Как создаётся искусственный дождь: от йодида серебра до лазеров
В июле 2021 года в некоторых районах Объединённых Арабских Эмиратов (ОАЭ) прошли сильные ливни, несмотря на 50-градусную жару. Чуть позже жители страны узнали, что это был результат испытаний новой технологии вызова осадков. Расскажем, как такое возможно, какие существуют методики создания искусственного дождя и насколько это безопасно.
Почему не из каждого облака идёт дождь
Облака состоят из миллиардов крошечных капель воды или кристаллов льда. Эти капельки образуются, когда водяной пар конденсируется на микроскопических частицах в воздухе — пыли, соли или пыльце, которые называют центрами конденсации.
Проблема в том, что эти облачные капли слишком малы и легки. Восходящие потоки воздуха легко удерживают их, не давая упасть на землю. Чтобы пошёл дождь, капли должны столкнуться, слиться и набрать достаточный вес. В облаках с температурой ниже 0°C вода часто остаётся в жидком состоянии — её называют переохлаждённой. Ей не хватает подходящих поверхностей, или ядер льдообразования, чтобы превратиться в кристаллы льда и начать расти. Именно в таких облаках, где много воды, но мало «семян» для запуска осадков, и приходит на помощь человек.
Как «помочь» дождю пойти
Засев облаков — это не создание дождя из ничего. Этот метод помогает вызвать осадки из уже существующего облака. Технология направлена на то, чтобы добавить в облако недостающие ему центры кристаллизации, или «ледяные ядра».
Когда эти искусственные частицы попадают в облако с переохлаждённой водой, они становятся «посадочными площадками» для молекул воды. На них вода замерзает, образуя ледяные кристаллы. Эти кристаллы быстро растут, притягивая к себе всё больше переохлаждённых капель. Когда они становятся достаточно тяжёлыми, то выпадают из облака в виде снега. Если на пути к земле достаточно тепло, снежинки тают и превращаются в дождь.
Основные реагенты
Для «засева» облаков чаще всего используют два вещества:
- Йодид серебра (AgI). Это самый распространённый реагент в мире. Его главное преимущество — гексагональная форма кристаллической решётки, которая почти полностью повторяет структуру природного льда. Это сходство позволяет «обмануть» переохлаждённую воду и запустить процесс замерзания при более высоких температурах (начиная с -5 °C), чем это происходит в природе.
- Сухой лёд (твёрдый CO₂). Это замороженный углекислый газ. Здесь механизм действия иной. Его температура составляет -78 °C. Попадая в облако, это вещество мгновенно и сильно охлаждает окружающие капли воды, заставляя их замерзать. Это вызывает цепную реакцию образования множества ледяных кристаллов.
Гранулы сухого льда
Как это делают на практике
Доставить реагенты в облако можно двумя основными способами:
- С воздуха. Чаще всего для этого используют самолёты. Они могут сбрасывать гранулы сухого льда прямо в верхушки облаков или сжигать специальные пиротехнические патроны (факелы) с йодидом серебра, пролетая под облаком. Восходящие потоки подхватывают частицы и доставляют их внутрь облачной системы. В последнее время для этих целей начинают применять и беспилотники.
- С земли. Этот способ эффективен в горной местности. Специальные наземные генераторы сжигают состав с йодидом серебра, а естественные воздушные потоки, поднимаясь по склонам гор, уносят реагент вверх, прямо в облака. Также для доставки реагентов могут использоваться ракеты.
Работает ли это на самом деле
Главная сложность состоит в оценке эффективности засева — трудно определить, пошёл бы дождь из конкретного облака сам по себе или нет. Поэтому для оценки учёные используют сложные статистические методы, сравнивая осадки на «засеянных» и «контрольных» территориях с похожим климатом.
Несмотря на эти трудности, большинство исследований показывают скромный, но положительный результат. В идеальных условиях количество осадков удаётся увеличить на 10–15%. Например, в штате Вайоминг (США) и в Австралии сообщали об увеличении снежного покрова на 5–15% и 14% соответственно. Более ранние отчёты были скептичны, но благодаря развитию радиолокационных и сенсорных технологий последние исследования дают более убедительные доказательства. Например, исследование учёных в Айдахо в 2020 году наглядно продемонстрировало, что засев способен генерировать снегопад.
Где это применяют
Технологию применяют для решения сразу нескольких задач.
- Для борьбы с засухой в жарких и сухих регионах, таких как ОАЭ, Китай и западные штаты США. В этих местах засев также помогает наращивать запасы пресной воды.
- Засев кристаллизационных ядер помогает рассеивать туман над аэропортами, что улучшает видимость и повышает безопасность взлётов и посадок.
- Технология задействуется и для предотвращения града: при введении большого количества ядер кристаллизации в облаке формируется множество мелких градин, которые, конкурируя за воду, не успевают вырасти до опасных размеров и тем самым наносят значительно меньше ущерба сельскому хозяйству и людям.
Есть ли вред от искусственных осадков
Вопрос воздействия на экологию, особенно при использовании йодида серебра, тщательно изучался. Научное сообщество сходится во мнении, что при текущих уровнях применения риск для окружающей среды и здоровья человека минимален.
Концентрация серебра, попадающего на землю с осадками, сравнима с естественным фоновым уровнем и составляет лишь около одного процента от промышленных выбросов. Важно и то, что йодид серебра нерастворим в воде и химически инертен. Это означает, что серебро из него не переходит в токсичную для организмов форму. Многолетние наблюдения в районах, где засев проводится десятилетиями, не выявили признаков накопления серебра в экосистемах.
Другие способы управления погодой
Наука не стоит на месте, и сейчас разрабатываются новые методы воздействия на облака, не связанные с применением химических реагентов. Вот некоторые из них:
- Лазеры. Идея состоит в том, чтобы направлять в атмосферу мощные лазерные импульсы. Они ионизируют молекулы воздуха, создавая частицы, которые притягивают воду и служат ядрами конденсации. Этот метод пока находится на стадии исследований.
- Электрические разряды. Этот метод уже тестируется в ОАЭ. Беспилотники, оснащённые специальными излучателями, создают в облаках электрический заряд. Это заставляет капли воды активнее сливаться друг с другом, укрупняться и выпадать в виде дождя. Сообщалось, что этот метод привёл к сильному ливню в ОАЭ в июле 2021 года.
Луч лазера, проходящий через облако водяных капель
В итоге
Засев облаков — это научно обоснованная технология, которая не творит чудес, но является ценным инструментом в арсенале человечества. Она не решает проблему нехватки воды глобально, но помогает увеличить количество осадков в конкретных регионах и в конкретное время.
Технология играет важную роль в управлении водными ресурсами, особенно на фоне изменения климата. Её эффективность зависит от множества условий, но в целом доказано, что современные методы могут помогать в создании осадков. А развитие бесхимических методов, таких как лазеры и электрические разряды, делает будущее модификации погоды ещё более точным и экологически безопасным.