باران مصنوعی — روش تولید | علمی و به زبان ساده
باران مصنوعی تکنولوژی است که در سرزمینهایی که از لحاظ آب و هوایی خشک و کم باران هستند برای توسعه پوشش گیاهی و افزایش بارش در این سرزمینها استفاده میشود. در این مطلب در مورد باران مصنوعی و روشهای تولید آن صحبت میکنیم.
باران طبیعی چگونه رخ میدهد؟
باران بارش مایع و آبی است که از آسمان میبارد. قطرات باران هنگامی که ابرها از قطرات آب اشباع یا پر میشوند به زمین میریزند. میلیونها قطره آب وقتی در ابر جمع میشوند به یکدیگر برخورد میکنند. هنگامی که یک قطره آب کوچک به یک قطره بزرگتر برخورد میکند، متراکم میشود یا با قطره بزرگتر ترکیب میشود. با ادامه این روند قطره سنگین و سنگینتر میشود. هنگامی که قطره آب بیش از حد سنگین میشود و نمیتواند در اطراف ابر شناور شود به زمین میریزد.
باران مصنوعی چیست؟
تولید یا افزایش باران از طریق باروری مصنوعی ابرها با یخ خشک (دی اکسید کربن منجمد)، یدید نقره یا سایر ذرات مناسب که به عنوان هستههای چگالشی عمل میکنند را باران مصنوعی مینامند.
در حقیقت باران مصنوعی یک روش القای مصنوعی یا افزایش بارش از طریق ابرها با افزودن عوامل خارجی به ابرها است.
ذرات خارجی که در این ابرها غوطهور میشوند یخ خشک (دی اکسید کربن جامد)، یدید نقره، پودر نمک و غیره هستند. این فرآیند به عنوان بارور کردن ابر شناخته میشود و توسط هواپیماها یا موشکها انجام میشود.
کاشف باران مصنوعی چه کسی بود؟
«وینسنت جی شفر» (ٰVincent J. Schaefer) یک شیمیدان تجربی و بدون آموزش آکادمیک، بود که روش باردار کردن و بذرپاشی ابر را ابداع کرد و اولین بارش برف و باران مصنوعی را ایجاد کرد.
آقای شفر با انجام آزمایشاتی که در سال 1946 برای جنرال الکتریک انجام داد و اولین طوفان برفی که در آزمایشگاه ایجاد ساخت و باعث ایجاد بارندگی در فضای باز شد بسیاری از اسرار باران و برف را فاش کرد که دانشمندان بسیاری را در آن زمان گیج کرده بود.
او به عنوان اولین شخصی که در واقع کاری در مورد آب و هوا انجام داده و فقط در مورد آن صحبت نکرده بود مورد ستایش قرار گرفت. در آن زمان امیدها افزایش یافت که باروری ابرها میتواند با خشکسالی مقابله کند، طوفانها را کنترل کند، تگرگ را کاهش دهد، آتشسوزی جنگلها را فرو نشاند و حتی کریسمس سفید را تضمین کند.
اما با این حال پس از مدتی نگرانیهایی در مورد برهم زدن الگوی هوا و سرقت باران به وجود آمد. همچنین در کنترل هوا نیز مشکلات عملی وجود دارد و هنوز نیز هدف قرار دادن دقیق ابر به منظور باردار کردن آن دشوار است.
چرا از باران مصنوعی استفاده میکنیم؟
محققان و دانشمندان با تحقیق و پژوهش روند فرآیند تشکیل باران را دریافتهاند. این فرآیند از تبخیر آب از دریا یا هر قسمت دیگر شروع میشود. سپس بخار آب به وسیله باد در تروپوسفر (پایینترین لایه اتمسفر) به سمت بالا حرکت میکند و باعث میشود برخی قطرات با هم ادغام شوند، با ادامه فرآیند ادغام وقتی ضخامت قطره به میلیمتر میرسد دیگر نمیتواند شناور بماند و به پایین میافتد و باران آغاز میشود.
اما با این حال چرا ما باید با خشکسالی مقابله کنیم؟ غالباً در آسمان ابر وجود دارد اما باران نمیبارد. بهترین راه این است که تلاش کنیم تا باران ببارد و این نقطهای است که باران مصنوعی ظاهر میشود. وقتی دمای ابرها نزدیک به صفر درجه سانتیگراد است، ممکن است در آنها بلورهای یخ وجود داشته باشد. در نتیجه ممکن است بخار آب به شکل مایع متراکم نشود و در این حالت با بارور کردن ابر باران به وجود میآید اما این باران مصنوعی است.
با یک مثال این پدیده را توضیح میدهیم. به یک مخزن آب فکر کنید که ناخالصیهای زیادی دارد و ذرات گرد و غبار روی آن شناور هستند. وقتی به مخزن آب زاج اضافه میکنید ناخالصیها تهنشین میشوند، چرا این اتفاق میافتد؟ ذرات پس از افزودن زاج به عنوان کاتالیزور با یکدیگر برخورد میکنند، سنگین شده و تهنشین میشوند.
به همین ترتیب ذرات در ابرها بالا میروند، این ذرات باردار معلق و بسیار ریز هستند و در اثر باران به زمین میریزند.
در فرآیند باران مصنوعی ذرات دیگری به ابر اسپری میشوند که باعث برخورد ذرات قبل با ذرات جدید میشود و در نتیجه ذرات سنگین شده و در اثر نیروی گرانش سقوط میکنند. در حقیقت کل مفهوم باران مصنوعی همین است.
فرایند تولید باران مصنوعی چیست؟
مرحله اول ایجاد باران مصنوعی را تلاطم یا Agitation مینامیم. در این مرحله از مواد شیمیایی برای تحریک ذرات هوا به حرکت به سمت بالا و تشکیل ابر استفاده میکنیم. این مواد شیمیایی بخار آب را جذب کرده و به روند چگالش کمک میکنند. از این مواد شیمیایی میتوان به اکسید کلسیم، ترکیب اوره و نیترات آمونیوم یا کلرید کربنات کلسیم اشاره کرد.
مرحله دوم این فرآیند ساخت است. در این مرحله به جرم ابر اوره، یخ خشک، نمک آشپزخانه و غیره افزوده میشود تا تراکم و چگالی ابر افزایش یابد.
مرحله سوم و نهایی این فرآیند باردار کردن، باروری یا بذرپاشی ابر است. در این مرحله ابرهای تشکیل شده توسط مواد شیمیایی فوق سرد (مانند یخ خشک یا یدید) به مقداری از پیش تعیین شده بمباران میشوند. در نتیجه این بمباران و بذرپاشی دانههای آب تشکیل میشوند که به زمین میریزند و باران صورت میگیرد.
باردار کردن ابرها به چه معنا است؟
باردار کردن و بذرپاشی ابر یک روش مصنوعی برای القای رطوبت در ابرها برای ایجاد بارندگی است. این روش به نوعی اصلاح هوا است. درست مانند یک کشاورز که بذری در مزرعهاش میکارد که بعداً به گیاهان زراعی تبدیل شود در بذرپاشی ابرها نیز ابرها با بذر پر میشوند تا بعداً به عنوان باران ببارند. دانههای موجود در باردار کردن ابرها چیزی جز یدید نقره، یدید پتاسیم و یخ خشک نیستند.
برای ایجاد باران مصنوعی، ابرها از طریق هواپیماها یا ابزار دیگری با بلورهای یخ به رگبار بسته میشوند. در نتیجه رطوبت ابرها در اطراف بلورهای یخ متراکم شده و برای شناور ماندن بسیار سنگین میشوند و بنابراین مانند قطرات باران میریزند.
چه شرایطی برای باردار کردن ابرها لازم است؟
برای باروری ابرها شرایط جوی مناسب با ابرهای زیادی که توانایی بارش باران را دارند لازم است. واضح است که بذرپاشی در آسمانهای صاف و بدون ابر بیهوده است.
ابرها از چگالش بخار آب در هستههای حاصل از غبار، گرده و نمک حاصل از آب اقیانوس تشکیل میشوند. باروری ابر تعداد هستههای موجود را افزایش میدهد. ممکن است قطرات باران یا بلورهای یخ بدون هستههای اضافه شده تشکیل نشوند.
در نتیجه باید گفت باروری موثر ابر فقط در صورت وجود ابرهایی که توانایی تولید باران را دارند امکانپذیر است.
چند روش برای باردار کردن یک ابر وجود دارد؟
سه روش برای باروری یک ابر وجود دارد که شامل روشهای ایستا یا استاتیک، پویا و جذب رطوبت است.
بذرپاشی استاتیک یا ایستای ابر شامل پخش مواد شیمیایی مانند یدید نقره به ابرها است. یدید نقره بلوری را به وجود میآورد که در اطراف آن رطوبت متراکم میشود. رطوبت در ابرها وجود دارد اما یدید نقره توزیع آب در ابرهای بارانی را بهینه میکند.
بذرپاشی پویای ابر با هدف تقویت جریانات عمودی هوا که باعث تزریق آب بیشتر به ابرها و در نتیجه باران بیشتر است انجام میشود. در بارورسازی پویای ابر تا 100 برابر بیشتر از روش استاتیک از بلورهای یخ استفاده میشود. فرآیند باردار کردن پویای ابرها پیچیدهتر از روش استاتیک است و کارایی آن به زنجیرهای از رویدادها که باید به درستی کار کنند بستگی دارد.
محققان باردار کردن ابر به صورت پویا را به 11 مرحله جداگانه تقسیم کردهاند. در نتیجه یک اشتباه یا نتیجه دور از انتظار در یکی از مراحل میتواند کل روند را خراب کند و به همین دلیل این روش نسبت به باردار کردن استاتیک به میزان کمتری قابل اعتماد است.
در روش باردار کردن ابر از طریق رطوبت، نمک را از طریق فرآیندهای مختلف در قسمتهای پایین ابر پخش میکنند. با پیوستن آب به نمک، بلور و اندازه بلور آنها رشد میکند. محققان معتقدند که باروری ابر از طریق رطوبت نوید زیادی در ارتباط با باردار کردن ابر و باران مصنوعی دارد اما نیازمند به تحقیقات بیشتر دارد.
چین یکی از سردمداران اجرا و تحقیق در مورد پروژههای مختلف برای باروری ابر و تغییر الگوهای آب و هوایی است.
کدام ماده شیمیایی برای بارندگی مصنوعی و باروری ابرها استفاده میشود؟
متداولترین مواد شیمیایی مورد استفاده برای بارورسازی ابرها شامل یدید نقره، یدید پتاسیم و یخ خشک (دی اکسید کربن جامد) است. تزریق ماده ای مانند یدید نقره که ساختاری متبلور شبیه به یخ دارد باعث ایجاد انجماد میشود.
مزایای باران مصنوعی چیست؟
از مزایای باران مصنوعی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- باران ایجاد میکند.
- غیر از ایجاد باران بخار آب موجود در هوا را تنظیم میکند که به نوبه خود از خساراتی که ممکن است به دلیل طوفان و تگرگهای شدید ایجاد شود جلوگیری میکند.
- از خشکی در نواحی که از لحاظ آب و هوایی خشک و بی باران هستند جلوگیری میکند.
معایب باران مصنوعی چیست؟
برای تولید باران مصنوعی از مواد شیمیایی استفاده میشود که می تواند به محیط زیست و به ویژه گیاهان و حیوانات آسیب برساند. اگرچه در حال حاضر آسیبهای یدید نقره به محیط زیست و سلامت افراد شناخته شده نیست اما ممکن است در آینده و با انجام تحقیقات بیشتر در این زمینه نتایج ناخشنود کنندهای بر جای بگذارد.
همچنین این تکنیک بیشتر در ابرهایی استفاده میشود که از قبل نشانههای اولیه بارندگی را نشان میدهند بنابراین مشخص نیست که آیا واقعاً این تکنیک باعث بارندگی میشود یا خیر.
به علاوه از آنجا که این روش الگوهای هوایی را اصلاح میکند ممکن است الگوی اقلیمی را نیز تغییر دهد و در نهایت باید عنوان کرد که این روش بسیار گران است.
باران مصنوعی در امارات متحده عربی
امارات متحده عربی با آب و هوایی خشک همواره به فکر راهکاری برای تعدیل آب و هوای خود بوده است. به همین دلیل امارات متحده عربی یکی از اولین کشورها در خاورمیانه بود که برای افزایش منابع آب موجود خود از فناوری بارورسازی ابر استفاده کرد. این کشور از آخرین فناوریهای موجود به همراه رادارهای پیچیده برای مشاهده جو و تغییرات مربوط به آن در همه زمانها استفاده میکند. باردار کردن ابرها در این کشور به سه روش مختلف انجام میشود که در ادامه آنها را توضیح میدهیم.
باردار کردن ابر از طریق هوا
متداولترین روش باروری ابر در امارات متحده عربی استفاده از هواپیما برای پرتاب هستههای چگالش به داخل ابر است. هستههای چگالش حاوی نمک (منیزیم، کلرید پتاسیم و کلرید سدیم) هستند که در توپهایی که در هواپیما بارگیری میشوند قرار دارند. این توپها در ابرها رها میشوند و در داخل ابر سرعت تراکم را تسریع میکنند و قطرات آب را با وزن کافی برای ایجاد بارندگی تشکیل میدهند.
ابرهای موجود در اتمسفر دارای دو جرم هوایی هستند کشش فوقانی و کشش پایین. توپها به قسمت بالایی میریزند و جرم قسمت بالایی اطراف کریستال نمک متمرکز و به آن متصل میشوند. در نتیجه قطرات باران سنگینتر و بزرگتر به دلیل این تراکم ایجاد میشوند.
برای باروری ابرها در امارات متحده عربی مرکز ملی هواشناسی این کشور (NCM) ابرهای متراکم را که بر فراز آسمان این کشور حرکت میکنند هدف قرار میدهند تا تلاش کند میزان بارندگی را حداقل تا 15 درصد افزایش دهد.
باردار کردن ابر از زمین
دومین روش باروری ابر و ایجاد باران مصنوعی در امارات متحده عربی، باردار کردن ابر از زمین است. این روش شامل ژنراتورهای زمینی است که در حال حاضر در مناطق کوهستانی امارات متحده عربی قرار گرفتهاند.
این ژنراتورها به جای اینکه توپهای نمک را از هواپیما به سمت ابرها رها کنند از زمین آنها را به سمت ابرها پرتاب میکنند. این دومین روش باردار کردن ابر در امارات متحده عربی برای افزایش باران است.
باردار کردن ابر از طریق فرآیند نانو تکنولوژی
با توجه به تأثیر کلی باروری ابر در امارات متحده عربی این کشور همیشه در جستجوی فناوریهای جدید و کارآمد برای ایجاد باران است. اخیراً مرکز ملی هواشناسی این کشور (NCM) در حال آزمایش روش جدیدی برای باروری ابر است که شامل فناوری نانو است. تاکنون این روش در مناطق شمالی و شرقی امارات آزمایش شده است. از طریق این فناوری NCM امیدوار است که باروری ابر در امارات متحده عربی را موثرتر کرده و باران مصنوعی بیشتری را به دست آورد.
این فناوری جدید شامل بارور کردن ابرها از طریق بلورهای نمکی است که با روکشهای نانو ذره دی اکسید تیتانیوم پوشانده شدهاند. این کریستالها به ابرهای موجود تزریق میشوند تا ذرات باران در آنها متراکمتر شده و احتمال بارش افزایش یابد.
آن چه مشخص است این است که امارات متحده عربی با به کارگیری روشهای مختلف در حال تولید منابع آبی جایگزین برای کشور و مردم خود است. در برنامههای این کشور که در سال ۲۰۲۰ منتشر شد هدف نهایی این است که کشور خود را از هر لحاظ (شرایط زندگی، اقتصادی و غیره) سرآمد کند.
باران مصنوعی در ایران
در دسامبر سال ۲۰۱۸ خبرهایی مبنی بر شروع پروژههای باروری ابر در ایران با همکاری سپاه و مرکز تحقیقات ملی باروری ابرها در ایران منتشر شد. با این حال سازمان هواشناسی ایران مخالف آن بود.
سازمان هواشناسی ایران دلیل این مخالفت را شکست پروژههای پیشین در این زمینه با توجه به شرایط آب و هوایی ایران بیان کرد. با این حال یکی از اساتید زمین شناسی دانشگاه شهید بهشتی «حسن لشکری» در ژانویه همان سال این موضوع را مطرح کرد که باروری ابر و تلاش برای باران مصنوعی میتواند یک گزینه مناسب برای ایران که با مشکل جدی کمبود آب مواجه است باشد اما این نکته را نیز اضافه کرد که ایران در منطقهای خشک و نیمه خشک واقع شده است و هر گونه امید به مقدار زیاد بارش غیر واقعی است.
همچنین در ماه آگوست همان سال «عیسی کلانتری» رئیس اداره محیط زیست گفت که پروژههای بارورسازی ابرها برای اهداف تبلیغاتی انجام میشوند و بر اساس دادههای سازمان هواشناسی این روش بر میزان بارندگی در کشور تأثیر نگذاشته است. او همچنین بیان کرد که بر اساس دادههای سازمان هواشناسی پروژه باروری ابر در استان یزد در سال 2017 بارندگی در منطقه را افزایش نداده است.
این موضوع در حالی بیان میشد که به گفته وزارت نیرو در ماه ژانویه این پروژه باعث افزایش بارندگی شده و برای برخی مناطق بسیار خوب بوده است. همچنین در سال ۲۰۱۸ این موضوع بیان شد که سالانه ۴۰ میلیارد ریال به پروژههای بارورسازی ابر اختصاص داده میشود که این میزان قرار بود به ۹۰ میلیارد ریال افزایش پیدا کند.
با این حال بررسیها نشان میدهد که پروژه بارورسازی ابر و باران مصنوعی در ایران بیشینهای ۵۰ ساله دارد و اولین بار در سال ۱۳۴۷ تصویب شد.
بین سالهای ۱۳۵۳ تا ۱۳۵۷ وزارت نیرو با همکاری یک شرکت کانادایی این پروژه را در اطراف تهران انجام داد. در سال ۱۳۶۷ «مرکز ملی تحقیقات و مطالعات باروری ابرها» در یزد تاسیس شد. این مرکز در سال ۱۳۷۷ سه پروژه مشترک را با سازمان آب و هواشناسی روسیه در مناطق مرکزی ایران و استان گیلان انجام داد.
با این حال در حال حاضر هنوز سرانجام این پروژه در کشور مشخص نیست و جزئیات دقیقی نیز از آینده آن در دسترس قرار ندارد. ذکر این نکته ضروری است که پروژه بارورسازی ابرها و ایجاد باران مصنوعی در کشورهایی مانند چین، عربستان، روسیه، کانادا و مناطقی از هند موفقیت آمیز بوده است. اما برای مثال این روش در آمریکا چندان موفق نبوده است.
آیا باران مصنوعی راه حلی برای مشکل آب در آینده است؟
بله این روش میتواند راه حل مناسبی برای مشکلات ناشی از کمبود آب در آینده باشد با این حال در استفاده از آن باید به چند نکته توجه کرد که آن را در ادامه بررسی میکنیم.
برخی از روشهای پیشنهادی دانشمندان و محققان برای حل مشکل کمبود آب عبارتند از: استفاده از آب باران، استفاده مجدد از آب، باران مصنوعی و سایر روشهای صرفه جویی در مصرف آب.
با این حال هر یک از این روش مزایا و معایبی دارد. اخیراً باران مصنوعی و باروری ابرها توجه محققان را به خود جلب کرده است. باران مصنوعی یا بارورسازی ابر نوعی اصلاح هوا است که هدف آن تغییر مقدار یا نوع بارشی است که از ابرها فرو میریزد.
همان طور که گفتیم این هدف با پراکندن برخی مواد شیمیایی در هوا که به عنوان چگالش ابر یا هسته یخ عمل میکنند و فرایندهای میکروفیزیکی درون ابر را تغییر دهند، امکان پذیر است.
متداول ترین مواد شیمیایی مورد استفاده برای بارورسازی ابرها شامل یدید نقره، یدید پتاسیم و یخ خشک (CO2 جامد) است. وجود نوع مناسب ابرها یک چالش اساسی برای باران مصنوعی است. همچنین روش مناسب برای تولید مواد شیمیایی مورد نیاز و منابع اقتصادی کل فرآیند نیز یک چالش اساسی است.
تاکنون رویکرد کلی این است که باردار کردن ابرها فقط در مواقعی که خشکسالی در منطقه خاصی وجود داشته باشد یا آلودگی بر کیفیت زندگی ساکنان یک شهر تأثیر بگذارد استفاده میشود. در این دو حالت هدف از بین بردن آلودگیهای ناشی از آلایندهها و یا تامین نیاز آب آشامیدنی برای ساکنان یک منطقه است.
یک نکته اصلی که نگران کننده است نوع مناطق بر اساس در دسترس بودن ابر و الگوهای بارندگی است. ابرها در مناطق مختلف ممکن است تغییر کنند یا بدون تغییر باقی بمانند. در حقیقت در منطقهای که ابر یا باران به اندازه کافی نباشد باران مصنوعی یا بارورسازی ابر موفقیت آمیز نخواهد بود.
استفاده از این روش در مناطقی که میزان متوسط بارندگی را دارند مفید است و اگر از این روش برای این مناطق استفاده شود میزان بارندگی کل منطقه افزایش مییابد.
استفاده از باران مصنوعی در مناطقی با میزان متوسط بارندگی به همان اندازه که در مناطق خشک مورد استفاده است در استفاده از آب کافی برای آبیاری و اهداف شهری بسیار موثر است.
حقایقی در مورد باران مصنوعی
- باران مصنوعی در طول جنگ ویتنام توسط وزارت دفاع آمریکا برای افزایش بارش در این کشور و ایجاد سیل در آن استفاده شد تا نیروهای ویتنام نتوانند از بعضی مسیرهای کاربردی خود استفاده کنند.
- بزرگترین سیستم باروری ابر در جهان متعلق به چین است. چین 55 میلیارد تن باران مصنوعی در سال ایجاد میکند و قصد دارد این میزان پنج برابر شود. این کشور درست قبل از المپیک 2008 با هدف پاکسازی آلودگی هوا از روش باردار کردن ابر و ایجاد باران مصنوعی استفاده کرد.
- در ایالات متحده باردار کردن ابر برای افزایش بارندگی در مناطقی که خشکسالی دارند و برای کاهش اندازه دانههای تگرگ در طوفانهای رعد و برق و کاهش میزان مه در فرودگاهها و اطراف آن استفاده میشود.
- در هند باردار کردن ابر و باران مصنوعی توسط دولت نواحی «تامیل نادو» (Tamil Nadu) و «کارناتاکا» (Karnataka) برای ایجاد بارندگی در مناطق آسیب دیده از خشکسالی استفاده شده است.
جمعبندی
در این مطلب در مورد باران مصنوعی صحبت کردیم. مهمترین مرحله ایجاد باران مصنوعی یعنی باردار کردن ابرها از سه طریق زمینی، هوایی و از طریق فناوری نانو صورت میگیرد. همچنین سه روش برای باردار کردن ابرها وجود دارد که شامل روشهای استاتیک، پویا و جذب رطوبت است که روش استاتیک به دلیل آسانی کار مورد استقبال بیشتری قرار گرفته است.
همچنین در مورد نتایج باران مصنوعی در چین، هند، عربستان، آمریکا و ایران نکاتی را بیان کردیم. باران مصنوعی در برخی کشورها بسیار موثر و کارآمد بوده است اما در بعضی از مناطق جغرافیایی نتایج رضایت بخشی نداشته است.
استفاده از نمک عناصر در اراضی کشاورزی ایران مناسب به نظر نمیرسد.
ولی استفاده از CO2 جامد بیشتر منطقیتر به نظر میرسد.
استفاده از دی اکسید تیتانیوم نیز ارزان نخواهد بود.
عالی
خوب بود
سپاسگزارم
سلام
میشه منابع جامع و دقیق برای موضوع باروری ابرها و باران مصنوعی معرفی کنید ، منابعی که تخصصی تر به این مقوله ها پرداخته باشن؟
سپاسگزارم
مفید بود
عالی بود