры воздуха меньше критического значения 1,2 К/км. При отрицательном градиенте температуры воздуха, большем критического (1,2 К/км), возникает испарение и не учитываемая до сих пор сила испарения, имеющая осмотическую природу и определяющая циркуляцию атмосферного воздуха. [см. исходное замечание рецензента]

6) Оба утверждения рецензента, начинающиеся со слов "во-первых" и "во-вторых" при анализе нашей фразы на стр. 6, неверны. Условия, при которых испарение леса в несколько раз превосходит испарение с открытой водной поверхности, имеют место после дождя и перехвата влаги листьями, а также при открытых устьицах и максимальной транпирации листьев. Совпадение температуры поверхности океана и поверхности листьев также часто встречающееся явление. Таким образом, оба наши утверждения не противоречат имеющимся данным. [см. исходное замечание рецензента]

7) Наше утверждение об ураганах и смерчах на стр. 11 верно. Термин ураган используется в метеорологической литературе в двух значениях: 1) очень сильный ветер, скорость которого превышает 29 м/с. Над сушей может разрушать постройки, ломать деревья и т.п., над морем он вызывает огромные волны, иногда приводящие к гибели судов. 2) местное название тропических циклонов, БСЭ, т.44, стр.281 (1956), Наливкин Д.В. Ураганы, бури и смерчи, М., (1969). Ураганы (тропические циклоны) формируются над океанами и не подходят к покрытой большими массивами ненарушенного леса суше. Последнее время ураганы в первом значении стали часто появляться над территорией Западной Европы. Ураганов и смерчей над ненарушенным лесом практически не бывает. Смерчи возникают над океаном и на суше над обезлесенной и сильно нарушенной лесной территориями. Гидро- и аэродинамика ураганов и смерчей до сих пор не ясна. Не существует удовлетворительного объяснения ни структуры ураганов, ни скоростей ветра, наблюдаемых в них. [см. исходное замечание рецензента]

Анастасия Макарьева

Виктор Горшков

Распускающийся цветок

В редакцию журнала
"Водные ресурсы"

12 февраля 2007 г.

Глубокоуважаемая редакция!

Наша статья "К проблеме круговорота воды: лесной биотический насос, закачивающий воду с океана на сушу" была отклонена решением редколлегии № 162. Нам была прислана не заверенная официально анонимная рецензия, в которой рецензент представляет статью несостоятельной в научном плане. Ознакомившись с рецензией, мы обнаружили, что ее содержанием являются научно безграмотные утверждения, несовместимые с профессиональной компетентностью в области естественной науки. Стиль написания рецензии неприемлем в научном общении: рецензент пытается скрыть свою неосведомленность в фундаментальных вопросах, которые должны были бы составлять основу его профессиональных знаний, за беспрецедентной развязностью стиля рецензии. Поскольку редколлегия научного журнала не может делать какие-либо выводы о пригодности или непригодности статьи для публикации на основании некомпетентных суждений, мы считаем необходимым дать ответ на замечания рецензента. Мы полагаем, что редколлегии следует обратить внимание на сложившуюся ситуацию.

Эта ситуация не может не вызывать у нас глубокой озабоченности, и мы хотели бы иметь официальные документы о статусе нашей статьи. Мы просим редколлегию прислать нам рецензию вторично, заверенную официальными лицами в том, что она верна.

С уважением,

Анастасия Макарьева

Виктор Горшков

Распускающийся цветок

Директору
Института водных проблем
Российской Академии наук,
члену редколлегии журнала
"Водные ресурсы" РАН,
чл.-корр. РАН
Виктору Ивановичу Данилову-Данильяну
(в оригинале письма ошибочно:
Владимиру Ивановичу Данилову-Данильяну)

Глубокоуважаемый Виктор Иванович!

Считаем необходимым поставить Вас в известность относительно ситуации, сложившейся с рассмотрением нашей статьи "К проблеме круговорота воды: лесной биотический насос, закачивающий воду с океана на сушу" (Макарьева А.М., Горшков В.Г.) в журнале "Водные ресурсы", издаваемом Вашим институтом.

С уважением,

Макарьева А.М.
Горшков В.Г.

Приложения:

Рукопись статьи (29 с.)
Рецензия на статью (4 с.)
Письмо авторов в редакцию с ответом на рецензию (4 с.)

Распускающийся цветок

Далее приводится переписка с редколлегией журнала "Физика атмосферы и океана."

  • <<
  • Лесной насос: обсуждение
  • >>
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4