При безоблачном небе падение температуры с высотойравно примерно одному градусу на каждые 100 метров подъема. В конце концов убывание температуры приводит к насыщению воздуха паром и его конденсации.
Конденсация и есть образование облака. Начинается оно в тот момент, когда температура движущегося вверх влажного воздуха станет равной температуре среды. Именно тогда конденсирующийся пар прекращает подъем и принимается растекаться по горизонтали: образуется облачный слой.
Когда ученые начали пристальнее вглядываться в механизм образования облаков, они обнаружили, что в очень чистой атмосфере конденсация происходит редко и лишь на больших высотах, где стоит температура ниже 0 градусов Цельсия. "Теплые облака", рождающиеся при плюсовой температуре, состоят из пара, конденсация которого происходит на мельчайших пылевых частичках - ядрах конденсации, плавающих в воздухе (теперь понятен смысл пожаров - "жертвоприношений").
Над сушей в каждом кубическом сантиметре воздуха содержится от одной до ста тысяч частичек пыли и дыма размерами от 50 ангстрем до 10 микрон. Над океаном поменьше: от ста до тысячи, но мириады брызг, поднимаемых волнами, выносят в высокие слои атмосферы громадное количество мельчайших частиц морской соли (вспомните излюбленные выражения авторов морских песен и романов - "соленый ветер", "запах моря"...).
В одном кубическом сантиметре теплых облаков содержится примерно 100 капелек - результатов конденсации. Радиус их равен в среднем 10 микронам. Такие капли просто плавают в воздухе. Для того чтобы из облака пошел дождь, они должны стать более крупными.
Если радиус капли достигнет размера 50-100 микрон, она начнет опускаться вниз. При этом происходят два процесса: во-первых, благодаря попаданию в более теплые слои воздуха вода с поверхности капли испаряется; во-вторых, капля растет за счет столкновений - слияний с соседними. Если второй процесс интенсивнее первого - идет дождь, в противном случае облако проходит, клубясь, над полем лишь призраком...
Для "холодных" облаков описанный механизм1 (конечно, у нас он достаточно упрощен) выглядит несколько иначе. Если водяной пар поднялся выше границы нулевой температуры, то- начавшаяся конденсация ведет к появлению ледяных кристаллов и переохлажденных капель воды. Кристаллы льда, в свою очередь, служат ядрами конденсаций; опускаясь под действием силы тяжести вниз, они обрастают каплями воды, становятся большими и ускоряют свое падение. В зависимости от числа таких ледяных ядер на единицу объема, температурных перепадов в различных слоях атмосферы, сквозь которые пролетают кристаллы, ветра и множестства других факторов, падающие льдинки имеют разную судьбу.
Они могут, растаяв в нижних слоях, упасть на поля дождем; обрасти дополнительным ледяным панцирем и стать градом... Льдинки способны стать снегом или...
вновь паром, возвращающимся вверх в дымящееся и клубящееся облако.
Возможность создавать или разрушать облака появилась сразу же после того, как описанный механизм был понят и лег на страницы научных трудов тысячами цифр, таблиц и формул. Не следует только думать, что возможность эта означала и вполне реальное управление погодой...
Первые официальные патенты на спосооы вызывания дождя были выданы в различных странах в последней четверти прошлого столетия. Таким образом, технике искусственного дождя исполняется 100 лет. Впрочем, точности ради надо упомянуть, что еще в ХVI веке знаменитый Б. Челлини в "Автобиографии" описал услугу, оказанную им некой герцогине Оттавио. Хитроумному итальянцу якобы удалось прекратить сильный ливень, стреляя пушечными ядрами в наиболее мощные части облаков. Солнце показалось после четвертого залпа, и герцогиня смогла эффектно въехать в Рим.
Все патенты, выданные в конце XIX столетия, так или иначе повторяли опыт Челлини с той только разницей что на смену ядрам пришли снаряды. Так, например, в Штайнмарке (Австрия) один предприимчивый бургомистр установил на холмах 36 "градовых пушек".
Над жерлами орудий возвышались дымовые трубы паровозов. Пушки не только страшно гремели, но и изрыгали массу дыма...
Описанные эксперименты в Австрии закончились... человеческими жертвами. Не лучше обстояло дело и в США. В 1916 году деятельность одного из "дождевателей" привела к тому, что городу Сан-Диего были причинены убытки в миллион долларов. Лишь после работ, проведенных в Голландии, Швеции, и Германии между 1930-м и 1938 годами, обстрел облаков обрел вполне научную основу.
Сейчас на этой основе проводятся экспериментальные "сеансы дождевания" с помощью техники, разработанной Украинским гидрометеоинститутом. Сеансы вполне успешны и дают основания экономистам щелкать клавишами вычислительных машин, подсчитывая барыши...
Вероятность успешного вызывания дождя тем больше, чем выше влажность воздуха и больше в небе туч.
Об этом свидетельствует, в частности, "вполне солидный" американский опыт ведения метеорологической войны против Кубы, лежащей, как известно, в зоне высокой влажности. Как заявил Фидель Кастро в интервью корреспонденту "Юманите" (смотри "За рубежом" No 23, 1977 год), в 1969-м и 1970 годах ЦРУ провело метеооперации против Кубы, пытаясь сорвать ее план получения урожая сахарного тростника в 10 миллионов тонн.
Чтобы не пустить дождь на остров Свободы, старались "опорожнить" тучи над океаном. Некоторые из этих операций метеовойны были успешными. Безуспешны, однако, любые попытки закрыть народам дорогу к счастью и свободе.
И метеовойна, и мирная обработка туч базируются в настоящее время на одной и той же сельхозметеотехнике... Для вызывания дождя используют снаряды или ракеты, запускаемые с земли или с самолетов. В некоторых случаях прибегают к "опрыскиванию" облаков или "протягиванию" сквозь них специальных "засевающих"
устройств. Все эти снаряды, ракеты или устройства призваны внести в облако либо крупные гигроскопические частицы, чтобы увеличить эффективность конденсационного механизма, либо искусственные ядра конденсации - кристаллизации с целью стимуляции осадков.
Для засева облаков используются сухой лед, поваренная соль, йодистое серебро. Наиболее эффективно последнее. Для его генерирования изобретены специальные горелки, которые устанавливают на земле или на самолете. "Подогрев" облаков с их помощью - достаточно перспективное занятие, хотя никто не может сказать, когда оно станет экономически эффективным.
Другую технологию искусственного дождевания разработал американский физик Ф. Вайнбергер. Она тоже дорога, но более надежна: специальный генератор, установленный на Земле, испускает вертикальный, высотой до 2,5 километра, поток электронов энергией около 50 миллионов электрон-вольт. Электроны увеличивают электрический заряд частиц, находящихся в облаке.
Благодаря этому начинается лавинная конденсация и выпадает дождь.
При всех успехах "дождевателей" пока экономически оправдывает себя лишь борьба с градом. Особенно хорошие результаты достигнуты во многих районах Молдавии и Кавказа, где создана специальная ракетная служба борьбы с градовыми тучами. По оценкам специалистов, ущерб от града на защищаемых этим способом территориях на 75 процентов ниже, чем на незащнщаемых.
Облакосеющие и градобьющне машины не вышли еще из стадии эксперимента, а ученые уже думают о том, как бы бороться с молниями, ураганами, как "делать погоду по заказу"...
Есть, однако, в перспективах искусственного регулирования метеорологических условий и некоторые побочные аспекты, кроме технических и экономических. Вызывая дождь в одном месте, мы, очевидно, не даем ему возможности излиться в другом. Если вмешательство человека в погоду в недалеком будущем примет планетарные масштабы, то это приведет к перераспределению осадков на огромных территориях. Области, ранее бывшие переувлажненными и слишком сухими, станут одинаково влажными. Это вызовет заметные изменения в условиях жизни растений и животных. Существующее равновесие сдвинется... и мы не знаем пока всех последствий этого нарушения.
Есть и социальный аспект проблемы "погоды по заказу"; он настолько важен, что многие специалисты в буржуазных странах вообще не уверены, надо ли это делать. Попытка изменить погоду может быть очень эффективна для одних слоев населения и вредна для других. В мае - июне дожди - благо для фермера, выращивающего пшеницу, и разорение для владельцев курортов и отелей, несчастье для садовода, выращивающего клубнику. Дожди в июле неприятны при уборке зерновых, зато дают много корма для животноводства...
Этот список можно было бы продолжить, но уже ясно, что регулирование погоды может производиться эффективно лишь в плановом, некапиталистическом обществе. Что это именно так, доказывает следующий пример. Летом 1964 года в городе Квебеке гидроэлектрическая компания "Квебек гидро" приняла решение попытаться повысить уровень водохранилищ за счет искусственного увеличения осадков Фирма финансировала заказ на "облакозасев", и вскоре пошел дожт,ь Не прекращался он в течение трех недель. Успех превзошел все ожидания компании и... вызвал гром и молнии с той стороны, откуда их не ожидали.
Большинство местного населения жило за счет туризма. Три недели дожДей для многих означали огромные убытки. Ярость населения в связи с этим дошла до того, что были предприняты попытки разрушить генераторы йодистого серебра. Компания демонтировала их, однако дождь не прекращался. Жители устроили массовые демонстрации, на которых раздавались угрозы убить министра природных ресурсов и линчевать председателя фирмы "Квебек гидро" К счастью для этих лиц, дождь прекратился...
В настоящее время во многих штатах США приняты специальные законы, запрещающие искусственно менять погоду. Формально они опираются на "классическую" основу: "погода от бога"...
- Если мы так близки к тому времени, когда погоду можно будет заказывать по телефону, то стоит ли возиться со всеми этими поворотами северных рек на юг?.. Тем более что новая селъхозметеотехника, судя по всему, попроще старой мелиоративной.
- Вопрос о предпочтительности той или иной техники дождевания будет решаться не только стоимостью одной капли искусственного дождя, но и точностью ее Попадания по прямому назначению.
Наблюдения с американских спутников показали, что в тех районах США, куда достигают дымовые шлейфы заводов, кучевые облака образуются быстрее. Статистика неопровержимо свидетельствует: в городах дожди идут чаще, а средняя температура здесь выше, чем в окрестностях, человек уже "научился" изменять погоду, хотя и не научился предсказывать последствия этих изменений...
Погоду, видимо, никогда не будут заказывать по телефону, а поэтому вызывание дождя из естественных туч никогда не будет противоречить использованию туч искусственных. Скорее всего новая сельхозметеотехника будет дополнять старую, которая, впрочем, тоже станет новой...
Не будем заблуждаться: не все "естественное" означает одновременно "оптимальное". Дождь дождю - рознь. Всем наверняка случалось попадать под ливень, который кладет на землю растения, ломает их и вымывает целые овраги. Поэтому раз уж люди взялись за производство дождя, то необходимо научиться делать его исключительно "хорошим" и не делать "плохим".
Ну а, следовательно для начала не мешает поговорить о его "качестве".
Качество дождя характеризуют несколькими величинами.
Во-первых, слоем, осадков на единицу поверхности.
Он должен быть таким, чтобы почва могла легко и полиостью впитать его, чтобы она стала насквозь мокрой, но чтобы по ней не заструились ручьи и не появились застойные лужи. В первом случае за дело принимается водная эрозия. Во втором - растение просто рискует вымокнуть, утонуть, захлебнуться.
Во-вторых, равномерностью распределения дождя по поливаемой площади. (Все, наверное, слышали жалобы агрономов: "везет соседям: каждый день дождь, а у нас за весь май - ни капли".) Дождь следует делать равномерным: толщина слоя искусственных осадков в любой точке орошаемого поля должна быть одинаковой.
Иначе одному растению достанется слишком много, а другому - ничего.
С помощью очень простых математических выкладок можно доказать, что силовое воздействие падающих капель тем больше, чем выше скорость их падения и диаметр. Скорость же тем больше, чем с большей высоты падает капля. Поэтому, искусственный дождь следует сбрасывать с не слишком большой высоты, чтобы не разгонять капли до очень большой скорости. Кроме тою, капли искусственного дождя должны быть как можно более мелкими.
По принципу работы дождевальные машины делятся на коротко- и дальнеструйные. Первые выбрасывают воду на небольшое расстояние, поэтому капли падают на землю с незначительной скоростью. Вторые заставляют струю воды лететь дальше с тем, чтобы она могла полить более удаленные от машины участки. Для этого струю направляют под углом к горизонту, благодаря чему она поднимается на некоторую высоту над землей и уже оттуда надает веером брызг. Высота подьема стри, впрочем, существенного значения не имеет. Благодаря сопротивлению воздуха при падении скорос!ь капель возрастает лишь до определенного значения и потом уже становится постоянной. Например, если капля имеет диаметр 3 миллиметра, то ей уже "все равно", с какой высоты падать - с 10 или со 100 метров:
скорость в обоих случаях будет одинаковой. А вот при высоте ниже 10 метров она уже будет меньше...
Итак, управлять скоростью падения капель можно и нужно, для этого следует регулировать и угол выброса струи к горизонту, и скорость ее выброса (то есть напор струи). Существуют специальные инженерные методы расчета оптимальных значений этих величин, учитывающие как необходимое обеспечение допустимой скорости соударения капли с почвой и растением, так и требуемою производительность машины (ведь чем дальше летит вода, тем большую поверхность поля она сможет оросить с одной и той же позиции, занимаемой машиной). А вот существуют ли способы, позволяющие "изготавливать" капли нужного размера?
Струя воды, выброшенная под углом к горизонту, рано или поздно сама рассыпается на более мелкие зтруи и капли под влиянием сопротивления воздуха.
Интенсивность такого самопроизвольного распада, однако, зависит от первоначального характера струи: ее формы, вида, движения воды внутри нее (струю можно, к примеру, закручивать относительно продольной оси) и скорости истечения. Все это поддается регулированию, и дождевальные машины оснащаются самыми разнообразными по производительности и напору насосами, различными по конструкции водопроводящими трубами и насадками-соплами.
Вола из короткоструйных дефлекторных насадок выбрасывается с относительно небольшой скоростью, и давление обычно не превышает 0,5-1,5 атмосферы.
Поэтому диаметр водяного зонтика невелик. А раз так, приходится на одной машине ставить множество насадок, чтобы обработать сразу большую площадь. В связи с этим короткоструйные машины отличаются относительной громоздкостью. Чаще всего они выглядят как длинные, смонтированные на тракторе или специальных колесных ходах фермы. По трубам этих ферм и подается вода к насадкам.
Дальнеструйные машины работают при напоре от 2,5 до 8 атмосфер. Это позволяет достичь высокой скорости выброса струи из сопла, а следовательно, и значительной дальности ее полета. На выходе из насадки брандспойта элементарные струйки воды, составляющие общий поток и движущиеся у его периферии, имеют скорость, меньшую, чем центральные. Происходит это из-за тормозящего действия стенок канала брандспойта.
Поэтому крайние струи вторгаются в воздушное пространство с меньшей скоростью и летят на меньшее расстояние, чем центральные. Из-за этого поток воды постепенно утоньшается, от него отпадают струи, оказавшиеся крайними. Постепенно обнажаются все новые участки потока, место крайних занимают струйки, летящие ближе к его центру... Струя постепенно распадается и образует веер летящих капель. Идет искусственный дождь.
Есть и еще одна принципиальная разница между работой коротко- и дальнеструйных машин. И первые и вторые могут производить полив как непрерывно, так и прерывисто, меняя время от времени позицию.
Однако для короткоструйных "порционный" полив не слишком целесообразен. Чтобы обеспечить высокую производительность и равномерность, короткоструйную машину лучше всего непрерывно перемещать по полю.
В этом случае вдоль поля как бы движется сплошная туча, из которой непрерывно идет дождь.
Что же касается брандспойта дальнеструйной машины, то из соображений производительности его целесообразнее всего вращать. Тогда дождь распределяется не прямоугольной полосой, а выпадает по кругу, в центре которого находится машина. Если заставить ее непрерывно двигаться, дождь будет покрывать один и тот же участок не один, а несколько раз. Естественно, это приводит к снижению равномерности полива.
Снижает эффективность дальнеструйной машины и ветер. Уже при небольшом ветре снос капель в сторону достигает значительной величины. Это может очень сильно снизить равномерность полива. Если же учесть стремление производить как можно более мелкие капли (которые сносятся еще сильнее), то вывод напрашивается один: дальнеструйные агрегаты далеко не самый лучший источник искусственного дождя.
С другой стороны, тащить по полю громоздкую ферму из переплетений стальных труб и тросов - занятие не слишком прибыльное. Возникает поэтому вопрос:
нельзя ли найти компромиссное решение, сочетающее лучшие стороны всех ранее использовавшихся дождевальных агрегатов? Оказывается, можно.
Прежде всего вовсе не обязательно иметь огромную ферму, навешенную на трактор. Можно, например, ограничиться одной трубой, по которой и подавать воду к насадкам. Чтобы она стала более жесткой, ее следует опереть через равные расстояния на легкие колеса.
Так и сделали. Получился "колесный дождевальный трубопровод": одна длинная (до 400-500 метров) ось (она же труба) с надетыми на нее через каждые 10-15 метров опорными колесами. В зависимости от длины и конструктивного исполнения такая установка имеет один или несколько устройств для забора воды из канала и механизм передвижения. Перемещается она обычно периодически: польет полосу 15-30 метров шириной (в зависимости от напора и типа используемых насадок) и передвигается на следующий шаг. Перемещают такие установки с помощью специальной ходовой тележки, располагаемой между двумя симметричными крыльями.
Установки описанного типа - "Волжанка", "Фрегат", "Днепр" - могут применяться далеко не во всех условиях. Они рассчитаны лишь на ровные прямоугольные поля с невысокими растениями. Для полива участков неправильной конфигурации и полей с высоким стеблестоем растений приходится пользоваться более универсальными, хотя и более неудобными в эксплуатации переносными разборными трубопроводами. Возни с ними немало: с позиции на позицию их приходится перетаскивать вручную и каждый раз вновь и вновь монтировать. Если трубы стальные, то у поливальщика спина обязательно мокрая.
В последние годы дождевальные крылья все чаще делают из синтетики и легких сплавов. Поливные рукава вообще часто делают гибкими, сматывающимися на барабан. Тогда трактор или самоходная тележка может быстро разложить и сложить поливной трубопровод. Система механизации полива становится столь же простой и гибкой, как и те материалы, которые она использует для доставки воды к изнемогающему от жары растению.
- Сколько же нужно подвести воды к растению?
- Это зависит от типа водопровода. Выращивание риса, например, требует до 40 тысяч кубометров влаги на гектар, хлопчатника - до 12, а пшеницы до 3 тысяч.
- Немало. Однако все эти кубометры выливаются на землю. А сколько из них достается растению?
- Около 0,2 процента.
- И это вы называете "гибкой системой"?!
Сейчас дождевание в нашей стране применяется на четвертой части орошаемых земель. Три четверти орошается модифицированным дедовским способом - напуском или по бороздам. И тот и другой вариант обладают целым рядом неприятных особенностей.
Прежде всего расход воды. При орошении затоплением он очень велик, так как влага расходуется не прицельно. По существу, точно так же, как и при внесенпл удобрений разбрасыванием, мы снабжаем влагой не растение, а землю. В результате часть ее испаряется с поверхности каналов и полей, другая - уходит внутрь почвы и смешивается с грунтовыми водами... Крупнейшая побочная неприятность этого процесса испарения и фильтрации засоление почв...
Борьба с засолением всегда была главной (и трудноразрешимой) проблемой орошаемого земледелия.
На территории Ближнего Востока несколько тысяч лет назад разработали, пожалуй, самый кардинальный способ ее решения-засоленную с поверхности землю срезали и уносили прочь. Древние государства держали для выполнения этой операции целую армию рабов - зинджей. Однажды зинджи восстали и ушли от поработителей. И вскоре иссякла житница Древнего Востока...
В наше время засоленные слои не удаляют. Их промывают большими порциями воды. Для сброса излишков влаги в этом случае приходится применять дренаж, прием, хорошо известный жителям болотистых мест.
В некоторых случаях вносят в почву гипс, что позволяет изменить ее химические свойства: в засоленном состоянии для нее характерна шелочная реакция, растение же "любит" слегка кислую землю. При промывке и гипсовании земля освобождается от избытка растворимых солей, в результате чего она возрождается и начинает давать урожай.
Для старинной технологии орошения характерны большие затраты труда, особенно ручного. Чем больше протяженность постоянных и временных каналов, тем больше труда необходимо для того, чтобы строить, чистить и ремонтировать их. Временные оросительные борозды приходится к тому же то рыть, то засыпать...
Но что делать? Дождевальные машины не умеют ходить везде, по разным полям. Там, где растут крупные растения, колеса пройти не смогут. Не протянешь над этими полями и слишком широких дождевальных крыльев, разве что к аэростату подвесишь (есть и такой проект)...
Искусственное дождевание снижает расход воды на 30-40 процентов. И все-таки он остается большим!
Кроме того, если говорить честно, дождевальная техника так и не научилась делать хороший дождь. Вместо мелкой осенней мороси она часто "выдает" тропический ливень. В результате значительная часть воды стекает с поверхности, образует лужи. Итог - развитие водной эрозии, разрушение структуры почвы. Нередко в жаркую погоду после полива трескается земля...
Это следствие неумеренности дождевания, признак обесструктуривания.
Есть в греческой мифологии миф о данаидах. По его свидетельству, великий Зевс наказал дочерей царя Даная за то, что они убили своих мужей, заставив их наполнять бездонный сосуд. Скорее всего сюжет мифа навеян наблюдениями над орошаемыми землями: они - что мифическая бочка без дна...
Путей решения проблемы снижения расходов воды несколько. Известно, например, что испарение с поверхности листьев тем больше, чем выше температура и чем ниже влажность воздуха. Во влажных тропиках и субтропиках, несмотря на высокую температуру, растения "потеют" меньше. И в то же время прекрасно растут!
Чтобы создать искусственные субтропики в тонком приземном слое (на некоторое время, конечно), достаточно на небольшой высоте над землей образовать туманное облако из очень мелких дождевых капель. В безветренную погоду туман держится долго: капли влаги как бы плавают в воздухе и оседают на землю очень медленно. В результате прекращается интенсивное "потоотделение" - транспирация...
В полуденные знойные часы транспирация увеличивается в 5-10 раз и в расчете на гектар, скажем, пшеницы может достичь 80 и более кубометров воды в день.
При потере 30 процентов влаги от ее нормального содержания в тканях зеленого листа синтез органических веществ в листьях прекращается. В то же время их расход на дыхание увеличивается в 2-3 раза. Таким образом, спасая растение от перегревания в наиболее жаркие часы и дни, транспирация в то же время отключает на определенный срок процесс фотосинтеза, что так или иначе приводит к снижению урожая.
Значит, если мы найдем способ снизить температуру воздуха и самого растения, покрыть недостаток влаги в тканях листьев, то тем самым увеличим продолжительность и активность процесса накопления питательных веществ, повлияем на судьбу урожая. Этим задачам в значительной мере отвечает мелкодисперсный увлажнительный полив или, как еще его называют, орошение туманом.
Туман на техническом языке - аэрозоль. Аэрозольные дождевальные машины - гуманообразующие установки расходуют всего 200-600 литров воды на гектар.
Это в несколько сот и даже тысяч раз меньше, чем при обычном дождевании А эффект вполне сопоставим с ним! Если, конечно, в почве еще есть влага. Не надо забывать, что аэрозольное дождевание - это лишь средство резко сократить потери уже имеющейся в земле воды за счет сокращения ее испарения листьями. Если же почва суха, никакой туман не поможет, поливать ее все-таки нужно...
Кроме описанного естественного, существует и второй путь. Он, конечно, "неестественный". И, как всегда, прокладывает его химия. Речь идет о так называемых антитранспирантах - искусственных веществах, после обработки которыми растения меньше пьют и меньше "потеют". Антитранспиранты заставляют устьица на листьях растений сокращаться. Благодаря этому растение резко снижает транспирацию воды. В то же время фотосинтез, а следовательно, и рост продолжается...
Конденсация и есть образование облака. Начинается оно в тот момент, когда температура движущегося вверх влажного воздуха станет равной температуре среды. Именно тогда конденсирующийся пар прекращает подъем и принимается растекаться по горизонтали: образуется облачный слой.
Когда ученые начали пристальнее вглядываться в механизм образования облаков, они обнаружили, что в очень чистой атмосфере конденсация происходит редко и лишь на больших высотах, где стоит температура ниже 0 градусов Цельсия. "Теплые облака", рождающиеся при плюсовой температуре, состоят из пара, конденсация которого происходит на мельчайших пылевых частичках - ядрах конденсации, плавающих в воздухе (теперь понятен смысл пожаров - "жертвоприношений").
Над сушей в каждом кубическом сантиметре воздуха содержится от одной до ста тысяч частичек пыли и дыма размерами от 50 ангстрем до 10 микрон. Над океаном поменьше: от ста до тысячи, но мириады брызг, поднимаемых волнами, выносят в высокие слои атмосферы громадное количество мельчайших частиц морской соли (вспомните излюбленные выражения авторов морских песен и романов - "соленый ветер", "запах моря"...).
В одном кубическом сантиметре теплых облаков содержится примерно 100 капелек - результатов конденсации. Радиус их равен в среднем 10 микронам. Такие капли просто плавают в воздухе. Для того чтобы из облака пошел дождь, они должны стать более крупными.
Если радиус капли достигнет размера 50-100 микрон, она начнет опускаться вниз. При этом происходят два процесса: во-первых, благодаря попаданию в более теплые слои воздуха вода с поверхности капли испаряется; во-вторых, капля растет за счет столкновений - слияний с соседними. Если второй процесс интенсивнее первого - идет дождь, в противном случае облако проходит, клубясь, над полем лишь призраком...
Для "холодных" облаков описанный механизм1 (конечно, у нас он достаточно упрощен) выглядит несколько иначе. Если водяной пар поднялся выше границы нулевой температуры, то- начавшаяся конденсация ведет к появлению ледяных кристаллов и переохлажденных капель воды. Кристаллы льда, в свою очередь, служат ядрами конденсаций; опускаясь под действием силы тяжести вниз, они обрастают каплями воды, становятся большими и ускоряют свое падение. В зависимости от числа таких ледяных ядер на единицу объема, температурных перепадов в различных слоях атмосферы, сквозь которые пролетают кристаллы, ветра и множестства других факторов, падающие льдинки имеют разную судьбу.
Они могут, растаяв в нижних слоях, упасть на поля дождем; обрасти дополнительным ледяным панцирем и стать градом... Льдинки способны стать снегом или...
вновь паром, возвращающимся вверх в дымящееся и клубящееся облако.
Возможность создавать или разрушать облака появилась сразу же после того, как описанный механизм был понят и лег на страницы научных трудов тысячами цифр, таблиц и формул. Не следует только думать, что возможность эта означала и вполне реальное управление погодой...
Первые официальные патенты на спосооы вызывания дождя были выданы в различных странах в последней четверти прошлого столетия. Таким образом, технике искусственного дождя исполняется 100 лет. Впрочем, точности ради надо упомянуть, что еще в ХVI веке знаменитый Б. Челлини в "Автобиографии" описал услугу, оказанную им некой герцогине Оттавио. Хитроумному итальянцу якобы удалось прекратить сильный ливень, стреляя пушечными ядрами в наиболее мощные части облаков. Солнце показалось после четвертого залпа, и герцогиня смогла эффектно въехать в Рим.
Все патенты, выданные в конце XIX столетия, так или иначе повторяли опыт Челлини с той только разницей что на смену ядрам пришли снаряды. Так, например, в Штайнмарке (Австрия) один предприимчивый бургомистр установил на холмах 36 "градовых пушек".
Над жерлами орудий возвышались дымовые трубы паровозов. Пушки не только страшно гремели, но и изрыгали массу дыма...
Описанные эксперименты в Австрии закончились... человеческими жертвами. Не лучше обстояло дело и в США. В 1916 году деятельность одного из "дождевателей" привела к тому, что городу Сан-Диего были причинены убытки в миллион долларов. Лишь после работ, проведенных в Голландии, Швеции, и Германии между 1930-м и 1938 годами, обстрел облаков обрел вполне научную основу.
Сейчас на этой основе проводятся экспериментальные "сеансы дождевания" с помощью техники, разработанной Украинским гидрометеоинститутом. Сеансы вполне успешны и дают основания экономистам щелкать клавишами вычислительных машин, подсчитывая барыши...
Вероятность успешного вызывания дождя тем больше, чем выше влажность воздуха и больше в небе туч.
Об этом свидетельствует, в частности, "вполне солидный" американский опыт ведения метеорологической войны против Кубы, лежащей, как известно, в зоне высокой влажности. Как заявил Фидель Кастро в интервью корреспонденту "Юманите" (смотри "За рубежом" No 23, 1977 год), в 1969-м и 1970 годах ЦРУ провело метеооперации против Кубы, пытаясь сорвать ее план получения урожая сахарного тростника в 10 миллионов тонн.
Чтобы не пустить дождь на остров Свободы, старались "опорожнить" тучи над океаном. Некоторые из этих операций метеовойны были успешными. Безуспешны, однако, любые попытки закрыть народам дорогу к счастью и свободе.
И метеовойна, и мирная обработка туч базируются в настоящее время на одной и той же сельхозметеотехнике... Для вызывания дождя используют снаряды или ракеты, запускаемые с земли или с самолетов. В некоторых случаях прибегают к "опрыскиванию" облаков или "протягиванию" сквозь них специальных "засевающих"
устройств. Все эти снаряды, ракеты или устройства призваны внести в облако либо крупные гигроскопические частицы, чтобы увеличить эффективность конденсационного механизма, либо искусственные ядра конденсации - кристаллизации с целью стимуляции осадков.
Для засева облаков используются сухой лед, поваренная соль, йодистое серебро. Наиболее эффективно последнее. Для его генерирования изобретены специальные горелки, которые устанавливают на земле или на самолете. "Подогрев" облаков с их помощью - достаточно перспективное занятие, хотя никто не может сказать, когда оно станет экономически эффективным.
Другую технологию искусственного дождевания разработал американский физик Ф. Вайнбергер. Она тоже дорога, но более надежна: специальный генератор, установленный на Земле, испускает вертикальный, высотой до 2,5 километра, поток электронов энергией около 50 миллионов электрон-вольт. Электроны увеличивают электрический заряд частиц, находящихся в облаке.
Благодаря этому начинается лавинная конденсация и выпадает дождь.
При всех успехах "дождевателей" пока экономически оправдывает себя лишь борьба с градом. Особенно хорошие результаты достигнуты во многих районах Молдавии и Кавказа, где создана специальная ракетная служба борьбы с градовыми тучами. По оценкам специалистов, ущерб от града на защищаемых этим способом территориях на 75 процентов ниже, чем на незащнщаемых.
Облакосеющие и градобьющне машины не вышли еще из стадии эксперимента, а ученые уже думают о том, как бы бороться с молниями, ураганами, как "делать погоду по заказу"...
Есть, однако, в перспективах искусственного регулирования метеорологических условий и некоторые побочные аспекты, кроме технических и экономических. Вызывая дождь в одном месте, мы, очевидно, не даем ему возможности излиться в другом. Если вмешательство человека в погоду в недалеком будущем примет планетарные масштабы, то это приведет к перераспределению осадков на огромных территориях. Области, ранее бывшие переувлажненными и слишком сухими, станут одинаково влажными. Это вызовет заметные изменения в условиях жизни растений и животных. Существующее равновесие сдвинется... и мы не знаем пока всех последствий этого нарушения.
Есть и социальный аспект проблемы "погоды по заказу"; он настолько важен, что многие специалисты в буржуазных странах вообще не уверены, надо ли это делать. Попытка изменить погоду может быть очень эффективна для одних слоев населения и вредна для других. В мае - июне дожди - благо для фермера, выращивающего пшеницу, и разорение для владельцев курортов и отелей, несчастье для садовода, выращивающего клубнику. Дожди в июле неприятны при уборке зерновых, зато дают много корма для животноводства...
Этот список можно было бы продолжить, но уже ясно, что регулирование погоды может производиться эффективно лишь в плановом, некапиталистическом обществе. Что это именно так, доказывает следующий пример. Летом 1964 года в городе Квебеке гидроэлектрическая компания "Квебек гидро" приняла решение попытаться повысить уровень водохранилищ за счет искусственного увеличения осадков Фирма финансировала заказ на "облакозасев", и вскоре пошел дожт,ь Не прекращался он в течение трех недель. Успех превзошел все ожидания компании и... вызвал гром и молнии с той стороны, откуда их не ожидали.
Большинство местного населения жило за счет туризма. Три недели дожДей для многих означали огромные убытки. Ярость населения в связи с этим дошла до того, что были предприняты попытки разрушить генераторы йодистого серебра. Компания демонтировала их, однако дождь не прекращался. Жители устроили массовые демонстрации, на которых раздавались угрозы убить министра природных ресурсов и линчевать председателя фирмы "Квебек гидро" К счастью для этих лиц, дождь прекратился...
В настоящее время во многих штатах США приняты специальные законы, запрещающие искусственно менять погоду. Формально они опираются на "классическую" основу: "погода от бога"...
- Если мы так близки к тому времени, когда погоду можно будет заказывать по телефону, то стоит ли возиться со всеми этими поворотами северных рек на юг?.. Тем более что новая селъхозметеотехника, судя по всему, попроще старой мелиоративной.
- Вопрос о предпочтительности той или иной техники дождевания будет решаться не только стоимостью одной капли искусственного дождя, но и точностью ее Попадания по прямому назначению.
Наблюдения с американских спутников показали, что в тех районах США, куда достигают дымовые шлейфы заводов, кучевые облака образуются быстрее. Статистика неопровержимо свидетельствует: в городах дожди идут чаще, а средняя температура здесь выше, чем в окрестностях, человек уже "научился" изменять погоду, хотя и не научился предсказывать последствия этих изменений...
Погоду, видимо, никогда не будут заказывать по телефону, а поэтому вызывание дождя из естественных туч никогда не будет противоречить использованию туч искусственных. Скорее всего новая сельхозметеотехника будет дополнять старую, которая, впрочем, тоже станет новой...
Не будем заблуждаться: не все "естественное" означает одновременно "оптимальное". Дождь дождю - рознь. Всем наверняка случалось попадать под ливень, который кладет на землю растения, ломает их и вымывает целые овраги. Поэтому раз уж люди взялись за производство дождя, то необходимо научиться делать его исключительно "хорошим" и не делать "плохим".
Ну а, следовательно для начала не мешает поговорить о его "качестве".
Качество дождя характеризуют несколькими величинами.
Во-первых, слоем, осадков на единицу поверхности.
Он должен быть таким, чтобы почва могла легко и полиостью впитать его, чтобы она стала насквозь мокрой, но чтобы по ней не заструились ручьи и не появились застойные лужи. В первом случае за дело принимается водная эрозия. Во втором - растение просто рискует вымокнуть, утонуть, захлебнуться.
Во-вторых, равномерностью распределения дождя по поливаемой площади. (Все, наверное, слышали жалобы агрономов: "везет соседям: каждый день дождь, а у нас за весь май - ни капли".) Дождь следует делать равномерным: толщина слоя искусственных осадков в любой точке орошаемого поля должна быть одинаковой.
Иначе одному растению достанется слишком много, а другому - ничего.
С помощью очень простых математических выкладок можно доказать, что силовое воздействие падающих капель тем больше, чем выше скорость их падения и диаметр. Скорость же тем больше, чем с большей высоты падает капля. Поэтому, искусственный дождь следует сбрасывать с не слишком большой высоты, чтобы не разгонять капли до очень большой скорости. Кроме тою, капли искусственного дождя должны быть как можно более мелкими.
По принципу работы дождевальные машины делятся на коротко- и дальнеструйные. Первые выбрасывают воду на небольшое расстояние, поэтому капли падают на землю с незначительной скоростью. Вторые заставляют струю воды лететь дальше с тем, чтобы она могла полить более удаленные от машины участки. Для этого струю направляют под углом к горизонту, благодаря чему она поднимается на некоторую высоту над землей и уже оттуда надает веером брызг. Высота подьема стри, впрочем, существенного значения не имеет. Благодаря сопротивлению воздуха при падении скорос!ь капель возрастает лишь до определенного значения и потом уже становится постоянной. Например, если капля имеет диаметр 3 миллиметра, то ей уже "все равно", с какой высоты падать - с 10 или со 100 метров:
скорость в обоих случаях будет одинаковой. А вот при высоте ниже 10 метров она уже будет меньше...
Итак, управлять скоростью падения капель можно и нужно, для этого следует регулировать и угол выброса струи к горизонту, и скорость ее выброса (то есть напор струи). Существуют специальные инженерные методы расчета оптимальных значений этих величин, учитывающие как необходимое обеспечение допустимой скорости соударения капли с почвой и растением, так и требуемою производительность машины (ведь чем дальше летит вода, тем большую поверхность поля она сможет оросить с одной и той же позиции, занимаемой машиной). А вот существуют ли способы, позволяющие "изготавливать" капли нужного размера?
Струя воды, выброшенная под углом к горизонту, рано или поздно сама рассыпается на более мелкие зтруи и капли под влиянием сопротивления воздуха.
Интенсивность такого самопроизвольного распада, однако, зависит от первоначального характера струи: ее формы, вида, движения воды внутри нее (струю можно, к примеру, закручивать относительно продольной оси) и скорости истечения. Все это поддается регулированию, и дождевальные машины оснащаются самыми разнообразными по производительности и напору насосами, различными по конструкции водопроводящими трубами и насадками-соплами.
Вола из короткоструйных дефлекторных насадок выбрасывается с относительно небольшой скоростью, и давление обычно не превышает 0,5-1,5 атмосферы.
Поэтому диаметр водяного зонтика невелик. А раз так, приходится на одной машине ставить множество насадок, чтобы обработать сразу большую площадь. В связи с этим короткоструйные машины отличаются относительной громоздкостью. Чаще всего они выглядят как длинные, смонтированные на тракторе или специальных колесных ходах фермы. По трубам этих ферм и подается вода к насадкам.
Дальнеструйные машины работают при напоре от 2,5 до 8 атмосфер. Это позволяет достичь высокой скорости выброса струи из сопла, а следовательно, и значительной дальности ее полета. На выходе из насадки брандспойта элементарные струйки воды, составляющие общий поток и движущиеся у его периферии, имеют скорость, меньшую, чем центральные. Происходит это из-за тормозящего действия стенок канала брандспойта.
Поэтому крайние струи вторгаются в воздушное пространство с меньшей скоростью и летят на меньшее расстояние, чем центральные. Из-за этого поток воды постепенно утоньшается, от него отпадают струи, оказавшиеся крайними. Постепенно обнажаются все новые участки потока, место крайних занимают струйки, летящие ближе к его центру... Струя постепенно распадается и образует веер летящих капель. Идет искусственный дождь.
Есть и еще одна принципиальная разница между работой коротко- и дальнеструйных машин. И первые и вторые могут производить полив как непрерывно, так и прерывисто, меняя время от времени позицию.
Однако для короткоструйных "порционный" полив не слишком целесообразен. Чтобы обеспечить высокую производительность и равномерность, короткоструйную машину лучше всего непрерывно перемещать по полю.
В этом случае вдоль поля как бы движется сплошная туча, из которой непрерывно идет дождь.
Что же касается брандспойта дальнеструйной машины, то из соображений производительности его целесообразнее всего вращать. Тогда дождь распределяется не прямоугольной полосой, а выпадает по кругу, в центре которого находится машина. Если заставить ее непрерывно двигаться, дождь будет покрывать один и тот же участок не один, а несколько раз. Естественно, это приводит к снижению равномерности полива.
Снижает эффективность дальнеструйной машины и ветер. Уже при небольшом ветре снос капель в сторону достигает значительной величины. Это может очень сильно снизить равномерность полива. Если же учесть стремление производить как можно более мелкие капли (которые сносятся еще сильнее), то вывод напрашивается один: дальнеструйные агрегаты далеко не самый лучший источник искусственного дождя.
С другой стороны, тащить по полю громоздкую ферму из переплетений стальных труб и тросов - занятие не слишком прибыльное. Возникает поэтому вопрос:
нельзя ли найти компромиссное решение, сочетающее лучшие стороны всех ранее использовавшихся дождевальных агрегатов? Оказывается, можно.
Прежде всего вовсе не обязательно иметь огромную ферму, навешенную на трактор. Можно, например, ограничиться одной трубой, по которой и подавать воду к насадкам. Чтобы она стала более жесткой, ее следует опереть через равные расстояния на легкие колеса.
Так и сделали. Получился "колесный дождевальный трубопровод": одна длинная (до 400-500 метров) ось (она же труба) с надетыми на нее через каждые 10-15 метров опорными колесами. В зависимости от длины и конструктивного исполнения такая установка имеет один или несколько устройств для забора воды из канала и механизм передвижения. Перемещается она обычно периодически: польет полосу 15-30 метров шириной (в зависимости от напора и типа используемых насадок) и передвигается на следующий шаг. Перемещают такие установки с помощью специальной ходовой тележки, располагаемой между двумя симметричными крыльями.
Установки описанного типа - "Волжанка", "Фрегат", "Днепр" - могут применяться далеко не во всех условиях. Они рассчитаны лишь на ровные прямоугольные поля с невысокими растениями. Для полива участков неправильной конфигурации и полей с высоким стеблестоем растений приходится пользоваться более универсальными, хотя и более неудобными в эксплуатации переносными разборными трубопроводами. Возни с ними немало: с позиции на позицию их приходится перетаскивать вручную и каждый раз вновь и вновь монтировать. Если трубы стальные, то у поливальщика спина обязательно мокрая.
В последние годы дождевальные крылья все чаще делают из синтетики и легких сплавов. Поливные рукава вообще часто делают гибкими, сматывающимися на барабан. Тогда трактор или самоходная тележка может быстро разложить и сложить поливной трубопровод. Система механизации полива становится столь же простой и гибкой, как и те материалы, которые она использует для доставки воды к изнемогающему от жары растению.
- Сколько же нужно подвести воды к растению?
- Это зависит от типа водопровода. Выращивание риса, например, требует до 40 тысяч кубометров влаги на гектар, хлопчатника - до 12, а пшеницы до 3 тысяч.
- Немало. Однако все эти кубометры выливаются на землю. А сколько из них достается растению?
- Около 0,2 процента.
- И это вы называете "гибкой системой"?!
Сейчас дождевание в нашей стране применяется на четвертой части орошаемых земель. Три четверти орошается модифицированным дедовским способом - напуском или по бороздам. И тот и другой вариант обладают целым рядом неприятных особенностей.
Прежде всего расход воды. При орошении затоплением он очень велик, так как влага расходуется не прицельно. По существу, точно так же, как и при внесенпл удобрений разбрасыванием, мы снабжаем влагой не растение, а землю. В результате часть ее испаряется с поверхности каналов и полей, другая - уходит внутрь почвы и смешивается с грунтовыми водами... Крупнейшая побочная неприятность этого процесса испарения и фильтрации засоление почв...
Борьба с засолением всегда была главной (и трудноразрешимой) проблемой орошаемого земледелия.
На территории Ближнего Востока несколько тысяч лет назад разработали, пожалуй, самый кардинальный способ ее решения-засоленную с поверхности землю срезали и уносили прочь. Древние государства держали для выполнения этой операции целую армию рабов - зинджей. Однажды зинджи восстали и ушли от поработителей. И вскоре иссякла житница Древнего Востока...
В наше время засоленные слои не удаляют. Их промывают большими порциями воды. Для сброса излишков влаги в этом случае приходится применять дренаж, прием, хорошо известный жителям болотистых мест.
В некоторых случаях вносят в почву гипс, что позволяет изменить ее химические свойства: в засоленном состоянии для нее характерна шелочная реакция, растение же "любит" слегка кислую землю. При промывке и гипсовании земля освобождается от избытка растворимых солей, в результате чего она возрождается и начинает давать урожай.
Для старинной технологии орошения характерны большие затраты труда, особенно ручного. Чем больше протяженность постоянных и временных каналов, тем больше труда необходимо для того, чтобы строить, чистить и ремонтировать их. Временные оросительные борозды приходится к тому же то рыть, то засыпать...
Но что делать? Дождевальные машины не умеют ходить везде, по разным полям. Там, где растут крупные растения, колеса пройти не смогут. Не протянешь над этими полями и слишком широких дождевальных крыльев, разве что к аэростату подвесишь (есть и такой проект)...
Искусственное дождевание снижает расход воды на 30-40 процентов. И все-таки он остается большим!
Кроме того, если говорить честно, дождевальная техника так и не научилась делать хороший дождь. Вместо мелкой осенней мороси она часто "выдает" тропический ливень. В результате значительная часть воды стекает с поверхности, образует лужи. Итог - развитие водной эрозии, разрушение структуры почвы. Нередко в жаркую погоду после полива трескается земля...
Это следствие неумеренности дождевания, признак обесструктуривания.
Есть в греческой мифологии миф о данаидах. По его свидетельству, великий Зевс наказал дочерей царя Даная за то, что они убили своих мужей, заставив их наполнять бездонный сосуд. Скорее всего сюжет мифа навеян наблюдениями над орошаемыми землями: они - что мифическая бочка без дна...
Путей решения проблемы снижения расходов воды несколько. Известно, например, что испарение с поверхности листьев тем больше, чем выше температура и чем ниже влажность воздуха. Во влажных тропиках и субтропиках, несмотря на высокую температуру, растения "потеют" меньше. И в то же время прекрасно растут!
Чтобы создать искусственные субтропики в тонком приземном слое (на некоторое время, конечно), достаточно на небольшой высоте над землей образовать туманное облако из очень мелких дождевых капель. В безветренную погоду туман держится долго: капли влаги как бы плавают в воздухе и оседают на землю очень медленно. В результате прекращается интенсивное "потоотделение" - транспирация...
В полуденные знойные часы транспирация увеличивается в 5-10 раз и в расчете на гектар, скажем, пшеницы может достичь 80 и более кубометров воды в день.
При потере 30 процентов влаги от ее нормального содержания в тканях зеленого листа синтез органических веществ в листьях прекращается. В то же время их расход на дыхание увеличивается в 2-3 раза. Таким образом, спасая растение от перегревания в наиболее жаркие часы и дни, транспирация в то же время отключает на определенный срок процесс фотосинтеза, что так или иначе приводит к снижению урожая.
Значит, если мы найдем способ снизить температуру воздуха и самого растения, покрыть недостаток влаги в тканях листьев, то тем самым увеличим продолжительность и активность процесса накопления питательных веществ, повлияем на судьбу урожая. Этим задачам в значительной мере отвечает мелкодисперсный увлажнительный полив или, как еще его называют, орошение туманом.
Туман на техническом языке - аэрозоль. Аэрозольные дождевальные машины - гуманообразующие установки расходуют всего 200-600 литров воды на гектар.
Это в несколько сот и даже тысяч раз меньше, чем при обычном дождевании А эффект вполне сопоставим с ним! Если, конечно, в почве еще есть влага. Не надо забывать, что аэрозольное дождевание - это лишь средство резко сократить потери уже имеющейся в земле воды за счет сокращения ее испарения листьями. Если же почва суха, никакой туман не поможет, поливать ее все-таки нужно...
Кроме описанного естественного, существует и второй путь. Он, конечно, "неестественный". И, как всегда, прокладывает его химия. Речь идет о так называемых антитранспирантах - искусственных веществах, после обработки которыми растения меньше пьют и меньше "потеют". Антитранспиранты заставляют устьица на листьях растений сокращаться. Благодаря этому растение резко снижает транспирацию воды. В то же время фотосинтез, а следовательно, и рост продолжается...