Artificial Rainfall and Weather Modification
Irving Langmuir (1881-1957) นักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี (Nobel Prize in Chemistry) ในปี 1932 จากผลงานการบุกเบิกด้านวิทยาศาสตร์พื้นผิว (Surface Science) ได้ตีพิมพ์ผลงานที่มีชื่อเสียงในปี 1919 คือ The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules (การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมและโมเลกุล) จนนำไปสู่ Concentric Theory of Atomic Structure ซึ่งเป็นผลมาจาก Cubical Atom Theory ของ Gilbert Newton Lewis (1875-1946) และ Chemical Bonding Theory ของ Walther Ludwig Julius Kossel (1888-1956) นอกจากนี้ เขายังสนใจด้านบรรยากาศศาสตร์และอุตุนิยมวิทยา (Atmospheric Science and Meteorology) ด้วย โดยเป็นผู้คิดค้นและสร้างฝนเทียมคนแรกของโลก และเขายังมีผลงานด้านวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นอื่นๆ ได้แก่
ปี 1917 ตีพิมพ์ผลงานด้านเคมีของฟิล์มน้ำมันและร่วมกับนักฟิสิกส์หญิงชาวอเมริกัน Katharine Burr Blodgett (1898-1979) ศึกษาฟิล์มบางและการดูดซึมพื้นผิว (Thin Films and Surface Adsorption)
ปี 1927 ค้นพบ Langmuir Circulation จากการสังเกตลมที่กระทำต่อสาหร่ายทะเลใน Sargasso Sea ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 เขาพัฒนาระบบโซนาร์ (Sonar: Sound Navigation and Ranging) ตรวจจับเรือดำน้ำ และคิดค้นวิธีขจัดน้ำแข็งบนปีกเครื่องบิน
ปี 1928 คิดค้นการเชื่อมด้วยอะตอมไฮโดรเจน (Atomic Hydrogen Welding) ซึ่งต่อมาได้รับการพัฒนาเป็นการเชื่อมทิก (Tungsten Inert Gas Welding: TIG)
สิทธิบัตร 3 รายการ คือ Incandescent Electric Lamp (US 1180159 A), Electron-Discharge Apparatus and Method of Operating the Same (US 1244217 A) และ Method of and Apparatus for Controlling X-Ray Tubes (US 1251388 A)
รางวัลที่ได้รับ ได้แก่ Fellow of the American Academy of Arts and Sciences (1918), Perkin Medal (1928), Nobel Prize in Chemistry (1932), Franklin Medal (1934), Faraday Medal (1944) และ John J. Carty Award of the National Academy of Sciences (1950)
กำเนิดฝนเทียม
การสร้างฝนเทียมของ Irving Langmuir นั้นเนื่องมาจากเหตุบังเอิญในปี 1946 เขาและผู้ช่วยคือ Vincent Schaefer (1906-1993) พยายามที่จะค้นคว้าหาว่าไฟฟ้าสถิตรวมตัวอยู่บนเครื่องบินขณะเมื่อบินฝ่าเขตพายุได้อย่างไร เขาได้บันทึกไว้ว่า "เราได้ตั้งสถานีไว้บนยอดเขาวอชิงตันในนิวแฮมเชียร์ (New Hampshire) เพื่อศึกษาการประจุและการปล่อยของพื้นแผ่นโลหะซึ่งตากไว้กับฝนและหิมะซึ่งเต็มไปด้วยลมแรง การทดลองในเรื่องนี้ยังไม่ได้ทันทำลงไป แต่เรากลับไปเจอเอาเรื่องอื่นเข้า วันหนึ่งขณะเมื่อกำลังไต่ขึ้นไปบนภูเขาอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์องศา ก็แลเห็นเมฆก้อนหนึ่งกำลังรวมตัว มีผลึกน้ำแข็งตกลงมาจากก้อนเมฆนั้น"
เขายังได้สังเกตเห็นว่าน้ำแข็งปรากฎอยู่บนแผ่นพื้นโลหะ ถึงแม้ว่าจะไม่มีฝนและหิมะแล้ว หยาดน้ำเล็กๆ นี้แข็งตัวทั้งๆ ที่ไม่มีลมและเมฆ เขาจึงได้ใช้การคำนวณคิดหาการก่อรูปและการระเหยของผลึก ในที่สุดก็พบว่าหิมะและน้ำฝนอาจทำเทียมขึ้นได้ ถ้าหยาดน้ำในก้อนเมฆที่เต็มไปด้วยน้ำสามารถกลายเป็นผลึกได้ น้ำแข็งแห้งทำให้อากาศเย็น เป็นเหตุให้เกิด Ice Nuclei ขึ้นสองสามหน่วย และนั่นก็เป็นการเพียงพอที่จะหว่านเพาะเมฆขึ้นทั้งหมด ความเพียรพยายามครั้งล่าสุดของมนุษย์ที่จะสร้างกาลอากาศของตนขึ้นเอง นับว่าเกิดจากการทดลองนี้โดยแท้ ทั้งนี้เนื่องมาจากดวงตาอันแหลมคมของ Irving Langmuir ที่ได้สังเกตเห็นอย่างมิคาดหมาย
การค้นพบของ Irving Langmuir จึงพิสูจน์ได้ว่าเราอาจกระตุ้นเมฆฝนให้ผลิตละอองฝนได้โดยวิธีวิทยาศาสตร์ เมฆเกิดจากอนุภาคน้ำเล็กหลายล้านอนุภาคที่เล็กเกินกว่าที่จะกลั่นตัวเป็นฝนได้ อนุภาคเหล่านี้จะตกโปรยเม็ดลงก็ต่อเมื่อมันใหญ่จนมีขนาดประมาณ ¼ มิลลิเมตรหรือมากกว่า หยดน้ำขนาดเล็กจะระเหยก่อนที่จะตกถึงดินด้วยซ้ำไป หยดน้ำขนาดจิ๋วจะใหญ่ขึ้นเมื่อมันเย็นจัดจนกลายเป็นอนุภาคน้ำแข็ง ในเมฆซึ่งมีอนุภาคน้ำแข็งและหยดน้ำจิ๋วอยู่ อนุภาคน้ำแข็งจะใหญ่ขึ้นอย่างรวดเร็วในขณะที่หยดน้ำจิ๋วระเหยและไอระเหยเปลี่ยนเป็นน้ำแข็ง อุณหภูมิของเมฆมักต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง หยดน้ำเล็กๆ จึงแข็งตัวง่าย แต่น้ำอาจเย็นกว่าจุดเยือกแข็งได้ถึง 10-20 องศาเซลเซียส (Supercool)โดยไม่แข็งเลยก็ได้ น้ำในเมฆไม่แข็งตัวก็เพราะมันบริสุทธิ์ปราศจากสิ่งเจือปนซึ่งจะรวมตัวเป็นศูนย์กลางของผลึกน้ำแข็ง ถ้ามีการเติมอนุภาคเล็กๆ เข้าไปในหยดน้ำ มันก็จะแข็งตัวอย่างรวดเร็วจนใหญ่พอที่จะร่วงหล่น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น หยดน้ำแข็งจะละลายกลายเป็นฝนตกสู่พื้นดิน
Irving Langmuir และ Vincent Schaefer พิสูจน์ว่าถ้าเติม Silver Iodide ซึ่งเป็นอนุภาคขนาดเล็กให้เมฆที่เย็นเหนือจุดเยือกแข็ง มันจะเร่งให้ผลึกน้ำแข็งใหญ่ขึ้น เขาจะโปรยอนุภาคนี้จากเรือบินจรวดหรือปล่อยที่พื้นดินให้กระแสลมหอบขึ้นไป ในสหภาพโซเวียต (Soviet Union) มีการใช้ปืนขนาด 70 มิลลิเมตร ยิง Silver Iodide เข้าไปให้ระเบิดในเมฆเพื่อกระจายสารเคมีออกไป วิธีนี้จะเพิ่มปริมาณฝนอีกถึง 1 ใน 5 แต่ผู้คนยังสงสัยว่าวิธีนี้คุ้มค่าหรือไม่ เพราะยังไม่สามารถรู้ได้ว่าฝนจะตกมากเท่าไร
การทำฝนเทียม
การทำฝนเทียมเป็นกรรมวิธีดัดแปรสภาพอากาศเพื่อให้เกิดฝน เป็นกรรมวิธีเลียนแบบธรรมชาติ โดยทำจากเมฆซึ่งมีลักษณะพอเหมาะที่จะเกิดฝนได้ จากนั้นจึงเร่งให้เกิดการควบแน่นของเมฆ มักทำใน 2 สภาวะ คือการทำฝนเมฆเย็นเมื่อเมฆมีอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส และการทำฝนเมฆอุ่นเมื่อเมฆมีอุณหภูมิสูงกว่า 0 องศาเซลเซียส การทำฝนเทียมใน 2 สภาวะนี้จะใช้สารในการดัดแปรสภาพอากาศที่แตกต่างกัน
สารเคมีที่ใช้ในการทำฝนเทียมแบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ
สารเคมีประเภทคลายความร้อนหรือทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น (Exothermic Chemical) เช่น Calcium Carbide (CaC2), Calcium Chloride (CaCl2) และ Calcium Oxide (CaO)
สารเคมีประเภทดูดกลืนความร้อนหรือทำให้อุณหภูมิต่ำลง (Endothermic Chemical) เช่น Urea (CO(NH2)2), Ammonium Nitrate (NH4N03) และน้ำแข็งแห้ง (Dry Ice: CO2(S))
สารเคมีที่ทำหน้าที่ดูดซับความชื้น เช่น เกลือ (Sodium Chloride: NaCl)
งานชิ้นสำคัญของ Irving Langmuir อีกชิ้นหนึ่งคือ การปรับปรุงโคมไฟฟ้าซึ่งทำให้มีการใช้ก๊าซเติมลงไปในหลอดไฟหรือดวงโคม (Gas Filled Bulb) ซึ่งช่วยให้ประชาชนชาวอเมริกันลดค่าไฟฟ้าลงได้หลายพันล้านดอลลาร์ต่อปี
อ่านบทความเพิ่มเติม Artificial Rainfall เขียนโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Albert A. Chernikov ตีพิมพ์ใน Hydrological Cycle Vol. II (ไม่ระบุปี)
Albert A. Chernikov (1936-2007), professor, Dr.Sc. in Physics and Mathematics, was born on January 4, 1936 near Moscow (Soviet Union). In 1959, he had been graduated from Moscow Physical and Technical Institute which was the best in the country high school in field of physics and mathematics. A citizen of Russia, he is now one of leading Russian scientists in the field of the atmosphere physics and, particularly to cloud physics and radar meteorology. Since 1959, he works in Central Aerological Observatory of Russian Federal Service for Hydrometeorology and Environmental monitoring. Starting with young scientist, he is now the director of this research institute. For many years he was active member of Commission for Basic Systems of the World Meteorological Organization and reporter of WMO on weather modification issues. He participated many times in important international meetings and assemblies such as ICSY, IAMAP, etc.
แหล่งข้อมูลอ้างอิง: