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  • 1 # 小宇堂

    簡單地說用乾冰只是因為乾冰使用成本低(注意使用成本不僅包括採購乾冰的成本),但乾冰不是人工降雨的唯一常用化學物質。

    乾冰就是二氧化碳的冰晶,這個我們應該常見,一些餐館會在菜色的裝點中用乾冰來製造冷霧的裝飾效果。什麼是人工降雨?

    這是一種透過新增外部因子人工誘導或增加雲層降水的做法。

    投放到雲層中的這些物質可以是乾冰(固態二氧化碳),也可以是碘化銀、鹽粉等。此過程在國外被稱為“雲播種”。這個過程是透過飛機或火箭來完成的。

    上圖:人工降雨用客機也能做。

    為什麼要人工降雨?

    我們知道雨形成的原理和過程。這個過程從海水或各種水體的蒸發開始。然後,當對流層(大氣的最下層)中的風上升時,氣溫下降,導致一些細小的液滴持續合併成大液滴,當液滴的尺度達到0.1mm左右時,它們將無法在那裡漂浮,於是落下成為雨滴。雨滴在下落過程中也會與其它雨滴合併形成更大的雨滴——視雨滴的密度而定。

    但是有時我們必須應對乾旱。有云但沒有雨的情況,往往是由於高氣壓造成雨滴形成困難,因為氣壓升高,水的蒸發溫度就會降低。此外,當雲的溫度接近“ 0”時,其中就可能有冰晶,這樣的雲當中的水份不會凝結成液態。那這些情況,我們就可以試著人工降雨。

    而使用人工降雨,就是針對雲的各種形態,促使雲當中的水分變成更大的雨滴。

    上圖:一般是這樣釋放降雨/增雨劑的。

    人工降雨是怎麼實施的?

    擾動:第一步包括使用化學物質刺激目標區域上風向上升並形成雲。這些化學物質可以吸收聚攏水蒸氣,並有助於冷凝過程。諸如氧化鈣、尿素與硝酸銨以及氯化碳酸鈣的化合物的微粒。這些化學物質都是常見的吸潮物質,它們對水分子有比較強吸附能力。

    成雲:在第二階段,透過尿素、乾冰、食鹽等建立雲團,以增加雲層的密度直至接近飽和。

    雲種:在進行人工降雨的最後階段,將超冷的化學藥品(乾冰或碘化物)用預製的容器轟擊到雲層的底部,大量吸收雲層的熱量,以形成水珠,使其形成降雨。一旦雲層的底部開始凝結水汽析出,會拉動附近的雲層水分來補充形成持續的降雨。

    上圖:使用碘化銀人工降雨的過程。

    這類似用明礬來淨化水。例如:一個水箱裡裝的水很渾濁,因為有很多雜質和灰塵顆粒,當你在水箱中新增明礬時,雜質就會沉澱下來。這是為什麼呢?在新增明礬作為“沉澱劑”後,水中的顆粒附著在明礬形成的膠體上,變重變大並沉降。這就是水滴在雲中的情況。

    為什麼用乾冰?

    從上面的介紹來看,人工降雨並不只是用乾冰,但乾冰是唯一使用的可以變成氣體的人工降雨助劑。這是有原因的,因為乾冰就是二氧化碳,製備很容易。而且乾冰在吸收熱量之後不是融化而是迅速地昇華,這個過程吸收的熱量是巨大且迅速的,因此乾冰可以用作一種快速製冷劑。如果你用手接觸乾冰,可能只要幾秒鐘就可能造成嚴重的凍傷,所以玩乾冰要當心!(此外在缺乏通風的室內釋放大量乾冰對人和動物是有危險的,會導致缺氧,請特別注意。)

    上圖:乾冰在空氣中就會是這種感覺。

    但相比液態氮、液氦、液氫、液氧,它們雖然也可以用於快速吸熱,但製備成本太高。

    此外,乾冰本來就從大氣中提取,相對來說對大氣也沒有汙染(乾冰的使用過程不能算是碳排放)。

    但人工降雨也不一定要使用乾冰。有時根據雲的特性和其它因素會選用不同的降雨劑,主要的有這些:

    碘化銀

    人工雨雲播種的主要使用的化學劑是碘化銀。碘化銀化學式為AgI,是無機化合物,由碘化物溶液與銀離子的反應生成。碘化銀是高度感光性的。該化學品為淡黃色,其固體形式可使雲中水分快速凝結。碘化銀充當雲沉澱的觸發種子或鉤子。該化學物質與雲混合可誘導凍結雲以水的形式釋出。

    碘化鉀

    雲播種中產生人造雨所需的另一種化學物質是碘化鉀。碘化鉀與碘化銀相似,不同之處在於碘化鉀不僅用於人工降雨,還用於其他用途。在切爾諾貝利事故中,人們使用碘化鉀作為防止核輻射的遮蔽物。它也可以有效地保護人體的某些內部器官。它也是與硝酸鹽結合形成碘化銀的化學物質。由於其功能,它也可以用來製造人造雨。

    丙烷

    丙烷是具有三個碳原子的烷烴有機化合物。它的化學式為C 3 H 8。丙烷是一種常見的物質,作為燃料,是一種天然氣,通常是無色的,但是在某些情況下會變成液體。丙烷氣體作為雲播種材料,可以推動雲層凝結。它的液體形式也將觸發雲中水汽凝結為液體形式,進一步引起降雨。丙烷需要其他化學物質才能在雲播種中正常使用。丙烷在人工降雨過程中很重要。

    碳化鈣

    在攪拌狀態下,電石也可用於製造人造雨。碳化鈣與氧化鈣一起用作水蒸氣的吸收劑。它由鹽和尿素或硝酸銨化合而成。該化學物質是化學式為CAC2的鈣化合物。它通常是無色的,但也可能顯示為白色。在電弧爐反應中生成電石。石灰和焦炭混合物也可用於生產電石。

    硝酸銨

    雲播種中涉及的另一種化學物質是硝酸銨。硝酸銨是化學式為NH4NO3的銨陽離子的硝酸鹽。硝酸銨以結晶白色固體形式出現,常用作農業肥料。硝酸銨與其他化學物質一樣,可以提供液滴的凝結核並增加雲的密度。凝結核是雲中水珠凝結的促進劑,由親水物質形成的您凝結核有利於水的附著和聚集,可以加速水滴的形成。

    氯化鈉

    由於碘化銀等化學劑成本較高,而氯化鈉成本低,因此作為人造雨的替代化學物質。便宜但有效。

    尿素

    尿素是通常用於農業中但也能幫助人工降雨的另一種化學物質。尿素化學式為CH4N2O,常被用來作為植物肥料,外觀為白色固體。在雲種時,尿素是吸收水蒸氣的一種助劑,可以形成更密集的雲。此外,它還會刺激雲中結晶水形成水團。

    一個AI:人工降雨除霾的設想

    上圖:透過人工降雨給中國大城市除霾的想象圖

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