Техника - молодёжи 1978-07, страница 57

теринским грозовым облаком. Даже возникновение их при больших пожарах (лесных, нефтяных), извержениях вулканов связано с предварительным формированием облака над гигантскими огненными кострами.

Что же заставляет концентрировать энергию движения воздуха в столь малых объемах? При чем здесь грозовое облако? В течение нескольких часов смерч сеет разрушения и смерть, ничуть не умеряя свой свирепый нрав. Где источник этой неиссякаемой энергии? Каков механизм преобразования энергии этого источника в кинетическую энергию воздуха? Вот таинственные н непостижимые вопросы, волнующие ученых не меньше, чем загадочные случаи, происшедшие при встрече человека со смерчем. Для их решения было выдвинуто немало гипотез, часто наивных, но шаг за шагом объясняющих эту загадку природы.

Гипотеза первая предполагает, что смерч вызывается разностью температур у поверхности земли и в атмосфере. Но американский ученый Воннегут подсчитал: чтобы воздух двигался в стенки воронки с околозвуковыми скоростями, необходим перепад температур порядка нескольких сот градусов. И хотя в естественных условиях иногда возникают такие перепады (при извержении вулканов, крупных пожарах), для подавляющего числа смерчей они нереальны.

Приемлемое объяснение предложили Брант и Абдуллах (рис. 2]: в толще атмосферы образуется вращательное движение больших масс воздуха (А). Этот круговой поток, сужаясь, опускается к земле. Так как радиус вращения уменьшается, скорость движения воздуха увеличивается и достигает у поверхности наблюдаемых в смерче величин (Б). Чтобы объяснить обязательное наличие грозового облака, А. Михайлов предположил, что смерчи порождаются горизонтальными спиральными вихрями в облаках (В). С его дополнением гипотеза могла бы стать теорией, если бы не одно обстоятельство. Расчеты показывают, что при таком вращении должен возникнуть вторичный нисходящий по оси поток воздуха. Это хорошо объясняет тот факт, что в момент соприкосновения с землей от удара нисходящего потока строения, например, разлетаются вдребезги. Но и в зрелой стадии мы имели бы только выброс предметов, а не всасывание, как происходит на самом деле.

Вторая гипотеза, выдвинутая советскими учеными JI. Гутманом и В. Мальбаховым, лишена этого недостатка. В ней используется понятие энергии неустойчивости атмосферы. Пусть какая-нибудь часть воздуха за счет местных возмущений перескочила от земли в более высокий слой. А так как при таких процессах обычно не про

исходит обмена теплом, то пусть его температура понижается по другой линии (красной на рис. ЗА) Понятно, что на всех высотах этот объем воздуха будет теплее окружающего и на него будет действовать выталкивающая сила. Он будет стремительно подниматься, увлекая за собой новые массы теплого воздуха. Такое состояние атмосферы называется неустойчивым, а потенциальная энергия нижних слоев воздуха энергией неустойчивости.

По этой гипотезе смерч возможен лишь при достаточно быстром падении температуры с высотой, если же этого нет (Б), то температура приподнявшегося воздуха, только за счет адиабатического расширения, станет ниже окружающей, и он спустится обратно на землю. Итак, за счет энергии неустойчивости смерчи возможны (вращательное движение может возникнуть случайно). Но вот беда — по этой гипотезе облака становятся ни при чем, а смерч должен начинаться вопреки наблюдениям от земли.

Гипотеза третья — электрическая. Выдающийся французский ученый Пельтье еще в 1840 году писал: «Все доказывает, что смерч есть не что иное, как проводник, который служит каналом для непрерывного разряда электричества». В то же вре „я (1837 г.) американский ученый Хейр говорил: «После тщательного рассмотрения всех

Рис. 1. Продольный разрез смерча: 1 — полость воронки, 2 — стенки смерча.

Красными линиями показана область вращающегося воздуха, синие линии показывают направление вторичных потоков.

Рис. 2. Образование смерча по гипотезе Бранта и Абдуллаха (А, Б) с уточнением Михайлова (В).

Рис. 3. Образование смерча за счет энергии неустойчивости атмосферы (Н — высота, t — температура). А — смерч возможен (адиабата — красная линия — выше графика температуры атмосферы); Б — смерч невозможен (адиабата ниже графика); В — потоки воздуха в смерче.

Рис. Л. Электрическая модель образования смерча. I — тони, F — электромагнитные силы.