青少年科普知识枕边书:地理知识全知道-朗缪尔发明“人工降雨”
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    自古以来,人们就幻想能凭借人工的方法来影响天气,甚至达到呼风唤雨的目的。不过受当时科学水平的限制,往往是一种不切实际的奢望。直到19世纪末20世纪初,才出现了许多人工影响天气的大胆尝试。当时的人们对成云致雨的云雾微观物理过程仍十分茫然,所以往往凭主观臆测,带有很大的盲目性,以致实验收效甚微,甚至完全失败。但这一历史阶段却为以后人工影响天气的发展开拓了道路。随着科学技术的发展,现在每当炎热酷暑、土地干裂、庄稼缺水枯萎时,人们就利用人工降雨的方法,使天空下起雨来。那么,这种人工降雨的方法,是怎么发明的呢?

    1933年,瑞典气象学家贝吉隆在云中降水形成机制方面提出,云中较少的冰晶只要有较多的微滴来供应水分时,冰晶就能增长到形成降水的程度。这一冰晶过程,人们称之为“贝吉隆过程”,此论点后来成为进行人工降雨和消散冷云的理论基础。首次实现人工降雨的,是曾获得1932年诺贝尔化学奖的美国科学家欧文·朗缪尔。

    朗缪尔1881年1月31日生于纽约布鲁克林的一个贫民家庭。因家境贫寒,朗缪尔从小就帮助父母操持家务,但他对自然科学极感兴趣,常常利用劳动之余看书学习。1903年,朗缪尔毕业于哥伦比亚大学矿业学院,后到德国哥廷根大学留学,于1906年获得哥廷根大学的哲学博士学位,同年秋天,赴新泽西州史蒂文森理工学院任教。

    朗缪尔十分理解干旱季节时农民盼雨的心情。面对农民求雨的目光,面对茫茫无际的蓝天,作为一名科学家,他进行了理智而科学的探索,终于搞清了其中的奥秘。原来,地面上的水蒸气上升遇冷凝聚成团便是“云”。云中的微小冰点直径只有0.01毫米左右,能长时间地悬浮在空中,当它们遇到某些杂质粒子(称冰核),便可形成小冰晶,而一旦出现冰晶,水汽就会在冰晶表面迅速凝结,使小冰晶长成雪花,许多雪花粘在一起成为雪片,当雪片大到足够重时,就从高空滚落下来,这就是降雪。若雪片在下落过程中碰撞云滴,云滴凝结在雪片上,便形成不透明的冰球,称为雹。如果雪片下落到温度高于0℃的暖区,就融化为水滴,下起雨来。但是,有云未必就下雨,这是因为云中冰核并不充沛,冰晶的数目太少了。当时,人们流行着一种观点:雨点是以尘埃的微粒为“冰晶”,若要下雨,空气中除有水蒸气外还必须有尘埃微粒。这种流行观点严重地束缚着人们对人工降雨的实验与研究,因为要在阴云密布的天气里扬起满天灰尘谈何容易。

    朗缪尔是个治学严谨、注重实践的科学家。1909年,他来到通用电气公司在纽约东部的斯克内克塔迪电气工程实验所工作。在他的实验室里保存有人造云,这就是充满在电冰箱里的水蒸气。朗缪尔想方设法,使冰箱中水蒸气与下雨前大气中水蒸气情况相同。他还不停地调整温度,加进各种尘埃进行实验。1946年7月中的一天,骄阳当空,酷热难熬。朗缪尔正紧张地进行实验,忽然电冰箱不知因何故障而停止制冷,冰箱内温度降不下去。他决定采用干冰降温。固态二氧化碳气化热很大,在-60℃时为87.2卡/克。常压下能急剧转化为气体,吸收环境热量而制冷,可使周围温度降到-78℃左右。当他刚把一些干冰放进冰箱的冰室中,一幅奇妙无比的图景出现了:小冰粒在冰室内飞舞盘旋,片片雪花从上落下,整个冰室内寒气逼人,人工云变成了冰和雪。

    朗缪尔分析这一现象认识到:尘埃对降雨并非绝对必要,干冰具有独特的凝聚水蒸气的作用,即作为“种子”的云中冰晶或冰核。温度降低也是使水蒸气变为雨的重要因素之一,他不断调整加入干冰的量和改变温度,发现只要温度降到-40℃以下,人工降雨就有成功的可能。朗缪尔发明的“干冰布云法”是人工降雨研究中的一个突破性的发现,它摆脱了旧观念的束缚。有趣的是,这个突破性的发明,是于炎热的夏天中在电冰箱内取得的。朗缪尔决心将“干冰布云法”应用于人工降雨的实践。

    1946年,朗缪尔已是66岁的老人,但他仍像年轻人一样燃烧着探索自然奥秘的热情。一天,在朗缪尔的指挥下,一架飞机腾空而起,飞行在云海上空。试验人员将207公斤干冰撒入云海,就像农民将种子播下麦田。30分钟以后,狂风骤起,倾盆大雨洒向大地。第一次人工降雨试验获得成功。朗缪尔开创了人工降雨的新时代。

    知识链接

    根据过冷云层冰晶成核作用的理论,科学家们又发现可以用碘化银等作为“种子”进行人工降雨。而且从效果看,碘化银比干冰更好。碘化银可以在地上撒播,利用气流上升的作用,飘浮到空中的云层里,比干冰降雨更简便易行。从此,碘化银作为人工降雨的催化剂,很快得到了推广。

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