Одним из самых разрушительных явлений природы является торнадо. Как образуется сметающий всё на своём пути, до конца ещё не выяснили. Основной причиной его появления является столкновение потоков тёплого и холодного воздуха. Обычно торнадо образуется во время грозы, и сопровождается дождём либо градом. Бывают случаи, когда вихрь отгораживается пеленой дождя, и этот фактор делает такое явление ещё более опасным, так как делает невидимой воронку для глаз, и у людей остаётся всё меньше времени, чтобы скрыться от торнадо. Как образуется при этом невероятная угроза для жизни, долго объяснять не нужно.
При образовании торнадо температура воздуха резко понижается. Достаточно всего нескольких минут, чтобы это стало ощутимым. Вскоре можно наблюдать появление самого виновника "торжества" - торнадо. Как образуется при этом его "тело" - это ещё один интересный и пугающий процесс. С небес к земле начинает опускаться своеобразный хобот, который при достижении её поверхности превращается в смертельно опасное явление. К слову, торнадо может иметь самые разнообразные формы. Это может быть форма колонны, конуса, бокала, бочки либо бичеподобной верёвки. Кроме этого, торнадо может иметь вид либо так называемых "рогов дьявола" (это вихри, обладающие несколькими воронками), а также многие другие очертания. Однако чаще всего наблюдаемые подобные ураганы имеют вид вращающегося хобота, трубы либо воронки.
Скорость вращения воздушных масс внутри воронки может достигать 450 километров в час. Кроме того, торнадо "засасывает" в себя всё, что встречается на его пути. Опасным является и то, что воздух, который находится внутри воронки, опускается. А находящийся снаружи, наоборот, поднимается. Таким образом создаётся область сильно из-за которого предметы, наполненные газом, а иногда и жилые дома, могут попросту взорваться.
Места появления торнадо (как образуется это явление уже известно) могут быть различными. Но особенно "повезло" наблюдать такие вихри североамериканскому континенту. Наиболее всего подвержены "нападению" торнадо центральные штаты США; восточным штатам в этом смысле живётся легче. К примеру, штат Флорида приобрёл славу в качестве "края водяных смерчей". Вихри приходят сюда с моря практически каждый день.
Невероятной силой и мощью обладал также торнадо в Оклахоме, который "прогулялся" по территории штата 20 мая 2013 года. Диаметр воронки этого вихря составлял три километра, а внутри неё доходила до 320 километров в час. Этот смерч разрушил две школы, в которых в это время шли занятия, а также больницу.
Число пострадавших было просто огромным, а нанесённый материальный ущерб составил три миллиарда долларов. Этот торнадо 2013 года по шкале оценки силы получил максимальный уровень опасности - EF-5.
Следует отметить, что очень часто жертвами этих опасных явлений становятся так называемые "охотники на торнадо". Это отчаянные и смелые (или глупые?) люди, снимающие смерчи на максимально близком расстоянии. Бывали случаи, когда этим смельчакам удавалось заснять даже эпицентр вихря. Однако стоят ли эти снимки и видео того, чтобы подвергать свою жизнь такой опасности - этот вопрос каждый решает для себя сам.
Смерчи и торнадо считаются самыми опасными природными бедствиями для всех живых существ. Торнадо досконально изучено, но никто до сих пор не научился спасаться и усмирять это бедствие. По мнению ученых торнадо происходят ежегодно и их количество неуклонно растет. Причиной этого могут быть постоянные климатические изменения, а также ухудшение экологии планеты.
Каждое существо и предмет, попавший туда, через некоторое время будет выброшен с огромной высоты и в абсолютно другом месте. Также огромную опасность представляют предметы, прилетевшие из смерча. Даже дома не являются защитой, сильные воздушные потоки могут запросто снести постройку, затягивая массу обломков внутрь.
Больше всего явление происходит на североамериканских территориях. Именно оттуда бедствия берут свое название. На испанском языке «торнадо» имеет значение «вращающийся». Вихри ветра стали называться торнадо испанскими колонистами, прибывшими покорять новые территории.
На территориях России явление называлось привычным смерчем. Слово происходит со старорусского «смърчь» или «смьрчь», что означает облако. Таким образом, понятия «торнадо» и «смерч» являются синонимами. Они описывают одно и то же явление.
Интересный факт : один раз был зафиксирован случай, когда вихрь унес тяжелый поезд, весом в 80 тонн. Вихрь оттащил его на 40 метров с путей.
В основном смерчи возникают в грозовых тучах. Они представляют собой атмосферные вихри, которые протянулись с небес на землю. Массы воздуха находятся в постоянном движении, формируют собой воронку, затягивающую любой объект на своем пути. Внутренними потоками торнадо притягивается к поверхности, наружные же поднимаются ввысь. Таким образом, внутри смерча воздух сильно разряжен.
Все объекты, попадающие внутрь торнадо, могут взорваться от одновременного воздействия разного давления. В основном такими объектами считаются замкнутые постройки. Торнадо не щадит никого.
СМЕРЧ и ТОРНАДО
Смерч - это очень сильный, вращающийся вихрь с размерами по горизонтали менее 50 км и по вертикали менее 10 км, cо скоростью ветра внутри вихря более 120 км/час. Иногда вихрь, образовавшийся на море, называют смерчем, а образовавшиеся на суше — торнадо. Но, по сути, слова "смерч" и "торнадо" - синонимы.
На верхнем фото - смерч (зарождается на воде), на нижнем фото - торнадо (зарождается на суше).
Механизм образования смерчей полностью не изучен до сих пор. Учебники и энциклопедии указывают лишь некоторые общие сведения, наиболее характерные для смерчей.
Энергия среднего смерча радиусом 1 км и средней скоростью 250 км/час равна энергии первой в мире атомной бомбы!
Форма смерчей может быть многообразной: колонна, конус, бокал, бочка, бичеподобная веревка, песочные часы, рога «дьявола»...
Чаще всего смерчи имеют форму вращающегося хобота, трубы или воронки, свисающей из материнского облака (отсюда и название tornado - по-испански - вращающийся).
Вращение в смерчах происходит против часовой стрелки. В центре смерча образуется область сильного разряжения воздуха, так же как в шприце, когда тянешь за поршень. Из-за этого в смерчи всасывается вода, песок и другие различные предметы (камни, доски, крыши домов), которые разлетаются иногда на очень большие расстояния.
Никто не знает почему, но смерчи образуются не везде на Земле, а чаще в одних и тех же местах. Например, в США сухопутные смерчи - торнадо - обычное явление!
В России наибольшую известность получили московские смерчи начала прошлого века. Сейчас в Москве и Московской области смерчей практичеки не бывает, а тогда случались огромные смерчи, которые засасывали даже целые избы! Остались фото, на которых видна изогнутая в спираль железная лестница, разрушенные дома и сорванные крыши. Очевидцы рассказывали о поднятых в воздух людях и животных.
Московские смерчи 1904 года сопровождались темнотой, страшным шумом, ревом, свистом и молниями, дождем и крупным градом - каждая градинка весила по полкилограмма!
Особый интерес представляют вихри внутри смерча, вращающиеся с большой скоростью, так что поверхность воды, например, в реке Яузе и в Люблинских прудах при прохождении смерча сначала вскипела и забурлила как в котле, затем смерч всосал воду внутрь себя и дно водоема и реки обнажилось!
Хотя разрушительная сила московских смерчей была значительной, 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! Это торнадо убило 400 человек и вызвало полное разрушение построек в полосе шириной 15-20 км.
Во всем мире и во все века возникали смерчи - удивительные физические явления, когда из грозовой тучи вниз спускается бешено вращающаяся воронка длиной 1-2 км и диаметром 50-100 м. Смерч, как мы видим из строк знаменитой поэтессы, символизирует для человека нечто темное, ужасающее, разрушительное, опасное. И это не случайно, известно, что энергия типичного смерча радиусом 1 км и средней скоростью 70 м/с, 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 (по оценкам С.А. Арсеньева, А.Ю. Губаря и В.Н. Николаевского). Достигнув Земли, смерч с ревом и грохотом уничтожает все на своем пути, причем способен пройти за 5-7 часов путь длиной 500 км, порой увеличиваясь в диаметре и оставляя полосу разрушений шириной 2 км. В течение года на земном шаре возникает около 1000- 1500 смерчей, больше половины из них - в США.
1.1 Определение понятия.
Смерч - восходящий вихрь из чрезвычайно быстро вращающегося в виде воронки воздуха огромной разрушительной силы, в котором присутствуют влага, песок и другие взвеси. Восходящие вихри быстро вращающегося воздуха, имеющие вид темного столба диаметром от несколько десятков до сотен метров с вертикальной, иногда и загнутой осью вращения. Смерч как бы "свешивается" из облака к земле в виде гигантской воронки, внутри которой давление всегда пониженное, поэтому проявляется эффект "всасывания". Средняя скорость ветра от 15-18 м/с, до 50м/с, ширина фронта 350-400 м. Длина пути - от сотен метров до десятков и сотен километров. Иногда смерчи сопровождаются осадками в виде града, проливного дождя.
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).
Торнадо существует от нескольких минут до нескольких часов, а наибольшая траектория их измеряется несколькими сотнями километров. Ширина зоны разрушения соответствует размерам самих торнадо, обычно до 2-3 км. Разность давления между центром вихря и его периферией иногда достигает 150-200 мб.
Движение воздуха в системе смерчей и торнадо обычно происходит против часовой стрелки, но не исключены и движения по часовой стрелке. Одновременно совершается подъем воздуха по спирали. На соседних участках происходит опускание воздуха, в результате чего вихрь замыкается. Под влиянием большой скорости вращения внутри вихря развивается центробежная сила, вследствие которой давление в нем понижается. Это приводит к тому, что при перемещении вихря в его систему как бы всасывается все, что встречается на пути (вода, песок или различные предметы: камни, доски, крыши домов и т. п.), которые затем выпадают из облаков иногда на значительном расстоянии. Именно с этим связаны так называемые цветные, или кровавые дожди, которые образуются благодаря втягиванию в систему вихря окрашенных частичек породы и смешиванию их с каплями дождя. Если вихрь возникает на море или озере, то его называют смерчем. Смерчи часто вместе с водой всасывают в свою систему рыбу, которую облако может выбросить уже на берегу.
Т.к. радиус воронки смерча у земли уменьшается, то скорость у поверхности земли достигает сверхзвуковых величин. Внутри смерча разряжение воздуха так велико, что здания рассыпаются из-за напора, находящегося в них воздуха. Удивительна способность смерчей вонзать продолговатые предметы (соломинки, палки, обломки и др.) в деревья, стены домов, землю и т. п.
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.
Смерчи редко возникают по одному - чаще "семьями", по несколько вихрей одновременно. В отдельных случаях создаются "семьи" из нескольких десятков вихрей, удаленных друг от друга на сотни метров или даже десятки километров. Путь смерча бывает прерывистым: это случается, когда "хобот" вихря отрывается от земли, чтобы обрушиться на нее с новой силой. .
1.2 Причины образования смерчей
Физическая природа смерча совершенно не исследована, нет ответа на вопросы, почему он устойчив, откуда черпает свою энергию, почему он способен, например, полностью уничтожить в саду целый ряд яблонь и оставить висеть нетронутыми яблоки на яблонях соседнего ряда и т.д. Не было среди исследователей согласия даже в вопросе о скорости ветра в смерче: косвенные свидетельства, такие как воткнутые в бревна и щепки соломинки, говорили о сверхзвуковых скоростях, а прямые локационные измерения давали однозначный результат - даже для сильных смерчей скорость равна 300 км/час.
Возникают смерчи и торнадо следующим образом. Из центральной части мощного грозового облака, нижнее основание которого принимает форму опрокинутой воронки, опускается гигантский темный хобот, который вытягивается по направлению к поверхности Земли или моря. Здесь навстречу ему приподнимается широкая воронка из пыли или воды, в открытую чашу которого хобот как бы погружает свой конец. Образуется сплошной столб, перемещающийся со скоростью 20-40 км/ч. Наиболее узкая часть этого столба приходится примерно на середину, высота его достигает 800-1500 м. Из грозового облака может опуститься несколько смерчевых воронок.
Смерчи в своём развитии проходят три основных стадии. На начальной стадии из грозового облака появляется начальная воронка, висящая над землёй. Холодные слои воздуха, находящиеся непосредственно под облаком устремляются вниз на смену тёплым, которые, в свою очередь поднимаются вверх. (Такая неустойчивая система образуется обычно при соединении двух атмосферных фронтов - тёплого и холодного). Потенциальная энергия этой системы переходит в кинетическую энергию вращательного движения воздуха. Скорость этого движения возрастает, и он приобретает свой классический вид.
Вращательная скорость растёт с течением времени, при этом в центре торнадо воздух начинает интенсивно подниматься вверх. Так протекает вторая стадия существования смерча - стадия сформировавшегося вихря максимальной мощности. Смерч полностью оформляется и движется в различных направлениях.
Завершающая стадия - разрушение вихря. Мощность торнадо ослабевает, воронка сужается и отрывается от поверхности земли, постепенно обратно поднимаясь в материнское облако.
Скорость продвижения смерчей также различна, в среднем - 40 - 60 км/ч (в очень редких случаях может достигать 210 км/ч). .
Существует две разновидности смерчей по происхождению: торнадо, причиной возникновения которых стали сильнейшие грозы, и торнадо, появившиеся вследствие других факторов. Как правило, торнадо появляются в результате грозы и часто наиболее опасны. Супершторм – продолжительная (более одного часа) гроза продолжающаяся за счет, восходящего воздушного потока, наклонного и беспрестанно вращающегося. Ширина этого потока достигает 10 миль в диаметре и 50000 футов в высоту требуется от 20 до 60 минут для формирования торнадо. Ученые называют это вращение мезоциклон, когда он определяется на радаре Доплера. Торнадо – крайне небольшая часть этого масштабного круговращения. Наиболее мощные торнадо возникают в результате сильных гроз.
Торнадо второго вида образуются без участия восходящих крутящихся воздушных потоков. Такой торнадо – представляет собой вихрь пыли и мусора, образующийся возле самой поверхности земли, вдоль линии фронта ветра без той страшной крутящейся воронки. Другой вариант торнадо – смерч, или иначе ураган. Это явление характеризуется узкой веревочнообразной воронкой, которая образуется, когда грозовая туч еще только формируется, и нет восходящего закручивающегося потока воздуха. Водяной смерч аналогичен «сухопутному» только возникает он над водой.
Наиболее благоприятная обстановка для зарождения воронки выполняется при выполнении трех условий. Во-первых, мезоциклон должен быть образован из холодных сухих масс воздуха. В этом случае по его высоте возникает особенно большой температурный градиент, близкий к адиабатическому значению. Во-вторых, мезоциклон должен выйти в район, где в приземном слое толщиной 1-2 км скопилось много влаги при высокой температуре воздуха 25-35 о С, т.е. создано состояние неустойчивости приземного слоя, готового к образованию ячеек с восходящими и нисходящими потоками. Проходя над этими районами, за короткое время мезоциклон засасывает в себя влагу с больших пространств и забрасывает ее на высоту 10-15 км. Температура внутри мезоциклона по всей высоте скачком повышается за счет принесенного влагой тепла, накопленного не только насыщенным паром, но и водяными каплями. Третье условие - это выбрасывание масс дождя и града. Выполнение этого условия приводит к уменьшению диаметра потока от первоначального значения 5-10 км до 1-2 км и увеличению скорости от 30-40 м/с в верхней части мезоциклона до 100-120 м/с - в нижней части..
1.3 Места образования смерчей
Атмосферные вихри, аналогичные смерчам, но образующиеся в Европе, называют тромбами, а в США - торнадо. Торнадо и смерчи, как и тропические циклоны, зарождаются при наличии большого запаса энергии неустойчивости в атмосфере. Эти условия создаются, когда внизу находится очень теплый и влажный воздух, а в верхней тропосфере - холодный.
Грозы бывают в большей части земного шара, за исключением регионов с субарктическим климатом и арктическим климатом, однако смерчи могут сопровождать только те грозы, которые находятся на стыке атмосферных фронтов.
Наибольшее количество смерчей фиксируется на североамериканском континенте, в особенности в центральных штатах США, меньше - в восточных штатах США. Здесь их насчитывают около 200 в год. Скорость движения торнадо также велика, иногда она достигает 100 км/ч. На юге Северной Америки торнадо возникают в течение всего года, с максимумом весной и минимумом зимой.
Вторым регионом земного шара, где возникают условия для формирования смерчей, является Европа (кроме Аппенинского полуострова), и вся Европейская территория России, за исключением юга России и Карелии и Мурманской области, а также других северных областей.
Таким образом, смерчи в основном наблюдаются в умеренном поясе обоих полушарий, приблизительно с 60-й параллели по 45-ую параллель в Европе и 30-ую параллель в США.
Также смерчи фиксируются на востоке Аргентины, ЮАР, западе и востоке Австралии и ряда других регионов, где также могут быть условия столкновения атмосферных фронтов.
1.4 Классификация смерчей
Бичеподобные
Это наиболее распространённый тип смерчей. Воронка выглядит гладкой, тонкой, может быть весьма извилистой. Длина воронки значительно превосходит её радиус. Слабые смерчи и опускающиеся на воду смерчевые воронки, как правило, являются бичеподобными смерчами.
Расплывчатые
Выглядят как лохматые, вращающиеся, достигающие земли облака. Иногда диаметр такого смерча даже превосходит его высоту. Все воронки большого диаметра (более 0,5 км) являются расплывчатыми. Обычно это очень мощные вихри, часто составные. Наносят огромный ущерб ввиду больших размеров и очень высокой скорости ветра.
Составные
Составной торнадо в Далласе1957 г.
Могут состоять из двух и более отдельных тромбов вокруг главного центрального смерча. Подобные торнадо могут быть практически любой мощности, однако, чаще всего это очень мощные смерчи. Они наносят значительный ущерб на обширных территориях.
Огненные
Это обычные смерчи, порождаемые облаком, образованным в результате сильного пожара или извержения вулкана. Именно такие смерчи впервые были искусственно созданы человеком (опыты Дж. Дессена (Dessens, 1962) вСахаре, которые продолжались в 1960-1962 гг.).
По интенсивности и степени разрушений смерчи делятся на семь категорий:
1. Скорость ветра 18-32 м/с. Слабые разрушения: повреждаются печные трубы, заборы, деревья.
2. Скорость ветра 33-49 м/с. Умеренные разрушения: срываются покрытия с крыш, движущиеся автомобили сбрасываются с дороги.
3. Скорость ветра 50-69 м/с. Значительные разрушения: срываются крыши с домов, переворачиваются грузовики, вырываются с корнем деревья.
4. Скорость ветра 70-92 м/с. Сильные разрушения: крыши и часть стен разрушаются, переворачиваются вагоны, в лесу с корнем вырывается большая часть деревьев, поднимаются над землей и перемещаются тяжелые автомобили.
5. Скорость ветра 93-116 м/с. Опустошительные разрушения: разрушаются тяжелые здания, строения со слабым фундаментом переносятся на другое место, автомашины разбрасываются в стороны, крупные предметы носятся в воздухе.
6. Скорость ветра 117-142 м/с. Сверхопустошительные разрушения: поднимаются тяжелые здания, переносятся и разрушаются автомобили, огромные предметы перемещаются по воздуху на большие расстояния с большой скоростью, деревья разламываются на части.
7. Скорость ветра от 143 м/с до скорости звука и больше. Полное разрушение.
В западной метеорологии интенсивность смерчей (торнадо) оценивают по шкале Фуджита-Персона, названной так по имени ученых, исследовавших это явление. По этой шкале интенсивность оценивается по трем показателям: скорости ветра в смерче F, длине пройденного пути L и ширине полосы разрушений W..
Стихийные бедствия заставляют человека понять, что его возможности по управлению природой не безграничны. Наводнения, землетрясения и ураганы способны стирать с лица земли целые города, меняя привычный уклад жизни. В США ежегодно фиксируют до 1000 торнадо, которые, тем не менее, не несут глобальных последствий. Благодаря четкому следованию разработанным правилам поведения удается избежать большого количества жертв и разрушений. Дома строятся по особой технологии и способны удерживать удар стихии.
Смерчи разрушительной силы возникают не только на территории США. В странах Южной Америки и даже в Европе можно наблюдать это катастрофическое погодное явление, но именно в Соединенных Штатах они появляются чаще и вызывают не только страх, но и азартный интерес. Охотники на торнадо рискуют жизнью, пытаясь заснять самые впечатляющие кадры. Прихватив с собой технику, искатели адреналина отправляются на поиски вихрей. Для удачной охоты они ориентируются на данные национальной системы прогнозирования торнадо.
Люди научились искусственно создавать торнадо и обратить его на пользу. Например, он служит отличным средством вентиляции при сильном задымлении в помещении. В Книге Рекордов Гиннеса зафиксирован такой торнадо, сформированный в музее Mercedes-Benz высотой 34 метра.
Для возникновения торнадо необходимо столкновение теплых и холодных воздушных масс. На основе анализа перемещения атмосферных фронтов можно предположить вероятность появлений торнадо в определенной местности. Современная вычислительная техника (примеры ее вы можете увидеть ) практически безошибочно определяет перепады давления, указывая направление циклонов.
В начале формирования вихря из грозового облака формируется воронка. Холодный воздух опускается к земле, а теплый наоборот поднимается выше – начинается круговое движение.
Воздушные массы, двигаясь по спирали, формируют воронку, которая опускается к земле. В середине вихря располагается зона пониженного давления. Предметы, которые попадают в «глаз» смерча взрываются изнутри. Однажды торнадо «ощипал» целый курятник. Каждое куриное перо имеет в структуре воздушный мешок. Когда куры попали в зону с перепадами давления, то все перья полопались, оставив птиц голыми.
В этот момент, полностью сформированный торнадо начинает перемещаться. Направление перемещения невозможно узнать, оно способно меняться каждую минуту. Именно в это время торнадо достигает пика разрушительной силы. Сила торнадо зависит от радиуса вихревого движения.
Торнадо может продолжаться несколько часов, а может закончиться меньше чем за минуту. Вихрь самой большой продолжительности, зафиксированный в 1917 году, продолжался более 7 часов.
Торнадо бывают разные по форме и скорости движения воздуха. Самая распространенная форма торнадо похожа на бич — длинная воронка, спускающаяся к земле, которая может быть гладкой или извилистой.
Другой вид торнадо имеет радиус больший, чем его длина, по виду похож на облако, тянущееся к земле. Наиболее опасные торнадо те, которые состоят из нескольких вихрей, которые вращаются вокруг основной воронки. Их можно сравнить с переплетением нескольких веревок.
Постепенно торнадо наполняется пылью и обломками затянутых предметов и строений. В воздухе кружатся дома, машины, животные, деревья; один отчаянный журналист добровольно сдался на милость стихии и смог пережить это путешествие, побывав в центре воронки. Вихри могут становиться огненными, причиной их формирования становятся особо сильные пожары.
