Управление погодой и климатом
Желание человека управлять погодой появилось еще в древние времена. Но ни ритуальные пляски, ни заклинания не давали должного эффекта. С тех пор утекло много воды. Человек покорил природу, превратил ее в свою мастерскую. Мы используем нашу планету и ее ресурсы по собственному усмотрению. А что с погодой и климатом? Насколько подвластны они нам сегодня?
Что такое погода и что такое климат
Для начала немного проясним, что такое погода и климат и чем они отличаются друг от друга. Фактически мы живем на дне воздушного океана, который называется атмосферой. Это гигантский океан, обладающий ни с чем не сравнимой энергией. Масса атмосферы Земли составляет 5,1–5,3·1018 килограммов, или иначе 5,1–5,3 квинтиллионов килограммов (один квинтиллион – это, проще говоря, миллиард миллиардов). Благодаря гравитации Земли атмосфера не только удерживается около планеты, но и вращается вместе с ней как единое целое.
Термин «погода» относится к состоянию атмосферы в конкретный момент. Погодные явления, такие как дождь, снег, туман и так далее, происходят в нижней части атмосферы – начиная от поверхности Земли и до высоты примерно 11 километров (так называемой тропосферы), и частично в следующем более высоком слое – стратосфере, до 50 километров над уровнем моря. Кстати, именно в тропосфере, нижнем слое земной атмосферы, содержится более 80 % всей массы воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара.
Погода, как состояние атмосферы в текущий момент и в конкретном месте, имеет целый ряд значимых характеристик. Значимых как с точки зрения комфорта человека, так и для сельского хозяйства или ведения военных действий. Эти характеристики, называемые также метеорологическими элементами, включают в себя температуру и влажность воздуха, величину атмосферного давления, направление и силу ветра, наличие атмосферных осадков, атмосферные явления (туманы, метели, грозы), дальность видимости и так далее. И, что важно понимать, как для прогнозирования погоды, так и для управления ею, все они взаимосвязаны между собой.
В целом, погода в той или иной местности меняется в рамках определенных параметров, которые установлены в результате многолетних наблюдений. Среднее состояние атмосферы за длительный период времени в конкретной местности называется климатом. По сути, климат – это многолетний режим погоды.
Способы управления погодой
Основная технология коррекции погоды заключается в активном воздействии на облака. Самый известный способ заключается в их «засеве» химическими реагентами. Благодаря этому можно заставить облако пролиться дождем или рассеяться. В том числе можно вызвать дождь там, где ему пролиться можно, чтобы он не пошел там, где ему идти точно нельзя.
Таким способом обеспечивается солнечная погода в Москве в дни праздничных мероприятий. А в Китае, например, перед церемонией открытия Олимпийских игр в 2008 году дожди прошли на подступах к Пекину. Во время церемонии над столицей Олимпиады не было ни облачка.
Собственно, надо сказать, что облака, а также такие атмосферные явления, как дождь, снег или град, возможны на нашей планете потому, что температурные условия нижних слоев атмосферы Земли позволяют воде пребывать во всех трех агрегатных состояниях – в газообразном, твердом и жидком. Воздействуя на облака с помощью реагентов, можно добиться перехода воды из одного состояния в другое.
Еще в середине прошлого века было установлено, что иодид серебра и иодида свинца способствуют появлению центров кристаллизации воды в облаках. При «посеве» реагентами (а сейчас применяют в зависимости от видов облаков также гранулы углекислоты, порошки цемента, талька или гипса) в облаках происходит преждевременная кристаллизация влаги, и в результате происходит выпадение осадков. Распыляются реагенты, как правило, с самолетов. Похожим образом ведется и борьба с градом.
Способ заключается в следующем. Градины образуются в облаках в результате замерзания влаги на ядрах кристаллизации. В отличие от дождя, такие кристаллы не успевают растаять на подлете к поверхности и выпадают в виде града. Если в облаке таких ядер кристаллизации мало, то образовавшиеся градины достигают больших размеров и тем самым способны причинить значительный ущерб сельскохозяйственным насаждениям, имуществу и даже людям.
Чтобы предотвратить рост градин в облаке, нужно увеличить количество центров кристаллизации. С использованием противоградовых ракет или специально оборудованных самолетов в облака вносят реагенты, которые выступают дополнительными центрами кристаллизации. Искусственные, привнесенные в облако ядра кристаллизации вступают в конкуренцию за влагу, содержащуюся в облаке, с естественными. В результате получается больше льдинок, которые имеют меньший размер. На пути к поверхности они растают и превратятся в капли дождя, либо выпадут в виде мелкой ледяной крупы, которая уже не будет представлять никакой опасности.
Аналогичным образом проводятся работы и по рассеиванию туманов. Практическую хозяйственную значимость это имеет в районах аэропортов, так как позволяет увеличить дальность видимости и обеспечивает взлет и посадку самолетов.
Вот тут бы и продолжить, но другие способы коррекции погоды широкого хозяйственного применения пока не нашли и остаются на стадии экспериментов. Но о некоторых интересных экспериментах сказать стоит.
Так, интересны опыты, в которых предполагается воздействие на облака с помощью лазеров. Такие эксперименты уже проводятся учеными по всему миру. По мнению экспертов, необходимую для выпадения осадков концентрацию водяных паров можно создать с помощью лазерного луча. Лабораторные тесты показывают, что лишенные электронов атомы образуют в воздухе положительно заряженные ядра кристаллизации. В результате практически так же, как и в случае с химическими реагентами, происходит рост ледяных или дождевых капель. Но если при использовании йодистого серебра или сухого льда требуется облако, то при использовании лазера можно обойтись и без него. Дождь, по заверениям ученых, можно будет вызвать на пустом месте, буквально взяв влагу из атмосферы. Одним из препятствий при использовании этого метода был эффект рассеивания лазерного луча в атмосфере. Но, по сообщениям СМИ, американским ученым удалось его преодолеть.
Не желают оставаться в стороне и ученые из Объединенных Арабских Эмиратов. Что неудивительно, ведь в жарких странах необходимость в дожде ощущается особенно остро. Во время одного из опытов по вызову дождя в пустыне разместили несколько гигантских ионизаторов. С их помощью в небо поднимаются отрицательно заряженные ионы. Они притягивают частицы пыли, а те собирают вокруг себя влагу из воздуха.
Проекты изменения климата
Управлять текущей погодой – это одно, а целенаправленно изменять климат на выбранной территории – это совсем другое. Повысить или, наоборот, уменьшить среднегодовую температуру, сбалансировать количество осадков или остановить ветра – заветная мечта многих энтузиастов. Вот только делать это мы пока не научились. Но проекты изменения климата есть, и достаточно интересные.
Если говорить о России, то особый интерес представляют проекты по изменению климата в дальневосточных регионах нашей страны. Депутаты городской думы Владивостока, например, не так давно предлагали изменить русло реки Амур. Это приведет к изменению движения морских течений в Японском море и Татарском проливе, а в результате – к улучшению климата на всем Дальнем Востоке. Однако идея повлиять на морские течения с целью изменения климата в Приморье не нова. В далеком 1894 году поступило предложение перекрыть плотиной Татарский пролив, отделяющий Сахалин от материка. Другая идея, появившаяся в советское время, наоборот, предлагала расширить пролив в самом узком его месте – проливе Невельского. Это позволило бы направить в Охотское море теплое Цусимское течение. Подобное внимание к Приморью неудивительно. Ведь Владивосток находится на той же широте, что и Сочи, но климат имеет совсем не южный. Да и тема подогрева территорий с помощью морских течений весьма заманчива.
Не стоит забывать, что климат Европы определяется во многом Гольфстримом – теплым течением в Атлантическом океане. Вот если бы такое течение было у нас на Дальнем Востоке, то Тихоокеанское побережье России от Владивостока до Магадана было бы очень удобным местом для проживания.
Авторы проектов уже представляют себе незамерзающие порты, цветущие сады и курорты в этом достаточно холодном краю. Такой климат способствовал бы притоку населения и освоению Дальнего Востока.
Но изменить климат можно не только меняя направление морских течений. Более глобальный план изменения естественных природных условий, результаты реализации которого должны были затронуть климат во многих регионах нашей страны, попытались реализовать в конце сороковых годов прошлого века. В историю он вошел как «Сталинский план преобразования природы». План, разработанный ведущими учеными страны, предусматривал два основных способа воздействия на природу: создание лесонасаждений и искусственных водоемов.
В степных и лесостепных районах страны, от Украины до Казахстана, предполагалось высадить восемь крупный лесополос, протяженность которых превышала бы 5300 километров, а общая площадь лесопосадок составила бы 112 000 гектаров. Лесополосы должны были защитить от суховеев – жарких юго-восточных ветров. Одновременно началось создание широкой сети оросительных систем. Созданы несколько тысяч прудов и водоемов. Для ускорения лесопосадок были разработаны лесохозяйственные машины для одновременной семиполосной посадки деревьев.
Если бы план удалось реализовать, то это привело бы к изменению климата на площади, равной территориям Франции, Великобритании, Италии, Бельгии и Нидерландов вместе взятых. Климат стал бы более приемлемым для сельского хозяйства. Урожай с сельскохозяйственных полей на этой территории мог бы обеспечить продовольствием половину жителей Земли. Но после 1953 года выполнение плана было свернуто.
Впрочем, лесопосадки не прекращаются и по сей день. Так называемые «киотские» леса закладываются на территориях Нижегородской, Ульяновской и Омской областей. По замыслу авторов Киотского протокола, высаженные леса не только поспособствуют улучшению климата на планете, но и позволят заработать странам, на которых они разводятся, за счет продажи квот на выброс в атмосферу парниковых газов.
Другим регионом Земли, где правительства остро заинтересованы в управляемом изменении климата, является Ближний Восток. Особенно нефтедобывающие страны Аравийского полуострова, у которых и деньги для впечатляющих и дорогостоящих проектов имеются. Объединенные Арабские Эмираты, для того чтобы изменить свой засушливый климат, решили возвести искусственную гору. 400 миллионов долларов выделили власти Эмиратов ученым из Национального центра метеорологии и сейсмологии и Национального центра атмосферных исследований (США). Предстоит определить общий размер искусственного сооружения, его высоту и пологость склонов, а также в каком районе страны лучше всего ее построить. Около горы будут формироваться дождевые облака, которые в дальнейшем можно будет разгонять по разным районам страны.
Кстати, по мнению ученых, для изменения климата в Приморье трогать течения не обязательно. Строительство горного хребта на севере Приморского края (если это когда-нибудь станет возможным) предотвратит проникновение в регион холодного воздуха. В результате чего во Владивостоке зимой станет теплее. А вот строительство не хребтов и даже не гор, а стен, по мнению американских ученых, позволит снизить угрозу возникновения торнадо. Три стены высотой 300 метров каждая, построенные в разных частях Соединенных Штатов, позволили бы предотвратить торнадо, а вместе с ними и многомиллиардные убытки, которые те приносят.