نحوه تشکیل باران مصنوعی و بارور کردن ابرها یکی از فناوری‌های نوین هزاره سوم است؛ در شرایطی که جهان با خشکسالی، تغییر اقلیم و گرمایش جهانی دست و پنجه نرم می‌کند. تکراتو به این سوال پاسخ خواهد داد که آیا فناوری در این زمینه راه نجات ما خواهد بود؟
در جریان خشکسالی‌ها ذخایر آب به حداقل می‌رسد، اما آیا ممکن است فناوری ما را به تولید باران مصنوعی قادر سازد؟ آزمایش‌های انجام شده در بارور کردن ابرها نشان می‌دهد بارش باران را می‌توان به طور مصنوعی القاء کرد.
باران زمانی رخ می‌دهد که قطرات فوق‌العاده سرد آب، آنهایی که هنوز مایع هستند اما دمای آنها معمولا از دمای انجماد صفر درجه سانتی‌گراد کمتر است، کریستال‌های یخ را شکل می‌دهند. حالا این کریستال‌ها سنگین‌تر از آن هستند که در هوا معلق بمانند و به پایین فرو می‌ریزند و در نواحی گرمتر آب میشوند و باران را شکل می‌دهند. آیا می‌توان این چرخه تولید باران مصنوعی شکل داد؟
حتی در خشکترین نواحی هم هوا مقداری آب دارد. برخی موارد با استفاده از مواد شیمیایی مانند نقره یدید و یا یخ خشک، می‌توان در نواحی خشک مقادیر اندک آب در هوا گرد هم جمع کرد و کریستال‌های یخ را شکل داد. قرآیندی که اصطلحا بارور کردن ابرها نام می‌گیرد.
بارور کردن ابرها و نحوه تشکیل باران مصنوعی چگونه است؟
از نطر فنی این فرآیند نوکلیاسیون (Nucleation) نام دارد و می‌توان شکل‌گیری باران مصنوعی را القاء کند. طی نوکلیاسیون، مقادیر اندک آب موجود در هوا در نتیجه قرار گیری در کنار برخی ذرات کریستالیزه شده و سپس باران مصنوعی شکل می‌گیرد. این ذرات را می‌توان با استفاده از هواپیما در هوا پخش کرد یا از روی زمین اسپری کرد. اما آیا واقعا باران مصنوعی کار می‌کند؟
در بخش «اطلاعات جمع آوری کنید» در صفحه ۴۸ کتاب علوم تجربی پایه هفتم این پرسش مطرح شده است که : « در یک فعّالیت گروهی دربارهٔ بارور کردن ابرها و تشکیل باران مصنوعی تحقیق، و نتیجه را به کلاس گزارش کنید.» اهمیت جامعه دانش‌آموزی و جذاب بودن پرسش ما را بر آن داشت تا پاسخ جامعی برای آن در تکراتو دست و پا کنیم.
پاسخ دادن به این پرسش به طور قطع دشوار است. آزمایش‌های اینچنینی به شدت به شرایط اقلیمی و آب و هوایی بستگی دارد. در واقع انجام یک آزمایش کنترل شده چندان ممکن نیست. در نتیجه در مناطقی با بارش زیاد، نمی‌توانیم بفهمیم که حتی در صورت بارور نشدن یک ابر هنوز هم می‌توانیم باران داشته باشیم یا نه.
در آزمایش‌هایی ک در کشورهایی نظیر استرالیا، فرانسه، اسپانیا، ایالات متحده و امارات متحده عربی انجام گرفته است، تکنولوژی نحوه تشکیل باران مصنوعی اعتبارسنجی شده است. مثلا در ابوظبی با تکنیک بارور کردن ابرها ۵۲ مورد موفق از شکل‌دهی طوفان گزارش شده است. یا در جریان بازی‌های المپیک ۲۰۰۸ پکن، چینی‌ها توانستند از این فناوری به صورت معکوس استفاده کنند و شرایط آب و هوایی را خشک کنند.
در بارور کردن ابرها فاکتورهایی خارج از چرخه طبیعی برای القا کردن و یا افزایش بارندگی به ابرها افزوده می‌شود. از جمله این عوامل خارجی که به ابرها اضافه می‌شود باید به یخ خشک (دی‌اکسید کربن جامد)، یدید نقره، پودر نمک و غیره طی فرآیندی به نام باروری ابر اشاره کرد. این تحریک توسط هواپیماها یا موشک‌ها انجام می‌شود و در نهایت منجر به بارش باران مصنوعی یا افزایش بارندگی می‌شود.
تشکیل باران مصنوعی چه اهمیتی دارد؟
نحوه تشکیل باران مصنوعی فرآیندی مشخص و شبیه به چرخه آب است؛ در ابتدا از دریا یا هر منبع آبی دیگری آب تبخیر می‌شود. سپس جریان باد بخارهای آب را به تروپوسفر (لایه پایینی اتمسفر) می‌برد. در اینجا برخی قطرات با یکدیگر ادغام میشوند. این فرآیند ادغام تا آنجایی ادامه می‌یابد که ضخامت قطره آب با حدود ۰.۱ میلی‌متر برسد. در این حالت دیگر نمی‌توانند در هوا معلق بمانند و در نهایت به باران قدرت ریزش اعطا می‌شود.
اما اصلا چرا باید نحوه تشکیل باران مصنوعی برای‌مان مهم باشد؟ چرا چرخه باران از کار می‌افتد و ما با خشکسالی مواجه می‌شویم؟ پاسخ این است که ابرها همیشه شکل می‌گیرند ولی بارور نیستند. حالا یک نفر باید باشد که آنها را بباراند. اینجاست که نحوه تشکیل باران مصنوعی اهمیت پیدا می‌کند.
هنگامی که دمای ابرها حوالی صفر درجه است، ممکن است کریستال‌های یخ نیز در آنها وجود داشته باشد. در این شرایط کریستال‌های یخ در راستای مایع شدن متراکم نمی‌شوند. این ذوب شدن کریستال‌ها در باروری ابر اهمیت دارد و به صورت مصنوعی نیز القاء آن ممکن است.
مراحل مختلف تشکیل باران مصنوعی
- مرحله اول «تحریک» : در ابتدا راه باید با استفاده از مواد شیمیایی توده هوا را در خلاف جریان باد منطقه هدف برای شکل‌گیری ابرها تحریک کرد. این مواد شیمیایی بخار آب را جذب و به فرآیند متراکم شدن کمک می‌کنند. از جمله این مواد شیمیایی باید به این موارد اشاره کرد: اکسید کلسیم، ترکیب اوره و آمونیوم تیترات و کلسیم کلرید کربنات.
- مرحله دوم «تشکیل» : در مرحله دوم توده ابر توسط اوره، یخ خشک یا نمک معمولی شکل می‌گیرد. این ترکیبات منجر به افزایش چگالی ابر نیز میشوند.
- مرحله سوم «بارور کردن ابر» : در مرحله آخر از شکل‌گیری باران مصنوعی، ترکیبات شیمیایی فوق‌العاده سرد (یخ خشک یا یدیدها) با استفاده از کنیسترهای پرفشار به محل ابرها بمباران میشوند تا ذرات مایع باران شکل بگیرد و شروع به ریزش کند.
تصویر زیر نحوه تشکیل باران مصنوعی را به طور خلاصه نشان می‌دهد. با این توضیح که کریستال‌های نقره یدید شکل گرفته از نظر شکل با کریستال‌های یخ مشابهت دارند. در ادامه قطرات آب فوق‌سرد نقره یدید اضافه شده و یخ می‌زنند و ذرات برفی که در ادامه باران میشوند فرو می‌ریزند. گرمای آزاد شده از یخ زدن آب خود منجر به تبخیر بیشتر آب می‌شود.
این یک پدیده ساده است. اجازه دهید با یک مثال آن را بیشتر توضیح دهم. یک تانکر آب که ناخالصی‌ها و ذرات غبار شناور زیادی دارد را تصور کنید. هنگامی که زاج سفید (Alum) به آن بیافزایید، ناخالصی‌ها نشست می‌کنند. حالا چه می‌شود؟ پس از افزودن زاج به عنوان کاتالیست ذرات به یکدیگر می‌چسبند، سنگین شده و فرو می‌روند.
همین اتفاق در ابرهای بالای سرمان در آسمان می‌افتد. ذرات باردار معلق هستند و بسیار کوچکتر از آن هستند که تحت عنوان باران ریزش کنند. به همین دلیل است که عوامل شیمیایی اسپری میشوند تا قطرت آب به هم بچسبند، سنگین شوند و فرود آیند.
روش‌های مختلف بارور کردن ابرها ؛ چگونه باران مصنوعی ایجاد کنیم؟
نهاد تغییرات آب و هوایی پکن زمان زیادی را صرف این کرد تا چگونگی جلوگیری کردن از بارش باران در این شهر در روز هشتم آگوست ۲۰۰۸، یعنی روز افتتاحیه بازی‌های المپیک آن سال، را مورد مطالعه قرار دهد. به طوری که این سازمان حتی وجود هوای صاف در این روز را در شهر تضمین کرد؛ البته این قولی بود که آنها از پیش داده بودند.
بیشتر بخوانید: فواید و زیان های فناوری ؛ فناوری در محیط زندگی چه تاثیراتی دارد؟
آنها به این منظور در ۲۱ منطقه از شهر بیش از ۱۱۰۰ موشک باران پراکن پرتاب کردند. همانطور که گفتیم حتی در مناطقی با میزان رطوبت اندک نیز، همیشه آبی در ابرهای آسمان وجود دارد. باران زمانی بوجود می آید که این قطرات آب گرد هم جمع شوند و به دلیل سنگینی به سوی زمین ریزش کنند؛ در واقع هوا آنچنان از آب اشباع می‌شود که دیگر توان معلق نگه داشتن این ذرات را ندارد.
بارور کردن ابرها نیز فرآیندی برای القاء همین شرایط است که در آن یک هسته مصنوعی منجر به افزایش تراکم قطرات آب می‌شود. همانطور که پیشتر نیز اشاره کردیم، این هسته‌ها می‌توانند نمک، یخ خشک، کلسیم کلراید یا نقره یدید باشند. چینی‌ها در سال ۲۰۰۸ از نقره یدید برای این منظور استفاده کردند. انتخاب آنها به این دلیل بود که این ترکیب شیمیایی شباهت زیادی به کریستال‌های یخ دارد. البته کلسیم کلرید در نواحی گرم یا استوایی کاربرد بیشتری دارد.
در شمال چین، جایی که پکن واقع است، باران زیاد نمی‌بارد. میزان بارندگی این ناحیه ۳۵ درصد کمتر از میانگین جهانی است و برخی از این آب‌ها نیز به طور قابل‌توجه‌ای آلوده هستند. بنابراین این منطقه به شدت به بارور کردن ابرها نیاز دارد. «ژیانگ کیانگ»، موسس نهاد تغییرات آب و هوایی پکن، به «آسیا تایمز» می‌گوید که به لطف استفاده از این فناوری سطح آب در حوزه آبریز پکن ۱۳ درصد افزایش پیدا کرده است.
به طوری کلی سه نحوه تشکیل باران مصنوعی بر اساس بارور کردن ابرها وجود دارد: ایستا (استاتیک)، پویا (دینامیک) و وابسته به رطوبت (هیگروسکوپیک)
بارور کردن ابرها به روش استاتیک: در این روش یک ترکیب شیمیایی مانند نقره یدید را به درون ابرها اسپری می‌کنیم. این ترکیب شیمیایی در اطراف ذرات آب قرار گرفته و تراکم آنها را افزایش می‌دهد. در این روش رطوبت از قبل در ابرها وجود دارد و نقش نقره یدید این است که با توزیع مناسب آب بارش را افزایش می‌دهد.
بارور کردن ابرها به روش دینامیک: در این متد هدف این است که جریان هوایی عمودی را تقویت کنیم. جریانی که منجر به افزایش عبور آب از میان ابرها و در نتیجه باران بیشتر می‌شود. در روش پویا به بیش از ۱۰۰ برابر کریستال یخی بیشتری در مقایسه با روش ایستا نیاز است. همچنین این فرآیند به طور قابل‌توجه‌ای پیچیده‌تر است؛ چرا که به یک سری پشت سر هم از رخدادها وابسته است تا بارش اتفاق افتد.
دکتر «ویلیام کاتِن»، پروفسور علوم جوی از دانشگاه ایالت کلرادو و همکارانش در نظریه‌ای ۱۱ مرحله جداگانه برای این متد توصیف می‌کنند. غیرمنتظره آن که آنها می‌گویند مرحله اول در بارور کردن ابرها چنان مهم است که در صورت کار نکردن مناسب، به طور کل بارش باران مصنوعی منتفی می‌شود. نتیجه آنکه این روش نسبت به مورد قبلی کمتر قابل اتکاست.
بارور کردن ابرها به روش هیگروسکوپیک: در این روش (Hygroscopic cloud seeding)، با استفاده از آتش یا انفجار نمک‌ها را به درون قسمت‌های پایینی ابرها می‌فرستیم. در ادامه با پیوستن آب به نمک‌ها سایز ترکیب افزایش می‌یابد. دکتر کاتن در یک گزارش خاطر نشان کرده است که روش وابسته به رطوبت نسبت به موارد قبلی امیدوارکننده‌تر است؛ اما کماکان به مطالعات بیشتری نیاز است.
چینی‌ها، که آنها را پیش از این با «دیوار بزرگ چین» یا «بزرگترین راه‌آهن جهان» (متصل کننده تبت به کینگای) شهره بودند، اکنون به دلیل پروژه‌های بلندپروازانه‌ای که در زمینه باران مصنوعی و بارورکردن ابرها داشته‌اند، شهرت قابل‌توجه‌ای کسب کرده‌اند. اما آیا آنها هرجا که بخواهند می‌توانند باران مصنوعی ایجاد کنند یا برعکس منجر به خشکسالی شوند؟ نظر شما در این باره چیست؟ با ما در قسمت نظرات همراه باشید!
بیشتر بخوانید :
- کاربردهای فیزیک در فناوری و تکنولوژی های دنیای مدرن
- چگونه نفت تشکیل می‌شود ؛ با انواع نفت خام و استخراج آن آشنا شوید
- فواید و زیان های انرژی هسته ای ؛ هر آنچه از خوب و بد انرژی هسته‌ای باید بدانید
منابع:
