Занимательное облаковедение. Учебник любителя облаков - [72]

Тепло от выхлопов может нагреть облачный слой, в результате чего часть составляющих его водяных капель испаряется. Турбулентность в кильватере самолета приводит к примешиванию более сухого окружающего воздуха в слой облаков, что дает такой же результат. Наконец, вбрасывание выхлопов может привести к «засеву» облачного слоя: твердые частицы провоцируют замерзание капель, из которых состоит облако, они увеличиваются в размерах, начинают падать и в какой-то момент испаряются, проходя через слой теплого воздуха.

Посредством конденсационных следов мы неумышленно влияем на облачный пейзаж. Однако «засев облаков» осуществляется человеком отнюдь не по недосмотру. В течение последних шестидесяти лет ученые провели множество экспериментов по введению искусственных ядер в облака для того, чтобы повлиять на их поведение. Технологии «засева облаков» были разработаны в попытке увеличить количество осадков в пораженных засухой областях, смягчить разрушительные последствия гроз с градом, рассеять туман в аэропортах и даже укротить ураганы.

***

Любой из этих поводов вполне достаточен для того, чтобы вмешаться в жизнь облаков. Однако засев облаков применялся и в куда более сомнительных целях.

Этот метод был создан в 1940-е гг. в научно-исследовательской лаборатории компании «Дженерал Электрик» в городе Скенектади, штат Нью-Йорк, США. Придумали его двое ученых: Ирвинг Лэнгмюр и Винсент Шефер. Ленгмюр, руководитель лаборатории, был признанной величиной в химии: в 1932 г. он даже получил Нобелевскую премию. Шефер, двадцатью пятью годами моложе, был его научным сотрудником.

В годы Второй мировой войны лаборатория заключила контракт на проведение военных исследований для Правительства США. Ленгмюр и Шефер создали ряд устройств — например, генератор дыма — для маскировки военных операций от врага. Помимо этого, они пытались решить проблему нарастания льда на крыльях самолетов, что представляет для авиации изрядную опасность: лед, намерзающий на крыльях, когда самолет летит через переохлажденные участки облака, где температура ниже нуля, разрушительным образом влияет на аэродинамику летательного аппарата, меняя форму крыльев и приводя тем самым в некоторых случаях к фатальной потере подъемной силы.

Однако вскоре объектом их внимания стала проблема не уменьшения льдообразования, а его стимуляции. Изучая нарастание льда на крыльях самолетов, ученые установили, что образование кристаллов в облаке — один из основных процессов, вследствие которых переохлажденные капли воды достигают размеров, приводящих к их выпадению в виде осадков. Исследователям пришло в голову, что если они смогут способствовать замерзанию капель в облаке, вероятность дождя повысится.

Однако ни у Ленгмюра, ни у Шефера не было специальной метеорологической подготовки. Впервые они столкнулись с переохлажденными каплями воды на вершине горы Вашингтон в Ныо-Хэмгпиире при температуре ниже нуля. Поскольку оба увлекались горным туризмом, во время войны им часто доводилось бывать в тамошней метеорологической обсерватории. Стоя в облаках на вершине, возвышающейся на 1919 м над уровнем моря, они с удивлением обнаружили, что даже при температуре ниже 0 °C облака состоят из жидких водяных капель. Эти капли замерзали только в случае контакта с твердыми объектами, образуя на камнях, деревьях и стенах зданий изморозь наподобие мгновенно возникающего инея. Капли пребывали в переохлажденном состоянии: они остывали до такой степени, что образование кристаллов льда могло начаться в любой момент, но для этого требовался пусковой стимул.

Озадачившись странным поведением переохлажденных капель в облаке, Ленгмюр и Шефер установили у себя в лаборатории холодильник с открытым верхом и приступили к изучению искусственных облаков. Дыша в холодильник, температура воздуха в котором была -20 °C, они наблюдали, как выдыхаемый ими пар конденсируется в облака, капли в которых находятся в переохлажденном состоянии. Ученые пришли к выводу, что, если им удастся найти ядра, которые заставили бы эти взвешенные в воздухе капли превратиться в кристаллы льда, впоследствии можно будет вводить подобные ядра в настоящие облака, чтобы из них выпадали осадки в виде дождя или снега.

***

Хотя двое ученых были далеки от построения теории засева облаков, их весьма заинтересовала практическая задача поиска таких частиц, которые могли бы выступить в качестве ядер замерзания. Чтобы заставить капли замерзать, Ленгмюр и Шефер пытались вводить в холодильную камеру самые разные добавки, среди которых были сажа, вулканический пепел, сера, силикаты и измельченный графит. Все это были вещества, и без того присутствующие в атмосфере, поэтому, как рассудили ученые, хотя бы некоторые из них могли играть роль ядер замерзания для капель, составляющих облака, в естественной среде. Однако ни одна из этих добавок не изменила поведения переохлажденных капель в выдыхаемых ими облачках пара. Ленгмюр и Шефер стали задумываться не только о том, удастся ли им стимулировать льдообразование, но и о том, хватит ли им дыхания.

Однако как-то раз, когда Ленгмюра не было в лаборатории, Шефер совершил прорыв. Он решил еще снизить температуру воздуха в холодильной камере и добавил туда сухого льда (твердого углекислого газа, температура которого составляет около -78 °C). Стоило ему положить кусок сухого льда в камеру, и выдыхаемые им облачка пара замерцали и заискрились. Они тут же превратились в кристаллы, приняв характерную для обычных снежинок форму дендритов, и стали падать на пол. А когда температура в камере упала значительно ниже -20 °C, Шеферу удалось добиться замерзания переохлажденных капель без всяких ядер.