书城自然风雨雷电与气象学(新编科技知识全书)
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第41章 过冷水滴的启示

1945年冬,美国纽约通用电器公司的兰米尔博士和他的年轻助手谢菲尔工程师,为了研究飞机机翼在穿过云层时结冰的课题,一同前往新罕布什尔山区,爬上了华盛顿峰顶。冬季的华盛顿峰经常被云雾笼罩着。在那里,他们发现在零摄氏度以下很低的温度环境里,云雾仍是水滴,极少发现冰晶。最使他们感到惊奇的是云中如果有冰晶存在,它们就会长大下落,形成降水。当时,一些气象学家认为水汽附着于某一种核心后,才能冻结成冰晶。冰晶通过合并它附近的微小水滴使体积不断增大,等到它的体积增大到上升气流托不住时就会下落;冰晶在下落过程中融化成雨滴,这就是著名的冰一水转化理论。科学家宣称:没有凝结核,雨滴就无法形成。这个理论和在华盛顿峰顶观测到的令人迷惑不解的事实,使谢菲尔产生了这样的想法:大概是冷云中缺少形成冰晶的核,才没有冰晶出现;云中没有冰晶,降水也就不会产生。因此,只要找到一种可以充当冰晶的物质,将它们播撒在云中,就能使飘浮在天空中的云层产生降水。

回到纽约后,谢菲尔找了一个100升的电冰箱,箱内衬上黑色天鹅绒,再射入一束光线,用来照亮冰箱内部。当温度降到-23℃时,哈口气进去就能形成雾。这就是他自制的做试验用的“云室”。他认为冰箱内的冷空气比周围空气重,不会跑出来,所以冰箱一直都不盖盖子。试验时,为了模拟云内湿度,他不断向冰箱内哈气。同时,为了寻找在低温条件下能使湿空气中的过冷水滴形成冰晶——雪花的凝结核物质,他把供试验用的花粉、微尘、烟粒、盐粒、糖粒等各种各样的物质投入冰箱内,然而冰晶始终没有出现。

1946年6月的一个上午,天气特别炎热,谢菲尔无意中发现冰箱里的温度在慢慢上升。他突然意识到:冰箱内不能形成一个足够低的温度环境,可能是试验失败的主要原因。于是,他把具有-80℃低温特性的干冰(固体二氧化碳)扔进了冰箱,想用这个办法将冰箱内的温度降下来。突然,奇迹出现了!他看到在这束光线中有成千上万的冰晶在浮游。他一边哈气,冰箱内一边不断地产生着冰晶。原来,在过冷却云里,只要局部温度降到-40℃以下,过冷水滴就会自动变成冰晶。人工造雪的实验成功了!

1946年11月13日,谢菲尔进行了历史性的飞行试验。他要求飞行员飞进一片灰蒙蒙的层状云中,这时云中的温度为-20℃。他立即开动自动播撒机,可是6磅(2.724千克)干冰才播撒一半,机器就出了故障。情急之下,谢菲尔顾不上寒冷,直接用手把剩下的干冰统统从飞机窗口撒了下去。5分钟后,飞机所经过的云底出现一大片降雪。这表明:过冷云这种不稳定状态可以人为地用少量催化剂使之发生改变,从而达到降雪、消云的目的。当谢菲尔走出机舱时,已经冻得说不出话了。这时,只见兰米尔博士激动地挥动着双手向他边跑边喊:“你成功了!你创造了历史!”

谢菲尔不用凝结核的干冰引晶人工降水技术获得成功的消息,迅速传遍全世界。人类梦寐以求的耕耘播雨的美好愿望从此成为现实。

谢菲尔在发现用冷冻方法可以进行人工造雨后,认为已经大功告成了,他于是不再做继续寻找凝结核物质的努力。然而公司里的另一位青年工程师冯尼格特,却没有因谢菲尔的成功而放弃。他仍在为找到能成为冰晶核的物质反复地做着试验。他在阅读大量的化学书籍后,发现碘化银的晶体结构同冰晶十分相似。冯尼格特把碘化银磨成粉末,作为人工冰核投入“人工云雾室”中,指望能产生大量的人造冰晶,但他失败了。几个星期后,他决定用各种金属做电极,观察火花放电所产生的金属微粒对云雾的影响。在一次用银做电极的放电试验中,他意外地发现“人工云雾室”里瞬间充满了冰晶,犹如撒入干冰时的情景。但在以后同样的试验中,却没有冰晶出现。冯尼格特对做过的试验进行反复检查和分析发现:他在几个星期前做试验用的碘化银纯度太低,所以没有效果。由于实验后在“人工云雾室里”残留有碘蒸气,当银电弧通电时便产生大量的纯碘化银,这才导致了冰晶的产生。经测定,1克碘化银可以生成几十万亿个微粒,这些微粒随上升气流进入云中,能在冷云中产生几万亿到上百万亿个冰晶,从而使云中的水汽在冰晶上迅速凝华长大,云层便会产生降水。由于碘化银易于保存、运输和撒播,现在利用碘化银做催化剂进行人工影响天气的方法,已在全世界普遍推广。

既然通过在云中撒播催化剂的办法可以产生降水,为什么现在还有许多地区出现严重干旱呢?

人工降雨的作用仅仅是将雨量变大,确切地讲应该是人工增雨,干旱严重地区,常常是晴空万里,没有云层也就不存在进行人工降雨的基本条件。即使天上有云层,甚至布满天空,而且高度也不高,也还要看云层是处于发展阶段还是处于消散阶段。在处于消散状态的云中进行人工降雨作业,也是不会成功的。人工降雨是对空中水资源的开发利用,它只是抗旱的一种手段。要从根本上解除干旱,还应在水利设施方面下功夫,在植树造林、绿化环境上做文章。