Читать книгу Загадки природи. Дитяча енциклопедія - Группа авторов - Страница 5

При наближенні торнадо виникає страшенний гуркіт. Велетенський вихор здатен піднімати в повітря автомобілі й навіть будинки, з легкістю виривати з корінням віковічні дерева й за одну мить стирати з лиця землі цілі поселення. Його часто порівнюють з коловоротом, що його утворює стікаюча вода у ванні, з тією лише різницею, що там рух спрямований униз, а в торнадо – нагору.

Зовні торнадо – це атмосферний вихор над сушею з вертикальною, часом вигнутою віссю обертання, що може сягати у висоту 12–15 кілометрів. Він виникає в грозовій хмарі і поширюється вниз, часто до самої поверхні землі, нагадуючи темний рукав із хмари або хобот слона. Смерчі завжди несуть великі руйнування, залишені ними «шрами» можна знайти по всій земній кулі. Але найчастіше вони виникають у центральних районах США. Саме в Сполучених Штатах смерчі й дістали сумнозвісну назву торнадо. Середня кількість смерчів на території США – до тисячі на рік, причому половина з них припадає на квітень, травень і червень. Найбільших значень цей показник досягає в Техасі (120 на рік), найменших – у північно-східних і західних штатах (один на рік).

Американська класифікація смерчів, нині використовувана метеорологами всього світу, поділяє їх на шість категорій:

F0 – слабкий. Пошкоджує димарі і телевізійні антени, ламає гілки дерев, падають дерева зі слабким корінням.

F1 – середній. Зриває дахи, розбиває вікна, деякі дерева вириває з корінням або ламає, перевертає й пересуває легкі автопричепи, зносить з доріг автомобілі, що рухаються. Подібне відбувається і при дії ураганного вітру.

F2 – значний. Зриває дахи, руйнує звичайні сільські будинки, вириває з корінням великі дерева, зносить із шосе автомобілі, перевертає залізничні вагони, піднімає в повітря легкі предмети.

F3 – серйозний. Зриває дахи і руйнує частини стін, цілком руйнує звичайні сільські будинки, розриває стальні конструкції (ангари, пакгаузи), більшість дерев вириває з корінням, відриває від землі автомобілі, підкидає їх у повітря, перевертає потяги.

F4 – спустошливий. Більшість будинків перетворюється на купи уламків, значно руйнуються стальні конструкції, у повітрі літають великі предмети, переносяться на великі відстані автомобілі й потяги.

F5 – вражаючий. Смерч проходить, залишаючи за собою сліди руйнувань на відносно вузькій смузі території – від 10 до 500 метрів завширшки. Каркаси будинків зриває з фундаментів, сильно ушкоджує залізобетонні конструкції, у повітрі літають предмети розміром з автомобіль. Можливі незвичайні явища. Смерчі такої сили на території колишнього Радянського Союзу ніколи не реєструвалися.

Формування атмосферного вихора

Каталог смерчів у СРСР і СНД за період з 1944 по 1998 рік включає відомості про 264 смерчі, з яких 40 % були слабкими. За 140 років спостережень зареєстровано 13 серйозних і два спустошливі смерчі. У Європейській частині вчені виокремили дві основні зони утворення смерчів. Перша знаходиться між Москвою і Нижнім Новгородом, де спостерігалися два смерчі класу F4. Друга – по обидва боки українсько-білоруського кордону з центром біля Києва, де спостерігалися три смерчі класу F3 (у Київській, Черкаській і Одеській областях) і велика кількість смерчів перших двох класів.

Загадка походження торнадо до кінця ще не розгадана. Але відомо про них уже чимало. Утворюються вони в грозовій хмарі – там, де зіштовхуються повітряні потоки різних напрямків і температур. На думку багатьох метеорологів, найважливіша умова для виникнення смерчу – існування могутнього шару теплого вологого повітря коло земної поверхні і холодного сухого – над ним. При такій комбінації і виникають могутні завихрення мас повітря, що породжують смерчі. Чим більший контраст температур, вологості, щільності та інших параметрів повітряних потоків, тим могутнішим є торнадо. Починається смерч приблизно так: два потоки повітря рухаються зустрічним курсом, але не зовсім «лоб в лоб». При їхньому зіткненні відбувається закручення і «вливання» один в одного. Позаду підпирає повітряний потік, що йде слідом. У точці зустрічі двох потоків масі повітря не залишається нічого іншого, як рухатися нагору по спіралі, що розширюється. Початку руху нагору можуть також сприяти висхідні потоки нагрітого сонцем повітря.

Учені вважають, що торнадо є частиною материнської хмари, яка за структурою й за динамікою являє собою маленький тропічний ураган, з типовим для урагану «оком бурі», і має спіральну побудову. Хоча зареєстровані випадки (наприклад, у районі Шанхая), коли в безпосередній близькості від корабля на поверхні моря з’явилися бризки і раптом з них утворився стовп майже десять метрів завширшки і шість метрів заввишки, який обертався. Він швидко ріс. Спочатку над ним не було хмар, але через якийсь час з’явилася хмара, що на очах чорніла. Водяний стовп з’єднував її з морем. Як бачимо, ці спостереження підтверджують зв’язок смерчу і материнської хмари, але міняють їхні ролі місцями.

Однак відомим є і той факт, що в материнських хмарах спостерігаються тільки довгі горизонтальні вихори. У який же момент з’являється вертикальний смерч – невідомо. Цікаво простежити і рух смерчу. Як правило, «хобот» торкається землі тільки на окремих ділянках, а сліди руйнувань утворюють пунктирну лінію. Коли «лійка» торкається поверхні землі або води, чітко виявляється дія великої вертикально спрямованої сили. А тоді, коли знаходиться над поверхнею, вертикальний плин відсутній. Є й інші відмінності: смерчі, що не торкаються землі, видають шиплячий звук. Ті ж, що опускаються на її поверхню, породжують жахливий гуркіт, ніби рухаються сотні потягів. На деякій відстані від «лійки» шум помітно слабшає.

Торнадо

Непоясненим є ще один цікавий факт: кінець смерчу на висоті шість метрів не викликає ані руйнувань, ані швидкого руху повітря, а торкнувшись землі, несе предмети і руйнує все на своєму шляху. Виміри показують, що всередині порожнини існує зона зниженого тиску, який дорівнює 0,951 атмосфери, що дуже далеко від стану вакууму. Так чому ж хобот при зіткненні з річкою здатний оголити дно і висмоктати воду, а численні спостерігачі цього явища навіть не відчують подуву вітру, коли «лійка» проходила над ними на висоті шести метрів? І взагалі, хобот діє якось вибірково. Наприклад, одного разу торнадо вирвав з корінням велику яблуню і роздер її, а бджолиний вулик, що знаходився за один метр від яблуні, залишився неушкоджений. У штаті Оклахома двоповерховий дерев’яний будинок був віднесений лійкою і розламаний на дрібні шматки. А невисокі триступінчасті сходи, що вели в будинок, залишилися на місці. У «форда», що був припаркований поряд з будинком, смерч вирвав два задніх колеса, не пошкодивши при цьому кузов і не погасивши гасову лампу, яка стояла під деревом.

Зробити безпосередні виміри швидкості вітру в хоботі майже неможливо – головним чином, через поломку приладів. Непрямі оцінки дають різні величини – від 200 до 1300 кілометрів за годину. Оскільки виміри належать до різних торнадо, у різні етапи їхнього існування, такий розрив цілком зрозумілий. Але ж саме зі швидкістю обертання пов’язують те, що соломини протикають дошки, тріска протикає стовбур дерева, дошка проходить крізь товстий сталевий лист. Так, наприклад, одного разу стіна дерев’яного будинку виявилася проткнутою наскрізь старою обвугленою дошкою. При цьому обвуглений пухкий передній кінець на вістрі дошки виявився не ушкодженим. Лист конюшини був утиснутий у тверду штукатурку. А іншого разу, після проходження торнадо 1896 року в Сент-Луїсі, знайшли лист заліза товщиною 10 міліметрів, який був пробитий наскрізь сосновим дрючком. Це найпоширеніший і найнезрозуміліший прояв торнадо. Вважають, що під дією гравітаційного поля Землі на тонких кінцях різних предметів збирається гравітаційний заряд великої щільності, який спрямовується до гравітаційного заряду, створюваного Землею на поверхні дерева або будинку.

Найбільш яскравим «видовищем» у момент проходження торнадо залишається його унікальна здатність діяти як пилосос, що втягує все, що опиняється на його шляху: колоди, каміння, людей, вагони і навіть водойми разом із їхніми мешканцями. Бували випадки, коли смерч оголював дно Москви-ріки. Подібне явище спостерігалося і на Міссісіпі, а на Рейні ширина оголення сягнула 25 метрів при глибині сім метрів. За зниженням рівня води в одному з озер щодо його площі була підрахована маса усмоктаної води – 500 тисяч тонн!

Рух повітря в системі смерчу звичайно спрямований проти стрілки годинника (але не є винятком і рухи за годинниковою стрілкою). Під впливом великої швидкості обертання всередині вихору розвивається відцентрова сила, унаслідок якої тиск у ньому знижується. Це призводить до того, що при переміщенні вихору в нього засмоктуються всі предмети, що трапляються на його шляху. Потім вони випадають із хмар, іноді на значній відстані. Саме з цим пов’язані так звані кольорові дощі, що утворюються внаслідок втягування в систему вихору забарвлених часточок породи і змішування їх із краплями дощу.

Торнадо «засмоктує» воду

Підйом і перенесення різних предметів – характерна властивість торнадо. Але неможливо передбачити, що станеться з предметами, що потрапили всередину хобота. Одного разу молюсків розміром два-три сантиметри віднесло на відстань 160 кілометрів. Цікаво, що стулки попадали на землю за дві години до того, як прийшла головна смерчова хмара. А коли на шляху Ірвінзького смерчу (1879 р.) постав новий металевий міст довжиною 75 метрів і масою 108 тонн, хобот підняв його в повітря і згорнув у щільний згорток. Коли цей же смерч насунувся на велику кам’яну школу, то уламки будівлі крутилися всередині з величезною швидкістю, але їх не викидало назовні. Велика дерев’яна церква разом з п’ятдесятьма парафіянами була піднята в повітря і перенесена на чотири метри, потім протягнена по землі ще два метри. При цьому всі люди залишилися живі.

Дуже часто торнадо супроводжується кульовими блискавками. Іноді короткі і широкі листові блискавки оточують хобот. Іноді вся поверхня світиться дивним жовтуватим сяйвом. У 1928 році фермер зі штату Канзас Вілл Келлер опинився в самому центрі торнадо. За його словами, повітря всередині торнадо залишалося зовсім нерухомим. Внутрішній простір труби висвітлювали періодично блискавки, що пронизували його від стінки до стінки. Нижній край хобота торнадо був нерівний, з нього немовби звисало лахміття і час від часу відходили маленькі, дочірні торнадо, що, кружляючи в скаженому спіральному вихорі, неслися далі. Усередині труби «плавала» мрячна хмара. У травні 1943 року усередині смерчу побував Рой Хол. Ось що він потім розповів: «Я дивився нагору, в цю гігантську трубу торнадо, що іде в нескінченну височінь. Вона простиралася у висоту, напевно, метрів на триста і неквапливо переміщалася, злегка нахилившись на південний схід і плавно погойдуючись. І одночасно оберталася зі скаженою швидкістю. Насподі діаметр цього велетенського хобота становив не менше 120 метрів, а вище він був ще більший. Порожнечу усередині хобота частково заповнювала якась мрячна хмара, з якої виходило мерехтливе, немов флуоресцентне світло. Ця миготлива хмара містилася в середній частині труби і не торкалася її внутрішньої поверхні».

Незважаючи на смертельну небезпеку смерчу, серед американців трапляються любителі гострих відчуттів, яких називають «мисливцями на торнадо». Ці люди практично щоліта виїздять до Оклахоми чи в Техас, щоб на своїх машинах полювати на вихори. Коли відстань між торнадо і машинами стає мінімальною, сміливці виходять на дорогу і намагаються зняти вихор на фотоплівку. Вважається, що першими «мисливцями» у 50-ті роки минулого століття були Дейв Хоадлі, Роджер Дженсен і Нейл Бард. Кажуть, що сьогодні мисливців за торнадо вже понад сто чоловік. Зрозуміло, ігри зі стихіями не минають без жертв, можна тільки дивуватися, що за всю історію «полювання» загинуло лише сімнадцять чоловік. Можливо, це пояснюється тим, що, як свідчать самі «мисливці», багато з них здатні передчувати торнадо і визначати, у якому напрямку понесеться вихор.

Єдиний раз за всю історію спостереження за торнадо метеорологи змогли засікти радаром момент його зародження, щоправда, усього за 12 хвилин до його виникнення. Цей жахливий смерч був названий «Чудовиськом». Ученим у той день пощастило наблизити радари на відстань двох кілометрів від хобота, і одна бригада розглянула внутрішню структуру торнадо. У центрі так званого ока видно було чотири міні-смерчі. При цьому сусідні хоботи оберталися в протилежних напрямках, інакше навколишні їхні повітряні вихори сильно заважали б один одному, зіштовхуючись хоботами.

Монстр народився під хмарою о 6 годині 11 хвилин 3 травня 1999 року. Спочатку його не було видно. Але коли швидкість вітру збільшилася до 350 км/год, торнадо почав змінювати колір залежно від того, що в нього потрапляло. Спочатку смерч був білим від дощової води, потім потемнів, наситившись брудом і сміттям. Широка основа розміром з футбольне поле і рівні боки робили його подібним до пічної труби. Шлях смерчу висвітлювали спалахи розірваних ліній електропередач. Нарешті швидкість вихору досягла 510 км/год – найвищої з усіх зареєстрованих. Він зносив будинки з фундаментів, і рівень руйнувань дозволив віднести «Чудовисько» до класу F5. О 7 годині 44 хвилини найдовший і найруйнівніший торнадо нарешті «помер». Він проіснував 90 хвилин, пройшов шлях довжиною в 61 кілометр і зруйнував вісім тисяч будинків, завдавши мільярдних збитків. Загинуло 38 чоловік. Але тисячі людей завдяки своєчасному прогнозу врятувалися.

«Око» торнадо

Крім водяних і грязьових смерчів, бувають і… вогняні. Причиною їхнього виникнення можуть бути виверження вулканів і дуже вели пожежі. Дивовижної сили вогняний смерч утворився під час пожежі на лляній фабриці в канадському містечку Уїнклер 19 квітня 2000 року. Увечері на складах льону спалахнула одна з дерев’яних перегородок. Через 45 хвилин понад мільйон тонн льону перетворили склад на пекло. Повітря, нагріте до 500 градусів за Цельсієм, піднімалося вгору і створювало вогняну бурю. Поки робітники, ні про що не підозрюючи, намагалися гасити пожежу, різниця в атмосферному тиску сформувала смерч. Вогняний торнадо вийшов з-під контролю й пішов «гуляти» по долині, наносячи колосальні збитки і забираючи людські життя.

Фізична природа смерчу багатоманітна, і тому його вивчають фахівці різних галузей науки. З погляду фізика-метеоролога – це «скручений» дощ, невідома раніше форма існування опадів. Для фізика-механіка – це незвичайна форма вихору. Для фізика-теплотехніка – це гігантська гравітаційно-теплова машина величезної потужності. Але всі ці вчені не можуть не дивуватися, спостерігаючи це надзвичайне і жахливе природне явище.