1
Человек и погода: нужно ли нам управлять атмосферными осадками? Государственное бюджетное образовательное учреждение г.Москвы средняя общеобразовательная школа 911 Москва, 2013 г. Автор: Андреева Татьяна Николаевна, учитель географии и экологии
2
Погода имеет очень важное значение в человеческой жизни. Она радует нас ясными солнечными днями, а иногда и приносит много неприятностей. С развитием цивилизации зависимость человека от погоды не уменьшается, а наоборот увеличивается: человек, стал не только материально очень зависим от неё, но и более чувствителен физически к её изменениям. С развитием цивилизации зависимость человека от погоды не уменьшается, а наоборот увеличивается: человек, стал не только материально очень зависим от неё, но и более чувствителен физически к её изменениям. Одним из видов влияния на погоду является управление процессами образования облаков и выпадения осадков. Действительно ли это безопасно для природы?
3
Цели нашего проекта: Анализ влияния погоды на человека Анализ особенностей климата Московской агломерации. Рассмотрение способов разгона облаков и их применения. Прогнозирование возможных последствий при разгоне облаков. Дополнительно: Проведение ознакомительного внеклассного мероприятия «Атмосферные осадки. Нужно ли нам управлять погодой?» среди учеников 5 класса, объяснение проблемы разгона облаков, анализ мнений учеников относительно необходимости управления дождем, снегом Этапы работы: Вопросы, направляющие проект: Главный вопрос: нам разгонять облака? Нужно ли нам разгонять облака? Проблемные вопросы: Как погода влияет на человека? Как погода влияет на человека? Каковы особенности климата Каковы особенности климата Московской агломерации? Каковы способы разгона облаков? Как влияет на природу разгон облаков? Проанализировать погодные условия в г. Москва и Подмосковье Спрогнозировать изменения экологии при изменении количества осадков на этих территориях Провести ознакомительное внеклассное мероприятие среди учеников средней школы
4
Атмосферные осадки – капли и кристаллы, выпадающие из облаков на земную поверхность. Атмосферные осадки Жидкие Дождь Морось Твёрдые Снег крупа (ледяная и снежная) град. Смешанные Снег с дождём Интенсивность Характер выпадения осадков Высота снежного покрова Плотность Запас воды в снеге Характеристика осадков:
5
Человек издавна мечтал об управлении погодой. Человечество многие века накапливало знания об атмосфере. И сейчас, опираясь на эту информацию, влияние человека на погоду возможно. Одним из видов данного антропогенного воздействия является «разгон облаков», т.е. регулирование количества и выбор места выпадения осадков. К настоящему моменту изобретены несколько способов данного процесса: «Люстра Чижевского», сбрасывание цемента на облака. Также существует другая технология, применяемая в дни торжеств как в СССР, так и в наше время.
6
Академик Сергей Вавилов в свое время сформулировал три
самые трудные, но и самые актуальные научные проблемы будущего.
Первая – разработка способов лечения рака, вторая – создание
управляемой термоядерной реакции. Третьей проблемой он назвал
проблему точного прогнозирования погоды. При всей кажущейся
несерьезности третьей проблемы и ее решить до сих пор не удалось.
Однако человечество решило схитрить: если не удается предсказать
погоду, то может быть удастся ее изменить? Несколько фактов об
управлении погодой.
1. Исправить погоду, прежде всего, засуху или, наоборот,
избыточные осадки, пытались издревле. Больше всех старались
разнообразные шаманы, жрецы и прочие работники
мистическо-религиозной отрасли. И убедить народные массы в
собственных заслугах у них порой получалось. Способность
управлять погодой приписывали даже целым народам. Например,
викинги не брали на свои драккары финнов, так как были уверены в
их способности навлекать на судно всяческие климатические
напасти. Отголосок этих суеверий слышен и в наши дни: компании
многих стран с неохотой включают в составы экипажей финских
моряков.
2. С давних пор известно, что с помощью церковных колоколов
можно бороться с градом. Позвонят-позвонят в колокола, и градины
получаются куда мельче. Позже научно объяснили, что при громких
звуках становится больше центров концентрации, и от этого
уменьшаются размеры градин. Громкого звука добивались и стрельбой
из пушек. По облакам.
3. Научный подход к исправлению ошибок погоды начали
осуществлять в ХХ веке. В 1946 году провели сразу два успешных
эксперимента по вызову искусственного дождя.
Винсент Шефер пытался добиться концентрации водяного пара разными
способами. Результат принес размолотый сухой лед, то есть
замороженный углекислый газ. Распыленный над облаком порошок
сухого льда заставил это облако высыпать осадки. По случаю мороза
это был снег.
4. Водяной пар, содержащийся в облаках и тучах, можно
заставить сконденсироваться не только охлаждением. Достаточно
ввести в зону, насыщенную паром, центры кристаллизации, как эта
самая кристаллизация и произойдет. И не обязательно возникнут
кристалы, вполне могут получиться капли. Главное – найти
подходящий центр кристаллизации. Бернард Воннегут в качестве
центров кристаллизации воды применил йодистое серебро. И тоже
успешно.
5.Бернард Воннегут – родной старший брат Курта Воннегута, который
в повести «Колыбель для кошки» явил миру доктора Феликса
Хонникера, придумавшего «лед-9» – вещество, которое превращает
воду в лед. В творении младшего брата явно есть аналогии с
трудами старшего Воннегута.
6.В СССР начали учиться разгонять облака в 60-е годы. И добились
весьма ощутимых успехов. Результаты могли наблюдать все
телезрители и участники праздничных торжеств, будь это парады и
демонстрации в столице или московская олимпиада. Облака,
угрожающие испортить праздник, просто заставляли пролиться дождем
до того, как они достигнут Московской кольцевой автодороги.
Дороговато выходило, но чего не сделаешь ради праздничного
настроения населения! Советским опытом с удовольствием
воспользовались организаторы Пекинских Олимпийских игр,
обезопасив от осадков участников и зрителей спортивного
форума.
7.Туман над взлетно-посадочной полосой или горной дорогой
разгоняют теми же способами, что и тучи. Разница лишь в том, что
можно использовать наземные установки.
8.Технологии остановки осадков над какой-либо территорией
сослужили хорошую службу после аварии на Чернобыльской АЭС.
Радиоактивную пыль связали специальными составами, чтобы ее не
разносил ветер. А вот для того, чтобы пыль не смывалась в Днепр,
в небе поставили противодождевой заслон.
9.И град человек тоже научился побеждать. В губительные для
сельского хозяйства градовые облака тоже вводят йодистое серебро.
Центров кристаллизации и, соответственно, образования градин
становится много, градины получаются мелкими и в большинстве
своем успевают растаять пока летят до земли. Для
предотвращения града облака обстреливают специальными снарядами и
даже ракетами. Или, как в случае с дождем, распыляют реагент с
самолета.
10.Если выжимать влагу из сотворенных природой объектов
человечество худо-бедно научилось, то с образованием дождевых
облаков дела обстоят не так хорошо. Пробовали использовать
древний африканский метод: для того, чтобы вызвать дождь,
устраивали пожар в джунглях. Метод творчески переработали:
экспериментаторы установили на земле черные панели, их нагревал
прямой солнечный свет и, вдобавок, еще свет, отраженный от
множества зеркал. Как и при пожаре, в этом случае возникают
восходящие потоки, которые гонят припочвенные водяные пары вверх,
где они и собираются в облака. Что дальше делать с облаками, люди
уже знают. Однако этот способ не дает устойчивых и пригодных к
использованию на практике результатов.
11.По принципу «пожара в джунглях» работали и «Метеотрон»
французского ученого Анри Дессена, и «Суперметеотрон» разработки
советских ученых: поток теплого воздуха создавался мощной
наземной установкой. В «Суперметеотроне» ее роль исполняли шесть
двигателей от Ту-104. Установку испытывали у озера Севан в
Армении: рассчитывали пополнить запасы воды в озере с помощью
искусственно вызванных осадков. Самые последние попытки научиться
делать дождь при ясном небе проводит группа ученых в пустынях
Арабских Эмиратов. Гигантские ионизаторы направляют в небо потоки
отрицательных ионов. Ионы притягивают частицы пыли, а те в свою
очередь собирают вокруг себя влагу из воздуха, пусть и
пустынного. В конце концов влаги становится много, и она
проливается вниз. Эта технология не всякому государству по
карману, но небедные Эмираты могут ее себе позволить.
12.Град, ливни, засуха – не все неприятности, которые
доставляет человечеству атмосфера. Есть еще многообразные
ураганы, тайфуны, торнадо. В США в рамках проекта «Ярость шторма»
тем же самым йодистым серебром пытались засеивать «глаз тайфуна»
– надеялись таким образом разбить ураган на несколько более
слабых ураганчиков. В 80-е годы проект закрыли как
бесперспективный.
13.Попытки справиться с ураганами все же не прекратили.
Запатентован, например, метод, согласно которому в центр урагана
забрасывается одноразовый беспилотный летательный аппарат,
который распыляет там жидкий азот. Воздух резко охлаждается,
энергия урагана уменьшается.
14.Большие средства на разработку проекта по убийству
ураганов в зародыше тратит знаменитый Билл Гейтс. По мнению
поддерживаемой им группы ученых, в местах образования ураганов
надо размещать флотилию специальных кораблей, которые смешивали
бы теплую воду с поверхности с холодной из глубин. Тем самым они
не дали бы закрутиться воронке урагана.
15.Мир знает и случаи активного воздействия на погоду в
военных целях. И если искусственно вызвать тайфун никому не
удалось, то устраивать тропические ливни у США вполне получилось.
Целых пять лет, с 1967 по 1972 годы в небе над Юго-Восточной
Азией проводилась Операция «Попай», названная по имени бравого
морячка-любителя шпината из серии мультфильмов. В сезон дождей –
и без того не сухое время – американцам удалось в три раза
увеличить количество осадков. Истребители и транспортные самолеты
авиации США рассеивали в дождевых облаках все тот же йодид
серебра. В результате заливало рисовые поля, и урожай погибал. А
еще дожди размыли так называемую «Тропу Хо Ши Мина» – дорогу в
Лаосе, по которой Северный Вьетнам снабжал партизан Южного
Вьетнама.
16.Международная конвенция, принятая 5 октября 1978 года,
запрещает воздействие на погоду в военных целях. А с
мирными целями влиять на погоду можно, и подобные эксперименты
проводятся, как подсчитали журналисты, в 43 странах планеты.
Только в одном Китае в работах такого рода участвует 35 тысяч
человек.
ЧЕЛОВЕК УПРАВЛЯЕТ ПОГОДОЙ
ЖАРКИЙ знойный день, сильно парит. На огромных фруктово-ягодных плантациях кипит работа. Но вот дежурный совхоза-гиганта получает предупреждение Метеорологической службы: к району приближается сильная гроза с ливнем и градом. Дежурный немедленно связывается с ближайшим аэродромом, самолеты которого ведут борьбу с грозовыми тучами.
После полудня горизонт темнеет и в дымке вырисовываются тяжелые облачные громады. В природе все затихло. Вдруг тишину прорезает рокот моторов. Это идут навстречу стихии, звено за звеном, самолеты. В бинокль хорошо виден воздушный авангард, нацелившийся на тучу и выпустивший туманный конус дыма. Туча «засеивается» химическими реактивами. Через 10—15 минут мощные облака теряют конфигурацию, гордо вздымавшиеся вершины тускнеют. Облачная громада преображается на глазах, в ней нет уже прежней силы. Облака становятся рыхлыми и приобретают мирный вид.
Самолеты возвращаются, победив тучу, и она проносится над совхозом, разражаясь теплым обильным дождем. Нет ни бури, ни града, ни опустошительного ливня. Растения жадно впитывают влагу. Урожай спасен!
Мы нарисовали картину отнюдь не далекого будущего. Управлять погодой сначала в небольшом масштабе, влиять на те ее явления, которые легче поддаются воздействию, а потом и на более сложные — реальная возможность. С помощью же атомной энергии можно будет направлять колоссальную энергию атмосферных процессов, проходящих в огромных масштабах.
Проблема получения искусственного дождя принципиально решена, но опыты пока ведутся в малых масштабах — на облаках, занимающих небольшие площади. Дело в том, что каждое облако лишь одно из звеньев в сложном процессе образования осадков. Оно не просто тратит накопленный запас воды, а является своего рода генератором влаги, преобразующим водяной пар в капли воды или кристаллы льда. Через каждое облако непрерывно проходит масса влаги, поэтому для воздействия на большие облачные массы необходимо огромное количество энергии.
Чтобы получить искусственный дождь необходимо добиться воспроизведения процесса, происходящего в природе. Напомним, что при слабом дожде все облако состоит только из мелких водяных капель. При сильном дожде туча несет в своей нижней части обычные водяные капли, в средней части — капли переохлажденной воды и еще выше — ледяные кристаллы. В туче происходит непрерывный процесс .слияния и укрупнения капель и, что важнее, соприкосновение переохлажденных капель с ледяными кристаллами, отчего капли мгновенно замерзают и появляются мелкие градины. Они укрупняются от смерзания и намораживания новых прослоек льда, тяжелеют, падают вниз, где тают и в виде крупного дождя выпадают на землю. В природе это происходит при наличии сильных восходящих потоков воздуха, которые выносят облачные массы в высокие слои атмосферы, где круглый год держатся сильные морозы.
Но можно охладить облако и создать массу ледяных ядер и искусственно. Для этого облака, несущиеся бесконечной вереницей над земной поверхностью и не дающие ни капли дождя, «засеиваются» с самолетов сухим льдом, имеющим очень низкую температуру. Сухой лед дробится особым способом на мельчайшие кристаллики. Тогда в одном килограмме сухого льда может находиться до 10 триллионов частичек твердой углекислоты. Облако засеивается сверху, частички вызывают обледенение его вершины, что и приводит к выпадению дождя. Если опыт производится зимой, то выпадает снег. Чем больше посеять охлаждающих веществ, тем интенсивнее дождь.
В качестве примера засеивания облаков твердой углекислотой приведем описание опыта, проведенного в Адлере в августе 1957 года.
На зеленом аэродроме стоял самолет ИЛ-12, превращенный в своеобразную летающую лабораторию. В небе клубились облака. Пора было вылетать. Командир корабля оторвал машину от бетонной дорожки и начал набирать высоту. Перед каждым участником опыта столик с приборной доской и необходимым оборудованием вплоть до микроскопа. К бортам прижались большие резервуары с манометрами, обвитые змеями-трубами. Сигнализация ведется через ларингофоны.
На высоте пяти километров самолет достиг облачных вершин. Температура минус 8 градусов. В открытые окна, из которых фотографируются облака, врываются клубы морозного пара. В наушниках звучит команда руководителя экспедиции: «Приготовиться всем!» В поле зрения мощная гряда кучевых облаков. Нижняя граница гряды окутала горы и сползла к морю до высоты 150 м. Венчали же гряды четыре высокие белоснежные шапки. Было решено уничтожить три вершины, а четвертую оставить для контроля.
Самолет устремился к облакам. Мгновение — и машина окунулась в густой молочный туман. На стекле колпака выступили капельки, превратившиеся затем в ледяные кристаллы. Прозвучала команда: «Начали воздействие!» Это продолжалось не больше минуты. Самолет трясло, как в лихорадке. Трижды входил он в верхушки и наконец вышел на голубой простор. Но что это происходит с облаком? Вот оно начало менять цвет. Из белого -оно превратилось в грязно-серое, потом темная полоса дождя протянулась до самой земли. Пышные шапки на глазах расслаивались на отдельные рваные клочья, которые тут же таяли. Десять минут потребовалось, чтобы огромное облако перестало существовать. Только четвертая, контрольная, шапка ослепительно сверкала на солнце.
Такие опыты неоднократно повторялись, и всякий раз облака растворялись. Опыты показали, что воздействию хорошо поддаются переохлажденные, то есть кучевые, облака и облака холодного времени года. На теплые облака воздействовать гораздо труднее. Нередко при засеве теплые облака просто таяли, не давая ни капли дождя. В других случаях, несмотря на интенсивное засеивание облаков, осадков выпадало мало. Все это говорит о сложности процесса управления погодой.
Вместо твердой углекислоты в ряде опытов применялось также йодистое серебро, кристаллы которого имеют решетку, сходную с кристаллической решеткой льда. Оказалось, что на йодистом серебре при определенной температуре быстро вырастают настоящие ледяные кристаллы и легко формируются снежинки.
РАССЕИВАНИЕ ОБЛАКОВ
Совершенно реальные результаты дали опыты по рассеиванию сплошных низких облаков над аэродромами. Рассеять облака — это большая и важная задача. Сколько стоит государству один нелетный день на большом аэродроме? Десятки самолетов стоят на приколе. Сотни пассажиров «ждут погоды». А облака сплошной пеленой закрывают аэродром — они как снежные заносы на железной дороге.
Для рассеивания тумана или облачности несколько самолетов пробивают низкие облака, заходят с наветренной стороны и посыпают их химическими реагентами. Через несколько минут на аэродроме начинается внезапный снегопад или моросящий дождь (если тепло), облака тают, появляется обширный участок неба, который держится все время, пока работают самолеты-опылители. Аэродром открыт.
Самый яркий эксперимент по снятию облачности был проведен недавно — во время празднования годовщины Великой Октябрьской социалистической революции в Москве.
На рассвете все небо над столицей было затянуто облаками. Один за другим взлетали к небу самолеты. И вот с юго-запада, со стороны Внукова, открылось небо в радиусе 30 — 40 километров. Светлая полоса поднималась, ширилась, и перед самым парадом первый луч солнца упал на Спасскую башню Кремля. Ни одно облако не прорвалось к праздничной Москве.
Успешные опыты по рассеиванию облаков и туманов неоднократно проводились и на других аэродромах Советского Союза.
Все рассказанное подтверждает, что атмосфера поддается искусственному воздействию, но необходимо осуществить еще много, лабораторных опытов и исследований в свободной атмосфере, чтобы в конце концов прийти к практически ценным результатам.
„ФАБРИКА” КЛИМАТА И НЕКОТОРЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ
Большое значение имеют работы станции искусственного климата Института физиологии растений Академии наук СССР в Москве. Это своеобразная «фабрика» климата, оснащенная сложной аппаратурой, позволяющей создавать семидесятиградусный мороз и жару в несколько десятков градусов. На станции искусственного климата можно получигь суховеи Заволжья и погоду предгорий Кавказа, зимой создать многочасовой июльский день.
Искусственный климат необходим для того, чтобы познавать закономерности жизни растений в различных температурных условиях, ставить эксперименты по зимостойкости и засухоустойчивости, наблюдать за влиянием на растения повышенной влажности воздуха или, наоборот, суховеев. Из машинного зала станции воздух поступает в лаборатории и камеры. Но прежде он проходит большой путь. Сначала компрессоры фильтруют воздух, освобождают его от пыли и посторонних примесей. Затем в особых отделениях воздуху придают необходимые свойства: он увлажняется либо сушится, нагревается или охлаждается. Все оборудование станции автоматизировано. Научные сотрудники станции только задают программу — точные приборы сами следят за ее выполнением. В лабораториях применяется яркое искусственное солнце.
Интересную идею изменения ледового режима Арктики путем таяния плавучих льдов выдвинул советский ученый Ав-сюк в 1958 году на Международной конференции по изучению морских льдов. Наблюдения дрейфующих станций «Северный полюс» показали, что тепловой баланс Арктики положительный. Значит, льды в Арктике существуют как бы по инерции, вследствие того, что они образовались давно и имеют большую отражательную способность солнечных лучей. Если льды уничтожить, то в современных условиях они не возникнут вновь. Уничтожение льда на некоторых трассах Северного морского пути технически осуществимо путем уменьшения отражательной способности льдов при засыпке их темными веществами. Это может привести к продлению сроков навигации на этом пути.
Все это пока лишь постановка вопроса. Однако важно, что человечество уже сейчас примеряет те средства, с помощью которых оно скоро возьмется за переделку климата в нужном направлении.
Успехи ракетостроения в СССР позволили заменить самолеты ракетами при воздействиях на облака сухим льдом. Успешные опыты по рассеиванию грозовых туч проведены летом 1960 года в Грузии. Значительные массивы туч с градом были уничтожены при помощи твердой углекислоты.
Значительными по площади и по конечному результату были воздействия на облака в полосе полного солнечного затмения 15 февраля 1961 года в некоторых пунктах юга Европейской части СССР, что позволило астрономам выполнить полностью задачу фотографирования солнечной короны (особенно успешно прошел опыт в районе Крымской астрофизической обсерватории).
Наступление на грозные силы стихии ведется с разных фронтов, но решающее слово в этой области будет, по-видимому, принадлежать термоядерной энергии. Н. Колобков
Столетиями люди пытались научиться вызывать дождь.
Сегодня ученые пытаются укротить молнию с помощью лазеров, а штормы –
разливая масло на воде. Но можно ли управлять погодой?
Вы, конечно, помните, каким великолепным
зрелищем была церемония открытия Олимпиады в Пекине. В ней участвовали
2000 барабанщиков и 15000 других исполнителей, в небе расцветали огни
фейерверка. Что интересно, во время церемонии на землю не упала ни одна
капля дождя. И это в сезон дождей! Дело в том, что готовясь к событию,
китайские власти запустили в небо 1100 ракет, чтобы перехватить ливневые
тучи и направить их в сторону от столицы.
Вечером в день проведения церемонии
сильнейший дождь (выпало 100 мм осадков) прошел в расположенном
неподалеку от Пекина городе Баодине. В столице было сухо. Неопровержимое
доказательство того, что мы можем управлять погодой, скажут многие. Но
насколько это верно?
В попытках контролировать природные явления нет
ничего нового. Прошло почти 70 лет с тех пор, как ученые США впервые
предложили засевать облака частицами, стимулирующими выпадение осадков. В
штате Калифорния эта технология, получившая название “посев облаков”,
используется в течение 50 лет. “В прошлом году интерес к этому методу
необыкновенно вырос из-за
засухи в Калифорнии”, – рассказывает Джефф Тилли, директор по
проблемам влияния на погоду в Институте исследования пустыни в городе
Рино, штат Невада.
Используется несколько методов посева облаков, в
зависимости от условий. В ходе посева кристаллы вещества, такого,
например, как йодид серебра, добавляются в облака, что вызывает
образование очагов конденсации – на кристаллах собирается влага. По мере
замерзания воды на кристаллах, они растут до тех пор, пока не достигнут
достаточных размеров, чтобы выпасть в качестве осадков.
Такой посев йодида серебра обычно производится с
самолета. Однако, например, китайцы используют для этих целей ракеты. В
Калифорнии этот метод часто используется зимой, когда температура
внутри облака гораздо ниже температуры замерзания. Дело в том, что очень
чистая вода может сохранять жидкое состояние даже при температурах
гораздо ниже 0 градусов по Цельсию – облака содержат крошечные капельки
“суперхолодной” воды, слишком легкие, чтобы выпасть в качестве дождя или
снега.
Оседлать молнию
В 2010 году Джером Каспарян из Университета
Женевы (Швейцария) предложил новый метод “нагона” облаков, на этот раз с
помощью лазера. По его словам, тесты в лабораторных условиях показали,
что атомы, лишенные вытолкнутых лазером электронов, формируют в воздухе
положительно заряженные центры кристаллизации, помогающие расти ледяным
или дождевым каплям. Однако некоторые относятся к этой технологии
скептически, так как успешные испытания в лаборатории не гарантируют
повторения опыта в непредсказуемых атмосферных условиях.
Лазеры пока бессильны против молнии
Тилли говорит, что скептицизм вокруг посева
облаков понятен – исследования не имеют финансирования, достаточного для
того, чтобы получить результаты, которые убедят всех сомневающихся. А
тех, кто уже финансирует исследования, и убеждать не надо, они “доверяют
тем технологиям, в эффективности которых смогли убедиться”, – объясняет
он.
Сегодня деньги часто поступают от организаций,
желающих иметь гарантию снабжения водой (хотя, по имеющимся сведениям,
армия США во время войны во Вьетнаме была заинтересована в использовании
посева облаков для продления сезона муссонных дождей на территории
противника).
Несколько аэропортов в западной части США, в том
числе аэропорт Бойси в Айдахо, используют технологию посева облаков для
разгона густого тумана, вызывающего значительные задержки рейсов.
Другая система управления погодой, в основе
которой лежит лазерная технология, могла бы быть полезной для того,
чтобы не закрывать аэропорты во время сильных гроз. В 2004 году Каспарян
и его коллеги, направляя в грозовые облака лазерные импульсы, пытались
сделать управляемым удар молнии. Те попытки не имели успеха. По словам
Каспаряна, возможно, для вызова молнии требуется более сильный лазерный
луч.
Однако подобный эксперимент, предпринятый другой
группой исследователей в 2012 году, был успешен – по крайней мере, в
лаборатории. Ученым удалось с помощью лазера направить молнию по
заданному пути.
Победить торнадо
Имеем ли мы возможность предотвратить такие
опасные погодные явления, как торнадо? Выступая в Денвере на недавно
прошедшей конференции Американского научного общества, профессор Ронжия
Тао из Темплского университета в Филадельфии предположил, что решить
проблему разрушительных смерчей помогли бы
высокие стены.
Построим высокие стены, и торнадо их испугается?
По словам Тао, торнадо образуются на Среднем
Западе США при смешении горячего воздуха с юга и холодного воздуха с
севера. Особо остро стоит проблема в печально известной Аллее торнадо,
огромной равнине, простирающейся от Техаса на юге до Небраски на севере.
Три стены высотой 300 метров каждая, одна в Северной Дакоте, вторая
между Канзасом и Оклахомой и третья в Техасе и Луизиане, могли бы
замедлить воздушные потоки и снизить угрозу возникновения торнадо в этом
регионе, утверждает Тао.
Некоторые метеорологи поспешили возразить, что
такие стены не сработают. По их мнению, разрушительные торнадо могут
формироваться даже при смешивании имеющих относительно небольшую разницу
температур воздушных потоков, и в качестве иллюстрации приводят Китай,
где торнадо случаются, несмотря на наличие природных “стен”, горных
цепей, идущих с востока на запад. Однако, парирует Тао, в 2013 году в
Китае было всего три торнадо, тогда как в США – 811.
Усмирить шторм
Кроме торнадо, людям хотелось бы научиться
усмирять ураганы и штормы. В начале 2000-х ученые решили проверить такой
способ: с самолета внутрь урагана сбрасывали несколько тысяч
килограммов влагопоглощающего полимера, чтобы тот “впитал” в себя шторм.
Но это не сработало.
Ветряки против шторма?
Другие исследователи предложили разливать по
поверхности океана нетоксичные масла, чтобы предотвратить формирование
волн, перерастающих в шторм.
В этом году американские ученые высказали
мнение, что установленные недалеко от берега ветрогенераторы
(электростанции, использующие энергию ветра) с их огромными ветряками
могли бы уменьшить скорость ветра при шторме.
Джефф Тилли считает, что, по крайней мере, идея с
маслом имеет определенную ценность. “О ней снова вспомнили во время
разлива нефти после взрыва
на платформе Deepwater Horizon в 2010 году, – сказал он. –
Люди строили предположения, как разлив нефти отразится на тропических
циклонах. Но нефть растворилась в океане быстрее, чем ожидалось, поэтому
исследования так и не получили финансирования”.
С точки зрения Хью Уиллоби из Международного
университета Флориды, планы по укрощению ураганов – несбыточная мечта.
“Почти все варианты – чушь собачья”, — говорит он. Лишение
шторма мощи – трудная задача, энергия урагана куда больше, чем можно
себе представить. “Каждые 20 минут высвобождается объем тепла,
соответствующий взрыву ядерной бомбы в десять мегатонн”, – подчеркивает
он. Использование масла для пресечения бури также невозможно, поскольку
нельзя предсказать, в каком именно месте океана волнение действительно
перерастет в шторм.
Итак, сможем ли мы когда-нибудь научиться
управлять погодой? Некоторые считают, что люди уже давно и успешно
делают это. Другие полагают, что нам понадобятся десятилетия и
десятилетия, чтобы чего-то достичь.
BBC Future.
1
Человек и погода: нужно ли нам управлять атмосферными осадками? Государственное бюджетное образовательное учреждение г.Москвы средняя общеобразовательная школа 911 Москва, 2013 г. Автор: Андреева Татьяна Николаевна, учитель географии и экологии
2
Погода имеет очень важное значение в человеческой жизни. Она радует нас ясными солнечными днями, а иногда и приносит много неприятностей. С развитием цивилизации зависимость человека от погоды не уменьшается, а наоборот увеличивается: человек, стал не только материально очень зависим от неё, но и более чувствителен физически к её изменениям. С развитием цивилизации зависимость человека от погоды не уменьшается, а наоборот увеличивается: человек, стал не только материально очень зависим от неё, но и более чувствителен физически к её изменениям. Одним из видов влияния на погоду является управление процессами образования облаков и выпадения осадков. Действительно ли это безопасно для природы?
3
Цели нашего проекта: Анализ влияния погоды на человека Анализ особенностей климата Московской агломерации. Рассмотрение способов разгона облаков и их применения. Прогнозирование возможных последствий при разгоне облаков. Дополнительно: Проведение ознакомительного внеклассного мероприятия «Атмосферные осадки. Нужно ли нам управлять погодой?» среди учеников 5 класса, объяснение проблемы разгона облаков, анализ мнений учеников относительно необходимости управления дождем, снегом Этапы работы: Вопросы, направляющие проект: Главный вопрос: нам разгонять облака? Нужно ли нам разгонять облака? Проблемные вопросы: Как погода влияет на человека? Как погода влияет на человека? Каковы особенности климата Каковы особенности климата Московской агломерации? Каковы способы разгона облаков? Как влияет на природу разгон облаков? Проанализировать погодные условия в г. Москва и Подмосковье Спрогнозировать изменения экологии при изменении количества осадков на этих территориях Провести ознакомительное внеклассное мероприятие среди учеников средней школы
4
Атмосферные осадки – капли и кристаллы, выпадающие из облаков на земную поверхность. Атмосферные осадки Жидкие Дождь Морось Твёрдые Снег крупа (ледяная и снежная) град. Смешанные Снег с дождём Интенсивность Характер выпадения осадков Высота снежного покрова Плотность Запас воды в снеге Характеристика осадков:
5
Человек издавна мечтал об управлении погодой. Человечество многие века накапливало знания об атмосфере. И сейчас, опираясь на эту информацию, влияние человека на погоду возможно. Одним из видов данного антропогенного воздействия является «разгон облаков», т.е. регулирование количества и выбор места выпадения осадков. К настоящему моменту изобретены несколько способов данного процесса: «Люстра Чижевского», сбрасывание цемента на облака. Также существует другая технология, применяемая в дни торжеств как в СССР, так и в наше время.
6
Академик Сергей Вавилов в свое время сформулировал три
самые трудные, но и самые актуальные научные проблемы будущего.
Первая – разработка способов лечения рака, вторая – создание
управляемой термоядерной реакции. Третьей проблемой он назвал
проблему точного прогнозирования погоды. При всей кажущейся
несерьезности третьей проблемы и ее решить до сих пор не удалось.
Однако человечество решило схитрить: если не удается предсказать
погоду, то может быть удастся ее изменить? Несколько фактов об
управлении погодой.
1. Исправить погоду, прежде всего, засуху или, наоборот,
избыточные осадки, пытались издревле. Больше всех старались
разнообразные шаманы, жрецы и прочие работники
мистическо-религиозной отрасли. И убедить народные массы в
собственных заслугах у них порой получалось. Способность
управлять погодой приписывали даже целым народам. Например,
викинги не брали на свои драккары финнов, так как были уверены в
их способности навлекать на судно всяческие климатические
напасти. Отголосок этих суеверий слышен и в наши дни: компании
многих стран с неохотой включают в составы экипажей финских
моряков.
2. С давних пор известно, что с помощью церковных колоколов
можно бороться с градом. Позвонят-позвонят в колокола, и градины
получаются куда мельче. Позже научно объяснили, что при громких
звуках становится больше центров концентрации, и от этого
уменьшаются размеры градин. Громкого звука добивались и стрельбой
из пушек. По облакам.
3. Научный подход к исправлению ошибок погоды начали
осуществлять в ХХ веке. В 1946 году провели сразу два успешных
эксперимента по вызову искусственного дождя.
Винсент Шефер пытался добиться концентрации водяного пара разными
способами. Результат принес размолотый сухой лед, то есть
замороженный углекислый газ. Распыленный над облаком порошок
сухого льда заставил это облако высыпать осадки. По случаю мороза
это был снег.
4. Водяной пар, содержащийся в облаках и тучах, можно
заставить сконденсироваться не только охлаждением. Достаточно
ввести в зону, насыщенную паром, центры кристаллизации, как эта
самая кристаллизация и произойдет. И не обязательно возникнут
кристалы, вполне могут получиться капли. Главное – найти
подходящий центр кристаллизации. Бернард Воннегут в качестве
центров кристаллизации воды применил йодистое серебро. И тоже
успешно.
5.Бернард Воннегут – родной старший брат Курта Воннегута, который
в повести «Колыбель для кошки» явил миру доктора Феликса
Хонникера, придумавшего «лед-9» – вещество, которое превращает
воду в лед. В творении младшего брата явно есть аналогии с
трудами старшего Воннегута.
6.В СССР начали учиться разгонять облака в 60-е годы. И добились
весьма ощутимых успехов. Результаты могли наблюдать все
телезрители и участники праздничных торжеств, будь это парады и
демонстрации в столице или московская олимпиада. Облака,
угрожающие испортить праздник, просто заставляли пролиться дождем
до того, как они достигнут Московской кольцевой автодороги.
Дороговато выходило, но чего не сделаешь ради праздничного
настроения населения! Советским опытом с удовольствием
воспользовались организаторы Пекинских Олимпийских игр,
обезопасив от осадков участников и зрителей спортивного
форума.
7.Туман над взлетно-посадочной полосой или горной дорогой
разгоняют теми же способами, что и тучи. Разница лишь в том, что
можно использовать наземные установки.
8.Технологии остановки осадков над какой-либо территорией
сослужили хорошую службу после аварии на Чернобыльской АЭС.
Радиоактивную пыль связали специальными составами, чтобы ее не
разносил ветер. А вот для того, чтобы пыль не смывалась в Днепр,
в небе поставили противодождевой заслон.
9.И град человек тоже научился побеждать. В губительные для
сельского хозяйства градовые облака тоже вводят йодистое серебро.
Центров кристаллизации и, соответственно, образования градин
становится много, градины получаются мелкими и в большинстве
своем успевают растаять пока летят до земли. Для
предотвращения града облака обстреливают специальными снарядами и
даже ракетами. Или, как в случае с дождем, распыляют реагент с
самолета.
10.Если выжимать влагу из сотворенных природой объектов
человечество худо-бедно научилось, то с образованием дождевых
облаков дела обстоят не так хорошо. Пробовали использовать
древний африканский метод: для того, чтобы вызвать дождь,
устраивали пожар в джунглях. Метод творчески переработали:
экспериментаторы установили на земле черные панели, их нагревал
прямой солнечный свет и, вдобавок, еще свет, отраженный от
множества зеркал. Как и при пожаре, в этом случае возникают
восходящие потоки, которые гонят припочвенные водяные пары вверх,
где они и собираются в облака. Что дальше делать с облаками, люди
уже знают. Однако этот способ не дает устойчивых и пригодных к
использованию на практике результатов.
11.По принципу «пожара в джунглях» работали и «Метеотрон»
французского ученого Анри Дессена, и «Суперметеотрон» разработки
советских ученых: поток теплого воздуха создавался мощной
наземной установкой. В «Суперметеотроне» ее роль исполняли шесть
двигателей от Ту-104. Установку испытывали у озера Севан в
Армении: рассчитывали пополнить запасы воды в озере с помощью
искусственно вызванных осадков. Самые последние попытки научиться
делать дождь при ясном небе проводит группа ученых в пустынях
Арабских Эмиратов. Гигантские ионизаторы направляют в небо потоки
отрицательных ионов. Ионы притягивают частицы пыли, а те в свою
очередь собирают вокруг себя влагу из воздуха, пусть и
пустынного. В конце концов влаги становится много, и она
проливается вниз. Эта технология не всякому государству по
карману, но небедные Эмираты могут ее себе позволить.
12.Град, ливни, засуха – не все неприятности, которые
доставляет человечеству атмосфера. Есть еще многообразные
ураганы, тайфуны, торнадо. В США в рамках проекта «Ярость шторма»
тем же самым йодистым серебром пытались засеивать «глаз тайфуна»
– надеялись таким образом разбить ураган на несколько более
слабых ураганчиков. В 80-е годы проект закрыли как
бесперспективный.
13.Попытки справиться с ураганами все же не прекратили.
Запатентован, например, метод, согласно которому в центр урагана
забрасывается одноразовый беспилотный летательный аппарат,
который распыляет там жидкий азот. Воздух резко охлаждается,
энергия урагана уменьшается.
14.Большие средства на разработку проекта по убийству
ураганов в зародыше тратит знаменитый Билл Гейтс. По мнению
поддерживаемой им группы ученых, в местах образования ураганов
надо размещать флотилию специальных кораблей, которые смешивали
бы теплую воду с поверхности с холодной из глубин. Тем самым они
не дали бы закрутиться воронке урагана.
15.Мир знает и случаи активного воздействия на погоду в
военных целях. И если искусственно вызвать тайфун никому не
удалось, то устраивать тропические ливни у США вполне получилось.
Целых пять лет, с 1967 по 1972 годы в небе над Юго-Восточной
Азией проводилась Операция «Попай», названная по имени бравого
морячка-любителя шпината из серии мультфильмов. В сезон дождей –
и без того не сухое время – американцам удалось в три раза
увеличить количество осадков. Истребители и транспортные самолеты
авиации США рассеивали в дождевых облаках все тот же йодид
серебра. В результате заливало рисовые поля, и урожай погибал. А
еще дожди размыли так называемую «Тропу Хо Ши Мина» – дорогу в
Лаосе, по которой Северный Вьетнам снабжал партизан Южного
Вьетнама.
16.Международная конвенция, принятая 5 октября 1978 года,
запрещает воздействие на погоду в военных целях. А с
мирными целями влиять на погоду можно, и подобные эксперименты
проводятся, как подсчитали журналисты, в 43 странах планеты.
Только в одном Китае в работах такого рода участвует 35 тысяч
человек.
ЧЕЛОВЕК УПРАВЛЯЕТ ПОГОДОЙ
ЖАРКИЙ знойный день, сильно парит. На огромных фруктово-ягодных плантациях кипит работа. Но вот дежурный совхоза-гиганта получает предупреждение Метеорологической службы: к району приближается сильная гроза с ливнем и градом. Дежурный немедленно связывается с ближайшим аэродромом, самолеты которого ведут борьбу с грозовыми тучами.
После полудня горизонт темнеет и в дымке вырисовываются тяжелые облачные громады. В природе все затихло. Вдруг тишину прорезает рокот моторов. Это идут навстречу стихии, звено за звеном, самолеты. В бинокль хорошо виден воздушный авангард, нацелившийся на тучу и выпустивший туманный конус дыма. Туча «засеивается» химическими реактивами. Через 10—15 минут мощные облака теряют конфигурацию, гордо вздымавшиеся вершины тускнеют. Облачная громада преображается на глазах, в ней нет уже прежней силы. Облака становятся рыхлыми и приобретают мирный вид.
Самолеты возвращаются, победив тучу, и она проносится над совхозом, разражаясь теплым обильным дождем. Нет ни бури, ни града, ни опустошительного ливня. Растения жадно впитывают влагу. Урожай спасен!
Мы нарисовали картину отнюдь не далекого будущего. Управлять погодой сначала в небольшом масштабе, влиять на те ее явления, которые легче поддаются воздействию, а потом и на более сложные — реальная возможность. С помощью же атомной энергии можно будет направлять колоссальную энергию атмосферных процессов, проходящих в огромных масштабах.
МОЖНО ЛИ УПРАВЛЯТЬ ПОГОДОЙ
Издавна люди ставили перед собой вопрос — можно ли управлять погодой? Если очень важно уметь предвидеть погоду, то куда важнее влиять на ее формирование. Здесь, пожалуй, возникли бы затруднения: одному нужна одна погода, другому — другая. Но речь, конечно, идет не о том, чтобы каждый делал «свою» погоду, а о том, чтобы можно было влиять на нее в интересах хозяйства страны и бороться с ее вредными последствиями. В условиях планового социалистического хозяйства нашей родины можно было бы без затруднений для дела заставить пойти дождь во время засухи или, наоборот, остановить потоки дождя, который слишком затянулся, обезвредить градовую тучу, угрожающую полям, или рассеять туман на аэродроме. В атмосферных процессах участвуют могучие силы. Солнце посылает лучистую энергию на Землю. Но по-разному нагреваются суша и море, экваториальные и полярные области. Возникающая разница в температуре — основная причина движения воздушных масс.
Направление и скорость их перемещения зависят также от вращения Земли и от рельефа местности. И если бы мы захотели изменить движенце воздушных потоков всего на несколько дней, для этого понадобилось бы затратить энергию, исчисляемую миллиардами киловатт-часов. Достаточно сказать, что во время обычной местной грозы расходуется столько же энергии, сколько несут в себе 5—10 водородных бомб малой мощности. А при среднем шторме на море количество энергии, необходимой для его поддержания, эквивалентно сотням атомных взрывов. Поэтому человечество пока не в состоянии атаковать стихию в «лоб», искусственно вызывать перемещение воздушных масс, создавать циклоны и антициклоны и бороться с грозами и ливнями.
Однако в наших руках уже сейчас имеются надежные средства воздействия на климат, разумеется в ограниченном радиусе. Прежде всего мы можем преобразовать местность, над которой движутся воздушные массы, и таким образом относительно воздействовать на физическое состояние атмосферы. Человек давно научился защищать себя от климатических невзгод: он строит дома, создавая в них искусственный климат, выращивает в теплицах тропические растения, орошает засушливые районы, осушает болота, закладывает леса. Люди озеленяют города, разводят сады и парки, используют энергию ветра и речной воды. В Советском Союзе ведутся грандиозные работы, преображающие на наших глазах целые районы и области. И все же, несмотря на большие достижения современной науки, нередко стихийные явления природы приносят людям огромные бедствия: засухи, катастрофические наводнения, разрушительные ураганы, градобития и т. д. Поэтому не праздное любопытство заставляет многих людей так часто задавать вопрос: неужели нельзя найти средства борьбы с этими грозными явлениями природы?
Попытки влиять на погоду проводились еще в древности. Однако они носили примитивный характер из-за низкого уровня развития науки и культуры. Средства воздействия на погоду искали в самых нелепых суевериях и религиозных предрассудках. В Китае, например, при длительной засухе с подобающей торжественностью колотили изображение дракона, который олицетворял злые силы природы. Чтобы прекратить дождь, у некоторых народов клали на землю раскаленные камни. А в Таиланде снимали крыши с храмов, чтобы боги скорее остановили дождь — иначе им самим пришлось бы намокнуть. В прошлом в России устраивали церковные молебны «о даровании дождя», причем некоторые служители культа имели барометр и выходили в поле только после того, как прибор показывал на дождь.
В средние века твердо верили, что шум разгоняет градовые тучи: при приближении грозы звонили в колокола. Церковники, рассчитывая на очень отсталые слои населения, делали на некоторых колоколах даже такие забавные надписи: «Живых созываю, мертвых оплакиваю, молнии разбиваю». Конечно, шум не прогонял грозу, зато многие звонари поплатились жизнью.
В XIX веке существовало убеждение, якобы сильная стрельба из пушек вызывает такое сотрясение воздуха, что начинает идти дождь. В качестве примера приводился Бородинский бой. Исследования метеорологов показали, что погода во время сражений и после них бывает именно такая, какая должна быть в силу общих атмосферных условий. Влияние взрывов при стрельбе крайне невелико; тепловое воздействие по сравнению с солнечной энергией ничтожно мало; химическое действие весьма незначительно по сравнению даже с продуктом горения топлива, потребляемого в большом индустриальном городе.
Однако такие исследования не убедили сторонников огнестрельных воздействий на погоду, и в прошлом столетии более четверти века применяли стрельбу из пушек по облакам, Опыты проводились во многих странах, захватив и Россию, и получили широкий размах. Были построены специальные мортиры, имеющие вид огромного конуса, направленного основанием к облакам. В нижнюю часть мортиры закладывался заряд пороха, который после взрыва выбрасывал вихревое дымовое кольцо, подобное тому, которое иногда вылетает из трубы паровоза. Предполагалось, что сильнейшие вихревые движения в этом кольце помешают образованию града в туче. Результаты оказались неутешительными: несмотря на частую стрельбу, град шел с прежней силой. Теперь мы знаем: пытаться предотвратить град такими мортирами — все равно, что пробовать остановить поезд, обстреливая его горошинами.
Применяли и другой способ. На огромных матерчатых змеях к градовой туче поднимали большие заряды взрывчатого вещества. Надеялись, что взрыв расколет градины на мелкие безвредные кусочки льда. Но и это не помогало. Обстрел облаков прекратился лишь после того, как специальные комиссии ученых, проверив материалы опытов, доказали бесполезность таких воздействий.
Вновь об этом заговорили в период Великой Отечественной войны. Некоторые люди указывали, что неизмеримо возросшая мощь боевой техники, масса взрывов увеличили выпадение осадков на фронтах. Исследования ученых показали необоснованность таких воззрений. В качестве примера можно указать на ожесточенные бои под Берлином в апреле 1945 года. На этом участке фронта была создана необычайная плотность огня. Но никакого дождя не было, и сквозь дым непрерывных взрывов проглядывало солнце.
После неудачных опытов со стрельбой ученые и изобретатели пошли по другому пути, используя научные достижения физики и метеорологии. Было установлено, что для продолжительного дождя необходим подъем огромных масс влажного воздуха на высоту в несколько километров. Воздух при этом охлаждается, происходит сгущение водяного пара, появляются мелкие капельки, которые, сливаясь друг с другом, укрупняются и выпадают в виде дождя. Следовательно, если построить гигантскую трубу и гнать воздух вентиляторами ©верх, то появятся облака и пойдет дождь. Но с экономической точки зрения такой метод нецелесообразен. Подсчеты показывают, что для получения таким путем 10 миллиметров дождя (хорошая поливка) на площади в один квадратный километр надо было бы сжечь тысячи тонн угля. Да еще не вся вода дойдет до земли: часть ее испарится по пути. В результате стоимость капли дождя будет непомерно высокой.
В 1925—1926 годах Геофизический институт и Центральная аэронавигационная станция (ЦАНС) в Москве под руководством профессора В. И. Виткевича проводили опыты по осаждению облаков и рассеиванию туманов при помощи электрически заряженного песка. Предполагалось, что в образовании дождя решающую роль играют электрические заряды капель. Если капли перезарядить наэлектризованным песком, то должен пойти дождь. Лабораторные опыты прошли успешно, и было доказано, что электрические заряды облегчают сгущение водяного пара и таким путем можно рассеять туман. Однако, когда заряженный песок сбрасывался с самолетов на кучевые облака, они заметно рассеивались, и все же получить дождь не удавалось.
В 1931 году на Всесоюзной конференции по борьбе с засухой профессор М. А. Аганин сделал доклад о возможности искусственного образования осадков. Аганин, проводя лабораторные исследования, раскрыл механизм слияния капель воды и показал процесс возникновения дождя.
С этого момента начинаются уверенные шаги в организации исследований и опытов как лабораторных, так и в свободной атмосфере. Работы ведутся в Москве — в Центральном институте экспериментальной метеорологии под руководством профессора С. Л. Бастамова и в Ленинградском институте экспериментальной метеорологии под руководством профессора В. Н. Оболенского.
В 1934 в Средней Азии в окрестностях Ашхабада опыты по вызыванию искусственного дождя осуществляет группа ученых во главе с инженером В. А. Федосеевым. В этих опытах облака засеивались с самолета хлористым кальцием, который способствовал слиянию и укрупнению капель воды в облаке. Порошок хлористого кальция распылялся с самолета, пролетавшего над облаками или в самой гуще облаков. В нескольких случаях, несмотря на обычную для Ашхабада летнюю сухость воздуха и жару, облако, засеянное хлористым кальцием, давало небольшой дождь. Первые капли дождя содержали хлористый кальций, а в последующих даже отсутствовали следы его. Этим самым Федосеев показал, что в таких опытах возможен цепной процесс образования капель, то есть подобно снежной лавине, возникающей из кома, процесс слияния первых капель захватывает в итоге мириады их. Иными словами, достаточно дать своего рода толчок естественным силам к изменению физического состояния влаги в какой-либо одной части облака, как это же изменение произойдет само собой и в других частях облака.
Летом 1936 года на горе Дзынча, в районе Гагры, на Черноморском побережье, были проведены опыты искусственного получения дождя из облака, покрывавшего вершину этой горы. На площадке вершины в самой гуще облака был установлен мощный авиационный мотор, пропеллер которого распылял высоко вверх порошок хлористого кальция. Уже через 6—7 минут после распыления этого вещества в толще облака образовался сквозной просвет в виде широкого колодца диаметром до 400 метров. Самое интересное заключалось в томг что колодец имел равные, как бы выложенные, по отвесу стенки, которых в естественных условиях у облаков не бывает. Вслед за этим пошел дождь, продолжавшийся до тех пор, пока все облако не рассеялось. Научными исследованиями установлено, что когда в естественных условиях дождь выпадает из малоустойчивого облака, то основная причина этого заключается в различных размерах капель облака. В устойчивом же облаке все капли имеют одинаковые размеры и находятся на равных расстояниях друг от друга. Для того чтобы достичь выпадения дождя из такого облака, необходимо добиться хотя бы в одном его месте слияния и укрупнения капель. Это достигается воздействием хлористого кальция.
Этими работами был установлен неоспоримый научный приоритет СССР в создании теоретической и экспериментальной основы получения искусственных осадков.
Как же обстоит дело с управлением погодой в настоящее время?
В нашей стране ведется экономное использование природных богатств с заметным воздействием на местный климат и погоду. Строятся водохранилища, прокладываются каналы. Смежные с водохранилищами районы уже испытывают влияние водоемов, и чем больше их площадь, тем дальше воздействие.
В летнее время вода в бассейне холоднее воздуха. В силу этого восходящие потоки над его зеркалом ослабевают и развитие кучевых облаков над водохранилищем будет слабее, чем на суше. Значит, облачность заметно уменьшится и будет больше ясных дней. Осенью, когда вода теплее воздуха, на берегах водохранилищ и в прилежащих районах увеличивается число дней с туманом, что заметно утепляет местность и передвигает наступление осенних заморозков на более позднее время. Таких примеров можно привести много.
В то же время было бы неправильным объяснить, как это иногда делают, значительные колебания в характере погоды за последние годы влиянием вновь созданных водохранилищ, каналов и другими подобными обстоятельствами. Гидросооружения не могут изменить климат целой страны.
Сейчас для борьбы с наносящими немалый вред сельскому хозяйству заморозками устраивают дымовые завесы, жгут нефть, специальные шашки, утепляют воздух системой труб парового отопления. Все это дорогостоящие средства защиты.
В 1954 году советскими учеными проведены успешные опыты получения искусственного тумана распылением перегретой воды из аппарата под высоким давлением. Опыты, поставленные на виноградниках под Одессой, показали, что такой туман весьма устойчив. Низко стелясь над землей, туман прекрасно защищал растения от заморозков.
Со временем для борьбы с заморозками, возможно, будет применяться колоссальное количество дешевой тепловой энергии, образующейся в атомных котлах. Вполне осуществимой станет защита от зимних волн холода цитрусовых и других субтропических культур Кавказа, юга Средней Азии и Украины.
Для решения задач по управлению погодой ученые СССР и за рубежом провели многочисленные исследования строения облаков и процесса образования осадков. Созданы специальные камеры, в которых можно воспроизвести туман, облако, состоящее из ледяных кристаллов, добиться укрупнения водяных капель, проследить влияние электрических сил на образование осадков. Кроме того, метеорологи проводят на самолетах и аэростатах изучение облаков в свободной атмосфере. Люди научились ловить и фотографировать мельчайшие капельки воды, из которых состоят облака. Ведется большая теоретическая работа. После обстоятельного изучения всех сторон «небесной кухни погоды» ученые стали применять различные средства воздействия на лабораторию природы и притом не безуспешно.
В СССР в эту работу включились ученые Центральной аэрологической обсерватории, Главной геофизической обсерватории. Института прикладной геофизики и Института физической химии Академии наук СССР.
Один из методов управления погодой основан на том, что метеорологические процессы характеризуются борьбой противоречивых явлений. Это зачастую приводит к неустойчивому состоянию атмосферы, и сравнительно небольшое вмешательство в метеорологический процесс способно изменить его развитие. Ускорить или задержать выпадение дождя, задержать развитие града или грозы, рассеять облака — таковы цели подобного воздействия.
Опыты по управлению погодой идут в таких направлениях: воздействие на существующие облака, предотвращение грозы, ливня, града, создание искусственных облаков в целях получения заслона и, наконец, рассеивание облаков и туманов.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СУЩЕСТВУЮЩИЕ ОБЛАКА
Проблема получения искусственного дождя принципиально решена, но опыты пока ведутся в малых масштабах — на облаках, занимающих небольшие площади. Дело в том, что каждое облако лишь одно из звеньев в сложном процессе образования осадков. Оно не просто тратит накопленный запас воды, а является своего рода генератором влаги, преобразующим водяной пар в капли воды или кристаллы льда. Через каждое облако непрерывно проходит масса влаги, поэтому для воздействия на большие облачные массы необходимо огромное количество энергии.
Чтобы получить искусственный дождь необходимо добиться воспроизведения процесса, происходящего в природе. Напомним, что при слабом дожде все облако состоит только из мелких водяных капель. При сильном дожде туча несет в своей нижней части обычные водяные капли, в средней части — капли переохлажденной воды и еще выше — ледяные кристаллы. В туче происходит непрерывный процесс .слияния и укрупнения капель и, что важнее, соприкосновение переохлажденных капель с ледяными кристаллами, отчего капли мгновенно замерзают и появляются мелкие градины. Они укрупняются от смерзания и намораживания новых прослоек льда, тяжелеют, падают вниз, где тают и в виде крупного дождя выпадают на землю. В природе это происходит при наличии сильных восходящих потоков воздуха, которые выносят облачные массы в высокие слои атмосферы, где круглый год держатся сильные морозы.
Но можно охладить облако и создать массу ледяных ядер и искусственно. Для этого облака, несущиеся бесконечной вереницей над земной поверхностью и не дающие ни капли дождя, «засеиваются» с самолетов сухим льдом, имеющим очень низкую температуру. Сухой лед дробится особым способом на мельчайшие кристаллики. Тогда в одном килограмме сухого льда может находиться до 10 триллионов частичек твердой углекислоты. Облако засеивается сверху, частички вызывают обледенение его вершины, что и приводит к выпадению дождя. Если опыт производится зимой, то выпадает снег. Чем больше посеять охлаждающих веществ, тем интенсивнее дождь.
В качестве примера засеивания облаков твердой углекислотой приведем описание опыта, проведенного в Адлере в августе 1957 года.
На зеленом аэродроме стоял самолет ИЛ-12, превращенный в своеобразную летающую лабораторию. В небе клубились облака. Пора было вылетать. Командир корабля оторвал машину от бетонной дорожки и начал набирать высоту. Перед каждым участником опыта столик с приборной доской и необходимым оборудованием вплоть до микроскопа. К бортам прижались большие резервуары с манометрами, обвитые змеями-трубами. Сигнализация ведется через ларингофоны.
На высоте пяти километров самолет достиг облачных вершин. Температура минус 8 градусов. В открытые окна, из которых фотографируются облака, врываются клубы морозного пара. В наушниках звучит команда руководителя экспедиции: «Приготовиться всем!» В поле зрения мощная гряда кучевых облаков. Нижняя граница гряды окутала горы и сползла к морю до высоты 150 м. Венчали же гряды четыре высокие белоснежные шапки. Было решено уничтожить три вершины, а четвертую оставить для контроля.
Самолет устремился к облакам. Мгновение — и машина окунулась в густой молочный туман. На стекле колпака выступили капельки, превратившиеся затем в ледяные кристаллы. Прозвучала команда: «Начали воздействие!» Это продолжалось не больше минуты. Самолет трясло, как в лихорадке. Трижды входил он в верхушки и наконец вышел на голубой простор. Но что это происходит с облаком? Вот оно начало менять цвет. Из белого -оно превратилось в грязно-серое, потом темная полоса дождя протянулась до самой земли. Пышные шапки на глазах расслаивались на отдельные рваные клочья, которые тут же таяли. Десять минут потребовалось, чтобы огромное облако перестало существовать. Только четвертая, контрольная, шапка ослепительно сверкала на солнце.
Такие опыты неоднократно повторялись, и всякий раз облака растворялись. Опыты показали, что воздействию хорошо поддаются переохлажденные, то есть кучевые, облака и облака холодного времени года. На теплые облака воздействовать гораздо труднее. Нередко при засеве теплые облака просто таяли, не давая ни капли дождя. В других случаях, несмотря на интенсивное засеивание облаков, осадков выпадало мало. Все это говорит о сложности процесса управления погодой.
Вместо твердой углекислоты в ряде опытов применялось также йодистое серебро, кристаллы которого имеют решетку, сходную с кристаллической решеткой льда. Оказалось, что на йодистом серебре при определенной температуре быстро вырастают настоящие ледяные кристаллы и легко формируются снежинки.
РАССЕИВАНИЕ ОБЛАКОВ
Совершенно реальные результаты дали опыты по рассеиванию сплошных низких облаков над аэродромами. Рассеять облака — это большая и важная задача. Сколько стоит государству один нелетный день на большом аэродроме? Десятки самолетов стоят на приколе. Сотни пассажиров «ждут погоды». А облака сплошной пеленой закрывают аэродром — они как снежные заносы на железной дороге.
Для рассеивания тумана или облачности несколько самолетов пробивают низкие облака, заходят с наветренной стороны и посыпают их химическими реагентами. Через несколько минут на аэродроме начинается внезапный снегопад или моросящий дождь (если тепло), облака тают, появляется обширный участок неба, который держится все время, пока работают самолеты-опылители. Аэродром открыт.
Самый яркий эксперимент по снятию облачности был проведен недавно — во время празднования годовщины Великой Октябрьской социалистической революции в Москве.
На рассвете все небо над столицей было затянуто облаками. Один за другим взлетали к небу самолеты. И вот с юго-запада, со стороны Внукова, открылось небо в радиусе 30 — 40 километров. Светлая полоса поднималась, ширилась, и перед самым парадом первый луч солнца упал на Спасскую башню Кремля. Ни одно облако не прорвалось к праздничной Москве.
Успешные опыты по рассеиванию облаков и туманов неоднократно проводились и на других аэродромах Советского Союза.
Все рассказанное подтверждает, что атмосфера поддается искусственному воздействию, но необходимо осуществить еще много, лабораторных опытов и исследований в свободной атмосфере, чтобы в конце концов прийти к практически ценным результатам.
„ФАБРИКА” КЛИМАТА И НЕКОТОРЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ
Большое значение имеют работы станции искусственного климата Института физиологии растений Академии наук СССР в Москве. Это своеобразная «фабрика» климата, оснащенная сложной аппаратурой, позволяющей создавать семидесятиградусный мороз и жару в несколько десятков градусов. На станции искусственного климата можно получигь суховеи Заволжья и погоду предгорий Кавказа, зимой создать многочасовой июльский день.
Искусственный климат необходим для того, чтобы познавать закономерности жизни растений в различных температурных условиях, ставить эксперименты по зимостойкости и засухоустойчивости, наблюдать за влиянием на растения повышенной влажности воздуха или, наоборот, суховеев. Из машинного зала станции воздух поступает в лаборатории и камеры. Но прежде он проходит большой путь. Сначала компрессоры фильтруют воздух, освобождают его от пыли и посторонних примесей. Затем в особых отделениях воздуху придают необходимые свойства: он увлажняется либо сушится, нагревается или охлаждается. Все оборудование станции автоматизировано. Научные сотрудники станции только задают программу — точные приборы сами следят за ее выполнением. В лабораториях применяется яркое искусственное солнце.
Интересную идею изменения ледового режима Арктики путем таяния плавучих льдов выдвинул советский ученый Ав-сюк в 1958 году на Международной конференции по изучению морских льдов. Наблюдения дрейфующих станций «Северный полюс» показали, что тепловой баланс Арктики положительный. Значит, льды в Арктике существуют как бы по инерции, вследствие того, что они образовались давно и имеют большую отражательную способность солнечных лучей. Если льды уничтожить, то в современных условиях они не возникнут вновь. Уничтожение льда на некоторых трассах Северного морского пути технически осуществимо путем уменьшения отражательной способности льдов при засыпке их темными веществами. Это может привести к продлению сроков навигации на этом пути.
Все это пока лишь постановка вопроса. Однако важно, что человечество уже сейчас примеряет те средства, с помощью которых оно скоро возьмется за переделку климата в нужном направлении.
Успехи ракетостроения в СССР позволили заменить самолеты ракетами при воздействиях на облака сухим льдом. Успешные опыты по рассеиванию грозовых туч проведены летом 1960 года в Грузии. Значительные массивы туч с градом были уничтожены при помощи твердой углекислоты.
Значительными по площади и по конечному результату были воздействия на облака в полосе полного солнечного затмения 15 февраля 1961 года в некоторых пунктах юга Европейской части СССР, что позволило астрономам выполнить полностью задачу фотографирования солнечной короны (особенно успешно прошел опыт в районе Крымской астрофизической обсерватории).
Наступление на грозные силы стихии ведется с разных фронтов, но решающее слово в этой области будет, по-видимому, принадлежать термоядерной энергии.
Н. Колобков
Солнце. Солнечные лучи не равномерно прогревают слои атмосферы из-за чего образуются перепады давления воздуха, что само по себе является главным двигателем всех ветров.
Вращение Земли. Осевое вращение планеты формирует и прочно удерживает структуру урагана, делая его существование продолжительным, а его ветра концентрированными на относительно малых участках Земли.
Горячие недра Земли. Подземный мир оказывает большое влияние на погодные условия на поверхности планеты. Все это происходит за счет прогревания дна океана, что создает мощные морские течения способные оказывать климатическое влияние в глобальных масштабах. Например – знаменитое течение Гольфстрим, переносит теплый воздух в Исландию, тем самым делая этот практически приполярный остров пригодным для освоения людьми.
Конечно, на погоду еще оказывают значительное влияние: географическое положение местности (горы, складки местности и пр.), вулканическая активность и лесные пожары.
Кстати, прямое пагубное влияние человека на климат до сих пор не подтверждено ни одним серьезным институтом метеорологии. Если собрать весь объем углекислого газа, метана, серы и азота что выбрасывает в атмосферу земная промышленность, то выходит что это количество занимает лишь 0.03% от выбросов природных вулканов и гейзеров. Проще говоря, сегодняшнее, казалось бы, огромное влияние человека на атмосферу Земли на деле ничтожно мало и не способно оказывать влияние на климат планеты.
Человек со всеми современными знаниями и технологиями все еще малограмотен и беспомощен в плане вызова дождей или напутствия штормов на конкурирующие страны. Однако не все так плохо, как может показаться. Человек уже в состоянии радикально (хотя скорей – декоративно) оказывать некоторое влияние на погодные условия в определенных уголках Земли.
К примеру, на Поволжье и в Украине вплоть до середины 30-годов 20 века происходили грандиозные по масштабам засухи, гибли десятки, если не сотни тысяч людей просто от голода, и это в индустриальной стране развитого социализма. Мало кто знает, но на Поволжье вплоть до конца 50-х годов не редко встречались смерчи.
Объявить войну смертельным засухам было предложено посредством прорытия десятков оросительных каналов и высаживанием миллионов гектаров лесополос. Результат подобной программы «борьбы с засухами» стал наглядным уже в середине 50-годов, климат на юго-западе СССР из резко континентального превратился в умеренно-континентальный, урожайность выросла в пять раз, а о голоде забыли навсегда.
Погода всегда была и остается самым сложным для вычисления алгоритмом с миллионом переменных. И кто знает, может быть выгодней делать ставку на гигантские теплицы и гидропонику, чем насиловать природу, заставляя дождевые облака двигаться в заданном направлении.
Игорь Скубицкий, Днепропетровск, © zakustom.ru
Столетиями люди пытались научиться вызывать дождь.
Сегодня ученые пытаются укротить молнию с помощью лазеров, а штормы –
разливая масло на воде. Но можно ли управлять погодой?
Вы, конечно, помните, каким великолепным
зрелищем была церемония открытия Олимпиады в Пекине. В ней участвовали
2000 барабанщиков и 15000 других исполнителей, в небе расцветали огни
фейерверка. Что интересно, во время церемонии на землю не упала ни одна
капля дождя. И это в сезон дождей! Дело в том, что готовясь к событию,
китайские власти запустили в небо 1100 ракет, чтобы перехватить ливневые
тучи и направить их в сторону от столицы.
Вечером в день проведения церемонии
сильнейший дождь (выпало 100 мм осадков) прошел в расположенном
неподалеку от Пекина городе Баодине. В столице было сухо. Неопровержимое
доказательство того, что мы можем управлять погодой, скажут многие. Но
насколько это верно?
В попытках контролировать природные явления нет
ничего нового. Прошло почти 70 лет с тех пор, как ученые США впервые
предложили засевать облака частицами, стимулирующими выпадение осадков. В
штате Калифорния эта технология, получившая название “посев облаков”,
используется в течение 50 лет. “В прошлом году интерес к этому методу
необыкновенно вырос из-за
засухи в Калифорнии”, – рассказывает Джефф Тилли, директор по
проблемам влияния на погоду в Институте исследования пустыни в городе
Рино, штат Невада.
Используется несколько методов посева облаков, в
зависимости от условий. В ходе посева кристаллы вещества, такого,
например, как йодид серебра, добавляются в облака, что вызывает
образование очагов конденсации – на кристаллах собирается влага. По мере
замерзания воды на кристаллах, они растут до тех пор, пока не достигнут
достаточных размеров, чтобы выпасть в качестве осадков.
Такой посев йодида серебра обычно производится с
самолета. Однако, например, китайцы используют для этих целей ракеты. В
Калифорнии этот метод часто используется зимой, когда температура
внутри облака гораздо ниже температуры замерзания. Дело в том, что очень
чистая вода может сохранять жидкое состояние даже при температурах
гораздо ниже 0 градусов по Цельсию – облака содержат крошечные капельки
“суперхолодной” воды, слишком легкие, чтобы выпасть в качестве дождя или
снега.
Оседлать молнию
В 2010 году Джером Каспарян из Университета
Женевы (Швейцария) предложил новый метод “нагона” облаков, на этот раз с
помощью лазера. По его словам, тесты в лабораторных условиях показали,
что атомы, лишенные вытолкнутых лазером электронов, формируют в воздухе
положительно заряженные центры кристаллизации, помогающие расти ледяным
или дождевым каплям. Однако некоторые относятся к этой технологии
скептически, так как успешные испытания в лаборатории не гарантируют
повторения опыта в непредсказуемых атмосферных условиях.
Лазеры пока бессильны против молнии
Тилли говорит, что скептицизм вокруг посева
облаков понятен – исследования не имеют финансирования, достаточного для
того, чтобы получить результаты, которые убедят всех сомневающихся. А
тех, кто уже финансирует исследования, и убеждать не надо, они “доверяют
тем технологиям, в эффективности которых смогли убедиться”, – объясняет
он.
Сегодня деньги часто поступают от организаций,
желающих иметь гарантию снабжения водой (хотя, по имеющимся сведениям,
армия США во время войны во Вьетнаме была заинтересована в использовании
посева облаков для продления сезона муссонных дождей на территории
противника).
Несколько аэропортов в западной части США, в том
числе аэропорт Бойси в Айдахо, используют технологию посева облаков для
разгона густого тумана, вызывающего значительные задержки рейсов.
Другая система управления погодой, в основе
которой лежит лазерная технология, могла бы быть полезной для того,
чтобы не закрывать аэропорты во время сильных гроз. В 2004 году Каспарян
и его коллеги, направляя в грозовые облака лазерные импульсы, пытались
сделать управляемым удар молнии. Те попытки не имели успеха. По словам
Каспаряна, возможно, для вызова молнии требуется более сильный лазерный
луч.
Однако подобный эксперимент, предпринятый другой
группой исследователей в 2012 году, был успешен – по крайней мере, в
лаборатории. Ученым удалось с помощью лазера направить молнию по
заданному пути.
Победить торнадо
Имеем ли мы возможность предотвратить такие
опасные погодные явления, как торнадо? Выступая в Денвере на недавно
прошедшей конференции Американского научного общества, профессор Ронжия
Тао из Темплского университета в Филадельфии предположил, что решить
проблему разрушительных смерчей помогли бы
высокие стены.
Построим высокие стены, и торнадо их испугается?
По словам Тао, торнадо образуются на Среднем
Западе США при смешении горячего воздуха с юга и холодного воздуха с
севера. Особо остро стоит проблема в печально известной Аллее торнадо,
огромной равнине, простирающейся от Техаса на юге до Небраски на севере.
Три стены высотой 300 метров каждая, одна в Северной Дакоте, вторая
между Канзасом и Оклахомой и третья в Техасе и Луизиане, могли бы
замедлить воздушные потоки и снизить угрозу возникновения торнадо в этом
регионе, утверждает Тао.
Некоторые метеорологи поспешили возразить, что
такие стены не сработают. По их мнению, разрушительные торнадо могут
формироваться даже при смешивании имеющих относительно небольшую разницу
температур воздушных потоков, и в качестве иллюстрации приводят Китай,
где торнадо случаются, несмотря на наличие природных “стен”, горных
цепей, идущих с востока на запад. Однако, парирует Тао, в 2013 году в
Китае было всего три торнадо, тогда как в США – 811.
Усмирить шторм
Кроме торнадо, людям хотелось бы научиться
усмирять ураганы и штормы. В начале 2000-х ученые решили проверить такой
способ: с самолета внутрь урагана сбрасывали несколько тысяч
килограммов влагопоглощающего полимера, чтобы тот “впитал” в себя шторм.
Но это не сработало.
Ветряки против шторма?
Другие исследователи предложили разливать по
поверхности океана нетоксичные масла, чтобы предотвратить формирование
волн, перерастающих в шторм.
В этом году американские ученые высказали
мнение, что установленные недалеко от берега ветрогенераторы
(электростанции, использующие энергию ветра) с их огромными ветряками
могли бы уменьшить скорость ветра при шторме.
Джефф Тилли считает, что, по крайней мере, идея с
маслом имеет определенную ценность. “О ней снова вспомнили во время
разлива нефти после взрыва
на платформе Deepwater Horizon в 2010 году, – сказал он. –
Люди строили предположения, как разлив нефти отразится на тропических
циклонах. Но нефть растворилась в океане быстрее, чем ожидалось, поэтому
исследования так и не получили финансирования”.
С точки зрения Хью Уиллоби из Международного
университета Флориды, планы по укрощению ураганов – несбыточная мечта.
“Почти все варианты – чушь собачья”, — говорит он. Лишение
шторма мощи – трудная задача, энергия урагана куда больше, чем можно
себе представить. “Каждые 20 минут высвобождается объем тепла,
соответствующий взрыву ядерной бомбы в десять мегатонн”, – подчеркивает
он. Использование масла для пресечения бури также невозможно, поскольку
нельзя предсказать, в каком именно месте океана волнение действительно
перерастет в шторм.
Итак, сможем ли мы когда-нибудь научиться
управлять погодой? Некоторые считают, что люди уже давно и успешно
делают это. Другие полагают, что нам понадобятся десятилетия и
десятилетия, чтобы чего-то достичь.
BBC Future.