«Можем получать дождь, если есть подходящие облака»

— Вы исследуете физику облаков, в том числе изучаете воздействие на них, чтобы получать осадки. Какое применение у вашей работы?

— Получение осадков из облаков актуально не только у нас, но и во всем мире. Вызванные искусственным путем осадки могут помочь бороться с засухами, пополнять водохранилища, тушить лесные пожары. Сюда же относятся работы по разгону облаков. В Москве этим занимается одно из подразделений Росгидромета. Они используют наши наработки и предотвращают дождь над Красной площадью, «выливают» воду из облаков на окраине Москвы.

А мы занимаемся разработкой методов, приборов, средств воздействия и самих реагентов. Например, мы разработали специальный гигроскопический реагент для получения дополнительных осадков из облаков.

— А из чего вообще делают такие реагенты и чем ваша разработка от них отличается?

— Раньше и за рубежом, и у нас применялись пиротехнические составы, которые дают дым из гигроскопических частиц. Эффект воздействия на облако есть, но небольшой. Недостаток пиросостава в том, что он выдает очень мелкие пирочастицы. Так вот на частицах пиросостава капельки образуются очень мелкие — они слабо помогают образованию капель в дождевом облаке.

Мы разработали более совершенный реагент. Он не требует поджига, это не пиросостав, а специальный солевой порошок. Самое главное, что в нашем составе есть частицы соли разного размера и есть определенная пропорция этого распределения: в нашем соляном порошке есть и крупные соляные частицы, и мелкие. Такая микроструктура соляного порошка позволяет оказывать на облако более эффективное воздействие.

В любой пиросостав добавляют гигроскопические вещества — хлорид калия, хлорид натрия, или обычную поваренную соль. Соль очень быстро накапливает на себя влагу. На пиротехническом составе вырастают мелкие капли, а на нашем более крупные — в этом и есть выгодное отличие нашей разработки.

Частички гигроскопического вещества вносятся в основание облака. Если облако начинается на высоте 1 км и распространяется до 5-6 км, то нужно эти солевые частички вводить в основание облака, потому что... как образуется облако? Образуются воздушные потоки, которые всасывают влагу из воздуха. И вместе с этими воздушными потоками соляные частички вносятся в облако и поднимаются вверх. За это время они растут. Капли, которые выросли на солевых частицах, более крупные, чем те, которые выросли в облаке без них. Таким образом, с реагентом дождевые капли образуются раньше. На определенном этапе воздушный поток останавливается и капли падают вниз. Пока они летят вверх, это еще не дождевые капли, а когда они падают вниз, они по дороге захватывают другие капли — это называется процесс коагуляции. Воздействие гигроскопическими частицами стимулирует коагуляцию, то есть процессы коагуляции начинаются раньше, чем в обычном облаке. За счет этого капли более крупные и начинают расти раньше, пока облако еще развивается. Поэтому количество дождевых капель увеличивается.

— А как реагент вводят в облако?

— Пиросоставы обычно вносят самолетным методом: на крыле подвешивают специальные шашки или батареи. Самолет летит под облаком, включается поджиг, шашки горят, и дым поднимается в облако.

Для введения солевого порошка в облако мы разработали два способа и оба уже опробовали — это введение с помощью ракет и с самолета. Для самолета есть специальная установка с распылением. А ракетный метод такой. Есть противоградовая служба России, они используют ракеты для воздействия на градовые облака. Нам пришлось сделать другие ракеты, но установки для их запуска мы использовали их. В ракету помещается около 2 кг порошка, она выстреливает, подлетает под облако, ее разрывает взрывом, и вещество всасывается в облако.

— Вы сказали про противоградовую службу. Никогда о ней не слышала. Как она работает?

— Давайте сначала разберемся, почему возникает град. Чтобы пошел дождь, нужно, чтобы образовалась капелька, а образуется она на гигроскопических частицах. Таких частиц в атмосфере полно — это пыль, аэрозоль и так далее. Капельки образовались, потом образовался дождь.

Если облако сильно вырастает вверх, а оно может достигать 12 км, то на высоте уже около 5 км будет от -6 до -10 градусов. Обычно вода замерзает при нуле градусов. Но из-за того, что капелька круглая, за счет поверхностного натяжения воды капля при нуле градусов не замерзнет. И в виде переохлажденной воды она может существовать только до -32 градусов. Достигнув -32 градусов, капля уже в любом случае замерзнет — происходит гомогенная кристаллизация. А при более высоких температурах она так и остается каплей. Чтобы капелька в атмосфере замерзла при меньших температурах, предположим при -5 или -6, нужно ядро кристаллизации. Но таких ядер кристаллизации в атмосфере нет в принципе. Градовые облака, которые образуются в атмосфере, появляются именно при -32 градуса и ниже. Очень малое число кристалликов может образоваться при -29, но при -32 замерзнут все. В естественных условиях ледяных частиц в облаке очень мало. Образовавшись при температуре около -32, они опускаются в облако и начинают притягивать к себе влагу, причем влага оседает на лед намного быстрее, чем на жидкую каплю. Сталкиваясь с мелкими, переохлажденными каплями, они нарастают, и образуются градины. Градина — это конгломерат на одном ядре, на которое намерзли другие переохлажденные капли. Когда градина падает в теплую часть облака, она захватывает теплые капельки и растет дальше. И образуются очень большие ледяные частицы. Они большие, потому что их мало.

Борьба с градом основывается на внесении как можно большего числа ядер кристаллизации, чтобы градин было много, но маленьких. Если они маленькие, вылетев из облака, они могут растаять и выпасть на землю дождем. Но даже если не растают, ущерб от такого мелкого града будет минимальный.

— Какие вещества могут быть ядрами кристаллизации?

— Есть такое вещество — йодистое серебро, его кристаллическая структура подобна структуре льда. Оно может служить ядрами кристаллизации. Его вносят в облако для предотвращения выпадения града. На этом и основана противоградовая служба России. Она существует уже 50 лет. Ущерб от града особенно в южных, сельскохозяйственных регионах — в Ставропольском и Краснодарском краях, на Северном Кавказе, может быть колоссальный. Там ведь виноградники, посевы.

— Если вернуться к Вашей работе и к получению осадков, например, для орошения полей, то какие облака для этого подходят?

— Конвективные, или кучево-дождевые, облака толщиной три километра и больше. Это облака, из которых выпадают дожди. Есть очень мощные облака, толщиной более шести километров, из которых почти вся влага выпадает осадками — дождем или градом. На них воздействуют разве что для предотвращения града, а получать из них дополнительные осадки не имеет смысла. Вся влага, что попала в облако, и без воздействия превратилась в дождь.

А в облаках меньшей мощности только около 20—30% влаги выпадает дождем. В них процессы коагуляции идут медленнее. Если внести в них реагент, то можно существенно увеличить этот процент, дополнительно получить 10—15 тысяч тонн воды из одного облака. Это несравнимо с цистернами или даже водопроводом.

— Разработанный вами реагент можно уже использовать для орошения полей или борьбы с лесными пожарами?

—В практику этот способ еще не вошел. Были только отдельные эксперименты. И дождь мы можем получать только в том случае, если есть подходящие облака.

Чтобы использовать для орошения, надо разрабатывать специальную инфраструктуру и технологии, потому что не будешь же бегать за отдельным облаком. Это надо делать на определенной территории, то есть организовать службу наблюдения. Если доставлять реагент в облако ракетами, то нужно ставить ракетные пункты. И в течение лета на этой территории подлавливать подходящие облака. Так же работает противоградовая служба. Они давно поняли, что отдельное облако никогда не поймаешь. Поэтому по всей территории Краснодарского и Ставропольского краев, на Северном Кавказе расставили ракетные пункты. И все время радиолокатор следит за обстановкой. Как только возникает опасность града, они обстреливают облака.

Для орошения нужно делать то же самое. Мы проводим эксперименты в Ставропольском крае, где уже есть инфраструктура: локаторы, ракетные пункты и так далее. Мы проводили эксперименты в 2016 году, но пока что только опробовали методику обстрела облаков. До практического применения не дошло.

«На удивление поздно возникла общепризнанная классификация облаков. Их многообразие всегда сбивало с толку специалистов. Нужна была система. В метеорологии это огромное достижение совершил англичанин Люк Говард, который по профессии был фармацевтом, а метеорологией просто увлекался. Он первый в начале XIX века разработал общепризнанную классификацию облаков. И он же является отцом городской климатологии, именно он открыл явление „городской остров тепла“», — рассказывает «Чердаку» кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ Михаил Локощенко.

Говард впервые разделил облака по формам на кучи (лат. cumulus), слои (лат. stratus) и перья (лат. cirrus) и дал всем им описание.

«Правда, историки науки говорят, что нечто подобное незадолго до него предложил Жан Батист Ламарк в 1802 году, — отмечает Локощенко. — Например, перья он называл метлами. Но Ламарк увлекался долгосрочными прогнозами погоды, что, как известно, дело неблагодарное, и пытался прогнозировать погоду по Луне. В итоге неудачными прогнозами он сильно подорвал свой авторитет в области метеорологии. Настолько, что Наполеон в резкой форме посоветовал ему ограничить свою деятельность ботаникой».

Форма облака зависит от высоты, на которой оно образуется: на нижнем ярусе — от 0 до 2 км — облака состоят из жидких капель, на верхнем ярусе — выше 7 км — уже из кристалликов льда, а на среднем, между этими высотами, кристаллики льда смешиваются с каплями, поэтому и облака там смешанные. Впрочем, деление по высоте довольно условное и зависит от широт и сезона: у полюсов высота ярусов ниже, а в тропиках — выше среднего, летом в средней полосе России — выше, а зимой — ниже. [ ... ]

Всю дорогу льет как из ведра.

Под конец пути навигатор не выдерживает и начинает водить нас кругами — то отправляет дворами , то заводит в тупик. Пока мы блуждаем по лабиринту города, за нами пристально следит метеомачта.  

Когда мы находим наконец  правильную дорогу и выходим к институту, то нас уже ждут. У входа собралась группа — ее встречают двое: один в возрасте, в плаще, панаме и толстых очках, балагурит и с интересом нас рассматривает, другому — в костюме и с озабоченным лицом — сейчас явно не до шуток. [ ... ]

БАК была построена 60 лет назад, но ей до сих пор нет аналогов в мире, рассказал «Чердаку» главный научный сотрудник Института экспериментальной метеорологии ФБГУ «НПО «Тайфун» Александр Дрофа. По его словам, такую же камеру построили в США, но там исследования прекратились. Сейчас аналог БАКа строят в Китае, но ее еще не запустили.

[ ... ]