6.7. Időjárás-módosítás

Az első tudományosan is megalapozottnak tekinthető időjárás-módosítást Vincent Schaefer hajtotta végre 1946-ban. Egymotoros repülőgépével egy nagy kiterjedésű, középmagas rétegfelhőben repülve szárazjég (lehűtött CO2) részecskéket szórt ki. Az eredmény igen meggyőző volt, a részecskékkel beszórt terület alatt megindult a havazás, a felhő szinte kilyukadt, míg a többi területen semmilyen csapadékhullást nem észleltek. Ezen sikeres próbálkozáson felbuzdulva az 1960-as években általános időjárás-módosítási „láz” tört ki. Számos országban kezdtek el foglalkozni különféle légköri folyamatok módosításával. Az 1970-es és 1980-as években vált nyilvánvalóvá, hogy számos folyamatba való hatékony beavatkozás – mint például a zivatarokat kísérő villámok megszüntetése, vagy a trópusi ciklonok intenzitásának mérséklése – reálisan nem valósítható meg. Más próbálkozások – csapadékkeltés, jégeső-elhárítás és ködoszlatás – több sikerrel kecsegtettek, és ezekkel napjainkban is több országban foglalkoznak (6.16. ábra).

 

Időjárás-módosítás a Föld országaiban

6.18. ábra: Időjárás-módosítás a Föld országaiban. A térkép a Meteorológiai Világszervezet (WMO: World Meteorological Organization) által készített felmérés alapján készült. A szürke körök a csapadékkeltést, a fekete körök a jégeső-elhárítást, a szürke háromszögek a ködoszlatást jelölik.

A légköri folyamatokba való beavatkozás nehéz feladat. Ezt az is alátámasztja, hogy míg szinte minden tudományterületen óriási fejlődés ment végbe az ókortól a XX. sz. elejéig, addig hatékonyságát tekintve nem sok különbség volt a jégesők ellen kilőtt hettita nyilak és a viharágyúzás között. Századunk közepére már világossá vált, hogy a levegő áramlását a felhőkben érdemlegesen módosítani nem lehetséges (egy közepes méretű zivatarfelhőben a mozgási energia kb. 1014 J, ami megközelítőleg a paksi atomerőmű egy blokkjának egy napi energiatermelésével egyenlő). Ígéretesebbnek bizonyult már a csapadékképződés folyamatába való beavatkozás. Schaefer is a jégkristályok kialakulását segítette elő a felhőbe juttatott szárazjéggel. A gyorsan szublimáló szárazjég-kristályok környezetében a jelentős hőmérséklet-csökkenés miatt még a legkisebb vízcseppek is megfagytak. Vonnegut kutatási eredményei alapján kiderült, hogy a jégképződést más anyagok is elősegítik. Ezeknek a mikronos vagy annál kisebb részecskéknek a legfontosabb jellemzői a jéghez hasonló kristályszerkezet, s hogy vízben nem oldódnak. Ilyen anyag például a természetben is előforduló kaolin, az ipari üzemek által kibocsátott különböző fém-oxidok, illetve az ezüst- és az ólom-jodid. Ez utóbbiakat alkalmazzák a leggyakrabban a csapadékkeltési és jégeső-elhárítási tevékenység során. A jégképző magvak koncentrációja térben és időben szeszélyesen változik, és több nagyságrenddel kisebb a vízcseppek kialakulását elősegítő kondenzációs magvakénál. A 6.6. ábrán látható, hogy a jégképző magvak milyen módon segítik elő a jégkristályok kialakulását és a vízcseppek megfagyását.

A csapadékkeltés célja, hogy a felhőben található víz minél nagyobb hányada kihulljon, s elérje a talajt. Ezt a vízcseppek, jégkristályok méretének növelésével lehet elérni. A vízgőz mennyiségének érdembeli növelésére nincs lehetőség, egy kisebb felhőben is109–1010 kg vízgőz található. Ebből mindjárt az is következik, hogy csapadéknövelésre csak akkor van esély, ha a légkör vízgőztartalma elegendő a felhőképződési folyamathoz. Ezen feltétel mellett lehetőség van a nagyobb felhőelemek arányának növelésére a kisebbek rovására. Ennek egyik módja a jégrészecskék számának növelése, ugyanis a jégrészecskék sokkal gyorsabban képesek növekedni, mint a vízcseppek. Ez egyrészt a Bergeron–Findeisen folyamatnak (lásd 6.9. ábra) köszönhető, valamint annak, hogy a jégszemek, jégszemkezdemények és jégkristályok nagyobb méretük miatt sokkal nagyobb valószínűséggel ütköznek a vízcseppekkel, mint a kisebb vízcseppek egymással. A fentiek miatt – gyenge szitálástól vagy kis intenzitású esőtől eltekintve – mindig a jégrészecskék kialakulásának köszönhetjük a csapadékot. Ezek a jégrészecskék aztán többnyire elolvadnak, és esőcseppek formájában érik el a talajt. (Nyáron a 0 °C-os hőmérsékleti szint kb. 3000–3500 m között található a közepes földrajzi szélességen.)

 

A csapadéknövelés elvi sémája

6.19. ábra: A csapadéknövelés elvi sémája. A természetes körülmények között kialakult apró vízcseppecskék nagyon ritkán ütköznek egymással, ezért nem tudnak megnőni (a). Ezek a kis vízcseppek vagy ki sem esnek a felhőből, vagy a felhőből kiesve elpárolognak, még mielőtt a talajt elérnék. A vízcseppek átlagos mérete növelhető, ha a negatív hőmérsékleti tartományba jégképző magvakat juttatunk (b), illetve azáltal, hogy nagyobb méretű vízcseppek kialakulását tesszük lehetővé μm-es vagy nagyobb higroszkópos részecskéknek a felhőbe való juttatásával (c).

Mint arról már volt szó, a jégképző magvak koncentrációja térben és időben igen szeszélyesen változik. Gyakran előfordul, hogy a felhőzet kialakult, de csapadék nem hullik belőle (6.19a. ábra). Ilyenkor, ha megfelelő számú jégképző magvat juttatunk a felhőbe, akkor a jégkristályok zúzmarásodásával megkezdődik a csapadékképződés (6.19b. ábra). A csapadéknövelés másik – napjainkban egyre jobban elterjedő – módja a nagyméretű (> 10 μm) higroszkópos részecskék koncentrációjának növekedése. Ezen részecskékre lecsapódó vízgőzből rövid idő alatt nagy vízcseppek alakulnak ki. Mivel a vízcseppek méretének növekedésével rohamosan nő a cseppek közötti ütközés valószínűsége, így még nagyobb vízcseppek jöhetnek létre (6.19c. ábra). Ezek az esőcseppek a felhőből kiesve már nem párolognak el, így elérhetik a felszínt.

Hasonló elven működik a nagy területre kiterjedő ködoszlatás. A talajt borító ködtakaróra felülről jégképző magvakat vagy szárazjeget szórnak. A kialakuló jégkristályok magukhoz szippantják a ködöt alkotó vízcseppeket (a Bergeron–Findeisen folyamat, valamint ütközés során), és hó formájában a talajra hullanak. A módszer hátránya, hogy csak akkor alkalmazható, ha a hőmérséklet nagyon alacsony, (–10) – (–15 oC).

A közepes szélességi körökön az aszálykár mellett leggyakrabban a heves jégesők okoznak időjárási katasztrófát. A jégeső-elhárítás célja a zivatarfelhőkből kihulló jégszemek méretének csökkentése. Itt mindjárt el kell oszlatni egy – a magyar elnevezésből fakadó – félreértést. A jégeső-elhárítás a legritkább esetben képes a jégeső teljes megszüntetésére, többnyire csak a talajt elérő jégszemek méretének csökkentésére van reális esély. Mivel a jégszemek mozgási energiája a méret ötödik hatványával arányos, kis méretcsökkenés is jelentősen mérsékli az okozott kárt (a méret tíz százalékos csökkentése több mint 40%-kal csökkenti a mozgási energiát). A jégszemek növekedését döntően az határozza meg, hogy egy jégszem mennyi vízcseppet képes összegyűjteni.

Természetes körülmények között csak néhány vízcsepp fagy meg, amelyek a környezetükben lévő kisebb vízcseppek összegyűjtése révén gyorsan növekednek (6.20a. ábra). A zivatarfelhőbe juttatott jégképző magvak növelik annak valószínűségét, hogy több vízcsepp megfagyjon. Így több jégszem „versenyez” a rendelkezésre álló vízért, és csak kisebb jégszemek jönnek létre (6.20b. ábra).

 

A jégeső-elhárítás elvi sémája

6.20. ábra: A jégeső-elhárítás elvi sémája. A kevés jégszem a vízcseppeket összegyűjtve gyorsan növekszik (a). Ha sikerül több jégszem kialakulását elérni, akkor egy jégszem arányosan csak kevesebb vízcseppet tud összegyűjteni, és a jégszemek átlagos mérete kisebb lesz (b).

A kevés nagy helyett kialakuló több kisebb jégszem a 0 °C-os izoterma alá esve gyorsabban olvad (a térfogathoz viszonyítva megnőtt összfelület miatt). A jégeső-elhárítást technikailag nehezebb végrehajtani, mint a csapadéknövelést. Ennek az az oka, hogy míg a csapadéknövelést többnyire egy viszonylag stabil, nagy kiterjedésű rétegfelhőben valósítják meg, addig a jégeső-elhárítás során egy igen gyorsan változó zivatarfelhőben kell a beavatkozást elvégezni. A gomolyfelhőzet megjelenését követően közel 30 percen belül már hullik a csapadék és esetleg a jégeső a zivatarfelhőből; ezen időtartamon belül a jégszemek kialakulása kevesebb, mint öt percig tart. Ez a gyors fejlődés megnehezíti, hogy a megfelelő számú jégképző magvat a felhő azon tartományába juttassuk, ahol a jégszemek kialakulása éppen folyamatban van. Ez azért kritikus probléma, mert ha a felhőbe juttatott mesterséges jégképző magvak száma túlságosan kevés, akkor jobb esetben teljesen hatástalan a beavatkozás, rosszabb esetben csak a jégszemkezdemények számát növeltük anélkül, hogy csökkenne a jégszemek mérete. Ez utóbbi paradox helyzetnek – a jégeső intenzitásának növelése – igen nagy az esélye, amikor egy igen intenzív zivatarfelhőben, ún. szupercellában kívánjuk befolyásolni a jégszemek kialakulását és növekedését. Ezekben a felhőkben olyan nagy mennyiségű víz van, hogy a jégszemkezdemények számát igen nagyra kell növelni ahhoz, hogy a vízcseppekért való „versengés” a méret csökkenését eredményezze. Szerencsére hazánkban ilyen felhő igen ritkán fordul elő, ám akkor jelentős kárt okoz (pl. Dél–Baranyában 1987-ben egy szupercella okozta kár akkori árakon számolva meghaladta az 1 milliárd forintot).

Vannak olyan időjárási jelenségek (pl. trópusi ciklon, tornádó), melyek elhárítására, pályamódosítására jelenleg nincs lehetőségünk. A súlyos anyagi károk mérséklése érdekében csak hatékony előrejelzési módszereken alapuló riasztás alkalmazható.