1 июня 2023 года, когда Квебек был охвачен изнуряющей жарой, тысячи молний пронеслись по всей провинции, вызвав более 120 лесных пожаров.
Пожары бушевали в выжженных лесах и иссохших лугах, бушевали неделями и усугубляли ситуацию, которая быстро превращалась в самый масштабный пожарный год в истории Канады. В итоге почти 7000 пожаров уничтожили десятки миллионов акров земли по всей стране, привели к выбросу почти 500 миллионов тонн углекислого газа и вынудили сотни тысяч людей покинуть свои дома.
Молния стала причиной почти 60% лесных пожаров, и на эти возгорания пришлось 93% всей выгоревшей территории.
Теперь ванкуверский стартап Skyward Wildfire, занимающийся модификацией погоды, утверждает, что может предотвратить подобные катастрофические пожары в будущем, останавливая удары молнии, которые их вызывают. Компания недавно привлекла миллионы долларов в рамках раунда финансирования, которые планирует использовать для ускорения разработки продукта и расширения своей деятельности.
До прошлой недели компания, подчеркивающая роль молний в пожарах 2023 года, заявляла на своем веб-сайте, что продемонстрировала технологию, способную предотвратить «до 100% ударов молнии».
Связанная статья
Это было броское заявление, выходящее далеко за рамки уверенности исследователей, изучавших потенциальную способность человека подавлять молнии, — и компания удалила его после запросов от MIT Technology Review.
«Хотя заявление отражало наблюдаемый результат в конкретных условиях, оно не подразумевало единообразных результатов и было удалено», — заявил в электронном письме Николас Хартерр, курирующий партнерские отношения с правительством в Skyward. «В сложных атмосферных системах стабильные 100% результаты нереалистичны, как справедливо отметили эксперты, с которыми вы беседовали».
Компания теперь заявляет, что продемонстрировала способность «предотвращать большинство ударов молнии между облаком и землей в целевых грозовых ячейках». Пока Skyward публично не раскрыла, как именно она это делает, и в ответ на наши вопросы Хартерр сказал лишь, что материалы «инертны и отобраны в соответствии с нормативными стандартами».
Однако, судя по документам в интернете, компания использует подход, который правительственные агентства США начали оценивать еще в начале 1960-х годов: засеивание облаков металлическими отвлекающими частицами или узкими волокнами стекловолокна, покрытыми алюминием.
Военные используют этот материал для подавления радиолокационных сигналов; истребители, например, применяют его во время воздушных боев, чтобы сбить с толку системы управляемых ракет. Полевые испытания, проведенные несколько десятилетий назад американскими ведомствами, показывают, что он может помочь снизить количество ударов молнии, по крайней мере, в некоторой степени и при определенных условиях.
Если Skyward сможет надежно применять это в значительных масштабах, это может стать мощным инструментом для противодействия растущему риску возникновения пожаров, поскольку изменение климата приводит к повышению температуры, высыханию лесов и, вероятно, увеличению частоты ударов молнии.
«Предотвращение молний в дни повышенного риска спасает жизни, экономит миллиарды долларов на борьбе с лесными пожарами и является одним из наиболее эффективных и оперативных решений климатических проблем», — заявил Сэм Голдман, основатель и генеральный директор Skyward, в заявлении, опубликованном в LinkedIn в прошлом году.
Однако исследователи и экологи говорят, что остается много неопределенностей, в том числе, насколько эффективно может работать посев при различных погодных и климатических условиях, какое количество материала необходимо будет выбросить, как часто это нужно будет делать, и какие вторичные экологические последствия могут возникнуть в результате подавления освещения в промышленных масштабах.
Некоторые наблюдатели также обеспокоены тем, что компания, по всей видимости, приступила к полевым испытаниям по модификации погоды в некоторых районах Канады, не предоставив широкой общественности уведомления и не обсудив открыто, какие материалы она выбрасывает в облака.
Учитывая растущую опасность пожаров, «разумно» оценить потенциал новых технологий для ее смягчения, говорит Кит Брукс, директор программ канадской правозащитной организации Environmental Defence.
«Но мы должны делать это осторожно и по-настоящему прозрачно, используя надежную научную методологию, открытую для критики», — говорит он.
Засеивание облаков
На сайте Skyward представлено мало технических подробностей, но компания заявляет, что в 2024 и 2025 годах сотрудничала с канадскими агентствами по борьбе с лесными пожарами для демонстрации своей технологии. Компания также утверждает, что разработала инструменты искусственного интеллекта для прогнозирования ударов молнии, которые могут вызвать пожары.
В прошлом месяце компания Skyward объявила о привлечении 7,9 млн канадских долларов (5,7 млн долларов США) в рамках дополнительного раунда посевного финансирования, первоначально завершенного в начале прошлого года. В число инвесторов вошли Climate Innovation Capital, Active Impact Investments и Diagram Ventures.
«Наш первый сезон показал, что предотвращение пожаров возможно в больших масштабах», — говорится в заявлении Голдмана. «Это финансирование позволяет нам расширить свою деятельность на новые регионы и поддержать партнеров, которым необходимы надежные и эффективные инструменты для снижения риска лесных пожаров до начала чрезвычайных ситуаций».
Компания не использует термин «засеивание облаков» на своем сайте или в своих последних объявлениях. Однако в пресс-релизе, посвященном ее участию в качестве финалиста в прошлогоднем конкурсе Fire Grand Challenge, организованном природоохранной группой, говорится, что она подавляет молнии «путем засеивания облаков безопасными, нетоксичными материалами для нейтрализации зарядов грозовых разрядов», как ранее сообщало издание The Narwhal.
Кроме того, фонд Unorthodox Philanthropy, предоставивший грант на поддержку усилий Skyward по «тестированию и внедрению» технологии, предоставил более подробную информацию в статье о компании Goldman Sachs, посвященной лауреату премии.
В документе говорится: «Команда Skyward… остановила свой выбор на инертном веществе, состоящем из покрытых алюминием стекловолокон, которое регулярно используется в военных операциях для перехвата и дезориентации вражеских радаров, а также может рассеивать облака».
Дополнительные подробности были раскрыты в документе, помеченном как «Конфиденциальная информация», который Всемирный банк, тем не менее, опубликовал в составе пакета материалов от компаний, разрабатывающих способы снижения пожарной опасности.
Связанная статья
На диаграммах Skyward показано, как самолеты сбрасывают частицы в облака, чтобы предотвратить удары молнии между облаком и землей в «зонах повышенного риска». Компания также отмечает в документе, что использует искусственный интеллект для ряда целей, включая прогнозирование грозовых разрядов, определение приоритетов обработки, нацеливание на грозовые ячейки и оптимизацию траекторий полетов.
Хартерр подчеркнул, что компания будет использовать эту технологию осмотрительно и резервировать ее для штормов с повышенным риском возникновения лесных пожаров, добавив, что на такие штормы приходится менее 0,1% всей грозовой активности в данном районе.
«Наша цель — снизить вероятность возгорания в ограниченное число дней повышенного риска, когда пожары угрожают жизни, критически важной инфраструктуре и экосистемам, и когда затраты на тушение и последствия могут быстро возрасти», — сказал он.
В документе, опубликованном Всемирным банком, говорится, что в августе 2024 года компания Skyward в партнерстве с Alberta Wildfire провела исследование, чтобы «доказать эффективность подавления пожаров с помощью самолетов и дронов», и что этот процесс привел к «снижению количества молний на 60-100%» по сравнению с «контрольными ячейками» (что, вероятно, означает грозовые ячейки, которые не были засеяны).
В документе также указывалось, что летом 2025 года компания проведет дополнительные полевые испытания совместно с агентствами по борьбе с лесными пожарами в Британской Колумбии и Альберте, чтобы «предоставить решения на уровне ландшафта с использованием более совершенных летательных аппаратов, датчиков и систем прогнозирования».
«Служба по борьбе с лесными пожарами Британской Колумбии осведомлена о том, что компания Skyward разрабатывает технологию, направленную на снижение количества ударов молнии в определенных ситуациях», — подтвердило агентство Британской Колумбии в заявлении, предоставленном изданию MIT Technology Review. «В прошлом году Skyward провела предварительные испытания, чтобы лучше понять технологию и ее применимость в Британской Колумбии. Если подобный проект/технология получит дальнейшее развитие в Британской Колумбии, мы будем взаимодействовать с проектной группой, чтобы изучить ее и убедиться, что мы используем все доступные нам инструменты для реагирования на лесные пожары в Британской Колумбии».
Агентство Британской Колумбии отказалось предоставить кого-либо для интервью и не ответило на вопросы о том, какие материалы использовались, где проводились испытания, а также предоставляло ли оно публичную информацию или требовало ли этого от компании. Компания Alberta Wildfire не ответила на аналогичные вопросы от MIT Technology Review.
Повышенная опасность ударов молний
Облака — это просто вода в различных формах: пар, капли и кристаллы льда, достаточно сконденсированные, чтобы образовать плавающие в небе пробы Роршаха. Внутри них снежинки и крошечные ледяные крупинки, известные как град, трутся друг о друга, в результате чего атомы обмениваются электронами. Этот процесс создает высокореактивные ионы с отрицательным и положительным зарядом.
Восходящие потоки воздуха отделяют лёгкие снежинки от ледяной крупы, создавая всё большую разницу зарядов в электрическом поле, пока… не произойдёт разряд! Электростатический разряд в виде удара молнии.
Пожароопасный сезон 2023 года не был особенно богат на удары молний в Канаде — но это и не требовалось. Было так жарко и сухо, что каждый разряд молнии, попавший в землю, имел больше обычного шанса вызвать пожар, говорит Пиюш Джайн, научный сотрудник Канадской лесной службы и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, в котором анализировались пожары этого года.
Однако изменение климата, вероятно, приведет к увеличению числа ударов молнии, если это еще не началось. Более теплый воздух удерживает больше влаги и добавляет больше конвективной энергии в атмосферу, что приводит к вертикальному движению воздуха, формированию облаков и возникновению грозовых разрядов.
«Таким образом, условия для этого существуют, и, вероятно, они будут только улучшаться», — говорит Джайн.
Различные модели дают разные прогнозы по молниям для некоторых регионов мира. Но более четкая тенденция уже вырисовывается в самых северных широтах, где планета нагревается быстрее всего. Исследования показывают, что количество пожаров, вызванных молниями, существенно увеличилось в арктическом бореальном регионе, и предсказывают дальнейший рост этого числа.
Это в сочетании с другими растущими рисками, такими как увеличение продолжительности пожароопасного сезона, повышение температуры и высыхание растительности, в совокупности повышает вероятность более сильных пожаров и увеличения выбросов парниковых газов, говорит Брендан Роджерс, старший научный сотрудник Центра климатических исследований Вудвелла, изучающий влияние пожаров на таяние вечной мерзлоты.
Фактически, выбросы Канады от пожаров 2023 года более чем в четыре раза превысили выбросы от сжигания ископаемого топлива.
Полевые испытания середины прошлого века
Ученые провели множество экспериментов, изучая возможность предотвращения молний, но большая часть из них состоялась во второй половине прошлого века.
В условиях культурного оптимизма и бурного экономического роста послевоенного периода американские исследовательские агентства и корпорации развернули масштабные эксперименты по засеиванию облаков, направленные на покорение природы — или, по крайней мере, на смягчение ее опасностей. Исследовательские группы запускали или сбрасывали в облака такие материалы, как сухой лед и йодид серебра, пытаясь увеличить количество осадков, уменьшить град, рассеять туман и перенаправить ураганы.
«Активность по засеиванию облаков была настолько интенсивной, что на пике в начале 1950-х годов примерно 10% территории США находилось под той или иной программой изменения погоды», — написали Филипп Степанян и Эрл Уильямс из Массачусетского технологического института в статье 2024 года, посвященной истории мер по подавлению молний, опубликованной в «Бюллетене Американского метеорологического общества». (MIT Technology Review принадлежит Массачусетскому технологическому институту, но является редакционно независимым изданием.)
Гарри Гисборн, тогдашний начальник отдела исследований пожаров в Лесной службе США, задался вопросом, можно ли использовать эту технику для провоцирования ливней, которые могли бы потушить труднодоступные лесные пожары на государственных землях. Но когда он задал этот вопрос Винсенту Шеферу из General Electric, который проводил новаторские исследования в области засеивания облаков, Шефер предположил, что они могли бы сделать еще лучше: предотвратить молнию, которая и стала причиной пожаров.
Эти переговоры положили начало проекту Skyfire — межведомственной частно-государственной исследовательской программе, в рамках которой в 1950-х и 1960-х годах был проведен ряд экспериментов. Исследовательские группы засеивали облака над горами Сан-Франциско в Аризоне, горами Биттеррут на окраине Айдахо и национальным лесом Дирлодж в Монтане, а также над другими местами.
После сравнения обработанных и необработанных грозовых облаков исследователи пришли к выводу, что засеивание облаков снизило количество молний, сталкивающихся с землей, более чем вдвое. Однако, как отметили Степанян и Уильямс из Массачусетского технологического института, размеры выборки были небольшими, и остаются вопросы относительно статистической значимости полученных результатов.
(Советские ученые также проводили полевые эксперименты по подавлению молний в 1950-х годах, а также связанные с этим исследования, включавшие использование ракет для запуска йодида свинца в грозовые облака в 1970-х годах, но найти более подробную информацию об этих программах сложно.)
В 1969 году едва не случившаяся трагедия вновь пробудила интерес правительства США к возможности подавления молний, когда молния дважды ударила в космический челнок «Аполлон-12» через несколько секунд после старта. Астронавтам удалось перезагрузить системы и успешно завершить миссию на Луну, но это было очень опасно.
После этого НАСА и НОАА объединили усилия в рамках проекта, получившего название «Тандерболт», который основывался на использовании металлических дипольных отражателей, обычно применяемых в военных контрмерах.
Ранее исследователи из Лаборатории электроники армии США предложили возможность подавления молний с помощью этого материала, который производит несколько оборонных подрядчиков. Идея заключается в том, что отбрасываемая пыль действует как проводник в формирующемся электрическом поле, отрывая электроны от одних молекул кислорода и азота и добавляя их к другим. Несоответствующие электроны, уже накапливающиеся в молекулах облачной воды благодаря трению между снежинками и градом, могут затем перескочить на эти вновь заряженные атомы. Это, в свою очередь, должно уменьшить накопление статического электричества, которое в противном случае приводит к возникновению молний.
Связанная статья
«Благодаря непрерывному перераспределению — и, следовательно, нейтрализации — зарядов внутри грозового облака в слабом электрическом поле, сильные электрические поля, необходимые для образования молний, никогда не возникнут», — написали Степанян и Уильямс.
В начале-середине 1970-х годов НАСА и Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) провели серию экспериментов по засеиванию облаков дипольными отражателями над Боулдером, штат Колорадо, а позже — в Космическом центре имени Кеннеди. Здесь эксперименты также показали «в целом многообещающие результаты». Однако со временем НАСА обеспокоилось возможностью влияния дипольных отражателей на радиосвязь и закрыло программу.
«Исследования по подавлению молний были в очередной раз заброшены, и ответственность за смягчение последствий грозовых разрядов вернулась к синоптикам», — заключили Степанян и Уильямс.
«Трудно сделать выводы»
Итак, что всё это говорит нам о нашей способности предотвращать удары молнии?
«На мой взгляд, совершенно очевидно, что этот метод можно использовать для уменьшения количества ударов молнии во время грозы», — говорит Степанян, технический сотрудник группы систем управления воздушным движением и метеорологии в лаборатории имени Линкольна при Массачусетском технологическом институте. «С некоторыми существенными оговорками».
Например, неясно, какое количество вещества необходимо высвободить, как долго оно будет сохраняться и как его эффективность может меняться в зависимости от климатических и погодных условий.
(Степанян консультировался со Skyward на ранних этапах проекта и отказался обсуждать стартап.)
Его соавтор по истории подавления молний, кажется, настроен несколько более скептически. В электронном письме Уильямс, научный сотрудник Массачусетского технологического института, изучающий физическую метеорологию и атмосферное электричество, заявил, что существуют неопровержимые доказательства того, что помехи «влияют на электризацию грозовых облаков». Однако в ответных электронных письмах он отметил, что их эффективность в снижении или устранении грозовой активности «остается спорной» и требует дальнейших исследований. (Уильямс утверждает, что не консультировал Skyward.)
В своих письменных обзорах он указал на ряд потенциальных недостатков более ранних исследований, включая неучтенные различия в высоте облаков между обработанными и необработанными штормами. Кроме того, он отметил, что в некоторых исследованиях использовались системы обнаружения, которые регистрируют только удары молнии между облаком и землей, а не внутриоблачные молнии, которые встречаются гораздо чаще.
Он также ссылается на результаты более недавнего исследования, в котором он и Степанян сотрудничали с исследователями из Технологического института Нью-Мексико. Они использовали данные метеорологических радаров в Тампе и Мельбурне, штат Флорида, расположенных в противоположных частях штата, для обнаружения наличия дипольных отражателей, выпущенных над центральной частью штата во время военных учений и испытаний.
Они сравнили 35 штормов, во время которых в облаках отчетливо обнаруживались частицы пыли, с 35 случаями, когда этого не наблюдалось.
Согласно аннотации к статье, которая еще не прошла рецензирование и не была опубликована, но была представлена на конференции Американского геофизического союза в декабре, штормы, возникавшие при наличии помех, как правило, были «меньшего размера и кратковременными».
Однако общее количество вспышек — включая удары о землю, а также молнии внутри облаков и между ними — было фактически значительно выше в облаках, несущих дипольные отражатели: 62 250 против 24 492.
«В заключение, пока сложно сделать какие-либо выводы о подавлении молний с помощью дипольных отражателей», — написали авторы.
Уильямс говорит, что их результаты и другие исследования предполагают, что для подавления молний может потребоваться высокая концентрация отбрасываемых частиц. Это может быть связано с тем, что ионы, высвобождаемые из отбрасываемых частиц, имеют сильную тенденцию захватываться каплями облака до того, как достигнут заряженных частиц, которые необходимо нейтрализовать.
Однако это также может представлять собой серьезную проблему при развертывании, поскольку дипольные отражатели быстро разбавляются после выброса в турбулентные грозовые облака, добавляет Уильямс.
Представитель компании Skyward Хартерр заявил, что не может комментировать результаты исследования во Флориде, но отметил, что штормы в этом штате сильно отличаются от тех, которые происходят в канадских провинциях, где работает его компания.
«Наша работа до настоящего времени была сосредоточена на регионах, где была оценена оперативная осуществимость и где риск лесных пожаров наиболее высок», — написал он.
«Непредвиденные последствия»
Возможность выброса в атмосферу дополнительных частиц также поднимает вопросы о том, какое еще воздействие это может оказать на атмосферу и что произойдет после того, как частицы упадут на землю.
Военные США провели ряд исследований, посвященных воздействию отработанных радиоактивных боеприпасов на окружающую среду и здоровье, и пришли к выводу, что они широко рассеиваются, разлагаются в окружающей среде и «в целом нетоксичны».
Например, в отчете Военно-морского центра исследований здоровья, оценивающем воздействие на окружающую среду многолетних учений вблизи Чесапикского залива, сделан вывод, что «текущее и предполагаемое использование алюминированных дипольных отражателей американскими войсками по всему миру» не приведет к повышению общего уровня алюминия выше установленных Агентством по охране окружающей среды пределов.
Однако в отчете Управления по подотчетности правительства США за 1998 год были подняты и другие вопросы, в частности, отмечалось, что дипольные отражатели могут также влиять на радары управления гражданским воздушным движением и прогнозы погоды. В нем также подчеркивалась «потенциальная, но маловероятная возможность их накопления в водохранилищах и возникновения химических изменений, которые могут повлиять на воду и виды, которые ее используют».
Степанян говорит, что если для подавления молний потребуется больше радиоактивных отражателей, чем те, которые сейчас выпускают военные, то могут потребоваться дополнительные исследования для надлежащей оценки воздействия на окружающую среду.
Брукс из организации Environmental Defence Canada говорит, что хочет узнать больше о том, какие материалы использует Skyward, откуда они берутся, какой ущерб наносит эта деятельность окружающей среде и какое воздействие она может оказать на животных. Он также опасается возможных вторичных последствий вмешательства в штормы.
«Я просто думаю, что есть потенциал для непредвиденных последствий, если мы начнем вмешиваться в такую сложную систему, как погода», — говорит Брукс, добавляя: «Меня беспокоит мысль о том, что пилотные проекты проводятся без ведома общественности».
Хартерр заявил, что компания соблюдает все применимые правила и осуществляет свою полевую деятельность «в координации с соответствующими органами и с надлежащим разрешением».
Он добавил, что при этом используются материалы для посева в меньших объемах и концентрациях, чем при использовании в оборонных целях, и что развертывание «ограничено определенными условиями шторма с высоким риском возникновения лесных пожаров».
Остаются сомнения
Неясно, в какой степени Skyward внесла существенный вклад в развитие науки о подавлении молний или прояснила вопросы, которые оставались нерешенными со времен исследований прошлого века.
Компания не опубликовала данные своих полевых испытаний, не разглашала статьи в рецензируемых научных журналах и не сообщала, как проводились ее испытания, насколько удалось выяснить изданию MIT Technology Review.
Без такой информации невозможно оценить их заявления, говорит Уильямс. Он и двое его соавторов из Технологического института Нью-Мексико — доцент Адонис Леал и магистрант Джонис Моура — ранее скептически относились к заявлению компании о «до 100%» предотвращении ударов молнии.
Хартерр заявил, что компания Skyward намерена публиковать более подробную техническую информацию по мере развития своих программ.
«Мы с нетерпением ждём возможности поделиться более подробной информацией», — написал он.
Тем временем инвесторы Skyward возлагают большие надежды на компанию и видят «огромные возможности» в ее потенциальной способности противодействовать пожарной опасности.
«Снижение экспоненциально возрастающего риска лесных пожаров возможно только в том случае, если мы перейдем от реактивного тушения к превентивной профилактике», — заявил Кевин Кимса, управляющий партнер Climate Innovation Capital, в своем заявлении, сделанном после объявления о недавнем привлечении компанией финансирования.
Роджерс из Центра климатических исследований Вудвелла несколько раз общался со Skyward, но сотрудничества с ними не осуществлял. Он также подчеркнул, что крайне важно понимать потенциальные экологические последствия подавления молний и консультироваться с гражданами в пострадавших районах, включая коренные общины.
Но он говорит, что «оптимистично» оценивает роль, которую может сыграть подавление молний, если оно окажется эффективным и не будет иметь серьезных недостатков.
Это объясняется тем, что предотвращение лесных пожаров обходится гораздо дешевле, чем их тушение, и позволяет избежать рисков для пожарных, экосистем, инфраструктуры и местных сообществ.
«Если вы можете бороться с пожарами еще до того, как они начнутся, то вы значительно снижаете вероятность их возникновения», — говорит он.
Источник: www.technologyreview.com
