Con inseminazione delle nuvole, semina delle nuvole o ancora col termine inglese di cloud seeding s'intende una tecnica che mira a cambiare la quantità ed il tipo di precipitazione attraverso la dispersione nelle nubi di sostanze chimiche che fungano da nuclei di condensazione per favorire le precipitazioni. Questa tecnica può essere impiegata sia per aumentare la piovosità in zone aride sia per prevenire la formazione di grandine in fronti temporaleschi. La sua efficacia è tuttavia controversa e non pare comunque in grado di aumentare le precipitazioni di più del 10% circa.
Le sostanze possono essere disperse da aerei, rilasciate da dispositivi a terra, o veicolate tramite uso di razzi o cannoni antiaerei. In base alla tecnica impiegata, queste possono essere iniettate direttamente nelle nuvole, lasciate cadere al di sopra di esse oppure disperse al di sotto delle nuvole affinché siano trasportate al loro interno dalle correnti ascensionali.
Descrizione Presupposti teorici Principalmente vengono usate sostanze come lo ioduro d'argento, lo ioduro di potassio e il ghiaccio secco (biossido di carbonio congelato). Per produrre ghiaccio a temperature superiori sono usate anche espansioni di propano liquido per produrre cristalli, altri materiali igroscopici, come ad esempio il sale, sembrano dare risultati promettenti. Di base i sali hanno la stessa funzione delle particelle naturali igroscopiche come il pulviscolo.
Affinché si formi ghiaccio è necessario che la nuvola contenga acqua sopraffusa allo stato liquido, ovvero a una temperatura inferiore ai 0 °C. L'introduzione di una sostanza come lo ioduro d'argento, che ha una struttura cristallina simile al ghiaccio, induce una reazione di congelamento del vapore acqueo per nucleazione eterogenea.
Anche l'espansione di propano o di ghiaccio secco raffredda l'aria abbastanza da far nucleare spontaneamente i cristalli di ghiaccio dallo stato gassoso, ma a differenza dell'inseminazione con ioduro d'argento, questa nucleazione non richiede particelle d'acqua preesistenti, dal momento che produce una quantità di vapore estremamente alta, vicino al livello di saturazione (sebbene le goccioline d'acqua esistenti siano comunque necessarie per aggregare i cristalli di ghiaccio in particelle di dimensione sufficienti a dare origine alle precipitazioni).
Alle medie latitudini solitamente si deve tener conto che la pressione di equilibrio è inferiore per il ghiaccio rispetto all'acqua. Quando le particelle di ghiaccio si formano nelle nubi sovraraffreddate, queste crescono a spese delle gocce liquide. Se sono sufficientemente grandi, diventano abbastanza pesanti per trasformarsi in neve (o in pioggia, se si fondono) da nuvole che altrimenti non produrrebbero precipitazioni. Questo processo è noto come “inseminazione statica”.
Nel caso della stagione calda o delle nuvole cumuliformi tropicali si cerca di sfruttare il calore latente rilasciato durante il processo di congelamento. Questa strategia d'inseminazione (detta "dinamica") presume che il calore latente aggiunga galleggiabilità, rinforzi le correnti ascensionali, formi convergenze ad un livello più basso, ed in definitiva assicuri una crescita più rapida delle nuvole.
Dispute sull'efficacia della tecnica La Federation of Meteorology ha condotto a più riprese studi nel 1903, nel 1915, nel 1919, nel 1944 e nel 1947. Negli anni cinquanta la divisione per la radiofisica CSIRO ha iniziato ad indagare la fisica delle nubi, ipotizzando di conseguire concreti risultati entro il 1957. Negli anni sessanta questi sogni erano sbiaditi, e si pensò di usare queste tecniche per la produzione di energia idroelettrica.
Mentre è indubbio che le tecniche di semina delle nuvole possono effettivamente alterare la struttura e le dimensioni delle nubi, più controversa è la sua efficacia nell'incrementare la quantità di pioggia. Parte del problema è che è difficile capire quanta pioggia sarebbe caduta se la nube non fosse stata “inseminata”. In altre parole, è difficile distinguere le precipitazioni dovute all'inseminazione artificiale, data la naturale variabilità di queste, spesso molto grande. Comunque si spera che usando tali tecniche in inverno sopra le cime si produca neve. D'altra parte questa teoria è sostenuta da associazioni di professionisti come la , World Meteorological Organization, e la American Meteorological Society (AMS), che tuttavia sostiene anche come non vi sia evidenza che l'incremento stagionale del 10% di precipitazioni nevose sia da correlare all'inseminazione delle nuvole.
L'Ente nazionale per le ricerche atmosferiche (NCAR) è una istituzione che si trova a Boulder (Colorado) e che si occupa di analisi statistiche sulle nubi inseminate al fine di studiarne le differenze. Hanno condotto studi in diversi paesi, tra i quali Mali, Arabia Saudita, Messico, Sudafrica, Thailandia, Italia ed Argentina.
È stato anche annunciato che sarebbero state inseminate le nuvole durante i giochi olimpici del 2008 a Pechino al fine di evitare la pioggia durante le cerimonie di consegna della medaglie "Beijing to keep skies clear on Games' opening day", BOCOG, 2007-04-26. Accesso il 27 aprile 2007. tuttavia l'ufficio cinese per la modificazione meteorologica pubblica raramente letteratura scientifica aperta, ragion per cui le loro proclamazioni di successo sono ampiamente dibattute. Lo ioduro d'argento, classificato col colore blu, secondo livello, dalla NFPA 704, può causare inabilità temporanea o, con un'esposizione prolungata, un danno residuo (ad esempio, il cloroformio), ma comunque non cronico. Tuttavia ci sono diversi studi di matrice ecologista che hanno dimostrato che gli effetti sulla salute e sull'ambiente sono trascurabili. Bureau of Reclamation, 1977: Project Skywater, A program of Research in Precipitation Management. Final Environmental Statement (INT FES 77-39). Harris, Edward R., 1981: Sierra Cooperative Pilot Project - Environmental Assessment and Finding of No Significant Impact. U.S. Department of the Interior, Bureau of Reclamation, Denver, CO, 208 pp. Howell, Wallace E., 1977: Environmental Impacts of Precipitation Management: Results and Inferences from Project Skywater. Bull. American Meteorological Society, 58, 488–501
È stata dimostrata la bassa tossicità dell'argento e dei componenti da esso derivati. Ciò potrebbe essere dovuto alla quantità di parti d'argento presenti nella nube, inferiore di 100 volte rispetto alla emissioni industriali in atmosfera in molte parti del mondo, o rispetto alle singole esposizioni nel caso di otturazioni dentarie. Donald A. Klein , 1978: Environmental Impacts of Artificial Ice Nucleating Agents, Dowden, Hutchinson & Ross, Inc., Stroudsburg, 256 pp.. L'accumulo al suolo e nella vegetazione non sono stati sufficientemente studiati. Una valutazione ambientale della Sierra Nevada del 1995 Parsons Engineering Science, Inc., 1995: Environmental Assessment for the Pacific Gas and Electric Company and the U.S. Forest Service, Stanislaus National Forest. ed uno studio in Australia del 2004 confermano le precedenti ricerche.
Soluzioni moderne Questa soluzione venne studiata in diverse varianti per cercare di aumentare l'efficacia della soluzione.
Una di queste è l'uso di acqua elettrostaticamente carica e da spargere tramite aerosol nelle nubi, in modo che queste si fondano con le goccioline elettricamente negative
Altre soluzioni sono l'uso di scariche elettriche nelle nubi, soluzione che permette di generare direttamente nelle nubi le goccioline elettricamente positive e che poi si accoppiano con le corrispettive goccioline elettricamente negative.
Un'altra strada ipotizzata è l'utilizzo di nanotecnologie, la cui caratteristica principale è quella di assorbire molta più umidità rispetto al semplice sale, facilitando così la formazione di gocce d'acqua
Altre soluzioni invece prevedono un migliore studio delle condizioni e previsione dei risultati, anche grazie all'uso dell'intelligenza artificiale.
Storia di una scoperta
Vincent Schaefer (1906–1993) scoprì il principio della semina delle nuvole nel luglio 1946 attraverso una serie di eventi fortuiti, durante una scalata sul Monte Washington, nello Stato di New York. In seguito ad una discussione con il premio nobel Irving Langmuir, Schaefer, che era un suo collaboratore, ebbe l'idea di creare nubi sovraraffreddate usando una speciale microfibra.
Usò centinaia di sostanze potenziali per stimolare la formazione di cristalli di ghiaccio, come sale, talco in polvere, terra ed altre sostanze chimiche, finché in quello stesso mese, proprio nel giorno più caldo ed afoso, mentre stava conducendo esperimenti allo Schenectady Lab., notò che l'aria non si era raffreddata abbastanza. Decise, quindi, di innescare il processo usando ghiaccio secco per abbassare la temperatura, ed in effetti si ebbe la formazione di milioni di microcristalli, con un grado di riflessione della luce così alto da illuminare la maggior parte della stanza. L'esperimento fu facilmente replicato, ed egli stabilì anche in −40 °C il limite di temperatura per la formazione di ghiaccio.
Contemporaneamente il noto climatologo Bernard Vonnegut, fratello dello scrittore Kurt Vonnegut e collega di Schaefer, creò un metodo di inseminazione usando iodio ed argento per produrre ioduro d'argento. Mentre Schaefer alterava la temperatura all'interno della nuvola, Vonnegut ne alterava la struttura cristallina sfruttando la proprietà detta parametro di rete tra due tipi di cristallo (in seguito la cristallografia del ghiaccio fu la base teorica del racconto di Kurt Vonnegut Ghiaccio-nove). Il primo tentativo di alterare la struttura delle nuvole attraverso le tecniche di cloud seeding si svolse durante un volo nel novembre dello stesso anno nello stato di New York, quando Schaefer riuscì a stimolare una precipitazione nevosa presso il monte Greylock, nel Massachusetts orientale; in seguito egli inseminò una nube con circa 2 kg di ghiaccio secco da una distanza di 96 chilometri dall'aeroporto della contea di Schenectady. Ted Steinberg. Oxford University Press, 2000. Infatti ghiaccio secco e ioduro d'argento sono agenti efficaci nelle alterazioni fisico-chimiche nuvole, quindi utile per aumentare le precipitazioni invernali in montagna e nella prevenzione, in determinate condizioni, di fulmini e grandine.
Pur non essendo nuova, questa tecnica di inseminazione igroscopica (utile per intensificare le precipitazioni piovose partendo da nuvole calde) sta avendo un forte rilancio, basato su indicazioni positive di ricerche condotte di Sudafrica, Messico ed altrove. Il materiale igroscopico più comunemente usato è il sale. Si pensa che l'inseminazione igroscopica possa dare origine ad un'intera gamma di gocce, più marittime (ovvero più grosse) e meno continentali, unite per coalescenza.
Tra il 1981 ed il 2000 è stato condotto uno studio sull'uso dello ioduro d'argento, Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik al fine di prevenire la pioggia (tecnica attualmente usata), mentre tra il 2002 ed il 2006 l'accademia delle scienze americana ha condotto un programma di ricerca per chiarire definitivamente la questione dell'effettiva efficacia della tecnica.
Utilizzo della tecnica nel mondo Cina Lo stato che fa più largo uso di tecniche di inseminazione delle nuvole è la Repubblica Popolare Cinese, che mira ad incrementare la quantità di pioggia di molte regioni aride, compresa la capitale Pechino. Vi è anche un conflitto politico tra diverse regioni che si accusano a vicenda di "rubare pioggia" attraverso l'inseminazione delle nuvole. Inoltre la Cina usò l'inseminazione delle nuvole a Pechino prima dei giochi olimpici del 2008 al fine di liberare l'aria dall'inquinamento.
Marocco Nel 1985 il governo marocchino ha iniziato un programma di semina delle nubi chiamato 'Al-Ghait'. Il sistema venne impiegato in Marocco nel 1999, è stato impiegato anche in Burkina Faso tra il 1999 e il 2002, mentre nel 2005 venne impiegato in Senegal.