Автор: Е. И. ДЕМИН, В. В. КУШИН, Д. Д. ИОСЕЛИАНИ

Кандидат технических наук Е. И. ДЕМИН, консультант-разработчик ТОО "Российское испытание автоматических средств", доктор технических наук В. В. КУШИН, заведующий лабораторией ГНЦ - Институт теоретической и экспериментальной физики, Д. Д. ИОСЕЛИАНИ, ведущий инженер того же института

Величайшую пустыню планеты Сахару, занимающую около четверти Африки, называют раковой опухолью континента. Это не только художественная метафора, но и печальная констатация протекающего тут аномального процесса выветривания и эрозии почвы с последующим образованием безжизненных песков.

Экспансия Сахары на прилежащие районы продолжается, чему способствуют северовосточные пассаты, интенсивное солнечное излучение, вырубка леса, вытаптывание скотом пастбищ, а также продолжительные засухи в регионе, особенно вдоль 18 с.ш. Так, в 70-х годах XX в. последние вызвали катастрофические последствия - погиб весь скот и значительная часть посевов.

Между тем ретроспективный анализ археологических находок свидетельствует: примерно 10 тыс. лет назад климат Сахары был более влажным. В ледниковый период она находилась в зоне нормального и пониженного атмосферного давления. Тогда люди здесь занимались земледелием, охотой и даже рыболовством! Однако по окончании этого периода давление в регионе начало расти и определяющим фактором климата стали антициклонические процессы в атмосфере.

Каков же типичный сценарий антициклона? Втягиваясь из холодных слоев тропосферы, воздушные массы опускаются и нагреваются. Как установили синоптики, в пустынях данный процесс устойчив - это области повышенного атмосферного давления. При таких условиях, характерных для Сахары, а также для засушливых районов Калифорнии и Мексики, облака не образуются, поэтому осадков там выпадает крайне мало.

стр. 62

Схема восходящих и нисходящих воздушных потоков, образующих в тропосфере облачность.

Схема суперметеотрона: 1- направляющий аппарат; 2 - ресивер; 3- поворотные колена; 4 - двигатели.

Кроме того, отсутствие тени и сильное отражение песком солнечного света способствуют повышению температуры приземного слоя (иногда песчаная поверхность нагревается до 70 - 80 С), что, в свою очередь, служит причиной блокировки муссонных дождей ^* .

Следовательно, и геофизические, и метеорологические факторы тут не только не улучшают сложившуюся метеообстановку, а наоборот, способствуют дальнейшему опустыниванию. Может ли вмешательство человека вернуть Сахару к жизни?

Современные системы орошения в основном базируются на прокладке каналов и магистральных трубопроводов от водоемов и рек к специальным устройствам - оросителям. Казалось бы, воды Нигера и Нила могли бы напоить Сахару. Однако такой способ для нее малоэффективен: попадающая туда влага впитывается сухим песком или испаряется, выпадает в виде росы и тоже уходит в него.

Между тем люди издавна замечали: большие пожары приводят к появлению мощных грозовых облаков, разражающихся ливнями. Не случайно некоторые племена Центральной Америки и Экваториальной Африки поджигают траву или кустарники, чтобы вызвать осадки, и иногда им это удается. Иными словами, искусственно осуществляется процесс, подобный циклону: потоки влажных воздушных масс поднимаются и охлаждаются, расширяясь по мере понижения атмосферного давления. На высоте 10 - 12 км температура всегда около -45 С, поэтому попавшая сюда влага замерзает, а затем опускается в виде ледяной пыли и града, увлекая вниз воздушные массы. При этом такое же количество воздуха поднимается вверх. Он вновь приносит с собой влагу из нижних слоев атмосферы, и процесс повторяется.

^* См.: Е. И. Демин. Невидимый ассистент погоды. - Наука в России, 2003, N 1 (прим. ред.).

стр. 63

Следовательно, изменить метеообстановку в Сахаре можно, если перенаправить вверх нисходящие потоки воздуха. Первую стационарную установку многократного использования для этой цели создал в 1961 г. француз А. Дессен и назвал ее метеотроном. Существенно более мощный агрегат с применением метода струйных огнеметов предложили в 1966 г. сотрудники Института геологии и геофизики Сибирского отделения АН СССР.

Однако и в той, и в другой конструкции были использованы горелки, загрязнявшие атмосферу из-за неполного сгорания в них топлива. Вот почему в более поздних разработках перешли на турбореактивные двигатели. И это дало настолько эффективный результат, что струи восходящего нагретого воздуха оказались практически невидимыми и их приходилось подкрашивать. Чтобы преобразовать горизонтальный поток воздуха в вертикальный, каждый двигатель снабдили поворотным коленом. Максимальный подъем струи, обеспечиваемый таким метеотроном, составлял 1200 м.

Однако анализ экспериментов, проведенных с данной и другими подобными установками, показал: они в состоянии лишь ускорить выпадение осадков, причем в тех редких случаях, когда соответствующая метеообстановка уже сложилась.

По-видимому, более ощутимых результатов можно достичь, если увеличить мощность газовой струи. Для этого отечественные специалисты во второй половине 80-х годов XX в. выдвинули идею суперметеотрона. В нем поворотные колена объединены в общий ресивер ^* , в котором размещена дополнительная форсажная камера. Как показывают расчеты, струя такой установки способна подняться во влажной атмосфере на 5000 - 6000 м.

Но восходящее движение воздуха главную роль играет лишь в начале образования кучевых облаков. Дальнейшее же увеличение их размеров, согласно результатам радиолокационных наблюдений специалистов Российского гидрометеорологического института (Санкт-Петербург), уже зависит от горизонтальных и вихревых притоков тепла и водяного пара из окружающей среды. Следовательно, чтобы приостановить опустынивание и сделать атмосферные процессы над Сахарой обратимыми, необходим комплекс мероприятий, которые одновременно могли бы создать тучи, снижающие солнечное излучение, охладить воздух и оросить землю. Это призван обеспечить предлагаемый авторами усовершенствованный суперметеотрон, конструкция которого дополнена элементами, позволяющими насытить струю водой и закрутить ее по спирали.

Действовать установка должна следующим образом. В рабочую струю газов с температурой от 380 до 950 С (в зависимости от режима работы) впрыскивается вода, которая практически мгновенно превращается в пар. Восходящая струя втягивает внеш-

^* Ресивер - сосуд для скапливания газа, предназначенный для сглаживания колебаний давления, вызываемых пульсирующей подачей и прерывистым расходом (прим. ред.).

стр. 64

ний воздух с брызгами через зазоры между направляющими пластинами, в результате ее периферийный слой закручивается вокруг центральной трубы, образуя воронку с вихревыми стенками из паровоздушной смеси. Она достигает верхней границы тропосферы с отрицательными температурами, конденсируется и вовлекает в образование облачности содержащуюся там влагу. Так начинается циклонический процесс, схема которого описана выше.

Существенной особенностью предлагаемого метода является то, что энергия двигателей необходима лишь на этапе формирования струи, а поддерживается поток в основном за счет источника фазового перехода пар-вода-лед. Коренное же отличие данного агрегата от прежних - возможность создавать мощные потоки, насыщенные влагой и способные вызвать осадки независимо от наличия естественных облачных слоев.

Комплексное воздействие на метеообстановку в Сахаре включает и применение метода, именуемого засевом облаков. В переохлажденное облако забрасывают гранулы сухого льда (твердая двуокись углерода) или обрабатывают его дымом, состоящим из мельчайших частиц йодистого серебра. В итоге активизируется конденсация влаги и, следовательно, выпадение осадков. Кстати, отечественные ученые первыми разработали уникальную технологию с применением данного метода, которую метеорологи успешно использовали в течение 30 лет на Кавказе, в Молдавии и других южных республиках бывшего СССР. Аналогичные исследования проводили как в экспериментальных, так и в промышленных целях в США, Израиле, Швейцарии, Италии.

Рабочий цикл с привлечением метода засева облаков должен протекать в следующей последовательности. Суперметеотроны создают насыщенные влагой восходящие газовые потоки. Достигнув верхнего слоя тропосферы, они конденсируются, образуя облачность. Затем происходит залповый пуск ракет для засева облаков. После этого выпадает дождь или град, причем последний предпочтительнее, ибо тогда охлаждение песчаного слоя идет значительно интенсивнее. Если количество осадков оказывается недостаточным, цикл повторяют.

Компьютерное моделирование показало: чтобы активизировать циклоническую деятельность в регионе, нужно установить 10 или более суперметеотронов на подвижных платформах по окружности диаметром 100 - 120 км. По расчетам, циклон с осадками на площади порядка 10 000 - 15 000 км ² в состоянии пробить брешь в антициклоне Сахары и открыть путь обильным муссонным дождям.

Предлагаемый проект воспроизведения циклона техническими средствами не имеет аналога в мире. Думается, его осуществление может стать прорывом в решении проблемы обратимости атмосферных процессов в пустынных регионах планеты.