Смерчи, как ураганы и бури, относятся к метеорологическим природным явлениям и представляют серьёзную опасность для жизнедеятельности человека. Они приносят значительный материальный ущерб и могут привести к человеческим жертвам.

На территории России смерчи чаще всего возникают в центральных областях, Поволжье, на Урале, в Сибири, на побережьях и в акваториях Чёрного, Азовского, Каспийского и Балтийского морей.

Наиболее опасными районами по риску возникновения смерчей являются побережье Чёрного моря и Центральный экономический район, включая Московский регион.

Смерч - это атмосферный вихрь, возникающий в грозовом облаке и распространяющийся вниз, часто до самой поверхности Земли, в виде тёмного облачного рукава или хобота диаметром в десятки и сотни метров.

Иными словами, смерч представляет собой сильный вихрь в виде воронки, спускающейся от нижней границы облаков. Этот вихрь иногда называют тромбом (при условии, что он проносится над сушей), а в Северной Америке его называют торнадо.

В горизонтальном сечении смерч представляет собой ядро, окружённое вихрем, в котором имеются восходящие потоки воздуха, движущиеся вокруг ядра и способные поднимать (всасывать) любые предметы, вплоть до железнодорожных вагонов массой около 13 т. Подъёмная сила в смерче зависит от скорости ветра, вращающегося вокруг ядра. В смерче имеются также сильные нисходящие потоки.

Основной составной частью смерча является воронка, которая представляет собой спиральный вихрь. В стенках смерча движение воздуха направлено по спирали и нередко достигает скорости до 200 м/с (720 км/ч).

Время образования вихря исчисляется обычно минутами. Общее время существования смерча исчисляется также минутами, но иногда и часами.

Общая длина пути смерча может составлять сотни метров и доходить до сотен километров. Средняя ширина зоны разрушений составляет 300-500 м. Так, в июле 1984 г. смерч, зародившийся на северо-западе Москвы, прошёл почти до Вологды (в общей сложности 300 км). Ширина пути разрушений достигала при этом 300-500 м.

Разрушения, производимые смерчем, обусловлены огромным скоростным напором воздуха, вращающегося внутри воронки с большой разностью давлений между периферией и внутренней частью воронки из-за огромной центробежной силы.

Последствия смерча в Ивановской области

Смерч разрушает жилые и производственные здания, рвёт линии электроснабжения и связи, выводит из строя технику, нередко приводит к человеческим жертвам.

В 1985 г. огромной силы смерч возник в 15 км южнее Иванова, прошёл около 100 км, вышел к Волге и затих в лесах близ Костромы. Только в Ивановской области от смерча пострадало 680 жилых домов и 200 объектов промышленного и сельского хозяйства. Более 20 человек погибло. Многие получили ранения. Деревья вырывало с корнем и ломало. Автомобили после действия разрушительной стихии превращались в груду металла.

Для оценки разрушительной силы смерчей разработана специальная шкала, включающая шесть классов разрушений в зависимости от скорости ветра.

Шкала разрушений, вызываемых смерчем

Класс разрушения	Скорость ветра, м/с	Повреждения, причинённые смерчем
0		Слабые разрушения: небольшие повреждения антенн, повалены деревья с неглубокими корнями
1		Средние повреждения: сорваны крыши, перевёрнуты автоприцепы, движущиеся автомобили снесены с дороги, некоторые деревья вырваны с корнем и унесены
2		Значительные повреждения: разрушены ветхие здания в сельских районах, крупные деревья вырваны с корнем и унесены, опрокинуты товарные вагоны, сорваны крыши с домов
3		Серьёзные повреждения: разрушена часть вертикальных стен домов, перевёрнуты поезда и автомашины, разорваны конструкции со стальной оболочкой (типа ангаров), большинство деревьев в лесу повалено
4		Опустошительные повреждения: каркасы домов целиком повалены, автомобили и поезда отброшены
5		Потрясающие повреждения: каркасы домов сорваны с фундаментов, железобетонные конструкции сильно повреждены, воздушные потоки поднимали в воздух огромные предметы размером с автомобиль

Вот как описал смерчи, пронёсшиеся над штатом Канзас (США) 29 и 30 мая 1879 г., метеоролог Джон Файнли, прошедший по их свежим следам: «В те дни над канзасской прерией сгустилась громадная грозовая туча, породившая десяток смерчей. Самые бешеные из них возникли 30 мая близ городка Рэндолф. Там в 4 ч дня над землёй нависли два чёрных облака. Они столкнулись, слились воедино и сразу стали вращаться с безумной скоростью, плюясь дождём и градом. Уже через четверть часа из этой зловещей тучи к земле опустилась воронка, похожая на гигантский слоновый хобот. Он вращался и изгибался и засасывал в себя всё и вся. Потом рядом появился второй хобот, несколько меньших размеров, но вида такого же устрашающего. Оба они двинулись к Рэндолфу, выдирая из земли траву и кусты и оставляя после себя широкую полосу мёртвой, голой земли. С некоторых фермерских домиков, оказавшихся на пути смерчей, были сорваны крыши. Сараи и курятники засасывались в воронки и уносились в небо или превращались в россыпь ломаных досок» (цит. по: Воробьёв Ю. Л., Иванов В. В., Шолох В. П. Хрестоматия по основам безопасности жизнедеятельности для 7 класса общеобразовательных учреждений. - М.: ACT - ЛТД, 1998).

Прогнозирование смерчей крайне затруднено. Обычно ориентируются на то, что смерчи могут возникнуть в любом из тех районов, где они уже происходили раньше. Поэтому общие меры по снижению ущерба от смерчей принимаются такие же, как от ураганов и бурь.

При получении информации о приближении смерча или обнаружении его по внешним признакам следует покинуть все виды транспорта и укрыться в ближайшем подвале, убежище, овраге или лечь на дно любого углубления и прижаться к земле.

Во время смерча лучше всего спрятаться в надёжном убежище

При выборе места защиты от смерча следует помнить, что это природное явление часто сопровождается выпадением интенсивных ливневых осадков и крупного града. Поэтому целесообразно предусмотреть меры защиты и от этих метеорологических явлений.

Проверьте себя

1. Что представляет собой смерч как метеорологическое явление?
2. Какую опасность представляет смерч для жизни человека?
3. Опишите признаки появления смерча.

После уроков

В дневнике безопасности опишите известные вам случаи появления смерчей, их последствия. Если вы не можете привести примеры, советуем обратиться к помощи средств массовой информации или Интернета.

Практикум

Сформулируйте правила личной безопасности для человека, оказавшегося в зоне действия смерча. Обоснуйте свой ответ.

Смерч, атмосферный вихрь, возникающий в грозовом облаке и затем распространяющийся в виде тёмного рукава или хобота по направлению к поверхности суши или моря; в верхней части имеет воронкообразное расширение, сливающееся с облаками. Когда С. опускается до земной поверхности, нижняя часть его тоже становится расширенной, похожей на опрокинутую воронку. Высота С. может достигать м. Воздух в нём вращается обычно против часовой стрелки, причём одновременно он поднимается по спирали вверх, втягивая пыль или воду; скорость вращения несколько десятков м в сек. В связи с тем, что внутри вихря давление воздуха уменьшается, там происходит конденсация водяного пара; это вместе со втянутой частью облака, пылью и водой делает С. видимым. Диаметр С. над морем измеряется десятками м, над сушей сотнями м.

Смерч сопровождается грозой, дождём, градом и, если достигает поверхности земли, почти всегда производит большие разрушения, всасывая в себя воду и предметы, встречающиеся на его пути, поднимая их высоко вверх и перенося на значительные расстояния. Смерч на море представляет большую опасность для судов. Смерч над сушей иногда называют тромбами, в США их называют торнадо

Последствия смерчей По статистике ежегодно от смерчей погибает в среднем 400 человек; а 18 марта 1925 года в штатах Иллинойс, Миссури, Теннесси, Кентукки (США) погибло около 700 человек. В штате Северная Дакота в 1957 году торнадо уничтожил 500 построек и принес убытков на 15 млн. долларов. В нашей стране самый памятный смерч обрушился на Ивановскую и Костромскую области в 1984 году. Он переворачивал подъемные краны, поднимал в воздух автомашины и вагоны, разрушал постройки, как спички ломал деревья и даже погнул рельсы железной дороги. Его диаметр достигал 2 км. Эти явления приобретают грозный характер, оборачиваются разгулом стихии с катастрофическими последствиями в масштабах целых государств или даже нескольких стран. Основными причинами гибели и травмирования людей является разрушение построек, падение деревьев. Сопутствующие компоненты смерчей: наводнения, штормовой нагон воды.

Русское слово " смерч " происходит от слова " сумрак " это связано с тем обстоятельством, что смерчи сопутствуют черным грозовым облакам, застилающим небо. Иногда употребляется принятый в США термин " торнадо " (от испанского " торнадос ", что означает " вращающийся "). Первое упоминание о смерче в России относится к 1406 году. Троицкая летопись сообщает, что под Нижним Новгородом " вихорь страшен зело " поднял в воздух упряжку вместе с лошадью и человеком и унес так, что они стали " невидимы бысть ". На следующий день телегу и мертвую лошадь нашли висящими на дереве по другую сторону Волги, а человек пропал без вести. Редкий случай произошел во время матча по хоккею с мячом в Юго-Западной Швеции (местечко Юнг). Пронесшийся над стадионом смерч поднял в воздух на несколько метров вратаря вместе с воротами. Однако он благополучно приземлился, не получив никаких повреждений. Оказалось, что смерч возник в зоне большого снегопада и прошел узкой полосой всего несколько сот метров, но успел превратить в щепки огромный сарай, а телеграфные столбы ломал, как спички и т. д.

С Ирвингским торнадо, произошедшим в 1879 г, 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. На индийские селения, расположенные недалеко от реки Брахмапутры, обрушился ливень, но вместе с потоками воды с неба падала... рыба. Этот факт был подтвержден ученым Джеймсом Принсипом, обнаружившим несколько рыбок размером около 6 см в латунной воронке дождемера, стоявшего в саду.

В 1940 году в деревне Мещеры Горьковской области наблюдался дождь из серебряных монет. Оказалось, что во время грозового дождя на территории Горьковской области был размыт клад с монетами. Проходивший поблизости смерч поднял монеты в воздух и выбросил их у деревни Мещеры. В 1990 году на японское рыболовецкое судно в Охотском море, рухнула корова. Судно затонуло, а рыбакам помогли спасатели. Пострадавшие уверяли, что с неба упало сразу несколько буренок.

Гроза́ атмосферное явление, при котором внутри облаков или между облаком и земной поверхностью возникают электрические разряды молнии, сопровождаемые громом. Как правило, гроза образуется в мощных кучево-дождевых облаках и связана с ливневым дождём, градом и шквальным усилением ветра. Гроза относится к одним из самых опасных для человека природных явлений, по количеству зарегистрированных смертных случаев только наводнения приводят к большим людским потерям Стадии развития грозового облака

Смерч (или торнадо) - атмосферный вихрь, возникающий в кучево-дождевом (грозовом) облаке и распространяющийся вниз, часто до самой поверхности земли, в виде облачного рукава или хобота диаметром в десятки и сотни метров. Иногда вихрь, образовавшийся на море, называют смерчем, а на суше - торнадо. Атмосферные вихри, аналогичные смерчам, но образующиеся в Европе, называют тромбами. Но чаще все эти три понятия рассматриваются как синонимы. 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. Обычно поперечный диаметр воронки смерча в нижнем сечении составляет 300-400 м, хотя, если смерч касается поверхности воды, эта величина может составлять всего 20-30 м, а при прохождении воронки над сушей может достигать 1,5-3 км. Внутри воронки воздух опускается, а снаружи поднимается, быстро вращаясь, создаётся область сильно разреженного воздуха. Разрежение настолько значительно, что замкнутые наполненные газом предметы, в том числе здания, могут взорваться изнутри из-за разности давлений. Определение скорости движения воздуха в воронке до сих пор представляет серьёзную проблему. В основном оценки этой величины известны из косвенных наблюдений. В зависимости от интенсивности вихря скорость течения в нём может варьироваться. Считается, что она превышает 18 м/с и может, по некоторым косвенным оценкам, достигать 1300 км/ч. Сам смерч перемещается вместе с порождающим его облаком. 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 г. В Северном полушарии вращение воздуха в смерчах происходит, как правило, против часовой стрелки. Причины образования смерчей полностью не изучены до сих пор. Можно указать лишь некоторые общие сведения, наиболее характерные для типичных смерчей. 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. 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. Что же происходит внутри смерча? В 1930 году в штате Канзас фермер, собирающийся спуститься в погреб, вдруг увидел движущийся в его направлении смерч. Деваться было некуда, и мужчина спрыгнул в погреб. И вот тут ему невероятно повезло - подножие смерча вдруг оторвалось от земли и пронеслось над головой счастливчика. Позже, когда фермер пришел в себя, он описал увиденное им следующим образом: «Большой лохматый конец воронки повис прямо у меня над головой. Кругом все было неподвижно. Из воронки шел шипящий звук. Я посмотрел вверх и увидел само сердце смерча. В его середине была полость диаметром 30-70 метров, уходившая вверх примерно на километр. Стены полости были образованы вращающимися облаками, а сама она освещена непрерывным блеском молний, зигзагом перескакивавших с одной стенки на другую...». А вот еще один похожий случай. В 1951 году в Техасе приблизившийся к человеку смерч оторвался от земли и пронесся на высоте шести метров над его головой. По словам свидетеля, ширина внутренней полости была около 130 метров, толщина стенок около 3 метров. А внутри полости светилось голубым светом прозрачное облако. Сохранилось немало показаний свидетелей, утверждавших, что в какие-то моменты вся поверхность колонны торнадо начинала светиться странным сиянием желтых тонов. Смерчи также генерируют сильные электромагнитные поля и сопровождаются молниями. Шаровые молнии в смерчах наблюдались неоднократно. В смерчах наблюдаются не только светящиеся шары, но и светящиеся облака, пятна, вращающиеся полосы, а иногда и кольца. Очевидно, что свечения внутри смерча связаны с турбулентными вихрями разной формы и размеров. Иногда светиться желтым светом весь смерч. В смерчах зачастую развиваются токи огромной силы. Они разряжаются бесчисленными молниями (обычными и шаровыми) или приводят к появлению светящейся плазмы, покрывающей всю поверхность смерча и воспламеняющей попавшие в нее предметы. Известный исследователь Камилл Фламмарион, изучив 119 смерчей, пришел к выводу, что в 70 случаях наличие в них электричества было несомненно, а в 49 случаях "электричества в них не было и следа, или, по крайней мере, оно не проявлялось". Свойства плазмы, иногда окутывающей смерчи, известны гораздо хуже. Бесспорно, что некоторые предметы близ зоны разрушений оказываются сожженными, обугленными или высохшими. К. Фламмарион писал, что смерч, опустошивший Шатнэ (Франция) в 1839 году, "...опалил деревья, находившиеся по бокам его пути, а те, которые стояли на самом этом пути, были вырваны с корнем. На опаленные деревья вихрь подействовал только с одного бока, на котором все листья и ветки не только пожелтели, но и высохли, а другой бок остался нетронутым и зеленел по прежнему". После смерча, который произвел разрушения в Москве в 1904 году, многие поваленные деревья оказались сильно обожженными. Получается воздушные вихри - это не просто вращение воздуха вокруг некоей оси. Это сложный энергетический процесс. Бывает, что люди, не задетые смерчем, без всяких видимых причин падают замертво. Судя по всему, в этих случаях людей убивают токи высокой частоты. Это подтверждается тем фактом, что в уцелевших домах выходят из строя розетки, приемники и прочие приборы, начинают неправильно ходить часы. Наибольшее количество смерчей фиксируется на североамериканском континенте, в особенности в центральных штатах США (даже существует термин -Аллея торнадо. Это историческое название центральных американских штатов, в которых наблюдается наибольшее количество торнадо), меньше - в восточных штатах США. На юге, в штате Флорида у островов Флорида-Кис, смерчи появляются с моря почти каждый день, с мая до середины октября, за что этот район получил прозвище «край водяных смерчей». В 1969 году здесь было зафиксировано 395 подобных вихрей. Вторым регионом земного шара, где возникают условия для формирования смерчей, является Европа (кроме Пиренейского полуострова), и вся Европейская территория России. 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 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. Для характеристики силы смерчей в США разработана шкала Фуджиты – Пирсона, состоящая из 7 категорий, причём нулевая (самая слабая) по силе ветра совпадает с ураганным ветром по шкале Бофорта. Шкала Бофорта - двенадцатибалльная шкала, принятая Всемирной метеорологической организацией для приближенной оценки скорости ветра по его воздействию на наземные предметы или по волнению в открытом море. Рассчитывается от 0 - Штиль до 12 - ураган. Смерчи со страшной силой проносятся над городами, сметая их с лица Земли вместе с сотнями жителей. Иногда мощная разрушительная сила этой природной стихии усиливается из-за того, что несколько смерчей объединяются и ударяют одновременно. Местность после торнадо похожа на поле сражения после страшнейшей бомбёжки. Например, 30 мая 1879 г. два смерча, следовавшие один за другим с интервалом в 20 минут, уничтожили провинциальный городок Ирвинг с 300 жителями на севере штата 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 же торнадо прошел по озеру Фримен. Сорвав с бетонных опор четыре секции железнодорожного моста, поднял их в воздух, протащил около сорока футов и швырнул в озеро. Каждая весила сто пятнадцать тонн! Думаю этого достаточно

СМЕРЧ - атмосферный вихрь, возникающий в грозовом облаке и распространяющийся вниз, часто до самой поверхности Земли, в виде темного облачного рукава или хобота диаметром в десятки и сотни м. Существует недолго, перемещаясь вместе с облаком; может причинить большие разрушения. Смерч над сушей называют также тромбом (в США - торнадо).

Обзор

Смерч

Говорят, деньги с неба не падают. Согласимся, не падают. Но вот 17 июня 1940 года в одной деревне Горьковской области на головы мальчишек, попавших под сильный дождь, попадали старинные серебренные монеты. Тонкие и легкие, вместе с крупными каплями дождя, летели они на землю. Из тучи, висящей над землей, выпал целый клад в тысячу монет.

Впоследствии выяснилось, что монеты и в самом деле были зарыты в землю в шестнадцатом веке. Воронка смерча высосала клад, схороненной в чугунном горшке, из земли и подняла в облако. Пролетев несколько километров, монеты со звоном упали на землю...

<смерч может="" делать="" самые="" невероятные="" вещи.="" после="" того,="" как="" он="" прошелся="" по="" птицеводческой="" ферме,="" на="" земле="" нашли="" мертвых,="" лишенных="" перьев="" птиц,="" -="" смерч="" ощипал="" их="" как="" добросовестный="" повар.="" смерч,="" как="" умелый="" стрелок,="" пробивает="" насквозь="" куриные="" яйца="" бобами,="" так="" что="" скорлупа="" вокруг="" пробоины="" остается="" неповрежденной.="" во="" время="" смерча="" соломинка,="" несшаяся="" концом="" вперед,="" насквозь="" пробила="" толстый="" лист="" картона,="" а="" стебель="" клевера="" проткнул="" насквозь="" толстую="" доску,="" как="" гвоздь.="" у="" небольших="" деревьев="" в="" саду="" смерч="" как="" опытный="" садовод="" аккуратно="" содрал="" кору="" со="" ствола="" и="" ветвей.="" он="" поднял="" в="" воздух="" шкаф="" со="" стеклянной="" посудой,="" пронес="" его="" по="" воздуху="" и="" медленно="" и="" торжественно="" опустил="" на="" землю,="" так="" что="" ни="" одна="" тарелка="" не="" разбилась.="" смерч="" мгновенно="" высосал="" воду="" из="" реки,="" так="" что="" обнажилось="" покрытое="" илом="" дно,="" и="" вобрал="" в="" свою="" воронку="" воду="" из="" колодца="" вместе="" с="" ведром.="" смерч="" всосал="" в="" себя="" морскую="" воду="" вместе="" с="" огромным="" количеством="" медуз.="" смерч="" отрывает="" от="" поезда="" вагоны="" вместе="" с="" людьми,="" автобусы,="" автомобили,="" скирды="" сена,="" сносит="" дома,="" как="" пушинки,="" разрушает="" городские="" кварталы="" и="" линии="" электропередач,="" выкорчевывает="" вековые="" деревья...="" словом,="" смерч="" способен="" сделать="" многое.="" что="" же="" это="" за="" удивительное="" природное="">

До сих пор не слишком ясна причина возникновения смерча. Вообще-то он - часть огромного грозового облака, которая быстро вращается вокруг оси, перпендикулярной к поверхности Земли.

Сперва вращение заметно в самом вихревом облаке. Затем его часть, похожая на воронку, отвисает книзу. Воронка постепенно удлиняется и в какой-то момент соединяется с землей. Она имеет вид колонны или хобота, который расширяется к облаку и сужается к земле. Скорость вращения воронки иногда сверхзвуковая, направление вращения по спирали снизу вверх. Оно и служит причиной странных явлений, о которых здесь сказано.

Смерч состоит из внутренней полости и стенок. Внутренняя полость наполнена воздухом, который довольно медленно движется вниз. Зато скорость ветра в стенках воронки то и дело меняется. Она может превышать скорость звука, равную 1200 километров в секунду и редко падать до 350 километров в секунду. Размеры воронки зависят от размеров смерча. Ширина ее колеблется от двух до нескольких десятков метров, высота от нескольких сот метров до полутора километров.

Воздух во внутренней полости - разреженный, давление резко понижено. Поэтому когда она соприкасается с каким то замкнутым предметом, наполненный воздухом с обычным давлением, он буквально взрывается, воздух из него устремляется во внутреннюю полость смерча. Такое может произойти с пустым деревянным домом с закрытыми окнами и дверями: во время смерча он вдруг разлетается на мелкие обломки.

Почти каждым смерчем образуется каскад - облако или столб пыли водяных брызг, сухих листьев, щепок у основания его воронки. У известных смерчей в штате Небраска, произошедших в 1955 году, ширина одного каскада достигла километра, высота в 250 метров при ширине воронки всего в 70 метров.

Самое надежное укрытие от смерча - под землей, в погребе дома или в метро. Попасть во внутреннюю полость и остаться в живых редко кому удается. Крупно повезло одному фермеру в 1930 году. Ему удалось заглянуть в самое сердце воронки. В его середине была полость размером в 30-70 метров, подымающаяся кверху на расстояние одного километра. Стенки полости образовывали стремительно вращающиеся облака. Она была причудливо освещена непрерывном блеском молний и по ней вверх и вниз перемещался туман.

Смерч проходит не слишком большие расстояния. Примерно 150 - 220 километров. По сравнению с ураганами и бурями, путь прохождения у которых в 1000 раз больше, это совсем немного. Путь смерча особенно заметен в лесу, где он после себя оставляет полосы бурелома. Иногда путь бывает прерывистым, будто смерч движется скачками. Тогда полоса разрушений чередуется с неповрежденными участками.

Скачкообразный смертоносный смерч произошел 19 августа 1845 года во Франции неподалеку от Руана. Воронка с поверхности Сены перепрыгнула на крутой берег, сломив огромные деревья как соломинки, затем спустилась в долину на два небольших городка, в одном из которых уничтожила прядильную фабрику с сотнями рабочих, после чего поднялась снова, зигзагом прошла по лесу и, наконец, распалась, покрыв землю буреломом, обломками, обрывками одежды и клочками бумаги.

СМЕРЧ тифон, сикавица, ураганный вихрь, сувой или вир, пучина; бывает воздушный и водяной: черная тучка начинает крутиться завертью, спускается воронкой, вздымает и захватывает виром что есть под нею: пыль, песок, воду, и сокрушительный столб сувоем движется вперед, ломая и уничтожая или заливая на пути своем все. Едва ли смерч от сморкать (Шмквч.), а вероятнее от мрак (Рейф); в Слове о Пол. Иг. говорится: Прысну море полунощи, идут сморци (ед. сморк, сморць?) мглами; эта мгла или сумрак и мог дать смерчу кличку. Смерчие (3 Царств VI, 31 и XIX, 4) какое-то хвойное дерево, переводимое можжевельником (хотя мудрено сидеть под можжевелом, и сделать из дерева его двери), вероятно не в сродстве со смерчем. Смерчевая туча. Толковый словарь Даля

Смерч обычно сопровождают различные атмосферные явления - ливень, град, молнии, дождь, а также звуки, похожие то на шипение и свист тысяч змей, то на жужжание миллионов пчел, на грохот поездов или пушечную канонаду. Такие звуки объясняются вибрацией воздушных масс, вращающихся в воронке.

Смерчевые вихри усиливают формирование шаровых молний - светящихся шаров, состоящих из газа, заряженного внутри положительным и отрицательным электричеством. Шаровые молнии перемещаются медленно и бесшумно. Они бывают разной окраски и величины.

Смерчевой град очень опасен. В 1888 году в Техасе выпал град величиной с куриное яйцо. Он шел каких-то 8 минут, но за это время покрыл долину слоем ледяных катышков в 2 метра. В ярославской области выпал град величиной со стакан. Поразительную градину обнаружили в одном из штатов Северной Америки в 1894 году - внутри нее оказалась довольно крупная черепаха!

Бывают и водяные смерчи - самых разнообразных размеров и форм. Они могут представлять собою то прозрачные небольшие трубы 2-3 метров в диаметре, рассыпающих мелкую водяную пыль, то громадные воронки - водяные насосы, качающие в облако из реки до 120 тысяч тонн воды вместе с рыбами, лягушками и другие речными обитателями - потом вся эта живность выпадает вместе с дождем.

Один такой дождь был описан еще за 200 лет до нашей эры. "Лягушек выпало так много, что, когда жители увидели, что во всем, что они варят и жарят и в воде для питья есть лягушки, что нельзя поставить ногу на землю, не раздавив лягушки, они бежали..."

Очень крупные облака создают огненные смерчи. Причиной их возникновения бывает извержение вулкана или очень сильный пожар. В 1926 году в Калифорнии молния ударила в нефтехранилище. Нефть запылала, и пламя перекинулось на соседние нефтехранилища. На второй день пожара возникли смерчи. Во время вспышки огня поднялось большое плотное черное облако, из которого свисала воронки смерчей. Одна из них подняла в воздух деревянный дом и перенесла его в сторону на 50 метров.

Мы уже не раз упоминали о том, что смерч способен переносить в воздухе различные предметы. Такое явление и называется переносом. Иное дело - транспортирование. Тут осуществляется перенос на расстояние десятков, а то и сотен, если не больше, километров. Чем легче предмет, тем на большее расстояние он транспортируется. Во время смерча 1904 года под Москвой один мальчик пролетел около 5 километров. Но чаще всего летают животные - куры, собаки, кошки. Коровы могут пролететь не более десятка метров. Самое тяжелое животное, выпавшее с дождем из грозового облако, была рыба весом в 16 килограмм, которая оказалась жива и прыгала по траве на лугу на расстоянии 30 километров от родного водоема!

В Северной Италии выпал весьма романтический дождь - с бабочками, захваченными смерчем в окрестностях Турина. Они пролетели в грозовом облаке несколько сот километров. В северной Африке смерч поднял множество пшеничных зерен и опустил их в дожде в Испании.

Иногда смерчи транспортируют хрупкие вещи, проявляя редкую осмотрительность и бережливость. Переносят по воздуху зеркала, которые остаются целыми, горшки с цветами, книги, настольные лампы, шкатулки с бижутерией, фотографии.

Самые разрушительные смерчи и наиболее часто происходят в США. За год там бывает до 700 смерчей. Многие из них не обходятся без человеческих жертв. 18 марта 1932 года по трем штатам Америки со скоростью курьерского поезда пронесся смерч длиной в 350 километров. Он согнул прочную подъемную башню, разрушил фабричное здание с железобетонным каркасом, превратил рабочий поселок в груду обломков. Во время этого смерча погибло 695 человек, а ранено было 2027 человек.

Смерчей почти не бывает там, где всегда холодно или жарко - в приполярных и экваториальных областях. Мало их и в открытых океанах. Как видно из приведенных примеров, в России они иногда случаются, но довольно редко. Далеко не каждому из нас удается наблюдать это удивительно явление природы.

"Известия" 15 июня 1984 года "От Центрального Комитета КПСС и Совета Министров СССР. В результате ураганных ветров, охвативших часть Ивановской, Горьковской, Калининской, Костромской, Ярославской областей и Чувашской АССР, в ряде населенных пунктов разрушены (...) жилые дома, производственные помещения, нарушены линии электропередачи, водоснабжение. Имеются человеческие жертвы". Смерч 1984 года. Сообщение о нем появилось с опозданием (впрочем, беда случилась в выходные). В "Известиях" - подробности. Ивановская область: "Один из смерчей (шириной 450 метров) прошел через Иваново, проделав путь в 16 км..." Горьковская: " В 32 районах нарушено энергоснабжение, 14 остались без воды. В самом Горьком (...) кровли повреждены и частично сорваны на 350 домах. Тысячи домов лишились света..." Кострома: "Будто подрубленные, падали мощные опоры ЛЭП, вековые деревья ломало, как спички, швыряло автомашины. 150-кубометровую стальную емкость для воды подняло в воздух на добрую сотню метров и унесло за километр". Чувашия: "Пострадали города Алатырь и Канаш. Обесточены 11 районов. Повреждены сотни домов, 38 водонапорных башен" . Американские газеты тогда сообщили, что "за непредсказание" бедствия в СССР снят с работы директор Гидрометцентра, а на его место назначен новый - молодой ученый Александр Васильев. Профессор Александр Александрович Васильев ныне - главный научный сотрудник Гидрометцентра России. Усмехается: "Приказ о моем назначении был подписан еще до смерча, предшественник просто уходил на другую работу. Мы потом поддразнивали американских коллег: что ж у вас пишут? Они отвечали: это у вас в СССР все так секретно, что наши газетчики вынуждены додумывать... Нет, никаких "оргвыводов" не было. Да и к кому претензии предъявлять - к стихии?" События же 1984 года он сегодня вспоминает так: - Смерчи классифицируются по пяти категориям, этот (прежде всего ивановский) был четвертой - почти самый сильный из возможных. Трагедию усугубили два обстоятельства. Первое: в средней полосе России смерчи - явление редкое. Даже в США, где торнадо (тамошнее название) вполне обычны, их еще не научились толком прогнозировать, у нас же в 1984-м тем более никто не был готов. И еще: густонаселенность территории бедствия. Люди, например, прятались в дома, а дома тут же крушило - отсюда жертвы. Теория смерчей до конца не разработана, но известно, что они возникают, когда волна очень холодного воздуха быстро соприкасается с воздухом прогретым. Появляются грозовые облака большой высоты. Некоторые из них при этом сильно вращаются, рождая "воронку" - узкий центростремительный вихрь огромной мощности. Кстати, о силе ветра при смерче обычно судят лишь по последующим разрушениям - приборы просто уносит. Так было и в 1984-м - долгая жара и внезапный прорыв арктического воздуха. От темных тяжелых туч к земле потянулись зыбкие столбы пыли - воронки. Это неслись смерчи. Вообще узкий диаметр воронки (например, 10 метров) и сила и центростремительная направленность вихря приводят к тому, что смерч режет, как бритва, - отсюда столько описанных в литературе чудес: хозяйка доила корову, налетел смерч - корову подняло и унесло, хозяйка сидит. Но в сводках 1984 года я чудес не помню. Сообщения были больше трагические: смерч прошел по дачному поселку, половина домиков - в щепки, люди погибли. Что нужно делать при смерче? Если начался и заметили - немедленно звонить в МЧС, в гидрометслужбу, администрацию... Американцы советуют быстро определить траекторию движения смерча и бежать поперек ее, в сторону - тогда можно уйти. Знать такие вещи нелишне, но не дай Бог, чтобы это знание вам понадобилось.

Смерч - природное явление огромной разрушительной силы - таинственное и загадочное. Существует множество моделей смерча, но даже вместе взятые они не в состоянии объяснить всех загадок этого удивительного явления природы. До сих пор нет ответов на основополагающие вопросы: Почему смерч, который во всех справочниках определяется как атмосферный вихрь, падает на землю с высоты? Разве смерч тяжелее воздуха? Что представляет собой воронка смерча? Что придает ее стенкам столь сильное вращение и огромную разрушительную силу? Почему смерч устойчив?

Среди исследователей нет согласия даже по наиболее важным параметрам, таким, например, как скорость потоков в смерче: дистанционные измерения дают значения не более 400—500 км/ч, а многочисленные косвенные свидетельства со всей определенностью указывают на возможность существования в смерче потоков, движущихся с околозвуковыми скоростями.

Исследовать смерч, не просто трудно, но и опасно — при непосредственном контакте он уничтожает не только измерительную аппаратуру, но и наблюдателя. Тем не менее “портрет” смерча, пусть написанный крупными мазками, существует. Так что давайте познакомимся с теорией гравитационно-тепловых процессов, разработанной В.В. Кушиным в 1984—1986 гг., работы которого и легли в основу данной статьи.

Итак: "Смерч — это часть грозового облака, которая имеет быстрое вращение вокруг вертикальной оси. Сначала вращение видно только в самом облаке, затем часть его отвисает вниз в виде воронки, которая постепенно удлиняется и, наконец, соединяется с землей в виде громадного столба — хобота, имеющего внутри сильное разрежение".

Заглянуть внутрь смерча довелось немногим. Вот одно из таких описаний: “Смерч, подходя к наблюдателю, прыгнул, поднялся на высоту 6 м и прошел над его головой. Диаметр внутренней полости был около 130 м, толщины стенки — всего 3 м. Стенка быстро вращалась, вращение было видно до самого верха и уходило в облако. Когда смерч прошел над головой наблюдателя и снова опустился к земле, то коснулся дома и в одно мгновение смахнул его.

Характерно, что граница смерча обычно очерчена очень резко. Например, в Прибалтике 21 сентября 1967 г. “смерч вырвал в саду ряд яблонь, но оставил висеть нетронутыми яблоки на деревьях соседних рядов”2. Известны и более впечатляющие случаи, например когда в налетевшем смерче исчезли и коровник и корова, но женщина, доившая ее в коровнике, осталась сидеть на месте и возле нее, как и прежде, стоял подойник с молоком.

Разнообразием своего поведения смерч похож на всесильного джинна, который считает необходимым не только продемонстрировать свою небывалую силу, но и подчеркнуть особую ловкость и хитрость, втыкая соломинки в деревянные щепки или ощипывая кур только с одного бока.

Ориентировочные параметры смерчей

Параметры	Минимальное значение	Максимальное значение
Высота видимой части смерча	10—100м	1,5—2км
Диаметр у земли	1—10м	1,5—2км
Диаметр у облака	1км	1,5—2км
Линейная скорость стенок	20—30м/с	100—300м/с
Толщина стенок	3м	—
Пиковая мощность за 100с	30 ГВт
Длительность существования	1—10мин	5час
Длина пути	10—100м	500км
Площадь разрушения	10—100м 2	400км 2
Вес поднятых предметов		300т
Скорость перемещения	0	150км/ч
Давление внутри смерча	0,4—0,5атм	—

ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА СМЕРЧА

Для разработки теории смерча из большого числа противоречивых фактов было выбрано следующее достоверное утверждение, с которым согласны все исследователи: воронка смерча всегда приходит на землю сверху, а, “ослабев”, вновь поднимается ввысь.

По закону Архимеда, падать в атмосфере могут только те предметы, вес которых больше веса вытесненного ими воздуха. Внутри воронки смерча воздух разрежен, следовательно, такая воронка может опуститься только в том случае, если ее стенки значительно тяжелее воздуха. Вспомним наблюдателя, которому волею судеб удалось заглянуть внутрь смерча. По его оценкам, толщина стенок была 3 м, а диаметр полости — 130 м. Если на основании характера разрушений предположить, что разрежение в полости было 0,5 атм, то, как показывают расчеты, у такого смерча плотность стенок должна быть более 7—8 кг/м 3 — в 5—6 раз больше, чем у воздуха. При различных соотношениях между диаметром воронки, толщиной ее стенок и степенью разрежения в ней плотность стенок воронки может быть различной, но обязательно выше плотности окружающего воздуха в несколько, а возможно и в десятки раз.

Что же может быть плотнее воздуха в верхних слоях тропосферы, где зарождается смерч и откуда он “сваливается” на землю? Только вода и лед. Поэтому единственно правдоподобной, на наш взгляд, представляется следующая гипотеза: воронка смерча есть особая форма существования мощного вращающегося потока дождя и града, свернутого в спираль в виде тонкой стенки конической или цилиндрической формы. Содержание воды в стенках воронки по массе должно во много раз превосходить содержание там воздуха. Иными словами, существующие в литературе утверждения о том, что воронка смерча представляет собой воздушный вихрь или плазму, противоречит законам аэростатики; вихрь с чисто воздушными стенками и разрежением внутри его полости может только подниматься вверх, как это действительно бывает всегда с вихрями, которые зарождаются у поверхности земли.

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СМЕРЧА

Если воронка смерча обладает массивными стенками, их вращение должно приводить к расширению воронки и понижению давления воздуха внутри нее из-за действия центробежных сил. Расширение происходит до тех пор, пока перепад давления D p снаружи и внутри не уравновесит действия центробежных сил.

Если выделить из стенки площадку S, то снаружи на нее будет действовать сила D pS . Равновесие с центробежными силами наступит при условии

D pS = (s v 2 /R)*S ,

где s — масса, приходящаяся на единицу площади стенки, v — скорость стенки, R — радиус воронки.

Исходя из этого кинематического условия, можно воссоздать теоретический “портрет” воронки смерча средней силы: диаметр 200 м, высота — 1,5—2 км, давление внутри воронки — 0,4—0,5 атм, скорость вращения 100 м/с, толщина стенки 10—20 м, содержание дождя в стенке — 200—300 тыс. т. Воронка присасывается к земной поверхности, сдирая с нее верхний покров и окрашиваясь таким образом в цвет своей “добычи”. Она способна поднимать предметы с массой до 5 т/м 2 и поэтому легко переносит вагоны, автомобили (в литературе описан случай, когда смерч сбросил крышку весом 300 т с водонапорного бака). При этом, если поверхность земли в месте контакта гладкая, скорость вращения воронки меняется незначительно, равновесие стенки с внешней средой не нарушается и даже в непосредственной близости от воронки не ощущается дуновения ветра (вспомним, как остались нетронутыми яблоки на ветвях почти рядом со смерчем). Иногда равновесие нарушается — когда сверху поступает избыточный поток вращающегося дождя, усиливающий действие центробежных сил.

В этих случаях возникает так называемый каскад: присосавшаяся к земле воронка с огромной скоростью разбрасывает вокруг себя избыточные массы и в результате способна оттолкнуть даже довольно крупные предметы.

Особенно необычные явления возникают при столкновении воронки с преградой. Имея высокую плотность и огромную скорость, воронка наносит по преграде мощный боковой удар с перепадом давления до 10 атм, ломая, как спички, деревья и разрушая постройки. При этом в стенке воронки образуются разрывы с перепадом давления снаружи и изнутри около 0,5—0,6 атм. Все, что оказывается вблизи разрыва, немедленно засасывается в воронку (например, человек за 1 с перебрасывается на 10— 20 м и, как правило, даже не успевает осознать, что с ним произошло). Поскольку скорость вращения стенки, а следовательно, и скорость перемещения разрыва около 100 м/с, то за 0,1 с он передвинется примерно на 10м. Поэтому из двух предметов, находящихся в непосредственной близости друг от друга, один может исчезнуть, а другой даже не ощутить дуновения (как это было в случае с исчезнувшей коровой и неподвижным подойником).

СВЕРХЗВУКОВОЙ ВИХРЬ ВНУТРИ ВОРОНКИ

В ранних исследованиях на основании многочисленных косвенных данных утверждалось, что скорость потоков в смерче достигает звуковых и даже сверхзвуковых скоростей (поэтому он втыкает соломинки в дерево, грохочет как тысячи тракторов и т. п.). Однако современные локационные измерения показали, что из многих сотен смерчей, в том числе самых мощных, ни один не имел скорости вращения больше 100—110 м/с. Поэтому в последних работах ведущих специалистов в этой области данные о существовании потоков со звуковыми скоростями в смерче считаются ошибочными и просто игнорируются. Если же подойти к этим противоречивым данным на основе разработанной выше картины, то все оказывается значительно проще. Как только в стенке смерча при столкновении с преградой образуется брешь, то в нее устремляется поток воздуха извне, и его скорость v 1 можно оценить по известной формуле Бернулли: v 1 = (2D p / Q 0) 1/2 . Поскольку плотность воздуха Q 0 = 1,3 кг/м 3 , а перепад давления D р = 0,5 атм (5*104 Па), то скорость ворвавшегося внутрь воронки потока составит 300 м/с. Все сразу становится на свои места: смерч — это двухслойный вихрь. Локационные и прочие наблюдения извне не могут проникнуть внутрь воронки и поэтому фиксируют скорость вращения внешней дождевой стенки смерча, которая, согласно разработанной теории, действительно, составляет не более 100—150 м/с. А все косвенные свидетельства относятся к вторичному воздушному вихрю, у которого скорость близка к звуковой или даже превосходит ее.

Очень важен вопрос, куда направлен поток воздуха, ворвавшегося внутрь воронки. Если воронка падает на гладкую поверхность (мелколесье, мелкие рытвины или бугры), между ними возникает кольцевая щель. Поток, поступающий внутрь воронки сквозь такую щель, направлен к оси смерча и поэтому не имеет никакого вращения. В этом случае происходит быстрое торможение воронки как за счет ее трения о землю, так и за счет заполнения воронки невращающимся вторичным потоком. При наличии крупных препятствий (деревьев, строений, крупных оврагов и бугров) по окружности воронки образуются, как уже отмечалось, разрывы. Из-за перепада давления затормозившиеся обрывки стенки будут двигаться по сворачивающимся спиралям, в результате чего между соседними обрывками возникнут узкие вертикальные щели-проходы, через которые внешний воздух будет врываться внутрь воронки. Поскольку эти проходы направлены по касательной к окружности воронки, то поступающий воздух закручивается вокруг оси смерча в ту же сторону, что и внешняя стенка воронки. В этих случаях сама воронка тормозится, но зато вторичный вихрь приобретает вращение, энергия которого может превосходить энергию потерь. В таких случаях смерч неожиданно обретает особую силу.

Иногда обрывки воронки, образовавшиеся после столкновения с препятствиями, замыкаются сами на себя, и тогда в нижней части смерча образуется несколько более мелких воронок. Необходимо подчеркнуть, что воронка смерча — весьма устойчивое образование, она может существовать долго, поддерживать сама свое вращение — лишь бы в нее в достаточном количестве поступал сверху вращающийся поток дождя.

Хлынет ли из грозовой тучи обычный дождь, или обрушится воронка смерча (по сути дела скрученный дождь) — все это определяется процессами в верхних слоях тропосферы. Рассмотрим эти процессы.

РОЖДЕНИЕ СМЕРЧА

Смерч — детище грозового облака. Обильные пары воды, попавшие в облако из нижних слоев тропосферы, конденсируются и выделяют теплоту конденсации. За счет этого воздух оказывается теплее и легче окружающего более сухого воздуха, и ввысь устремляется мощный восходящий поток.

Облако становится резко неустойчивым, в нем возникают стремительные восходящие потоки теплого воздуха, которые выносят массы влаги на высоту 12— 15 км, и столь же стремительные холодные нисходящие потоки, которые обрушиваются вниз под тяжестью образовавшихся масс дождя и града, сильно охлажденных в верхних слоях тропосферы.

Иногда грозовое облако образуется в результате “косого” столкновения теплого и холодного воздушных потоков, в результате чего оно приобретает вращение вокруг вертикальной оси. В таком облаке восходящие и нисходящие потоки направлены не по вертикали, а закручены вокруг общей вертикальной оси, формируя особый двухслойный вихрь высотой 12—15 км и диаметром 3—5 км, так называемый мезоциклон (рис. а). Более холодный и потому более плотный нисходящий поток, пропитанный дождем и градом, образует внешний слой вихря, а восходящий теплый влажный поток размещается внутри него и вращается в ту же сторону, что и внешний слой.

Образование смерча: а — образование "перетяжки" на высоте 4—5 км, где вращающиеся потоки в облаке делятся на восходящий вихрь и воронку смерча; б — появление воронки из облака

Когда у нижней кромки облака-вихря скапливается большое количество вращающегося дождя и града, то они выпадают из облака вниз в виде тонкослойной конической или цилиндрической воронки смерча (рис. б) Интенсивное образование града, крупных капель и выбрасывание их из стенок вихря приводит к резкому уменьшению диаметра воронки до 1—1,5 км, а также к резкому возрастанию скорости вращения стенок воронки. Когда образовавшаяся воронка становится тяжелее вытесненного ею воздуха, она обрушивается на землю (рис в.).

В — образование "каскада" у основания воронки; г — воронка засосала с земли порцию воды, диаметр ее увеличился до 100—300 м;

Так рождается обычный смерч, который существует за счет ресурсов материнского облака. Он может превратиться в катастрофический, но только при определенных условиях. Каких же? Чтобы ответить на этот вопрос, нам придется сделать небольшое отступление.

Известно, что температура воздуха в атмосфере постепенно понижается с высотой. Это фундаментальное свойство любой газовой среды, находящейся в поле тяготения, и связано оно с тем, что воздух в атмосфере постоянно перемешивается и при своем движении вверх расширяется и охлаждается (поскольку давление падает с высотой), а при движении вниз, соответственно, нагревается. Градиент температуры Т" выражается известной формулой: Т" = - (g / R 0) *[ (x-1) / x ] , где R 0 = 287 Дж/кг, град - универсальная газовая постоянная, g - ускорение свободного падения, х — коэффициент адиабаты. Для двухатомного газа, каковым является воздух, х =1,4, следовательно, Т" =9,8 град/км. Полный перепад температуры составляет 70—80 o и на высоте 12—15 км царит 50—60-градусный мороз.

Теперь, вооружившись этими сведениями, попробуем ответить на поставленный вопрос. Мы уже говорили, что при столкновении с препятствием кромка воронки рвется и скорость ее вращения резко возрастает. Внутри воронки создается такое разрежение, что она в состоянии поднять на большую высоту воду непосредственно с поверхности земли. Если вода, попав в материнское облако, будет превращаться в град, то процесс захвата воды может стать неудержимым, катастрофическим: чем больше будет поднято воды, тем больше выделится тепла, тем более мощным будет поток восходящего воздуха и т. д.(рис г)

Достаточно всего 200— 300 г воды на 1 м 3 воздуха, чтобы из-за выделения теплоты перехода вода — лед температура воздуха внутри воронки не падала ниже 0 o C даже на высоте 12—15 км, где мороз, как мы уже говорили, достигает 60 o C. Резкий перепад температур снаружи и внутри смерча и создает ту силу, которая поддерживает восходящий и нисходящий потоки в смерче. В результате смерч самостоятельно, теперь уже независимо от ресурсов материнского облака, снабжает себя водой, которая ему необходима и для компенсации энергетических затрат, и для восполнения ее убыли из стенок. Более того, смерч часто сам создает над собой новое облако, которое в дальнейшем сопутствует ему, были бы только на пути речки, озера, болота.

Легко заметить, что согласно вышеприведённому расчёту на высоте 20 км должен иногда царить мороз около 200sup>oС. Температура когда кислород и азот, которые входят в состав воздуха, превращаются в жидкость. По законам природы в атмосфере должны были бы идти дожди из жидкого кислорода и азота. Если бы эти дожди, подобно обычному дождю, падали на поверхность Земли, то соприкасаясь с ней, капли азота и кислорода мгновенно испарялись, как на горячей сковороде испаряется упавшая на нее капля воды. Такова должна быть жизнь на Земле согласно неумолимым законам физики. Почему же этого не происходит? Дело в том, что на высоте 15—30 км существует тонкий слой с повышенным содержанием озона. Этот слой поглощает всего 5% излучения, приходящего от Солнца. Однако этого оказывается достаточно, чтобы возникла тропопауза, выше которой температура с высотой не падала, а росла. График зависимости изменения температуры от высоты над поверхностью земли изображен на рисунке. Именно, благодаря этому тонкому слою, температура в атмосфере даже на высоте 15—30 км не опускается ниже минус 60—80 градусов Цельсия, а на поверхности Земли цветут сады, и поют птицы.

Все атмосферные процессы — циклоны, грозы, антициклоны, смерчи, ураганы — упираются в этот "озоновый потолок" и возвращаются вниз в виде ветра, дождя, снега, града. Если разрушить этот потолок, то тропопауза исчезнет, тропосфера плавно перейдет в стратосферу, и температура здесь также будет падать на 10 градусов на каждый километр высоты. Все атмосферные процессы будут достигать больших высот, а мощность вихрей возрастет многократно. При этом температура сбрасываемых вниз масс дождя и града резко понизится. Это может привести к общему понижению температуры поверхности Земли. Наша озоновая крыша очень хрупкая. К великому сожалению, все, что делает человек, словно специально направлено на ее разрушение.

Что же кладет предел неудержимому росту мощности катастрофического смерча? В термодинамическом отношении он представляет собой гигантскую гравитационно-тепловую машину, в которой вниз падает холодный воздух, совершая работу A 1 , а вверх поднимается теплый воздух, и на его подъем требуется затратить работу A 2 . Ввиду большей плотности пада- ющего холодного воздуха A 1 > A 2 . Избыток работы идет на увеличение кинетической энергии смерча D W . Положим, что высота смерча есть H , его сечение S 0 , a v 0 скорость воздушного потока, который движется вверх внутри воронки. Тогда изменение кинетической энергии смерча за 1 с выразится соотношением:

D W = r 0 v 0 S 0 gHD T/T 1

где r 0 =1,3 кг/м 3 - плотность воздуха при нормальных условиях; D T - перепад температур между восходящим и нисходящим потоками; T 1 = 300 К - температура у поверхности Земли. Прикинем, чему может равняться D W для конкретного смерча, у которого например, радиус R =100 м, высота Н =15 км, перепад D T =30 К, расход газа v 0 S 0 =2,8*10 6 м 3 /с. Тогда для D W получается значение 50 ГДж/с. Это гигантская мощность, в 10 раз превосходящая мощность Братской ГЭС, и всю ее смерч может потратить на разрушение. При этом, однако, он должен регулярно пополнять с земли запасы своего "топлива" — воды. Поскольку теплоемкость воздуха составляет 1кДж/кг*град, то для создания перепада температур D T =30 К между потоками, восходящий поток должен получать в секунду не менее 150 ГДж тепловой энергии. Теплота перехода вода — лед q = 335 кДж/кг, следовательно, смерч должен каждую секунду засасывать и превращать в лед не менее 450 т воды. При этом воду он должен засасывать достаточно равномерно, так как, захватив сразу слишком много воды, например 2—3 кг/м 3 , он сможет поднять свою "добычу" не выше 1—2 км, т. е. на высоту, где вода не сможет выделить теплоту перехода вода — лед. Поэтому там, где есть глубокие водоемы (моря, большие озера), смерчи относительно слабы. Наоборот, если воды мало, то перепад температуры между потоками уменьшается и смерч чахнет от жажды. Поэтому в засушливых районах катастрофических смерчей тоже не бывает.

Здесь следует сделать одно замечание. В восходящем и нисходящем потоках количество воды примерно одинаково, и, следовательно, работа, которая тратится на подъем воды, полностью возвращается потоку при падении воды вниз. Поэтому в смерче могут длительно циркулировать потоки с очень высокой концентрацией воды (2—3 кг/м 3 и более). Однако резкие изменения концентрации воды приводят к возникновению перетяжек и, как следствие, к разрушению смерча. Таким образом, естественным пределом увеличения мощности смерча является потеря воды из стенок во время его движения.

ИСКУССТВЕННЫЙ СМЕРЧ

Бывало, что деятельность человека случайно приводила к возникновению искусственных смерчей. Так, при пожарах в Дрездене и Гамбурге во время бомбардировок 1944—1945 гг. из образовавшихся от пожаров густых туч свешивались вниз смерчи высотой в несколько сотен метров. При сильных лесных пожарах также наблюдалось возникновение смерчей, правда, они редко опускались до земли. Ставились также эксперименты по созданию искусственных смерчей. В частности, известны две успешные попытки создания смерчей с помощью очень мощных нефтяных горелок-метеотронов. Сто таких горелок были размещены на площади 100 м 2 и при сжигании за 15 мин 15 т нефти удавалось получать плотные облака, из которых вниз свешивались воронки смерчей высотой около 100 м.

Подробный анализ показал, что для возбуждения смерча топливо выгоднее сжигать не на земной поверхности, а предварительно распылять его по высоте будущего смерча и непрерывно подпитывать при этом воронку потоками воздуха, смешанными с водой и закрученными вокруг вертикальной оси. Количество топлива, необходимое для возбуждения мощного искусственного смерча, оценивается в 500 т, Не останавливаясь на конкретных вариантах создания искусственного смерча, рассмотрим вопрос о том, насколько полезными могут оказаться такие гравитационно- тепловые (ГТ) установки при решении энергетических проблем сегодня и завтра, имея в виду проблемы обеспечения их топливом (водой!), а также множество экологических проблем, связанных с созданием мощных ГТ-установок.

Конечно, практическое освоение таких гигантских энергоустановок с питанием от экологически идеального источника энергии, каким является вода морей, океанов, рек, могло бы существенно облегчить решение энергетических проблем, которые стоят перед человечеством. Ведь для покрытия только прироста энергетических потребностей в 2000 г. придется сжигать дополнительно к сегодняшним расходам еще до 5 Гт условного топлива в виде нефти, газа, угля, урана. В то же время это же количество энергии Солнце отдает земным морям и океанам всего за 30—40 мин. Поэтому даже широкое применение ГТ-установок не должно приводить к вредным экологическим последствиям в крупных масштабах.

Образно говоря, гравитационно-тепловая энергетическая установка с использованием искусственного смерча представляет собой газовую горелку высотой 12—15 км, в которой сгорает не газ или нефть, а обычная вода из любого естественного водоема, которая, превращаясь в лед, отдает воздушным потокам всю свою теплоту, включая теплоту фазового перехода вода — лед . Турбогенераторы такой установки могут размещаться как в восходящем, так и в нисходящем потоках смерча. Все выделенное тепло отдается верхним слоям тропосферы, а вниз на поверхность земли падает своеобразная "зола", "шлак" от этого процесса — замерзшая вода (град). На единицу мощности в 1 ГВт необходимо подавать в смерч 15—20 т воды каждую секунду, которые будут возвращаться на землю уже в виде льда и охлаждать ближайшие окрестности вокруг установки. Эти проблемы понижения температуры.окружающей среды вблизи ГТ-установки требуют особого изучения. Но даже не касаясь вопросов возможного использования искусственных смерчей для целей энергетики, можно определенно назвать те районы, где уже сейчас было бы полезно создать мощные искусственные смерчи. Это те районы, где зарождаются тайфуны и ураганы. Длительное существование смерча приведет к заметному понижению температуры вблизи поверхности Земли и, следовательно, к понижению темпа испарения воды из океана. Тем самым процесс возникновения неустойчивости атмосферы в данном районе будет замедлен и зарождающийся тайфун ослаблен.

Подведем итоги. Все-таки что же такое смерч? С точки зрения физика-метеоролога, воронка смерча — это скрученный дождь, неизвестная ранее форма существования осадков. Для физика-механика — это необычная форма вихря, а именно: двухслойный вихрь с воздушно-водяными стенками с резким различием в скорости и плотности обоих слоев. Для физика-теплотехника смерч — гигантская гравита- ционно-тепловая машина огромной мощности, в которой мощные воздушные потоки создаются и поддерживаются за счет теплоты, которая выделяется водой из любого естественного водоема, когда она попадает в верхние слои тропосферы.

Смерчи рождаются и над водой, и над сушей. Смерчи на суше в Европе называют тромбами, а в Америке - торнадо. Вихри над морем называют водяными смерчами. В тропических странах это явление довольно частое - в США, например, ежегодно бывает несколько сот смерчей, а в отдельные годы - более тысячи. В странах умеренного климатического пояса смерчи над сушей наблюдаются в десятки раз реже, а в высоких широтах они совсем редки. В центральной части смерча давление воздуха понижено. Внешне смерч представляется опускающимся вершиной к земле конусообразным облачным столбом. От поверхности земли к нему часто поднимается вершиной вверх другой столб - из пыли, мусора или водяных брызг. Диаметр столба - несколько десятков метров. Движение воздуха и вовлекаемых в него предметов - круговое, со скоростью до 100 км/ч а иногда и больше. Одновременно воздух в смерче увлекается вверх, к основанию кучево-дождевого облака, под которым возник смерч. При движении над местностью со скоростью несколько десятков километров в час смерч производит разрушения, вызываемые не только огромной скоростью воздуха внутри самого вихря, но и мгновенным скачком атмосферного давления, которое за считанные секунды может упасть и снова подняться на несколько десятков гектопаскалей. Дома с запертыми дверями и окнами "взрываются" в момент прохождения над ними смерча, целые стены вываливаются наружу, жидкость из сосудов высасывается и разбрызгивается. Были случаи, когда куры, попавшие в полосу прохождения смерча, мгновенно оказывались голыми, как будто их кто-то ощипал. Одиночный смерч, опускаясь к земле, производит опустошение в полосе шириной несколько сот метров и длиной от нескольких километров до нескольких десятков километров. Большую опасность при смерчах над сушей представляют поднятые в воздух и разлетающиеся в разные стороны твердые предметы - доски, щепки, обломки зданий, листы железной кровли и пр. Энергия смерча колоссальна: он способен сорвать и опрокинуть железнодорожный мост, тяжелый грузовой автомобиль или поднять в воздух и затем бросить на землю самолет весом десять тонн. На Европейской части бывшего СССР смерчи над сушей отмечались над самыми различными широтами - от Соловецких островов до побережья Азовского и Черного морей. Чаще всего они бывают в конце лета и в начале осени у восточного побережья Черного моря, на Кавказе - до 10 раз в год. Обычно возникновение их связано с мощными прорывами холодного воздуха на сильно прогретую (выше 25°С) поверхность моря. Прорвавшийся с севера холодный воздух в такой ситуации очень неустойчив: над морем быстро развиваются угрожающего вида темные кучево-дождевые облака с частыми вспышками молний и полосами ливней. Из отдельных облаков свисают хоботы смерчей, к кото рым от воды поднимаются конусообразные воронки - водяные смерчевые столбы. Бывают случаи, когда смерчи с моря смещаются на побережье, оставляя в предгорьях свои запасы воды, подчас весьма значительные. Вместе с ливнями, обычными на побережье в таких случаях, это иногда приводит к катастрофически быстрому переполнению рек и речушек, которые выходят из берегов и затапливают долины. Один из таких случаев - наводнение в районе Сочи - Мацестинского курорта 10 сентября 1975 года, другой - 21 августа 1985 года в районе Лазаревской. Над внутренними континентальными областями средней полосы Европейской России смерчи бывают каждое лето по нескольку раз. В районе Москвы смерчи были отмечены в 1904, 1945, 1951, 1956, 1957 и 1984 годах. В 1904 году в Москве при прохождении смерча над Москвой-рекой вода из последней была на некотором протяжении полностью высосана воздушным вихрем и на какое-то время дно реки оголилось. Аналогичный случай имел место в Гомельской области у деревень Беседка и Птичь в июле 1985 года. Лучшим спасением от смерча является бегство. Если это сделать не удается, то следует укрыться в какой-нибудь траншее или яме, на худой конец ложбине. Опасность представляют леташие с огромной скоростью предметы, которые увлекает за собой смерч. В литературе описаны случаи, когда соломины, подхваченные смерчем, протыкали стволы деревьев. Образовавшийся вихрь, как правило, имеет циклоническое вращение, причем одновременно наблюдается движение воздуха по спирали вверх. 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. Обычный смерч состоит из трех частей: горизонтальных вихрей в материнском облаке, воронки - 2, дополнительных вихрей, создающих каскад - 3 и футляр - 1. Смерчевое облако, как и всякое другое грозовое кучево-дождевое облако, характеризуется неоднородностью и высокой турбулентностью. Многие из них к тому же имеют вихревое строение. Если воронка не достигла земли или земля очень твердая, то она может быть и невидима. Но обычно вихрь при своем движении захватывает воду, пыль и воронка становится хорошо видимой. Смерч по своему строению аналогичен миниатюрному тропическому тайфуну. Тайфун и смерч заключают в себе пространство, более или менее ограниченное «стенками»; оно почти чистое, безоблачное, иногда от стенки до стенки проскакивают небольшие молнии; движение воздуха в нем резко ослабевает. Так же, как в ядре урагана, во внутренней полости воронки смерча давление резко падает - порой на 180-200 миллибар.

ШАРОВАЯ МОЛНИЯ И ТОРНАДО
имеют общего "родителя" - магнитное поле земли

Суть этой идеи заключается в следующем.

В магнитном поле земли (к сожалению, пока тоже очень слабо изученном) могут происходить локальные вихревые, воронкообразные вращения, по аналогии с такими вращениями в жидкой и газовой среде. Предполагаемые причины возникновения таких аномалий могут быть (в данном случае) мощные электрические разряды, происходящие в атмосфере земли (линейная молния). Вернее сказать, в большинстве случаев, т.к. предполагаю, что другими возможными причинами таких завихрений, могут служить неоднородности магнитного поля земли, и другие магнитные аномалии, это вопрос к специалистам в этой области.

Вокруг канала линейной молнии, во время её разряда возникает очень мощное переменное магнитное поле, которое после прекращения разряда "схлопывается". Но это электромагнитное поле находится не в каком-то изолированном вакуумном пространстве. Оно, безусловно, должно взаимодействовать с магнитным полем земли! Здесь самое время, задаться вопросом - а что же в этот момент, происходит на самом деле?

В возникновении торнадо, также непосредственную, ведущую роль, играет магнитное поле земли.

А точнее, магнитные вихри, возникающие в среде магнитного поля нашей планеты. Причины возникновения таких аномалий могут быть разные, и одна из них наиболее вероятная, это разряд грозовой молнии.

Вокруг канала линейной молнии возникает кратковременное, но достаточно мощное вращающееся электромагнитное поле, которое после прекращения разряда также прекращает свое существование. Но очевидно, что за это относительно короткое время, оно должно взаимодействовать с магнитными силовыми линиями, окружающими землю, поскольку действие происходит непосредственно в среде магнитного поля земли

Подобно тому как, размешивая ложкой, чай в стакане и убрав её, мы наблюдаем еще некоторое время вихреобразное вращение жидкости. Но случай со стаканом воды не очень наглядный и достоверный, хотя и имеет определенную схожесть. Гораздо точнее представление о происходящем нам могут дать вихревые движения воды (буруны) возникающие на реках с достаточно быстрым течением.

Именно поэтому я предполагаю, что в магнитном поле нашей планеты время от времени происходят локальные вихревые вращения, пока еще, к сожалению никак не изучены и даже не оговорены.

Нет ни одного источника, хотя бы намекавшего на подобное явление. А между тем, вихревые движения присущи всем средам в нашей вселенной. И чаще всего видимые нашему глазу вращения, это лишь результат тех невидимых, электромагнитных и эфиродинамических вращений происходящих в природе.

Изучив достаточно большое количество фотографий торнадо, я пришел к выводу, что основой любого торнадо, его изначальной движущей силой является воронкообразное вращение магнитного поля земли, а не наоборот, как пока еще, считают многие ученые.

Если рассматривать торнадо с этой точки зрения, все загадочные и удивительные явления сопутствующие ему, становятся очевидными и легко объяснимыми. И скорость вращения воздуха в самом торнадо до 400 км. в ч.

И его очень ограниченный радиус действия, он ограничен размером магнитной воронки.

И возникающих самых разнообразных электромагнитных явлениях, возникающих в самом торнадо и вокруг него.

И совершенно понятно, что скорость вращения магнитного поля в торнадо, в сотни раз превышает скорость вращения воздуха увлеченного им.

И становится легко объяснимым тот факт, что торнадо чаще всего появляется в засушливых, пыльных районах мира.

Такие воронкообразные вращения магнитного поля земли возникают повсеместно, но проявить себя по настоящему и во всей силе, они могут только в пыльных районах.

Происходит это следующим образом:

Вращающееся магнитное поле наэлектризовывает все, что попадает в его окружение и наиболее подходящими для этого, являются микроскопические частицы пыли. Наэлектризовываясь, они с легкостью увлекаются, подымаясь по стволу вихревого вращения магнитного поля. Вращаясь эти частицы пыли сталкиваются с молекулами атмосферного газа и в свою очередь увлекают их за собой, раскручивая таким образом уже воздушный вихрь. В качестве наглядного примера можно рассмотреть несколько фотографий торнадо:

Не правда ли очень похоже на электроток в обычном проводнике? Отрицательно заряженные молекулы воды, из грозового облака "стекают" к плюсу (земле), а положительно заряженные движутся им навстречу, к минусу (в сторону облака). Только движение это происходит во вращающемся переменном магнитном поле.

Еще одним доказательством этому могут служить также последние наблюдения Американских ученых занимающихся изучением торнадо:

CNN 21 апреля 2004 Заключение основано на исследованиях, проведённых в Аризоне и Неваде, где учёные искали пылевые смерчи и двигались прямо через них. Экспериментаторы обнаружили неожиданно большие электрические поля с напряжённостью, превышающей 4 киловольта на метр. Работа проведена центром Годдарда (Goddard Space Flight Center) американского космического агентства. Цель — понять, какие сюрпризы могут принести пылевые бури на Марсе. Частицы пыли в смерче становятся наэлектризованными, потому что они трутся друг о друга. Но раньше учёные полагали, что положительные и отрицательные частицы будут равномерно смешаны, удерживая суммарный заряд на нуле. Вместо этого оказалось, что меньшие частицы имеют тенденцию получать отрицательный заряд, а ветер уносит их выше. Более тяжелые, частицы чаще заряжаются положительно и чаще остаются ближе к поверхности земли. Это разделение зарядов создаёт гигантскую батарею. А потому, что частицы находятся в движении, они создают ещё и переменное электромагнитное поле. На Марсе при меньшей гравитации и меньшем атмосферном давлении пылевые смерчи могут быть в пять раз шире, чем земные, и могут вырастать до высоты 8 километров. Все упомянутые выше явления, вероятно, могут происходить и в марсианских пылевых торнадо, но гораздо в больших масштабах. А значит, уже сейчас нужно думать, как защищать астронавтов и оборудование от воздействия этого явления, делают вывод учёные NASA.

Здесь подтверждаются две наиболее важных составляющих торнадо:

1. Наличие больших электрических полей с высокой напряжённостью.
2. Вращающееся магнитное поле.
3. Огромной разности потенциалов между основанием торнадо, землей (плюс) и вершиной торнадо (минус).

Именно эта разность потенциала и создает вихревое магнитное поле, из которого впоследствии и формируется торнадо. Это вращающееся магнитное поле имеет форму воронки, т.к. верхняя, расширяюдаяся его часть вращается вокруг предполагаемого центра отрицательного заряда, накопленного в грозовой туче.

Но выводы Американских ученых основываются на старых взглядах, где торнадо рассматривается как движение конвекционных атмосферных потоков, и конечно же с данной точки зрения являются неверными.

Если рассматривать торнадо, как мощное вращающееся магнитное поле, то становится понятной и его строго очерченное локальное воздействие.

"Самым поразительным, тем что до сих пор не может объяснить наука, является то, что несмотря на огромные скорости ветра смерч сильно локализован. Другими словами, он имеет четко очерченную границу - здесь ветер ураганный, а в нескольких метрах в стороне - тишь и гладь. Очевидцы описывают наполовину разрушенные дома (одна половина разбита в клочья, в другой на подоконнике спокойно лежат ранее оставленные цветы), наполовину ощипанную смерчем курицу и т.п."

Можно предположить, что очень частое появление торнадо, в районах Северной Америки (США) это прямое следствие слишком интенсивного "агрессивного" земледелия. В условиях, когда громадные площади бывших "прерий" были распаханы, эта суглинистая, пыльная почва превратилась в идеальный "плацдарм" для возникновения торнадо. Торнадо силен только тогда, когда "вберет" в себя достаточное количество микрочастиц пыли, которые в свою очередь раскручивают воздушный поток до огромных скоростей, приобретая, таким образом, свою разрушающую силу. Это же подтверждается местными Индейскими племенами. До прихода Европейских колонизаторов, проблем с торнадо там не было.

В обзоре использованы материалы авторов:
В.Кушиной, И.Полянской, С.Нехамкина, А.Нечепоренко
1. Наливкин Д.В. Смерчи. М., 1984.
2. Микалаюнас М. М. Смерч небывалой силы // Человек и стихия-84. М., 1984.
3. Вульфсон Н.И., Левин Л.М. Метеотрон как средство воздействия на атмосферу.// М.: Гидрометеоиздат, 1987

Смерч, атмосферный вихрь, возникающий в грозовом облаке и затем распространяющийся в виде тёмного рукава или хобота по направлению к поверхности суши или моря; в верхней части имеет воронкообразное расширение, сливающееся с облаками. Когда С. опускается до земной поверхности, нижняя часть его тоже становится расширенной, похожей на опрокинутую воронку. Высота С. может достигать 800-1500 м. Воздух в нём вращается обычно против часовой стрелки, причём одновременно он поднимается по спирали вверх, втягивая пыль или воду; скорость вращения - несколько десятков м в сек. В связи с тем, что внутри вихря давление воздуха уменьшается, там происходит конденсация водяного пара; это вместе со втянутой частью облака, пылью и водой делает С. видимым. Диаметр С. над морем измеряется десятками м, над сушей - сотнями м.

С. возникает обычно в тёплом секторе циклона, чаще перед холодным фронтом и движется в том же направлении, в котором перемещается циклон (скорость перемещения 10-20 м/сек ). За время своего существования С. проходит путь длиной 40-60 км. Образование С. связано с особо сильной неустойчивостью стратификации атмосферы.

С. сопровождается грозой, дождём, градом и, если достигает поверхности земли, почти всегда производит большие разрушения, всасывая в себя воду и предметы, встречающиеся на его пути, поднимая их высоко вверх и перенося на значительные расстояния. С. на море представляет большую опасность для судов. С. над сушей иногда называют тромбами, в США их называют торнадо.