Прощай, торнадо!
  на главную написать письмо карта сайта
 
Научно – популярные статьи
Прощай торнадо!

Прощай торнадо!

Ю.Е.Устюгин, Г.П.Устюгина

<< 1 2 3 >>

Что такое торнадо? С какой стати люди должны терпеть такую напасть? Между тем, средства массовой информации несут тревожные вести со всех сторон. Значит, есть актуальная задача. И мы предлагаем один из путей ее возможного решения.

торнадо смерчОбычно торнадо — так называют смерч над сушей в Соединенных Штатах Америки — возникает в грозовом облаке и стремительно движется вниз, к земле. При этом черные облака находятся так низко, что, кажется, уже касаются нас, а их видимое движение сопровождается сильным ветром у земной поверхности, дождем, градом и холодом. Этот атмосферный вихрь существует недолго, но порой вызывает значительные разрушения. В океане торнадо набирает силы и выходит, как разбойник, на большую дорогу. И надо же, дошло даже до того, что у него есть собственная дорога — известная в США «дорога торнадо».

Между тем, люди строили свои поселения, не рассчитывая на встречу с торнадо. И, как выяснилось, напрасно. Глобальные изменения климата, его потепление из-за парникового эффекта, вызванного нарастанием количества углерода в атмосфере, предсказывают увеличение числа случаев возникновения торнадо, а также его мощности и продолжительности. Легко представить себе торнадо, который будет уничтожать все, что простроено человеком.

Как же бороться с ним? Оказывается, борьба с ураганами, тайфунами, смерчами, торнадо находится в начальной стадии — наблюдений за ними, накопления измерительной и визуальной информации, обсуждения возможных проектов и идей.

Чтобы начать поиск решения задачи, сформулируем ее. Начнем с условий задачи.

У нас есть атмосфера, т.е. воздушная среда, в которой обитает весь растительный и животный мир и сам человек. Воздушная атмосфера несет с собой облака. Речь идет о плотных, мощных, а потому по цвету черных, из-за непроницаемости для солнечного света, облаках, из которых рождается торнадо.

торнадо смерчИзвестно, что облака являются продуктом взаимодействия солнечного излучения с водной поверхностью океана. Это взаимодействие приводит к процессам испарения воды океанов и конденсации пара в капли в верхних холодных слоях атмосферы. Солнечная энергия, способствовавшая процессу парообразования, как бы перемещается вместе с паром в верхние слои атмосферы, где некоторое время сохраняется до того момента, пока не начнется интенсивный процесс конденсации с последующим выпадением осадков на поверхность земли. Осадки превращаются в реки, реки впадают в океаны и т.д. Так осуществляется кругооборот воды в природе под действием энергии солнца. Пока пар в облаках не сконденсировался до состояния выпадения в виде осадков, облака представляют собой визуально наблюдаемый вариант парогазовой среды — туман.

Есть различные теории и предположения, касающиеся механизма возникновения торнадо. Но мы здесь не будем обсуждать этот механизм и вообще механизм образования вращательного движения верхних слоев атмосферы. Тогда, не рассуждая о причинах появления крупномасштабного атмосферного вихревого движения, допустим, что в атмосфере, заполненной облачной массой, возникает некий процесс, порождающий ее вращательное движение. Назовем его «активатор-процесс». В этом понятии объединено все, что объективно обуславливает процесс образования торнадо, предшествует его возникновению и сопровождает его. Это — солнечная энергия, водная поверхность океана, суточная периодическая активность взаимодействия солнечной энергии с океаном и атмосферой, вращение Земли, порожденное этим вращением действие кориолисовых сил на потоки влажной и сухой атмосферы, сохранение момента импульса, процессы испарения и конденсации влаги до состояния облаков, выпадение осадков и т.д. (При этом, правда, следует понимать, что из-за взаимодействия с солнечным излучением земная атмосфера не является замкнутой системой, а, следовательно, сохранение момента импульса по отношению к атмосфере Земли вообще и к отдельному атмосферному вихрю в частности применимо с весьма существенными ограничениями.)

торнадо смерчРезультат всего этого — непрерывные потоки вихрей в атмосфере. Каждый из вихрей долго сохраняет свою индивидуальность, совершая перемещение на значительные расстояния над земной поверхностью вместе с верхними слоями атмосферы. Но некоторые крупномасштабные атмосферные вихри порождают более мелкие вихри — торнадо, характеризующиеся высочайшей концентрацией вращательного движения атмосферы, оказывающие разрушительное воздействие на строения и сооружения, возведенные людьми.

Для дальнейшего рассмотрения выделим один крупномасштабный атмосферный вихрь. В районе наблюдения за ним облака движутся низко. В них видны довольно быстрые хаотические движения, которые и отдельный момент переходят во вращательное движение вокруг некоторой области в нижней, видимой для наземного наблюдателя, части сплошной облачности. Происходит все так, словно некий активатор своим воздействием приводит хаотические движения атмосферы в организованное вращательное движение. Причем получается, что чем дольше действует активатор, тем большие массы воздуха начинают принимать участие в таком движении. Это — процесс аккумулирования энергии в виде вращения больших масс воздуха.

По мере протекания этого процесса все более глубокие слои атмосферы начинают принимать участие в движении, вращательное движение приближается к земной поверхности. Тем временем, из облака, точнее из его нижней части, видимой наземным наблюдателем, формируется воронка в сторону поверхности земли или воды. И, наконец, выделяется так называемый хобот — тот самый торнадо, быстро соединяющий нижнюю часть воронки с землей или водой. Он становится видимым из-за окрашивания (особенно в первые мгновения возникновения) вовлеченной в него частью парообразной влаги облаков, а затем пылью или предметами, спирально возносимыми вверх к облаку.

Но и это еще не все. Дальнейшее аккумулирование энергии вращения приводит к нарастанию глубины и размеров воронки. Следовательно, необходимо создать физическую модель, в которой вращательное движение среды, задаваемое активатором, приводило бы к образованию воронки и хобота.

Что такое торнадо с точки зрения физики? Оказывается, это вихревая трубка в парогазовой среде, если иметь в виду атмосферные воздух, в котором она образуется и существует, и вращающуюся часть верхних слоев атмосферы, содержащую влагу в виде облаков и, как генератор, задающую вращательное движение нижним слоям атмосферы. А воронка — это общеизвестное явление. Только мы привыкли видеть воронку в воде.

Рис. 1

Рис.1Чаще и легче всего ее можно наблюдать, когда вода вытекает из ванны или раковины через сток (рис. 1). Можно попробовать рукой побеспокоить воронку, но она довольно быстро восстанавливается, ну разве что может изменить направление вращения. Вот и все.

<< 1 2 3 >>
 

Rambler's Top100