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人工生物降雨何时能完成?

“呼风唤雨”一直是人们的美好愿望,南北朝的地舆名著《水经注》中有一段“祈雨”的记载:“天旱,燃木崖上,推其灰烬,下移渊中,寻即降雨。”这场祈雨比杀猪宰羊的祭祀靠谱得多,在高高的崖上,经过焚烧木材加热空气,热空气上升,到了高空遇冷凝聚成水珠,水珠到达饱和状态,就会降雨。跟着科技的前进,人类“呼风唤雨”的愿望正在变成实际,人工降雨便是为此而生。

经典办法:向空中打炮弹

咱们现已知道,降雨有必要具有3个条件:满意的水汽、上升的气流及满意的能凝集水滴的凝聚核,这三个条件中咱们最简略做到的便是添加凝聚核的数量,向空中打炮便是为了添加凝聚核。

云是由许多温度在0℃以下的水滴组成的。当云里没有凝聚核时,水滴会长时间悬浮在空中,不会构成降雨,这时候咱们咱们向云雾中发射能作为凝聚核的炮弹,就能够发生降雨,碘化银是最常用的一种炮弹。研讨者发现碘化银的分子结构是六角形的,它与冰和雪花中的水分子的分子结构简直如出一辙,能够在–10℃到–5℃的温度下将水蒸气变成冰晶,积累更多的水滴,因而它是一种很适宜的凝聚核。

向空中打炮添加凝聚核的办法在我国现已屡次运用,目前为止,我国气象局下辖的人工影响气候部分选用的人工降雨的办法便是这个,而最经典的运用实例莫过于2008年北京奥运会开幕式中的人工降雨了。从8月8日的下午16时到23时39分,人影办共在北京21个作业点继续发射了1104枚炮弹,总共在一万平方千米的面积上播撒了15公斤的碘化银。其意图有两个,一是进行人工增雨,让雨提早下完,二是往云层里播撒过量的凝聚核,使每个核都无法构成满意大的雨滴,让雨“憋着不下”。

不过,这个经典办法并不是次次收效的,它首先得满意“有云”这个前提条件,在真实干旱的万里无云的区域,碘化银也是“英雄无用武之地”的。并且,就像北京打炮过量能够让雨“憋着不下”相同,或许咱们原本是期望打炮今后会下雨的,可是多少炮弹能够让雨落下来而不是“憋着不下”,这个咱们并不知道。咱们这场雨自身就会下,打了炮弹会不会反而削减降雨量,这些都是很难操控的。

为求雨各出奇招

为了补偿经典“求雨”办法在无云无水汽时无法收效的缺乏,世界各国科学家都想了不少新办法。

日本科学家规划了一种适用于沙漠区域的“人工山脉”降雨法。用玻璃纤维制成一座长1万米,宽1000米,高600米的“人工山脉”,将这座“山脉”放置在需求降雨的区域,湿润空气遇到“山”的阻挠后会沿坡上升,到必定高度就会受冷凝聚成雨水。

英国科学家则称,他们用电力能够完成半径为5000千米的半球区域内的呼风唤雨,成功率达93%以上。他们沿英国西海岸安置了一系列电极,向大气层输入电能,使对流层中的镁原子电离,发生静电。依据大气静电学说,这些静电离子能够作为凝聚核吸附云中带电荷的水汽构成水滴,然后降雨,而雨量满意时,封闭电极就能够停雨。

更奇特的是,两位俄罗斯科学家正在研讨在晴天无云的状况下也能降雨的办法。一种办法是用功率满意大的喷雾机向空中喷水雾。据测算,每立方米空气只需0.5毫升水就能使空气温度下降1摄氏度,喷洒水雾后,近地上的温度将下降,密度增大,周围的热气会弥补过来,将这儿的空气推挤上升,上升的气流又把水雾带到更高处,水雾与空气华夏有的水汽凝聚成细微的水滴,终究到达降雨的意图。实验成果显现,向空中喷1000升水,可获得100万升雨水。

另一位科学家的办法是,运用风力转移水汽。在降水丰厚区域的河流、湖泊旁设置许多风力扬水、发电两用站。当风从有水区域向干旱区域吹时,敞开这些风力泵,将水扬到几十米高的空中,让风将这些水汽带到需求降水的当地去。

这些办法听上去是不是都有些想入非非呢?咱们暂时无法验证这些办法是不是有用,究竟每一个主意都需求耗费很多金钱去施行。不过有许多科学家都发现了这样一个“趣闻”,细菌也能呼风唤雨!未来用细菌作为凝聚核,或许比碘化银更高效。

细菌求雨更给力

咱们知道,水的凝固点是0℃,或许你会以为只需供给0℃以下的温度,水就会结冰。其实不是这样,科学家曾做过实验,无杂质的高纯水在-40℃的温度下依然坚持液态。那么为什么普通水在0℃以下就能够结冰呢?这是由于水中含有能够作为冰核的杂质。

曩昔咱们以为这些冰核主要是没有生命的无机物质,其实加快结冰的是细菌。

加拿大的一位叫做瓦力的博士生搜集了许多以粉尘为冰核的雨雪样本,发现这些样本结冰温度都在-5℃以下,这明显与水0℃结冰的定论有些距离。瓦利开端很不了解,后来他随意在雪地里抓了一把泥泞的雪并且未做灭菌处理,再去调查这些雪水的结冰状况,发现它能够在-2℃时就结冰。前后两个样本的仅有差异便是是否有细菌。

莫非是细菌使水的凝固点提高了?

为了进一步证明瓦利的观念,研讨人员取来了原本在-6℃以上温度就能够结冰的雪水,当他们把雪水中的细菌杀身后,发现在相同的温度条件下,高达85%的水不再结冰了,状况与粉尘为冰核的样本水类似,这说明活的细菌的确有促进水冻住的才干。

美国植物病理学家戴维·桑兹找到了细菌在较高温度下使水结冰的原因,这其实是细菌的一种生计战略。他发现一种叫做丁香假单胞菌的叶栖细菌,它在低温的条件下会出产一种特别的蛋白质,能“操控”水分子在它的外表有序牌子,加快水结冰,接着它就能够用这些小而尖利的冰晶扯开植物的叶片,汲取营养。这原本仅仅细菌的“捕食”方法,但当风将这种细菌带到云中,它就能够使小液滴凝聚成冰粒,成为降水的“爪牙”,加快降雨进程。

什么样的细菌能够作为成冰细菌呢?20世纪80年代,美国威斯康星大学的博士生林多别离出了丁香假单胞菌的成冰基因。尔后,研讨人员相继发现了其他四种能够在较高温度下构成冰核的细菌,它们也都拥有成冰基因。

可是云中的确存在这些成冰细菌吗?研讨人员常常乘坐飞机和热气球从高空中采样,并在数十万的样本中寻觅含碳、氮和磷的结构与细菌类似的生命体。功夫不负有心人,美国乔治亚理工学院的一个研讨小组在1万米高空的飓风云层中发现了314种细菌,并且发现这些细菌能够忍耐高纬度的紫外线辐射,并运用简略的碳化合物作为自己的能量来历,这表明它们现已习惯了在云朵中的日子。而其他科学家小组经过对高空的云层冰晶进行采样,发现大约40%的冰晶中的成冰冰核都是生物微粒。

现在咱们能够得出定论,细菌的确能够协助降雨。美国科学家做了一个实验:从海洋里搜集各种附着细菌的海藻,破坏后,放入充溢水蒸气雾的密室中,终究密室的雾凝聚成了水滴,下起了暴雨。由此看来,用细菌粉末替代碘化银来进行人工降雨是具有可行性的,并且细菌还具有共同的优势,比起碘化银在温度最高为-5℃时才干结冰核,细菌在0℃以上也能结冰。

人工造雪现已先一步用上了细菌。1980年美国就研发了由灭活细菌制成的Snomax生物冰核剂,它能在温度为1.1℃时进行人工生物造雪,运用270克冰核剂便能使近40万升水构成人工雪。生物冰核剂不仅在全球多个滑雪场中得到广泛运用,更是在冬奥会中大放异彩。继1985年加拿大冬奥会和1994年挪威冬奥会运用生物冰核剂后,我国中科院微生物研讨所也在研讨用微生物冰核蛋白进行人工造雪的课题,旨在为2022年北京冬奥会人工造雪的成功保驾护航。

人工生物造雪现已完成,人工生物降雨还会晚吗?对降雨的多种原因的深入研讨,将使咱们更高效地“呼风唤雨”。

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