Какие аномалии возникают при торнадо и смерчах
Не следует путать торнадо со смерчем, который на западе называют “пыльный дьявол”. “Пыльный дьявол” возникает над перегретой поверхностью земли за счёт энергии восходящих токов воздуха и никаких секретов ни в физическом, ни в математическом смысле не имеет.
Другое дело торнадо.
Для России это довольно редкое явление, хотя в последние годы жители Владивостока и Москвы смогли увидеть собственными глазами то, на что способно торнадо.
По некоторым, как можно считать, геофизическим, причинам большинство торнадо образуется над территорией Соединенных Штатов. В среднем 900 торнадо в год. В годы активного Солнца эта цифра увеличивается до 1200.
Торнадо — это быстро вращающаяся воздушная воронка, свисающая из кучевого облака. Брукс (Brooks) выдвинул предположение, получившее общее признание, что воронка является частью материнского облака, которое по структуре и по динамике представляет собой маленький тропический ураган, с типичным для урагана “глазом бури”, имеет спиральное строение. Материнское облако здесь является энергетическим и материальным источником воронки, хотя облако может существовать и без воронки, но воронка без такого облака появиться не может.
В связи с этой концепцией, основные работы по физическому и математическому описанию торнадо относятся к материнскому облаку. Такой подход кажется полностью оправданным, если учесть, что линейные размеры материнского облака на три порядка больше размеров воронки. С этим можно и нужно согласиться, но тем не менее, не будем сбрасывать со cчетов следующее наблюдение Уобуса (Wobus). Воронка оторвалась от облака и выдвинулась вперед. Немедленно, над ней образовалось новое облако, поднявшееся на высоту 10 км. В новом облаке в течение нескольких часов были видны интенсивные электрические разряды.
А вот ещё одно наблюдение, проведенное вблизи Шанхая. В непосредственной близости от корабля на поверхности моря появились брызги и вдруг из них образовался крутящийся столб шириной около 10 и высотой 6 метров. Столб быстро рос. Сначала над столбом не было облаков, но через некоторое время появилось облако, которое приняло черный цвет. Водяной столб соединял его с морем. Как видим, эти наблюдения сохраняют связь воронки и материнского облака, однако меняет местами их роль.
Многочисленные наблюдения за материнским облаком показали наличие в них длинных горизонтальных вихрей, продолжением которых являются вертикальные столбы — воронки (Вегенер) (Wegener). Этот бесспорный факт ждет своего объяснения. Какого происхождения тот внутренний момент, который поворачивает кинетический вектор горизонтального вращения в направлении вектора вертикального вращения?
Материнское облако имеет трёхэтажную структуру с вращением в горизонтальной плоскости. Причем нижний слой имеют встречную скорость по отношению к скорости вращения среднего слоя (Wobus, Fuijita).
Как правило, воронка касается земли только на отдельных участках, следы разрушений образуют пунктирную линию (Kirk, Dean). Внутренняя полость воронки резко ограничена воздушными стенками, между которыми проскакивают молнии. Когда воронка касается поверхности земли или воды, то отчётливо проявляется действие большой вертикальной силы. В тоже время, когда воронка земли не касается, вертикальное течение отсутствует.
В Техасе (1951 г.) воронка, проходя над наблюдателем, поднялась, и её край находился на высоте 6 метров при диаметре внутренней полости 130 метров. Толщина стенки имела размер 3 метра. В середине полости находилось яркое голубое облако. Вакуума в полости не было, так как дышать во время прохождения её было легко. Стенки чрезвычайно быстро вращались. Вращение на них было видно до самого верха. Немного позже воронка коснулась дома соседа и в одно мгновение унесла его (Hall).
Это описание и многие другие аналогичные (Flora, Justice, Hoecker) нуждаются в объяснении того очевидного факта, что вращение воздуха обязательно приводит к снижению давления. Почему конец воронки на высоте 6 метров не вызывает ни разрушений, ни быстрого движения воздуха, а коснувшись земли, уносит и разрушает дом? В другом случае непосредственные измерения показывают, что внутри полости имеется область пониженного давления равного 0,951 атм.
Почему воронка обнажает дно реки, высасывает из неё воду, а многочисленные наблюдатели не почувствовали даже ветра, когда воронка проходила над ними?
Движение воздуха во внутренней полости направлено вниз и достигает большой скорости, а в стенках воронки оно направлено по спирали вверх со скоростью 100-200 метров в секунду.
В монографии Флора (Flora) пишется “разграничение между сильнейшими ветрами в теле воронки и неподвижным воздухом по его периферии бывает настолько резким, что вызывает ряд поражающих явлений”. И дальше приводятся такие примеры. Воронка вырвала с корнем большую яблоню, разодрало её в клочья. В одном метре от яблони стоял пчелиный улей — он остался невредим (Hayes).
В штате Оклахома четырёхкомнатный двухэтажный деревянный дом был унесен воронкой вместе с семьей фермера. Дом был разломан на мелкие кусочки. В дом вела невысокая трёхступенчатая лестница. Рядом с ней к дому была прислонена скамейка. И лестница, и скамейка остались на месте. Недалеко от лестницы стоял старенький фордик и под деревом на столе горевшая керосиновая лампа. У автомобиля воронка вырвала два задних колеса, но кузов остался. Керосиновая лампа продолжала гореть (Finley).
Непосредственные измерения скорости ветра в воронке отсутствуют главным образом из-за поломки приборов. Косвенные оценки дают разные величины от 200 до 1300 км в час. Поскольку измерения относятся к разным воронкам, в разные этапы их существования, то такой разброс вполне объясним.
Со скоростью вращения связывают способность одних предметов пробивать другие. Так мелкая галька как револьверная пуля пробила стекло без образования трещин. Одна толстая доска протыкает другую такую же толстую доску, не раскалывая первую. Стена деревянного дома оказалась проткнутой насквозь старой обуглившейся доской. При этом обугленный рыхлый передний конец на острие доски оказался не повреждённым. Лист клевера оказался вдавлен в твёрдую штукатурку. После прохождения воронки 1896 года в Сент-Луисе нашли лист железа толщиной 10 мм, пробитый насквозь сосновой палкой (Lane).
Все эти факты, по мнению экспертов, свидетельствуют о большой скорости вращения воздуха в воронке.
Когда воронка касается земли или воды, у её подножия возникает столб пыли или воды, который поднимается вверх, а затем падает вниз, образуя каскад. По наблюдениям Вегенера (Wegener), вокруг подножия воронки возникает кольцевой вихрь, который и создает каскад из воды или пыли. Иногда каскад поднимается на большую высоту, достигающую 2/3 высоты самой воронки, иногда ширина каскада может превосходить высоту воронки. И высокий и широкий каскад нельзя объяснить ударом воронки о поверхность земли или воды. В некоторых случаях кроме основной воронки наблюдается вторая внешняя стенка, образующая футляр или ножны, состоящая также из быстро вращающегося воздуха. В одних случаях футляр прижимается к воронке, в других располагается далеко от неё.
Хотя и редко, но регистрируется форма воронки с большими круглыми утолщениями, которые придают воронке вид четок (Hurd). Почти всегда, особенно в начальной стадии существования воронки, она касается земли только в отдельных точках и двигается скачками. Воронка, пересекая реку, поднимает такое количество воды, что обнажает дно и образует траншею в воде. Подобное явление наблюдалось на реке Миссисипи, Москва-реке. На Рейне, где глубина достигала 25 м траншея имела глубину 7 м (Наливкин).
По снижению уровня воды в озере и по его площади в одном случае была подсчитана масса всосанной воды равная 500 тыс.тонн ( Lowe, Mckay).
Подъём и перенос различных предметов — характерное свойство торнадо.
Человека и животных торнадо может перенести на 4-10 км, иногда оставляет живыми. Моллюски размером 2-3 см были перенесены на расстояние 160 км ( Lane).
Интересно, что раковины падали на землю за 2 часа до того, как пришло главное смерчевое облако. Смерч 17 июня 1940 года в деревне Мещеры Горьковской обл. (Россия) высыпал около тысячи мелких серебряных монет XIV века. Монеты падали не из смерча, а из облака. Поднятый клад транспортировался на расстояние нескольких километров и выпал компактным дождем (Наливкин).
Воронки, не касающиеся земли, издают шипящий звук. Воронки, касающиеся земли, создают ужасный грохот, как сотни поездов, но никогда не создают раскатов грома. На некотором расстоянии от воронки шум сильно ослабевает.
Фай (Faye) описывает несколько случаев, когда торнадо сопровождалось шаровыми молниями. Иногда короткие и широкие листовые молнии окружают воронку. Иногда вся поверхность светится странным желтоватым сиянием. Иногда в смерчевом облаке наб-людаются шаровидные синеватые образования типа шаровых молний, но гораздо больших размеров. Иногда образуются огненные столбы.
В работе Джонса (Jones) описывается пульсовой генератор — центр электрический активности, видимый в смерчевом облаке в виде округлённого пятна светло-голубого цвета, которое появляется за 30-90 минут до появления воронки. В работе Воннегута и Майера (Vonnegut, Meyer) приводится ночная фотография светящихся колонн, сопровождавших воронки.
Ирвингский смерч, 1879 г, пересекал новый металлический мост длиной 75 метров и массой 108 тонн. Воронка подняла мост и в воздухе свернула его в плотный сверток. Когда этот смерч надвинулся на большую каменную школу, обломки школы крутились с огромной скоростью, но не выбрасывались наружу. Большая деревянная церковь вместе с 50-ю прихожанами была поднята в воздух и перенесена на 4 метра и по земле протянута на 2 метра. Все прихожане остались живы. В 1963 году воронка перенесла на 400 метров дом с 10-ю жителями, оставшимися живыми (Наливкин).
Есть много случаев, когда люди, животные, объекты и даже целые дома оказываются внутри торнадо и переносятся на большие расстояния без всяких повреждений, хотя неистово кружащийся ветер должен был бы разорвать их на куски. Зафиксированы и многие случаи смешения материи. Самой потрясающей историей оказался лист клевера, застрявший в штукатурке стены дома, как будто стена стала мягкой и рыхлой. Еще один хороший пример – торнадо в Оклахоме в 1942 году, оторвавшее одно из колес машины, а вся остальная машина осталась неповрежденной. Старая обуглившаяся деревянная доска, ставшая ломкой и пористой, без повреждений прошла через стену деревянного дома, а стальные 3 см ширины ворота были пробиты куском дерева.
В США существует официальный правительственный сайт NOAA, собиравший свидетельства очевидцев о торнадо в местности Grand Rapid, Мичиган, 3 апреля 1956 года. NOAA заявило, что “в целях исторической точности, сообщения не редактировались и представлены так, как поступили в Национальную Службу Погоды”. Вот несколько примеров. Окно гостиной, в котором застрял песок, а стекло не разбилось. Соломинка, прошедшая через сельскохозяйственную машину, пробила несколько отверстий в топливном баке. Прутик, длиной 7,5 см, оказался в стене, не повредив ни себя, ни стену. Травинки проникли в стволы деревьев, а корова застряла в дереве. В своем блоге WeatherBug Стефани Блоузи упоминает историю о вешалке, торчащей из деревянной доски, о деревянных щепках, застрявших в кирпиче. В разделе комментариев Рассел Л. ДеГармо сообщает, что видел костыль, пробивший переднюю и заднюю стены кирпичного дома, а входное отверстие было меньше, чем размер доски. Другой комментатор утверждает, что видел банан, застрявший на полпути в телефонном столбе. Джим Мимс рассказывает, что в Центре Космических Полетов НАСА в Хантсвилле, Алабама, выставлен кусок телефонного столба с вмурованной в него соломинкой.
В книге «Капризы бури» климатолог д-р Рэнди Сервени делится дополнительными примерами. В 1919 году торнадо в Миннесоте “расщепило дерево, вмяло в него автомобиль, и снова сомкнуло дерево”. Торнадо в Индии в 1838 году вмяло длинный стебель бамбука в 1,5 м кирпичную стену с кирпичами по обеим сторонам. В 1896 году торнадо в Сент-Луисе, Миссури, втолкнуло сосновую доску (60 см на 1,2 м) в прочное железо толщиной 2 см. В книге приводится замечательная фотография, имеющаяся в распоряжении NOAA. В 1877 году в Mount Carmel, Иллинойс, торнадо протащило кирпич через внешнюю стену дома, через дерево, через штукатурку, через 8 метров между двумя комнатами и заклинило его в задней стене, не поломав даже краешков кирпича. В 1951 году в Скоттблафе, Небраска, боб застрял на полпути в свежем курином яйце, даже не расколов скорлупы.
У Университета Washburn есть сайт, обсуждающий торнадо в Топеке, Канзас, 8 июня 1966 года. На нем представлен отчет Джен Гриффин, в котором описывается следующее. Когда через два дня она вытащила автомобиль после крушения, в багажнике она обнаружила вещи из ванной, хотя она не клала их туда и не даже не видела, что багажник открыт. Другой сайт приводит фотографию осколков стекла, застрявших в алюминиевой трубе, после торнадо в Isle of Wight 19 июня 1985 года. Как сообщается в пресс-релизе AP, в 2004 году Музей Boonshoft выставил “странные артефакты, которые исторические общества хранили под покровом” в Дайтоне, Огайо. Среди них газометр, проткнутый деревянным прутом, в результате торнадо в Xenia в 1974 году.
Аномальное явление — это такое явление, которое не допускает объяснения в рамках общепринятых концепций, ставит вопросы, но не дает ответы. Приведенная выше феноменология торнадо показывает аномальность всех его проявлений. Коротко перечислим поставленные ей вопросы.
Что является источником: смерчевое облако для воронки или воронка для смерчевого облака?
Каким образом медленно вращающееся материнское облако может поддерживать быстрое вращение в воронке?
Каков источник энергии формирования воронки из моря?
Какого происхождения тот внутренний момент, который обеспечивает поворот горизонтального вихря в материнском облаке в вертикальном направлении?
Какого происхождения тот внутренний момент, который поддерживает встречное вращение различных частей смерчевого облака?
Почему воронка двигается скачками?
Какого происхождения силы и моменты, которые вызывают быстрое вращение стенок воронки и встречное вертикальное течение воздуха в центре и на периферии?
Чем объяснить устойчивость тонких и быстрых струй, образующих стенки воронки?
Почему разрушительное действие воронки появляются только в моменты касания воронкой поверхности земли?
Как объяснить вдавливание кленового листа в твердую штукатурку стенки?
Как объяснить, что рыхлый конец доски остался не поврежденным, когда протыкал стену дома?
Почему сосновая палка не поломалась, когда протыкала толстый стальной лист?
Какие моменты формируют нижний кольцевой вихрь, каскад и футляр?
Каков механизм чёточных воронок?
Почему воронки прыгают по земле?
Какими силами можно создать траншею в воде?
Как можно объяснить левитацию торнадо?
Почему предметы не теряются по дороге?
Чем уравновешивается центробежная сила, препятствующая разбросу поднятых воронкой предметов?
Почему меняется динамика воронки после касания земли или воды?
Какова роль шаровых молний в динамике торнадо?
Каково происхождение светящихся облаков и столбов, возникающих в торнадо?
Что такое пульсовый генератор в виде светящегося облака?
Какая сила удерживала машину на месте, когда воронка вырывала колёса?
Какой момент свернул стальной мост в плотный свёрток?
По материалам В. И. Меркулова «Электрогравидинамическая модель нло, торнадо и тропического урагана», Институт теоретической и прикладной механики СО РАН
