Czy Iran czeka katastrofa i zasiewanie chmur?

Iran, w którym od piętnastu lat panuje dotkliwa susza, zamierza przenieść stolicę, w której brakuje wody dla 20 milionów mieszkańców. I ucieka się do zasiewania chmur, by sprowadzić deszcz.

Nie jest to sposób nowy, bo stosuje się go od połowy ubiegłego wieku. Polega na rozpylaniu substancji, które mogą stać się jądrami kondensacji kropel wody lub ziaren lodu.

Czy to działa? Najpierw wyjaśnię pokrótce, jak bardzo dotkliwa jest obecnie susza w Iranie, bo w Polsce raczej trudno nam to sobie wyobrazić.

Kanaty, czyli starożytne wodociągi (z klimatyzacją)

Iran nie jest aż tak pustynny jak kraje Półwyspu Arabskiego, jednak średnie roczne opady – według większości źródeł – wynoszą jedynie między 200 a 260 milimetrów. Dla porównania w Polsce (która i tak jest stosunkowo sucha na tle reszty Europy, bo porównywalna pod tym względem z Hiszpanią) suma rocznych opadów jest trzy razy wyższa i oscyluje pomiędzy 600 a 700 milimetrów rocznie.

Jeden milimetr deszczu to jeden litr wody na metr kwadratowy. Jeśli postawimy pojemnik o przekroju metr na metr, w polskich warunkach zbierze owe 600-700 litrów, w Iranie jedynie 200-260 rocznie.

Ta irańska średnia jest przy tym bardzo nierównomiernie rozłożona. Większość opadów przypada bowiem na zbocza gór Zagros i Elbrus, otaczających kraj od zachodu i północy. Rzeki (z których największą jest Helmand) są nieliczne i przeważnie okresowe, spływają do również okresowych, słonych jezior, napełniających się latem.

Persowie radzili sobie z tym od tysiącleci, budując kanaty, czyli podziemne kanały, doprowadzające wodę z gór na niziny. Ukrycie wodonośnych kanałów pod ziemią pozwalało uniknąć straty w wyniku parowania i transportować wodę na dużo większe odległości niż w przypadku otwartych akweduktów.

Perskie kanaty nawadniały pola uprawne, zapewniały wodę pitną mieszkańcom miast, a nawet chłodziły domy. Wiele domów wznoszono bezpośrednio nad podziemnymi kanatami. Pozwalało to czerpać wodę ze studni, a chłodne powietrze znad lustra wody zapewniało budynkom naturalną klimatyzację.

Ta zapomniana dziś technologia rozpowszechniła się po całym świecie. Jedwabnym szlakiem trafiła do Chin, a na zachodzie aż do Hiszpanii, skąd z europejskimi kolonizatorami dotarła do Boliwii, Peru i Chile.

Skąd wziąć wodę dla prawie stu milionów ludzi

Skąpe zasoby wody Iranu wystarczały, gdy w połowie ubiegłego wieku liczył 20 mln mieszkańców. Potem, jak w wielu krajach świata, nastąpiła jednak demograficzna eksplozja. Dziś Iran liczy 92 miliony mieszkańców.

To oznacza dużo większe zapotrzebowanie na wodę, nie tylko pitną oraz do celów sanitarnych. Przede wszystkim używana jest do nawadniania. Kraj, z powodu międzynarodowych sankcji, stara się być samowystarczalny pod względem żywności. Nawadnianie ziemi uprawnej pochłania nawet 90 procent zużywanej w nim wody.

Na przeciętnego Irańczyka przypada dziś 1100 m sześciennych odnawialnych zasobów wody rocznie (jak podaje anglojęzyczna Wikipedia w haśle „Water scarcity in Iran”). To poniżej poziomu stresu wodnego, który ONZ ustalił na 1700 m sześc. na osobę rocznie. I niebezpiecznie blisko poziomu ubóstwa w wodę, który wynosi 1000 m sześciennych.

Nawiasem mówiąc w Polsce odnawialne zasoby wody są poniżej progu stresu wodnego. Zgodnie z raportem GUS z 2020 roku wynoszą 1,6 tys. m sześciennych, co plasuje nasz kraj na 24. miejscu wśród 27 krajów Unii Europejskiej (jak opisywał „Business Insider”). Z takimi zasobami wodnymi Polska jest krajem zagrożonym sytuacją, gdy zapotrzebowanie na wodę przekracza jej dostępność. Co, choć sporadycznie, zdarzają się już w niektórych gminach latem.

Jak opisywał niedawno „The Guardian”, w Iranie przez lata nadmiernie eksploatowano zasoby wód podziemnych. Budowano elektrownie wodne, które prócz energii miały zapewniać wodę zgromadzoną w zbiornikach retencyjnych. Jednak od piętnastu lat kraj trapi susza, a od pięciu jest to już susza dotkliwa. W ubiegłym roku zamiast statystycznych 260 mm deszczu spadła niespełna połowa (140 mm). W tym roku przez pierwsze trzy kwartały spadło zaledwie 100 milimetrów. Poziom wody w zbiornikach, który obniżał się z roku na rok, miesiąc temu wynosił między 3 a 15 procent ich pojemności.

W niektórych regionach rolnicy porzucają ziemię, bo brakuje wody do nawadniania upraw. Od 2013 r. do miast napłynęło już 10 mln takich klimatycznych migrantów wewnętrznych, jak szacowali analitycy. Ostrzegali, że bez gruntownych reform dotyczących zarządzania zasobami wodnymi może dojść do katastrofy i zamieszek.

Protesty spowodowane brakiem wody zdarzają się w Iranie od lat (w angielskiej Wikipedii są osobne hasła dotyczące poszczególnych protestów w 2018, 2021 i 2025). Zwykle obywatele protestują nie tylko przeciwko problemom z zaopatrzeniem w wodę. Susza ogranicza również produkcję energii przez elektrownie wodne i wymusza przerwy w dostawach energii, jak w tego lata w Teheranie.

Na tych napięciach gra Izrael, który jest równie ubogi w słodką wodę, ale od połowy ubiegłego wieku inwestował w technologię odsalania wody morskiej (którą nawiasem mówiąc, z zyskiem sprzedaje). W lipcu premier Izraela Benjamin Netanjahu powiedział, że jeśli Irańczycy obalą rząd, zaleje Iran ekspertami od odsalania wody, przypominał brytyjski „The Guardian”.

Dziesięciomilionowy Teheran czeka racjonowanie wody – lub ewakuacja

Nie jest tak, że w Iranie nikt problemu nie widzi. Już w czerwcu 2013 – a więc aż dwanaście lat temu – Issa Kalantari, ówczesna minister rolnictwa, mówiła, że kryzys wodny to główny problem kraju, ważniejszy od Izraela, USA czy walki politycznej wśród irańskich elit. Dodawała, że Iran może przestać nadawać się do zamieszkania w ciągu 30 lat (dziś byłoby to lat 18) i opustoszeć, zamieniając się w państwo-widmo.

Liczący 10 mln mieszkańców Teheran zużywa jedną czwartą zasobów wody w Iranie. Nie powinno szczególnie dziwić, że w sytuacji zagrożenia brakiem wody, władze wspominają o konieczności przeniesienia stolicy.

Irańczycy nie są przywiązani do stołeczności Teheranu. Został stolicą w końcu XVII wieku, by rządząca wówczas dynastia Kadżarów miała bliżej do Kaukazu, o który toczyła wówczas wojny z Rosją, pisał w „Polityce” Łukasz Wójcik i przypominał, że to już 32. stolica Persów. To ostrożne szacunki, anglojęzyczna Wikipedia wylicza niemal dwa razy tyle.

Rozpoczętych analiz odnośnie przenosin stolicy od roku 1989 w Iranie było natomiast już sześć, twierdzi „Iran International”.

Obecny prezydent Iranu, Masud Pezeszkian, jest jednak pierwszym prezydentem, który uznał relokację stolicy za nieuniknioną, pisał „Iran International” w pierwszych dniach października. Słowa o przenosinach padły podczas przemówienia w ostanie Hormozgan położonym nad Zatoką Perską. Stolicę tego ostanu, Bandar Abbas, od wybrzeży Omanu dzieli niecałe 90 km, a od Dubaju, największego miasta Zjednoczonych Emiratów Arabskich, jedynie 200 km. [Ostan to odpowiednik naszego województwa]

Przeniesienie stolicy Iranu zapewne zbliżyłoby go gospodarczo do krajów Zatoki. Ułatwiłoby również zaopatrzenie przyszłej stolicy w wodę, którą dziś można odsalać stosunkowo tanio (do czego jeszcze wrócimy).

Prócz zagrożenia brakiem wody, Teheran trapią przeludnienie, smog i osiadanie gruntów wywołane nadmierną eksploatacją wód podziemnych. W niektórych dzielnicach grunt opada o 30 cm rocznie, przypominał nie dalej jak w ubiegły czwartek Masud Pezeszkian (przy czym przejęzyczył się mówiąc o trzydziestu centymetrach dziennie).

Obyś wodę przez góry nosił

Paradoksem jest, że Teheran leży niedaleko wybrzeży największego jeziora świata, Morza Kaspijskiego. W linii prostej dzieli je jedynie sto kilometrów. Jest to jednak droga przez wysokie góry Elburs, których szczyty sięgają ponad 5000 metrów nad poziom morza (ich najwyższy szczyt, Demawend, liczy 5610 metrów).

Morze Kaspijskie jest jeziorem słonym, więc wodę trzeba by odsalać. Nie jest to dziś kosztowne, pozyskanie tym sposobem metra sześciennego wody pitnej kosztuje od 40 centów w górę (w zależności od typu zakładu odsalania i elektrowni, która go zasila).

Jednak by trafiła znad Morza Kaspijskiego do Teheranu, słodką wodę trzeba by jeszcze pompować przez góry sto kilkadziesiąt kilometrów. Byłoby to rozwiązanie drogie nawet dla kraju zamożnego, a dla trapionego ekonomicznym kryzysem Iranu jest prawdopodobnie niewykonalne.

Irańskie władze wspominają raczej o transporcie wody z ze zbiorników retencyjnych położonych na południe od gór Elburs, ale i tak (jak twierdził prezydent Pezeszkian cytowany przez „Iran International”) oznaczałoby to koszty rzędu 4,65 dolara za metr sześcienny. To ponad dwa razy drożej za metr sześcienny niż płacą Izraelczycy, którzy płacą nie tylko za odsalanie, lecz także dekady rządowych inwestycji w technologię odsalania wody (o czym wspominałem w tekście z listopada 2023 roku).

Także i w nowej stolicy, w którymś z miast nad wybrzeżem Zatoki Perskiej zapewne trzeba będzie wodę odsalać, gdy mieszkańców nowej stolicy przybędzie. Nie będzie trzeba jednak jej pompować tysiące metrów w górę i sto kilometrów w głąb lądu.

Zamiast płacić 4,65 dolara za transport tysiąc litrów wody do Teheranu, będzie można ją odsolić, jak w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, za 30-50 centów. Emiraty mają jednak to, czego Iranowi brakuje – pieniądze na budowę takich zakładów.

Skąd bierze się (sztuczny) deszcz?

Na razie Iran zdecydował się na zasiewanie chmur. Nie jest to nowa technologia.

Chmury powstają, gdy zawarta w powietrzu para wodna ulega skropleniu, czyli kondensacji, co dzieje się poniżej pewnej temperatury (jest to także zależne od ciśnienia). Często jednak para wodna nie ulega kondensacji, bo nie ma na czym. Jest to tak zwana para przesycona. Skropli się, gdy znajdzie jądra kondensacji.

Jądrami kondensacji są zwykle rozmaite drobiny zawieszone w powietrzu. Nad oceanami są to mikroskopijne kryształki soli morskiej, nad lądami są to najczęściej pyły, nad lasami wytwarzane przez drzewa lotne związki organiczne. Takim jądrami kondensacji bywają również unoszące się w atmosferze bakterie (Pseudomonas syringae żyjące na liściach roślin wykorzystuje się do produkcji sztucznego śniegu).

Deszcz można wywołać sztucznie, jeśli rozpyli się w atmosferze substancję, której drobiny staną się jądrami kondensacji. W sztucznym „zasiewaniu chmur” stosuje się zwykle albo kryształki suchego lodu (dwutlenku węgla w postaci stałej) albo jodku srebra. Suchy lód ma temperaturę 78 stopni Celsjusza poniżej zera, więc wokół tak zimnych drobin szybko gromadzą się kryształki lodu. Jodek srebra stosuje się, bowiem łatwo go rozpylić, a jego kryształy mają podobną strukturę do kryształków lodu – więc chętnie na drobinach jodku srebra rosną.

Jest jednak jeden zasadniczy szkopuł. Nad większością terenów, gdzie zachodzi potrzeba zasiewania chmur, wilgoci w powietrzu jest stosunkowo niewiele. Sztuczne opady nie są zbyt obfite ani długotrwałe.

Co ma Vonnegut do chmur

Już w 1891 roku inżynier Louis Gathmann zasugerował, że strzelanie suchym lodem w chmury może sprowadzić deszcz (przypominał inny badacz, Benjamin Kidder Hodges w pracy o zasiewaniu chmur z 2023 roku). W latach 30 ubiegłego wieku zaś meteorolodzy Tor Bergeron i Walter Findeisen odkryli rolę kryształków lodu jako jąder kondensacji w powstawaniu chmur z pary przechłodzonej (ten proces do dziś nosi ich nazwiska).

Ich teoretyczne przewidywania potwierdzili inżynierowie badający zjawisko oblodzenia samolotów, Vincent Schaefer i Irving Langmuir, pracujący w koncernie General Electric. Podczas jednej z górskich wspinaczek na Górę Waszyngtona w 1946 Schaefer eksperymentował z różnymi próbami „zasiania deszczu” rozpylając sól, talk i zwykły pył zebrany z ziemi. Bezskutecznie.

Dopiero w laboratorium okazało się, że do powstawania kryształków lodu potrzebna jest dużo niższa temperatura, więc Schafer użył suchego lodu. Był to strzał w dziesiątkę. Kolegą Schaeffera był fizyk atmosfery, dr Bernard Vonnegut (brat Kurta, pisarza) i to jemu zawdzięczamy odkrycie jodku srebra jako „ziarna” do zasiewania chmur.

Pierwsze próby z samolotu odbyły się w listopadzie 1946 roku. Shaefferowi udało się wywołać opad śniegu rozpylając 2,5 kilograma suchego lodu nieopodal Mount Greylock w Massachusetts.

Nie był to jednak główny przedmiot zainteresowania obu badaczy. Pracę naukową na ten temat opublikowali w „Science” dopiero ćwierć wieku później, w 1971 roku. Cztery lata później otrzymali patent na metodę rozpylania jodku srebra w celu wywołania opadów.

Czy zasiewanie chmur działa? Tak i nie

Najwcześniej po amerykańskiej udanej próbie zasiania deszczu w 1946 roku, bo już rok później, rozpoczęto próby z zasiewaniem chmur w Australii.

Prowadziła je do wczesnych lat 90. ubiegłego wieku organizacja naukowa CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation). W wielu lokalizacjach, gdzie prowadzono zasiewanie chmur, wpływ na ilość deszczu stwierdzono jedynie w Górach Śnieżnych, najwyższym paśmie Alp Australijskich, opisywali badacze w 1997 roku. Efekt w innych lokalizacjach był niemożliwy do ustalenia z powodu zbyt dużej zmienności opadów naturalnych.

W latach 1967-1972 amerykańska armia w ramach operacji „Popeye” rozpylała jodek srebra nad Wietnamem Północnym. Stwierdzono, że przedłużyło to porę monsunowych deszczów trwającą zwykle od maja do września (a więc około 180 dni) przeciętnie o 30-45 dni. Warto jednak pamiętać, że monsunowe wiatry i tak niosą ze sobą dużo wilgoci.

Podobne próby prowadzone w 1979 roku w Hiszpanii przez Światową Organizację Meteorologiczną i hiszpański rząd (pod nazwą Precipitation Enhancement Project) dały niejednoznaczne wyniki, podobnie jak w Australii.

W Indiach próby prowadzono w latach 1983-1987 oraz 1993-1994 podczas suszy w stanie Tamilnadu, w latach 1994-2004 oraz roku 2006 i 2010 w stanie Karnataka – bez szczególnych sukcesów. Zasiewanie chmur w Maharasztra w latach 2003-2004 dało znów niejednoznaczne wyniki.

Zasiewania chmur próbowano także w październiku obecnego roku nad Delhi, w innym niż zwykle celu. Chodziło o ograniczenie niebywale nasilonego smogu, bowiem z deszczem opadają także zawieszone w powietrzu pyły. Próby spełzły na niczym, donosiły „Times of India” i „Indian Express”.

Nie przyniosły także oczekiwanych efektów próby sprowadzania deszczu za pomocą rozpylania jodku srebra w Izraelu, prowadzone w latach 2021-2024. Zarzucono je, bowiem były zbyt kosztowne.

Natomiast Zjednoczone Emiraty Arabskie uważają, że technika zasiewania chmur jest skuteczna. Tamtejsi meteorolodzy i badacze atmosfery są zdania, że zwiększa to opady o 10-15 procent przy wysokiej wilgotności powietrza, zaś przy niskiej może je zwiększyć aż o 30-35 procent.

W Stanach Zjednoczonych prowadzono kilka projektów. Najwcześniejszy z nich prowadzono w stanie Oregon, gdzie spółka energetyczna Portland General Electric wywoływała opady śniegu, by zwiększyć ilość wody gromadzonej przez tamę na rzece Hood w latach 1974 i 1975. Efekt był podobno znaczący i to na tyle, że eksperymentów zaprzestano. Spadały deszcze tak ulewne, że wywoływały osunięcia ziemi i zapadanie się dróg.

Zasiewanie chmur prowadzono także w jedenastu zachodnich stanach USA by zwiększyć pokrywę śnieżną w okolicach popularnych ośrodków narciarskich w górach. Powołano nawet North American Weather Modification Council, czyli północnoamerykańską radę do spraw modyfikacji klimatu. W tym samym celu, zwiększenia pokrywy śnieżnej, rozpylany jest jodek srebra w Kalifornii. Jak donosił „San Francisco Chronicle” w 2022 roku, sposób ten pozwolił zwiększyć ilość śniegu na zboczach Sierra Nevada o 3 do 10 procent.

To działa, czy nie działa?

Trudno stwierdzić zatem, czy zasiewanie chmur na pewno działa. Przemawiają za tym amerykańskie dane z lat 70. ub. wieku z Wietnamu oraz współczesne ze Stanów Zjednoczonych oraz Zjednoczonych Emiratów Arabskich. Natomiast brak wpływu rozpylania czegokolwiek na ilość opadów sugerują eksperymenty prowadzone w innych krajach: Australii, Hiszpanii, Indiach czy Izraelu.

Co powinniśmy o tym myśleć? Wypada przypomnieć, na czym polega (dobry) naukowy eksperyment.

Powinien polegać na obserwacji wpływu danego czynnika na pewne zjawisko i porównaniu z obserwacją tego samego zjawiska bez żadnej ingerencji (ta druga obserwacja stanowi próbę kontrolną). By takie porównanie miało sens, powinniśmy prowadzić obserwacje w identycznych, najlepiej kontrolowanych warunkach.

Jednak w przypadku pogody nie ma mowy o kontrolowanych, identycznych warunkach (czyli kierunku i prędkości wiatru, ciśnieniu, temperaturze, wilgotności oraz ich identycznym rozkładzie pionowym i poziomym w atmosferze) każdego dnia. Parametry stanu atmosfery bezustannie się zmieniają. Nie ma porządnej próby kontrolnej do porównań.

Nie da się porównać wyniku rozpylenia (czegokolwiek) przy wilgotności 50 procent, temperaturze 25 stopni i ciśnieniu 1010 hektopaskali oraz wietrze północnym z brakiem rozpylenia następnego dnia. Następnego dnia wiatr może zmienić kierunek na zachodni, ciśnienie i temperatura spaść, zaś wilgotność wzrosnąć.

Wystarczy, że zmieni się jeden parametr, a my porównywać będziemy wpływ zasiewania chmur przy jednym stanie atmosfery z brakiem zasiewania przy innym stanie – czyli będziemy porównywać jabłka z gruszkami. Stąd konkluzja wielu badań, że wpływ zasiewania chmur na ilość opadów jest niejednoznaczny lub niemożliwy do ustalenia.

Pewnym rozwiązaniem są badania prowadzone przez wiele lat (załóżmy dekadę) i porównanie opadów z dekadą sprzed rozpoczęcia interwencji. To z grubsza pozwala określić wpływ zasiewania chmur na opady – ale jedynie w danej lokalizacji i przy danym typie pogody.

Wieloletnie badania prowadzone zimą w Górach Skalistych w USA sugerują, że istnieje wpływ zasiewania chmur na ilość śniegu. Jednak wyciąganie wniosku, że taki sam wpływ będzie miało rozpylanie tej samej (lub zgoła innej) substancji w innych lokalizacjach jest już, niestety, naukowo nieuprawnione.

Innymi słowy zasiewanie chmur działa w niektórych miejscach globu, zaś w innych nie. Lokalizacje, w których zasiewanie chmur najpewniej przynosi efekt (USA, Wietnam, ZEA) mają jedną cechę wspólną: ich nazwy kończą się na litery z końca alfabetu. Oczywiście żartuję, ale też i chciałem pokazać, jak łatwo wyciąga się nieuprawnione wnioski ze zbiorów danych.

Łączy je napływ wilgotnych mas powietrza znad oceanu i stosunkowo stabilna pogoda w obserwowanych porach roku. Tam, gdzie nie zawsze płynie wilgotne powietrze znad oceanu, efekt zasiewania chmur jest trudny do zaobserwowania lub go nie stwierdzono. Natomiast tam, gdzie pogoda jest zbyt zmienna, efektu tego nie da się zmierzyć.

Nad skutecznością zasiewania chmur pochylił się nawet amerykański Government Accountability Office, urząd odpowiadający z grubsza polskiej Najwyższej Izbie Kontroli, (na badania przeznaczane są również fundusze federalne). Z oceny GAO wynika, że skuteczność tej metody wynosi od 0 do 20 procent. Zaznacza jednak, że trudno to jednoznacznie ocenić – właśnie ze względu na ograniczenia takich badań.

Iran w pułapce gór

Iran ma, można powiedzieć, wyjątkowego pecha, jeśli chodzi o geografię.

Gdy wiatry przekraczają pasma gór, tracą wilgoć. Unoszące się powietrze ulega schłodzeniu, a zawarta w nim para wodna kondensacji. Tworzą się chmury, z których często pada deszcz (to zjawisko nosi nazwę wymuszenia orograficznego). Po przejściu przez góry powietrze jest już pozbawione sporej części pary wodnej, a podczas opadania ulega też ogrzaniu (co zmniejsza jego wilgotność względną). Obszary położone po zawietrznej stronie gór znajdują się w ich cieniu opadowym.

Gdyby nie cień opadowy gór Atlasu, Sahara nie byłaby aż tak rozległa i być może byłaby jedynie półpustynią.

W cieniu opadowym znajduje się cała Wyżyna Irańska, otoczona górami Zagros od południa i zachodu, górami Elburs od północy i Górami Wschodnioirańskimi od wschodu. Skąd by w Iranie nie powiało, wiatr jest suchy i ciepły.

Skąpe zasoby wodne Iranu wystarczały dla 20 czy 40 milionów mieszkańców kraju. Jednak nie starczają już dla ponad 90 milionów. Trwająca półtorej dekady susza wyraźnie podkreśliła problemy wodne Iranu, ale nie jest ich jedyną przyczyną.

Przez dekady Iran rozwiązywał problem z wodą budując tamy i zbiorniki retencyjne. Mają one bardzo ograniczony sens w suchym i gorącym klimacie (straty wody przez parowanie są olbrzymie), przede wszystkim dały Irańczykom złudne przekonanie, że woda z nich będzie zawsze – co sprawiło, że nikt nie myślał o ograniczaniu zużycia czy inwestowaniu w technologie odsalania wody morskiej.

Teraz jest na to ostatni dzwonek. Zasiewanie chmur po piętnastoletniej suszy może pomóc tyle, co umarłemu kadzidło.

Pomysł przeniesienia stolicy z Teheranu na południe kraju ma sens o tyle, że nad Zatoką Perską łatwiej będzie o wodę. Jednak będzie to woda słona, którą trzeba będzie odsalać. Co zapewne i tak czeka Iran prędzej niż później.