Управление стихией

Торнадо, в крутящихся витках которого несутся самые яростные ветры на Земле, способен в одно мгновение разрушить все, чего он коснется. На протяжении XVIII и XIX веков более дюжины раз в разгар дня небо над Новой Англией чернело, и проповедники предвещали близость конца света. К счастью, эти так называемые темные дни оказались не предвестниками божественной кары, а следствием капризов погоды.

Погода отнюдь не утратила способность сеять страх в сердцах людей. Перед ужасающей мощью ветра могут показаться ничтожными наиболее разрушительные средства ведения войны. Ураганы проносятся через прибрежные регионы, сметая все на своем пути; торнадо корежат ландшафт.

Н.Н. Непомнящий. Сто великих загадок природы

Ветер выл и неистовствовал во тьме, и казалось — весь мир превратился в черную пропасть. Бывали минуты, когда струя воздуха, словно всасываемая тоннелем, ударяла о судно с такой силой, что оно как будто поднималось над водой и висело в воздухе, трепеща всем корпусом. Затем снова начинало метаться, брошенное в кипящий котел...

С неукротимым бешенством злобный напор ветра остановил судно; в течение одной зловещей напряженной секунды оно только качалось быстро и легко, как детская люлька, а воздух — казалось, вся атмосфера — яростно проносился мимо, с ревом отрываясь прочь от мрачной земли.

Дж. Конрад. Тайфун

Борьба с космическими магнитными ураганами является задачей науки отдаленного будущего, однако борьба с земной стихией, приносящей неисчислимые беды человечеству, является нерешенной задачей сегодняшнего дня.

С давних времен наблюдая грозы, тайфуны, торнадо и ураганы, человек стремился подчинить их своей власти. Об этом говорит, например, легенда о Прометее. Овладение погодой издавна было предметом мечтаний ученых, и философско-мистические трактаты средневековья содержат множество ритуалов и заклинаний на эту тему. Сегодня это пытаются сделать самыми разными путями, уделяя особое внимание зарождению наиболее грозных атмосферных штормов — тайфунов и торнадо (см. цветную вкл.: рис. Ц40 и Ц41).

Наиболее мощные проявления непогоды — тайфуны и торнадо — чаще всего возникают из сравнительно небольших грозовых скоплений над океанами экваториальной зоны нашей планеты. Тропические моря и океаны интенсивно наполняют тропосферу[1] теплым водяным паром, который по мере охлаждения у верхней тропосферной границы конденсируется в мощный облачный покров, несущий осадки. В локальной зоне с наиболее выраженной грозовой облачностью начинает формироваться зона пониженного давления. Эта зона является зародышем так называемого глаза тайфуна — зоны относительного штиля, вокруг которой стремительно закручиваются вихри воздушных масс. Таким образом, структура тайфуна состоит из центральной части — ядра с глазом, и периферийной мантии. Воздушный вихрь вращается в ядре тайфуна, как циклопическая карусель с одинаковой скоростью, достигающей сотен километров в час. За пределами ядра, в мантии, по мере удаления от оси вращения, скорость вихрей постепенно уменьшается. Интересно, что в большинстве грозовых вихрей, рождающихся в Северном полушарии, вращение воздушных масс происходит против часовой стрелки, а в Южном — наоборот, что объясняется вращением Земли и действием силы Кориолиса.

Значительное понижение давления в ядре тайфуна приводит к усиленной конденсации водяного пара, что способствует дальнейшему развитию «буйства стихии». Разновидностью тайфуна можно считать торнадо — гигантский вихреобразный смерч высотой от одного до нескольких километров. Торнадо обладают большой разрушительной силой: восходящие потоки воздуха в ядре, имеющие ураганную скорость, затягивают внутрь торнадо различные предметы. Втянутые предметы, иногда солидного веса, могут переноситься на десятки километров. Шествие торнадо сопровождается широкой полосой зоны разрушения строений, домов, мостов, вырванными с корнем деревьями. Исчерпав запасы энергии, торнадо выбрасывает втянутые ранее предметы. Так получаются «дожди» из рыб, медуз, озерной и болотной флоры и фауны.

Сможем ли мы когда-нибудь обуздать эту беспощадную стихию? Что нужно сделать, чтобы ураган изменил свою траекторию или потерял разрушительную силу?

Во второй половине XX века были разработаны различные методики «засева» грозовых облаков всяческими кристаллами таких препаратов, как «сухой лед» — твердая углекислота, а также йодистые серебро и свинец. Предполагалось, что эти вкрапления будут способствовать релаксации грозового процесса за счет резкого увеличения скорости конденсации водяного пара. В целом прогнозы оправдались, но говорить о возможности управления грозовыми явлениями пока еще нет ни малейших оснований. К тому же накопленный обширный экспериментальный материал вызывает сильные сомнения в экологичности подобных методов, в принципе позволяющих затормозить и локализовать лишь отдельные очаги непогоды.

Другой вариант заключается в вычислении «болевых точек» грозы и воздействии на них путем прогрева некоторых выделенных объемов воздушных масс с целью снижения интенсивности развития урагана или изменения направления его перемещения. Реализация подобных проектов пока еще наталкивается на ряд принципиальных трудностей, среди которых не последнюю роль играют военно-политические соображения. К тому же практическая реализация любого такого проекта требует очень значительных энергетических ресурсов, которые далеко не всегда будут окупаться.

В прессе много обсуждался альтернативный план «разгона туч и укрощения торнадо», предполагающий прогревание точек зарождения циклонов, смерчей и ураганов с помощью мощных мазеров и лазеров, установленных на орбитальных гелиоэлектростанциях.

Есть еще более простая схема орбитального воздействия с помощью спутников, оснащенных гигантскими зеркалами, фокусирующими солнечное излучение в определенной точке неустойчивой атмосферы с зарождающимся торнадо. В принципе современные конструкционные решения для космических солнечных батарей и зеркальных отражателей вполне позволяют приступить к подобным планам управления погодой. Однако тут есть глубокие сомнения в том, удастся ли избежать обратного кумулятивного эффекта, и вместо релаксации не родится ли где-нибудь в тропосфере ужасный погодный катаклизм глобального масштаба.

Существует замечательное художественное произведение знаменитого писателя Даниила Гранина «Иду на грозу». В нем рассказывается о самоотверженных исследованиях молодых ученых, проводящих опасную авиаразведку бушующих гроз с борта плохо приспособленного транспортного самолета, с целью найти критические параметры для управления погодой. В романе подобные попытки заканчиваются трагически, но сама идея воздействия на грозовые процессы непосредственно с борта летательного аппарата, находящегося в глазе урагана, была очень популярна во второй половине прошлого века.

Логически ясно, что для разработки схем управления бурями и ураганами следует прежде всего научиться точно прогнозировать их возникновение и развитие. Для этого необходимо максимально точно вычислять все возможные характеристики атмосферных вихрей, влияющие на их поведение. И здесь в первую очередь очень важно знать плотность, температуру и общий объем водяного пара. Именно эти данные являются ключевыми при электронном моделировании ураганов. Получив их, можно надеяться, что когда-нибудь мы обязательно сможем справиться со стихией. Тут главное не пропустить момент зарождения первых водяных вихрей, когда все еще неустойчиво и неопределенно и когда сравнительно небольшие воздействия способны укротить развитие природного катаклизма и направить его на «мирный путь» обильного «водоиспускания».

Поскольку тайфуны питаются энергией тепла, выделяющегося при конденсации водяных паров над океанскими просторами с интенсивным образованием дождевых облаков, первые попытки воздействия на эти грандиознейшие природные явления сводились к воздействию на образование облачной массы. Гидрометеорологи пробовали замедлить развитие торнадо, увеличивая интенсивность осадков в первой полосе дождей (скопления туч с сильными ветрами, окружающие центр урагана). Для создания искусственной облачности, так же как и при «разгоне» грозовых туч, самолеты распыляли все то же йодистое серебро. Предполагалось по уже отработанной схеме, что распыляемые химические препараты резко увеличат скорость кристаллизации переохлажденного водяного пара в холодных слоях верхней тропосферы. При этом, по идее, облака должны формироваться много быстрее, поглощая тепло и влагу с поверхности океана и расширяя глаз торнадо. В конечном итоге это должно было привести к резкому росту центральной спокойной зоны и превращению торнадо в обычный шторм средней силы. К сожалению, все подобные попытки до сих пор еще очень далеки от решающих успехов.

Современные исследования ураганов, как и многих других атмосферных аномалий, основываются на отдельных положениях математической теории хаоса. На посторонний взгляд, хаотические системы ведут себя совершенно произвольно, однако все их поведение подчиняется определенным закономерностям, во многом зависящим от начальных условий. Именно поэтому ввод совсем незначительных случайных возмущений иногда может привести к серьезным последствиям в развитии процесса. К примеру, даже сравнительно небольшие колебания температуры поверхности океана приводят к смещению воздушных потоков, влияющих на дождевые облака вокруг центра формирующегося тайфуна. Это в решающей степени может повлиять на его дальнейшее развитие и направление движения.

Высокая восприимчивость атмосферы к незначительным воздействиям и ошибки, накапливающиеся при моделировании погоды, затрудняют долгосрочное прогнозирование. Возникает вопрос: если атмосфера столь чувствительна, то нельзя ли как-нибудь повлиять на циклон, чтобы он не достиг населенных районов или хотя бы ослаб?

К сожалению, всем хорошо известно, насколько неточными бывают метеорологические прогнозы. Наверное, основная причина здесь в том, что начальное состояние модели атмосферы всегда неполно и неточно. Даже в ясный день направление ветра на открытом месте может неоднократно менять направление, а определить ту же «розу ветров» для нарождающегося урагана вообще крайне сложно. Проведение непосредственных наблюдений в этом случае всегда вызывает большие затруднения. И даже космические снимки, хорошо отображающие сложную структуру урагана, являются недостаточно информативными. Без высокой разрешающей способности модель самой важной структурной части тайфуна — ядра со всеми прилегающими областями — выглядит слишком схематично.

Построив электронную модель уже прошедшего урагана, мы можем, изменяя его параметры, наблюдать за последствиями внесенных возмущений. Оказалось, что на формирование тайфунов в большей степени влияют самоусиливающиеся внешние воздействия. Представьте пару камертонов, один из которых вибрирует, а второй находится в спокойном состоянии. Если они настроены на разные частоты, то второй камертон не шелохнется, несмотря на воздействие звуковых волн, испускаемых первым. Но если оба камертона настроены в унисон, второй войдет в резонанс и начнет колебаться с большой амплитудой.

Можно было бы попытаться как-то ограничить поступающую в нарождающийся тайфун энергию. Для этого иногда предлагают покрыть участок поверхности океана тонкой, быстро разлагающейся масляной пленкой, приостанавливающей процесс испарения. Кроме того, можно попытаться оказывать влияние на тайфуны при их подходе к береговой линии путем крупномасштабной перестройки структуры воздушных потоков в атмосферных слоях, где изменение давления может сильно повлиять на мощность и траекторию.

Впрочем, методы управления погодой еще предстоит опробовать на безобидных по сравнению с ураганами атмосферных явлениях, таких как усиление интенсивности осадков на локальных территориях с мониторингом измерительными приборами. Если понимание физики облаков, их цифровое моделирование, методика сравнительного анализа и компьютерные технологии будут развиваться нынешними темпами, то наш скромный опыт может быть претворен в жизнь. Кто знает, быть может, уже через пару десятков лет многие страны займутся крупномасштабным управлением погодой с помощью подогрева атмосферы из космоса.

Вот, к примеру, взвесь мельчайших капелек воды, известная нам как густой туман, может иногда оказать важную услугу сельхозпроизводителям — уберечь посевы от засухи и заморозков. Для создания искусственного тумана распыляют хлорид кальция, обладающий большой способностью притягивать влагу.

На сходном принципе основана и борьба с градом. Для этого в тучи вводят затравки, чтобы кристаллизация льда происходила на множестве центров. Тогда вместо крупных градин образуются очень мелкие кристаллы льда, которые при падении на землю часто просто превращаются в холодный ливень. Уже широко апробированы такие «антиградовые» препараты, как иодид свинца и иодид серебра. И хотя эти соли еще довольно дороги, их применение позволяет избежать гораздо больших экономических потерь.

Если в будущем метеорологи и научатся управлять ураганами, то, скорее всего, тут же возникнут серьезные политические проблемы, ведь, несмотря на многочисленные международные конвенции против использования погоды как геоклиматического оружия, установить «авторство» его применения чрезвычайно трудно.

  • [1] Нижний, наиболее изученный слой атмосферы, достигающий в полярных областях высоты 8—10 км, в умеренных широтах — 10-12 км, на экваторе — 16—18 км.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >