REAGENS

Termin reagens koji se često koristi u praksi antropogene modifikacije vremena ( dakle: borbe protiv grada, stimulacije padavina, rasturanja magle…) podrazumjeva hemijsko sredstvo čije čestice služe kao jezgra kondenzacije (vještački zametci, nukleanti) kišnih kapi i zrna grada. U sastav svakog reagensa ulazi aktivna supstanca, oksidans i gorivo. Smjesi se može dodati i katalizator. Aktivna supstanca ( kod nas srebro-jodid) prilikom sagorjevanja reagensa isparava. Temperature na kojima se reagens raspršuje u oblaku su niske, ispod – 4ºC te trenutno dolazi do sublimacije. Tako se dobijaju čvrste čestice srebro jodida dispergovane u gasovitoj fazi tj. dobija se aerosol srebro jodida. 
Rezultat uspješne kondenzacije u atmosferi jest vidljiva nakupina kapljica vode ili kristala leda, koju prema tome na kojoj se visini nalazi, zovemo oblak ili magla. Za kondenzaciju, kako je već pomenuto, nije dovoljno da se u vazduhu nalazi samo vodena para nego su potrebne i jezgre kondenzacije. Kondenzacione jezgre, prirodno, dolaze u atmosferu na razne načine. Kristali soli nastaju isparavanjem morske vode, druga jezgra podiže vjetar sa površine zemlje a neka dolaze iz požara, vulkana itd. U oblaku kapljice ostaju u tekućem stanju i pri temperaturama dosta nižim od tačke mržnjenja. Pri -10˚C kapljice su normalna pojava a ima ih i pri -35˚C. Kristali leda mogu nastati smrzavanjem ovih pothlađenih kapljica, a takođe i direktnom kistalizacijom vodene pare na nekim krutim jezgrima. Većina ipak nastaje smrzavanjem kapljica. U atmosferi često nema dovoljno efikasnih jezgri kondenzacije tj. kristalizacije, a to ukazuje na mogućnost izazivanja padavina uvodeći u oblak vještačke jezgre. Važno otkriće u tom pogledu učinio je 1946. godine amerikanac Vonegut time što je pronašao da je srebrni jodid veoma efikasan kao jezgra kristalizacije na temperaturi -5˚C. Efikasnost AgJ dolazi od sličnosti kristalne strukture leda i srebrnog jodida. Za AgJ kristalna rešetka iznosi 0,45nm a za led 0,452nm. Dim srebrnog jodida može se lako proizvesti i od jednog grama nastaje do 1016 sićušnih kristala . Opite sa raznim vrstama reagensa izvodili su Švajcarci “Prupaher” i “Zenger”. Oni su ispitali više od 100 vrsta reagensa ali se i potvrdilo da su najbolje vještačke jezgre nastale izgaranjem “AgJ”. Izbor odgovarajućih reagenasa predstavlja prvi korak u vještačkom tj. antropogenom uticaju na oblake pomoću njihovog zasijavanja. Reagens utiče na kondenzaciju vodene pare i kristalizaciju prehlađenih oblačnih kapljica. Kondenzacija vodene pare i uvećanje kišnih kapi najefikasnije se postiže zasijavanjem higroskopnim materijama (kalij i natrij-hlorid, kalcij-hloridom…) Što se tiče kristalizacije, oblaci mogu biti kristalizovani putem intenzivnog hlađenja prouzrokovanog padanjem komadića suvog leda, ili injektiranjem struje tečnog vazduha, tečnog propana itd. Drugi način je da se oblak sa prehlađenim kapljicama zasije sa reagensom koji ima oblik rešetke blizak kristalima leda. Takvih reagenasa danas ima dosta, kao npr. bakar sulfid (CuS), olovo jodid (PbJ2), kao i mnoga druga organska jedinjenja. Ipak, treba ponoviti da je srebro jodid (AgJ) najefikasniji od svih dosad poznatih reagenasa. U kristalima “AgJ” heksagonalne forme joni srebra i jodida raspoređeni su analogno atomima kiseonika u rešetki leda, a rastojanja između njih su skoro ista. Na taj način, prvi sloj molekula vode koji obavija česticu “AgJ” uklapa se vrlo gusto u rešetkastu strukturu “AgJ”. Stoga je površinska energija na granici dodira skoro beznačajna. Dezaktivizacija kristala “AgJ” povećava se sa vremenom i zavisi od niza faktora. Najpoznatiji od njih je svjetlost, posebno ultraljubičasto zračenje. Ispitivanja su pokazala da se pod dejstvom jakog Sunčevog zračenja aktivnost jezgara “AgJ” smanji za oko 1000 puta. Noću ili unutar gustih oblaka dezaktivizacija je znatno smanjena, naročito u toku prvog časa. Drugi po značaju reagens, koji po svojoj efikasnosti i širini primjene dolazi odmah iza “AgJ”, je suvi led. Suvi led je ugljen-dioksid u čvrstom agregatnom stanju na temperaturi od -79º C. Suvi led se proizvodi od tečnog ugljen-dioksida pri kontrolisanim uslovima. Pri ovom procesu nastaje prvo suvi snijeg, a kompresijom i suhi led, koji se zatim presuje i tako dobija proizvod različitih dimenzija. Sa njim su počela prva zasijavanja oblaka u SAD, Kanadi, Australiji i nekim drugim zemljama. Eksperimentalno je dokazano da iz 1 kilograma suvog leda može da se dobije do 1018 kristala leda. Ovaj broj je dobijen pri optimalnoj temperaturi u laboratorijskim uslovima, dok je u prirodi pri temperaturi od 0˚S on znatno manji. Zrnca suvog leda pri svom padu zamrzavaju kapljice oblaka koje sreću na svom putu i kao kondenzovana jezgra aktiviraju mnoštvo aerosolsnih čestica izazivajući naglu prezasićenost. Temperatura površine zrnca suvog leda koja isparavaju iznosi oko -78˚S. S obzirom na tako nisku temperaturu, novoobrzovane oblačne kapljice brzo se podrvgavaju homogenoj kristalizaciji, obezbjeđujući na taj način stvaranje velikog broja jezgara kristala leda. Pri povratku tako niske temperature temperaturi okoline, većina stvorenih zametaka kristala ponovo isparava i ostaju samo oni koji su prešli kritične razmjere. Na taj način izlazi da broj preživjelih kristala leda zavisi od koncentracije čestica aerosola, kao i od brzine padanja granula suvog leda kroz oblak. Suvi led zaostaje za srebro jodidom po broju kristala leda koji obrazuje jedinica mase ovog reagenasa. Srednji broj čestica leda koji obrazuje 1 gram suvog leda iznosi 1014- 1015, što je za oko tri reda veličine manje od broja čestica leda koje obrazuje srebro jodid pri optimalnim temperaturama. Međutim, suvi led ima druge prednosti u odnosu na srebro jodid. Tako, npr. suvi led u znatnom intervalu ne zavisi od temperature vazduha u koji se ubacuje, dok zasijavanje oblaka srebro jodidom sa ciljem da se obezbjedi potrebna koncentracija čestica leda na -10˚S povlači za sobom neophodnost obezbjeđenja mnogo veće koncentracije i mogućnost prezasićenja na -20˚S ili -30˚S Korišćenje suvog leda isključuje taj problem. Pored toga, suvi led brzo sublimira, ne ostavljajući ostatke, koji bi mogli djelovati na druge oblake .

UTICAJ SREBRO-JODIDA NA ŽIVOTNU SREDINU

Odbrana od grada se uglavnom temelji na upotrebi srebro-jodida (AgJ), u svrhu stvaranja konkurentnih nukleanata (jezgara kristalizacije) prirodnim jezgrama grada.To kao posljedicu ima smanjivanje veličine stvaranih zrna leda u oblaku koja na zemlju padaju ili u obliku pljuska ili u obliku sugradice čime se štete od leda smanjuju. U raketama koje se danas koriste, nalazi se 400 grama pirotehničke smjese (reagensa) na bazi srebro-jodida. Količina AgJ u reagensu varira zavisno od tipa, no prosječno se može uzeti da je količina AgJ u reagensu oko 8% do 12%, maksimalno 15%. Pošto se u svakoj raketi nalazi 400 g reagensa, to znači da u prosjeku 32 g do 48 g srebro jodida nosi svaka raketa.
U sezoni obrane od grada na branjenom geoprostoru Republike Srpske tj. sjevernom dijelu Bosne i Hercegovine, površine 750 000 hektara, ispali se u stepenu najintezvnijeg dejstva prosječno 766 komada raketa (prosjek za vrlo dinamične sezone u periodu 2007-2010. godine). Po protivgradnoj stanici taj broj iznosi 3 do 4 ispaljene rakete u sezoni. To znači da je u periodu od aprila do oktobra, koliko sezona traje, u atmosferu nad branjenim geoprostorom Republike Srpske tj. sjeverne Bosne i Hercegovine isijano maksimalno 46 kg AgJ. Ovim podatkom će se dalje baratati u cilju ocjene moguće toksičnosti i zagađenje atmosfere i vode srebrom i srebro-jodidom.
Toksičnost se može posmatrati na dva načina. Prvi način je da se razmatra toksičnost samog srebro jodida, a drugi da se razmotri toksičnost jona srebra (Ag+). Takođe, toksičnost i jednog i drugog je različita zavisno o tome sa kojeg se aspekta posmatra. Ako se posmatra sa aspekta toksičnost srebro jodida u vazduhu, po podacima dostupnim iz literature, smatra se da je granica toksičnosti AgJ u zraku 1 mg/m³. Pri povećanim koncentracijama, u slučaju inhaliranja takvog vazduha ili gutanjem, može doći do kožnog osipa, glavobolje, oštećenja sluzokože. U slučaju da dođe do znatnog povišenja koncentracije, dolazi do depresije, anemije, smanjenja tjelesne težine. Uzevši u obzir da se tokom sezone u godini u sjevernoj Bosni i Hercegovini nađe u vazduhu 46 kg AgJ, prosječna koncentracija nad tim područjem iznosi 6,1×10–5 mg/m³. Račun je uzeo u obzir atmosferu do visine od 10 km, sa obzirom da se u nedostatku mjerenja mora pretpostaviti da je dio AgJ uzlaznim strujanjem oduvan i do te visine, a da je dio pao na zemlju. Nadalje, račun je izveden kao da su sve rakete lansirane u jednom danu, jednoliko po cijeloj posmatranoj teritoriji. Sa obzirom da je mala vjerovatnoća, da se sve rakete ispale u jednom danu, sve ostale kombinacije daju još manju koncentraciju AgJ od ove prosječene. Transport jodida nije uzet u obzir, zato što se u nedostatku objektivnih podataka (mjerenja) može s priličnom vjerovatnošću smatrati da ako i postoje nezanemarljive koncentracije jodida koje bi bile eventualno dopremljene sa zapada, toliki bi bio i transport prema istoku, tako da se bilans ne bi puno mijenjao. Iz navedenog je očito da su ostvarene koncentracije AgJ, nastale kao posljedica djelovanja sistema za zaštitu od grada mogo puta manje od dopuštene granice. Pored svih navedenih uslova, treba takođe imati na umu da je račun izveden kao da je cijela količina AgJ ostala nepromijenjena, tj. da nije došlo do razlaganja na srebro i jod. U prirodnim uslovima međutim dolazi do djelimičnog razlaganja, pa dobijenu koncentraciju treba smanjiti za određeni procenat. Važno je istaći da na tlo uglavnom pada srebro jodid. Ukoliko se pretpostavi da na tlo pada metalno srebro, što se ni u kom slučaju ne dešava, može se obračunati ova količina srebro jodida na količinu srebra. Prema formuli AgJ, srebra u srebro jodidu ima 45.95%. Zbog vrlo male topivosti srebro jodida u vodi, on je neotrovan u količini koja se može otopiti. 
Ako se razmotriti toksičnost jona srebra (Ag+), u vazduhu, treba znati da se u 46 kg AgJ nalazi se oko 21 kg srebra. Ako pretpostavimo da se sav srebro jodid razložio na srebro i jod, što je praktično nemoguće, tada se dobije koncentracija (Ag+) nad promatranim područjem 2.8×10-5 g/m³. Dopuštena vrijednost (Ag+) u vazduhu iznosi 10-4 g/m³, što znači da je i ova fiktivna koncentracija (Ag+) daleko manja od granične (fiktivna zato što je račun izveden na osnovu istih pretpostavki kao i za srebro jodid). U prirodi se međutim događa nešto između ova dva razmatrana ekstrema, pa stoga spomenute koncentracije treba još smanjiti. Što se tiče graničnih koncentracija i toksičnosti jona srebra u vodi, razni autori daju različite vrijednosti i to od 9,8×10-6 do 4×10 -9. Pri trovanju jonima srebra poznate su promjene na koži, prije svega tamna pigmentacija, koje se ne popravljaju vremenom ni liječenjem, zatim stanje membrane sluznice poznato kao argiria, što u prevodu znači trovanje srebrom. U težim slučajevima trovanja može doći do reduciranja rasta, pa čak i smrti. (Ag+) se inače može koristiti i kao reagens za sterilizaciju vode za piće, no nije toliko značajan za te svrhe kao što su hloridi. U Bosni i Hercegovini nisu do danas vršena mjerenja prirodne koncentracije (Ag+) u vodi, kao ni koncentracije u kišnici pri raznim projektima umjetne modifikacije vremena (npr. odbrana od grada). Raspolaže se međutim podacima o prirodnoj koncentraciji (Ag+) u Australiji i Alberti (Kanada). Za Australiju su utvrđene koncentracije: 5×10-12 g/ml, 3×10-11¬do 4,8×10-11 g/ml a za Albertu: 0,5 do 4,9×10-11g/ml.
Smatra se da je prirodni eho koncentracije (Ag+) u vodi 5×10-12 g/ml. Mjerenje koncentracije (Ag+) u kišnici „zasijanih” oblaka, rađeno je također u Alberti i to pri uslovima da se zasijavanje provodilo avionom u zonu embrija zrna grada, a trošeno je 2-4 kg AgJ po oluji u jednom satu. Analizirane su padavine i 24 sata nakon zasijavanja, a najveće koncentracije su izmjerene 60-80 minuta nakon zasijavanja i to u iznosu 1-2 x10-10 g/ml. Iz ovih podataka je vidljivo da su mjerene vrijednosti koncentracije Ag+ u slučajevima „zasijane” kišnice 10 puta niže od dopuštene i to u najlošijoj varijanti.
Problem uticaja srebro-jodida u Republici Srbiji je sa ekološkog aspekta posebno razmatran. Godišnje se u sezoni koja traje, kao i kod nas, od 15. aprila do 15. oktobra utroši prosječno 15.000 raketa. Brani se ukupna površina od 7.749.800 ha. U atmosferu nad Srbijom dospjeva od 480 kg do 720 kg srebro jodida godišnje. U aktivnostima protivgradne zaštite u Srbiji se godišnje oslobodi najviše od 220.56 kg do 330.84 kg srebra. Kada se ova količina srebra podjeli na branjenu površinu može se reći da se oslobodi 0.0285 do 0.0427 grama srebra po hektaru (28.5 – 42.7 mg/ha). Vodeći se preporukama za koncentraciju srebra u vodi za piće koja iznosi 10h10-6 u litru a u ostalim vodama 50 h10-6 i pretpostavkom da su sve rakete ispaljene istovremeno, zatim da na tlo pada čisto srebro i da je cijela površina prekrivena vodom debljine 1mm (1l/m²), rezultat koji su dobili u Srbiji, iznosio je ukupno od 2.8h10-6 do 4.3h10-6 srebra. Uzimajući u obzir, ranije pomentu nemogućnost dejstva u jednom danu i nemogućnost da na zemlju pada čisto srebro vidi se da su koncentracije srebra izazvane aktivnostima protivgradne zaštite u Srbiji daleko niže od koncentracija dozvoljenih za vodu za piće. 
U literaturi se pojavljuje podatak da prilikom godišnjeg oslobađanja količine srebro jodida do 0.5 g/ha nisu primjećeni nikakvi efekti zagađenja kao posljedica aktivnosti protivgradne zaštite. Ispitivanja, kojima se došlo do pomenutog podatka, vršena su na geoprostoru Republike Moldavije, gdje su u toku četrnaest godina praćene koncentracije srebro jodida u vazduhu i vodi. 
Na kraju ovog razmatranja može se zaključiti da ni u ekstremnim situacijama rada sistema zaštite od grada ne može doći do povećanja koncentracije AgJ i (Ag+) koje bi uzrokovale patološke promjene na živim organizmima, te se sa potpunom sigurnošću može tvrditi da su koncentracije srebro jodida koje se u aktivnostima protivgradne zaštite oslobađaju zanemarive. Sem toga, srebro-jodid, kao ni srebro, niti bilo koje jedinjenje srebra, nije uvršteno na liste atmosferskih polutanata relevantnih svjetskih organizacija (ERA, EEA, WHO). Emitovan srebro-jodid iz atmosfere će se kao nerastvorno jedinjenje taložiti na zemljište i na sedimente.

LITERATURA I IZVORI

  1. Dr Marko Milosavljević, Klimatologija, Naučna Knjiga, Beograd,1976.
  2. Dr Marko Milosavljević, Meteorlogija, Naučna knjiga, Beograd,1988.
  3. Dr Dušan Dukić, Klimatologija, Naučna knjiga, Beograd,1988.
  4. Prof.dr Berislav Makjanić, Osnove meteorologije, Sveučilište u Zagrebu, Zagreb,1967.
  5. C. Donald Ahrens, Meteorology today: an introduction to weather, climate, and the environment, Thomson Learning Academic Resource Center, Belmont, 2007.
  6. G.K.Sulakvelidze, Livnevыu osadki i grad, Gidrometeoizdat, Leningrad,1967.
  7. L.G.Kačurin,Fizičeskie osnovi vozdeйstviя na atmosfernыe processы, Gidrometeoizdat, Leningrad,1978
  8. Dr Mlađen Ćurić, Zoran Babić, Rajko Popović, Stimulacija padavina Republike Srpske, odnosno BiH, projektna studija, JODP PGZ RS, Beograd, avgust 2004
  9. Radonjić Živorad dipl.met., Pirotehnički sastavi kristalizirajućih reagensa koji se koriste u praksi protivgradne zaštite, Glasnik Protivgradne zaštite, br.23, Str 4-8., RHMZ SR Srbije, Beograd,1983.
  10. www. meteoradar.hit.bg/pbv_bme.html: Antihail rocket and hail suppression methodology used in Bulgaria
  11.  www. en.wikipedia.org/wiki/Cloud_seeding History/
  12. www. geofizika-journal.gfz.hr/Vol_08/Karacostas2.pdf: Theodore S. Karacostas:The Greek National Hail Suppression Program (NHSP)
  13. www.highbeam.com/doc/ Dessens, Jean : A physical evaluation of a hail suppression project with silver iodide ground burners in Southwestern France
  14. Dokumentacija i materijal, Protivgradna preventiva Republike Srpske, Gradiška