વાદળોમાંથી કૃત્રિમ વરસાદ: શહેરી પ્રદૂષણ સામે ક્લાઉડ સીડિંગનું વિજ્ઞાન અને તેની વાસ્તવિક મર્યાદાઓ

શિયાળાની ઋતુ શરૂ થતાં જ ભારતના ઉત્તરીય મેદાનો, ખાસ કરીને રાજધાની દિલ્હી અને તેની આસપાસના વિસ્તારો ઝેરી ધુમ્મસની ચાદરમાં લપેટાઈ જાય છે. વાયુ ગુણવત્તા સૂચકાંક એટલે કે એર ક્વોલિટી ઇન્ડેક્સ (AQI: Air Quality Index) જ્યારે ૩૦૮ વટાવીને 'અતિ નબળી' કે ગંભીર શ્રેણીમાં પહોંચી જાય છે, ત્યારે શ્વાસ લેવો મુશ્કેલ બની જાય છે. આવા કટોકટીભર્યા વાતાવરણમાં વાતાવરણને સાફ કરવા માટે અવારનવાર એક વૈજ્ઞાનિક ઉપાયની જોરશોરથી ચર્ચા થાય છે: કૃત્રિમ વરસાદ અથવા ક્લાઉડ સીડિંગ (cloud seeding). આ પદ્ધતિમાં આકાશમાં તરતા વાદળોમાં ખાસ પ્રકારના રાસાયણિક કણોનો છંટકાવ કરીને વરસાદ વરસાવવા માટે પ્રેરિત કરવામાં આવે છે, જેથી હવામાં લટકતા ધૂળ અને ધુમાડાના રજકણો ધોવાઈને જમીન પર બેસી જાય.

NDTVના એક અહેવાલ અનુસાર, દિલ્હીમાં પ્રદૂષણનું સ્તર ઘટાડવા માટે ઇન્ડિયન ઇન્સ્ટીટ્યુટ ઓફ ટેકનોલોજી કાનપુર (IIT Kanpur) દ્વારા ક્લાઉડ સીડિંગ માટેનાં સાધનોથી સજ્જ વિમાન તૈયાર રાખવામાં આવ્યું હતું. આ યોજના અંતર્ગત જો આકાશમાં પૂરતા ભેજવાળા વાદળો રચાય, તો કાનપુરથી વિમાન રવાના કરીને દિલ્હી ઉપર આશરે એક કલાકમાં પહોંચી ઓપરેશન શરૂ કરવાની તૈયારી હતી. દિલ્હી સરકાર અને IIT કાનપુર વચ્ચે થયેલા એક સમજૂતી કરાર (MoU: Memorandum of Understanding) હેઠળ આ કટોકટીના ઉપાયને અમલમાં મૂકવાની યોજના ઘડાઈ હતી. પરંતુ આ ટેકનોલોજી પાછળનું વિજ્ઞાન શું છે, તે આકાશમાં કેવી રીતે કામ કરે છે, અને શું તે ખરેખર શહેરી પ્રદૂષણની સમસ્યાને જડમૂળથી દૂર કરી શકે છે?

ક્લાઉડ સીડિંગનો ઇતિહાસ અને વૈજ્ઞાનિક શોધ

કુદરતી વાદળોને માનવીય હસ્તક્ષેપથી પ્રવાહી વરસાદમાં ફેરવવાનો વિચાર ઘણો જૂનો છે. ૧૮૯૧માં લુઇસ ગેથમેને વરસાદી વાદળોમાં પ્રવાહી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ છોડીને વરસાદ લાવવાનો વિચાર રજૂ કર્યો હતો. ત્યારબાદ ૧૯૩૦ના દાયકામાં બર્ગેરોન-ફિન્ડેઇસેન પ્રક્રિયા (Bergeron-Findeisen process) નામનો સિદ્ધાંત સામે આવ્યો, જેમાં જણાવાયું કે વાદળમાં રહેલા અત્યંત ઠંડા પાણીના ટીપાં અને બરફના સ્ફટિકોની પરસ્પર પ્રક્રિયાથી વરસાદ શરૂ થાય છે. જનરલ ઇલેક્ટ્રિક (GE) કંપનીના સંશોધક વિન્સેન્ટ શેફરે ૧૪ જુલાઈ ૧૯૪૬ના રોજ પ્રયોગશાળામાં આકસ્મિક રીતે આ પદ્ધતિ સાબિત કરી દીધી હતી.

શેફર પ્રયોગશાળાના ડીપ-ફ્રીઝરમાં શ્વાસ ફૂંકીને કૃત્રિમ વાદળ બનાવવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા હતા, પરંતુ તાપમાન પૂરતું નીચું જતું નહોતું. તેમણે તાપમાન ઝડપથી ઘટાડવા માટે તેમાં ડ્રાય આઇસ (dry ice: ઘન કાર્બન ડાયોક્સાઇડ)નો ટુકડો મૂક્યો. ક્ષણભરમાં લાખો સૂક્ષ્મ બરફના સ્ફટિકો ચમકવા લાગ્યા, જેનાથી સાબિત થયું કે માઇનસ ૪૦ ડિગ્રી સેલ્સિયસ (−૪૦ °C)ની મર્યાદામાં પાણીનું સુપરકૂલ્ડ સ્થિતિમાંથી બરફમાં રૂપાંતર કરી શકાય છે. તેના થોડા જ અઠવાડિયામાં તેમના સાથી વૈજ્ઞાનિક બર્નાર્ડ વોનેગટે રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસ દ્વારા સિલ્વર આયોડાઇડ (silver iodide) નામના સંયોજનની શોધ કરી, જેનું સ્ફટિકીય માળખું બિલકુલ કુદરતી બરફ જેવું જ હોય છે. ૧૩ નવેમ્બર ૧૯૪૬ના રોજ ન્યૂયોર્કના આકાશમાં એક વિમાનમાંથી ૬ પાઉન્ડ (૨.૫ કિલોગ્રામ) ડ્રાય આઇસ વાદળમાં વહાવીને પશ્ચિમી મેસેચ્યુસેટ્સમાં પ્રથમ વખત સફળતાપૂર્વક હિમવર્ષા કરાવવામાં આવી હતી.

ભૌતિક વિજ્ઞાન: વાદળમાં રસાયણો કેવી રીતે કામ કરે છે?

કૃત્રિમ વરસાદની પ્રક્રિયા કોઈ જાદુ નથી પણ શુદ્ધ ભૌતિક અને રાસાયણિક પ્રક્રિયા છે. વાદળો સામાન્ય રીતે પાણીની વરાળ અને અતિસૂક્ષ્મ બુંદોના બનેલા હોય છે. ઘણી વખત વાદળની અંદર તાપમાન શૂન્ય ડિગ્રી સેલ્સિયસથી નીચે પહોંચી ગયું હોવા છતાં, પાણીના ટીપાં તરલ અવસ્થામાં જ રહે છે, જેને વૈજ્ઞાનિક ભાષામાં સુપરકૂલ્ડ વોટર (supercooled water) કહેવામાં આવે છે. આ ટીપાંને બરફમાં કે વરસાદના મોટા ટીપાંમાં ફેરવવા માટે એક આધાર અથવા બીજની જરૂર પડે છે, જેને આઇસ ન્યુક્લીઆઇ (ice nuclei) અથવા કન્ડેન્સેશન ન્યુક્લીઆઇ કહે છે.

જ્યારે વિમાન, રોકેટ અથવા જમીન પરના જનરેટર દ્વારા વાદળની અંદર સિલ્વર આયોડાઇડ (AgI) જેવા રસાયણોનો છંટકાવ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેના સૂક્ષ્મ કણો એક કેન્દ્ર તરીકે વર્તે છે. સિલ્વર આયોડાઇડના સ્ફટિકની રચના (crystal lattice) કુદરતી બરફના સ્ફટિક જેવી જ ષટ્કોણીય હોય છે. તેથી, સુપરકૂલ્ડ પાણીના કણો તરત જ આ રસાયણના કણની આસપાસ જામવા લાગે છે. આ પ્રક્રિયાને હિટરોજીનિયસ ન્યુક્લિએશન (heterogeneous nucleation: વિજાતીય ન્યુક્લિએશન) કહેવામાં આવે છે. ટીપું ક્રમશઃ મોટું અને વજનદાર બને છે અને ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે જમીન તરફ ખેંચાય છે. વાતાવરણના નીચેના ગરમ સ્તરોમાંથી પસાર થતી વખતે તે ઓગળીને વરસાદનું ટીપું બની જાય છે.

વૈજ્ઞાનિક દ્રષ્ટિએ વાદળમાં તાપમાન જ્યારે માઇનસ ૭ ડિગ્રીથી માઇનસ ૨૦ ડિગ્રી સેલ્સિયસ (−૭ °C થી −૨૦ °C) વચ્ચે હોય, ત્યારે આ પદ્ધતિ સૌથી વધુ અસરકારક સાબિત થાય છે. આ પ્રક્રિયાને સ્ટેટિક સીડિંગ (static seeding) કહેવાય છે. આ ઉપરાંત બીજી એક પદ્ધતિ ડાયનેમિક સીડિંગ (dynamic seeding) છે, જેમાં બરફ બનવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન મુક્ત થતી સુષુપ્ત ગરમી (latent heat) વાદળના ઊર્ધ્વ પ્રવાહને વધુ મજબૂત બનાવે છે, જેથી વાદળનું કદ મોટું થાય છે. આજના આધુનિક યુગમાં સાદા મીઠા જેવા ભેજશોષક પદાર્થો (hygroscopic materials: હાઇગ્રોસ્કોપિક દ્રવ્યો) તેમજ સંયુક્ત આરબ અમીરાત (UAE)માં ડ્રોન દ્વારા વાદળોમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ છોડવાની આધુનિક ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ પણ થઈ રહ્યો છે. ૨૦૨૧ના જુલાઈમાં અલ આઈન ખાતે ડ્રોન પદ્ધતિની મદદથી ૬.૯ મિલીમીટર જેટલો વરસાદ નોંધાયો હતો.

શહેરી પ્રદૂષણ સામે ક્લાઉડ સીડિંગની અજમાયશ

જ્યારે હવામાં વાયુ પ્રદૂષણ ખૂબ વધી જાય છે, ત્યારે સૂક્ષ્મ રજકણો જેવા કે પીએમ ૨.૫ (PM 2.5: ૨.૫ માઇક્રોમીટરથી નાના કણો) અને પીએમ ૧૦ હવામાં લાંબા સમય સુધી લટકતા રહે છે. કુદરતી વરસાદ આ કણોને પોતાની સાથે જમીન પર ખેંચી લાવે છે, જેને 'વેટ સ્કેવેન્જિંગ' (wet scavenging: ભીનું શુદ્ધિકરણ) કહેવામાં આવે છે. ક્લાઉડ સીડિંગ દ્વારા કૃત્રિમ રીતે વરસાદ વરસાવીને આ જ પરિણામ મેળવવાનો પ્રયાસ કરવામાં આવે છે.

દિલ્હી સરકારે ૨૦૨૫ના ઑક્ટોબરના અંતમાં ઇન્દિરા ગાંધી આંતરરાષ્ટ્રીય એરપોર્ટ નજીક આશરે ૩૦,૦૦૦ મીટરની ઊંચાઈએ ક્લાઉડ સીડિંગના બે રાઉન્ડ ટ્રાયલ હાથ ધર્યા હતા. અગાઉના વર્ષે આશરે ૧૦,૦૦૦ મીટરની ઊંચાઈએ પરીક્ષણ કરાયું હતું. જોકે, ઑક્ટોબર ૨૦૨૫ના આ બંને પરીક્ષણોમાં કોઈ ખાસ પરિણામ મળ્યું નહોતું. IIT કાનપુરના મૂલ્યાંકન મુજબ વાદળોમાં ભેજનું પ્રમાણ ખૂબ ઓછું હતું, જેના કારણે વરસાદની રચના થઈ શકી નહોતી. જો આકાશમાં પર્યાપ્ત કુદરતી ભેજ અને યોગ્ય વાદળો હાજર ન હોય, તો ગમે તેટલા રસાયણો છાંટવામાં આવે તોપણ વરસાદ વરસી શકતો નથી.

વૈજ્ઞાનિક અસરકારકતા અને મતમતાંતરો

દાયકાઓના પ્રયોગો છતાં વૈશ્વિક વૈજ્ઞાનિક સમુદાયમાં ક્લાઉડ સીડિંગની ચોક્કસ ક્ષમતા અંગે ઊંડા મતભેદો પ્રવર્તે છે. યુએસ ગવર્નમેન્ટ એકાઉન્ટેબિલિટી ઓફિસ (GAO) દ્વારા ડિસેમ્બર ૨૦૨૪માં બહાર પાડવામાં આવેલા એક અહેવાલ મુજબ, આ ટેકનોલોજીથી વરસાદમાં આંકડાકીય રીતે નોંધપાત્ર વધારો થાય છે કે નહીં તે અંગે હજુ પણ વિરોધાભાસી તારણો જોવા મળે છે. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ નેશનલ એકેડેમી ઓફ સાયન્સિસ (NAS)ના એક અભ્યાસમાં ક્લાઉડ સીડિંગની અસરકારકતાના કોઈ નક્કર આંકડાકીય પુરાવા મળ્યા નહોતા. સ્ટેનફોર્ડ યુનિવર્સિટીના પર્યાવરણવિદ્ જેરી બ્રેડલીએ જણાવ્યું હતું કે, ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓમાં થોડોક બરફ કે વરસાદ વધારી શકાય છે, પરંતુ તેનાથી નિયમિત વરસાદ લાવી શકાતો નથી.

તેનાથી વિપરીત, વાયોમિંગ વેધર મોડિફિકેશન પાયલટ પ્રોજેક્ટ (WWMPP)ના અભ્યાસમાં એવું જાણવા મળ્યું હતું કે ક્લાઉડ સીડિંગ આખી સીઝનમાં મહત્તમ ૩% સુધી સ્નોપેક વધારી શકે છે. અમેરિકન મીટિઅરોલોજિકલ સોસાયટીએ ૧૯૯૮માં નોંધ્યું હતું કે પર્વતીય વાદળોમાં મોસમી વરસાદ આશરે ૧૦% જેટલો વધારી શકાયો હતો. ૨૦૧૦ના તેલ અવીવ યુનિવર્સિટીના અભ્યાસમાં એવો દાવો કરાયો હતો કે સિલ્વર આયોડાઇડ અને સૂકા બરફના ઉપયોગથી વરસાદના જથ્થા પર નહિવત અસર પડે છે. ૨૦૦૮ની બેઇજિંગ ઓલિમ્પિક્સ દરમિયાન પણ ઉદ્ઘાટન સમારોહમાં વરસાદ રોકવા માટે વાદળોને શહેર બહાર જ વરસાવી દેવાનો પ્રયાસ થયો હતો, જેને લઈને હવામાન નિષ્ણાત રોલોફ બ્રુઇન્ટજેસે ટિપ્પણી કરી હતી કે માનવી પોતાની મરજીથી વાદળો બનાવી કે ભગાડી શકતો નથી.

પર્યાવરણીય જોખમો અને સલામતીનું મૂલ્યાંકન

કૃત્રિમ વરસાદમાં વપરાતા મુખ્ય ઘટક સિલ્વર આયોડાઇડની સલામતી અંગે પણ પ્રશ્નો ઉઠાવવામાં આવે છે. નેશનલ ફાયર પ્રોટેક્શન એસોસિએશન (NFPA 704) મુજબ સિલ્વર આયોડાઇડને આરોગ્ય જોખમ રેટિંગ ૨ આપવામાં આવ્યું છે, જે દર્શાવે છે કે વધુ પડતા સંપર્કથી અસ્થાયી અક્ષમતા અથવા શરીર પર અસર થઈ શકે છે. માનવ શરીરમાં ચાંદીના અતિશય જમાવટથી અર્ગાયરિયા (argyria) નામની સ્થિતિ સર્જાઈ શકે છે, જેમાં શરીરની પેશીઓનો રંગ બદલાઈ જાય છે.

જોકે, મોટાભાગના ઇકોલોજીકલ અભ્યાસો દર્શાવે છે કે ક્લાઉડ સીડિંગમાં વપરાતી રસાયણની માત્રા અત્યંત ઓછી હોય છે. વૈશ્વિક સ્તરે ક્લાઉડ સીડિંગ માટે દર વર્ષે આશરે ૧૧,૦૦૦ કિલોગ્રામ સિલ્વર આયોડાઇડ વપરાય છે, જેમાં પ્રત્યેક પ્રયોગમાં માત્ર ૧૦ થી ૫૦ ગ્રામ જેટલો નહિવત જથ્થો વપરાય છે. આ પ્રમાણ ઔદ્યોગિક પ્રદૂષણમાંથી નીકળતી ચાંદીના માત્ર એક ટકા જેટલું છે. ૧૯૯૫માં કેલિફોર્નિયાના સિએરા નેવાડા અને ૨૦૦૪માં ઓસ્ટ્રેલિયાની સ્વતંત્ર પેનલ દ્વારા કરાયેલા મૂલ્યાંકનમાં માટી કે વનસ્પતિમાં રસાયણનું કોઈ જોખમી સંચય જણાયું નહોતું. તેમ છતાં ઓસ્ટ્રેલિયાના કોસિઉસ્કો નેશનલ પાર્ક જેવા સંવેદનશીલ બાયોસ્ફિયરમાં પિગ્મી પોસમ જેવા જીવો પર તેની અસર અંગે પર્યાવરણવિદોએ ચિંતા વ્યક્ત કરી હતી.

શું કૃત્રિમ વરસાદ પ્રદૂષણનો કાયમી ઉકેલ છે?

ક્લાઉડ સીડિંગને વાયુ પ્રદૂષણ સામે રામબાણ ઈલાજ ગણી શકાય નહીં. પર્યાવરણ સંસ્થા એન્વાયરોકેટાલિસ્ટ્સના સ્થાપક સુનીલ દહિયાએ NDTV સમક્ષ સ્પષ્ટતા કરી હતી કે આ ટેકનોલોજી પ્રદૂષણના મૂળ સ્ત્રોત (source) પર પ્રહાર કરતી નથી. દિવાળી પછીના દિવસોમાં જ્યારે હવાનું પ્રદૂષણ ચરમસીમાએ પહોંચી જાય ત્યારે તે કટોકટીના ઉપાય તરીકે થોડા સમય પૂરતી રાહત આપી શકે છે, પરંતુ તે કાયમી નિવારણ નથી.

સૌથી મોટી મર્યાદા એ છે કે કૃત્રિમ વરસાદ માટે પણ આકાશમાં પૂરતા પ્રમાણમાં ભેજ અને યોગ્ય તાપમાન ધરાવતા વાદળો હોવા અનિવાર્ય છે. શિયાળામાં ઉત્તર ભારતના મેદાનોમાં ઘણીવાર સૂકી હવા અને ઓછો ભેજ હોય છે, જેના કારણે ઑક્ટોબર ૨૦૨૫ના દિલ્હીના પ્રયોગો નિષ્ફળ રહ્યા હતા. જો આકાશ તદ્દન સાફ હોય કે વાદળોમાં ભેજ જ ન હોય તો ક્લાઉડ સીડિંગ તદ્દન બિનઅસરકારક સાબિત થાય છે. તેથી, વાહનોના ધુમાડા, ઔદ્યોગિક ઉત્સર્જન, બાંધકામની ધૂળ અને પરાળી સળગાવવા જેવી મૂળ સમસ્યાઓ પર નિયંત્રણ મેળવ્યા વિના માત્ર કૃત્રિમ વરસાદ પર નિર્ભર રહેવું એ વિજ્ઞાનના દ્રષ્ટિકોણથી વ્યવહારુ નથી.