Что такое искусственный дождь 2020
Дожди по заказу: как работает пиропатрон для вызова осадков
Ростех в этом году поставит около 2,6 тыс. специальных патронов для вызова дождя. Этим летом осадки, вызванные искусственным способом, уже оказали серьезную помощь при тушении крупных лесных пожаров в Иркутской области и Красноярском крае.
О том, как научились вызывать дожди по заказу, зачем «стреляют» в облака и сколько килотонн воды в одной тучке – в нашем материале.
Первые «делатели» дождя
Исследования в области так называемого активного воздействия на климатическую среду велись еще с 1930-х годов. В середине прошлого столетия эта тема стала центральной не только в научных кругах. В одном из самых популярных романов того времени – «Колыбель для кошки» Курта Воннегута – главный герой Феликс Хонникер создает таинственное и опасное вещество под названием «лёд-9». Один кристаллик привел к гибели всей Земли – вода, даже в атмосфере, начала кристаллизоваться и затвердевать уже при положительной температуре.
У доктора Хонникера есть реальный прототип – старший брат писателя Бернард Воннегут, известный химик и метеоролог. В ноябре 1946 года он открыл эффект действия йодида серебра в кристаллизации воды, который был использован для вызова искусственного дождя или снега.
Бернард Воннегут изготавливает йодисто-серебряную взвесь, 1949 г.
Бернард Воннегут был не единственным ученым-первооткрывателем в данной области. Одновременно с ним, в ноябре 1946 года, другой американский исследователь – физик Винсент Шефер – экспериментировал с облаками. Аналогичного эффекта он добился с помощью сухого льда, а не йодистого серебра. Шеферу первому удалось вынести эксперимент за рамки лаборатории: шесть фунтов сухого льда распылили с самолета над облаком, и на глазах изумленной публики пошел снег.
Спустя пару месяцев, в январе 1947 года, Бернард Воннегут выпустил йодид серебра из генератора на вершине горы Вашингтон и вызвал снежный шквал… и небывалый ажиотаж. Вскоре в США появилась даже профессия «рейнмейкеры» – «делатели дождя». Каждая из таких компаний в своем районе создавала сеть генераторов аэрозоля йодистого серебра, которые дымили на облака. Некоторые штаты даже пытались юридически регулировать эту деятельность, издав закон «о воровстве облаков». Так многолетние теоретические исследования в области воздействия человека на атмосферные процессы получили первое практическое воплощение.
Большие планы на дождь
Кстати, на протяжении многих лет СССР в этой сфере шел впереди планеты всей, руководствуясь по большей части хозяйственными целями. С помощью искусственных дождей предполагалось не только тушить пожары, метод нашел применение и для орошения полей в засушливое время года, и покрытия их снегом в малоснежную зиму.
В нашей стране были проведены широкие экспериментальные исследования для получения дождей из зимних облаков и из летних облаков, не достигающих стадии дождя. Для этого в 1958 году был организован специальный метеорологический полигон с контрольной площадкой размером 50 на 75 км и сетью дождемеров и снегомеров.
Рассеивание реагентов с земли и воздуха
В 1960-х годах начались первые практические работы по воздействию на погоду. Наиболее активно развивались технологии искусственного уменьшения осадков. Например, в дни парадов и демонстраций организовывались работы по улучшению погоды. Для этого нужно было сделать так, чтобы «предназначенные» столице облака пролились дождем еще на подступах к Москве.
В те годы строились большие планы на искусственные дожди. В частности, рассматривался проект восстановления Аральского моря за счет увеличения уровня осадков в горах, откуда берут начало реки Сырдарья и Амударья. Но с распадом СССР научно-исследовательские работы по данному направлению сократились.
Правда, как выяснилось, отечественные технологии в этой сфере вызвали интерес за рубежом. К примеру, работы по увеличению осадков проводились в Иране. Наши эксперты также передавали опыт китайским коллегам накануне пекинской Олимпиады-2008.
Сегодня именно в Китае действует самый масштабный в мире проект по созданию искусственных дождей. Китайская аэрокосмическая научно-техническая корпорация установила в предгорье Тибета на высоте пяти километров над уровнем моря систему устройств, которые выпускают в воздух частички йодида серебра. Предполагается, что ежегодно ожидаемые 10 млрд тонн осадков поднимут уровень воды в реках, в результате чего удастся оросить 1,6 млн квадратных километров посевных полей. Впрочем, как отмечают эксперты, при всей масштабности проекта, используемая технология совсем не нова и известна еще со времен Воннегута.
Как облака превращаются в килотонны воды
Что же происходит с облаком под воздействием йодистого серебра и как оно внезапно может разразиться ливнем?
Для понимания этого процесса, прежде всего, следует вспомнить такое понятие, как фазовая неустойчивость облачной воды – присутствие в облаках, находящихся выше нулевой изотермы (высота, где атмосфера «переходит» через температуру в 0 °С), мелких капелек влаги. Они продолжают оставаться в жидком состоянии, несмотря на отрицательную температуру (до –40 °С) окружающего воздуха.
При этом, как известно, все осадки в облачных высотах зарождаются в виде твердых частиц льда или снега. Поэтому, чтобы вызвать дождь, требуется заставить эту воду кристаллизоваться, что можно сделать искусственно, так сказать, «обмануть» облако. Добиться этого можно двумя способами: либо резко охладить облако, принудив капельки влаги к самопроизвольной кристаллизации (для этого применяются хладагенты), либо внести в него специальные реагенты, формирующие кристаллы (например, йодистое серебро).
Самыми популярными хладагентами уже многие десятилетия остаются сухой лед, с которым экспериментировал еще вышеупомянутый Винсент Шеффер, и жидкий азот. Но при всех своих плюсах хладагенты имеют ряд недостатков, поэтому йодистое серебро получило большую популярность. Кристаллы этого вещества практически изоморфны кристаллам льда и прекрасно выполняют функцию кристаллизации для воды и пара. Как раз это и показал впервые на практике Бернард Воннегут.
Если в облаке распылить мельчайшие частицы йодистого серебра, на них сразу же начнут формироваться снежинки. Один грамм йодистого серебра дает начало для 10 13 льдинок. Нескольких граммов этого вещества достаточно, чтобы из среднего размера облака вылилось 10 тыс. тонн воды. Чтобы доставить на пожар такое количество воды, потребовалось бы более 830 противопожарных самолетов Бе-200.
Кстати, такие реагенты, формирующие кристаллы из переохлажденной жидкости, могут как вызывать осадки, так и задерживать их. Если переборщить с ними, то из-за слишком активной кристаллизации осадкообразование будет замедлено. Так что с помощью йодистого серебра можно не только заставить облако пролиться дождем, но и, напротив, отложить дождь на потом.
«Если льет как из ведра, значит в облаке – дыра»
Для каждого из типов реагентов существует своя технология диспергирования, или, проще говоря, «засева». За рубежом чаще применялись схемы воздействия на облака с помощью наземных генераторов, у нас в стране была разработана и успешно применена методика непосредственного «засева» облаков – с помощью самолетов. Она имеет большие преимущества, в первую очередь, возможность целенаправленного воздействия со строго определенным дозированием реагентов. В одном облаке может содержаться несколько десятков килотонн воды, поэтому очень важно, чтобы выпадение осадков происходило именно в том месте, где это необходимо. Сегодня отечественные специалисты научились управлять этим процессом.
Для «засева» облачности сухим льдом над облаками рассеивают гранулы сухого льда размерами до 2 см. Для кристаллизации облачной воды жидким азотом применяются жидкоазотные самолетные генераторы. За бортом самолета устанавливается специальный распылитель, который выводит жидкий азот в атмосферу, создавая шлейф охлажденного до –90 °С воздуха. Облачная влага, попадая в него, в тот же миг кристаллизуется.
Для вызова дождей с помощью йодистого серебра используются специальные пиропатроны. В России для искусственного вызывания осадков используется самолет Ан-26 «Циклон». По сути, это обычный транспортный самолет, но по бокам фюзеляжа установлены устройства для отстрела пиропатронов с йодистым серебром. «Выстрелы» производятся на высоте около пяти километров над землей. Пиропатрон массой 75-80 граммов сгорает примерно за 40 секунд, выделяя продукты горения йодистого серебра. В течение 30 минут начинается формирование дождевого фронта.
Самолет Ан-26 «Циклон». Фото: Дмитрий Терехов
Такие пиропатроны в России выпускаются в «НИИ прикладной химии», входящем в состав Госкорпорации Ростех. В прошлом году Ростех поставил «Авиалесоохране» порядка 2 тыс. пиропатронов ПВ-26М. В текущем году планируемый объем поставок – 2,6 тыс. штук. Этим летом осадки, вызванные искусственным способом, уже оказали серьезную помощь в ликвидации крупных лесных пожаров в Забайкальском и Красноярском краях.
Как ученые вызывают дождь искусственным путем
Интервью с главным научным сотрудником Института экспериментальной метеорологии «НПО «Тайфун»» Александром Дрофой.
— Вы исследуете физику облаков, в том числе изучаете воздействие на них, чтобы получать осадки. Какое применение у вашей работы?
— Получение осадков из облаков актуально не только у нас, но и во всем мире. Вызванные искусственным путем осадки могут помочь бороться с засухами, пополнять водохранилища, тушить лесные пожары. Сюда же относятся работы по разгону облаков. В Москве этим занимается одно из подразделений Росгидромета. Они используют наши наработки и предотвращают дождь над Красной площадью, «выливают» воду из облаков на окраине Москвы.
А мы занимаемся разработкой методов, приборов, средств воздействия и самих реагентов. Например, мы разработали специальный гигроскопический реагент для получения дополнительных осадков из облаков.
— А из чего вообще делают такие реагенты и чем ваша разработка от них отличается?
— Раньше и за рубежом, и у нас применялись пиротехнические составы, которые дают дым из гигроскопических частиц. Эффект воздействия на облако есть, но небольшой. Мы разработали более совершенный реагент. Он не требует поджига, это не пиросостав, а специальный солевой порошок.
В любой пиросостав добавляют гигроскопические вещества — хлорид калия, хлорид натрия, или обычную поваренную соль. Соль очень быстро накапливает на себя влагу. На пиротехническом составе вырастают мелкие капли, а на нашем более крупные — в этом и есть выгодное отличие нашей разработки.
Частички гигроскопического вещества вносятся в основание облака. Если облако начинается на высоте 1 км и распространяется до 5-6 км, то нужно эти солевые частички вводить в основание облака. Как образуется облако?
— А как реагент вводят в облако?
— Пиросоставы обычно вносят самолетным методом: на крыле подвешивают специальные шашки или батареи. Самолет летит под облаком, включается поджиг, шашки горят, и дым поднимается в облако. Для введения солевого порошка в облако мы разработали два способа и оба уже опробовали — это введение с помощью ракет и с самолета. Для самолета есть специальная установка с распылением. А ракетный метод такой. Есть противоградовая служба России, они используют ракеты для воздействия на градовые облака. Нам пришлось сделать другие ракеты, но установки для их запуска мы использовали их. В ракету помещается около 2 кг порошка, она выстреливает, подлетает под облако, ее разрывает взрывом, и вещество всасывается в облако.
— Какие вещества могут быть ядрами кристаллизации?
— Есть такое вещество — йодистое серебро, его кристаллическая структура подобна структуре льда. Оно может служить ядрами кристаллизации. Его вносят в облако для предотвращения выпадения града. На этом и основана противоградовая служба России. Она существует уже 50 лет. Ущерб от града особенно в южных, сельскохозяйственных регионах — в Ставропольском и Краснодарском краях, на Северном Кавказе, может быть колоссальный. Там ведь виноградники, посевы.
— Разработанный вами реагент можно уже использовать для орошения полей или борьбы с лесными пожарами?
—В практику этот способ еще не вошел. Были только отдельные эксперименты. И дождь мы можем получать только в том случае, если есть подходящие облака.
Через четыре года Китай сможет вызывать искусственные дожди почти по всей стране, и помогут в этом дроны
Пару недель назад телевидение ОАЭ показало сильнейший дождь в неимоверную жару, который был вызван с помощью дронов в облаках. Однако дальше всех в вызове искусственного дождя продвинулись китайцы, которые уже к 2025 году собираются вызывать искусственный дождь на 60 % своей территории. А к 2035 году в этом искусстве у них не будет равных, но соседние страны опасаются, что такая практика может закончиться очень и очень плохо. Шутить с погодой — это опасно.
Источник изображения: Reuters
В конце 2020 года Пекин утвердил национальную программу по модификации погоды. Ключевым пунктом программы считается искусственный вызов дождя. Периоды засухи и опасности наводнений могут корректироваться с помощью ряда технологий, которые вызывают обильные осадки тогда и там где нужно, а не случайным образом. Например, самой распространённой и испытанной технологией остаётся засев химическими реагентами облаков, что ведёт к увеличению размера капель и последующему выпадению осадков.
Использование для подобных работ дронов в Китае считается самым перспективным инструментом для коррекции погоды. Для этого в январе этого года был испытан дрон Ganlin-1. Нечто подобное собираются развернуть в Объединённых Арабских Эмиратах. Однако в ОАЭ пытаются реализовать другой и более экономичный, а также экологически чистый подход — провокация дождя ведётся с помощью электрических разрядов.
Подвешенные на крыльях самолётов или дронов разрядники создают в облаках области с заряжёнными частицами влаги, которые за счёт статического электричества также укрупняются и выпадают дождём. Утверждается, что выпавшие недавно в ОАЭ обильные осадки вызваны электрическими установками, а не реагентами. Вероятно, Китай также может прийти к такому решению, если это будет экономичнее, чем распыление химических веществ.
Китайский погодный дрон. Источник изображения: Nikkei
Инициативу Китая уже через четыре года искусственно вызывать дожди на территории площадью 5,5 млн км 2 вызвала обеспокоенность у соседних с ним стран, например, эта тема активно обсуждалась в СМИ Индии. В то же время подобные масштабные вмешательства в природные явления — это влияние на глобальную погоду, так что мало может не показаться даже странам на противоположной от Китая стороне Земли. Очевидно, этот вопрос требует пристального изучения и открытости, а современные технологии прогнозирования погоды и даже ИИ должны в этом помочь.
Отметим, сфера изменения погоды существует уже несколько десятилетий. В США, например, этим плотно занялись после Второй мировой войны. По данным Всемирной метеорологической организации, в 2017 году к осуществлению программ контроля погоды приступили более 50 стран, а такие инновации, как дроны, в последние годы лишь ускорили темпы развития этого направления.
Вызвать дождь без магии. Искусственные осадки и риск для окружающей среды
Искусственный вызов дождя стал применяться вскоре после Второй мировой войны: в первом эксперименте в облаках рассеивался сухой лед. Впрочем, йодид серебра оказался гораздо более эффективным, и именно его распыляли над сельскохозяйственными угодьями на протяжении многих десятилетий. Химик Илья Чикунов — о недавно открытом воздействии йодида серебра на почвенные организмы и вызове дождя при помощи ионизации атмосферы.
Геоинженерия — преднамеренное крупномасштабное манипулирование экологическими процессами на Земле или в конкретном регионе с целью противодействия последствиям изменения климата. Некоторые методы геоинжиниринга вызывают серьезные споры. Одним из таких методов можно считать активное воздействие на гидрометеорологические процессы, такие как засев облаков. Чаще всего в основе лежит внесение множества затравок — центров кристаллизации, на которых запускается переход пара в лед и его выпадение в виде осадков. Засев облаков позволяет изменять количество или тип осадков, подавлять град или ослаблять туман и ураганы.
Читайте также
Достижения в области разработки и применения инструментов и реагентов для засева облаков привели к формированию во многих странах интегрированных систем воздушных и наземных операций. США, Канада, Австралия, Израиль, ЮАР и Таиланд для изменения погоды в основном используют летательные аппараты и наземные генераторы. Россия, Китай и Болгария проводят корректировку погоды с помощью мощных самолетов, наземных генераторов, а также ракет или артиллерийских орудий.
Такие манипуляции с погодой не всегда проходят гладко. Например, в феврале 2009 года провинциальное метеорологическое бюро в северо-восточном Китае запустило 313 снарядов с йодистым серебром, каждый из которых был размером с сигарету, в облака над Пекином.
Эта акция, задуманная, чтобы облегчить самую продолжительную засуху за 40 лет, привела к обильному снегопаду и закрытию 12 автомагистралей в окрестностях Пекина.
В Хэбэе, пострадавшей от засухи северной провинции, которая окружает столицу, были закрыты все выездные магистрали.
В июле 2021 года сильные искусственные дожди прошли в нескольких регионах Объединенных Арабских Эмиратов в разгар жары, когда температура достигала 48 °С. Национальный центр метеорологии регулярно проводит операции по засеву облаков для увеличения количества осадков. Мишенью являются конвективные облака. Такой тип облаков может вызывать осадки и ветры скоростью до 40 км/ч, которые несут пыль и песок. Конвективные облака образуются из-за высоких температур: они заставляют теплый и влажный воздух подниматься из более холодного окружающего воздуха в атмосферу. Июльские искусственные дожди в ОАЭ были спровоцированы во время испытаний беспилотных летательных аппаратов, способных вызывать осадки воздействием электрического тока на облака без использования химических веществ.
Эксперимент в ОАЭ не оставил равнодушной желтую прессу, которая раздула сообщение до масштаба «потопа в пустыне», вспомнив о «климатическом оружии» и «богатеньких шейхах, стремящихся притянуть к себе воду».
Вызов дождя без химии
В Объединенных Арабских Эмиратах еще в марте 2021 года собирались провести испытания беспилотников, которые будут летать и испускать электрические разряды, чтобы заставить облака разразиться дождем. В ОАЭ уже давно используется технология засева облаков химическими реагентами для вызывания дождя. Средний уровень осадков в ОАЭ всего 100 мм в год, но стране требуется гораздо больше. В 2017 году правительство выделило 15 млн долларов на девять различных проектов по усилению дождя.
Принцип использования беспилотников основан на изменении баланса электрического заряда на поверхности капель в облаке. В ОАЭ низкий уровень грунтовых вод, но при этом достаточно облаков, где капли воды при контакте со статическим электричеством могут прилипать друг к другу и сливаться до критического размера, чтобы затем выпасть в виде дождя. Для этого дронам достаточно летать на небольшой высоте и передавать электрический заряд молекулам воздуха.
В проекте приняли участие британские исследователи, которым ОАЭ заплатили 1,4 млн долларов. Примененная технология — это новый шаг для страны, которая до этого момента использовала только самолеты, сбрасывающие в облака химикаты, что увеличивало количество осадков на 30%. Отметим, что ОАЭ одни из первых в регионе Персидского залива стали использовать засев облаков с помощью ракет, несущих соль.
В первой половине 2020 года ОАЭ провели более 200 таких операций, успешно вызвав избыточное количество осадков.
Подробности технологии вызова дождя без химических реагентов, примененной в ОАЭ, не раскрываются, но, судя по доступным данным, аналогичные разработки есть и в других странах, например в Китае. Несмотря на то что Китай является шестой страной по величине водных ресурсов, их количество в пересчете на каждого человека составляет лишь четверть от среднемирового показателя. Кроме того, распределение водных ресурсов по регионам в Китае неравномерно. В отличие от Арабских Эмиратов в КНР делают ставку на наземные комплексы. Физической основой метода является то, что заряженные частицы способны вызывать конденсацию капель воды в атмосфере. Впервые предположение, согласно которому ионы, образующиеся в радиоактивных материалах, могут служить ядрами конденсации в среде пересыщенного водяного пара, в 1895 году выдвинул физик и метеоролог Чарльз Вильсон (изобретатель камеры Вильсона для визуального определения траекторий заряженных частиц). Многочисленные эксперименты в камере с пересыщенным паром, имитирующей условия в реальной атмосфере, дали положительные результаты.
Принцип вызова или усиления дождя на основе ионов описывается следующим образом. Как правило, облачная камера заполняется пересыщенным водяным паром или спиртом. Заряженные частицы взаимодействуют с газообразной смесью, выбивая электроны из молекул газа в результате действия электростатических сил. Образовавшиеся ионы действуют как центры конденсации, вокруг которых формируется туманообразный шлейф из мелких капель, если газовая смесь находится в точке конденсации. Рост льдообразующих ядер и ядер конденсации облака влияет на распределение капель и ледяных частиц в объеме, что в конечном итоге влияет на альбедо, осадки, продолжительность жизни облака и облачный покров. Заряженные частицы распространяются в атмосфере, заряжая аэрозоли, находящиеся в воздухе. Затем электростатическое поле этих заряженных частиц оказывает поляризующий эффект на другие нейтральные кластеры молекул воды, в результате чего возникает бесконтактная когезионная сила электрического поля заряженных аэрозольных частиц на поляризованных кластерах молекул воды, что способствует увеличению скорости конденсации воды и образованию осадков. Для практического применения предусматривается две схемы — одноэлектродный или двухэлектродный ионный эмиттер.
В случае стационарных установок решающую роль играет их расположение. Наиболее предпочтительными местами являются горы и возвышенности. Поскольку заряженные частицы движутся с ветром, зона воздействия устройства должна находиться с подветренной стороны от доминирующего ветра. Дроны с источниками электрических разрядов лишены таких ограничений и могут применяться в любом месте, где требуется вызвать осадки.
Испытания по усилению дождя с помощью ионов проводились в разных странах. В 2004 году корпорация ELAT установила 17 наземных каталитических станций на основе заряженных частиц в шести городах на юге Центральной Мексики и смогла увеличить локальное месячное количество осадков на 50%. Интересно, что история примененной технологии Ionogenics началась в середине 1970-х, когда российский ученый-физик Лев Похмельных начал исследовать влияние электричества на атмосферу. В 1980-х годах, работая в Лаборатории метеорологической защиты СССР в Москве, Похмельных продолжил труды по модификации погоды и разработал первую запатентованную технологию ионизации атмосферы, а затем основал московскую компанию ELAT, занимающуюся модификацией погоды. В 2010 году корпорации Meteo Systems удалось вызвать 52 дождя на краю пустыни Абу-Даби. С 2013 года австралийская компания Australia Rainfall Technology провела несколько испытаний в Омане, увеличив годовое количество местных осадков на 18%.
Испытанный в ОАЭ метод является передовым по сравнению с применявшимся ранее засевом химическими реагентами, когда вместе с вызванными осадками на землю попадают значительные количества химикатов, приводящих к загрязнению окружающей среды и вредящих в первую очередь биоте. Далее мы рассмотрим, как и с помощью чего обычно вызывают дождь и какие вероятные последствия это влечет.
История и технологии засева облаков
Технологии изменения погоды отмечают 75-летний юбилей. В 1946 году американский химик Винсент Дж. Шефер использовал моноплан Fair Child для засева сухого льда (твердый углекислый газ) поверх облаков, чтобы из-за переохлаждения образовался снег, и таким образом провел первый научный эксперимент с переохлажденными облаками. В том же году другой американский ученый, Бернард Воннегут, обнаружил, что йодид серебра (AgI) может производить большое количество кристаллов льда в облаке переохлажденной воды. Открытия Шефера и Воннегута дали толчок новой эре научной деятельности по искусственному изменению погоды. Под эгидой федерального правительства США компания General Electric между 1947 и 1952 годами вела разработку первой программы искусственного изменения погоды — Project Cirrus — и инвестировала в покупку и укомплектование военных самолетов, дирижаблей, автоматических разбрасывателей сухого льда, дымогенераторов AgI, а также пиротехники и другого оборудования.
При засеве облаков в основном применяют самолеты, зенитную артиллерию, ракеты и другие средства доставки или же, при благоприятном рельефе местности, пользуются воздушными потоками для введения AgI, сухого льда и других катализаторов в соответствующие места в облаке, чтобы вызвать осадки, предотвратить град, устранить туман, снизить вероятность дождя над определенной местностью и т. д.
Более 80 стран проводят исследования по искусственному изменению погоды, среди которых наиболее продвинутыми являются США, Россия, Китай, Австралия, Франция, Израиль, Таиланд и Индия.
В США и Китае достигнуты значительные успехи. Долгосрочный засев облаков в горах Невады увеличил снежный покров на 10% и более каждый год. Десятилетний эксперимент по засеву облаков в Вайоминге привел к увеличению снежного покрова на 5–10%, согласно данным штата. Эта практика используется по меньшей мере в восьми штатах на западе США и в десятках стран.
Оборудование и химикаты для засева облаков
Самолет обладает высокой маневренностью и способен напрямую засевать заданную часть облака, равномерно распределяя реагент и покрывая широкий диапазон. Такой способ доставки считается наилучшим. С начала 1990-х годов новым направлением стали испытания беспилотных летательных аппаратов для искусственной модификации погоды. Например, БПЛА Drone можно использовать в горных районах, где небезопасно летать на малых высотах. Типичный беспилотник имеет полезную нагрузку 180 кг и время автономной работы до 12 часов. Микродрон для модификации погоды поднимает до 1 кг реагентов и поднимается на высоту 6 км с радиусом перемещения 20 км.
Использование ракет и зенитных орудий для запуска и транспортировки AgI позволяет создавать высокую концентрацию ледяных ядер. Этот способ особенно подходит для искусственного усиления дождя и противоградовых операций, а также для обработки конвективных облаков, в которые трудно вносить реагенты с самолета.
Снаряды, содержащие йодид серебра, производят небольшие, мощные, быстрые последовательные взрывы в зоне формирования града или восходящего потока, что может значительно увеличить количество зародышей льда в облаке, усилить конкуренцию за воду между центрами конденсации и изменить локальную микрофизику облака.
Наиболее успешно ракеты и зенитные орудия применяются в странах бывшего Советского Союза для доставки соляной пыли и AgI в градовые и грозовые облака.
Наземные генераторы не поднимают в атмосферу, их можно эксплуатировать в течение длительного времени, и они подходят для операций по предотвращению дождя, снега и града в горных районах и близлежащих городах. В наземных установках применяют раствор йодида серебра в ацетоне, сжиженный углекислый газ и т. д. или твердый состав — воспламеняющийся стержень с AgI. С техникой для засева облаков и ее характеристиками можно ознакомиться в подробном обзоре.
Катализаторы модификации погоды делятся на три типа: хладагент, искусственный лед и гигроскопичное вещество. Первые два используются для манипуляций с холодными облаками, а последний — для теплых облаков.
Испарение хладагента в облаке вызывает локальное переохлаждение и перенасыщение водой, что способствует спонтанной гомогенизации водяного пара с образованием кристаллов льда и в то же время вызывает спонтанное зародышеобразование и замерзание переохлажденных капель в облаке, что запускает быструю активацию зародышей льда. Хладагенты в основном включают сухой лед, сжиженный углекислый газ, жидкий азот, жидкий пропан. Сейчас нет сомнений, что CO2 является основной причиной глобального потепления, поэтому, учитывая, что сухой лед представляет собой именно твердый углекислый газ, осуществлять засев облаков таким образом не очень разумно, и во многих странах от этого метода уже отказываются.
Затравка из искусственного льда действует благодаря тому, что вносимый AgI имеет шестиугольную кристаллическую форму, которая похожа на кристаллическую решетку льда. Йодид серебра относится к наиболее часто используемым реагентам. Непосредственно в ацетоне AgI нерастворим, поэтому в состав добавляют йодид аммония (NH4I), йодид натрия или калия (NaI, KI) и т. д. Реже применяют смеси AgI-NH4I-вода, AgI-NH4I-NH4ClO4-ацетон-вода; йодат серебра (AgIO3) может использоваться в качестве окислителя в пламени для образования аэрозоля AgI. Заменой солям серебра иногда выступают оксид алюминия, органические соединения, включая ацетальдегид, ацетилацетонат меди, фталевый ангидрид и даже растворы, содержащие бактерии. Органические вещества менее эффективны и не получили распространения.
Гигроскопичные затравки впитывают воду. Обычно используются поваренная соль (NaCl), хлорид кальция (CaCl2), нитрат аммония (NH4NO3) и мочевина (NH2CONH2). Такие катализаторы применяют, смешивая их с порошком талька в соотношении 10:1. Хлорид кальция более эффективен, чем три других соединения.
Потенциальный риск засева облаков для окружающей среды
Удивительно, но на сегодняшний день проведено довольно мало исследований по влиянию засева облаков на окружающую среду.
Известно, что серебро и его соединения не являются мутагенными, тератогенными или канцерогенными.
В ранних работах, как, например, в отчете 1983 года, пришли к выводу, что разработки в области зимнего засева облаков йодидом серебра могут проводиться без значительного или неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Отмечалось, что незначительно влияет выпадающий снег, а не сам реагент, что отражалось на росте деревьев из-за изменения влажности почвы. Последнее для лесных насаждений считается скорее полезным.
Высказывались опасения по поводу развития аргирии у работников и местных жителей, но концентрации реагента признали недостаточными для такого нежелательного действия.
Экотоксикологические эффекты различных соединений серебра в основном связаны с токсичностью свободных ионов. Серебро может находиться в нескольких степенях окисления, но в условиях окружающей среды встречается только Ag 0 (твердое серебро) и Ag + (свободный ион серебра в воде). В воде серебро присутствует в виде свободного иона или в ассоциации с отрицательными ионами. Ионы серебра из растворимых в воде солей серебра являются фунгицидными, альгицидными и бактерицидными агентами даже при относительно низких дозах. Нерастворимый йодид серебра, слабый источник ионов, оказался гораздо менее токсичным или даже нетоксичным для наземных и водных животных.
Повышенные концентрации серебра в биоте встречаются вблизи канализационных стоков, гальванических заводов, шахтных отвалов и территорий, засеваемых йодистым серебром. Максимальные концентрации, зарегистрированные в полевых коллекциях, в миллиграммах серебра на килограмм сухого веса ткани составляли от 1,5 мг/кг у млекопитающих до 320 мг/кг у брюхоногих моллюсков; у людей, страдающих отравлением серебром, содержалось до 1300 мг/кг веса всего тела. При нормальных путях воздействия серебро не создает серьезных экологических проблем для здоровья человека при концентрации до 50 мкг Ag/л питьевой воды или 10 мкг Ag/м 3 воздуха. Однако свободные ионы серебра оказались смертельными для чувствительных водных растений, беспозвоночных и костистых рыб при номинальных концентрациях в воде от 1,2 до 4,9 мкг/л. Данных о влиянии серебра на пернатых или млекопитающих в дикой природе нет, однако известно, что серебро вредит домашней птице при 100 мг/л в питьевой воде или 200 мг/кг в пище. Млекопитающие испытывали негативные последствия при общих концентрациях серебра до 250 мкг/л в воде или 6 мг/кг в еде.
В США йодид серебра считается опасным веществом, приоритетным и токсичным загрязнителем. Австралийское руководство по питьевой воде устанавливает концентрацию 0,43 мкМ AgI в качестве порогового значения в питьевой воде. В России для неорганических соединений серебра величина ПДК составляет 0,5 мг/м 3 (класс опасности А). Деятельность по засеву облаков приводит к выбросу йодида серебра в атмосферу над определенными территориями, и общее количество выброшенного йодида серебра достигает в некоторых случаях 3 тонн в год.
В целом процедура засева облаков долгое время считалась практически безопасной, а менее распространенные катализаторы не рассматривались вообще. Однако необходимо учитывать, что AgI попадает в среду облака с большим перепадом концентраций, и когда вещество вымывается осадками, засев облаков может привести к кумулятивному эффекту на определенной территории, многократно засеваемой из года в год. Фактически после мероприятий по модификации погоды большое количество реагентов попадает в почву, что потенциально ведет к неблагоприятным последствиям как в водных, так и в наземных системах. Таким образом, потенциальные риски многократного применения облачного засева на конкретной территории, где ожидается накопление большого количества посевных материалов в окружающей среде (особенно в почве), вызывают опасения у экологов.
Исследователи установили, что при концентрации AgI выше 2,5 мкМ значения БПК5 снижались на 20–36% по сравнению с контролем. В тесте Microtox ® высшие концентрации AgI (5 и 12,5 мкМ) подавляли биолюминесценцию. Серебро снижало жизнеспособность штаммов B. cereus и P. stutzeri на 24–50%, а также плотность живых клеток. На C. elegans ни одна из изученных концентраций AgI практически не влияла. После 72 часов воздействия реагента популяции D. chlorelloides и M. aeruginosa уменьшились на 27–56%. Ингибирование общей скорости фотосинтеза достигало 78%.
Исходя из полученных данных, авторы рассчитали процент экотоксикологического риска, который составляет 31,13, что соответствует высокому уровню опасности.
Основной риск, связанный с повторной обработкой AgI, как отмечено выше, заключается в его накоплении в почве и осадочных отложениях. Воздействие AgI на почвенную биоту может влиять на равновесие экосистемы, ее общее благополучие и функционирование.
В целом отложения AgI в почве не представляют риска для выживания наземных организмов, однако повышенные концентрации йодистого серебра умеренно токсичны для почвенных и водных микроорганизмов.
Заключение
Нехватка воды вызывает недостаток сельскохозяйственной продукции, что приводит к снижению доходов фермеров, неудовлетворенности или голоду среди потребителей. Такая ситуация провоцирует эмиграцию из засушливых регионов либо вспышки насилия. Поэтому в полузасушливых и засушливых странах необходимо более эффективное водоснабжение. Для орошения сельскохозяйственных растений применяют инновационные методы доставки воды даже из нетрадиционных источников, включая атмосферную влагу.
За последние десятилетия, по мере того как технологии модификации погоды, такие как засев облаков, развивались и расширяли сферу своего применения, возросло их влияние на окружающую среду и на изменение климата. Суммарная оценка результатов исследований позволила классифицировать экотоксикологический риск от йодида серебра как высокий при концентрациях, имитирующих те, которые можно ожидать после кумулятивного накопления реагента при осаждении его с водой на природных территориях. Засев облаков экологически небезопасен, его следует применять с осторожностью и желательно избегать регулярного применения на одной и той же местности. Очевидно, что риски, связанные с этим методом, недооценены и требуют дополнительных исследований.
Примененный в ОАЭ метод вызывания дождя с помощью электрических разрядов не предусматривает использования химических реагентов и является экологически более дружелюбным. С другой стороны, долгосрочные последствия такого воздействия еще не известны, поэтому следует относиться к нему с осторожностью. И очевидно, что стимулирование осадков на одной территории снижает их количество на другой — закон сохранения массы работает на всех уровнях. Это может привести к межгосударственным конфликтам в засушливых регионах с множеством стран на небольшой площади, как, например, в Персидском заливе. Можно ожидать, что в ближайшее время технологии управления погодой станут предметом международного правового регулирования.