Смерч

Содержание

Смерч и свидетельства очевидцев

Некоторые явления природы настолько удивительны и таинственны, что, даже встречаясь на каждом шагу, сохраняют причины своего возникновения и механизм развития в глубокой тайне. Об одном из них и пойдет речь в предлагаемой антологии.

Смерч и свидетельства очевидцев

Среди явлений природы есть немало столь быстротечных, столь необъяснимых и загадочных, что они оставляют в недоумении и неподготовленных очевидцев, и изощренных в наблюдениях за окружающим миром ученых.

Дело было в американском штате Оклахома. В телеге, запряженной двумя лошадьми, ехал фермер. День был жаркий, и он задремал. Очнулся от страшного грохота. Когда протер глаза, увидел: нет лошадей и одной оглобли. Осмотрел телегу, ощупал себя — все в порядке. Если бы не пропажа, то как будто бы ничего и не произошло.

Подобное случилось и в штате Небраска. Хозяйка доила корову. Отвлеклась немного, и в это время что-то громыхнуло. Смотрит, а коровы, да и самого коровника как не бывало! Не совсем понимая, что же случилось, она продолжала сидеть на стуле и растерянно созерцала стоявшее у ног ведро с молоком. В таком состоянии ее и застали прибежавшие на шум соседи.

Не меньшие переживания выпали и на долю супружеской четы из Оклахомы. Погожим летним днем они прилегли отдохнуть. Проснулись оба от жуткого грохота. Оглянулись и, подумав, что это сон, снова легли. Затем в панике вскочили — явь оказалась почище сна. Кровать стояла на пустынном дворе: ни дома, ни пристроек, ни скота. Только рядом чудом сохранился стул с аккуратно сложенной одеждой…

Во всех этих случаях очевидцы либо спали, либо были чем-то отвлечены и виновника, случившегося не видели, но нередко даже те, кому непосредственно довелось испытать на себе мощь столь таинственного явления, не в силах вразумительно объяснить, что же, собственно, произошло.

В 1920 году, осенью, в одном из небольших городков штата Канзас стоял обычный жаркий и душный день. В школе шли занятия. Неожиданно послышался страшный шум (сегодня его сравнили бы с ревом тяжелого турбовинтового самолета), который с каждой секундой становился все яростнее и басовитее.

Перепуганные ребята вскочили с парт и бросились к учительнице. Она обняла их, в ожидании застыла. Долго ждать не пришлось. Мгновение и с грохотом сорвались с петель двери и окна. Затем…

«Как будто невидимые руки подняли меня, детей и весь класс с партами в воздух. Мы все летели, и мне казалось, что некоторые дети и предметы несколько раз вращались кругом меня. Мне стало безумно страшно. Я потеряла сознание».

Когда учительница наконец пришла в себя, встала на ноги и осмотрелась, то с удивлением обнаружила, что находится посреди голой, выжженной солнцем степи. Со всех сторон к ней бежали дети — невредимые и здоровые, но… увы, не все. Тринадцать лежали среди обломков перелетевшего по воздуху и вдребезги разбитого здания школы.

Как ни фантастично выглядят эти происшествия, виновник их обнаружен. И виновник вполне реальный, хотя действия его проявляются столь разнообразно и неожиданно, что невольно наводят на мысль о неких таинственных силах.

Все необыкновенные события, описанные выше, порождены смерчами.

Смерч! В глубь веков уводят нас предания и легенды, связанные с этим страшным явлением природы. Смерч прочно вошел в фольклор и лег в основу многих народных сказок. Огнедышащий дракон, знаменитый Змей Горыныч, живущий обычно в неприступном замке, в котором томятся плененные им красавицы, это он, его облик.

И где бы дракон ни появлялся, всюду он сеял смерть и разрушения, приносил людям страдание и горе. И в самом деле, форма смерча обычно настолько подвижна и резко очерчена, а его поведение, казалось бы, настолько продуманно и коварно, что даже нашему современнику, лишенному каких-либо предрассудков, он зачастую кажется живым, телесным существом.

Судите сами. В грозовом облаке вдруг появляется «глаз», именно «глаз», с мертвым, безжизненным зрачком.

Внутренняя полость смерча. Видны стенки полости.

Ощущение такое, что он высматривает добычу. Заметил! В тот же момент, полыхнув огнем, он с ревом и скоростью курьерского поезда устремляется к земле, оставляя за собой длинный, хорошо видимый шлейф хвост.

Схватил добычу, и… только его и видели, убрался восвояси, скрылся в облаке. Ну разве не напоминает Змея Горыныча? И, к сожалению, не только внешним видом.

Самым опасным считается смерч, порожденный низколетящей тучей.

Внутренняя полость смерча. Видны стенки полости.

Смерч — могучая сила природы

Разрушительная сила смерчей колоссальна. Газета «Правда» описала смерч в Индии. Он буквально чиркнул «пальцем» по земле — за несколько минут прошел три километра. Но в полосе шириной полкилометра все постройки и сооружения были разрушены полностью. 20 человек убито, сотни ранено.

Один из наиболее сильных смерчей на территории России наблюдался 15 августа 1967 года в селе Панкрушиха Алтайского края. В лесу протянулась многокилометровая просека шириной 100 — 200 м. Шифер с крыши одного из домов был изломан на мелкие куски и разбросан в радиусе до 2,5 км. Стоящий на дороге комбайн перенесен на 25 м в сторону. Некоторые деревья были закручены вокруг своей оси.

Наиболее часто смерчи встречаются в США, где их называют тромб или торнадо. Поэтому и большая часть свидетельств из этой страны.

По своей разрушительной силе торнадо часто превосходит землетрясения. Так, знаменитый «смерч Трех Штатов», который 18 марта 1925 года пронесся по штатам Миссури, Иллинойс и Индиана, принес убытки в 40 млн. долларов. Число погибших — 695 человек, тяжело раненых – 2 027.

Очень наглядно продемонстрировал свои возможности смерч «Ирвинг», получивший название от разрушенного им местечка.

30 мая 1879 года в 4 часа дня на севере Канзаса встретились два облака, черных и необыкновенно плотных. Через пятнадцать минут после того, как они столкнулись и слились в одну тучу, из ее нижней поверхности выросла воронка.

Быстро удлиняясь, она приняла форму огромного хобота, достигла земли и в течение З часов, словно исполинский змей, куролесила по штату, громя и уничтожая все, что попадалось на пути, — школы, дома, фермы.

Но самое удивительное произошло вначале. Воронка смерча пересекла речку, уперлась в крутой обрыв и, очевидно, не сумев преодолеть его, повернула на запад, где как раз поперек ее движения стоял новый железобетонный 75-метровый мост. Она сорвала его с каменных пилонов, связала в несколько замысловатых узлов и сбросила в воду.

Специалисты считают, что разрушение ирвингского моста — наиболее яркое проявление мощи этого смерча и свидетельствует о том, что скорость воздушных струй в стенах воронки в этот момент превышала сверхзвуковую.

Фокусы, которые проделывают смерчи при таких скоростях, поразительны и порой приводят очевидцев в замешательство. Так, в городе Сент-Луисе во время торнадо 1896 года сосновая палка легко пробила стальной лист толщиной около сантиметра.

Щепки в стенках смерча разгоняются до околозвуковых скоростей и легко протыкают доски, стволы деревьев.

Спустя 23 года в Миннесоте ускоренный смерчем тонкий стебель растения проткнул насквозь толстую доску, а лист клевера, точно штамп, глубоко вдавился в штукатурку.

В общем, если торнадо проходит через населенные пункты, воздух наполняется обломками, и они несутся с такой скоростью, что убивают людей и животных, протыкают деревья и телеграфные столбы. Мелкие камешки, словно пули, пробивают оконные стекла, не оставляя в них даже трещин.

Показателен в этом отношении и московский смерч 29 июня 1904 года. Главная воронка начала свой разбой в Люблине, затем захватила Симонов монастырь, Рогожский район и наибольшие разрушения причинила в Лефортовской части, по обе стороны Яузы.

Очевидец, проходивший по Хапнловской улице, недалеко от Немецкого рынка, рассказывает:

«Стало темно, и сверкали одни молнии. Мне стало страшно, и я спрятался в массивной каменной подворотне. В этот момент налетел такой вихрь, кругом меня пошел такой треск, вой и грохот, словно небо обрушилось.

Мимо меня, вдоль улицы полетели железные листы с крыш, сломанные деревья, куски бревен, доски, кирпичи, всякие обломки. Все это продолжалось не более двух минут и сразу кончилось.

Солидный каменный забор, стоявший напротив меня, обрушился: вся улица была завалена обломками, деревьями, досками, кирпичами, железными листами. Я вышел из-под ворот и ахнул: громадная, массивная, толстая металлическая фабричная труба была согнута и вершиной легла на мостовую».

Смерч и необычные полеты

Во время того же московского смерча на Немецком рынке в воздух подняло городового и отбросило далеко в сторону. Второй городовой совершил по воздуху более длительное путешествие, он пролетел около ста метров и рухнул в чей-то сад. На свое счастье, городовой отделался легкими ушибами.

Но самый загадочный случай произошел в Мытищах с сыном крестьянки Селезневой. Налетевший смерч сбросил ее, старшего сына и грудного ребенка в канаву, а средний, шестилетний Петя, улетел. Его нашли только на следующий день в Сокольниках.

Мальчик был очень сильно перепуган, но жив и здоров. Как ни странно, его перенесло не вперед, по движению смерча, а в совершенно обратном направлении, где уже давно стало тихо.

Летали по воздуху и животные. Например, 18 августа 1959 года в одном из колхозов Минской области воронка подхватила лошадь, подняла ее на довольно значительную высоту и унесла. Труп несчастной лошади был найден в 1,5 км от места происшествия.

Транспортировка предметов по воздуху — одно из наиболее загадочных свойств смерча. Кто их переносит? Смерч или грозовое облако, в которое они попадают после всасывания воронкой?

В городе Нью-Олбани 23 марта 1917 года, в 40 км от места катастрофы из облака посыпались обрывки одежды, остатки мебели, черепица, тяжелая дверь от кухонного шкафа, банка маринованных огурцов. Вряд ли последние из-за своей тяжести могли зависнуть в облаке.

А знаменитые «дожди» из рыб, лягушек, червей, жаб? Облако переносит этих животных на довольно большие — иногда сотни километров — расстояния. Это точно известно, а вот как они переносятся никто не знает.

Примечательно, что рыбьи и прочие «дожди» нашли свое отражение в литературе куда раньше, чем ураганы, бури и смерчи. Видимо, для древних они были зрелищем более потрясающим, чем стихийные бедствия.

Лягушачий дождь впервые описал греческий историк Атенеус за 200 лет до н. э.

«Лягушек выпало так много, что, когда жители увидели, что во всем, что они варят и жарят, и в воде для питья есть лягушки, что нельзя поставить ногу на землю, не раздавив лягушку, они бежали».

Уникальный случай произошел в России 17 июня 1940 года в деревне Мещеры Горьковской области. Во время грозы с неба посыпались старинные — конца XVI века — монеты. Школьники, обнаружившие «дар небес», проявили расторопность — собрали монеты и сдали их в местный музей.

Впоследствии выяснилось, что воронка смерча высосала монеты из горшка, закопанного в землю, подняла их в воздух на 500 — 600 м и весьма компактной массой (явление не менее поразительное и загадочное, чем транспортировка тяжелых предметов на большие расстояния) отнесла на несколько километров в сторону.

Как ни часто наблюдались смерчи, поведение их не стало более понятным. Почему, например, смерч то сметает все подряд, то оставляет в неприкосновенности предметы, находящиеся, казалось бы, в самом его эпицентре? Почему он может отнести почти за километр лошадь, но еще никто не видел парящих в его воронке деревьев? Их только ломает и отбрасывает в сторону.

Фермеры Северной Америки уже не удивляются, если после смерча по улицам бегают ощипанные петухи и куры. Да хорошо, если целиком, а как объяснить, когда они ощипаны только с одного бока?

Казалось бы, главное его «оружие» — бешено вращающийся воздух.

Но вот 23 августа 1953 года во время смерча в Ростове в доме № 28 по Февральской улице сильный порыв ветра распахнул окна и двери. Будильник, стоящий на комоде, пролетел три двери, кухню, коридор и… взлетел на чердак. Там он вполне благополучно закончил свое путешествие. Какие силы помогли ему проделать это путешествие?

Ведь ни одно здание не выдержало бы столь мощного потока воздуха. Тут уже никакие предположения не идут в голову, и лучше всего с подобными вопросами обратиться к специалистам.

Смерч – факты и гипотезы

Смерч — явление хоть и хорошо известное, но малоизученное. Все описанные выше случаи, представляют несомненный научный интерес.

Смерч не назовешь уникальным явлением природы. Пострадавших от его жестокой силы так много, проявлял он свои загадочные свойства так часто, что свидетельств о поведении торнадо накопилось вполне достаточно. Остается лишь систематизировать эти наблюдения в более или менее стройные описания.

Как устроен смерч

Как же он устроен? Полость воронки окружают стенки из вращающегося по спирали воздуха (рис. 1).

Это самая опасная часть смерча: скорость воздуха здесь достигает 200 — 300 м/с. Стенки воронки, в особенности внешняя их часть, работают при этом как своеобразный насос — предметы, лежащие на земле или на малой глубине от поверхности, всасываются и поднимаются вплоть до облака.

Они могут переноситься на десятки километров и затем выпадать в виде монетных, рыбьих и тому подобных «дождей». Во внутренней полости смерча движение воздуха сильно ослаблено, иногда полностью отсутствует и даже направлено сверху вниз.

Были случаи, когда этот поток становился настолько интенсивным, что вызывал «эффект придавливания», предметы оказывались вдавленными в землю, как будто по ним прокатился дорожный каток.

Другая особенность полости смерча — высокая электрическая активность. Очевидцы описывают непрерывный блеск молний, зигзагом перескакивающих от стенки к стенке, отмечают запахи озона и двуокиси азота, обычно сопровождающие электрические разряды в воздухе.

Но наиболее характерной чертой, отличающей смерч от других вихревых движений атмосферы, служит его неразрывная связь с материнским 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 и непостижимые вопросы, волнующие ученых не меньше, чем происшедшие загадочные случаи, 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, Михайлов А. 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 учеными Л. 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 происходит обмена теплом, то пусть его температура понижается по другой линии (красной на рис. ЗА)

Самым опасным считается смерч, порожденный низколетящей тучей.

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 время (1837 г.) американский ученый Хейр говорил: «После тщательного рассмотрения всех фактов я пришел к предположению, что смерч является результатом тока вызванного электризацией воздуха и заменяющего более привычные средства разряда между землей и облаками в виде ярких вспышек, которые мы называем молниями».

С того времени эти высказывания основательно забыли и вспомнили лишь в 50-х годах прошлого столетия: накопился большой фактический материал, из которого можно сделать по крайней мере один достоверный вывод — смерч сопровождается высоким уровнем электрической активности.

Но чтобы использовать электрическую гипотезу для объяснения существования смерча, необходимо вначале убедиться, что в грозовом облаке есть достаточное количество электрической энергии.

По подсчетам Воннегута, чтобы раскрутить столб воздуха диаметром 100 м до скорости 250 м/с, необходимо затратить около 10¹⁸ эрг (эрг — это единица энергии, равная 10^-7 джоулям (100 нДж или 2,8 × 10^-14 кВтч)). Энергия же одного разряда молнии равна 10²² эрг, так что его хватило бы для поддержания смерча в течение нескольких часов.

Из механизмов преобразования электрической энергии в кинетическую энергию воздуха наиболее интенсивно обсуждаются в настоящее время два:

первый воздух нагревается электричеством до температуры, способной вызвать интенсивную конвекцию,

второй (предложенный еще Хейром) — разреженный воздух ускоряется в сильном электрическом поле.

Нетрудно видеть, что первый из них связан с тепловыми гипотезами — различие лишь в источниках тепла.

Принципиально иным является механизм ускорения заряженных частиц в электрическом поле. Расчеты показывают, что электрическое поле порядка 10⁵ В/м вызывает движение заряженных водяных капель со скоростью, которой можно достигнуть при конвекции под действием разности температур в 20℃.

Это обнадеживающий результат, но дальнейшее развитие этой гипотезы зависит от более детальных измерений электрических параметров смерча.

Магнитогидродинамическая гипотеза

Чтобы понять ее суть вспомним хорошо известный из физики факт: два проводника, по которым проходят токи в одном направлении, притягиваются друг к другу. Если эти проводники расположены под углом друг к другу (рис. 4), то сила притяжения возрастает по мере сближения элементов проводника.

Вот эта сила и втягивает воздух в конус смерча, если предположить, что по его периферии тучи разряжаются на землю. При этом сила тока будет совсем не фантастической.

Так, для скорости восходящего потока 100 м/с в сечении смерча на высоте 10 м необходима сила тока, равная 1000 А. Это не так страшно, если подсчитать ее плотность — всего лишь 1 миллиампер на квадратный сантиметр.

Согласно тем же расчетам, на вдвое меньшей высоте от поверхности земли скорость вдвое возрастает. Такое распределение скорости вполне согласуется с наблюдениями за подъемом тяжелых предметов (вспомним, что последние не могут «одолеть» высоту порядка 10 — 15 м).

Возможно, именно электромагнитные силы были причиной путешествия будильника во время смерча в Ростове. Полную картину движения воздуха в смерче можно получить лишь с учетом его вращения.

Вращение всегда вызывает нисходящий, а электромагнитные силы восходящий потоки. Если они равны, то в полости смерча будет наблюдаться почти полный покой. Если вклад центробежных сил вращения существенно больше электромагнитного вклада, то в полости смерча возникает «эффект придавливания».

При очень сильной электрической активности будет наблюдаться лишь подъем предметов в зоне прохождения смерча.

Попытаемся обобщить все четыре гипотезы. Движение смерча от облака к земле вполне можно объяснить электростатическим притяжением зарядов, концентрирующихся у вершины сосульки, к зарядам противоположного знака на поверхности земли.

Во время этого движения воздух будет выбрасываться из конуса. При соприкосновении с землей начинается разряд электричества облака, возникает электрический ток и воздух начнет всасываться в смерч.

Расчеты показали, что восходящий поток будет поддерживать вращательное движение, так что электрическая энергия частично идет и на поддержание вращения в смерче.

На наш взгляд, обобщенная гипотеза могла бы достаточно полно описать комплекс явлений, сопровождающих смерч, если бы имелись убедительные доказательства того, что проводимость воздуха в смерче может обеспечить плотность тока порядка 10^-3 А/см² и выше. К сожалению, таких доказательств пока нет.

Маслов Ю., Доктор физико-математических наук Щербинин Э.