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人工增雨的催化劑有哪些?使用這些催化劑會影響環(huán)境嗎?

饒?jiān)苹?
饒?jiān)苹?,氣象專業(yè)副研級高級工程師,擅長撰寫氣象類科普文章。
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你知道嗎?鹽的用途很多,除了可以食用外,也是人工增雨的主要催化劑之一。

那么,此刻的你是否會冒出一個想法:到廚房抓上一把食鹽,往空中的云層一撒,能否達(dá)成增雨目的?

其實(shí)不能。一般來說,一顆食用鹽粒直徑大約為0.1毫米,即100微米左右。這個頭,對于絕大多數(shù)食物來說,是十分微小不過。但對于空中的水汽來說,一顆食鹽鹽粒卻是個頭巨大的家伙,因?yàn)樵跊]有形成降雨的云層里,一般來說,水汽分子的大小只有5-10微米。將一把食鹽鹽粒拋向空中的云層,猶如是往棉花糖上丟鉛球,因重力原因,鹽粒已達(dá)到下落標(biāo)準(zhǔn),會穿過云層直愣愣地往下落。所以可以想象,當(dāng)作業(yè)人員在飛機(jī)里向云中拋撒一把食鹽,鹽粒會飄飄灑灑地落下去,而云,還是那片云。

那么,鹽是如何做到對云增雨的呢?

鹽主要用于暖云增雨。暖云自然降水時(shí),云滴直徑一般要達(dá)到100微米以上,才可以打敗上升氣流,形成雨滴往地面落。當(dāng)暖云中水汽十分充沛,水汽粒子直徑一般只有5微米到10微米,這些粒子自由地懸浮在空中,因?yàn)樽陨矸浅]p,并不會往下掉。如果抓住時(shí)機(jī)往云中播撒鹽粉,因?yàn)辂}粉的到來,水汽粒子便團(tuán)結(jié)一處,等到水汽粒子直徑增長到數(shù)十微米后,依然不斷與周圍小水滴碰撞合并,最終克服上升氣流變成雨滴落下來。

因此說,鹽作為吸濕劑增雨是事實(shí),也確有年頭。只是要增雨,就要先給鹽粒做好“瘦身”工作。早期給暖云增雨的鹽粒,經(jīng)過物理方法進(jìn)行研磨,直到其直徑小到30微米左右。但因?yàn)閭€頭還是偏大,當(dāng)把這些鹽粉撒進(jìn)云中,產(chǎn)生的增雨效果并不是很好。

經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐,現(xiàn)在采取的是化學(xué)方法,通過物質(zhì)間的燃燒反應(yīng),產(chǎn)生1微米以下的鹽粒(氯化鉀、氯化鈉)。這些鹽粒因個子微小,很適合作為云中水汽的玩伴,它們被送進(jìn)云中,能與水汽分子們緊密結(jié)合,在這個過程中不斷吸濕、碰撞、變大。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明,播撒同等體積的鹽粉,直徑越小的鹽粒,催生出的雨水也越多。

在實(shí)際操作中,用人工方法對冷云增雨更為常見。通俗來講,就是通過催化劑使得云中的冰晶越來越多、越來越大,最后沉降融化成雨。冷云增雨的催化劑有成冰劑(比如碘化銀),還有能使氣溫驟降的制冷劑(比如干冰、液態(tài)二氧化碳、液態(tài)氮等)。

總結(jié)來說,人工影響天氣催化劑分為成冰劑、致冷劑和吸濕劑三類。

成冰劑:主要用于-6℃~-20℃的冷云催化作業(yè)。碘化銀是最常用成冰劑之一,其晶體結(jié)構(gòu)與冰晶相似,是制造冰晶的高手。碘化銀微小顆粒主要通過化學(xué)方法獲得,在人影飛機(jī)上,工作人員把一定比例的化學(xué)成分和助燃劑點(diǎn)燃,當(dāng)溫度達(dá)到2000℃以上時(shí),生成的碘化銀瞬間氣化,在空氣中遇冷又快速凝華,微小的碘化銀粒子立即進(jìn)入云層進(jìn)入工作狀態(tài)參與成冰。一般來說,每克碘化銀中能分化出1013到1014個碘化銀粒子。

致冷劑:用于0℃~-6℃對流云或?qū)訝钤拼呋鳂I(yè),有干冰、液氮、丙烷等成員。干冰是固體的二氧化碳,它的升華溫度是-78.5℃,增溫后直接由固態(tài)升華成氣態(tài),1克干冰能產(chǎn)生出幾百億個冰晶,是個制冷能手。液氮的沸點(diǎn)為-195.8℃,丙烷的沸點(diǎn)為-80℃,其工作原理與干冰相似。

吸濕劑:用于0℃以上暖云催化作業(yè)。有氯化鈉(食鹽)、氯化鈣、硝酸銨、尿素等成員,1克食鹽能催化出幾千萬個雨滴胚胎。

從重量來說,1克催化劑能催化出一千至幾百億不等的冰核或雨滴胚胎、冰晶,因此每次作業(yè)只需少量催化劑就能高效完成任務(wù)。

從成分來說,比如致冷劑干冰、液氮,參與完成增雨任務(wù)后,汽化成為二氧化碳和氮?dú)狻鼈兌际强諝獾慕M成成員。再比如吸濕劑食鹽、尿素等,它們原本就來源于自然界,增雨結(jié)束后又回歸自然界。所以說,它們都屬于生態(tài)安全的催化劑,當(dāng)然不會污染環(huán)境。

再比如使用頻率較多的碘化銀,飛機(jī)增雨作業(yè)和火箭作業(yè)的使用量都非常小,經(jīng)過長期數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示,作業(yè)區(qū)域水體和土壤中積累的銀離子濃度遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的濃度。

因此,正確使用人影催化劑不會造成環(huán)境污染。

評論
傳承解惑
大學(xué)士級
干冰、液氮原本就來源于自然界,增雨結(jié)束后又回歸自然界,它們都屬于生態(tài)安全的催化劑,當(dāng)然不會污染環(huán)境。
2023-07-20
點(diǎn)亮科技夢想
少傅級
再比如使用頻率較多的碘化銀,飛機(jī)增雨作業(yè)和火箭作業(yè)的使用量都非常小,經(jīng)過長期數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示,作業(yè)區(qū)域水體和土壤中積累的銀離子濃度遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的濃度。
2023-07-20
科普5d3a538e23e4a
大學(xué)士級
人工影響天氣催化劑分為成冰劑、致冷劑和吸濕劑三類,正確使用人影催化劑不會造成環(huán)境污染。
2023-07-20