Бръсначът на Окам: Теорията на Лавлок – Daisyworld

Отново е вторник и отново е време за редовната ни рубрика, съвместно с блога Бръсначът на Окам. За трета поредна седмица продължаваме с Теорията на Лавлок за Земята като единен организъм:

Земята-живо същество?

През 1972 г. списъка на известните на науката животни се попълнил с най-неочаквано същество: самата Земя! Всяка част на Земята Джеймс Лавлок (J. Lovelock) оприличил на органи на живо тяло:

  • ролята на сърце играе земното ядро;
  • стомаха на Гея са нейните океани;
  • скелетът са твърдите планински скали;
  • дробовете – рохкавата почва;
  • вулканите са вени, по които, подобно на кръв, се движи лава;
  • атмосферата защитава Гея като кожа;
  • чoвечеството е мозъкът на този суперорганизъм, мозък, за съжаление често безгрижен и недалновиден, мозък, равнодушно погубващ майката-Земя и заедно с нея и себе си.

В началото Лавлок е представял в теорията си, че Земята не само можела да мисли, но и имала дар да предвижда, подготвяйки атмосферата и хидросферата за бъдещия живот. Снимка: NASA

Маргаритковия свят

Когато Лавлок предложил своята теория, той бил жестоко осмиван: "да разбираме ли, че се свиква ежегодно събрание на представители на различни екосистеми, където те разглеждат какво се е случило миналата година и съгласуват усилията си за следващата година?" В отговор, Лавлок в екип с Ендрю Уотсън 1983г., илюстрират хипотезата си със следния модел компютърна симулация:

Условия

Имаме хипотетична планета с приблизително същите параметри като Земята, обикаляща около подобна на нашето Слънце звезда. Повърхността на планетата е добре овлажнена, но дъжд пада само вечер като всички дни са безоблачни. Приема се,че атмосферните водни пари и CO2 остават константни, за да не се изменя парниковия ефект. Излъчването на местната звезда постепенно се усилва (което съответства на астрофизическите теории). Вследствие на това и температурата на планетата трябва линейно да расте. Снимка: mthai.com

Маргаритките

Планетата се нарича "Маргаритков свят" (Daisyworld), защото единствената форма на живот на нея са маргаритките (Bellis). Маргаритките могат да растат при температура от 5 до 40 градуса, но при 20 градуса се чувстват най-добре. Съществуват две форми на маргаритки:

  • с черни цветове, които поглъщат повече светлина за фотосинтезата;
  • с бели цветове, които отразяват светлината по-добре от черните. Белият цвят ги предпазва от прегряване.

Развитието на планетата може да разделим на 4 етапа:

Маргаритков свят
  • Етап 1 – t=5°C

Да допуснем, че в началния момент, когато температурата в екваториалнaта област на планетата достига 5 градуса, там се появява смесена популация маргаритки, в която белите и черните цветове са приблизително поравно.

При това на тези места, където тъмните цветове случайно се окажат повече от средното, локалното албедо ще бъде малко по-ниско, а почвата ще се нагрее до по-висока температура – т. е. по-близка до оптималната за маргаритките 20°C. В резултат черните маргарити ще получат селективно преимущество пред белите и частта на последните ще намалее до краен предел.

 

 

Маргаритков свят
  • Етап 2 – 5°C<t< 20°C

От този момент в системата се задейства положителна обратна връзка: тъмните цветове в известна степен понижават сумарното албедо на планетата, нагрятата до 5оC (и годна за вирее на маргаритките) област се разширява извън екватора, и продължава понататъшното понижаване на албедото и т.н.

Но ето настъпва време, когато на планетата, вече почти напълно се заселва от черни маргаритки. Числеността на белите маргаритки пада до минимум. Областта на разпространение на черните маргаритки се простира от екватора до полюсите, цялата планета "почернява" и се нагрява. Температура на екватора – в резултат на усилената слънчева радиация – расте и прехвърля 20оC.

 

 

 

 

Маргаритков свят
  • Етап 3 – 20°C<t< 40°C

От този момент премущество получават белите маргаритки, които отразяват повече светлина и охлаждат окръжаващото пространство. Белите маргаритки сменят черните отначало на екватора, а после "побеляването" започва да се разпространява към полюсите. Планетата "побелява" и се съпротивлява на нарастващото излъчване.

 

 

 

 

 

Маргаритков свят
  • Етап 4 – t=40°C

Способността на маргаритките да подържат на планетата температурния оптимум ще бъде изчерпана само тогава, когато светимостта на Слънцето нарастне толкова, че температурата на екватора все пак превиши 40 градуса, въпреки охлаждащите усилия на белите цветове. След това хомеостатична система ще рухне, при това ще се разпространяват вълни на измиране от екватора към полюсите с все по-голяма скорост…

Граница на устойчивост има всяка система, но е важен този факт, че даже такава пределно опростена "биосфера" все пак успя в течение на много дълго време да подържа на планетата температура, близка до оптималната, т. е. около 20 градуса.

 

 

Iceworld – Леденият свят

Система, която се намира в състояние на динамично равновесие, изпитва различни видове външни смущения. Тя може или да усилва смущението (положителна обратна връзка) или, напротив, да го потушава – отрицателна обратна връзка. За тези неща вече говорихме в Дисипативните системи на Пригожин; Пример за положителна обратна връзка е настъплението на ледниците:

  • при падане на температурата по-голяма част от валежите пада във вид на бял сняг и лед;
  • повърхността на планетата започва по-силно да отразява слънчевите лъчи – увеличава се албедото й;
  • това предизвиква допълнително падане на температурата;
  • покритата с ледници площ се увеличава – и кръгът се затваря.

Нека отбележим, че до намаляване на албедото води и обезлесяването. Така малки изменения в интензивността на слънчевата радиация (а те се случват в период от около 100 000 години) могат да доведат до големи промени в климата. Този механизъм бързо би довел до понижаване на средната температура на повърхността на земята до 100 oС! Но такива температури не се наблюдават дори и в Антарктида. Защо? Отговорът в цялата статия: Теорията на Лавлок – Daisyworld

Вашият коментар