Событие в фокусе. Анатомия смерча
Рассказывает крупнейший специалист по стихийным бедствиям академик Д. Наливкин.
Смерчи – одно из удивительнейших явлений природы, до сих пор вызывающее большие споры. Особенно неясны причины его образования. Смерч (в Северной Америке он называется торнадо) – это по существу часть грозового облака. Без грозового облака он не возникает. Другая его характерная особенность – быстрое вращение вокруг оси, перпендикулярной к поверхности Земли. Сначала вращение видно только в самом облаке. Затем часть вихревого облака отвисает книзу в виде воронки. Воронка все более удлиняется и наконец соединяется с землей. В это время она имеет вид почти цилиндрического громадного столба – колонны или хобота, расширяющегося к облаку и сужающегося к земле. Воронка смерча вращается иногда со сверхзвуковой скоростью. Это вращение, направленное по спирали снизу вверх, служит причиной тех невероятных явлений, которые сопровождают смерчи.
Строение смерча довольно просто. Его воронка состоит из внутренней полости и стенок. Внутренняя полость в разрушительной деятельности смерча имеет второстепенное значение. Она наполнена воздухом, сравнительно медленно движущимся вниз. Размеры воронки зависят от размеров и формы смерча. Ширина ее обычно колеблется от первых метров до нескольких десятков метров. Высота определяется высотой смерча и достигает нескольких сот метров, реже 1000–1500 м и более.
Характерная особенность внутренней полости – разреженность воздуха. В ней барометрическое давление резко понижено. По сравнению со стенками и даже с окружающим воздухом она является как бы пустой. Поэтому когда полость соприкасается с каким-нибудь замкнутым предметом, наполненным воздухом с обычным давлением, то предмет взрывается, воздух из него устремляется во внутреннюю полость смерча. Это служит причиной ряда своеобразнейших явлений.
2 апреля 1957 г. жители западной окраины города Даллас (штат Техас) с ужасом наблюдали за громадным черным грозовым облаком, низко ползшим над землей по направлению к городу. Двигалось оно со скоростью товарного поезда – 25–30 км/ч. На его нижней поверхности обособилось небольшое облако странного зеленовато-серого цвета. Отчетливо было видно, как оно быстро вращалось.
Опытные люди сразу закричали: "Берегитесь, будет торнадо". И действительно, скоро нижняя часть вращающегося облака опустилась, и из него образовалась воронка. Она была еще небольшая и не касалась земли. Облако продвинулось вперед, нависло над окраинами города, воронка удлинилась, достигла земли, и в воздух взлетели обломки первого разрушенного дома. Пока воронка еще плохо оформилась, средняя часть ее была почти незаметна. Через несколько же минут смерч принял страшную форму и набрал огромную силу. Пыль и мелкие обломки поднялись ввысь, образовав так называемый каскад. Высота каскада уже почти равна половине высоты смерча, и из него сыплются обломки разрушенных строений. Еще немного – и смерч соприкоснулся с пустым деревянным двухэтажным домом, все окна и двери которого были закрыты. Дом буквально разлетелся на мелкие обломки. Этот момент удалось сфотографировать. Такие снимки исключительно редки. После этого смерч надвинулся на самого фотографа, и тот поспешно скрылся в погребе.
Невероятный кудесник
В США смерчи в основном (несколько сот ежегодно) проходят по центральным равнинным сельскохозяйственным штатам, т. е. там, где сосредоточено наибольшее количество птицеводческих ферм. Разрушаются тысячи курятников. Нередко стены и крыша курятника исчезают полностью, а куры остаются целы. Такие случаи можно объяснить только взрывом воздуха изнутри. Он уничтожает оболочку курятника, не трогая его середины. Иногда после взрыва куры оставались сидеть на насестах, но были мертвы.
Довольно часто кур находили не только мертвыми, но и лишенными перьев. Сначала это считалось загадкой, однако позже выяснилось, что у кур корни перьев заключены в небольшие воздушные мешочки, находящиеся в коже. Когда эти мешочки соприкасались с внутренней полостью смерча, они взрывались и выбрасывали перья.
Но самыми невероятными, очень редкими были случаи, когда далеко от фермы находили кур, у которых перья исчезли ровно с половины туловища. Как это могло произойти, неясно, если только допустить, что одна половина птицы располагалась во внутренней полости смерча, а другая – в его стенке. Однако это возможно, лишь когда внутренняя поверхность стенки смерча очень плотна и резко отграничена от полости.
Смерч – страшное явление. Когда он надвигается, все бегут, стараясь укрыться под землей. Поэтому увидеть его внутреннюю полость, оказаться в ней и остаться живым чрезвычайно трудно. Описания ее вида и того, что в ней делается, крайне редки, но все же есть. Они выполнены в то время, когда смерч отрывался от земли и, как бы прыгая, проносился над головами наблюдателей на небольшой высоте.
Что же является причиной огромной силы смерча? Ответ прост. Смерч состоит из воздуха, наполненного водой и грязью, а разрушения вызываются его колоссальной скоростью.
Скорости вращения воронки, точнее скорости ветра в ее стенках, весьма различны и быстро изменяются даже у одной и той же воронки, но самое главное то, что они могут превышать скорость звука, равную 1200 км/ч, или 332 м/с. Это служит причиной ряда своеобразных явлений. Чем больше скорость ветра, тем больше его давление. Кроме того, оно увеличивается вследствие примеси к воздуху воды и грязи (пыли с водой). В результате ни один из существующих аппаратов для измерения скорости ветра такого давления не выдерживает, ломается, а иногда просто бесследно исчезает. Поэтому непосредственные замеры скоростей ветра в смерчах отсутствуют. Однако специалисты по сопротивлению материалов довольно точно высчитали эти скорости по тому, как изгибались и ломались различные предметы.
Торнадо
Подъем и перенос тяжелых предметов убеждают, что скорости вращения в воронке значительно изменяются. Нижняя часть ее вращается быстрее верхней. Она способна поднять тяжелые и большие предметы, в т. ч. людей и животных, но высота подъема не превышает немногих десятков метров. Выше вращение становится медленнее, большие предметы выбрасываются из воронки и падают на землю. В облако поднимаются только предметы не тяжелее нескольких килограммов.
Интересны случаи, когда материнское облако опускается на землю, воронка отсутствует совсем, и облако медленно ползет по земле. Разрушения при этом не уменьшаются, а иногда даже увеличиваются. Это показывает, что вращение с громадной скоростью свойственно не только воронке, но и той части материнского облака, с которой она связана.
Каскад представляет собой облако или столб пыли, водяных брызг у основания воронки смерчей. Он напоминает речные каскады, особенно когда состоит из пыли и обломков зданий. Каскад образуется почти каждым смерчем, тем не менее природа его и причины образования до сих пор не разгаданы. Дело в том, что каскад создается восходящими токами воздуха, порой очень сильными. Эти токи идут вне воронки смерча. Изучение их, как и всего, что связано с телом смерча, исключительно трудно и опасно. Пока приходится ограничиваться только их описанием.
Может ли смерч переносить предметы
Транспортирование – это тот же перенос, но на значительные расстояния, порядка десятков и сотен километров и больше. Транспортирование – явление не менее загадочное, чем подъем и перенос. К транспортированию воронкой и сопровождающими ее вихрями необходимо прибавить транспортирование грозовыми облаками. Детально описываются дожди из рыб, крабов, медуз, но откуда они берутся, как переносятся облаком, не выяснено.
Чем тяжелее предмет и меньше площадь его сопротивления, тем на меньшее расстояние он переносится. Мелкие, легкие предметы с большой поверхностью сопротивления транспортируются смерчами на десятки и даже более сотни метров. Рекорд поставила страховая квитанция, которую смерч транспортировал на 120 км, и письмо с чеком – на 136 км.
23 марта 1917 г. расплывчатый смерч прошел по городу Нью-Олбани, принеся страшные разрушения. Вся гигантская воронка была наполнена обломками, мусором, бумажками, обрывками одежды. Далее воронка и висящее над ней громадное зеленовато-черное грозовое облако двинулись в штат Кентукки. Последний раз воронку наблюдали, когда она прошла только 16 км. По-видимому, она проделала путь еще в 25 км, так как через 40 км от Нью-Олбани начали падать мелкие предметы, захваченные из города. Последние предметы обнаружили на расстоянии 65 км от Нью-Олбани!
Как уже говорилось, смерч – вихревое спиральное образование, являющееся частью грозового облака и свешивающееся из него к земле. Есть вихревые спиральные образования, которые из облака поднимаются вверх; с ними связано образование града необыкновенно крупных размеров. Зная об этом, легко допустить, что такие же вихри находятся внутри облака. Мы их почти не видим, но пилоты самолетов с ними знакомы. Чтобы не встретиться с грозовым облаком, пилот делает громадную петлю. Вихри внутри такого облака обладают чрезвычайной скоростью и силой и слишком опасны.
Вот эти-то внутренние вихри и служат мощным агентом переноса и транспортирования громадных масс воды, пыли и мелких предметов. Благодаря им живые медузы могут плыть в облаке десятки километров. Благодаря им вместе с дождем падают живые рыбки, лягушки и крабы.
Что же может транспортироваться спиральными вихрями, находящимися внутри облаков, или, проще говоря, облаками? Ответ таков: облаками транспортируется все, что поднимается в них смерчами или опускается высотными вихрями.
Высотные вихри опускают в материнское грозовое облако только один град и воду. Смерчи поднимают все, но, конечно, с оговоркой: все, что легче 20–30 кг. В пределах этого веса разнообразие поднимаемых и транспортируемых предметов необыкновенно и поразительно.
Смерч, пересекший реку Рейн и сделавший в воде траншею длиной 600 м, шириной 80 м и глубиной 7 м, поднял 336 тыс. т воды. Московский смерч, пересекший в 1904 г. Москву-реку и осушивший ее до дна, поднял 120 тыс. т воды. Смерчи лорейнский, пересекший озеро Эри шириной 40 км, и ростовский, всосали до десятков миллионов тонн воды. Величины, конечно, громадные и на первый взгляд невероятные, но они становятся очень маленькими, если сравнить их с весом настоящего тропического ливня.
Животные, как уже говорилось, транспортируются смерчами довольно часто. Самое тяжелое животное, упавшее с дождем из грозового облака, – рыба весом 16 кг. Это произошло в Швейцарии в конце 1907 г. Общий вес выпавшей рыбы составил около 12 т. Некоторые были живыми и прыгали по траве луга. Рыб засосала воронка вместе с водой в озере, находившемся в 20 км от луга. Все 20 км они транспортировались облаком. Воронка распалась значительно раньше. Интересно, что вода с рыбами была поднята со сравнительно небольшой площади. Небольшую площадь они заняли, когда приземлились. Выходит, что и в облаке они летели компактной массой, не рассеиваясь…
Случаи переноса крупных животных – слонов, китов, больших рыб – неизвестны. Теоретически они возможны, но в пределах немногих метров. Животные средних размеров (лошади, коровы, буйволы), а также люди поднимаются на метры и даже немногие десятки метров и переносятся на сотни метров, нередко на 2–3 км. В 1904 г. во время смерча под Москвой мальчик пролетел около 5 км и остался жив.
С растениями происходит то же, что и с животными. Благодаря большей поверхности сопротивления они поднимаются легче и переносятся дальше, но падение их почти никогда не замечается. Известен лишь один дождь с ветками.
14 июня в Хеппнере, шт. Орегон, США, произошло сильное наводнение. Было снесено 200 строений – треть города – и утонуло 325 человек.
Сильный град и гроза, длившиеся всего полчаса, стали причиной молниеносного наводнения, происшедшего в 4 часа вечера у подножия Орегонских Голубых гор, что возле Уиллоу-Крика. Огромное количество воды, выпавшей за 30 мин, превратило Уиллоу-Крик в ревущую динамо-машину, создающую волны высотой 7,5 м, которые обрушились на стоящий по соседству город Хеппнер. Наводнение бушевало в городе в течение часа. За это время природа изменила облик целого населенного пункта и нанесла ущерб в 250 млн долларов.
1904
29 июня над центральной частью России прошел циклон. Сильный смерч пронесся над восточной частью Москвы, причинив значительный ущерб населению и городу. Выпал град размером с куриное яйцо, которым было убито несколько человек. Число пострадавших исчислялось сотнями. Ураган поднимал людей на воздух и отбрасывал на несколько десятков метров в сторону. Если бы не крупный град, выпавший перед смерчем, заставивший население искать убежища, то жертв было бы много больше.
24 октября во время извержения вулкана Санта-Мария (Гватемала) погибли 6 тыс. человек.
1905
4 апреля в 6 часов утра на спящий город Кангру, Индия, обрушилось жесточайшее землетрясение силой 8,7 балла по шкале Рихтера. Город был почти полностью превращен в руины. 19 000 его жителей погибли, большинство встретили смерть в постелях.
Когда началось землетрясение, в древнем святом храме Бхован находилось 2000 возносящих молитвы пилигримов. Все они, включая гуру, погибли, когда стены храма дрогнули и обвалились. Так храм Бхован стал для пилигримов братской могилой.
В сельской местности размеры причиненного стихией ущерба были тоже огромны. Сильно пострадали соседние города: Дармсала, Наггар, Сукет, Сультенпур и Манди. Оползни, запрудившие реки, вызвали многочисленные наводнения, затопившие фермы. Плантации чая, такие пышные и яркие накануне, стали грудами битого шифера, соломенных клочьев и перемешанного с грязью чая.
8 сентября во время землетрясения, прокатившегося по району Калабрия, Италия, 25 деревень было разрушено, 5000 человек погибли.
Только в Мартирано 2000 жителей погибли от серии подземных толчков длительностью всего 18 секунд. Серия толчков оставила без крыши над головой 20 000 жителей, которые были вынуждены собраться на улицах города. Толпы обезумевших людей бежали по городским улицам, разбивая витрины магазинов, снося кафе и еще больше увеличивая панику, вызванную разбушевавшейся стихией.
В высшей степени трагическая ситуация сложилась в местной тюрьме города Монте-Леоне. Насмерть перепуганные заключенные, требуя выпустить их, устроили бунт, во время которого были убиты несколько заключенных и охранников. Разъяренные заключенные наконец вырвались из камер на свободу. И тут же погибли во время второго подземного толчка, обрушившего на их головы расшатанные стены тюрьмы.
1906
4 апреля в двух извержениях Везувия, Италия, почти 1000 человек погибли.
18-21 апреля во время величайшего землетрясения и вызванного им пожара в Сан-Франциско, шт. Калифорния, США, погибли почти 700 человек. Большая часть Сан-Франциско превратилась в развалины.
Землетрясение началось 18 апреля в 5 час 14 мин утра, когда весь город еще спал. Было всего 2 сильных толчка с интервалом в 2 минуты, но этого хватило, чтобы разрушить хлипкие постройки, расположенные на приморской низине. Было разрушено также главное административное здание и несколько роскошных отелей. Почти все газо– и водопроводы были повреждены в первые минуты катастрофы, прервав водоснабжение. Три последующих дня город полыхал, как факел, пока не сгорел дотла.
Только 21 апреля, в субботу пошел дождь и потушил остатки пламени. После землетрясения оказалось, что разрушено приблизительно 500 кварталов домов.
16 августа жестокое землетрясение раскололо город Вальпараисо, Чили, на части. При этом погибли 1500 человек, 100 000 остались без крова. Общий материальный ущерб, нанесенный землетрясением, оценивался в 200 млн долларов.
18 сентября во время тайфуна, обрушившегося на Гонконг, Китай, отсутствие предупреждений вызвало огромное число жертв среди местного населения. Из 10 000 погибших только 20 оказались европейцами.
В порту Гонконга есть "тайфунная пушка" – пушка, которая выстрелом дает сигнал о приближении тайфуна. 18 сентября из пушки выстрелили лишь в 20 час 40 мин – за 20 мин до появления тайфуна.
Это был ужасный ураган. Скорость ветра превышала 160 км/ч, а штормовой волне вполне хватило сил, чтобы потопить 22 парохода средних размеров, 11 тяжелых кораблей и более 2000 джонок. В районе Коу-Лу
сотни домов превратились в смертоносное оружие, когда осколки крыш и бамбуковых стен пронзали воздух, убивая и раня людей. Их жертвами стали сотни человек. Рикш вместе с пассажирами швыряло и носило в воздухе.
Погибали в основном китайцы, поскольку кирпичные дома европейцев лучше выдержали удар урагана. Впоследствии европейцев вполне справедливо порицали за отказ дать убежище китайцам.
В 1906 г. произошло мощное извержение вулкана Мерапи на острове Ява в Индонезии.
Событие в фокусе. Огнедышащий красавец
В Индонезии более четырехсот вулканов, около ста из них считаются действующими. Один из самых красивейших вулканов Индонезии – Мерапи. Он является, наверное, самым активным из вулканов Индонезии, потому что чаще других сеет вокруг себя смерть. Старый фермер, хозяин одного из участков, разбросанных на склоне огнедышащей горы, рассказывал: "Мы знаем его слишком хорошо. Мы можем выращивать здесь все, что угодно. Снимать столько урожаев, сколько хотим… И этим мы обязаны Мерапи. Но сколько горя принес он нам! Здесь не найдется семьи, которая не пострадала бы от его бесконечных извержений".
Действительно, Мерапи в среднем взрывается каждые 7 лет, обрушивая на окрестности потоки лавы и тучи пепла.
Одно из самых страшных извержений Мерапи произошло в 1906 г. В горе возникла расщелина, и часть его конуса сползла в долину. Затем последовал чудовищный взрыв, завершивший разрушение. В результате такого стихийного извержения погибло индийско-яванское государство Матарам, достигшее высокого расцвета. На его территории находилось несколько городов с многочисленными храмами и великолепными дворцами. Некоторые из них в год извержения еще достраивались. В XIV в. он засыпал пеплом знаменитейший храм Борободур высотой 25 м, расположенный в 20 км к западу от кратера. Борободур, который называют восьмым чудом света, был построен в VI в. и при загадочных обстоятельствах заброшен примерно 600 лет спустя. Некоторые историки полагают, что именно Мерапи был тому причиной.
Самое разрушительное извержение Мерапи произошло в 1672 г. Тогда вулкан изменил русла девяти рек, протекающих близ его подножия, стер с лица земли десятки городов и деревень, полностью перекроил ландшафт на огромной территории.
1907
14 января сильнейшее землетрясение уничтожило большую часть города Кингстон, Ямайка, и унесло 1400 человеческих жизней.
1908
30 июня в районе Подкаменной Тунгуски в Восточной Сибири произошел мощный взрыв не известной до сих пор природы. Его последствия ощущались во всем мире. Эта катастрофа изучается до сих пор.