بارورسازی ابر: چیستی و چگونگی

حتما تاکنون این سوال به ذهن شما هم رسیده است که بارورسازی ابر چیست و چگونه انجام می‌شود؟ 

کمبود آب و خشکسالی از جمله اتفاقاتی است که باعث شده محققان به دنبال روش‌هایی برای رفع آنها باشند. یکی از این راهکارها که برای رفع این مشکلات مورد توجه قرار گرفت بارورسازی ابرها بود. محققان تاکنون تلاش‌های بسیاری در این راه انجام داده‌اند. در ایران نیز افراد زیادی در فکر استفاده از بارور کردن ابرها برای رفع مشکلات بی آبی بوده‌اند.

در این مقاله موضوعات مهمی که به شرح زیر است مورد بررسی قرار می‌گیرند:

• بارورسازی ابر چیست ؟
• تاریخچه بارورسازی ابرها
• بارور کردن ابر در ایران
• موارد لازم برای بارورسازی ابر چیست ؟
• روش‌های بارورسازی ابر چیست ؟
• بررسی تغییرات ابر بارور شده
• هدف از بارورسازی ابر چیست ؟
• مشکلات بارورسازی ابر چیست ؟
• آیا بارورسازی ابرها نتیجه بخش خواهد بود؟

بارورسازی ابر چیست ؟

به عملیات اضافه کردن مجموعه‌ای مواد شیمیایی به ابرها که نتیجه‌ی آن افزایش بارش برف و باران است، بارورسازی ابر گویند. این ساده ترین پاسخی است که می‌توان به سوال بارورسازی ابر چیست ، داد. با انجام این اقدام ذرات کوچکی در ابرها پخش می‌شود تا به بارش برف یا باران کمک کنند.  بارورسازی ابرها یکی از روش‌هایی است که در کشورهای مختلف برای افزایش بارندگی از آن استفاده می‌شود و مدتی است که در ایران هم مطرح شده و مورد توجه قرار گرفته است.

بررسی تاریخچه بارورسازی ابرها

آزمایشگاه تحقیقاتی شرکت جنرال الکتریک آمریکا اولین جایی بود که فرایند بارور کردن ابرها در آن اتفاق افتاد. در تاریخ ۱۲ ژوئیه سال ۱۹۴۶ وینسنت شیفر بلورهای یخ خشک با دمای ۷۸- درجه سانتی گراد را داخل ابرهای مصنوعی تولیدشده که در اتاقک بودند رها کرد. در ادامه از طریق انجماد قطرک‌های اَبَرسرد بلورهای یخ ایجاد شدند و به‌صورت برف در ته اتاقک ابر مشاهده شدند. این اولین شواهد آزمایشگاهی از بارور شدن ابرها بود.

در تاریخ ۱۳ نوامبر ۱۹۴۶ همزمان با این تحقیقات، دکتر لانگمویر برنده جایزه نوبل، یک آزمایش میدانی روی یک ابر پوششی روی کوه گریولاک در شرق شنکتدی متعلق به ایالت نیویورک انجام داد. دمای این ابر که در ارتفاعی حدود ۴۲۷۰ متر از سطح زمین قرار داشت ۲۰- درجه سانتی گراد بود. لانگمویر، ۳۶/۱ کیلوگرم یخ خشک را در مسیری خطی با طول حدود ۳ مایل روی این ابر پاشید و مشاهده کرد در مدت ۵ دقیقه تمامی محتوای آب ابر به برف تبدیل شد. برف حاصله در حدود ۲۰۰۰ پا زیر ابر ریزش نمود و به دلیل خشکی هوا قبل از رسیدن به زمین تبخیر شد.

تحقیقات بعدی ثابت کرد هسته طبیعی غالب برای تشکیل هسته یخ در طبیعت، ذرات رس معدنی هستند که در دمای حدود ۱۵- درجه سانتی گراد یا پایین‌تر به‌عنوان هسته یخ‌ساز فعال می‌گردند. پس از استفاده از دانش باروری ابرها به‌عنوان یک فناوری جدید با کاربردهای عملی، لانگمویر تا زمان مرگش در تاریخ ۱۹۵۷، بر روی گسترش این فناوری به‌منظور حصول آب بیشتر از آسمان برای تبدیل مناطق مستعد خشک و بی‌حاصل جنوبی ایلات متحده آمریکا به مراتع سرسبز و زمین‌های کشاورزی، تلاش‌های بیشماری انجام داد.

از آن زمان تاکنون محققان دیگری نیز در این زمینه اقداماتی را انجام داده‌اند.

تاریخچه اقدامات انجام شده برای بارور کردن ابرها در ایران

در ایران ابتدا وزارت نیرو تصمیم به انجام چنین کاری گرفت. وزارت نیرو از سال ۵۳ تا ۵۷ با همکاری یک شرکت کانادایی و با استفاده از یک فروند هواپیما و تعدادی ژنراتورهای زمینی چنین اقدامی را بر روی حوزه آبریز سد کرج و جاجرود انجام دادند. همچنین در سال‌های ۶۸ تا ۷۴ نیز با استفاده از ژنراتورهای زمینی در ارتفاعات شیرکوه یزد، بارورسازی ابرها به اجرا درآمد.

در ادامه وزیر وقت نیرو در بهمن ماه ۱۳۷۵، دستور تاسیس مرکز ملی تحقیقات و مطالعات باروری ابرها در یزد را داد و از سال ۱۳۷۶ رسماً آغاز به کار کردند. پس از تشکیل این مرکز، از سال ۷۷ با همکاری رصدخانه آب و هواشناسی روسیه انتقال تکنولوژی باروری ابرها به ایران در قالب یک طرح ۵ ساله که شامل اجرای پروژه‌های باروری ابرها بود، انجام شد. پس از پایان ۵ دوره اجرای طرح باروری ابرها که با حضور متخصصین روسی به همراه انتقال تکنولوژی و آموزش کارشناسان صورت گرفت، اولین پروژه اجرای مستقل توسط کارشناسان ایرانی در تابستان ۸۷ در استان گیلان انجام شد. این مرکز تاکنون پروژه‌های متعددی را در این زمینه اجرا کرده است.

بررسی تکنیک‌ها و روش‌های بارورسازی ابر

بارورسازی ابر چیست را تعریف کردیم و اکنون نوبت به شناخت روش‌های بارورسازی ابرهاست. تاکنون تلاش‌های بسیاری برای بارور کردن ابرها صورت گرفته است. محققان دست به دامن فناوری‌های مختلف شده‌اند تا از طریق آنها بتوانند به بارندگی بیشتر دست یافته و منابع آبی جدید را پیدا کنند. البته در این بین تکنولوژی‌هایی از جمله شیرین سازی و انواع تصفیه آب نیز مورد توجه قرار گرفته و کشورهای زیادی از آن استفاده می‌کنند. براساس گفته به دو روش امکان بارورسازی ابرها وجود دارد: زمینی و هوایی. در ادامه به بررسی هر کدام می‌پردازیم.

۱- تکنیک‌های زمینی برای بارور کردن ابرها

در این روش برای بارور کردن ابرها از ژنراتورهایی زمینی استفاده می‌شود. موادی که برای بارور کردن ابر لازم است توسط این ژنراتورها به هوا تزریق می‌شود. در ادامه جریان هوا باعث می‌شود تا مواد با ذرات ابر ترکیب شوند. در باروری با ژنراتورهای زمینی، ذرات ریز پس از خروج از ژنراتور توسط جریان هوا در مسیر باد و به سمت بالا قرار گرفته و وارد ابر می‌شوند و بارور می‌شوند.

معرفی یک فناوری جدید بومی برای بارور کردن ابرها

در این بین محققان ایرانی نیز برای بارورسازی ابرها تلاش‌هایی انجام داده‌اند. وجود مشکلی چون خشکسالی و کمبود آب محققان را به فکر راه چاره انداخته است. آنگونه که مهر نوشته، محققان کشور موفق شده‌اند دستگاهی برای بارور کردن ابرها بسازند. گفته شده که این طرح برای  بارورسازی ابرهای آسمان دریاچه ارومیه کاربرد دارد.

محمدرضا افرنگ، دانشجوی دکتری اقلیم شناسی دانشگاه محقق اردبیلی و مجری طرح ژنراتور زمینی دوکاره یا سامانه الکترونیک بارور کننده زمینی ابرها است. وی دو نوع ژنراتور زمینی بارور کننده ابر ساخته که اساس و زیربنای فناوری بارورکننده ابرها از زمین است. این دستگاه‌ها بومی سازی شده‌اند و تاکنون سه مدل از آن طراحی شده که آخرین مدل دستگاه ژنراتور زمینی دو کاره بوده که ۱۰۰ درصد آن بومی شده است.

این ژنراتور زمینی با یدید نقره و یخ خشک کار می‌کند که هر کدام از آنها برای بارور کردن ابرها استفاده می‌شوند.

نحوه عملکرد دستگاه بارور کننده ابر

این دستگاه برای اینکه بتواند به بارور کردن ابرها بپردازد در ابتدا یدید نقره را توسط حرارت و دود و یخ خشک را توسط فشار به هوا تزریق می کند. در ادامه جریان هوا موجب مخلوط شدن این مواد با ذرات ابر خواهد شد. زمان تاثیر یدید نقره ۲۰ دقیقه تا نیم ساعت است. نیم ساعت بعد از اینکه تزریق انجام شد، ابر قادر خواهد بود تا حدود یک و نیم ساعت افزایش بارش داشته باشد.

به گفته مجری این طرح عملیات بارور کردن ابرها باعث جلوگیری از بارش تگرگ شده و از طرفی، مقدار و سطح بارش را افزایش خواهد داد. وی تاکید کرد که این طرح می‌تواند برای تامین آب دریاچه ارومیه و سایر دریاچه‌ها و رودخانه‌ها‌ که چنین ویژگی دارند، مفید باشد.

۲-بارور سازی با هواپیما و پاشش مواد بر روی ابر

در روش قبلی برای بارورسازی ابر، استفاده از ژنراتورهای زمینی مورد بررسی قرار گرفته بود ولی در این روش با استفاده از هواپیما بارورسازی ابر انجام می‌شود و مواد مورد نظر بر روی سطح فوقانی ابر پاشیده می‌شود. در روش باروری با هواپیما، یدید نقره در هنگام پرواز هواپیما در داخل ابر سوزانده و پخش می‌شوند.

مواد مورد استفاده در فرایند بارور کردن ابرها

در فرایند بارورسازی ابرها از موادی مخصوص استفاده می‌شود. این مواد که عامل‌های باروری ابرها نیز گفته می‌شوند، دو گروه هستند. این تقسیم بندی و تفکیکی کردن مواد به دلیل متفاوت بودن نوع ابرها و فرایندهایی است که در رشد قطرک‌های ابر تاثیر دارند. این دو گروه شامل مواد یخ‌ساز و مواد نم‌گیر است.

عامل‌های یخ ساز

عامل‌های یخ‌ساز در ابرهایی که دارای ساختار مایع به‌صورت آب اَبَرسرد هستند استفاده شده که موجب می‌شوند بلورهای یخ ایجاد گردند. این عامل‌ها عبارتند از:

• یدید نقره
• یخ خشک
• پروپان مایع
• نیتروژن مایع
• دی‌اکسیدکربن مایع
• برخی مواد آلی

از بین این مواد، یدید نقره و یخ خشک (دی‌اکسید کربن جامد) متداول‌ترین عامل‌های مورد استفاده در باروری ابرهای سرد هستند.

عامل‌های نم‌گیر

در ابرهای گرم به‌دلیل داشتن قابلیت جذب رطوبت، از عامل‌های نم گیر استفاده می‌شود. عامل‌های نم گیر آب محتوی ابر را جذب کرده و رشد می‌کنند و موجب ریزش باران می‌شوند. این عامل‌ها عبارتنداز:

• نمک
• اوره
• نیترات آمونیوم

در ابر بارور شده چه تغییراتی انجام می‌شود؟

برای بارور کردن ابرهای سرد از یدید نقره استفاده می‌شود که این ماده که دارای ساختاری کریستالی شبیه به یخ است بدون اینکه باعث سرد شدن محیط شود موجب انجماد قطرک‌های اَبَر سرد می‌شود.

در صورت استفاده از یخ خشک یا نیتروژن مایع محیط اطراف به حدی سرد می‌شود که بلورهای یخ می‌توانند خود به خود از فاز بخار، هسته‌سازی کنند. برخلاف باروری با یدید نقره، این هسته سازی خود به خودی، نیازی به وجود هیچ قطرک یا هیچ ذره‌ای ندارد چرا که این روش فوق اشباع بسیار بالایی در نزدیکی ماده باروری ایجاد می‌کند.

اساس باروری ابرها بخصوص در عرض‌های میانی، بر اختلاف فشار بخار اشباع روی آب و یخ بستگی دارد. اگر ذرات به اندازه کافی رشد کنند بصورت برف (یا، اگر ذوب رخ دهد، باران) از ابرها سقوط می‌کنند در غیر این صورت بارشی رخ نمی‌دهد. این فرایند به عنوان باروری استاتیکی شناخته می‌شود.

در استراتژی باروری دینامیکی فرض بر این است که گرمای نهان اضافی ناشی از تغییر فاز مایع به جامد در ابر، باعث افزایش شناوری، تقویت جریانات بالارونده، تضمین بیشتر همگرایی سطوح پایین و در نهایت رشد سریع ابرهای منتخب می‌شود.

هدف از بارورسازی ابر چیست ؟

اینکه هدف از بارورسازی ابر چیست را می‌توان صرفا افزایش بارش باران و برف برای رفع مشکلات خشکسالی و کمبود آب در نظر گرفت. تشکیل و رشد بلورهای یخ (Ice Crystal) در ابرهای سرد و رشد قطرک‌های درون ابرهای گرم و در نتیجه افزایش بارش برف یا باران هدف اصلی این اقدام است. باروری ابرها روشی جدید برای تأثیرگذاری بر روی ابرهای طبیعی است که در آن با استفاده از مواد شیمیایی آب بیشتری از ابر به شکل باران یا برف گرفته می‌شود.

در فرایند بارور کردن ابرها بیشترین عواملی که در باروری ابرها و تولید باران و برف تاثیر دارند استفاده از یدید نقره و یخ خشک (دی‌اکسید کربن منجمد) است. البته عواملی دیگر مانند گازهای مایع (به عنوان مثال نیتروژن مایع) نیز می‌توانند برای بارور کردن ابرها در این دسته مورد استفاده قرار گیرند.

آیا بارورسازی ابرها واقعا نتیجه بخش است؟

انجام فرایند بارورسازی ابرها با وجود اینکه تاکنون تلاش‌های زیادی برای آن صورت گرفته است، خارج از محیط کوچک آزمایشگاه دشوار است. علت این دشواری این است که در سال‌های گذشته اندازه‌گیری بی‌درنگ ابعاد قطره‌ی آب موجود در ابرها امکان پذیر نبوده است. دانشمندان بدون اینکه در مورد عملکرد ابرها اطلاعات داشته باشند نمی‌توانند از نتیجه‌بخش بودن این اقدام مطمئن شوند.

علت دیگر این عدم اطمینان از نتیجه بخش بودن بارورسازی ابرها، ماهیت بی‌نظم آب‌وهوا است؛ این امر انجام آزمایش‌های کنترل‌شده‌ و طبیعی را تقریبا غیرممکن کرده است. با اجرای یک مرتبه بارورسازی دیگر نمی‌توان آن را در همان جو مشابه برای بار دوم تکرار کرد؛ زیرا شرایط جوی تغییر کرده و تکرار نمی‌شود. بنابراین وقتی با داده‌های جهان واقعی ارتباط داشته باشیم، اندازه‌گیربنی و فاکتوربندی دقیق غیرممکن است.

مشکلات بارورسازی ابر چیست ؟

بارورسازی ابرها با وجود اینکه می‌تواند در روند کاهش خشکسالی تاثیر بگذارد و آب مورد نیاز را با بارش تامین کند، معایبی نیز دارد. البته مشکلی که در اینجا مطرح می‌شود گفته شده که مربوط به بارورسازی ابرها به شکل پاشش مواد است.

پاشیدن مواد به ویژه یدید نقره به ابرها برای بارور کردن آنها ممکن است باعث عدم تأثیر گذاری مستقیم و عدم توانائی در کنترل آن شود. در این روش بالاترین ضریب موفقیت ۱۳ درصد عنوان شده‌است . در برخی موارد عدم کنترل می‌تواند باعث وقوع سیلاب‌های ویرانگر شود. همچنین از نظر اقتصادی پاشیدن یدید نقره به عنوان بهترین راندمان، مقرون به صرفه نیست.

از دیگر مشکلات مربوط به بارورسازی ابرها می‌توان به جهت باد اشاره کرد. جهت وزش باد باعث می‌شود بارش در یک منطقه‌ی دیگر رخ دهد. البته با وجود گزارش‌های سالیانه، هنوز هیچ گرایش قابل تفکیکی در رابطه با میزان بارندگی در جهت باد مشاهده نشده است.

منبع: techrato.com