Мифы полны фантастических и разрушительных существ. Если это не ангел, выравнивающий города, то это гиганты, мстительно прогуливающиеся по ничего не подозревающим городам. На самом деле все бедствия, с которыми мы можем столкнуться, происходят из-за природных явлений и человеческой воли. Но из всех разрушительных сил в нашем мире ни одна не похожа свирепостью и формой на этих мифических монстров так, как торнадо. Эти бури спускаются, как кинжал из облаков. Они возвышаются над самыми высокими зданиями, как титаны. И когда они набрасываются на свое окружение, они часто действуют со злым умыслом.
Отбросьте страхи и суеверия, и вы все еще столкнетесь с одним из самых удивительных зрелищ в мире природы. Эти извилистые штормовые столбы могут достигать скорости ветра 318 миль в час (512 км/ч) и достигать миль в поперечнике, оставляя шрамы на Земле и уничтожая дома и здания. Тем не менее, в некоторых частях мира эти сильные штормы происходят регулярно. В одних только Соединенных Штатах происходит более 1000 торнадо в год, и о штормах сообщалось на всех континентах, кроме Антарктиды.
Хотя большинство штормов слабые и происходят в малонаселенных районах, известно, что торнадо обрушиваются на крупные мегаполисы и наносят тяжелые потери во многих городах. В 1925 году печально известный смерч из трех штатов США обрушился на части штатов Миссури, Иллинойс и Индиана, унеся 695 жизней.
Что ваша ванна может рассказать вам о торнадо
Если вы когда-нибудь наблюдали, как водоворот образуется в вашей ванне или раковине во время слива воды, значит, вы видели, как работает торнадо. Водоворот стока, также известный каквихрь, образуется из-за нисходящего потока, который сток создает в водоеме. Нисходящий поток воды в канализацию начинает вращаться, и по мере ускорения вращения образуется вихрь.
Почему вода начинает вращаться? Есть много объяснений, но вот один из способов подумать об этом. Представьте себя частицей в воде, внезапно притянутой к всасыванию, создаваемому стоком. Сначала вы обнаружите, что ускоряетесь к стоку. Затем, в буквальном смысле, есть поворот. Из-за вашего предыдущего импульса и количества других частиц, одновременно устремляющихся к стоку, велика вероятность того, что вы будете отброшены в сторону от точки всасывания, когда вы прибудете. Это отклонение направляет вас по спирали к точке всасывания, подобно мотыльку, летящему по спирали к свету. Как только спираль начала двигаться в одном направлении, она имеет тенденцию влиять на все остальные частицы по мере их поступления. Создается очень сильная спиралевидная тенденция. В конце концов, спиралевидной энергии становится достаточно, чтобы создать вихрь.
Вихри, очевидно, обычное явление. В конце концов, вы постоянно видите их в ваннах и раковинах. Маленькиепылевые вихрииногда образуются, когда ветры дуют над жаркими пустынями, а лесные пожары, как известно, создают восходящие вихри пламени и пепла, называемыеогненными вихрямиУченые обнаружили даже наблюдали пыльные вихри на Марсе и замечалисолнечные торнадо, вырывающиеся из солнца.
Во время торнадо происходит то же самое, что и в нашем примере с ванной, только с воздухом вместо воды. Большая часть ветров на Земле определяется центрами низкого давления, которые втягивают более холодный воздух с высоким давлением из окружающей области. Этот воздушный поток выталкивает воздух с низким давлением на большую высоту, но затем воздух нагревается и также выталкивается вверх всем воздухом позади него. Давление воздуха внутри торнадо на целых 10 процентов ниже, чем у окружающего воздуха, из-за чего окружающий воздух устремляется внутрь еще быстрее.
Смерчи и грозы
Торнадо не возникают просто так - они возникают из-за грозы, где уже есть устойчивый восходящий поток теплого воздуха с низким давлением, чтобы все началось. Это похоже на то, как рок-концерт перерастает в бунт. Условия уже были нестабильными; они просто переросли во что-то еще более опасное.
Сами грозы формируются подобно многим другим облакам: теплая влажная воздушная масса поднимается и охлаждается, в результате чего водяной пар конденсируется в облака. Однако, если восходящий поток продолжится, эта облачная масса продолжит расти и поднимется на 40 000 футов (12 192 м) или более вверх втропосферу, самый нижний слой атмосферы, который мы живем. Типичное грозовое облако может аккумулировать огромное количество энергии. Если условия правильные, эта энергия создает огромный восходящий поток в облако, но откуда берется энергия?
Облака образуются при конденсации водяного пара в воздухе. Это изменение физического состояния высвобождает тепло, а тепло является формой энергии. Большая часть энергии грозы является результатом конденсации, образующей облако. Каждый грамм конденсированной воды выделяет около 600 калорий тепла, а еще 80 калорий тепла на грамм воды образуются в результате замерзания в верхних слоях атмосферы. Эта энергия увеличивает температуру восходящего потока, а также кинетическую энергию восходящего и нисходящего движения воздуха. Средняя гроза высвобождает около 10 000 000 киловатт-часов энергии, что эквивалентно 20-килотонной ядерной боеголовке.
Вгрозах supercellвосходящие потоки особенно сильны. Если они достаточно сильны, может образоваться вихрь воздуха, подобно тому, как вихрь воды образуется в раковине. Этот предшественник торнадо называетсямезоциклоном и обычно имеет ширину от 2 до 6 миль (от 3 до 10 километров). Когда образуется мезоциклон, существует примерно 50-процентная вероятность того, что шторм перерастет в торнадо примерно через 30 минут.
Некоторые торнадо состоят из одного вихря, но иногда нескольковсасывающих вихрей вращаются вокруг центра торнадо. Эти бури внутри бури могут быть меньше, диаметром около 30 футов (9 метров), но они имеют чрезвычайно высокую скорость вращения.
Торнадо тянется вниз из грозовой тучи в виде огромной закручивающейся воздушной веревки. Скорость ветра в диапазоне от 200 до 300 миль в час (от 322 до 483 км/ч) не редкость. Если вихрь коснется земли, скорость вихревого ветра (а также восходящий поток и перепады давления) могут нанести огромный ущерб, разорвав дома и разбросав потенциально смертоносные обломки.
Торнадо следует по пути, который контролируется маршрутом его родительской грозовой тучи, и часто кажется, что он прыгает. Прыжки происходят, когда вихрь нарушается. Вы, наверное, видели, что вихрь в ванне легко потревожить, но потом он восстановится. То же самое может случиться с вихрем торнадо, заставляя его разрушаться и перестраиваться на своем пути.
Меньшие торнадо могут процветать только в течение нескольких минут, покрывая менее мили земли. Однако более сильные штормы могут оставаться на земле часами, охватывая более 90 миль (150 км) и нанося почти непрерывный ущерб по пути.
В этот момент вам может быть интересно, как торнадо в конечном итоге рассеиваются. Ученые до сих пор спорят о том, как именно умирают эти смертоносные штормы, но одним из главных подозреваемых является никто иной, как родительская гроза: вращающийся мезоциклон. Торнадо нуждаются в нестабильности и вращении. Нарушите поток воздуха, заберите из него влагу или разрушьте его неустойчивый баланс горячего и холодного воздуха, и он не сможет функционировать. Часто торнадо погибает, потому что холодныйотток воздуха от выпадающих осадков нарушает баланс.
Рейтинг Торнадо
Торнадо являются одними из самых опасных штормов на Земле, и, поскольку метеорологи стремятся защитить уязвимое население с помощью раннего предупреждения, это помогает классифицировать штормы по силе и потенциальному ущербу. Первоначально торнадо оценивались поШкале Фудзита, названной в честь ее изобретателя, метеоролога Чикагского университета Т. Теодора Фуджиты. Метеоролог создал шкалу в 1971 году на основе скорости ветра и типа повреждений, вызванных торнадо. В исходной шкале было шесть уровней.
F0
- Скорость ветра: 40-72 мили в час (64-116 км/ч)
- Легкий урон: отрывает ветки от деревьев; вырывает из земли деревья с мелкими корнями; может повредить указатели, светофоры и дымоходы
F1
- Скорость ветра: 73-112 миль в час (117-180 км/ч)
- Умеренные повреждения: Кровельные материалы и виниловый сайдинг могут быть смещены; мобильные дома очень уязвимы и могут быть легко сброшены с фундамента или опрокинуты; автомобилистов может сбить с дороги и, возможно, перевернуть
F2
- Скорость ветра: 113-157 миль в час (181-253 км/ч)
- Значительный ущерб: хорошо прижившиеся деревья легко выкорчевываются; мобильные дома уничтожены; с домов можно срывать целые крыши; вагоны поездов и автопоезда опрокидываются; маленькие объекты становятся опасными ракетами
F3
- Скорость ветра: 158-206 миль/ч (254-332 км/ч)
- Серьезный ущерб: леса уничтожены, так как большинство деревьев вырвано из земли; целые поезда сходят с рельсов и опрокидываются; стены и крыши сорваны с домов
F4
- Скорость ветра: 207-260 миль/ч (333-418 км/ч)
- Разрушительные повреждения: Дома и другие небольшие постройки могут быть полностью разрушены; автомобили движутся по воздуху
F5
- Скорость ветра: 261-318 миль/ч (419-512 км/ч)
- Невероятное повреждение: автомобили превращаются в снаряды, когда их швыряют по воздуху; целые дома полностью разрушены после того, как их отрывают от фундамента и отправляют кувыркаться вдаль; Сталежелезобетонные конструкции могут быть серьезно повреждены
В феврале 2007 г. шкала Fujita была заменена расширенной шкалой Fujita. Новая шкала «EF» аналогична своей предшественнице. Он классифицирует торнадо по шести различным категориям (от EF0 до EF5 вместо F0 до F5). Однако шкала EF отличается количеством критериев, используемых для оценки уровня ущерба от торнадо. Во-первых, это индикаторы повреждений - объекты, которые могут быть повреждены в торнадо. Они классифицируются от 1 (небольшие амбары) до 28 (деревья хвойных пород). Каждый индикатор повреждения также может иметь различнуюстепень повреждения(DOD). Каждый DOD соответствует расчетной скорости ветра.
Например, мотель имеет 10 степеней повреждений, начиная от разбитых окон (3) и заканчивая обрушением большей части крыши (6) и полным разрушением здания (10). Если окна мотеля разбиты, но он не получил более серьезных повреждений, расчетная минимально возможная скорость ветра составляет 74 мили в час (119 км/ч), а расчетная максимально возможная скорость составляет 107 миль в час (172 км/ч). Метеорологи усредняют эти скорости, а это означает, что ожидаемая скорость ветра составляет 89 миль в час (143 км/ч). Изучение шкалы EF показывает, что скорость 89 миль в час попадает в категорию EF1, поэтому торнадо классифицируется как EF1. Для получения дополнительной информации о шкале EF посетите официальный веб-сайт NOAA.
Торнадо и взрывающиеся дома
Вы когда-нибудь слышали, что торнадо может взорвать ваш дом? Этот конкретный миф поначалу кажется правдоподобным. Идея состоит в том, что торнадо приносят такое падение атмосферного давления, что более высокое давление внутри вашего дома заставит его взорваться, если вы не откроете все окна. К счастью для домовладельцев, в этом нет правды. Если вы не живете в сбитом космическом корабле, в вашем доме, вероятно, достаточно вентиляции, чтобы избежать взрыва. Все, что можно сделать, открыв окна, - это облегчить попадание мусора в вас во время бури.