ТАИНСТВЕННЫЕ ЯДРА
Может быть, туча живет по иным законам, чем туман в лаборатории? Или не йодистое серебро, а другие, не ведомые еще ученым аэрозольные частицы управляют ее поведением? Маленькую частицу трудно обнаружить даже в специально приспособленных для этого лабораторных условиях - ведь она не многим больше молекулы. Попробуйте "отловить" ее в туче.
Когда многократные опыты не принесли никакого результата, а зонды постоянно возвращались пустыми, как невод в сказке про золотую рыбку, наступила многолетняя полоса растерянности в науке. Похоже, что все мыслимые и немыслимые способы добычи частицы из тучи были опробованы, когда в светлые головы ученых пришла гениальная по своей простоте идея. Зачем гоняться за частицами по облакам, если их можно преспокойно дожидаться на земле. Осадки - капли, снежинки, градины - прекрасно доставят ценный для ученых материал прямо в руки исследователей.
Тут-то и начинается самый захватывающий этап операции "таинственные ядра". Сотни градин были разрезаны на тонкие пластинки. В холодильных комнатах исследователи часами вглядывались в их прозрачные срезы через мощные микроскопы. И вот неожиданность. Градины были полны пылинок. Однако они не годились для образования полноценного ледяного кристалла. Точно такие же частицы можно было найти не только в любой градине, но и в любом ледяном кристалле и даже в дождевой капле. Их очень много, но какая из них была той единственной льдообразующей, которая дала начало росту градин, было неясно. Когда слишком много претендентов, трудно выбрать достойнейшего среди равных.
Не один десяток лет проницательный глаз электронного микроскопа всматривался в частицы, пытаясь выведать их тайну. Может быть, среди них все же прячутся частицы йодистого серебра? Но исследователи лишь убедились в своей полной неудаче.
Должно было появиться на свет новое поколение электронных, еще более мощных микроскопов, чтобы среди множества неактивных частиц обнаружить те, ради которых создавались и разрушались теории и гипотезы возникновения осадков. Удалось не только их обнаружить, но даже определить, из чего они состоят. С этого момента, чтобы отличать их от прочих частиц, их стали называть льдообразующими ядрами.
Чаще всего льдообразующие ядра - это окислы металлов, соли металлов и сажевые частицы. В облаке они выполняют ту же роль, что и йодистое серебро в лабораторном тумане. Стоит им попасть в облако, как оно заряжается дождем или градом. Конечно, их не сравнить с йодистым серебром, которому достаточно всего минус 4°C, чтобы превратить воду в кристалл. Природным частицам нужен мороз покрепче: минус 10 - минус 15°C, а некоторые образуют ледяные кристаллы лишь при минус 20 - минус 30°C.
Право, даже обидно, что чемпионский титул принадлежит веществу, в природе почти не встречающемуся. Неужели искусственный чемпион непобедим? Тогда почему вода на поверхности земли замерзает при 0°? А пока одними из наиболее активных природных ядер можно назвать сажевые частицы, во множестве находящиеся в околоземном слое атмосферы.
Мы не случайно столько внимания уделили крохотным ядрам. В нашей истории они должны сыграть главную роль.
ДИРИЖЕР НЕБЕСНОГО ОРКЕСТРА
Зимой синоптики обычно предсказывают осадки в виде снега, и, как правило, их предсказания сбываются. Летом сложнее. Летом может быть все, что угодно, кроме снега, конечно. И тогда можно ошибиться. Почему из совершенно одинаковых мельчайших капелек тумана образуется то снежная крупа, то дождь, то град?
С тех пор как на смену аграрной магии пришла наука, человек пытался понять природу осадков. Исследовали характер тучи, измеряли скорость ее движения, запускали в нее десант и даже, как герой повести Даниила Гранина "Иду на грозу", пытались на самолетах проникнуть в самое ее сердце. История науки вписала немало драматических страниц в книгу познания природных процессов, но не так-то просто было понять тучу.
Обычное облако питается восходящим потоком, наполненным микроскопическими частичками песка, почвы, минералов, пыли и т. д. Эти частицы не обладают уникальными достоинствами йодистого серебра легко образовывать ледяные кристаллы, и если их количество к тому же невелико, облако промчится над вашей головой, не обронив ни одной капли. Такие облака - спутники хорошей погоды и, по определению синоптиков, являют собой наглядный пример переменной облачности.
А теперь горизонт затянуло сплошными тучами. Они зловеще тянутся к полям, накрывая их гнетущим холодом. Поднимается сильный ветер. Мы уже знаем, что это включился гигантский пылесос. Восходящим потоком в тучу затягивает несметное количество аэрозольных частиц. Если среди них много льдообразующих ядер, то, переступив свой холодовый барьер, они немедленно примутся за работу, образовывая кристаллы льда. Влаги вокруг много, кристаллы растут быстро, тяжелеют и падают на землю, тая в теплых слоях воздуха. Так из тучи идет дождь. Но если в облаке мало льдообразующих ядер, это может оказаться весьма серьезной опасностью. Те немногие ядра, которым удалось добраться до облака, соберут на себя всю влагу и вырастут до огромных размеров, иногда с голубиное яйцо. Так рождается разрушительный град.
Поведением туч управляют льдообразующие ядра. На многие тысячи и даже миллионы частиц приходится лишь одно активное ядро. Сначала оно носится по полям и дорогам, влекомое всеми воздушными потоками, а потом попадает в трубу гигантского пылесоса, и начинается его восхождение. Стоит ему попасть в облако, как оно немедленно и точно так же, как мы это видели в лаборатории, соединяется с только что возникшим ледяным зародышем.
В облаках средней полосы нашей страны обычно бывает много влаги. Ее больше, чем может вместить атмосфера. Избыток влаги создает туман, облака и тучи. В небольшой туче, размером всего в один километр, запрятаны сотни и тысячи тонн избыточной влаги. Она так и будет носиться в воздухе. Влажность более ста процентов не редкость: трудно дышать, воздух пахнет грозой, а ее все нет. Влага как бы заперта на замок. Чтобы "отворить" тучу, нужны льдообразующие ядра. Но их мало, вернее, мало активных - тогда жди беды. Опустошающий град в любую минуту может обрушиться на землю.
Человек не хочет ждать. Он может сам отвести беду: в его руках мощное противоядие, точнее, противоградие - ядра йодистого серебра. Стоит им попасть в перенасыщенную влагой атмосферу, как они быстро, соревнуясь друг с другом, поделят между собой всю влагу на небольшие ледяные кристаллы. Града не будет. Будет дождь, который очень нужен будущему урожаю. А пушки, вы помните, - зенитные орудия в начале нашего рассказа, - это лишь транспорт для ядер, лифт, который доставит их на небо.
Так льдообразующие ядра помогают человеку в борьбе с градом. Но это не единственная их профессия.
СИЛЬНЕЕ ОГНЯ И ТУМАНА
Люди давно заметили, что во время страшных лесных пожаров, когда дым поднимается до самого неба и закрывает горизонт, а столетние сосны и кедры выбрасывают под облака трескучие искры и пепел, откуда ни возьмись появляются огромные дождевые тучи и опрокидывают тонны воды на горящий лес. Природа встает на защиту своих богатств. И этим, на первый взгляд необъяснимым явлениям, о которых в старину слагали легенды, ученые смогли найти разгадку. Здесь тоже не обошлось без льдообразующих ядер.
Когда горит лес, в воздух устремляется несметное количество сажевых частиц - мельчайших кусочков не сгоревшей до конца древесины. Горячий восходящий поток подхватывает их, а что происходит дальше, вы уже знаете сами.
На знаменитом полотне Карла Брюллова "Последний день Помпеи" задний план картины затянут зловещей тучей. Она пытается накрыть гибнущий город. Сверкают молнии. Кругом огонь и пепел. Неровная цветовая гамма хорошо передает состояние общей тревоги, усиливающейся приближением грозы. Туча, которая, по замыслу художника, должна обострить ощущение опасности, верный спутник не только лесных пожаров, но и извержения вулканов. Вырывающиеся из-под земли струи горячего газа выносят на поверхность огромное количество вулканического пепла и микроскопических кусочков минералов. Они станут ядрами тех дождевых капель, которые упадут на Помпею, когда город будет уже мертв.
Теперь вернемся в наше время. Как говорится, ложка дорога к обеду; чтобы помочь природе, самолеты пожарной авиации по сигналу тревоги вылетают в зону лесного пожара. Оснащенный специальными приспособлениями самолет в несколько мгновений засеет атмосферное пространство над пожаром льдообразующими ядрами. Теперь не долго ждать дождя, который быстро сделает свое дело.
Мельчайшие, не видимые глазом частицы лучше справятся с пожаром, чем пожарная часть вместе со своей многочисленной и блестящей техникой. Один самолет с небольшим грузом на борту может потушить пожар на площади в десятки и сотни квадратных километров.
Иногда облака опускаются на землю, и тогда земля окутывается туманом. Если ты рано утром идешь на речку ловить рыбу, туман - признак хорошего клева, но если надо посадить самолет на взлетную полосу, скрытую от глаз туманом... Рассеяние туманов над взлетно-посадочными полосами - еще одна профессия льдообразующих ядер. Над полосой медленно пролетает вертолет, распыляя ядра. Через несколько минут вся влага осядет на бетонную полосу. Пилот, ведущий самолет на посадку, сообщает диспетчеру: "Иду на посадку. Видимость отличная".
КАК НАПОИТЬ ОЗЕРО
Воздействие человека на природу не остается без последствий. Чем больше мы отвоевываем у нее, тем искуснее прячет она от нас свои богатства. Человек - царь природы! Это знает каждый ребенок, но мы бываем по-царски расточительны, что совсем не украшает нашу человеческую породу. Потом нам приходится проводить воду в пустыни, созданные нашими собственными руками.
Кто бы еще в середине нашего столетия мог подумать, что ученым придется решать задачу возвращения воды в озеро Севан - жемчужину высокогорного Кавказа? Севан мелеет катастрофически быстро. Жаль красоту, воспетую поэтами, но не только это тревожит ученых. Столица Армении, почти миллионный город Ереван может остаться без воды. Если не остановить процесс, то и прекрасный климат, которым славится горная Армения, может испортиться.
Как снова наполнить Севан водой? Если перекрыть вытекающую из Севана реку Раздан, уровень воды в озере восстановится. Но сможет ли ждать город? Раздан - основной источник, питающий его. Ученые подумали и довольно решительно объявили, что льдообразующие ядра могут помочь Севану. Прогноз утешителен. Окажутся ли ученые правы, покажет недалекое теперь будущее. А сейчас по скалистым берегам озера расположились небольшие генераторы льдообразующих ядер, засевающие пространство над Севаном зародышами дождя.
Но бывает так, что атмосферный пылесос не действует, тогда и льдообразующие ядра бессильны. Представьте себе полный штиль на суше: даже травинка на шелохнется, а под ногами лежат обычной пылью драгоценные ядра, не способные начать свое восхождение. Чтобы помочь им, на возвышенности, расположенной неподалеку от обезвоженной местности, устанавливают прибор метеотрон. Изо всех сил гонит он мощную струю горячего воздуха в неподвижное небо, делая ему искусственное дыхание. И вот зашевелились, задышали сонные массы воздуха, подул легкий ветерок. Откуда ни возьмись появились белоснежные шапки облаков. Теперь "поле" готово для засева.
Это дорогое удовольствие. Чтобы расшевелить небеса, одновременно работает более десятка мощных турбореактивных двигателей. Представляете, какая нужна энергия, чтобы околоземный пласт воздуха поднять на высоту в несколько километров? Вместе с теплым воздухом в верхние слои атмосферы доставляются и ядра, делающие погоду.
МУДРОСТЬ ТЫСЯЧЕЛЕТИЙ
Издалека площадка с метеотронами напоминает гигантский костер. А если приглядеться поближе - точно так же горячий воздух устремляется в небо, прихватив с собой сажевые частицы, мелкие пылинки трав, цветов, земли. Точно так же в верхних слоях атмосферы их ждет зародыш ледяного кристалла, чтобы... Нам думается, что дальше можно не рассказывать. Кажется, теперь мы можем смело заявить, что предок метеотрона - гигантский ритуальный костер.
Интересно, подозревали ли древние люди о том, что они в самом деле управляют погодой? Чаще всего небеса их слушались, подчиняясь строгим физическим законам, а не пляскам и заклинаниям. Результат ритуала заставлял их еще больше верить в божественную природу огня. Вероятно, постепенно забывалось изначальное знание о том, что большой костер - это большой дождь.
А может быть, никакого знания и не было. Может быть, человек совершенно безотчетно пользовался подарком цивилизации еще более древней, чем земная, по своему невежеству и не подозревая о теореме урожая: огонь+облако=дождь. Был ли наш предок великим физиком или пришельцы из космоса научили его фокусам, сейчас мы вряд ли сумеем ответить. Это второй этап разгадки, который мы оставим фантастам и историкам. Наша гипотеза основана на физической сути природных явлений. Но то, что "богу - богово, а кесарю - кесарево" ложный научный принцип - это мы, кажется, доказали. Путь к истине часто проходит по границе самых разных наук.
Многим суевериям и ритуалам современная наука смогла найти рациональное объяснение. Наша история в ее физическом преломлении не только фантастов может натолкнуть на мысль о том, что идея управления осадками подсказана нашим предкам разумом, превосходящим их на несколько цивилизаций. Оттого они, возможно, и не подозревали об истинной сути обряда, сохраненного многими поколениями людей до наших дней. Как видите, наш способ управления атмосферными процессами не так уж и нов.
Кто знает, какие еще неведомые тайны скрыты за отжившими, как мы привыкли считать, обрядами и поверьями. Журнал "Вокруг света" рассказал однажды интересную историю. Огромную глыбу камня, изображавшую бога огня Тлалока, перевезли с гор, где она простояла, в столицу Мексики. Местные индейцы долго сопротивлялись переселению своего божества, но в конце концов смирились. В тот день, когда монолит весом 167 тонн устанавливали в столице, разразилась невиданная гроза. Многие увидели в этом божественное провидение. Что это - случайное совпадение или тоже физическая закономерность, скрытая от глаз современников? Может быть, эта глыба, по преданию "обслуживающая" целую провинцию, действительно обладала свойством привлекать дожди?
Большинство их суеверий может оказаться замаскированными научными истинами. Кто и зачем рядил законы природы в волшебные одежды магии нетрудно догадаться: когда фокус известен всем, фокусник рискует остаться без работы. Затем было мрачное средневековье, похоронившее многие научные открытия под черной сутаной. После него человечеству пришлось заново открывать законы и истины, хорошо известные еще в Древнем Риме, но преданные анафеме Римом средневековым.
ПОГОДА ПО ЗАКАЗУ
Насколько мы опередили своих предков в осуществлении дерзкого замысла - управление погодой? И опередили ли? Мы только подбираемся к решению этой проблемы, постепенно нащупывая пути, удовлетворяющие "заказчика" и не нарушающие экологического равновесия. Мы уже умеем бороться с градом, тушить лесные пожары, рассеивать туманы, но перераспределение осадков в масштабах больших аграрных территорий остается пока мечтой.
А если древние умели то, что пока недоступно нам? Почему они зажигали свои костры-гиганты в одно и то же время сразу на большой территории? В Европе "взошло" уже не одно поколение неверующих, а обряд со всеми аксессуарами сохранился, несмотря на его трудоемкость, повышенную пожарную опасность и полную бесполезность в глазах современников. Может быть, кострища, пламенеющие одновременно на больших пространствах, - это и есть ключ к управлению погодой?
Мы знаем, что погода зависит от перемещения воздушных масс. Как обидно бывает слышать в разгар уборочной страды неумолимый голос диктора: "Циклон, зародившийся в Северной Атлантике, принес с собой похолодание и обильные дожди на большую часть европейской территории Советского Союза". Не только дождь, но и ясная солнечная погода, ураганные ветры, затяжные туманы, длительная засуха - все это гримасы своенравных циклонов и антициклонов. Укротить буйный нрав свирепых атмосферных вихрей, сделать их покладистыми и поставить на службу человеку - вот задача, волнующая сейчас многих ученых во многих странах мира.
А если попробовать объединить наши знания и многовековой опыт предков? От праздников огня мы можем взять их масштабность и одновременность и попытаемся сразу на большой территории засеять облака ядрами. И сделать это тогда, когда урожаю нужна влага. Тогда у нас появятся основания ждать хорошего урожая. Это так, но если бы еще не было этих неуправляемых циклонов и антициклонов! Если бы могли ими распоряжаться так же свободно, как и дождем.
Можем ли мы это сделать уже сегодня? Теоретически - да. Для этого достаточно перекрыть фронт атмосферного вихря заслоном из современных костров - метеотронов. Они пропустят только те вихри, в которых в этот момент нуждаются поля, изнывающие от зноя и жажды. Пока это "бумажное" решение проблемы управления погодой, гипотеза, которой, мы считаем, принадлежит будущее. Для управления циклонами понадобится намного больше льдообразующего реагента, чем для борьбы с градом или тушения лесных пожаров. Атмосферный вихрь иногда простирается на многие сотни километров, захватывая моря, океаны и целые материки. Чтобы укротить циклон размером тысяча на тысячу километров, понадобится не менее сотни тонн йодистого серебра. Будем надеяться, что очень скоро на смену йодистому серебру придут достойные, но, не в пример ему, дешевые заменители, а количество аэрозоля, выстреливаемого в атмосферу, удастся свести до минимума.
Остается открытым вечный вопрос науки: насколько допустимо вмешательство человека в природные процессы? Не повлияет ли на биосферу огромное количество аэрозольных веществ, распыленных в воздухе? А вдруг "необращенные" ядра проскочат слой, в котором они должны были превратиться в ледяные кристаллы, и, вырвавшись в верхние слои атмосферы, нарушат ее сложившуюся структуру, продырявят ее и оставят нас беззащитными перед солнечной радиацией? И не получится ли, что, напоив, например, засушливые районы Поволжья, мы иссушим одну из важнейших житниц страны - Кубань?
Блестящие перспективы - это прежде всего гигантская ответственность перед наукой, природой, человеком, самой жизнью на земле. Любая научная гипотеза должна сопровождаться самым точным расчетом, а любая стратегия воздействия на природные процессы должна иметь несколько альтернативных сценариев и хорошо проверена экспериментом.
Ученые считают, что управление циклонами станет возможным уже в нашем столетии, и тогда безоблачное небо и яркое солнце будут добрыми помощниками в уборочную страду, а обильные дожди в разгар лета будут поливать поля по нашему заказу.