Происхождение ураганов

Земля величаво плывет по своей орбите, купаясь в солнечном излучении. Сильнее всего поверхность нашей планеты нагревается в зоне экватора. Ось Земли наклонена к плоскости ее орбиты таким образом, что под отвесные солнечные лучи постоянно попадает тропический пояс. Это грозило бы проблемами, но избыток энергии перераспределяется по всем широтам при помощи морских течений и ветров. Они работают постоянно, являясь огромной тепловой машиной природы. Воздух играет роль рабочего тела этой машины. Она регулирует нагревание Земли, перераспределяя энергию по всем широтам. Это устраняет риск перегрева тропических областей.

Ветры в атмосфере Земли присутствуют постоянно. В одних областях поверхность нагревается больше и нагретый воздух становится легче - он всплывает вверх. На его место тут же устремляется воздушный поток из соседней, не столь нагретой области - вот и ветер. Но речь пойдет не о них. Мы попробуем понять, как и почему возникают среди них монстры, которых называют ураганами в Атлантике и Мексиканском заливе, а на Тихом и Индийском океанах именуют тайфунами.

Строго говоря, ураган является погодной системой низкого давления. Эти тропические циклоны возникают в двух регионах планеты - над бассейнами Атлантики или Тихого океана. Они характеризуются особо сильным ветром, скорость которого выше 32 метров в секунду (119 километров в час). Отдельные потоки в таких условиях сливаются в единую воронку, закручивающуюся по спирали вокруг центра, который именуют глазом урагана. Воздух в циклоне обильно напитан влагой, а потому ураганы сопровождаются сильнейшими ливнями.

Вроде бы, в физике зарождения урагана нет ничего необычного. Дело происходит в тропических широтах, над поверхностью океана. Как только температура верхних слоев воды становится больше 27 градусов Цельсия - жди беды. Вода ускоренными темпами испаряется, что запускает масштабный тепловой механизм рождения урагана. Теплый и влажный воздух поднимается вверх, на его место поступает холодный, который нагревается, подпитывается испарениями и тоже устремляется вверх. Процесс дальше идет циклически, раскручивая маховик тропического циклона.

Глаз урагана

Сильный ветер поднимает влажный и теплый воздух вверх. Вверху влага конденсируется и формируются плотные облака. При этом выделяется тепло, которое усиливает нагрев океана и ускоряет испарение. Подобно громадному насосу, циклон выкачивает океанскую воду, превращая ее в облака и заставляя двигаться с огромной скоростью. Столб теплого воздуха поднимается вверх под некоторым углом, отклоняясь под действием вращения Земли (сила Кориолиса). Так закручивается гигантская спираль. В Северном полушарии она закручивается против часовой стрелки, а в Южном - по часовой. В ее центре стоит абсолютный штиль. Это место называют "глазом урагана". Собственно, это гигантское отверстие, вокруг которого стоит вращающаяся стена плотных кучево-дождевых облаков.

В нем теплый воздух опускается к земле. Диаметр этого образования может составлять от 3 до 370 километров, в среднем, чаще всего, от 30 до 60 километров. Стена облаков вокруг отверстия-глаза может сужаться до 10 - 25 километров и заменяться новой, диаметр которой больше. Во время этой перестройки ураган ослабевает, но с окончанием выстраивания новой стены возвращается к исходной силе. В целом, циклонический вихрь может охватывать зону, диаметром в тысячу и более километров.

Рожденные в океане, ураганы движутся к суше, гонимые ветром. В Северном полушарии они направляются вначале на северо-запад, а потом поворачивают на северо-восток, туда, куда гонят вихрь преобладающие ветра. В Южном полушарии ураганы сначала движутся в юго-западном направлении, затем поворачивают на юго-восток. Скорость движения воронки колеблется от средней 50 километров в час до максимальной 200 километров в час. Добравшись до берега, ураган больше не подпитывается водой и начинает терять свою энергию, выливаясь проливными дождями. А потому достаточно быстро, через 9 - 12 дней, истощается и исчезает. Правда, перед этим порезвившись на славу...

По силе ветра и потенциалу энергии разрушения ураганы разделяют на категории. К первой, самой низкой, относят ураганы, сила ветра в которых составляет 119 - 153 километра в час. Второй - 154 - 177 километров в час. Третьей - 178 - 209 километров в час. Четвертой - 210 - 249 километров в час. И, наконец, монстры среди чудовищ, ураганы пятой категории развивают скорость свыше 250 километров в час. Шкала Бофорта, характеризующая силу ветра, заканчивается на ураганах первой категории, сообщая, что такой ветер основательно повреждает или разрушает постройки, вырывает с корнем деревья, полностью уничтожает растительность, приводит к образованию морских волн , высотой более 16 метров. Но всю эту картину сопровождают еще и сильные ливни с мощными грозами, выливающие тонны воды. Поддержанные вышедшими из берегов реками, потоки дождевой воды переполняют ливневые отверстия и несутся по улицам городов, усиливая разрушения от урагана. И это мощь относительно слабого, согласно классификации, урагана...

Модели образования тропических циклонов описывают процесс более-менее достоверно. Странно, что чем меньше факторов учитывает такая модель, чем она грубее, тем лучшие результаты она дает. Так не бывает, а значит в механизме этих процессов специалисты пока не разобрались. Почему-то ураганы выбрали своим местом рождения строго определенные области: атлантические - у западных берегов Африки, тихоокеанские - у Филиппин и Индонезии. Возникают они в строго определенное время. В другое время точно такие же тропические циклоны ураганами не становятся. Специалисты заподозрили, что должны присутствовать какие-то еще обстоятельства, которые запускают весь механизм урагана.

Ураганами руководит Солнце

Логично было предположить, что Солнце, активно формирующее земную погоду, приложило свою руку и здесь. Но каким образом? Ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, корпускулярные потоки - все, чем так щедро разбрасывается звезда, поглощается стратосферой, пролегающей на высоте более 25 километров над поверхностью Земли и до высот, где находится погодная кухня планеты (менее 12 километров над поверхностью), они не добираются. Не было выявлено и корреляции между числами Вольфа, описывающими общую активность Солнца, и количеством и силой ураганов. Их параметры никак не соотносились с 11-летним циклом солнечной активности, нагло игнорируя его максимумы и минимумы. Тогда каким же образом Солнце дотягивается до тропосферы Земли?

И только когда, наконец, астрофизики добрались до изучения корональных выбросов Солнца, картина стала проясняться. Солнце постоянно обновляет свое магнитное поле по всем широтам, сбрасывая старые магнитные петли в зоне конвекции. Солнечная плазма раздувается пузырями в солнечной короне, они взрываются и клочьями разлетаются во все стороны. Сами выбросы являются огромными волокнами намагниченной плазмы, массой в миллиарды тонн. Они летят со скоростью свыше тысячи километров в секунду, неся энергию порядка десять в двадцать пятой степени Джоулей. Солнце стреляет наугад и большая часть этих струй уносится в космос, не представляя опасности для нас.

Но не те, которые формируются в центральной части солнечного диска. Эти направлены прямо на нас и через пару дней они достигнут Земли и вступят в схватку с ее магнитным полем. Оно отразит лобовую атаку солнечного снаряда и уведет потоки протонов и электронов в сторону, сбросив их на "хвост" магнитосферы, тянущийся за планетой и собирающий в магнитную ловушку заряженные космические частицы. Впрочем, от магнитной бури нас это не спасет - магнитное поле Земли получило мощный удар под дых. Вот этот-то магнитный удар и является связующим звеном между Солнцем и образованием ураганов.

А что с заряженными частицами коронального выброса, попавшими на "хвост" магнитосферы? Они спускаются по спиральным траекториям вдоль силовых линий поля Земли и при этом дифференцируются - положительные дрейфуют на запад, отрицательные - на восток. Положительно заряженных частиц втрое больше, чем электронов. Магнитная буря ускоряет их и они прорываются через магнитосферу. Их регистрируют спутники НАСА SAMPEX и POLAR. Все это - обычное взаимодействие Солнца и Земли. Но кроме полярных сияний и сбоев в системах электроснабжения и связи, потоки релятивистских частиц нагревают верхние слои атмосферы, что и приводит к образованию вихрей-ураганов.

Но это еще не все. Атомный масс-спектрограф, работавший на борту аппарата "Discovery" в 1998 году, помог установить, что прорвавшиеся в атмосферу Земли заряженные частицы достигают поверхности в строго определенных местах: позитроны и протоны A - в местах зарождения тихоокеанских ураганов, а район выпадения электронов B поразительным образом совпадает (Вы не поверите!) с местом, где образуются атлантические ураганы. Частицы с высокой энергией становятся одной из причин аномального нагрева поверхности океана и слоев атмосферы в областях, подвергающихся их бомбардировке.

Скажи мне имя свое

Человек с уважением и вниманием относится к тем явлениям природы, которые поражают его своей мощью и представляют непосредственную угрозу. В числе таких стихий почетное место занимают ураганы, несущие хаос и разруху и отнимающие жизни. Так было, есть и будет. А потому, как-то само собой получилось, что бешеным вихрям стали давать имена - врага надо знать, хотя бы по имени. Раньше с этим было проще - еще в XIX веке ураган получал имя католического святого, в день которого он нападал. В Австралии тайфуны называют именами одиозных политических деятелей, очевидно намекая на одинаковые последствия их хозяйствования.

Во время Второй мировой войны американские моряки называли особо жестокие шторма именами своих возлюбленных и как-то традиционно ураганам стали присваивать женские имена. С 50-х годов прошлого века называть атлантические ураганы стали уже официально - для удобства работы метеорологов. Так проще запомнить и быстрее сообщить, ведь имя понятнее и короче, чем набор цифр и символов. Но потом женщины почувствовали в такой системе некий намек на свои качества, обиделись и потребовали полного равноправия - с недавних пор (с 1979 года) ураганам присваивают поочередно женские и мужские имена.

Сейчас имена ураганам в Атлантике и Мексиканском заливе дают в алфавитном порядке, согласно списка, составляемого Национальным ураганным центром США. Резервируется 21 имя на год, на 7 лет вперед. Так, первый ураган 2022 года будет называться Алекс (Alex), а 21-й - Уолтер (Walter). Если на все ураганы года списка не хватит - в ход пойдут греческие буквы. Следует упомянуть, что для атлантических ураганов используют английские, испанские и французские имена - хотя бы какое-то утешение для стран, больше всего страдающих от них.

А вот с названиями тихоокеанских тайфунов система другая. Имена выбирают 14 стран этого региона. Каждая из них предлагает по 10 названий. И не обязательно имена, это могут быть животные, растения, мифологические персонажи. Потом из этих списков название тайфуну выбирает Комитет Всемирной метеорологической организации по тайфунам в Токио. Выбранное название дублируют номером во избежание недоразумений. Тропические циклоны, родившиеся в Индийском океане, называют поочередно государства, к берегам которых они устремляются - Бангладеш, Индия, Мальдивы, Мьянма, Оман, Пакистан, Шри-Ланка и Таиланд.

Наблюдения из космоса дают возможность отследить зарождение урагана и рассчитать траекторию его движения - с большей или меньшей вероятностью. Это позволяет предупредить население и хотя бы уменьшить число человеческих жертв, а иногда и избежать их. Материальный же ущерб неизбежен. Но остановить ураган, погасить его в начале развития мы не можем - пока непонятно, к сожалению или к счастью... Хотя попытки предпринимались и разные.