В большинстве случаев мы принимаем погоду такой, как она есть, и с помощью прогноза пытаемся, когда это возможно, использовать предоставляемые ею выгоды или, если это необходимо, защитить себя. Однако многие люди стремились изменить погоду. Они молились, пели, звонили в церковные колокола, плясали, швыряли в небеса камни и копья, стреляли из пушек и запускали в небо ракеты в попытках вызвать дождь, успокоить ветер или прекратить молнии. Эти действия не могли повлиять на погоду, однако они не были полностью бесполезными — они удовлетворяли потребность людей как-то действовать перед лицом бедствия и не позволяли им чувствовать себя совершенно беспомощными.
Фермеры до определенной степени преуспели в изменении параметров самого нижнего слоя атмосферы, в котором находится растительность. Они производят поливы в сухую погоду; сажают ряды деревьев для защиты от ветра; чтобы повысить температуру и защитить ягоды и цитрусовые во время заморозков, используют садовые нагреватели, вентиляторы и другие приспособления.
В некотором смысле мы все управляем погодой. Конкретно, мы создаем свою собственную атмосферу, работая и живя в обогреваемых или охлаждаемых зданиях. Пусть приходят снежные зимние метели или проливные летние дожди: в своих коконах с регулируемыми температурой и влажностью мы с комфортом отгородились от погоды. Более того, если нам не нравится погода в данном месте, мы можем переехать в другое.
Тепличное садоводство означает для томатов, огурцов и многих других фруктов, овощей и цветов то же самое, что проживание в жилищах с кондиционированием воздуха означает для людей. Убежище из стекла защищает растения от ветров и чрезмерных дождей и позволяет плавно регулировать окружающую их среду. Некоторые футурологи представляют себе совершенные города будущего подобным же образом защищенными огромными пластиковыми куполами, внутри которых качество воздуха можно поддерживать на любом заданном уровне. Когда-нибудь может это и будет, однако не в течение жизни нескольких ближайших поколений. Строительство таких городов связано с колоссальной сложности инженерными проблемами.
Идея строительства городов на Луне или на гигантских космических станциях также значительно опередила свое время. Интересно рассуждать о создании таких общин космического века и конструировать их, однако вряд ли они появятся в течение ближайших ста лет. Обеспечение жизнедеятельности нескольких десятков или сотен людей в находящемся на орбите спутнике будет безусловно вполне реальным делом, если будут истрачены необходимые для этого миллиарды долларов, однако мечтать о решении земных проблем народонаселения за счет ухода в космос — значит закрывать глаза на действительность. Земля — наш дом, и она останется им и для наших внуков и правнуков. И мы должны либо жить в этом доме с его естественной погодой, либо научиться управлять ею.
Научные предпосылки изменения погоды
Мы показали, как погода и климат в крупных городах преднамеренно меняются под воздействием хозяйственной деятельности человека. В течение нескольких последних десятилетий ученые, посвятившие себя изучению атмосферы, отдали много сил исследованию путей целенаправленного влияния на погоду, деятельности, которую часто называют «изменением погоды». В частности, проводились многочисленные исследования с целью рассеяния облаков, увеличения количества выпадающего дождя и снега, уменьшения интенсивности сильных бурь.
Основы для нынешних попыток изменения погоды были заложены в 30-х годах нашего столетия. Скандинавский метеоролог Тор Бержерон продолжил и углубил исследования немецкого ученого Альфреда Вегенера, который в 1911 г. сообщил, что, когда смесь ледяных кристаллов и водяных капелек находится при температурах ниже точки замерзания, то с испарением капелек ледяные кристаллы растут.
В середине 40-х годов Винсент Дж. Шефер, работавший в лаборатории фирмы «Дженерал электрик» в Скенектади, шт. Нью-Йорк, обнаружил, что если в переохлажденное облако бросить маленькие гранулы сухого льда (твердая двуокись углерода), то в нем образуются ледяные кристаллы. Этот процесс называется засевом облаков. Температура сухого льда составляет около -78°С, и, когда гранулы падают сквозь облако, они охлаждают воздух вокруг себя до температур ниже -40°С, а при таких температурах ледяные кристаллы могут образовываться и при отсутствии льдообразующих ядер. При температурах в облаке ниже 0°С ледяные кристаллы могут уцелеть и расти с испарением капелек переохлажденной воды. Бернард Воннегут, работавший (совместно с Шефером) в группе лауреата Нобелевской премии Ирвинга Ленгмюра, обнаружил, что дым, состоящий из мельчайших частиц йодистого серебра, способен образовывать огромное количество ледяных кристаллов при температурах ниже -5°С.
В результате многочисленных изысканий в разных странах были разработаны устройства и технология для засева переохлажденных облаков льдообразующими ядрами. Кроме того, проводились многочисленные исследования методов воздействия на так называемые теплые облака, т. е. облака с температурой выше 0°С.
Группа ученых из лаборатории фирмы «Дженерал электрик» показала, что если такие вещества, как сильно измельченные сухой лед или йодистое серебро, «засевались» в тонкий слой переохлажденных облаков, то в облаках образовывался разрыв. Засеваемое вещество вызывало образование ледяных частиц, которые вырастали настолько, что выпадали из облака в виде снежинок.
Было поставлено много экспериментов, чтобы определить, может ли засев облаков увеличивать или уменьшать количество выпадающего дождя, снега или града. Кроме того, как в Соединенных Штатах, так и во многих других странах на всех континентах, засев облаков широко применялся скорее в производственных, чем в исследовательских целях. Такие программы, как правило, выполнялись в надежде, что засев облаков сможет увеличить количество выпадающих осадков, необходимых для сельского хозяйства и получения дополнительной электроэнергии на гидроэлектростанциях, сможет облегчить последствия засухи или уменьшить ущерб, наносимый растительности градобитием. К сожалению, большинство этих программ выполнялось таким образом, что невозможно точно определить, были ли достигнуты с помощью засева облаков ожидаемые результаты.
Хотя и не вызывает сомнения, что переохлажденные облака могут быть превращены в ледяные кристаллы и рассеяны, прогресс в области разработки эффективной технологии изменения погоды происходит обескураживающе медленно.
Рассеивание туманов в аэропортах
Рассеивание туманов в аэропортах путем засева их льдообразующими ядрами является апробированной технологией, которая постоянно применяется в различных странах. Под словом технология мы здесь подразумеваем метод достижения предсказуемого, экономически выгодного результата. Методики засева могут быть улучшены, однако и те, которые применяются сейчас, являются эффективными в том смысле, что стоимость их применения ниже стоимости получаемых при этом выгод.
Туманы с температурой выше 0°С, которые являются наиболее распространенным видом туманов, могут быть испарены путем повышения температуры окружающего воздуха. Этот метод был применен в Англии во время второй мировой войны для того, чтобы обеспечить самолетам Королевских военно-воздушных сил возможность приземления после возвращения с заданий. Пятнадцать аэродромов были оборудованы системами для теплового рассеивания туманов FIDO. Каждая система состояла из ряда направленных вдоль взлетно-посадочной полосы перфорированных трубок, в которых горело подаваемое под давлением авиационное горючее. С ноября 1943 г. до конца войны с помощью FIDO приземлились свыше 2500 самолетов с 10 000 членов экипажа на борту. После войны в Соединенных Штатах проводились широкие испытания этой системы. По заключению Б. А. Силвермана и А. И. Вайнштейна, опубликованному в 1953 г., «эффективная система слишком дорога, чтобы можно было оправдать ее постоянное использование для гражданской авиации». Однако с конца 50-х годов в Соединенных Штатах и Франции проявился серьезный интерес к использованию нагретого воздуха для рассеивания туманов над аэропортами. В 1970 г. в аэропорту Орли в Париже была установлена более сложная система для теплового рассеивания туманов, названная «Турбоклэр». Струи горячего воздуха от реактивных двигателей, помещенных в подземные камеры вдоль взлетно-посадочной полосы, испаряют туман. Это позволяет осуществлять взлеты и посадки самолетов, которые в противном случае были бы невозможны. Однако авиационные власти в других странах до сих пор не убеждены в окупаемости установки такой системы.
Увеличение количества выпадающих дождя и снега
Большая часть программ по засеву облаков во всем мире проводилась с целью увеличения количества выпадающих дождя и снега. Есть основания предполагать, что засев облаков при некоторых обстоятельствах может вызвать увеличение количества выпадающих осадков на 10-30%. Основания для оптимизма дали проводившиеся зимой эксперименты в горах Колорадо, в Израиле и в Тасмании. Однако большое число программ закончилось с отрицательными либо неубедительными результатами. По мнению многих специалистов, до сих пор не было убедительно показано, что количество выпадающих дождя и снега может быть увеличено в достаточной мере, по крайней мере на 10%, чтобы это имело существенное значение для сельского хозяйства и для выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях.
Неопределенности при определении эффективности засева облаков происходят от невозможности из-за изменчивой природы осадков достаточно точно предвидеть, сколько выпало бы дождя при отсутствии засева. Очень трудно выявить 10%-ное изменение количества выпадающих осадков, поскольку обычные природные колебания значительно превышают эту величину. Чем лучше будет изучен процесс образования осадков, тем больше информации мы сможем получать от проводящихся экспериментов и программ.
Борьба с градом
Те же самые оговорки о воздействии засева облаков на выпадение дождя и снега в еще большей степени применимы и при решении вопроса о том, может или нет засев облаков уменьшить количество и интенсивность выпадающего града. Предполагается, что засев льдообразующими ядрами приводит к образованию очень маленьких, тающих во время падения градинок в тех случаях, когда вместо этого могло образовываться меньшее число более крупных градин, наносящих ущерб растительности.
В течение более чем 15 лет метеорологи в Советском Союзе считают, что засев льдообразующими ядрами облаков, в которых град может образовываться естественным путем, на 60-90% уменьшает ущерб, наносимый градобитием зерновым и другим культурам. Советские ученые разработали уникальные методы засева облаков — инжекцию льдообразующих ядер в крупные конвективные облака с помощью ракет и артиллерийских снарядов.
В Соединенных Штатах ущерб, наносимый градобитием фруктам, овощам и зерновым культурам, превышает 700 миллионов долларов в год, поэтому весьма приветствовалось бы применение эффективных методов борьбы с градом. Однако американские специалисты сомневаются в правильности утверждений советских коллег. Национальный центр по атмосферным исследованиям во время проводившегося в 1972-1974 гг. в шт. Колорадо эксперимента пробовал использовать советскую методику засева облаков, однако предотвращение града доказано не было. К сожалению, однако, не удалось точно воспроизвести применяющуюся для этого в СССР технику.
С 1976 по 1981 г. в Швейцарии проводился совместный франко-итало-швейцарский эксперимент, в ходе которого проверялась советская методика засева облаков с помощью ракет. В опубликованном в 1982 г. отчете было сказано, что полученные результаты не подтвердили выводы советских ученых. Большинство экспертов за пределами Советского Союза считает, что существующая техника, предназначенная для борьбы с градом, неэффективна. Засев облаков с этой целью представляет собой еще более рискованное предприятие, чем с целью увеличения количества выпадающих осадков. В некоторых случаях засев облаков может уменьшить количество осадков или увеличить количество града. Согласно теории, образование в переохлажденном облаке слишком большого числа ледяных кристаллов (явление, называемое перезасевом) задерживает выпадение осадков. В некоторых случаях засев грозового облака льдообразующими ядрами может инициировать процесс образования града и увеличить его количество. Получение таких результатов необязательно, однако существует отличная от нуля вероятность, что при некоторых обстоятельствах засев облаков может усугубить выпадение слишком малого количества осадков или слишком большого количества града, задачу, которую он должен был разрешить.
На вопросы о влиянии засева на районы, расположенные с подветренной стороны от так называемого полигона, пока еще нельзя дать удовлетворительного ответа. Некоторые считают, что увеличение количества осадков в одном районе должно повлечь за собой уменьшение их где-либо еще, однако дело обстоит не так просто. Если засев облаков вообще и оказывает влияние на выпадение осадков, то делает это на большой площади. Есть некоторые предположения относительно увеличения и уменьшения количества выпадающих осадков в районах, расположенных с подветренной стороны от районов воздействия, в которых осуществлялся засев облаков. К сожалению, получаемые результаты трудно интерпретировать, и вокруг этого вопроса зачастую ведутся споры.
Ослабление ураганов
В соответствии с теорией, засев облаков в урагане большим количеством льдообразующих ядер должен привести к изменению атмосферного давления в некоторых областях урагана и к уменьшению максимальных скоростей ветра. Если это произойдет, то будут уменьшены размеры нагоняемых штормом волн и высота вала океанской воды, обрушивавшегося на побережье. Следствием этого будет уменьшение вызываемого штормом ущерба и сокращение числа повреждений и жертв. Эту гипотезу подтверждают результаты двух экспериментов по засеву ураганов, которые проводились в августе 1969 г., однако для окончательных утверждений экспериментов проводилось явно недостаточно.
До того как засеивать ураганы, достигающие густонаселенных районов, необходимо лучше изучить возможные последствия. Существуют опасения, что засев может оказывать влияние на траекторию урагана. Такое сопровождающее засев изменение траектории может восприниматься как вызванное засевом и приводить к судебным процессам. Необходимо провести большое число экспериментов в открытом океане.
К сожалению, очень мало ураганов образуется в районах, доступных для авиации с засеивающей аппаратурой, и в то же время вдали от населенных районов. Предложения о проведении экспериментов в западной части Тихого океана были отвергнуты японским правительством.
Таким образом, маловероятно, что в ближайшем будущем появится эффективная технология для ослабления ураганов.
Социальные аспекты изменения погоды
Люди, намеревающиеся заниматься изменением погоды, должны быть готовы к тому, чтобы иметь дело со своими соседями и, возможно, с судом. Если какой-либо фермер занимался засевом облаков, и на его землю выпало больше дождя, то вызвал ли он его выпадение, «украл» ли он дождь, который мог выпасть где-нибудь дальше по направлению ветра? Если другой фермер засевает облака в попытке уменьшить ущерб от выпадения града, то не уменьшает ли он тем самым количество выпадающего дождя? Если проект по борьбе с градом финансируется группой людей, занимающихся выращиванием овощей и фруктов, то как будут реагировать на него скотоводы в том случае, если осадков выпадает меньше нормы?
Вопросы, подобные этим, вызвали раздражение, привели к судебным процессам, породили законы, которые фактически запретили засев облаков в шт. Пенсильвания. В большинстве случаев суды столкнулись с непреодолимыми трудностями при разделении фактов и мнений. До тех пор пока влияние засева облаков на дождь, град и другие элементы погоды не будет изучено лучше, будет очень трудно выносить решения по вопросам права собственности на дождевую воду или ущерба, сопровождающего засев облаков.
В соответствии с федеральным законом лица, привлекаемые к выполнению программ по изменению погоды, должны представить в Национальное управление по исследованию океанов и атмосферы сведения о том, где и когда производили засев облаков, а также, какова была поставленная задача (т. е. рассеивание тумана, увеличение количества осадков, борьба с градом или что-либо другое). Более чем в 30 штатах приняты законы, которые тем или иным образом осуществляют контроль над деятельностью по изменению погоды. Большинство занятых в этих программах ученых и инженеров считает, что до тех пор пока в этой области не будет накоплено больше знаний, преждевременно издавать федеральные законы, регулирующие выдачу патентов на право проведения засева облаков или выдачу разрешения на проведение конкретных программ.
Некоторые лица, занимающиеся засевом облаков или изменением погоды каким-либо другим способом, делают фантастические заявления о своем умении вызывать увеличение количества выпадающих дождя или снега. Для подтверждения этого наиболее часто используются вырезки газетных сообщений «в последнюю минуту» или даже цитаты из «Известий конгресса». Они не являются заслуживающими доверия свидетельствами честности данного лица или его способности управлять погодой. Такая информация может быть получена из расположенного в Бостоне Американского метеорологического общества или из Общества активного воздействия на погоду, расположенного в г. Фресно, шт. Калифорния.