Исполинская воронка мчится вперед на огромной скорости
Раньше, когда смерчи были мало исследованы учеными, это стихийное бедствие уносило много человеческих жизней. Сейчас в США работает специальный научный центр, который заранее предупреждает население о приближении смерчей. Люди успевают укрыться от разбушевавшейся стихии в подземных убежищах.
Правда, не все и не везде осознают опасность, которую представляет смерч. Например, весной 1989 года жители города Шатурш в Бангладеше были заранее предупреждены о надвигавшемся смерче, но большинство людей отнеслись к этому сообщению беспечно. Они не приняли никаких мер безопасности, поэтому жертв было очень много. Этот смерч внесен в Книгу рекордов Гиннесса как самый трагический в истории человечества.
СМЕРЧИ В КОСМОСЕ
_______________________________
Ученые пришли к выводу, что смерчи время от времени возникают на Юпитере и Марсе, а возможно, и на Венере, но пока это точно не установлено.
В 1996 году один из космических зондов обнаружил на Солнце гигантскую группу смерчей. Каждый смерч был диаметром с целую Землю и вращался с немыслимой скоростью — 480 000 км/ч!
В настоящее время ученые знают о смерчах довольно много, однако предсказывать их появление, даже используя специальные расчеты, весьма сложно. Дело в том, что пока не придумали, как измерять, например, скорость ветра внутри мчащегося смерча — ведь он или уносит приборы, или ломает их, или просто проходит мимо измерительной аппаратуры.
Нередко в смерчах наблюдаются шаровые молнии и другие явления — светящиеся пятна, полосы, кольца. Бывает, что светится край облака, из которого свисает воронка смерча. Вот как описали световые явления в смерчах американские ученые Б. Вонненгут и Дж. Мейер:
«Огненные шары… Молнии в воронке… Желтовато-белая, яркая поверхность воронки… Непрерывные сияния… Колонна огня… Светящиеся облака… Зеленоватый блеск… Светящаяся колонна… Блеск в форме кольца… Яркое светящееся облако цвета пламени… Вращающаяся полоса темно-синего цвета… Бледно-голубые туманные полосы… Кирпично-красное сияние… Вращающееся световое колесо… Взрывающиеся огненные шары… Огненный поток… Светящиеся пятна…»
Иногда светятся не отдельные участки, а весь смерч. В 1965 году в штате Огайо (США) прошли два смерча в форме колонн — и оба они светились. Ученые пришли к выводу, что свечение внутри смерча происходит из-за внутренних вихрей.
Циклоны и антициклоны
Воздушные вихри не всегда бывают такими разрушительными, как смерчи. Однако циклоны и антициклоны оказывают не менее серьезное влияние на погоду в той или иной местности.
Как образуется циклон? К примеру, вдоль западного берега Африки движется поток воздуха. Он продолжает двигаться в прежнем направлении и тогда, когда берег сворачивает вправо. Над океаном этот поток воздуха сталкивается с другим потоком. Вспомните, как ветер летом дует в окно, затянутое сеткой: если сетка натянута слабо, она прогибается. То же самое происходит и с воздушным потоком, в который врезался наш поток. А наш поток начинает закручиваться в спираль — так образуется атмосферный вихрь, или циклон.
Поскольку внутри вихря атмосферное давление понижено, туда притягиваются облака, и поэтому циклон несет с собой дождливую погоду.
Логично предположить, что с антициклоном все наоборот. Действительно, внутри него атмосферное давление выше, чем снаружи, и в него облака не попадают. Что же касается циклонов, то они обычно возникают не по одному, а по нескольку. Движутся циклоны со скоростью 30–40 км/ч, но иногда их скорость достигает 100 км/ч.
Именно циклоны и антициклоны определяют погоду на нашей планете. Циклоны, приходящие в Европу, зарождаются в основном в Северной Атлантике, около острова Исландия. По Северному полушарию одновременно может перемещаться более 20 циклонов в день. А по всей планете — до 15 тысяч циклонов и 7 тысяч антициклонов.
Что такое погода
Может быть, такой вопрос на первый взгляд покажется странным — ну кто же не знает, что такое погода! Это тепло и холод, дождливые и солнечные дни, сменяющие друг друга, ветер, снег…
Однако не все знают, отчего возникают и меняются погодные условия. А чтобы это узнать, сначала нужно выяснить, где происходят те процессы, которые и приводят к формированию различных погодных условий.
Погода зависит от процессов, происходящих в атмосфере. Атмосфера состоит из нескольких слоев, обладающих разными свойствами — разной температурой, плотностью, количеством содержащегося в слоях кислорода и других веществ.
Воздушные потоки в атмосфере постоянно движутся. Именно благодаря этому движению, а также круговороту воды, солнечному теплу и некоторым другим факторам мы и наблюдаем всевозможные погодные явления. Изучением погоды занимается специальная наука — метеорология.
Одним из первых ученых-метеорологов был Аристотель. Около 340 года до н. э. он даже написал книгу, которая так и называлась — «Метеорология». Это название произошло от древнегреческого слова, означающего «изучение метеоров», а метеорами древние греки называли «воздушные, небесные явления» (meteoros — «находящийся в воздухе»); они считали, что метеоры — причина всех стихийных бедствий на земле.
Погодные условия ученые-метеорологи называют метеорологическими элементами: это температура воздуха, его влажность, атмосферное давление, облачность и количество выпавших осадков (дождя, снега, града), скорость и направление ветра, дальность видимости, продолжительность солнечного сияния, температура почвы, высота снежного покрова и т. п., а также гроза, метель, туман и др. Такие явления, как гало и радуга, тоже изучаются метеорологами.
Итак, атмосферный воздух находится в постоянном движении. Это означает, что и погода в разных частях мира тоже меняется. На какой из метеорологических элементов люди обращают внимание в первую очередь? Да, действительно, температура воздуха — один из важнейших элементов погоды.
Температура воздуха в разных точках земного шара очень сильно различается. Самую высокую температуру воздуха ученые отметили в Ливийской пустыне, в Африке. Она составила почти 60 ‘С! Самая низкая на земном шаре температура воздуха отмечена, конечно же, в Антарктиде. Она составила около —90 'С.
Самая благоприятная для большинства людей температура — это 20–25 *С. Правда, коренные жители Севера и тропиков в значительной степени приспособились к «своим» температурам — тем, что обычны в их местности.
А только ли от температуры воздуха зависит ощущение тепла или холода? Вспомните: когда дует холодный и сильный ветер, даже при довольно высокой температуре воздуха бывает прохладно.
Среди элементов погоды мы отметили атмосферное давление. Так называется сила, с которой слои воздуха давят на все, что находится под ними, в том числе и на нас. Само это давление мы не чувствуем. А вот его перепады, то есть изменения в большую или меньшую сторону, чувствует большинство людей. Это ощущение обычно сопровождается неприятными симптомами, например головной болью, слабостью, головокружением и т. д.
В разных областях земного шара атмосферное давление разное. Самое высокое отмечено в Сибири, а самое низкое — в районе тропиков над Атлантическим океаном. Атмосферное давление играет большую роль в формировании погоды, так как от него зависит перемещение воздушных потоков, то есть ветер.
Несильный ветер приносит людям большую пользу: он очищает воздух городов от вредных примесей, несет с собой прохладу в жаркую погоду. Раньше ветер помогал парусным судам бороздить моря и океаны, крутил крылья ветряных мельниц, помогая людям молоть зерно. Но сильный ветер, скорость которого больше 15 м/с, очень опасен. А если штиль (полное отсутствие ветра) длится довольно долго, в воздухе над крупными городами скапливается много пыли и вредных веществ.
В воздухе всегда присутствует некоторое количество воды. Она может пребывать и в газообразном состоянии, и в виде крохотных капелек, и в виде мельчайших ледяных кристаллов. От влажности воздуха, как и от температуры, а также от силы и направления ветра, зависит, насколько хорошо чувствует себя человек, насколько ему тепло.
Облака: кучевые (вверху), перистые (в центре ), слоистые (внизу)
Еще есть такое понятие, как облачность. Легко догадаться, что речь идет о количестве облаков в небе. Облака — это и есть скопления микроскопических капелек или льдинок, а также водяного пара. Если такие скопления образуются у поверхности земли и не поднимаются высоко, это не облака, а туман. Удерживают все эти капли и кристаллики льда вместе движущиеся потоки воздуха.
Но воздух может «сцеплять» только совсем маленькие капли и льдинки. Однако они растут, и воздух уже не в силах удерживать их. И тогда идет снег или дождь. Бывает и по-другому: капли воды не соединяются, а испаряются, и облака рассеиваются.
Облака могут образовываться на разной высоте. От этого зависят их вид и свойства. Высоту, на которой располагаются облака, принято называть ярусами.
Начнем с верхнего яруса. Оказывается, что в разных широтах его высота неодинакова. Так, в тропиках высота верхнего яруса может быть от 6 до 18 километров, а в полярных районах она гораздо ниже — от 3 до 8 километров. Здесь образуются перистые облака, а также перисто-кучевые и перисто-слоистые. Перистые облака имеют рыхлый вид: они словно состоят из отдельных крохотных кусочков. Впрочем, их название говорит само за себя: перистые — словно из порвавшейся подушки вытряхнули кучу перьев, и вот они плывут в небе. Перисто-кучевые облака уже более плотные по виду: они как будто состоят из небольших шариков или же похожи на кудрявых барашков. Перистослоистые облака похожи на полупрозрачную пелену, закрывшую кусок неба. И все виды перистых облаков легко пропускают солнечный свет.
Спустимся пониже. Средний ярус тоже имеет неодинаковую высоту: от 2 до 4–8 километров в зависимости от широты. Как и в случае с верхним ярусом, ближе к полюсам высота снижается. Здесь образуются высокослоистые и высококучевые облака. Высокослоистые обычно светло-серые и закрывают значительную часть неба. Солнечный свет сквозь них пробивается слабо. А высококучевые облака похожи на ряды неравномерно окрашенных бело-серых гряд.
Осталось рассмотреть облака нижнего яруса. Высота этого яруса не превышает 2 километров. Здесь образуются слоистые облака, а также слоисто-дождевые и слоистокучевые. Каковы особенности этих облаков? Слоистые облака плотные, серого цвета. Из таких облаков может идти морось, но не снег или дождь. Слоисто-дождевые, как ясно уже из их названия, обязательно несут дождь или снег. Эти облака тоже очень плотные, серого или свинцового оттенка. Солнечный свет они практически не пропускают. А слоисто-кучевые облака в чем-то похожи на высокослоистые: они тоже имеют вид гряд, но между этими грядами видны полоски неба или легкая облачная дымка.
Однако есть облака, которым все ярусы нипочем. Это кучево-дождевые облака. Они образуются в нижних слоях атмосферы, а затем растягиваются в высоту. Происходит это так. Сначала в небе появляются белые облака с четкими очертаниями, по форме напоминающие купола. Вереница таких облаков в ясном небе обычно является признаком хорошей погоды, но бывает, что такие облака начинают быстро расти, заволакивая небо. В этом случае они приобретают рыхлую структуру. Из таких облаков идут град и ливни, нередко сопровождающиеся молниями и громом. Поэтому кучево-дождевые облака также называют ливневыми, или грозовыми.
Еще один важный элемент погоды — это осадки (дождь, снег, град, морось, снежная и ледяная крупа), которые выпадают из облаков. Вряд ли можно переоценить значение осадков в жизни планеты и человека. Ведь отсутствие осадков или их недостаток могут привести к засухе и неурожаю, а очень большое количество осадков грозит наводнениями. В тех районах, где ежегодно выпадает мало осадков или совсем их нет, образуются пустыни.
Для измерения количества выпадающих осадков используется специальный прибор — дождемер. Ученые считают, что это самый древний метеорологический прибор. В Европе он появился в 1639 году. Его изобрел Б. Кастелли, ученик знаменитого ученого Г. Галилея. Однако на Востоке дождемер был известен задолго до изобретения Кастелли.
Осадки измеряют в миллиметрах: если, например, вы услышите, что за какой-то промежуток времени выпало 15 миллиметров осадков, это означает, что такой была бы толщина слоя воды в данной местности, если бы вода не испарялась, не впитывалась почвой и не стекала бы в водоемы.
Кстати, самая смертоносная разрушительная стихия на планете — это не тайфуны и ураганы, и даже не землетрясения и извержения вулканов, а большие наводнения. От них погибает людей в 3,5 раза больше, чем от других бедствий.
Республику Бангладеш, находящуюся в Южной Азии, называют «страной катастрофических наводнений». Каждый год из-за муссонных дождей и таяния снегов в Гималаях реки Ганг и Джамуна выходят из берегов и затапливают чуть ли не каждый раз 40–50 тысяч квадратных километров.
Но не все осадки ведут себя столь разрушительно.
На юге африканской Республики Того, у побережья Гвинейского залива, есть удивительное место с удивительным названием — Земля вежливых дождей. Обычно в сезон затяжных дождей ливни идут беспрерывно несколько суток подряд, а то и недель. А в этом месте дождь идет глубокой ночью, когда все спят, и после полудня, когда у людей послеобеденный отдых. Правда, случаются сбои, но очень редко…
Разумеется, метеорологи наблюдают за изменением погодных условий постоянно. Сейчас существуют приборы, которые фиксируют даже незначительные колебания влажности, температуры и атмосферного давления. Особенно тщательное наблюдение за погодой ведется на аэродромах. Ведь самолеты могут безопасно летать только при хорошей видимости, когда нет сильного ветра, снегопадов и т. д. Задача метеорологов в данном случае — заранее предупредить о скоплениях облаков, усилении ветра и других неблагополучных для полетов явлениях. Поэтому на аэродромах показания со всех метеорологических приборов снимают через каждые 15 минут. Наблюдение за погодой ведется и на специальных метеорологических станциях, которые находятся в разных точках мира. На этих станциях показания приборов снимают через каждые 3 часа.
Чтобы получить полное представление о каком-либо погодном явлении, его нужно наблюдать с разных точек, ведь воздушные вихри — циклоны и антициклоны — возникают над достаточно большой территорией. Значит, метеорологам надо знать о том, какая погода установилась на всей этой территории. Но как это сделать? Здесь на помощь людям приходят компьютеры, на которых составляют карты погоды (для этого разработаны специальные программы). На карте обозначают все метеорологические станции, расположенные на данной территории, и условными знаками наносят результаты наблюдений за погодой.
Погодные карты называют синоптическими , то есть обзорными. Их составляют через определенный промежуток времени — через 3, 6 или 12 часов. Такие синоптические карты делают не только для поверхности земли, но и для разных слоев атмосферы — ведь именно процессы, происходящие в атмосфере, отвечают за изменения погоды.
Метеорологические службы есть в каждом государстве, но существуют и международные службы метеорологии. Это Всемирная метеорологическая организация и Всемирная служба погоды. Их основная задача — проведение глобальных, то есть охватывающих весь мир, наблюдений за погодой. Между прочим, наблюдения ведутся не только на метеорологических станциях, находящихся на земле, но и посредством космических спутников. Также для отслеживания процессов, происходящих в атмосфере, запускают радиозонды — устройства, которые легко поднимаются вверх вместе с потоками воздуха, а полученные ими данные передаются на станции с помощью специальных приборов. Метеорологи используют в работе и самолеты, оснащенные соответствующей аппаратурой.
Всемирная служба погоды располагает глобальной системой телесвязи. Высокоточная техника быстро обрабатывает полученную информацию, а затем прогнозы погоды на ближайшее время распространяются по всему миру.
Различают такие прогнозы: краткосрочные (на 1–3 суток), среднесрочные (на 4—10 суток) и долгосрочные (на месяц и на более длительный срок).
К сожалению, прогнозы, составляемые синоптиками, не всегда точны. Если прогноз составляется на относительно небольшой срок — не больше недели, то он бывает верен, как правило, на 90 %. И дело тут не в небрежности синоптиков — просто те схемы расчетов, которые применяют при прогнозировании, несовершенны; кроме того, никогда нельзя собрать всю информацию о состоянии атмосферы. Да и влияние особенностей конкретной местности на развитие атмосферных явлений тоже слабо поддается прогнозированию. Конечно, техника постоянно совершенствуется, однако вероятность ошибок останется всегда, потому что в природе всегда возможно что-то неожиданное.
Это относится не только к краткосрочным и среднесрочным прогнозам, но и к долгосрочным. Ясно, что при попытке предсказать изменения погоды на длительное время погрешностей будет гораздо больше. Как показывает опыт работы синоптиков, самое большее время, на которое удается достаточно точно предсказать погоду, — это две недели. И все же долгосрочные прогнозы погоды важны — и для сельского хозяйства и для промышленных разработок, даже несмотря на то, что они всегда очень приблизительны.
Некоторые ученые полагают, что вряд ли возможно разработать методики, которые бы позволили делать по-настоящему точные прогнозы хотя бы на три недели вперед. Однако общее изменение температуры воздуха и осадки предсказать можно.
У КОЛЫБЕЛИ ЖИЗНИ
Приливы и отливы
«Воистину ангел, что сидит над морем, ставит свою ногу в море, и вот наступает прилив; потом он поднимает ее, и вот наступает отлив», — говорил пророк Мухаммед. Однако у ученых иная точка зрения.
Дважды в сутки вода в океане приподнимается, набегает на берега и дважды опускается, отступает, оставляя широкие отмели. Океан словно дышит, вдох — выдох… Чаще всего во время приливов и отливов изменение уровня воды хорошо заметно. Например, во время отлива борта кораблей, стоящих в порту, находятся на одном уровне с пристанью, а приливная волна поднимает суда, так что они оказываются выше причала.
Всем известно, что реки впадают либо в другие реки, либо в море. Во время сильного прилива в устьях, то есть в местах впадения реки в море, иногда возникает волна, которая стремительно мчится вверх по реке, против течения. Порой эта волна ослабевает лишь на очень большом расстоянии. Ученые называют такую волну бором или накатом. В некоторых реках высота бора достигает 3 метров.
Уже давно установлено, что приливы связаны с притяжением Луны и Солнца. Однако Солнце находится от Земли гораздо дальше, так что его влияние на движение воды в океане слабее.
Возникает прилив на той стороне Земли, которая в этот момент обращена к Луне. Однако под воздействием обоих светил образуется и вторая приливная волна — на обратной, «тыльной» по отношению к Луне стороне. В результате обе волны (и «лунная», и волна-антипод) прокатываются вокруг всей Земли. Потому-то прилив и бывает 2 раза в сутки. Самый высокий уровень воды в океане во время прилива называется полной водой, а самый низкий во время отлива — малой водой. Иногда за сутки бывает один прилив и один отлив, но чаще все-таки наблюдается два прилива.
Приливы зависят от Луны, а лунные сутки не совпадают с солнечными. В солнечных сутках, которыми мы сейчас измеряем время, 24 часа; в лунных сутках на 50 минут больше. Поэтому между двумя приливами проходит 12 часов 15 минут. Каждые сутки прилив в одном и том же месте происходит на 50 минут позже, чем в предыдущие сутки.
Вот что еще интересно: вроде бы наибольшая высота приливной волны должна наблюдаться в момент прохождения Луны над этим местом. Однако на деле это происходит позже. Например, в Белом море приливная волна набегает на берег через 5 часов после прохождения Луны! Причина в том, что скорость движения приливной волны замедляют «восточные» острова и материки, ее свободному движению мешают мели и другие естественные препятствия. Кроме того (а возможно, и в основном), приливные волны прокатываются в направлении, противоположном вращению Земли. Земля тормозит прилив, а прилив, в свою очередь, тормозит Землю…
Самый высокий прилив бывает, когда Солнце, Луна и Земля оказываются на одной прямой — в полнолуния и новолуния. В это время, особенно в полнолуние, как известно, обостряются все процессы, происходящие на Земле. В том числе и в организме человека. Статистика утверждает, что в полнолуние случается больше аварий и катастроф, обостряются многие хронические болезни… А происходит это потому, что человек, как и сама планета, состоит преимущественно из воды и просто не может «не замечать» воздействия Луны.
От новолуния до полнолуния обычно бывает «прилив» энергии, от полнолуния до новолуния идет обратный процесс. Другими словами, к полнолунию возрастают не только возможности человеческого организма, но и «поднимается на поверхность» накопленный негатив — отрицательные эмоции, болезни и другие проблемы.
После полнолуния луна убывает, и энергия в живых организмах тоже несколько уменьшается. Чтобы определить, убывает луна или растет, нужно посмотреть, куда направлены «рога» месяца. Бели вправо, и серп луны похож на букву С, значит луна убывает. У растущей луны серп повернут в обратную сторону, так что если к «рогам» мысленно приставить вертикальную черточку, получится буква Р. В полнолуние луна круглая, в новолуние ее совсем не видно.
Итак, в новолуние и полнолуние морские приливы бывают самыми высокими. Существуют специальные приборы, с помощью которых определяют высоту приливной волны. Это очень важно для моряков — во время отлива корабль может сесть на мель или наткнуться на прибрежные рифы. Ведь именно у берега, особенно в заливах и бухтах, наблюдается наибольшая высота приливной волны. В открытом море приливная волна обычно не превышает одного метра. А в замкнутых и полузамкнутых морях, таких как Черное, Азовское, Балтийское и Средиземное, прилив вообще почти не заметен. Высота приливной волны здесь не превышает 10–20 сантиметров. Эти моря называют бесприливными, хотя, строго говоря, это не совсем верно — просто прилив очень слабо выражен.
По теории английского ученого Дж. Дарвина, внука знаменитого натуралиста, Луна, обращенная к Земле одним и тем же боком, не вращается из-за того, что ее вращение когда-то остановила приливная волна, вызванная в теле Луны нашей Землей.
Приливы обладают значительной энергией. Мощные приливные волны с годами придают прибрежным скалам причудливую форму, пробивают в твердых породах углубления, «вымывают» подобия исполинских фигур…
А можно ли целенаправленно использовать силу приливных волн? Да, сейчас в мире существует несколько приливных электростанций, однако широкого распространения они пока не получили. Это связано с тем, что местности, где приливы особенно сильные, как правило, не являются промышленно развитыми, поэтому и строить там электростанции нет смысла. В России приливная электростанция находится на Кольском полуострове. А первую в мире приливную электростанцию выстроили в 1967 году во Франции, в устье реки Ране недалеко от города Сен-Мало. Но энергию приливных волн люди начали использовать гораздо раньше. Уже в X веке в Англии существовали мельницы, которые работали за счет энергии прилива.
Падающие воды
Река бежит по проложенному потоком углублению — руслу, постоянно размывая твердые и мягкие породы; мягкие вода размывает быстро, а твердые сохраняются гораздо дольше. Постепенно течение реки формирует те «ступеньки», уступы, по которым впоследствии «прыгает» вода. Этих «ступенек» может быть несколько — в этом случае группу последовательно расположенных водопадов, «сбегающих» по своего рода «лестнице», называют каскадом.
Однако, создавая «ступеньки», вода в то же время и разрушает их. Это отчетливо видно на примере Ниагарского водопада. Он находится на реке Ниагара в Северной Америке. Эта река соединяет два озера — Эри и Онтарио. Название реки и водопада образовано от слова «ниакаре», которое на языке индейцев-ирокезов означает «большой шум». По подсчетам ученых, Ниагарский водопад образовался около 8–9 тысяч лет назад — и, представьте, за это время он отступил от своего первоначального местонахождения на 11 километров! Смещение водопада продолжается и в наши дни, а происходит это потому, что вода постепенно разрушает ею же созданные уступы. Ученые отмечают, что за год водопад отступает примерно на 7—10 сантиметров, а в некоторых местах — почти на 1,5 метра! Исследователи полагают, что если Ниагарский водопад и дальше будет смещаться с той же скоростью, то через 20 тысяч лет он просто перестанет существовать, потому что доберется до озера Эри и сольется с ним. Ну а пока остров Козий разделяет Ниагарский водопад на две части: с канадской стороны его высота — 48 метров, а со стороны США — 51 метр.
Иногда вода в реках настолько сильно размывает уступы, что они превращаются в пороги. На порогах уровень воды резко понижается, а скорость течения становится очень большой. Вода мчится и бурлит, поднимая со дна довольно крупные камни. На некоторых реках из-за таких порогов невозможно судоходство.
