Что такое смерч и чем он опасен? Смерч: Неразгаданный феномен Как называется центр смерча.
Смерчем (в Америке это явление называют торнадо) называется довольно устойчивый атмосферный вихрь, чаще всего возникающий в грозовых облаках. Он визуализируется в виде тёмной воронки, часто спускающейся к поверхности земли. Скорость ветра в смерче развивается очень большая - даже в несильных вихрях она достигает 170 км/ч, а в некоторых торнадо категории F5 внутри бушует настоящий ураган - 500 км/ч. Такое природное явление способно принести немалые разрушения. Смерчи возникают в разных уголках планеты, но больше всего торнадо и смерчей возникает в США, в так называемой «аллее торнадо».
На протяжении истории человечества сильнейшие землетрясения не раз наносили людям колоссальный урон и были причиной огромного числа жертв среди населе...
1. Даулатпур-Сатурия, Бангладеш (1989 год)
Наибольшие разрушения и жертвы вызвал смерч, который обрушился на Бангладеш 26 апреля 1989 года. В этой стране смерчи почти так же часты, как и на североамериканском континенте. Диаметр смерча превышал 1,5 километра, он прошёл 80 километров по округу Маникгандж в центре страны. Города Сатурия и Даулатпур пострадали больше всего. Погибли 1300 человек, а 12000 получили ранения. Мощный воздушный вихрь с лёгкостью поднимал в воздух и уносил утлые постройки из беднейших районов городов. Часть населённых пунктов была полностью уничтожена, а без крова остались 80000 жителей.
2. Восточный Пакистан (ныне Бангладеш) (1969 год)
Эта драма разыгралась в 1969 году, когда Дакка с окружающими землями была ещё восточной частью Пакистана. Смерч обрушился на северо-восточные окраины Дакки, пройдясь по густонаселённым районам. В тот раз погибли 660 человек, а ещё 4000 получили ранения. В тот день по здешним местам прошли сразу два смерча. Удар второго пришёлся на область Камилла в районе Хомна Упазила и унёс жизни 223 человек. Оба смерча были следствием одного шторма, но после возникновения пошли по разным маршрутам.
3. Мадарганж-Мризапур, Бангладеш (1996 год)
В пропорциональном плане такое небольшое государство, как Бангладеш, вероятно, страдает от смерчей даже больше, чем Соединённые Штаты. А бедность населения оборачивается наибольшим урожаем жертв, который собирает здесь стихия. Как бы люди ни изучали это грозное природное явление, но в 1996 году оно снова взяла свою долю жертв. В этот раз погибли 700 бангладешцев, а разрушенными оказались около 80000 их домов.
4. «Торнадо трёх штатов», США (1925 год)
Долгое время этот торнадо прошедший по США в первой четверти прошлого века считался самым разрушительным. Его траектория пролегла 18 марта по территории сразу трёх штатов - Миссури, Индианы и Иллинойса. По шкале Фудзиты ему была присвоена наивысшая категория F5. 50000 американцев остались без жилья, свыше 2000 было ранено, а погибло 695 человек. Больше всего людей погибло на юге Иллинойса, а иные города были полностью разрушены ветром. Торнадо свирепствовал 3,5 часа, перемещаясь из штата в штат со скоростью около 100 км/ч.
В то время не было ни телевидения, ни интернета, как и специальных средств оповещения о приближении катастрофы, поэтому большинство людей было застигнуто ею врасплох. По рассказам очевидцев диаметр воронки смерча достигал полутора километров. Стихия причинила ущерб на 16,5 миллиона тогдашних долларов (сейчас это было бы свыше 200 миллионов). В этот трагический день по 7 штатам Америки бесчинствовали 9 торнадо, от которых в общей сложности за день погибло 747 жителей.
5. Ла-Валетта, Мальта (1961 или 1965 год)
Казалось бы, такому далёкому от подобных сюрпризов природы острову, как Мальта в прошлом веке также пришлось испытать мощь разгневанной природы на себе. Зародился этот вихрь над поверхностью Средиземного моря, после чего направился в сторону острова. Потопив и поломав в бухте Гранд-Харбор большую часть судов, он вышел на сушу, где смог забрать жизни свыше 600 мальтийцев. Самое удивительное, что точную дату этой катастрофы очевидцы указывают по-разному: у одних она случилась в 1961 году, а у других - в 1965. Хотя наверняка в газетах того времени о ней писали.
Под опасными природными явлениями подразумеваются экстремальные климатические либо метеорологические явления, происходящие естественным путём в той ил...
6. Сицилия, Италия (1851 год)
Зато этот гораздо более старый смерч упоминается во многих хрониках, он до сих пор привлекает внимание метеорологов, и историков. Точный подсчёт жертв тогда не вёлся, но их было никак не меньше 600 человек. Предполагается, что свою колоссальную разрушительную мощь смерч приобрёл, когда на сушу вышли сразу два смерча и объединились в один. Хотя никаких доказательств история этому не оставила, поэтому это предположение так и останется гипотезой.
7. Нараил и Магура, Бангладеш (1964 год)
Ещё один смерч, произошедший в 1964 году в многострадальной Бангладеш, опустошил два города и семь деревень в придачу. Погибло примерно 500 человек, а ещё 1400 были объявлены пропавшими без вести. Несмотря на масштабность этой трагедии, информации о ней до мировой общественности дошло крайне мало.
8. Коморские острова (1951 год)
Побережье Африки также оказалось уязвимым для этой разновидности стихии. В 1951 году на Коморских островах разбушевался не на шутку гигантский смерч, забрав жизни более 500 островитян, а также путешественников из Франции. Могли ли последние предположить, что земной рай, куда они приехали, чтобы получить наслаждение, превратится в кромешный ад? В те годы острова находились под протекторатом Франции, которая решила не разглашать детали трагедии.
9. Гейнсвилл, штат Джорджия, и Тупело, штат Миссисипи, США (1936 год)
Мощный торнадо, получивший в Гейнсвилле категорию F5, а в Тупело - F4, в прямом и переносном смысле унёс жизни примерно 450 человек, а точное их количество так и не удалось установить. Вначале стихия ударила по городу Тупело - произошло это 5 апреля 1936 года. Там погибли минимум 203 жителя и ещё 1600 получили повреждения разной степени тяжести. Точных цифр по жертвам нет, но поскольку в то время газеты не принимали во внимание жертвы среди негритянского населения, то наверняка они были намного больше.
Миру повезло, что в этом кромешном аду выжил один годовалый ребёнок, которого мы потом узнали под именем Элвис Пресли. Уже на следующий день миновавший Алабаму торнадо набросился на город Гейнсвилл, находящийся в Джорджии. От удара стихии особенно пострадала фабрика «Купер Пэнтс» - погибло 70 её работников, а ещё 40 так и не удалось обнаружить и поэтому они попали в разряд пропавших без вести. Всего же в этом городе смерть постигла 216 человек, а штат насчитал убытков на 13 миллионов долларов (сегодня было бы 200 миллионов). В начале того апреля многочисленные торнадо разной силы обрушились на 6 различных штатов: Арканзас, Алабаму, Миссисипи, Джорджию, Теннеси и Северную Каролину.
Русского человека сложно чем-либо напугать, в особенности плохими дорогами. Даже безопасные трассы уносят в год тысячи жизней, что уж говорить о тех а...
10. Янцзы, Китай (2015 год)
В последние десятилетия люди научились довольно точно предсказывать появление сильных смерчей, стали строить защитные сооружения в опасных районах, поэтому в случае угрозы прихода смерча люди могут быстро эвакуироваться. Но даже все эти меры предосторожности не помогли китайцам в 2015 году, когда на мирный речной круизный корабль внезапно с небес обрушился смерч. Погибли 442 человека, но вовремя предупреждённые другие корабли избежали беды.
Из перечисленных случаев становится совершенно ясно, насколько такое впечатляющее природное явление, как смерч, может быть смертоносно и разрушительно.
Смерч представляет собой вихрь, который состоит из воздуха, пыли, песка. Вся эта масса вращается с огромной скоростью и поднимается от земли к облаку, соединяя их друг с другом. Визуально смерч похож на хобот.
Образование воронки
Говорят, что нет такой точки на Земле, где бы ни мог образоваться смерч, за долгие годы наблюдений, ученые фиксировали воронки на всех континентах, во всех климатических зонах. Смерчи могут появиться и , и над сушей. Особенно часты они во время жаркой и влажной погоды. Причем наличие облаков далеко не обязательно, часто рождение смерчей наблюдалось при ясном небе, хотя грозы и ливни - спутники смерча.
По сути, смерч - это насос, который засасывает в себя и поднимает в облако различные предметы, порой очень даже громоздкие. И переносит их на многие километры.
Смерч состоит из воронки (вихрь, движущийся по спирали) и стенок (воздух внутри стенок движется порой со скоростью до 250 метров в секунду). Как раз в стенках и поднимаются вверх предметы, а порой и животные, подхваченные .
Рождение воронки не изучено окончательно, считается, что возникает она во время столкновения встречных , одни их которых влажный и холодный, а второй – сухой и горячий. Один оказывается тяжелее, он ложится внутрь будущей воронки, а второй – легче, он окутывает нижний. В результате этого создается движение менее прогретых воздушных масс от периферии к центру, образуется неоднородный столб, который из-за постоянного вращения земного шара тоже закручиватся.
Для образования смерча хватает, как правило, нескольких минут. Стоит заметить, что и его ограничивается минутами, но наблюдателям известны случаи, когда смерч «жил» несколько часов, нанося неповторимый разрушительный удар.
Путь смерча величина не однозначная - от 20-40 метров до нескольких сотен километров. Причем наличие на пути воронки лесов, озер, холмов и гор не является преградой.
Аномалия и ее поведение
Характерны для этой природной аномалии даже прыжки: смерч какое-то время движется по земле, затем поднимается в воздух и летит без соприкосновения с земной поверхностью. Потом снова соприкасается с землей, и именно в этот момент случаются самые страшные разрушения. В смерч попадают не только мелкие предметы, но и животные, машины, дома и даже люди.
В России при наблюдении за смерчами были выделены районы и области, в которых зафиксировано их наиболее частое появление: Поволжье, Урал, Сибирь, а так же побережье Черного, Азовского и Балтийских морей. Стоит заметить, что смерч, возникшей на море, зачастую переходит на сушу, при этом только наращивает свою силу. В среднем за 10 лет в России формируется 20-30 смерчей. Многие из них оставляют после себя ужасающие последствия. К примеру, смерч, возникший по Иваново, разрушил более 600 домов, 20 школ и детских садов, 600 дачных построек, погибло 20 человек, пострадало более 500.
Несмотря на усилия исследователей этого явления, предсказать время и место появления очередного смерча практически невозможно.
Откуда берутся эти "воздушные убийцы" и почему обладают такой чудовищной силой? До сих мор остаются необъяснимыми самые разные феномены, сопровождающие торнадо. Чего стоят, например, стёкла, без малейших трещин, пробитые галькой, или деревянные дома, пробитые насквозь досками.
Если случаи ещё как-то объясняются огромными скоростями по краям вихря, то как объяснить деревянные щепки, застрявшие в пробитых ими насквозь рельсах, или соломинки, воткнутые в бетонную стену, как иглы в подушку. Одними гиперзвуковыми скоростями объяснить такое трудно, и поэтому некоторые исследователи поговаривают о возможных пространственно-временных аномалиях внутри смерча.
Гигантский пылесосВ Северной Америке его называют просто и деловито - торнадо (от испанского tornado - вращающийся). На Руси у этого явления более эмоциональное название - смерч, вбирающее в себя большое разнообразие близких смыслов. Происходит оно от древнерусского слова «смърчь» (облако) и сродни таким однокоренным слонам, как «сумрак», «мрак», «морок» (нечто одуряющее, помрачающее рассудок), «мерячение» (состояние изменённого сознания, массовый психоз)... Все эти слова как нельзя точно подходят грозному природному явлению. Вот леденящие душу воспоминания одного из моряков, пережившего встречу с ним:
«Пароход «Даймонд» заканчивал погрузку, когда послышался чей-то испуганный крик:
- Смерч! Смотрите, смерч!
Смерч находился уже не далее чем в полукилометре от нас. Формой он был похож на перевёрнутую воронку, горло которой соединялось с такой же воронкой, спускавшейся с тяжёлых облаков. Он непрерывно менял свою форму, то раздуваясь, то сужаясь, и несся прямо на нас. Море клокотало и пенилось у его основания, словно гигантская чаша с кипящей водой. Мы кинулись на корму, чтобы спуститься в лодки, но вихрь, изменив направление, промчался вдоль борта парохода, захватил в свой водоворот нагруженную людьми шлюпку, отступил на мгновение и снова двинулся на нас.
Он потопил вторую лодку, а с третьей поиграл, как кошка с мышью, заполнил её водой и отправил на дно. Потом произошло непонятное. Смерч устремился вверх. Вместо оглушительного грохота клокочущей воды послышалось раздирающее уши шипение. Под крутящимся столбом стала вздыматься водяная гора, «Даймонд» накренился на левую сторону, черпая воду бортом. Вдруг страшная колонна разорвалась, море выровнялось, и смерч исчез, словно мы видели его во сне..."
В России смерчи не так часты, как в Америке, но последствия их тоже впечатляют.
Так, легендарный московский смерч 1904 года помнят уже более ста лет. В жаркий летний день 29 июня в 17 часов из тёмного грозового облака высотой около 11 километров под вспышки молний и грохот грома на южное Подмосковье свесилась серая остроконечная воронка. Навстречу ей поднялся столб пыли, и вскоре концы обеих воронок соединились. Колонна смерча разрослась до полукилометра в ширину и двинулась на Москву. По пути она зацепила деревню Шашино: в небо взлетели избы, вокруг воздушного столба с бешеной скоростью летали обломки построек и куски деревьев.
А в нескольких километрах западнее этого вихря, вдоль железной дороги через Климовск и Подольск, на север продвигался второй - так называемый «братский» смерч. Вскоре оба врезались в московские районы, широкой полосой пройдя через Лефортово, Сокольники, Басманную улицу, Мытищи... Кромешная мгла сопровождалась страшным шумом, рёвом, свистом, молниями и небывало крупным градом - до 600 граммов весом. Прямое попадание таких градин убивало людей и животных, ломало толстые ветви деревьев...
Одна из пожарных команд приняла смерч за столб дыма и поспешила на тушение пожара. Но смерч в секунды раскидал людей и лошадей, разбил в щепки пожарные бочки и направился к Яузе и Москве-реке. Вода сначала вскипела и забурлила, как в котле. А затем очевидцы наблюдали поистине библейскую картину: смерч высасывал из рек воду до самого дна, та не успевала смыкаться, и какое-то время виднелась траншея. В Лефортовском парке погибла роща столетних деревьев, пострадали старинный дворец и госпиталь. Сотни домов по пути смерча превратились в развалины.
Погибло более ста человек, сотни были ранены и покалечены. На Немецком рынке (район метро «Бауманская») смерч поднял в воздух полицейского, который «вознёсся в небо, а затем, раздетый и избитый градом, упал на землю» в двухстах саженях от рынка. А железнодорожная будка с обходчиком, пролетев 40 метров, рухнула на железнодорожное полотно. Чудом обходчик остался жив... Любопытно, что разгул стихии продолжался в Лефортове всего две минуты.
В этом нет ничего удивительного: подобные бешеные вихри живут недолго, иногда до получаса, но изредка появляются и долгожители. Таким рекордсменом-убийцей считается Мэттунский смерч 1917 года. Он прожил 7 часов 20 минут, преодолев за это время 500 километров и убив 110 человек. Увы, такие жертвы - не исключение. Ежегодно от торнадо погибает от двухсот до шестисот человек. Материальный ущерб от смерчей - сотни миллионов долларов.
Рождение «воздушных убийц»
Откуда берутся эти «воздушные убийцы» и почему обладают такой чудовищной силой? Учёные имеют неплохое представление о причинах зарождения смерчей. Но точно прогнозировать их характеристики наука ещё не умеет. Трудности - в отсутствии реальных измерений внутри торнадо. Сейчас американские учёные (а в США смерчи возникают примерно в 50 раз чаще, чем в Европе) ломают голову, как создать бронированную передвижную лабораторию, достаточно манёвренную, чтобы нагнать торнадо, и в то же время настолько тяжёлую, чтобы смерч не мог унести её.
Пока наука располагает лишь общими сведениями о торнадо. Например, известно, что типичный смерч чаще всего зарождается в грозовом облаке, а затем спускается вниз в виде длинного, в несколько сотен метров, «хобота», внутри которого быстро вращается воздух. Видимая часть торнадо иногда достигает полутора километров в высоту. На самом же деле смерч может быть раза в два выше, просто его верхняя часть скрыта нижним слоем облаков.
Но нередко смерч рождается и при абсолютно безоблачной жаркой погоде. Нагретый от земли воздух восходящим потоком устремляется вверх, создавая внизу, около земли, зону пониженного давления. Над некоторыми, более нагретыми местами земли такой восходящий поток, а значит, и разрежение воздуха сильнее. В эту зону пониженного давления, в «око» будущего торнадо, со всех сторон устремляется тёплый воздух. Поднимаясь вверх, он закручивается (в Северном полушарии, как правило, против часовой стрелки), создавая воздушную воронку. Нечто подобное, только направленное вниз, мы наблюдаем, открыв пробку в наполненной водой ванне или раковине. Сначала вода просто устремляется вниз, но вскоре вокруг отверстия возникает воронка вращающейся воды.
Вращающаяся воронка действует как сепаратор: центробежные силы оттесняют из центра на периферию более тяжёлый влажный воздух, который создаёт плотные стенки воронки. Их плотность в 5-6 раз больше, чем у обычного воздуха, а масса воды в них во много раз больше массы воздуха. Смерч средней силы - с диаметром воронки 200 метров - имеет толщину стенок порядка 20 метров и массу воды в них до 300 тысяч тонн.
Вот впечатления чудом спасшегося армейского капитана Роя С. Холла из штата Техас, который 3 мая 1943 года со своей семьёй побывал в центре подобной воронки.
«Изнутри, - вспоминал Холл, - она выглядела как непрозрачная, с гладкой поверхностью стена толщиной около четырёх метров, окружавшая колоннообразную полость. Она напоминала внутренность эмалированного стояка и простиралась вверх более чем на триста метров, слегка покачивалась и медленно выгибалась на юго-восток. Внизу, у дна, судя по кругу передо мной, воронка составляла около
50 метров в поперечнике. Выше она расширялась и была частично заполнена ярким облаком, мерцавшим, как люминесцентная лампа». Когда вращающаяся воронка качнулась, Холл увидел, что вся колонна как будто составлена из множества огромных колец, каждое из которых двигалось независимо от остальных и вызывало волну, пробегавшую сверху донизу. Когда гребень каждой волны достигал дна, вершина воронки издавала звук, напоминавший щёлканье бича. Холл в ужасе наблюдал, как торнадо буквально в клочья разорвал соседский дом. По словам Холла, «дом будто растворялся, разные его части уносились влево, словно искры от наждачного круга».
Недавно выяснился ещё один интересный факт: оказывается, торнадо и смерчи - не просто воздушные воронки, они состоят из огромного количества более мелких смерчей. Это чем-то напоминает толстый перекрученный корабельный трос, сплетённый из нескольких тросов поменьше, которые, в свою очередь, состоят из ещё меньших - вплоть до элементарных нитей.
Опасные проделки
Движутся торнадо обычно по ветру со скоростью автомобиля - от 20 до 100 километров в час. Граница зоны опустошения может быть очень резкой: иногда на расстоянии всего нескольких десятков метров от неё стоит почти полный штиль.
В отдельных случаях скорость вихря на периферии воронки достигает 300-500 километров в час, а иногда, по косвенным оценкам, может даже превышать скорость звука - более 1300 км/ч. При таких колоссальных скоростях вращения центробежные силы создают внутри вихря сильное разрежение, иногда в несколько раз меньше атмосферного. Часто разница давлений внутри и снаружи смерча настолько велика, что закупоренные ёмкости, накрытые центром («оком») смерча, просто взрываются изнутри. Так разлетаются в клочья газовые баллоны, цистерны, баки, речные бакены...
Нередко, когда смерч целиком накрывает дом с запертыми дверями и закрытыми окнами, из-за огромной разницы внутреннего (обычного атмосферного) давления и пониженного наружного строение буквально лопается. Точно так же смерч иногда взрывает капитанские рубки на судах.
Добавим к этой картине шипение, пронзительный свист или ужасающий рёв - как будто одновременно работают десятки реактивных двигателей... Бывает, что вблизи смерча людей не только охватывает паника, но и появляются странные физиологические ощущения. Полагают, что их вызывают сильные ультра и инфра-звуковые волны, которые находятся за пределами слышимого диапазона.
Впрочем, со смерчами связано немало и курьёзных случаев. Так, 30 мая 1879 года так называемый «ирвингский смерч» во время церковной службы поднял на воздух деревянную церковь вместе с прихожанами. Перенеся её на четыре метра в сторону, смерч удалился. Прихожане отделались лёгким испугом. В Канзасе 9 октября 1913 года прошедший по небольшому саду смерч вырвал с корнем крупную яблоню и разорвал её на куски. А улей с пчёлами в метре от яблони остался невредим.
В штате Оклахома смерч унёс двухэтажный деревянный дом вместе с семьёй фермера, шутки ради оставив невредимой лестницу, которая когда-то вела на крыльцо дома. У старенького «форда», стоявшего рядом с домом, смерч вырвал два задних колеса, но кузов оставил целёхоньким, а стоявшая под деревом на столе керосиновая лампа продолжала как ни в чём не бывало гореть. Случалось, что куры и гуси, попавшие в зону смерча, взлетали высоко в воздух, а возвращались на землю уже ощипанными.
Истощив свою энергию, смерч расстаётся с тем, что успел в себя втянуть по пути следования. Сам он исчезнет, а гроза с ливнем сильно удивят. Вода из высосанного вихрем пруда или болотной речушки красноватого цвета может вернуться на землю в виде цветного дождя. Нередко выпадают дожди из рыбёшек, медуз, лягушек, черепах... А 17 июля 1940 года в деревне Мещёры Горьковской области во время грозы выпал дождь из старинных серебряных монет времён Ивана Грозного. Очевидно, они были извлечены из неглубокого клада, вскрытого и «похищенного» смерчем.
Запрячь торнадо!
Для чего учёные тратят столько сил на изучение смерчей и торнадо? Ну конечно, чтобы научиться предотвращать или хотя бы ослаблять их ярость. А кроме того, хочется понять, как и откуда смерчи получают колоссальную энергию, и, может быть, создать соответствующие технологии.
А энергия действительно гигантская. Самый обычный торнадо радиусом в километр и скоростью 70 метров в секунду по выделяемой энергии сравним с атомной бомбой. Мощность потока в смерче порой достигает 30 гигаватт, что в два раза больше суммарной мощности двенадцати самых крупных гидроэлектростанций Волжско-Камского каскада. Конечно же, заманчиво освоить вихревые технологии для экологически чистого производства электроэнергии.
Но «запрячь» торнадо привлекательно и по другой причине. Теория смерча может помочь в создании принципиально новых типов устройств и приборов: от антигравитационных платформ и левитирующих устройств (так называемых лифтеров) до пылесосов, от погрузочно-разгрузочных устройств до хлопкоуборочных машин и тому подобной техники.
Огромная подъёмная сила внутри смерча подсказывает, что здесь лежат и интересные решения для авиации и космонавтики. Такие работы проводились ещё в Третьем рейхе. Основным идеологом их был австрийский изобретатель Виктор Ша-убергер (1885-1958), сделавший, пожалуй, самые фундаментальные открытия XX столетия и своей вихревой теорией открывший человечеству совершенно новые источники энергии. Он обнаружил, что вихревой поток при определённых условиях становится самоподдерживающимся, то есть для его формирования больше не нужна внешняя энергия. Энергию вихря можно использовать как для выработки электроэнергии, так и для создания подъёмной силы в летательных аппаратах.
Учёный был заключён нацистами в концентрационный лагерь, где был принуждён работать над проектом летающего диска, использовавшего его вихревой двигатель - так называемый левитатор Repulsine. Небольшой, величиной не многим больше сегодняшнего бытового пылесоса, аппарат, по оценке специалистов, создавал вертикальную тягу не меньше тонны. Опытный образец «летающей тарелки» был изготовлен и даже прошёл лётные испытания. Но запустить его в серийное производство гитлеровцы не успели, и дискообразный летательный аппарат в конце войны был уничтожен.
Переправленный после войны в США, Шаубергер восстанавливать свой двигатель для американских поенных отказался наотрез. Он верил, что его открытия послужат мирным и благородным целям. В 1958 году один американский концерн обманным путём получил у Шаубергера, не владевшего английским языком, подпись под документом, в котором тот завещал все свои записи, аппараты и права на них этому концерну. По договору Шаубергеру запрещалось проводить дальнейшие исследования. Узнав о чудовищном обмане, великий изобретатель вернулся в Австрию, где через пять дней в полном отчаянии умер. Никаких сведений об использовании его изобретений завладевшим ими концерном до сих пор нет.
Несмотря на некоторый прогресс в изучении смерчей, то немногое, что знают учёные об этом феномене, иногда не согласуется ни с какой логикой.
Почему, например, часть громадной энергии многокилометрового грозового облака вдруг концентрируется на небольшой площади воздушного вихря? Какими силами поддерживается встречное течение воздуха внутри «хобота» - по его оси вверх, а на периферии - вниз? Почему столб имеет такую резкую внешнюю границу? Что придаёт воронке смерча стремительное вращение и чудовищную разрушительную силу? Откуда смерч черпает энергию, позволяющую ему существовать, не ослабевая, по нескольку часов?
Когда-то капитаны кораблей старались избежать опасной встречи с морским смерчем, стреляя в приближающийся водяной столб из пушек. Иногда это помогало, и от удара ядра вихрь распадался, не причинив вреда кораблю. Сегодня расстреливают с самолёта место примыкания уже появившегося «хобота» к облаку. Иногда это помогает: опасный вихрь отрывается от облака и распадается. А ещё обрабатывают специальными. реагентами потенциальные источники торнадо - материнские облака, вызывая конденсацию влаги и выпадение дождя.
И всё же гарантированных способов предотвратить торнадо учёные не знают. А потому ещё долго грозные «вальсирующие дьяволы» будут совершать свой разрушительный танец, наводя страх и неся с собой гибель и разрушения.
Виталий Правдивцев
СМЕРЧИ И ТОРНАДО. Смерч (синонимы – торнадо, тромб, мезо-ураган) – это очень сильный вращающийся вихрь с размерами по горизонтали менее 50 км и по вертикали менее 10 км, обладающий ураганными скоростями ветра более 33 м/с. Энергия типичного смерча радиусом 1 км и средней скоростью 70 м/с, по оценкам С.А.Арсеньева, А.Ю.Губаря и В.Н.Николаевского, равна энергии эталонной атомной бомбы в 20 килотонн тротила, подобной первой атомной бомбе, взорванной США во время испытаний «Тринити» в Нью-Мексико 16 июля 1945. Форма смерчей может быть многообразной – колонна, конус, бокал, бочка, бичеподобная веревка, песочные часы, рога «дьявола» и т.п., но чаще всего смерчи имеют форму вращающегося хобота, трубы или воронки, свисающей из материнского облака (отсюда и их названия: tromb- по французски труба и tornado – по испански вращающийся). Ниже на фотографиях показаны три смерча в США: в форме хобота, колонны и столба в момент касания ими поверхности земли, покрытой травой (вторичное облако в виде каскада пыли вблизи поверхности земли не образуется). Вращение в смерчах происходит против часовой стрелки, как и в циклонах северного полушария Земли.
В физике атмосферы смерчи относят к мезо-масштабным циклонам и их нужно отличать от синоптических циклонов средних широт (с размерами 1500–2000 км) и тропических циклонов (с размерами 300–700 км). Мезо-масштабные циклоны (от греческого meso – промежуточный) относятся к середине диапазона между турбулентными вихрями с размерами порядка 1000 м и менее и тропическими циклонами, образующимися в зоне конвергенции (схождения) пассатов на 5-ом градусе северной широты и выше, вплоть до 30-го градуса широты. В некоторых тропических циклонах ветер достигает ураганной скорости 33 м/с и более (до 100 м/c) и тогда они превращаются в тайфуны Тихого океана, ураганы Атлантики или вилли-вилли Австралии.
Тайфун – китайское слово, оно переводится как «ветер, который бьет». Ураган – это транслитерированное в русский язык английское слово hurricane . В больших синоптических циклонах средних широт ветер достигает штормовой скорости (от 15 до 33 м/с), но иногда и здесь он может стать ураганным, т.е. превысить предел 33 м/с. Синоптические циклоны образуются на зональном атмосферном течении, направленном в тропосфере средних широт северного полушария с запада на восток, как очень большие планетарные волны с размером, сравнимым с радиусом Земли (6378 км – экваториальный радиус). Планетарные волны возникают на вращающейся, сферической Земле и на других планетах (например, на Юпитере) под действием изменения силы Кориолиса с широтой и (или) неоднородного рельефа (орографии) подстилающей поверхности. Первыми важность планетарных волн для прогноза погоды осознали в 1930-х советские ученые Е.Н.Блинова и И.А.Кибель, а также американский ученый К.Россби, поэтому планетарные волны иногда называют волнами Блиновой – Россби.
Смерчи часто образуются на тропосферных фронтах – границах раздела в нижнем 10-километровом слое атмосферы, которые отделяют воздушные массы с различными скоростями ветра, температурой и влажностью воздуха. В области холодного фронта (холодный воздух натекает на теплый) атмосфера особенно неустойчива и формирует в материнском облаке смерча и ниже него множество быстро вращающихся турбулентных вихрей. Сильные холодные фронты образуются в весенне-летний и осенний период. Они отделяют, например, холодный и сухой воздух из Канады от теплого и влажного воздуха из Мексиканского залива или из Атлантического (Тихого) океана над территорией США. Известны случаи возникновения небольших смерчей в ясную погоду при отсутствии облаков над перегретой поверхностью пустыни или океана. Они могут быть совершенно прозрачными и лишь нижняя часть, запыленная песком или водой, делает их видимыми.
Наблюдаются смерчи и на других планетах Солнечной системы, например на Нептуне и Юпитере. М.Ф.Иванов, Ф.Ф.Каменец, А.М.Пухов и В.Е.Фортов изучали образование торнадо-подобных вихревых структур в атмосфере Юпитера при падении на него осколков кометы Шумейкера – Леви. На Марсе сильные смерчи возникнуть не могут из-за разреженности атмосферы и очень низкого давления. Наоборот, на Венере вероятность возникновения мощных торнадо велика, так как она имеет плотную атмосферу, открытую в 1761 М.В.Ломоносовым . К сожалению, на Венере сплошной облачный слой толщиной около 20 км скрывает ее нижние слои для наблюдателей, находящихся на Земле. Советские автоматические станции (АМС) типа Венера и американские АМС типа Пионер и Маринер обнаружили на этой планете в облаках ветер до 100м/с при плотности воздуха, в 50 раз превышающей плотность воздуха на Земле на уровне моря, однако смерчей они не наблюдали. Впрочем время пребывания АМС на Венере было кратким и можно ожидать сообщений о смерчах на Венере в будущем. Вероятно, смерчи на Венере возникают в зоне границы, отделяющей темную холодную сторону очень медленно вращающейся планеты от освещенной и нагретой Солнцем стороны. В пользу этого предположения говорит открытие на Венере и Юпитере грозовых молний, обычных спутников смерчей и торнадо на Земле.
Смерчи и торнадо надо отличать от образующихся на атмосферных фронтах шквальных бурь, характеризующихся быстрым (в течение 15 минут) возрастанием скорости ветра до 33 м/с и затем ее убыванием до 1–2 м/с (также в течении 15 минут). Шквальные бури ломают деревья в лесу, могут разрушить легкое строение, а на море могут даже потопить корабль. 19 сентября 1893 броненосец «Русалка» на Балтийском море был опрокинут шквалом и сразу же затонул. Погибло 178 человек экипажа. Некоторые шквальные бури, возникшие на холодном фронте, достигают стадии смерча, но обычно они слабее и не образуют воздушных воронок.
Давление воздуха в циклонах понижено, но в смерчах падение давления может быть очень сильным, до 666 мбар при нормальном атмосферном давлении 1013,25 мбар. Масса воздуха в торнадо вращается вокруг общего центра («глаза бури», где наблюдается затишье) и средняя скорость ветра может достигать 200 м/c , вызывая катастрофические разрушения, часто с человеческими жертвами. Внутри торнадо есть более мелкие турбулентные вихри, которые вращаются со скоростью, превышающей скорость звука (320 м/с). С гиперзвуковыми турбулентными вихрями связаны самые злые и жестокие проделки смерчей и торнадо, которые разрывают людей и животных на части или сдирают с них кожу и шкуру. Пониженное давление внутри смерчей и торнадо создает «эффект насоса», т.е. втягивания окружающего воздуха, воды, пыли и предметов, людей и животных внутрь тромба. Этот же эффект приводит к подъему и взрыву домов, попадающих в депрессионную воронку.
Классической страной торнадо является США. Например, в 1990 в США зарегистрировано 1100 разрушительных смерчей. Торнадо 24 сентября 2001 над футбольным стадионом в Колледж парке в Вашингтоне вызвало 3 смерти, ранило несколько человек и вызвало многочисленные разрушения на своем пути. Свыше 22 000 человек осталось без электричества.
В России наибольшую известность получили московские смерчи 1904 года, описанные в столичных журнальных и газетных публикациях как свидетельства многочисленных очевидцев. Они содержат все основные черты типичных смерчей русской равнины, наблюдающихся и в других ее частях (Тверская, Курская, Ярославская, Костромская, Тамбовская, Ростовская и другие области).
29 июня 1904 над центральной европейской частью России проходил обычный синоптический циклон. В правом сегменте циклона возникло очень большое кучево-дождевое облако с высотой 11 км. Оно вышло из Тульской губернии, прошло Московскую и ушло в Ярославскую. Ширина облака была 15–20 км судя по ширине полосы дождя и града. Когда облако проходило над окраиной Москвы, на нижней его поверхности наблюдали возникновение и исчезновение смерчевых воронок. Направление движения облака совпадало с движением воздуха в синоптических циклонах (против часовой стрелки, то есть в данном случае с юга-востока на северо-запад). На нижней поверхности грозовой тучи небольшие, светлые облака быстро и хаотично двигались в разные стороны. Постепенно, на беспорядочные, турбулентные движения воздуха налагалось упорядоченное среднее движение в виде вращения вокруг общего центра и вдруг из облака свесилась серая остроконечная воронка. которая не достигла поверхности Земли и была втянута обратно в облако. Через несколько минут после этого, рядом возникла другая воронка, которая быстро увеличивалась в размерах и отвисала к Земле. Навстречу ей поднялся столб пыли, становившийся все выше и выше. Еще немного и концы обоих воронок соединились, колонна смерча по направлению движения облака, она расширялась вверх и становилась все шире и шире. В воздух полетели избы, пространство вокруг воронки заполнилось обломками строений и сломанными деревьями. Западнее в нескольких километрах шла другая воронка, также сопровождавшаяся разрушениями.
Метеорологи начала 20 в. оценивали скорость ветра в Московских смерчах в 25 м/c, но прямых измерений скорости ветра не было, поэтому эта цифра ненадежна и должна быть увеличена в два-три раза, об этом свидетельствует характер повреждений, например изогнутая железная лестница, носившаяся по воздуху, сорванные крыши домов, поднятые в воздух люди и животные. Московские смерчи 1904 сопровождались темнотой, страшным шумом, ревом, свистом и молниями. Дождем и крупным градом (400–600 г). По данным ученых физико-астрономического института из смерчевого облака в Москве выпало 162 мм осадков
Особый интерес представляют турбулентные вихри внутри смерча, вращающиеся с большой скоростью, так что поверхность воды, например, в Яузе или в Люблинских прудах при прохождении смерча сначала вскипела и забурлила как в котле. Затем смерч всосал воду внутрь себя и дно водоема или реки обнажилось.
Хотя разрушительная сила московских смерчей была значительной и газеты пестрели самыми сильными прилагательными, нужно отметить, что по пятибалльной классификации японского ученого Т.Фуджита эти смерчи относятся к категории средних (F-2 и F-3). Наиболее сильные смерчи класса F-5 наблюдаются в США. Например, во время торнадо 2 сентября 1935 во Флориде скорость ветра достигала 500 км/час, а давление воздуха упало до 569 мм ртутного столба. Это торнадо убило 400 человек и вызвало полное разрушение построек в полосе шириной 15–20 км. Флориду не зря называют краем смерчей. Здесь с мая до середины октября смерчи появляются ежедневно. Например, в 1964 зарегистрировано 395 смерчей. Не все из них достигают поверхности Земли и вызывают разрушения.
Но некоторые, такие как торнадо 1935 года, поражают своей силой.
Подобные смерчи получают свои названия, например, торнадо Трех Штатов 18 марта 1925. Оно началось в штате Миссури, прошло по почти прямому пути через весь штат Иллинойс и закончилось в штате Индиана. Длительность смерча 3,5 часа, скорость движения 100 км/час, смерч прошел путь около 350 км. За исключением начальной стадии, торнадо везде не отрывалось от поверхности Земли и катилось по ней со скоростью курьерского поезда в виде черного, страшного, бешено вращающегося облака. На площади в 164 квадратной мили все было превращено в хаос. Общее число погибших – 695 человек, тяжело раненных – 2027 человек, убытки на сумму около 40 млн. долл., таковы итоги торнадо Трех Штатов.
Смерчи часто возникают группами по два, три, а иногда и более мезо-циклонов. Например, 3 апреля 1974 возникло более сотни смерчей, которые свирепствовали в 11 штатах США. Пострадало 24 тысячи семей, а нанесенный ущерб оценен в 70 млн. долл. В штате Кентукки один из смерчей уничтожил половину города Бранденбург, известны и другие случаи уничтожения смерчами небольших американских городов. Например, 30 мая 1879 два смерча, следовавшие один за другим с интервалом в 20 минут, уничтожили провинциальный городок Ирвинг с 300 жителями на севере штат Канзас. С Ирвингским торнадо связано одно из убедительных свидетельств огромной силы смерчей: стальной мост длиной 75 м через реку «Большая Голубая» был поднят в воздух и закручен как веревка. Остатки моста были превращены в плотный компактный сверток стальных перегородок, ферм и канатов, разорванных и изогнутых самым фантастическим образом. Этот факт подтверждает наличие гиперзвуковых вихрей внутри торнадо. Несомненно, что скорость ветра возросла при спуске с высокого и обрывистого берега реки. Метеорологам известен эффект усиления синоптических циклонов после прохождения горных цепей, например Уральских или Скандинавских гор. Наряду с Ирвингскими смерчами, 29 и 30 мая 1879 возникли два Дельфосских смерча западнее Ирвинга и смерч Ли к юго-востоку. Всего в эти два дня, которым предшествовала очень сухая и жаркая погода в Канзасе, возникло 9 смерчей.
В прошлом, смерчи США вызывали многочисленные жертвы, что было связано со слабой изученностью этого явления, сейчас число жертв от торнадо в США намного меньше – это результат деятельности ученых, метеорологической службы США и специального центра по предупреждению штормов, который находится в Оклахоме. Получив сообщение о приближении торнадо, благоразумные граждане США спускаются в подземные убежища и это спасает им жизнь. Впрочем встречаются и безумные люди или даже «охотники за торнадо», для которых это «хобби» иногда кончается гибелью. Смерч в городе Шатурш в Бангладеш 26 апреля 1989 попал в книгу рекордов Гиннеса как самый трагический за всю историю человечества. Жители этого города, получив предупреждение о надвигающемся смерче, проигнорировали его. В результате погибло 1300 человек.
Хотя многие качественные свойства смерчей к настоящему времени поняты, точная научная теория, позволяющая путем математических расчетов прогнозировать их характеристики, еще в полной мере не создана. Трудности обусловлены прежде всего отсутствием данных измерений физических величин внутри торнадо (средней скорости и направления ветра, давления и плотности воздуха, влажности, скорости и размеров восходящих и нисходящих потоков, температуры, размеров и скорости вращения турбулентных вихрей, их ориентации в пространстве, моментов инерции, моментов импульса и других характеристик движения в зависимости от пространственных координат и времени). В распоряжении ученых есть результаты фото и киносъемок, словесные описания очевидцев и следы деятельности торнадо, а также результаты радиолокационных наблюдений, но этого недостаточно. Торнадо либо обходит площадки с измерительными приборами, либо ломает и уносит аппаратуру с собой. Другая трудность состоит в том, что движение воздуха внутри торнадо существенно турбулентно. Математическое описание и расчет турбулентного хаоса – это сложнейшая и до сих пор в полной мере еще не решенная задача физики. Дифференциальные уравнения, описывающие мезо-метеорологические процессы, – нелинейные и, в отличие от линейных уравнений, имеют не одно, а много решений, из которых нужно выбрать физически значимое. Только к концу 20 в. ученые получили в свое распоряжение компьютеры, позволяющие решать задачи мезо-метеорологии, но и их памяти и быстродействия часто не хватает.
Теория торнадо и ураганов была предложена Арсеньевым, А.Ю.Губарем, В.Н.Николаевским. Согласно этой теории торнадо и смерчи возникают из тихого (скорость ветра порядка 1 м/с) мезо-антициклона (имеющегося, например, в нижней или боковой части грозового облака) с размером порядка 1 км, который заполнен (за исключением центральной области, где воздух покоится) быстро вращающимися турбулентными вихрями, образующимися в результате конвекции или неустойчивости атмосферных течений во фронтальных областях. При определенных значениях начальной энергии и момента импульса турбулентных вихрей на периферии материнского антициклона средняя скорость ветра начинает возрастать и меняет направление вращения, формируя циклон. С течение времени размеры формирующегося торнадо увеличиваются, центральная область («глаз бури») заполняется турбулентными вихрями, а радиус максимальных ветров смещается от периферии к центру торнадо. Давление воздуха в центре торнадо начинает падать, формируя типичную депрессионную воронку. Максимальная скорость ветра и минимальное давление в глазу бури достигается через 40 минут 1,1 сек после начала процесса образования торнадо. Для рассчитанного примера радиус максимальных ветров составляет 3 км при общем размере торнадо 6 км, максимальная скорость ветра равна 137 м/с, а наибольшая аномалия давления (разность между текущим давлением и нормальным атмосферным давлением) составляет – 250 мбар. В глазу торнадо, где средняя скорость ветра всегда равна нулю, турбулентные вихри достигают наибольших размеров и скорости вращения. После достижения максимальной скорости ветра торнадо начинает затухать, увеличивая свои размеры. Давление растет, средняя скорость ветра убывает, а турбулентные вихри вырождаются, так что их размеры и скорость вращения уменьшаются. Общее время существования торнадо для рассчитанного С.А.Арсеньевым, А.Ю.Губарем и В.Н.Николаевским примера составляет около двух часов.
Источником энергии, питающим торнадо являются сильно вращающиеся турбулентные вихри, присутствующие в первоначальном турбулентном потоке.
Фактически, в предложенной теории есть две термодинамическое подсистемы – подсистема А соответствует среднему движению, а подсистема В содержит турбулентные вихри. В расчетах не учитывалось поступление новых турбулентных вихрей в торнадо из окружающей среды (например, термиков – всплывающих вверх, вращающихся конвективных пузырей, образующихся на перегретой поверхности Земли), поэтому полная система А + В является замкнутой и суммарная кинетическая энергия всей системы со временем убывает из-за процессов молекулярного и турбулентного трения. Однако, каждая из подсистем является открытой по отношению к другой и между ними может происходить обмен энергией. Анализ показывает, что если значения параметров порядка (или, как их называют, критических чисел подобия, которых в теории пять) невелики, то среднее возмущение в виде начального антициклона не получает энергию от турбулентных вихрей и затухает под действием процессов диссипации (рассеяния энергии). Это решение соответствует термодинамической ветви – диссипация стремится уничтожить любое отклонение от состояния равновесия и заставляет термодинамическую систему вернуться к состоянию с максимальной энтропией, т.е. к покою (наступает состояние термодинамической смерти). Однако поскольку теория – нелинейна, то это решение не единственно и при достаточно больших значениях управляющих параметров порядка имеет место другое решение – движения в подсистеме А интенсифицируются и усиливаются за счет энергии подсистемы В. Возникает типичная диссипативная структура в виде торнадо, обладающая высокой степенью симметрии, но далекая от состояния термодинамического равновесия. Подобные структуры изучаются термодинамикой неравновесных процессов. Например, спиральные волны в химических реакциях, открытые и исследованные русскими учеными Б.Н.Белоусовым и А.М.Жаботинским. Другой пример – возникновение глобальных зональных течений в атмосфере Солнца. Они получают энергию от конвективных ячеек, имеющих намного меньшие масштабы. Конвекция на Солнце возникает из-за неравномерного нагрева по вертикали.
Нижние слоиатмосферы звезды нагреваются намного сильнее, чем верхние, которые охлаждаются из-за взаимодействия с космосом.
Полученные в расчетах цифры интересно сравнить с данными наблюдений Флоридского торнадо 1935 класса F-5, которое было описано Эрнстом Хемингуэем в памфлете Кто убил ветеранов войны во Флориде ?. Максимальная скорость ветра в этом торнадо оценивалась в 500 км/час, т.е. в 138,8 м/с. Минимальное давление, измеренное метеорологической станцией во Флориде, упало до 560 мм ртутного столба. Учитывая, что плотность ртути 13,596 г/см 3 и ускорение свободного падения 980,665 м/с 2 легко получить, что это падение соответствует значению 980,665·13,596·56,9 = 758,65 мбар. Аномалия же давления 758,65–1013,25 достигла –254,6 мбар. Как видно соответствие теории и наблюдений хорошее. Это согласие можно улучшить, слегка варьируя начальные условия, принятые при расчетах. Связь циклонов с понижением давления воздуха была отмечена еще в 1690 немецким ученым Г.В.Лейбницем . С тех пор барометр остается наиболее простым и надежным прибором для прогноза начала и конца торнадо и ураганов.
Предложенная теория позволяет правдоподобно рассчитывать и прогнозировать эволюцию смерчей, однако она выдвигает и немало новых проблем. Согласно этой теории, для возникновения торнадо нужны сильно вращающиеся турбулентные вихри, линейная скорость вращения которых иногда может превышать скорость звука. Существуют – ли прямые доказательства наличия гиперзвуковых вихрей, заполняющих возникающий смерч? Прямых измерений скоростей ветра в смерчах до сих пор нет и именно их должны получить будущие исследователи. Косвенные оценки максимальных скоростей ветра внутри торнадо дают положительный ответ на этот вопрос. Они получены специалистами по сопротивлению материалов на основании изучения изгиба и разрушений различных предметов, найденных в следе смерчей. Например, куриное яйцо было пробито сухим бобом так, что скорлупа яйца вокруг пробоины осталась невредимой, как и при прохождении револьверной пули. Часто наблюдаются случаи, когда мелкие гальки проходят через стекла, не повреждая их вокруг пробоины. Документально зафиксированы многочисленные факты пробивания летящими досками деревянных стен домов, других досок, деревьев или даже железных листов. Никакое хрупкое разрушение при этом не наблюдается. Втыкаются, как иглы в подушку, соломинки или обломки деревьев в различные деревянные предметы (в щепки, кору, деревья, доски). На фото показана нижняя часть материнского облака, из которого формируется торнадо. Как видно, она заполнена вращающимися цилиндрическими турбулентными вихрями.
Большие турбулентные вихри имеют размеры немногим меньшие, чем общий размер торнадо, но они могут дробиться, увеличивая скорость вращения за счет уменьшения своих размеров (как фигурист на льду увеличивает скорость вращения, прижимая руки к телу). Огромная центробежная сила выбрасывает из гиперзвуковых турбулентных вихрей воздух и внутри них возникает область очень низкого давления. Много в смерчах и молний.
Разряды статического электричества постоянно возникают из-за трения быстро движущихся частиц воздуха друг о друга и происходящей вследствие этого электризации воздуха.
Турбулентные вихри, также как и сам смерч, обладают очень большой силой и могут поднимать тяжелые предметы. Например, смерч 23 августа 1953 года в городе Ростове Ярославской области поднял и отбросил в сторону на 12 м раму от грузового автомобиля весом более тонны. Уже упоминался инцидент со стальным мостом длиной 75 м скрученным в плотный сверток. Смерчи ломают деревья и телеграфные столбы как спички, срывают с фундаментов и затем в клочки разрывают дома, опрокидывают поезда, срезают грунт с поверхностных слоев Земли и могут полностью высосать колодец, небольшой участок реки или океана, пруд или озеро, поэтому после смерчей иногда наблюдаются дожди из рыб, лягушек, медуз, устриц, черепах и других обитателей водной среды. 17 июля 1940 в деревне Мещеры Горьковской области во время грозы выпал дождь из старинных серебряных монет 16 в. Очевидно, что они были извлечены из клада, зарытого неглубоко в землю и вскрытого смерчем. Турбулентные вихри и нисходящие потоки воздуха в центральной области смерча вдавливают в землю людей, животных, различные предметы, растения. Новосибирский ученый Л.Н.Гутман показал, что в самом центре смерча может существовать очень узкая и сильная струя воздуха, направленная вниз, а на периферии смерча вертикальная составляющая средней скорости ветра направлена вверх.
С турбулентными вихрями связаны и другие физические явления, сопровождающие смерчи. Генерация звука, слышимого как шипение, свист или грохот, обычна для этого явления природы. Свидетели отмечают, что в непосредственной близости от смерча сила звука ужасна, но при удалении от смерча она быстро убывает. Это означает, что в смерчах турбулентные вихри генерируют звук высокой частоты, быстро затухающий с расстоянием, т.к. коэффициент поглощения звуковых волн в воздухе обратно пропорционален квадрату частоты и растет при ее увеличении. Вполне возможно, что сильные звуковые волны в смерче частично выходят за частотный диапазон слышимости человеческого уха (от 16 гц до 16 кгц), т.е. являются ультразвуком или инфразвуком. Измерения звуковых волн в торнадо отсутствуют, хотя теория порождения звука турбулентными вихрями была создана английским ученым М.Лайтхиллом в 1950-х.
Смерчи также генерируют сильные электромагнитные поля и сопровождаются молниями. Шаровые молнии в смерчах наблюдались неоднократно. Одна из теорий шаровой молнии была предложена П.Л.Капицей в 1950-х в ходе экспериментов по изучению электронных свойств разреженных газов, находящихся в сильных электромагнитных полях сверхвысокого частотного (СВЧ) диапазона. В смерчах наблюдаются не только светящиеся шары, но и светящиеся облака, пятна, вращающиеся полосы, а иногда и кольца. Временами светится вся нижняя граница материнского облака. Интересны описания световых явлений в смерчах, собранные американскими учеными Б.Вонненгутом и Дж.Мейером в 1968 «Огненные шары…Молнии в воронке…Желтовато-белая, яркая поверхность воронки…Непрерывные сияния…Колонна огня… Светящиеся облака… Зеленоватый блеск…Светящаяся колонна…Блеск в форме кольца…Яркое светящееся облако цвета пламени…Вращающаяся полоса темно-синего цвета…Бледно-голубые туманные полосы… Кирпично-красное сияние…Вращающееся световое колесо… Взрывающиеся огненные шары…Огненный поток…Светящиеся пятна…». Очевидно, что свечения внутри смерча связаны с турбулентными вихрями разной формы и размеров. Иногда светиться желтым светом весь смерч. Светящиеся колонны двух смерчей наблюдались 11 апреля 1965 в городе Толедо, штат Огайо. Американский ученый Г.Джонс в 1965 обнаружил импульсный генератор электромагнитных волн, видимый в смерче в виде светового круглого пятна голубого цвета. Генератор появляется за 30–90 минут до образования смерча и может служить прогностическим признаком.
Русский ученый Качурин Л.Г. исследовал в 70-х годах 20 в. основные характеристики радиоизлучения конвективных кучево-дождевых облаков, образующих грозы и торнадо. Исследования проводились на Кавказе с помощью самолетного радиолокатора в СВЧ диапазоне (0,1–300 мегагерц), сантиметровом, дециметровом и метровом диапазоне радиоволн. Было обнаружено, что СВЧ радиоизлучение возникает задолго до образования грозы. Предгрозовая, грозовая и послегрозовая стадии отличаются спектрами напряженности поля излучения, длительностью и частотой следования пакетов радиоволн. В сантиметровом диапазоне радиоволн, радар видит сигнал, отраженный от облаков и осадков. В метровом диапазоне отлично видны сигналы, отраженные от каналов сильных молний. В рекордно сильно грозе 2 июля 1976 в Аланской долине в Грузии наблюдалось до 135 молниевых разрядов в минуту. Увеличение масштабов грозовых разрядов происходило по мере уменьшения частоты их возникновения. В грозовом облаке постепенно образуются зоны с меньшей частотой разрядов, между которыми происходят наиболее крупные молнии. Л.Г.Качурин открыл явление «непрерывного разряда» в виде сплошной совокупности часто следующих импульсов (более 200 в минуту), амплитуда которых имеет практически неизменный уровень, в 4–5 раз меньший, чем амплитуды сигналов отраженных от молниевых разрядов. Это явление можно рассматривать как «генератора длинных искр», которые не развиваются в линейные молнии большого масштаба. Генератор имеет протяженность 4–6 км и медленно смещается, находясь в центре грозового облака – области максимальной грозовой деятельности. В результате этих исследований были выработаны методы оперативного определения стадий развития грозовых процессов и степени их опасности.
Сильные электромагнитные поля в торнадо-образующих облаках могут служить и для дистанционного отслеживания пути движения смерчей. М.А.Гохберг обнаружил вполне значимые электромагнитные возмущения в верхних слоях атмосферы (ионосфере), связанные с образованием и движением торнадо. С.А.Арсеньев исследовал величину магнитного трения в смерчах и высказал идею подавления торнадо методом запыления материнского облака специальными ферромагнитными опилками. В результате величина магнитного трения может стать очень большой и скорость ветра в торнадо должна уменьшиться. Способы борьбы с торнадо в настоящее время находятся в стадии изучения.
Сергей Арсеньев
Литература:
Наливкин Д.В. Ураганы, бури, смерчи
. Л., Наука, 1969
Вихревая неустойчивость и возникновение смерчей и торнадо
. Вестник Московского Государственного университета. Серия 3. Физики и астрономия. 2000, № 1
Арсеньев С.А., Николаевский В.Н. Рождение и эволюция торнадо, ураганов и тайфунов
. Российская Академия Естественных Наук. Известия секции наук о Земле. 2003, Выпуск 10
Арсеньев С.А., Губарь А.Ю., Николаевский В.Н. Самоорганизация торнадо и ураганов в атмосферных течениях с мезо-масштабными вихрями. Доклады Академии Наук
. 2004, т. 395, № 6
Смерч (синонимы — торнадо, тромб, мезо-ураган) — сильный вихрь, образующийся в жаркую погоду под хорошо развитым кучево-дождевым облаком и распространяющийся к поверхности земли или водоема в виде гигантского темного вращающегося столба или воронки.
Вихрь имеет вертикальную (или слегка наклоненную к горизонту) ось вращения, высота вихря составляет сотни метров (в ряде случаев 1-2 км), диаметр 10-30 м, время существования — от нескольких минут до часа и более.
Смерч проходит узкой полосой, так что непосредственно на метеостанции значительного усиления ветра может и не быть, но фактически внутри смерча скорость ветра достигает 20-30 м/с и более. Смерч чаще всего сопровождается ливневым дождем и грозой , иногда градом.
В центре смерча отмечается очень низкое давление, вследствие чего он засасывает в себя все, что встречается на пути, и может поднять воду, почву, отдельные предметы, постройки, перенося их иногда на значительные расстояния .
Возможности и способы прогнозировани
Смерч — явление, которое трудно спрогнозировать. Система мониторинга смерчей базируется на системе визуальных наблюдений сетью станций и постов, что практически позволяет определить только азимут перемещения смерча .
Техническими средствами, позволяющими иногда обнаружить смерчи, являются метеорологические радиолокаторы. Однако обычный радиолокатор не в состоянии установить наличие смерча, поскольку размеры смерча слишком малы. Случаи обнаружения смерчей обычными радиолокаторами отмечались лишь на очень близком расстоянии. Большую помощь радиолокатор может оказать при слежении за смерчем.
Когда на экране радиолокатора можно выделить радиоэхо облака, связанное со смерчем, оказывается возможным за один — два часа предупредить о приближении смерча .
В оперативной работе ряда метеорологических служб используются доплеровские радиолокаторы .
Защита населения при ураганах, бурях, смерчах
По скорости распространения опасности ураганы, бури и смерчи, могут быть отнесены к чрезвычайным событиям с умеренной скоростью распространения, что позволяет осуществлять широкий комплекс предупредительных мероприятий как в период, предшествующий непосредственной угрозе возникновения, так и после их возникновения — до момента прямого воздействия.
Эти мероприятия по времени подразделяются на две группы: заблаговременные (предупредительные) мероприятия и работы; оперативные защитные мероприятия, проводимые после объявления неблагоприятного прогноза, непосредственно перед данным ураганом (бурей, смерчем).
Заблаговременные (предупредительные) мероприятия и работы осуществляются с целью предотвращения значительного ущерба задолго до начала воздействия урагана, бури и смерча и могут охватывать продолжительный отрезок времени.
К заблаговременным мероприятиям относятся: ограничение в землепользовании в районах частого прохождения ураганов, бурь и смерчей; ограничение в размещении объектов с опасными производствами; демонтаж некоторых устаревших или непрочных зданий и сооружений; укрепление производственных, жилых и иных зданий, и сооружений; проведение инженерно-технических мероприятий по снижению риска опасных производств в условиях сильного ветра, в т.ч. повышение физической стойкости хранилищ и оборудования с легковоспламеняющимися и другими опасными веществами; создание материально-технических резервов; подготовка населения и персонала спасательных служб.
К защитным мероприятиям, проводимым после получения штормового предупреждения, относят: прогнозирование пути прохождения и времени подхода к различным районам урагана (бури, смерча), а также его последствий; оперативное увеличение размеров материально-технического резерва, необходимого для ликвидации последствий урагана (бури, смерча); частичную эвакуацию населения; подготовку убежищ, подвалов и других заглубленных помещений для защиты населения; перемещение в прочные или заглубленные помещения уникального и особо ценного имущества; подготовку к восстановительным работам и мерам по жизнеобеспечению населения.
В России смерчи не часты. Наиболее известны московские смерчи 1904 года. Тогда 29 июня из грозового облака над окраиной Москвы спустилось несколько воронок, разрушивших большое количество зданий — как городских, так и деревенских. Смерчи сопровождались грозовыми явлениями — темнотой, громом и молниями.
Материал подготовлен на основе информации из открытых источников
