ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА СМЕРЧЕЙ,ТОРНАДО

ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА СМЕРЧЕЙ,ТОРНАДО
А.П. Кислицын
Первичные космические лучи это в основном потоки протонов с небольшой
примесью других частиц и ядер. Расходуя свою энергию на ионизацию
атмосферы, где-то с высоты 70…80км. часть первичной и вторичной
компоненты протонов вступает в реакцию гидратирования с молекулами
Н2О в водяном паре. Поскольку NO всегда образуется в атмосфере при
грозовых разрядах, то содержание её в атмосфере после соединения с
кислородом незначительно. Поэтому содержание положительно заряженных
ионов –гидратов (Н2О)n Н+ в значительной степени превосходит содержание
отрицательно заряженных ионов NO2-. Максимум этой разницы наступает на
высоте ~50км. Можно сказать, что между поверхностью этой области и
отрицательно заряженной поверхностью Земли существует сферический
конденсатор с высоко электропроводными поверхностями. В грозовую
погоду, в созревшей грозовой туче, положительные заряды находятся на
высоте 6 – 7 км. над Землёй, отрицательные на высоте 3 – 4 км.[1] Заряда
между грозовой тучей и землёй хватает на то, чтобы создать разность
потенциалов от 20 до 100 миллионов вольт. Измеренный в разных местах и в
сухую погоду этот ток примерно одинаков. Суммарная величина токов
достигает 1800а при напряжении 4*105в мощностью 700 Мвт. Сверх этого
накопленная энергия с внешней поверхности уходит в Землю. В грозовых
электрических разрядах при наличии влажных осадков, потому как воздух не
идеальный изолятор и становится ещё более электропроводным при наличии
в нём водяного конденсата и дождевых капель, то при пробое отрицательный
заряд с нижней части тучи с образованием лидера переносится в Землю. Ток
в пике молнии достигает 10000 - 20000 ампер и уносит до 40 кулон
электричества.[2]
В атмосфере содержащей пыль, газы и пары легкоионизирующихся веществ
с содержанием соединений кальция и хорошо растворимых в воде солей
щелочных металлов: натрия, калия, лития, рубидия, которые легко
ионизируются под действием потока солнечного излучения, искровой разряд
с возникновением лидера может и не произойти.
Распределение объемов такой атмосферы это пояса смерчей и торнадо,
совпадающие с максимально прогретыми водами океана экваториальной
зоны и течением Гольфстрим и с господствующими ветрами в этих зонах.
Если отвлечься от смерчей на водных просторах в этих зонах, то США,
Аргентина и Бангладеш отличаются высокой концентрацией торнадо. Оба
эти района имеют схожий рельеф, с горами, удерживаемыми низинную
влажность Бразилии (Аргентина) или с Индийского океана. (Бангладеш).
Около 1000 торнадо ежегодно обрушивается на США. Торнадо подвержены
многие районы мира, включая Австралию, Европу, юг Африки, Азию, и
Южную Америку. Даже в Новой Зеландии ежегодно регистрируется более 20
торнадо.[3] Водяные смерчи - это вращающиеся столбы поднимающегося
влажного воздуха, которые обычно образуются над теплой водой океана.
Водяные смерчи могут быть так же опасны, как торнадо, скорость ветра в
них может превышать 200 километров в час. Часто водяные смерчи не
связаны с грозами и возникают даже при сравнительно хорошей погоде.
Водяные смерчи могут быть довольно прозрачными, тогда их можно
обнаружить только по необычным волнам, образующимся на поверхности
воды. Каждый год там возникает несколько сотен смерчей. Существует
мнение, что водяные смерчи являются причиной многих бесследных
исчезновений, зарегистрированных в области Атлантического океана,
известной как "Бермудский треугольник".
Естественно, атмосфера над прогретыми водами океана насыщена парами
воды с содержанием солей щелочных металлов. Не зря говорят: "солёный
морской воздух". Над низменными районами, перечисленных выше
континентов, куда это содержание атмосферы задувается господствующими
ветрами, к этому составу добавляются, с атмосферной пылью, соединения
кальция.В пространствах над поверхностью акватории и суши этих областей
возникают поля ионов этих соединений. Положительные ионы, оседая в
гравитационном поле, устремляются к отрицательно заряженным
поверхностям планеты, перезаряжают их или уменьшают плотность
отрицательного заряда этих поверхностей. А в атмосферном пространстве в
объёмах над этими поверхностями накапливается электрический заряд
отрицательных ионов и электронов. Возникновению такой ситуации
способствуют и техногенные процессы: это ионизированные газы
реактивных двигателей самолетов, ракет, автомобилей, отработанное
топливо бесчисленных заводских предприятий, это продукты с изотопами
атомной промышленности, якобы безвредные и поэтому поступающие в
атмосферу.
Когда,при наличии большого запаса энергии неустойчивой атмосферы,
создаются условия - внизу находится очень теплый и влажный воздух, а в
верхней тропосфере холодный, происходит конденсация пара (туча) с
высоким содержанием ионов, поступающих с верхней поверхности
природного конденсатора, и электронов верхней части возникшего
отрицательно заряженного облака. Электроны, устремляясь, к положительно
заряженным ионам набирают, большую скорость, и, попадая в атомы,
срывают электроны с их оболочки. Происходит цепная реакция,
порождающая еще большее число электронов. Между этими объёмами и
поверхностью суши или воды с минимальной плотностью отрицательного
заряда возникает ЭДС и электрические токи. Электроны не скатываются к
Земле, с образованием искрового разряда, а спокойно существуют в этом
возникшем проводнике. Чем и обеспечивается длительное существование
торнадо. Таким образом, от грозового облака до Земли в атмосфере
возникнет область электрического тока I , который и станет причиной
возникновения торнадо.
Рассмотрим поперечный разрез плазменного канала (см. рис.2). Траектория
каждой частицы в этом сечении изображена её ларморовским кружком.
Движение частиц внутри рассматриваемого плазменного канала не создает
результирующего направления тока, так как через любую точку внутри
канала проходят с разной вероятностью частицы, векторы скоростей которых
(на рис. изображены стрелками) в разных направлениях. Но, в близи границы
рассматриваемого канала, вращение частиц приводит к направлению тока I,
текущего в пределах узкого кольца. Этот ток возникает за счет того
обстоятельства, что векторы скоростей по границе канала не
скомпенсированы. Направление тока I плазменных каналов совпадает с
электрическим током I , вызвавшим это явление.
Силы взаимодействия тока с его собственным магнитным полем направлены
к оси, как плазменных каналов, так и к оси токового канала торнадо. Этот
эффект обеспечивается известным элементарным правилом физики:
параллельные токи протягиваются и поэтому любой проводник стоком
стремится сжаться. Что собственно и обеспечивает устойчивость
электромагнитного канала торнадо.
Естественно, что наиболее ионизированной является область нижней части
грозовой тучи. Движущиеся электроны вокруг токового столба вовлекут в
свое движение пары и конденсат. Это и будет первоначальный видимый
конус в нижней части тучи возникающего торнадо. При большом обилии
электронов в атмосфере они вовлекаются в этот процесс и, в свою очередь,
вовлеку в это движение газ, пыль и пар из окрестной области атмосферы. Так
хобот конуса становится видимым и доходит до Земли. В магнитном поле,
перпендикулярном к направлению скорости движущегося потока электронов,
сила Лоренца направляет это движение в плазменных каналах по
окружностям[4]. Следовательно, все векторы скорости всех частиц,
участвующих в этом движении, по внешнему контуру магнитного поля, на
всем протяжении хобота совпадают по направлению к грозовой туче.
Весь этот механизм уподобляется гигантскому инжектору, увлекающему
пыль, газ из центральной области с электрическим током, т.е. из центра
торнадо и засасывающему пыль и газ с периферии канала. Хобот торнадо
движется по поверхности Земли с минимальной плотностью отрицательного
заряда. Поскольку ветер невидим, не всегда можно рассмотреть торнадо.
Видимый признак – воронка, состоящая из парового конденсата. Пыль, пар и
мусор, во вращающемся хоботе, делают торнадо, видимым, и указывают на
положение смерча.
Но в жизни планеты существуют и обратные явления, когда отрицательный
заряд с земной поверхности устремляется к положительно заряженной
поверхности атмосферы. При этом все векторы скорости всех частиц,
участвующие в движении, по внешнему контуру магнитного поля на всем
протяжении хобота совпадают по направлению к Земле. Это не приводит к
возникновению торнадо, но принимает активное участие к возникновению
пыльной бури или возникшему локальному волнению воды при спокойной
погоде.[5]
ЛИТЕРАТУРА.
1.Народ.Ру: Физические величины. Справочник. Под редакцией
И.С. Григорьева...
2.Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. - Фейнмановские лекции по физике. том
5 [2004]...
3. Википедия Смерч
4.АрцимовичЛ. А. Физика плазмы. Атомиздат, М. 1969.
5. Википедия Пыльная буря