Искусственные облака: можно ли управлять дождём и охлаждать планету

Искусственные облака часто представляют как технологию, способную вызвать дождь в любом месте. В действительности человек пока не умеет по команде создавать полноценные дождевые облака в ясном небе. Современные методы позволяют лишь воздействовать на уже существующую облачность или получать небольшие скопления капель в контролируемых условиях.

Самой известной технологией остаётся засев облаков. Самолёты, наземные установки или специальные устройства вводят в подходящее облако микроскопические частицы, способные повлиять на образование капель и кристаллов льда.

Отдельное направление связано с осветлением морских облаков. Исследователи изучают возможность сделать их более отражающими, чтобы часть солнечного света не достигала поверхности Земли. Эта идея пока остаётся экспериментальной и вызывает множество научных, экологических и политических вопросов.

Облако состоит из мельчайших частиц воды

Видимое облако образуется, когда водяной пар охлаждается и превращается в огромное количество микроскопических капель или кристаллов льда.

Для конденсации водяному пару обычно необходимы мельчайшие частицы, находящиеся в воздухе. Ими могут быть морская соль, пыль, дым, продукты лесных пожаров и другие аэрозоли.

Отдельные капли настолько малы, что воздушные потоки удерживают их в атмосфере. Для возникновения дождя или снега частицы должны вырасти и стать достаточно тяжёлыми, чтобы начать падать.

Рост происходит не в каждом облаке. Значение имеют температура, количество влаги, движение воздуха, размеры частиц и продолжительность существования облачной системы.

Засев не создаёт облако из ничего

При засеве в облачность добавляют вещества, которые должны помочь каплям или кристаллам увеличиться. Метод не производит необходимую влагу и не заменяет естественные атмосферные процессы.

Если в воздухе недостаточно водяного пара или облака отсутствуют, распыление частиц не вызовет полноценный дождь. Нельзя отправить самолёт в совершенно ясное небо и гарантированно получить осадки.

Даже внешне подходящее облако может не отреагировать ожидаемым образом. Оно постоянно меняется, перемещается и взаимодействует с окружающим воздухом.

Поэтому метеорологи сначала изучают температуру, влажность, ветер и внутреннее строение облачности. Только после этого принимается решение о возможном воздействии.

Для холодных облаков используют йодид серебра

В переохлаждённом облаке могут находиться жидкие капли с температурой ниже нуля. Они ещё не превратились в лёд, поскольку не встретили подходящую поверхность для кристаллизации.

Для воздействия на такие облака нередко применяют частицы йодида серебра. Структура этого вещества позволяет ему выступать в роли ядра, возле которого образуется кристалл льда.

Кристалл увеличивается за счёт окружающей влаги. Если он становится достаточно тяжёлым, то начинает падать. В зависимости от температуры нижних слоёв атмосферы до земли может дойти снег или дождь.

В некоторых случаях используются частицы сухого льда. Они резко охлаждают окружающий воздух и способствуют появлению ледяных кристаллов.

Тёплым облакам нужны другие частицы

В регионах с тёплой облачностью процесс образования осадков происходит иначе. Здесь обычно применяют гигроскопические вещества, притягивающие воду.

Мелкие частицы солей попадают внутрь облака и становятся центрами образования капель. Предполагается, что капли быстрее растут, сталкиваются и объединяются.

Когда их масса становится достаточно большой, восходящие потоки уже не могут удерживать воду. Начинаются осадки.

Результат зависит от количества и размеров внесённых частиц. Слишком большое число мелких ядер не обязательно улучшит ситуацию: доступная вода может распределиться между множеством крошечных капель, которые не успеют вырасти.

Вещества доставляют самолёты и наземные установки

Один из способов засева предусматривает использование самолёта. Он проходит возле нужной части облака и выпускает реагент из специальных устройств.

Иногда частицы доставляются восходящими потоками от наземных генераторов. Установки размещают в местах, где ветер может перенести вещество к облакам над горной территорией.

Существуют также эксперименты с беспилотными аппаратами. Они могут выполнять полёты без риска для экипажа и точнее следовать заданному маршруту.

Выбор способа зависит от рельефа, высоты облачности, погодных условий и задач проекта. Во всех случаях требуется точный прогноз направления ветра: иначе реагент не попадёт в нужную область.

Результат трудно отделить от естественного дождя

Главная научная проблема заключается в том, что невозможно дважды проверить одно и то же облако — сначала без воздействия, а затем с ним.

После засева может пойти дождь, но облако, возможно, дало бы осадки самостоятельно. Если дождя не произошло, это также не всегда доказывает полную бесполезность воздействия: условия внутри облака могли быстро измениться.

Для оценки эффективности исследователи проводят длительные эксперименты. Похожие облачные системы случайным образом разделяют на обработанные и контрольные, после чего сравнивают количество осадков.

Используются метеорологические радары, спутники, датчики в самолётах и наземные измерительные станции. Но природная изменчивость остаётся настолько большой, что для достоверного результата требуется значительное количество наблюдений.

Дополнительный дождь нельзя гарантировать

В отдельных экспериментах было зафиксировано увеличение осадков при благоприятных условиях. Это не означает, что технология всегда даёт одинаковый результат.

Эффективность зависит от типа облака, его температуры, запаса влаги и движения воздуха. Метод, показавший результат в горном районе зимой, может оказаться неподходящим для жаркой равнины.

Нельзя точно назначить время начала дождя, его продолжительность и место выпадения каждой капли. Засев способен лишь изменить вероятность и особенности естественного процесса.

Поэтому правильнее говорить об усилении осадков в отдельных подходящих облаках, а не о полном управлении погодой.

Туман тоже можно создавать искусственно

Небольшое искусственное облако получить значительно проще, чем дождевую систему в атмосфере.

В театрах, парках и на концертных площадках применяют генераторы тумана. Они превращают специальную жидкость или воду в мельчайшие капли, которые рассеиваются возле поверхности.

Промышленные системы распыляют воду под высоким давлением. Они используются для охлаждения открытых площадок, поддержания влажности в теплицах и уменьшения количества пыли.

Такие скопления капель действительно напоминают облако, но имеют небольшой размер и быстро исчезают. Они не способны превратиться в мощную грозовую систему.

Некоторые облака возникают из-за деятельности человека

Самолёты иногда оставляют в небе белые полосы — конденсационные следы. В холодном и влажном воздухе водяной пар из выхлопа превращается в кристаллы льда.

Короткий след может быстро раствориться. При подходящих атмосферных условиях он расширяется и превращается в тонкое перистое облако, способное сохраняться продолжительное время.

Облачность также может образовываться над промышленными предприятиями и градирнями электростанций, из которых выходит тёплый влажный воздух.

Такие облака называют антропогенными, поскольку их возникновение связано с деятельностью человека. Однако они не создаются для получения дождя и не являются примером точного управления погодой.

Морские облака предлагают сделать светлее

Низкие облака над океаном отражают часть солнечного излучения обратно в космос. Чем больше в них мелких капель, тем ярче они могут выглядеть и тем больше света отражать.

Концепция осветления морских облаков предполагает распыление очень мелких частиц морской соли. Они должны стать дополнительными ядрами конденсации и изменить свойства капель.

Для распыления предлагают использовать суда с высокими башнями или другими специальными установками. Морская вода в такой системе становится источником солевых частиц.

Цель состоит не в вызове дождя, а во временном уменьшении нагрева определённой области. Теоретически это может влиять на температуру поверхности океана.

Осветление облаков не удаляет углекислый газ

Даже если морские облака удастся сделать более отражающими, технология не устранит основную причину современного изменения климата.

Углекислый газ продолжит накапливаться в атмосфере. Сохранится и закисление океана, возникающее при поглощении части этого газа морской водой.

Осветление способно воздействовать только на количество солнечной энергии, достигающей поверхности. Оно не заменяет сокращение выбросов и переход к более чистым источникам энергии.

Если крупномасштабное воздействие однажды начать, а затем резко остановить, температура может быстро приблизиться к уровню, определяемому накопившимися парниковыми газами. Экосистемам и обществу было бы трудно приспособиться к такому резкому изменению.

Последствия для погоды остаются неопределёнными

Облака участвуют в глобальном переносе тепла и влаги. Изменение их свойств в одном регионе теоретически может повлиять на осадки и циркуляцию воздуха в другом.

Компьютерные модели дают разные результаты, поскольку взаимодействие аэрозолей, капель и воздушных потоков происходит на очень малых масштабах. Полностью воспроизвести эти процессы в глобальной климатической модели сложно.

Дополнительные частицы могут сделать облако ярче, изменить продолжительность его существования или повлиять на образование осадков. Реакция зависит от исходного состояния атмосферы.

Поэтому небольшие исследовательские эксперименты нельзя автоматически считать доказательством безопасности воздействия на огромную территорию.

Воздействие на погоду затрагивает соседние регионы

Атмосфера не признаёт государственных границ. Облако, обработанное над одной территорией, может переместиться в соседний регион.

Это создаёт юридические и этические вопросы. Необходимо определить, кто принимает решение о воздействии, кто контролирует процесс и кто отвечает за возможные последствия.

Особенно сложным может стать крупномасштабное изменение отражательной способности облаков. Теоретическая польза для одного региона способна сопровождаться нежелательными изменениями погоды в другом.

Для подобных технологий требуются прозрачные исследования, международное сотрудничество и независимый контроль.

Засев не способен остановить опасный шторм

В прошлом предпринимались попытки ослаблять ураганы и уменьшать размер града при помощи воздействия на облака. Убедительных доказательств возможности управлять мощными штормовыми системами пока недостаточно.

Энергия крупного урагана несравнимо больше возможностей самолётов и наземных установок. Распыление ограниченного количества реагента не позволяет просто выключить циклон или изменить его направление по желанию.

Также не существует доказанного метода предотвращения торнадо и молний с помощью обычного засева облаков.

Заявления о полном управлении опасной погодой следует отличать от реальных исследований микрофизических процессов внутри отдельных облаков.

Экологические последствия требуют наблюдения

Йодид серебра применяется в небольших количествах, однако каждый проект должен учитывать возможное накопление вещества в воде и почве.

Исследователи берут образцы осадков, контролируют концентрацию реагентов и оценивают влияние на окружающую среду. Особенно важен такой мониторинг при регулярном проведении операций в одном районе.

При осветлении морских облаков планируется использовать морскую соль, но природное происхождение вещества ещё не гарантирует отсутствия последствий. Значение имеют размеры частиц, количество, место распыления и продолжительность воздействия.

Любое вмешательство в атмосферу необходимо оценивать не только по предполагаемой пользе, но и по возможным побочным эффектам.

Прогнозирование важнее самого распыления

Успех засева зависит от способности выбрать подходящий момент. Для этого метеорологи используют радары, спутниковые наблюдения, самолёты и численные модели атмосферы.

Алгоритмы помогают анализировать большие объёмы данных и определять участки, где облако содержит достаточно влаги и имеет подходящую температуру.

Но искусственный интеллект не отменяет физические ограничения. Если необходимых условий нет, даже самый точный алгоритм не сможет создать дождевое облако из сухого воздуха.

Современные вычисления делают воздействие более точным, но не превращают его в гарантированную систему управления погодой.

Это помощь природе, а не переключатель дождя

Искусственные облака объединяют несколько совершенно разных явлений: небольшие облака из водяного тумана, антропогенные следы в атмосфере, засев естественной облачности и экспериментальное осветление морских облаков.

Из этих направлений наиболее давно применяется засев облаков. Но даже он работает только при подходящей погоде и не позволяет точно заказать необходимое количество осадков.

Крупномасштабное изменение облачности ради охлаждения климата остаётся предметом исследований. Его возможные последствия недостаточно изучены, а решения потребуют международного согласования.

Человек научился воздействовать на отдельные процессы внутри облака, но до полного управления небом ещё очень далеко.