Серебро, тепловые пушки и бактерии. Как управлять погодой, чтобы спасти мир от засухи

В 2022 году по миру прокатилась волна небывалой засухи. Многие страны, в том числе в Европе, потеряли огромные объемы урожая. Эксперты Еврокомиссии назвали засуху нынешнего года худшей за 500 лет. Из-за обмеления рек в Китае нарушилось судоходство, а выработка энергии на гидроэлектростанциях снизилась на 40%. Пострадали также США, Пакистан и Таиланд.

Ответом на климатическую атаку может стать технология управления осадками. Хотя даже предсказание погоды пока не удается полностью поставить под контроль, технологии "вызова дождя" существуют уже больше полувека. И сегодня их развивают все больше стран — в том числе и Россия.

Пугающая фантастика и безобидная реальность

В романе "Колыбель для кошки" Курт Воннегут описал гипотетическое вещество — лед-девять. В отличие от обычного льда, он тает при температуре 45,8 градуса. А при контакте с водой превращает ее в тот же лед-девять. Таким образом, попав в открытый водоем, лед-девять мог просочиться в океан и вызвать гибель всей жизни.

Эта идея посетила Воннегута не случайно. Его брат Бернард Воннегут был известным в США ученым-метеорологом и как раз экспериментировал с веществом, которое бы выполняло роль льда. Впрочем, гораздо более безобидным. Он был одним из первых, кто разработал метод управления погодой с помощью химических реагентов.

Чтобы пошел дождь, вода, скопившаяся в облаках, должна кристаллизоваться — превратиться в мелкую льдистую крупу. Это обычно происходит, когда температура в облаке падает ниже нуля. Но однажды во время экспедиции в Пуэрто-Рико в 1949 году Воннегут-ученый заметил, что обильные осадки могут возникать и в отсутствие снега или льда.

Он начал изучать, каким образом это происходит, ставить эксперименты — и пришел к выводу, что в облаке должны возникнуть центры кристаллизации — крохотные твердые частицы, на которые намерзает вода. После многочисленных опытов Воннегут обнаружил, что йодид серебра по кристаллической структуре напоминает лед и даже относительно небольшое его количество вызывает сильную конденсацию воды.

В 1947 году Воннегут триумфально распылил йодид серебра на вершине горы Вашингтон и вызвал целый шквал снега (дело было в январе) — и небывалый ажиотаж. С тех пор производство осадков стало промышленной технологией, а специалистов стали называть рейнмейкерами (буквально — "делателями дождя"). Некоторые штаты Америки пытались регулировать эту деятельность, породив дискуссию о собственности на облака — и конспирологические теории о самолетах, распыляющих одурманивающие вещества.

Воздушный флот против засухи и пожаров

Вызов искусственного дождя с помощью реагентов происходит так: в воздух поднимается авиаотряд и распыляет на большой высоте соединения серебра или другие вещества с похожим эффектом. Сегодня это делают и управляемые с земли дроны. Например, такую технологию в 2017 году начали применять в Иране и ОАЭ. По расчетам, применение дронов может повысить количество осадков на 15–20%, но пока это лишь экспериментальный метод, и говорить о его эффективности рано.

Применение реагентов обходится дорого — именно поэтому этот способ в сельском хозяйстве России применяется редко. Зато в странах с частыми засухами это может быть рентабельно. Так, самый масштабный в мире проект по созданию искусственных дождей реализует Китай. В предгорье Тибета действует система устройств, которые выпускают в воздух частички йодида серебра. По планам правительства, дополнительные 10 млрд т осадков должны поднять уровень воды в реках и оросить 1,6 млн кв. км посевных полей.

Кроме стимулирования сельского хозяйства, "дождевая бомбардировка" эффективна против больших лесных пожаров. С помощью вызова искусственных осадков можно вылить на горящий лес до 40 тыс. т воды, тогда как пожарные самолеты вмещают лишь одну тысячную этого объема. В 2018 году в России "Авиалесоохрана" вызвала дождь над 100 пожарами, распространившимися на площади 436 тыс. га. По данным Министерства природных ресурсов, количество выпавших осадков более чем на 40% превысило прогнозируемое.

В то же время у этой технологии есть изъяны. Нужно очень точно рассчитать место и время засева, а также дозу химикатов. Если переборщить, то из-за слишком активной кристаллизации образование осадков будет, наоборот, замедлено. При этом результаты могут очень сильно колебаться из-за физических свойств облаков. "Как не бывает двух совершенно одинаковых людей, так и не бывает облака, которое ничем не отличается от другого облака", — отмечает Роелоф Брюнтьес из Американского национального центра атмосферных исследований.

"Искусственный пожар" из пушки

Но, пожалуй, главная проблема в том, что технология засева не работает при безоблачном небе. А это значит, территории с засушливым климатом, где нехватка дождя ощущается сильнее всего — Таиланд, ОАЭ, Саудовская Аравия, — как раз и не будут получать такую необходимую влагу.

В качестве альтернативы ученые используют метеотроны — установки для создания мощных восходящих воздушных потоков. Этот способ основан на модели образования кучевых облаков. Они образуются под действием тепла, когда во время пожаров и извержений в небо поднимаются теплые массы.

Например, во время Второй мировой войны американская авиация разбомбила город Гамбург и сбросила туда более 2 тыс. бомб. Весь Гамбург горел, и конвекция горячего воздуха над пожаром привела к развитию мощного ливневого облака, затушившего пожар. Сегодня этот эффект используют целенаправленно в более мирных целях.

Попытки применять такой подход начались еще в 1980-е годы. Тогда ученые добивались нужного эффекта за счет сжигания большого количества нефтепродуктов. Но финансирование остановили из-за сложной экономической ситуации в СССР. К тому же выброс газов сильно загрязнял атмосферу. Сейчас ученые вернулись к забытой идее.

"Чтобы метод сработал, струя должна подняться до нижней границы конвективного облака, т.е. на высоту примерно 3–4 км от земли, — объясняет профессор кафедры общей и теоретической физики СКФУ, специалист в области физики облаков и атмосферы Роберт Закинян. — Чтобы струя достигла нижнего края облака, нужно задать ей скорость от 25 до 100 метров в секунду. В противном случае она рассеется в воздухе. Обеспечить такую скорость могут турбореактивные двигатели, как на самолетах".

Однако настолько мощные установки будут потреблять много энергии. Решить эту проблему Закинян и его команда планируют за счет добавки реагента непосредственно в струю метеотрона. В химический состав реагента входят хлориды натрия и кальция, а также карбамид, которые увеличивают энергию и скорость восходящего потока воздуха. Пока эксперименты продолжаются.

Охлаждать облака помогут бактерии

Засеивать облака можно не только химическими веществами. В кубическом метре обычного дождевого облака живут от 300 до 30 тыс. микробов. В том числе — Pseudomonas Syringae. Эта бактерия умеет превращать воду в лед даже при относительно высоких температурах. Ее открыли больше ста лет назад, когда обнаружили необычные признаки обморожения у больных растений. Оказалось, что "ледяные" микробы живут в воздухе, а переносятся со снегом и дождем. Но главное — их легко вырастить в лаборатории.

Pseudomonas Syringae вырабатывает особый белок IN (расшифровывается как ice nucleation, в переводе — "льдообразование"), который располагается на ее поверхности в форме решетки. Молекулы воды, попадая на нее, выстраиваются в сетку и из-за такого жесткого позиционирования начинают формировать кристаллы. Это замерзшее ядро притягивает к себе все больше воды и в результате становится крупнее и тяжелее. В итоге такая массивная структура уже не может оставаться в воздухе и падает на землю в виде дождевых капель.

В теории такой метод может вызывать дождь даже в засуху. "Если внедрить в облако эти бактерии, то они начнут процесс заморозки, что повлечет за собой дождь, — подтверждает биолог Брент Крайстнер из университета Флориды. — Остается только вопрос, много ли их в облаках, чтобы оказывать значительное влияние на осадки".

С помощью метеозондов и самолетов ученые берут пробы, чтобы понять, как ведет себя Pseudomonas Syringae при переносе в облаках. При этом остается вопрос, насколько такая "эксплуатация" бактерии будет безопасна для сельскохозяйственных растений, которые и предстоит орошать с ее помощью. Не стоит забывать, что в дикой природе она вызывает болезнь.

Большинство способов управления погодой сегодня могут решить лишь локальные проблемы. Воздушные массы все еще слишком непредсказуемы для того, чтобы научиться эффективно ими управлять. Но частота засух и пожаров может увеличить финансирование разработок. А значит, рейнмейкеры будут востребованы.