• السحب الاصطناعية واستمطارها

​

          استمطار السحب هي عملية كيماوية تتم بحقن السحب بشوائب ومواد خارجية مستثيرة، عادة ما تكون يود الفضة (المصنف أمريكياً ضمن السموم والمواد الخطرة) أو الثلج المجفف الذي يتسامى عند درجة الضغط الجوي ويتمتع بدرجة حرارة أقل من الجليد، الأمر الذي ينتج جراءه تحويل الماء إلى بلورات ثلج تنهمر نحو الأرض بدافع الوزن، وما إن تدنو من الأرض حتى تعلو حرارتها شيئاً ما، فتعود لحالتها السائلة وتهطل كأمطار.

          وعملية استمطار السحب هي شكل من أشكال تعديل الطقس، تتم بمحاولة تغيير كمية أو نوع المطر المتساقط من الغيوم عبر نثر مواد في الجو تؤدِّي إلى تشكيل أو تكثيف غيمة أو تشكيل نواة ثلج، مما يُعدِّل عمليات التكوين الفيزيائي ضمن الغيمة. والغرض الاعتيادي من عملية استمطار السحب هو زيادة الهطول (سواءٌ للمطر أو للثلج)، بيد أن استخدامها لمنع تشكُّل البرد أو الضباب يجري على نطاق واسع في بعض المطارات.

          إن الأشجار هي المصدر الرئيسي المنتج للهيدروكربون، خصوصاً خلال الطقس الدافئ، ومن خلال عملية استمطار السحب يصبح إنتاج الغابات للهيدروكربون نتيجة طبيعية، فالغيوم تعكس أشعة الشمس، مما يسمح للغابة بتنظيم درجة حرارتها.

كيف تتم عملية استمطار السحب؟

          إن أكثر المواد الكيميائية شيوعاً المستخدمة في عملية استمطار السحب هي «يود الفضة» و«الثلج الجاف» (ثاني أكسيد الكربون المُجمَّد). كما تستخدم مادة «البروبان السائل الممدد» الذي ينتج بلورات الثلج في درجات حرارة أعلى من يود الفضة، بالإضافة إلى استخدام الملح في بعض الحالات.

          تتطلب عملية استمطار السحب أن تحتوي المواد المستخدمة على ماء سائل مُبرَّد إلى أقل من درجة مئوية واحدة. فمادة مثل يود الفضة التي يشابه تركيبها البلوري تركيب الثلج، يمكن أن ينتج عنها نواة ثلج. أما مادتا الثلج الجاف والبروبان الممدد، فيمكن أن تبردا الجو إلى الحد الذي تتشكل نواة الثلج عنده آنياً من طور البخار. وعلى خلاف استمطار السحب باستخدام مادة يود الفضة، فإن تشكُّل نواة الثلج التلقائي الناجم عن استخدام مادتي الثلج الجاف والبروبان الممدد لا يتطلب وجود أية قطرات أو ذرَّات سائلة، لأن هذا التشكُّل ينتج بخاراً عالي الإشباع قرب مادة الزرع.

          في حالة الغيوم البيضاء، تقوم إستراتيجية الاستمطار على حقيقة مفادها أن ضغط البخار المتوازن فوق الثلج يكون أقل منه فوق الماء. بناء على ذلك فإنه عند تشكُّل ذرَّات الاستمطار في الغيوم شديدة البرودة، تحل ذرَّات الثلج محل القطرات السائلة، وتصبح ثقيلة بما يكفي لتساقطها من الغيوم كثلج لا كمطر، وهو ما يعرف بـ «الاستمطار الساكن»

          أما في حالة الغيوم الموسمية الدافئة أو الغيوم الاستوائية المكفهرَّة (ذات الحِمل الحراري)، فإن عملية الاستمطار تقوم على الاعتماد على استغلال الحرارة الكامنة في الغيمة، لتساعد الذرَّات على التجمد، و هو ما يعرف بـ «الاستمطار الديناميكي». لذلك تمنع هذه الحرارة الكامنة الذرَّات من الطفو ومن تقوية الرفع، بما يكفي لتقارب الذرَّات على ارتفاع أقل، ما يؤدي إلى النمو السريع للغيمة المحددة.

          يمكن أن تُنثر مواد الاستمطار الكيميائية بوساطة الطائرات، وهو الأسلوب الأكثر فعالية، وعندما تُطلق تلك المواد المركبات من الطائرة فإنها تنتشر بسرعة (كالألعاب النارية) إلى حد كبير. ولوجود الرياح المصاحبة للسحب، فإن الرياح تقوم بتوزيع تلك المواد على مساحة واسعة وبسرعة كبيرة، بحيث تشمل السحابة ككل، نظراً لترابط تلك السحابة بتيارات متجانسة ومتلاطمة في دائرة السحابة؛ إما نفاثة وإما تصاعدية لولبية. كما يمكن أن تُنثر مواد الاستمطار الكيميائية بوساطة أجهزة نثر موضوعة على الأرض (مولِّدات أو محطات تشبه أجهزة إطلاق الألعاب النارية، يتم فيها حرق المواد التي تتصاعد نحو السحابة المراد استمطارها، أو قذائف تُطلق من أسلحة أو مدافع صواريخ مضادَّة للطائرات). ففي حالة استخدام الطائرات، يتم إشعال مادة يود الفضة ونثرها خلال تحليق الطائرة عبر الغيمة. أما في حالة الإطلاق من الأجهزة الأرضية، فيتم انتشار الذرَّات الدقيقة بجهات متعددة في الهواء بعد إطلاقها من الجهاز المستخدم.

 وعلى ذلك، يمكننا تحديد الوسائل التي يجب أن تتوافر لعملية الاستمطار:

1)    السحب الكثيفة الحاملة لكميات كبيرة من الماء.

2)    طائرات ذات مواصفات خاصة (في حالة الاستعانة بأسلوب استخدام الطائرات)، تتمكن من التسلق إلى قمم السحاب، وتكون مجهَّزة بوسائل إطلاق مواد الزرع ونظام جمع وتحليل المعلومات التي يتم جمعها من أجهزة القياس المركبة على الطائرات و محطات رادار الطقس.

3)    ضرورة إقامة محطات صناعية لمراقبة السحب وحركاتها ومواصفاتها.

4)    رادارات طقس لمراقبة السحب وتحديد خواصها ومحتواها المائي.

5)    وسائل اتصال لاسلكي بين مركز القيادة وطائرات الاستمطار (في حالة الاستعانة بأسلوب استخدام الطائرات) ومحطات رادار الطقس.

6)    كمية كافية من مواد الزرع (المواد المستخدمة).

7)    كادر بشري فني لتنفيذ الأعمال المختلفة.

          وفي السنوات الأخيرة بدأ تسليط الضوء على استخدام الآلات الإلكترونية في استمطار السحب. فعلى سبيل المثال، تُستخدم نبضات الليزر تحت الحمراء لتأيين الجو حول الغيوم (شحنه بشحنات كهربائية سالبة لتتحد مع الذرَّات الموجبة)، ما يسرِّع في عملية بلورة ذراته حرارياً. والعديد من الدول في الوقت الحاضر، كرَّست وسائل بحث «أيونية» بغرض استمطار السحب.

التأثير والفعَّالية:

          بالعودة إلى أعوام 1903، 1915، 1919، 1944 و1947، نجد أنه جرى العديد من محاولات تعديل الطقس، فمثلاً «الاتحاد الأسترالي لعلوم الأرصاد الجوية» عارض في البداية فكرة «صنع المطر»، لكنه في الخمسينيات حاول قسم «فيزياء الإشعاعات» تحرِّي الخواص الفيزيائية للغيوم، وهدَفَ إلى أن يتم فهم هذه العمليات بحلول عام 1957. وفي الستينيات تلاشت الأحلام بإمكان تعديل الطقس لتعود للظهور على شكل «مشروع الجبال الثلجية». ظهر استمطار السحب بفاعلية من خلال تعديل تركيب وحجم السحب، ومن خلال تحويل الماء المُبرَّد بشِدَّة إلى ذرَّات جليد. لكن الواقع أنه من الصعب قياس كمية الأمطار الناتجة عن الاستمطار، كما أن عمليات الاستمطار بحد ذاتها قد تعيق هطول الأمطار.

          التحدي الرئيسي كان معرفة كمية المطر التي ستهطل في حالة عدم إجراء عملية الاستمطار. عموماً، كان هناك توقُّع عام من قبل منظمات متخصصة بأن إجراء الاستمطار فوق الجبال في ذلك الشتاء سيؤدي إلى سقوط الثلوج، وبأن كمية الأمطار الموسمية ستزيد بنسبة 10بالمائة. وقد قامت الحكومة الأمريكية، ومن خلال «المركز الوطني للأبحاث الجوية»، بتحليل الغيوم التي خضعت لعملية استمطار، والغيوم التي لم تخضع لمعرفة الفرق بينهم، كما أجرت بحوثاً عن عمليات الاستمطار التي تمَّت في بلدان أخرى.

          كما قامت الصين بعمليات مضادة للاستمطار خلال دورة الألعاب الأولمبية عام 2008، كي تمنع هطول الأمطار خلال حفل الاختتام، بحيث أطلقت طائرات وصواريخ مواد محفِّزة ممتصة للرطوبة لتشتيت السحب، كما أطلقت مواد لاستمطارها قبل أن تصل إلى الإستاد الذي أُقيم فيه حفل اختتام الأولمبياد.

التأثيرات على البيئة والصحة:

          بيَّنت دراسات لبعض المنظمات البيئية أن استخدام مادة يود الفضة في الاستمطار يمكن أن يؤدي إلى عجز مؤقت أو إيذاء محتمل للبشر والثدييات، قد يكون حاداً و مستمراً، ولكن ليس مزمناً، إلا أن تلك الدراسات توصلت إلى أن نصف كمية الفضة المتولِّدة عن عملية الاستمطار تنقص بمقدار 100 مرة عن الضرر الحاصل في الجو الناجم عن الإشعاعات الصناعية في أجزاء متعددة من العالم، أو عن الضرر الشخصي الناتج عن التعرُّض للإشعاعات الناجمة عن حشو الأسنان بالفضة، مثلاً.

          أما من حيث تأثير تراكمات تلك المواد على التربة والنباتات، فقد أكد التقييم البيئي الذي أجري على صحراء «نيفادا» في كاليفورنيا عام 1995، وتقرير لجنة خبراء مستقلة في أستراليا عام 2004، أن تأثير تلك التراكمات على التربة والنباتات ليس كبيراً.

          من ذلك أن استمطار السحب الذي تمَّ فوق «حديقة كوسكيوزكو الوطنية» الأسترالية، و الذي دُعي بـ «المحيط الجوي الاحتياطي»، أدَّى إلى عدة تعديلات سريعة في التشريع البيئي؛ بل قاد إلى محاكمة صانعيه (قضائياً). كما أن اختصاصيي البيئة قلقون حول تأثير امتصاص عنصر الفضة في بيئة حساسة جداً على حيوان «أبو سوم» القزمي من بين الفصائل الأخرى، في حين أن التأثير كان كبيراً على الزهور في البحيرات الجليدية. وخلُصَ برنامج «ABC» الذي أُقيم عام 2004، إلى أنه لم يمتلئ كامل الغيمة المستمطرة بالفضة، ما أدَّى إلى زوال القلق بشأن حيوان «أبو سوم» القزمي. و أدَّى البحث الذي تمَّ قبل 50 سنة، والتحليل الذي قامت به «إدارة الجبال الثلجية»، إلى إيقاف عمليات استمطار السحب خلال الخمسينيات. وسابقاً، أُهمل استمطار السحب على الحدائق البيئية في أستراليا بسبب المخاوف بشأن الفصيلة المهددة بالانقراض (حيوان «أبو سوم» القزمي). ومنذ استخدام يود الفضة (وليس عنصر الفضة) كمادة من مواد الاستمطار، فإن التأثير السلبي على البيئة لا يزال موضع نقاش من خلال مطالبة «جمعية تعديل الطقس الدولية» بإعادة النظر باستخدامه.

لمحة تاريخية:

          تعود فكرة استمطار السحب إلى العالم الألماني «فنديسن» عام 1938، عندما رأى إمكان مساهمة ذرَّات الثلج المضافة للسحب، في إسقاط المطر. غير أن هذه الطريقة، لم تطبق من الناحية العملية إلاّ في عام 1946، عندما اكتشف العالم الأمريكي المتخصص بالأرصاد الجوية و الكيميائي «فنسينت شيفر» عام 1946 مبدأ استمطار الغيوم، وقام باختبار الغيوم الشديدة البرودة في وحدة التجميد القوي (حجرة تجارب) باستخدام عوامل القوى لتحفيز نمو الثلج البلوري، مثل الملح، مسحوق البودرة، التربة، الغبار وعوامل كيميائية أخرى ذات تأثير ثانوي. ثم، وفي يوم حار ورطب (14 يوليو 1946)، أجرى عدة تجارب في «مختبر أبجاث جنرال إلكتريك»، حيث أجرى إحدى تجاربه باستخدام هواء التنفس، واندهش عندما وجد أن الذرَّات المجمدة ليست باردة إلى الحد الذي يمكن عنده تكوين سحابة، فقرر إضافة قطعة من الثلج الجاف لتبريد حجرة التجارب التي يجلس فيها، وحالما تنفس لاحظ وجود سديم مزرق في الحجرة، تلته فرقعة لملايين بلّورات الثلج المجهرية الحجم التي عكست الأشعة الخفيفة الصادرة عن مصباح الحجرة (عند النظر لها من مقطع عرضي)، وأدرك على الفور أنه اكتشف طريقة لتغيير الماء المُبرَّد إلى بلّورات ثلج.

          وبعد شهر من ذلك، نجح زميل شيفر؛ العالم الأمريكي الجوي البارز «برنارد فونيغيت» في اكتشاف طريقة استمطار أخرى تعتمد على تبريد ماء الغيمة بشدَّة، عندما بحث في نصوص الكيمياء الأساسية عن إمكان خلط الفضة باليود، فتوصَّل إلى إنتاج مادة «يود الفضة».

          تبنت شركة «جنرال إلكتريك» في نيويورك كلتا الطريقتين لاستمطار السحب خلال عام 1946، وتمت المحاولة الأولى لاستمطار الغيوم في ريف نيويورك في 13 نوفمبر عام 1946، حيث أنتجت طريقة شيفر تساقطاً للمطر والثلج غربي «ماساشوستس»، عندما أُسقطت حوالي كيلو ونصف الكيلو من الثلج الجاف (المجروش) عند درجة حرارة تساوي 20 ْ مئوية، من طائرة داخل الغيمة المستهدفة. 

          وفي السبعينيات، عرضت منظمة غير حكومية إجراء تعديل للطقس (استمطار سحب بإطلاق يود الفضة من الأرض)، وتعاقدت عام 1972 مع جامعة «أوكلاهوما» على إجراء هذا المشروع لزيادة هطول الأمطار من الغيوم الدافئة في بحيرة «كارل بلاكويل»؛ تلك البحيرة التي كانت في ذلك الوقت (1972 1973) تعتبر المزوِّد الرئيسي للمياه لمنطقة «ستيلواتير» في أوكلاهوما، وكان مخزون المياه فيها منخفضاً بشكل خطير. ولكن المشروع لم يتم تشغيله لوقت طويل يمكن معه إحصاء أية تغييرات على الطقس، في الوقت الذي استمرت فيه عمليات الاستمطار في كاليفورنيا منذ عام 1948.

          في الستينيات، جرت محاولة للجيش الأمريكي لتعديل الأعاصير في حوض الأطلسي وذلك باستمطار السحب.

          وفي أستراليا، أُجريت تجارب رائدة خلال الفترة بين عام 1947 وبداية الستينيات: فخلال الفترة بين عام 1947 و عام 1952 أسقط العلماء ثلجاً جافاً داخل قمم السُّحُب الركامية الباردة، ما نتج عنه هطول الأمطار التي لم تكن لتهطل لو لم يتم إجراء هذه العملية.

          وفي النمسا، جرت دراسة ناجحة لاستخدام يود الفضة في الاستمطار لمنع سقوط البَرَدْ، وذلك خلال الفترة من عام 1981 إلى عام 2000. وتم استخدام هذه التقنية التي مازالت مستخدمة هناك.

الاستخدامات الحديثة:

          يعتبر أكبر نظام لاستمطار السحب في العالم ذلك الموجود في الصين، الذي يتم تنفيذه عبر القيام بإطلاق صواريخ يود الفضة إلى السماء في المناطق التي تحتاج لهطول الأمطار، بحيث يساهم هذا النظام في زيادة كمية الأمطار في عدة مناطق قاحلة، بما فيها العاصمة «بكين»

          وتقوم حوالي 24 دولة بعمليات تعديل الطقس في الوقت الحالي، حتى أنه توجد نزاعات سياسية بين بعض الدول المتجاورة بسبب «سرقة المطر» الناجم عن استمطار السحب.

          ويُستخدم استمطار السحب في الولايات المتحدة لزيادة كمية الأمطار الهاطلة في المناطق التي تواجه الجفاف، ولتصغير حجم حبات البَرَدْ التي تتساقط خلال العواصف الرعدية، ولتخفيض الضباب فوق وحول المطارات. كما يُستخدم من حين لآخر فوق المنتجعات الرئيسية للتزلج على الثلج، ليسبب تساقط الثلوج فيها. وهناك عمليات تعديل للطقس مستمرة في إحدى عشرة ولاية أمريكية وولاية كندية واحدة هي «ألبيرتا».

          أما أستراليا، فقد نجحت باستخدام طرق الاستمطار في ستينيات القرن الماضي، بحيث زادت كميات الأمطار الهاطلة في إحدى الولايات خلال فصل الخريف بنسبة 30 بالمائة، ما حدا بهذه الولاية إلى استخدام الاستمطار بانتظام منذ ذلك الوقت. ومنذ عام 2004، تُجري أستراليا مشروعاً لاستمطار السحب الشتوية مدته ست سنوات، لتقييم إمكان زيادة هطول الثلوج في الجبال الثلجية، الأمر الذي أثار حفيظة بعض العلماء الرافضين تعديل الطقس، مما تطلَّب تعديل تشريع البيئة.

          وإبان التلوث الإشعاعي الناجم عن كارثة «تشيرنوبل» عام 1986 في بيلاروسيا، قامت روسيا («الاتحاد السوفييتي» سابقاً) بعمليات استمطار لإزالة الذرَّات المشِّعة من الغيوم المتجهة نحو موسكو.

          وفي قمة مجموعة الدول الثماني عام 2006، بيَّن الرئيس الروسي «بوتين» بأن قواته الجوية قامت بعمليات استمطار غيوم، مما تسبب في هطول الأمطار فوق فنلندا.

          وفي جنوب شرق آسيا، يستخدم استمطار السحب لتنظيف الجو من الدخان الصناعي الملوِّث للبيئة.

          وفي الهند، جرت عمليات استمطار للسحب خلال عامي 2003 و2004 في إحدى الولايات، مما حفَّز ولايات أخرى على الحذو حذوها.

          وبدأت الاستعانة باستمطار السحب في مالي والنيجر على نطاق وطني. وفي أكتوبر من عام 2009، وعد رئيس بلدية موسكو بـ «شتاء من دون ثلج» للمدينة، بعد أن كشف النقاب عن عمليات استمطار للسحب تقوم بها القوات الجوية الروسية فوق موسكو على مدار الشتاء.

          أما في المنطقة العربية، فقد جرت خلال العقدين الأخيرين محاولات لاستمطار السحب في بعض الدول، مثل المغرب، الإمارات، السعودية وسورية، بغرض زيادة كمية الأمطار الهاطلة ودعم مخزونات مصادر المياه الجوفية وتأمين مصادر مائية جديدة لحل مشكلة نقص المياه.

إقرأ أيضًا

البراكين: تعريفها، أنواعها، أشهرها

النفايات: أنواعها، مخاطرها، طرق التخلص منها

الزلازل (بحث كامل): مظاهرها، أسبابها، مخاطرها، فوائدها، قياسها

التلوث الصناعي: أسباب، مخاطر وحلول

الملوثات الكيمائية: مصادرها ومخاطرها

تلوث المياه: مصادره، مخاطره وعلاجه

الاحتباس الحراري... خطر يهدد الأرض

السحب الاصطناعية واستمطارها

البلاستيك: صديق أم عدو

البريليوم... عنصر استراتيجي وحليّ جميل

​ ​