Сјемење у облаку: зашто научници покушавају да га снега

Вода је вриједан ресурс који утиче на готово све аспекте живота на Земљи. Такође је ограничен, тако да људи користе различите методе како би осигурали да понуда задовољава потражњу.

Једна таква техника је засијавање облака - додавање честица у атмосферу ради промовисања формирања кише или снега. Данас многи ентитети широм Запада - укључујући државне и локалне владине агенције, комуналије и скијалишта - сјеме облака у настојању да појачају зимске снијег у планинама. Више сновпацк-а значи више пролећног и летњег отицаја, који храни локалне водоснабдевања, наводњава усеве и покреће бране које генеришу хидроелектрану.

Сјетва облака је такођер кориштена у напорима да се распрши магла на аеродромима, потакне љетне падавине и смањи град. Заправо, засијавање облака јавља се у више од 50 земаља широм свијета. Ипак, упркос свим овим активностима, још увијек не знамо да ли ради.

Ми смо научници у атмосфери и недавно смо спровели теренску студију за процену засијавања облака као средства за побољшање планинског сновпацк-а од зимских олуја. Наши резултати јасно показују да је, бар под одређеним условима, могуће промијенити еволуцију и раст честица облака, што доводи до снијега који иначе не би дошло. Следеће питање је да ли засијавање облака може бити ефикасно средство за водопривреде у западним Сједињеним Државама.

Стварање кристала унутар облака

Облаци се састоје од водених капљица које су премале да падну као падавине. Ове капљице се често суперхлађују на температурама знатно испод тачке смрзавања - тако ниско као 0 степени Фаренхајта (минус 18 степени Целзијуса) или хладније. У многим околностима, кристали леда (који могу брзо расти у присуству прехлађене течности) морају бити присутни да би облак произвео било коју значајну количину падавина. За облаке који се формирају када се ваздух подиже преко планине, ако не постоје кристали леда, или премало њих, многе капљице воде које сачињавају облак једноставно испаравају на ободној страни планине.

Зимско засијавање облака заснива се на хипотези да када суперхлађена вода постоји у облаку, она се може модификовати увођењем честица које дјелују као језгра умјетног леда. Овај процес ствара кристале леда који ће користити прехлађену воду да би расли довољно велики да на крају падну на површину као снег.

Сиједање облака било је пионирски знанственик Бернард Воннегут, брат познатог писца Курт Воннегут. Године 1947, Воннегутова лабораторија је показала да је сребро јодид био ефективно ледено језгро које је могло да формира лед на температурама које су много топлије од природних језгара леда.

Током наредних 40 година, научници који су проучавали засијавање облака направили су значајна открића о готово свим аспектима физике облака. Упркос томе, 2003. године, Национално истраживачко вијеће је закључило да „још увијек нема увјерљивог научног доказа о ефикасности намјерних напора у модификацији времена.“ Ипак, државе и заједнице су наставиле са оперативним засијавањем облака, док су истраживања о њеној учинковитости заснивала на застој.

Пут до СНОВИЕ

Зашто ови програми постоје без научних доказа да раде? Одговор је једноставан: западним државама је потребна вода, а многи доносиоци одлука вјерују да засијавање облака може бити исплатив начин за његову производњу.

Године 2004. држава Виоминг наручила је пилот пројекат, који је дошао до истог закључка као и многе претходне студије: засијавање облака могло је повећати количину падавина, али се повећање може објаснити и природном варијабилношћу у системима олује. Међутим, сестрински пројекат који је финансирала Национална фондација за науку показао је да нови алати за компјутерско моделирање и побољшана инструментација могу произвести неке нове увиде.

У међувремену, компанија Идахо Повер је сарађивала са Националним центром за истраживање атмосфере како би процијенила текући оперативни програм засијавања облака. Из те сарадње дошла је идеја да се користе нови алати за компјутерско моделирање и побољшана инструментација за процену ефикасности програма за засијавање облака у Идахо Повер-у. Крајњи резултат је био наш пројекат, Сеедед и природни орографски зимски облаци: Идахо експеримент, или СНОВИЕ.

Од сребрног јода до снега

Зими 2017. године, поставили смо наоружане софистицираним радарима, као што је Допплер на котачима (ДОВс), који смо поставили на врхове планине, и Виоминг Цлоуд Радар (ВЦР), који смо монтирали на истраживачком зракоплову. Ови алати су нам омогућили да завиримо у облаке како бисмо утврдили гдје и када се оборина развија.

Након што су облаци засијани честицама сребреног јодида, користили смо сонде за снимање које су висиле са крила истраживачког авиона како би испитали фине детаље честица облака док је авион пролазио и излазио из засејаних региона. Само два тједна након 10-тједног теренског пројекта, наш радар је открио први непорециви сигнал падавина који је настао услијед засијавања облака.

Видели смо јасне и недвосмислене сигнале да ослобађање честица сребреног јодида покреће формирање кристала леда и да су ти кристали расли у снег и падали на површину планине. Унутар подручја захваћених засијавањем, концентрације леденог кристала повећане су за стотине, што је довело до стварања снијега. Насупрот томе, само 1 километар удаљен од не-засијаних региона облака, облак је остао састављен углавном од малих капљица течности и углавном без леда.

Како можемо рећи да је оно што смо видјели заправо засијавање облака? У једном случају, авион је прошао напријед-назад дуж равне стазе која је била окомита на смјер вјетра, ослобађајући сребрни јодид. Сребрени јодид почео је да се расипа низ ветар кроз облак у цик-цак шуму - образац који је створен узорком летења авиона и не би се појавио природно. Видели смо радарске ехове који се формирају цик-цак обрасцем који је одговарао нашем предвиђању на основу тога када и где је сребрни јодид пуштен у облаке.

Може ли засијавање облака направити разлику?

Сада када знамо да засијавање облака може довести до снега, желимо да видимо да ли може да промени баланс воде преко читавог планинског ланца. Подаци из СНОВИЕ-а ће се користити у компјутерским моделима како би се тестирале наше идеје о томе како засијавање облака може утицати на сезонске падавине и квантифицирати његов утјецај. На крају, водопривредници и јавни званичници ће желети да знају колико додатних падавина може да се произведе због засијавања облака, и да ли је то исплатив начин за повећање падавина у локалним водама.

Роберт М. Раубер са Универзитета у Илиноису, Катја Фриедрицх са Универзитета у Колораду, Барт Геертс са Универзитета у Виомингу, Рои Расмуссен и Лулин Ксуе из Националног центра за атмосферска истраживања, и Мел Кункел и Дерек Блеструд из компаније Идахо Повер Цомпани учествовао у СНОВИЕ студији о којој се расправља у овом чланку.

Овај чланак је првобитно објављен на Тхе Цонверсатион од стране Јеффреи Френцх и Сарах Тессендорф. Прочитајте оригинални чланак овде.