Б Пшеничный, д-р, Россия
Восточное Средиземноморье вряд ли можно отнести к районам, стоящим на краю гибели от засухи. Наоборот этот регион нередко представляется нам цветущим садом – землей обетованной. Однако там существуют серьезные проблемы, связанные с нехваткой пресной воды. Жизнь людей зависит от выпавшей с неба влаги.
Дело в том, что на Левантийском побережье Средиземного моря практически нет рек. Жизнь людей зависит от выпавшей с неба влаги. Население издревле снабжается водой, накопленной в период дождей. А дожди в этом регионе выпадают нечасто и только в зимний период. Во "влажные" годы сельское хозяйство получает достаточное количество воды, в "засушливые" экономика региона испытывает серьезные затруднения.
На основании многолетних наблюдений за погодой израильские ученые из фирмы "ORMAT TURBINES LTD" предложили объяснение неравномерности выпадения осадков в этом регионе. Одновременно с этим была разработана программа по предотвращению засухи и увеличению количества дождей.
Суть идеи заключается в следующем. Известно, что климат и одна из его главных составляющих – периодичность выпадения осадков – формируется в результате сложного процесса взаимодействия атмосферы и моря. Море накапливает тепло, приносимое солнечной энергией, которая летом гораздо выше, чем в другие сезоны года. Но год от года её количество практически не изменяется.
Схематично выпадение дождей можно объяснить следующим образом. Летом поверхностный слой моря активно прогревается и запасает тепло. Зимой холодные, по сравнению с морем, потоки воздуха, встречаясь с теплой поверхностью воды, насыщаются влагой. Возникает конвекция, образуются туманы и облака, из которых проливается дождь.
Почему же в одни годы выпадает больше дождей, а в другие меньше? Ведь Солнце, практически, не может в какой-то год дать больше энергии и прогреть море сильнее, чем в другие годы? Что же происходит?
Известно, что основное количество солнечного тепла поглощается в самом верхнем тонком слое воды. Этот слой может сильно прогреваться летом (до 30оС и выше), но долго удерживать тепло он не в состоянии. Тепло тонкого поверхностного слоя не передается в глубь моря, так как вода плохо проводит тепло. Значительное количество этого тепла возвращается в атмосферу. Однако, тепло в море можно запасти, если увеличить толщину прогретого слоя воды. Для этого надо как-то "затолкать" теплую воду в глубину.
Многочисленные наблюдения показали, что в те годы, когда летом в районе наблюдается повышенная ветровая активность, следующей зимой выпадает больше дождей по сравнению с маловетренными летними сезонами. То есть ветер в летний сезон, "перемешивая" слои воды, помогает морю накопить больше тепла на зиму и обеспечить выпадение зимой большего количества влаги. Данная закономерность справедлива и для других районов.
Кстати, кроме перемешивания поверхностного слоя воды, ветер и волны способствуют подъему к поверхности моря холодной воды с глубины – активизируется так называемый естественный апвеллинг. В результате этого процесса прогревается и запасает тепло еще больший объем воды.
По сравнению с солнечной энергией энергия волн ничтожно мала. И лишь ее малая часть затрачивается на перемешивание воды. Однако, как мы видим, этой энергии вполне хватает, чтобы перераспределить запас тепла в море и вызвать заметное для человека изменение климата. А если бы удалось хоть немного увеличить эту энергию? Вернее, ту ее часть, которая направлена на перемешивание воды в летний сезон, усилить этот природный процесс в маловетреные годы до того уровня, который достигается в этом регионе в годы с высокой ветровой активностью.
Существует несколько инженерных решений проблемы перемешивания вод и накопления ими тепла, вполне реальных при сегодняшнем уровне развития науки и техники. Израильские ученые предлагают использовать мощные насосы, которые устанавливаются на судах в нескольких километрах от берега, и по трубам выкачивают на поверхность моря воду с глубины примерно 100 м. То есть осуществляют процесс искусственного апвеллинга. В этом случае холодная вода, поднятая с глубины, будет прогреваться, смешиваясь с теплой водой поверхностного слоя. А теплая вода – поступать на глубину.
Таким образом, можно будет создать в течение лета искусственную линзу прогретой воды размерами несколько десятков километров, и запасти в ней достаточное количество тепла. По расчетам ученых, несколько мощных современных насосов в течение трех летних месяцев могут на 10% увеличить теплозапас моря, что приведет к 20% увеличению количества осадков в прибрежной зоне.
Особый интерес для перемешивания воды и увеличения теплозапаса могут представить волновые насосы для подъема на поверхность моря воды с глубины (устройства искусственного апвеллинга), или для закачивания на глубину вод поверхностного слоя (устройства искусственного даунвеллинга), о которых сообщалось в одном из номеров журнала «Энергия» (N6, 1989).
В случае применения этих волновых устройств потенциал волн, направленный на перемешивание воды, будет увеличен. А стоимость работ значительно уменьшится, так как не будет затрат энергосистем. Разработанные нами волновые устройства представляют собой трубы, укрепленные на поплавках, которые преобразуют энергию волн в работу по перемещению воды вверх или вниз.
Работа волновых устройств для подъема-опускания вод и создания вертикальных токов воды испытывалась нами на разных морях. Производительность устройств зависит главным образом от высоты волн и диаметра труб. Одно их изготовленных устройств искусственного апвеллинга при диаметре труб 0,6 м обеспечивало подъем 3 мз/мин при высоте волн до 1,0 м.
Расчеты показывают, что одно волновое устройство искусственного апвеллинга из труб диаметром 1,2 м будет поднимать на поверхность моря около 12 мз/мин при высоте волн 1-2 м. Несколько десятков таких устройств будут способны прогреть слой воды толщиной до 90 м на площади в 1 кв.км за один летний месяц работы на 2-3 oС. При этом количество дополнительно аккумулированного тепла в расчете на 1 кв.км составить 170.106 кВт-ч. Такое значительное количество тепла будет способствовать усилению циркуляции воздушных масс зимой и вызовет увеличение количества осадков на суше в этом районе.
Таким образом, можно заключить, что искусственное увеличение запаса тепла в поверхностном слое моря не фантастика, а вполне осуществимая задача. Идея этого проекта заимствована у природы, которая постоянно осуществляет перемешивание вод. Разница в температуре воды поверхностного слоя моря в «засушливые» и в «дождливые» годы не превышает нескольких градусов, так что искусственное увеличение теплозапаса вод хотя бы на 1-2 градуса не выйдет за рамки колебания естественных значений.
Рассматриваемый проект выгодно отличается от известных отечественных «проектов века», так как не потребует строительства гигантских плотин, атомных реакторов или затрат извне. Чрезвычайно малый риск при реализации этого проекта не экологический, а исключительно экономический – при первом же опасении можно будет прекратить перемешивание вод и отделаться небольшими финансовыми потерями.
Думается, что реализация проекта по предотвращению засухи и увеличению количества дождей в Восточном Средиземноморье должна осуществляться не только силами самого Израиля и стран этого региона. Данный проект следует рассматривать как модель, которую после некоторых уточнений можно будет использовать для других регионов. Практический опыт реализации данного проекта изменения климата может быть использован и для решения глобальной проблемы современности – потепления климата нашей планеты. Логично предположить, что изменение теплозапаса поверхностного слоя вод в энергоактивных зонах океана, достигаемое доступным человеку способом, может предотвратить катастрофическое потепление, предсказываемое учеными многих стран. Вряд ли существует более важная проблема, где совместная деятельность мирового сообщества может найти лучшее применение.
Контакты:
Пшеничный, Б.П., Россия, Москва 119270, Фрунзенская наб.,52, кв.27.
тел. 242-28-50
Даинзон, Эдуард Борисович, Израиль, г. Хайфа,
E-mail: dainson@tx.technion.ac.il, tel. 04 8 233 169
Опубликовано в журнале"Энергия, Экология" №11, 1993, Россия"
Статья поступила в редакцию 24 июля 2006 г.