199_p1912_D2_9575

Откуда берется энергия грозы? Основной источник – водяной пар, который, поднимаясь, расширяется и конденсируется или замерзает. Скрытая теплота высвобождается и выпадет в виде осадков. Потенциальная энергия осадков идет на электризацию облака, она равна произведению действующей на осадки силы гравитации на расстояние, пройденное ими при падении.

Гром – это звуковое явление, вызванное колебаниями воздуха при повышении давления на пути молнии; слышен в виде продолжительных раскатов, а не как одиночный удар, так как возникает вдоль всего канала разряда молнии; поэтому звук преодолевает расстояние от своего источника до наблюдателя в несколько этапов. В районе о-ва Ява грозы бывают 322 дня в году.

В результате кластеризации облаков различают одноячеечные, многоячеечные, многоячеечные кластерные, сверхмногоячеечные грозы. Они отличаются количеством выделяемой в окружающее пространство энергии, сопутствующими явлениями и степенью опасности для челове-

ка (табл. 1.14).

72

Особо опасными являются «сухие» грозы, которые часто приводят к возникновению пожаров в лесах и степных пространствах. Наблюдения на Крайнем Севере и в Сибири показывают, что при низких температурах во время сильных снегопадов и метелей электризация снега настолько велика, что происходят зимние грозы. В такие моменты в облаках снежной пыли бывают видны синие и фиолетовые вспышки, наблюдается свечение остроконечных предметов, образуются шаровые молнии. Очень сильные метели иногда заряжают телеграфные провода так сильно, что подключаемые к ним электрические лампочки светятся полным

73

накалом; такие же явления наблюдаются во время сильных пыльных (песчаных) бурь.

Во время грозы может возникнуть редкое атмосферное явление – шаровая молния. Она представляет собой светящийся шар диаметром 20–25 см, медленно переносимый потоками воздуха. Сияние шара – обычно красное, оранжевое или желтое. Время «жизни» – от нескольких секунд до нескольких минут, после чего он исчезает или взрывается, что может привести к пожару или гибели людей. В отличие от быстрого разряда линейной молнии шар движется сравнительно медленно. Шаровая молния может сиять, как 100-ваттная лампочка без видимого источника питания. Она не излучает тепла, хотя способна проникать через окна, расплавляя при этом стекло. Уникальная способность шаровой молния – двигаться против ветра, проникать в узкие щели, дымоходы, появляться в кабинах летящих самолетов. В силу недолговечности шаровых молний и невозможности воспроизвести в лабораторных условиях им пока не найдено научного объяснения. Самая распространенная теория гласит, что шаровая молния образуется, когда в результате удара обычной молнии происходят испарение и разложение содержащегося в почве кремнезема. Пары кремния уплотняются, образуя шары из тонкодисперсной пыли, удерживаемой электрическими разрядами. Затем происходит процесс окисления, и шар начинает светиться. Согласно другой теории шаровая молния – это плазма, перегретый газ, атомы которого лишены электронов.

Факты истории

1753 г. В Санкт-Петербурге во время изучения атмосферных электрических явлений от шаровой молнии погиб ученый Г. Рихман.

1983 г. Шаровая молния в графстве Стаффордшир (Англия) разворотила пятифунтовую дыру в крыше дома, в соседнем доме высадила окна, вырвала из стен электрические розетки.

Огни Святого Эльма являются разновидностью молний и представляют собой кольцевидное или пучкообразное свечение заостренных предметов, в том числе шпилей башен, концов рей и топов мачт кораблей. В далеком прошлом это явление сильно поражало воображение путешественников и воспринималось ими как предупреждение покровителя моряков святого Эльма о приближении грозы. Суть явления заключается в том, что при усилении электрического поля поверхность некоторых тел получает электрический заряд высокого потенциала, вследствие чего происходит пробой электрического сопротивления воздуха у верхушек заостренных предметов, где наблюдается истечение электрического заряда, который и возбуждает молекулы газа, вызывая их легкое свечение.

74

Факты истории

Раньше считалось, что огни Святого Эльма являются добрым предзнаменованием. На самом деле, при данных атмосферных условиях растет вероятность того, что молния поразит как раз те места, которые облюбовали огни Святого Эльма. Считается, что не без участия огней Святого Эльма произошла катастрофа, радикально изменившая воздухоплавание. 6 мая 1937 г. во время посадки прибывшего из Германии роскошного пассажирского дирижабля «Гинденбург» в Лейкерсте, штат Нью-Джерси, там появилась огромная туча. Капитан отложил посадку огромного наполненного водородом судна на время, пока не пройдет гроза. Когда гроза сменилась моросящим дождем, корабль пошел на снижение, и члены экипажа выбросили на землю посадочные тросы. К ужасу команды, вскоре вокруг хвоста «Гинденбурга» появились язычки пламени и быстро объяли всю поверхность дирижабля. Погибли 36 чел. Расследование катастрофы привело к выводу, что выходящий в местах утечки водород, был подожжен электрическим током, бежавшим вверх с земли по посадочному канату. Обычно безвредное свечение огней Святого Эльма зародило пожарище, погубившее не только «Гинденбург», но и дирижабль как вид транспорта (Силы приро-

ды, 1988).

Сильный туман – представляет собой облако, расположенное у самой земной поверхности. Облака возникают при конденсации водяного пара в атмосфере, когда образуются либо капельки воды, либо кристаллы льда. Туман опускается на землю в тихие ясные ночи, когда воздух влажный, а земная поверхность охлаждается, излучая в пространство тепло. Туман также может образоваться при прохождении теплого влажного воздуха над холодной поверхностью суши или воды. Если холодный воздух оказывается над поверхностью теплой воды, прямо на глазах возникает туман испарения. Видимость при тумане 50 м и менее.

Следует упомянуть о нескольких интересных атмосферных природных явлениях, которые находили отражение в летописных источниках, но не представляют опасности для человека.

Гало – световое кольцо вокруг Солнца или Луны и относится к группе оптических атмосферных явлений. Гало возникают вследствие преломления и отражения света ледяными кристаллами, образующими перистые облака и туманы. Явления гало весьма разнообразны: они имеют вид радужных (в случае преломления) и белых (при отражении) полос, пятен, дуг и кругов на небесном своде. Наиболее обычные формы гало: радужные круги вокруг диска Солнца или Луны с угловым радиусом 22° либо 46°; паргелии, или «ложные Солнца», – яркие радужные пятна справа и слева от Солнца (Луны) на расстояниях 22°, реже 46°; околозенитная дуга – отрезок радужной дуги, касающейся верхней точки 46градусного круга и обращенной выпуклостью к Солнцу; паргелический

75

круг – белый горизонтальный круг, проходящий через диск светила; столб – часть белого вертикального круга, проходящего через диск светила; в сочетании с паргелическим кругом образует белый крест. Гало следует отличать от венцов, которые внешне схожи с гало, но имеют другое, дифракционное, происхождение. Для возникновения некоторых гало необходимо, чтобы ледяные кристаллы, имеющие форму 6-гранных призм, были ориентированы по отношению к вертикали одинаковым или хотя бы преимущественным образом. Теория гало детально разработана. Так, 22-градусный паргелий возникает в результате преломления лучей в вертикально ориентированных кристаллах при прохождении луча через грани, образующие углы в 60°; 46-градусный круг создается преломлением при гранях, составляющих углы в 90°; вертикальные и горизонтальные круги получаются вследствие отражения от горизонтальных и вертикальных граней кристаллов. Гало случаются круглый год, но чаще они наблюдаются в период с ранней весны до поздней осени.

Факты истории

В древности гало однозначно и безоговорочно принимали за небесные знамения, предвещавшие всяческие беды и несчастья. Масштаб грядущего бедствия оценивался по полноте открывавшейся картины: чем ярче гало, чем большую небесную площадь оно покрывает, чем оно красивее – тем хуже.

Ложные Солнца. Иногда верхние слои воздуха бывают настолько неподвижны, что маленькие кристаллики льда располагаются почти параллельно горизонту. В эти минуты они превращаются в своеобразное небесное зеркало и создают благоприятные условия для наблюдения ложного солнца.

Серебристые облака (мезосферные облака) – очень тонкий слой облаков на высоте 70–90 км, иногда заметный вследствие их слабого се- ребристо-синего свечения на фоне ночного неба. Природа серебристых облаков до сих пор не вполне изучена. Предположительно, они состоят из мельчайших частиц, покрытых льдом, и потому отражающих свет. Появление таких частиц в верхней атмосфере связывается с выбросом вулканической пыли при сильных извержениях или попаданием межпланетной пыли. Существует целая серия наблюдений, связывающая образование серебристых облаков с запусками мощных ракет в атмосфере Земли. При каждом запуске ракетоноситель выбрасывает около 1200 т водяного пара, в связи с чем предполагается увеличение интенсивности облакообразования в мезосфере в последующие десятилетия более чем на 50 %. Так, в ночь с 30 июня на 1 июля 1908 г., после взрыва знаменитого Тунгусского метеорита, яркие серебристые облака наблюдались на территории более 12 млн км2. Аномально яркие сумерки непрерывно на-

76

блюдались в течение нескольких ночей. Многие наблюдатели прямо указывали на то, что «...свет исходил из светящейся дымки облаков...». В 1985 г. при работе на орбитальной станции «Салют-7», космонавтуисследователю В. П. Савиных удалось наблюдать уникальный случай образования аэрозольных облаков, имеющих значительное сходство с серебристыми, при мощном извержении вулкана Руис в Колумбии. На сегодняшний день «ледяная теория» образования серебристых облаков из очень маленьких ледяных частичек, размером в тысячу раз тоньше человеческого волоса, считается главной. Такое же строение имеют обычные перистые облака, часто наблюдаемые в дневное время на фоне голубого неба. Ледяные кристаллы серебристых облаков рассеивают солнечный свет и при определенном угле падения становятся видимыми с поверхности Земли на фоне темного сумеречного сегмента как тонкие серебристо-белые струи и полосы, и как однородная серебристая пелена (табл. 1.15). Интересен факт, что серебристые облака начали наблюдать с 1885 г, до этого времени упоминаний о них не было. Главный вопрос, который стоит перед учеными – почему серебристые облака не появлялись до этого времени, а затем наблюдались каждый летний сезон (До-

лин, Перцев, Ромейко 2005).

Серебристые облака медленно движутся в направлении воздушных течений. В отличие от тропосферных облаков, они находятся в зоне активного взаимодействия атмосферы Земли с космическим пространством. Внешне эти облака мало чем похожи на тропосферные. Наблюдаются они в ночное время суток и в летнее время в основном в средних широтах, обладают собственным свечением, т. е. всегда выглядят светлыми на фоне темного неба. Необыкновенный флюоресцирующий свет, исходящий от них, и необычная форма, почти всегда привлекают взгляд наблюдателя. Вот как их описал в 1885 г. один из первых исследователей, русский астроном В. К. Цераский: «… Облака эти ярко блистали на ночном небе чистыми, белыми, серебристыми лучами, с легким голубоватым отливом, принимая в непосредственной близости от горизонта желтый, золотистый оттенок. Были случаи, что от них делалось светло, стены зданий весьма заметно озарялись, и неясно видимые предметы резко выступали. Иногда облака образовывали слои или пласты, иногда своим видом похожи были на ряды волн, или напоминали песчаную отмель, покрытую рябью или волнистыми неровностями...».

Факты истории

Обнаружены серебристые облака были неожиданно и повсеместно в целом ряде стран летом 1885 г. 8 июня их наблюдал в Германии Т. Бакгауз, 12 июня в России В. К. Цераский, 10 июня в Чехии В. Ласка, 23 июня в Эстонии Э. Гартвиг. Научный мир был удивлен открытием этого нового атмо-

77

сферного явления. Странным казалось то, что при развитой европейской науке об атмосфере (а в то время в Европе и России работали десятки астрономических обсерваторий и сотни метеорологических станций), ночные светящиеся облака почему-то остались совершенно неизученными. Были отдельные наблюдения похожих облаков в разное время, но качественных, полноценных описаний не существовало. Создавалось впечатление, что до июня 1885 г. яркие серебристые облака просто не появлялись. В 1886 г. эти необычные облака снова наблюдались во многих северных странах Европы. А уже в 1888 г., их обнаружили в Чили, в Южном полушарии Земли.

Полярные сияния представляют собою свечение верхних, сильно разреженных слоев атмосферы Земли под воздействием потоков заряженных частиц (электронов и протонов), вторгающихся из околоземного космического пространства. Сияния могут быть видны в ночные часы и во время сумерек. Высоты свечения обычно заключены в пределах от 80–100 до 300–400 км, иногда до 1 тыс. км. Сияния простираются в долготном направлении на тысячи и десятки тысяч километров, в широтном – до тысячи километров и более, а в высоту – на десятки и сотни километров. Вызванные ими возмущения – разогрев атмосферы, возникновение в ней волн – проявляются на еще больших площадях. Таким образом, полярные сияния оказывают влияние на состояние всей верхней атмосферы Земли. Формы полярных сияний, их яркость, цвет, структура могут быть очень разнообразными и изменчивыми.

Возникновение полярных сияний сопровождается рядом других геофизических явлений, с которыми они тесно связаны: магнитными бурями, нарушением состояния ионосферы и условий распространения радиоволн, нарушением работы телефонных и телеграфных линий и так далее, а также изменениями в околоземном пространстве. Сияния чаще всего появляются в полярных областях северного и южного полушарий Земли, главным образом в двух кольцеобразных зонах, охватывающих геомагнитные полюса планеты.

78

На территории России зона сияний проходит примерно вдоль берега Евразии через северную часть Кольского п-ва, Новую Землю, Таймыр, Новосибирские о-ва, о-ва Врангеля. Общее количество света, излучаемого яркими сияниями, сравнимо со светом полной Луны, иногда, если сияния сосредоточены в одной части неба, могут быть видны тени от предметов. Активная фаза сияний длится недолго, обычно несколько минут. После нее подвижность и яркость сияний быстро уменьшаются, но при этом могут наблюдаться пульсации – более или менее ритмичные быстрые изменения яркости. Свечение сдвигается к полюсу и постепенно явление возвращается к исходному виду. Активность сияний изменяется не только на протяжении суток, но и от ночи к ночи и может быть неодинаковой в разные месяцы. Наблюдаются также изменения активности с периодом в несколько лет.

Современная классификация полярных сияний разработана специальным комитетом по решению Ассоциации геомагнетизма и аэрономии Международного союза геофизики и геодезии и введена с 1 января 1964 г. Согласно этой классификации явление полярного сияния описывается следующими характеристиками: I) формой, 2) структурой, 3) яркостью, 4) положением, 5) активностью, 6) характером и 7) цветом.

Таблица 1.16

Международная шкала яркости полярных сияний

При определении яркости учитывается максимальная интенсивность в данной форме. Ситон, Хантен и Омхольт связали шкалу яркости с абсолютной интенсивностью эмиссии 5577 ангстрем, измеряемой числом фотонов (см2 × с в столбе). Для самой интенсивной линии полярного сияния (5577 ангстрем), принадлежащей атомному кислороду, индекс яркости определяется по международной шкале (табл. 1.16); за единицу измерения принят релей (R) (Исаев, http://www.kosmofizika.ru/abmn

79

/isaev/isaev2.htm). Новая световая единица введена специально для измерения спектральной интенсивности свечения ночного неба и полярных сияний. Интенсивность свечения в один релей соответствует эмиссии 106 квантов, испускаемыхводнусекундувстолбеатмосферысечением1 см2:

1R = 106 фотонов/ (колонна) см2 × сек.

Слово «колонна» здесь означает, что речь идет о суммировании по всему вертикальному столбу атмосферы данного сечения. Килорелей (кR) соответствует излучению 109 фотон/см2 × с.

Наводнения – грозные стихийные явления, связанные с быстрым подъемом воды в реках, возникающие в результате комплекса причин и сопровождающиеся большим экономическим ущербом и человеческими жертвами (табл. 1.17). Основные причины наводнений рассмотрим ниже.

Заторы льда – скопление льда во время ледохода, создающее стеснение русла на отдельных участках реки и вызывающее подъем уровня воды до опасных отметок. Усиливающие факторы: низкие температуры воздуха зимнего периода, течение реки с юга на север, сужение русла, острова, крутые берега, перекаты.

Зажоры льда – скопление масс шуги и донного льда в период осеннего ледохода и в начале ледостава, создающее стеснение русла и вызывающее подъем уровня воды.

Дождевой паводок – быстрый подъем уровня воды, возникающий нерегулярно от сильных дождей. Дождевые паводки наносят большой ущерб, т. к. распространяются на большую площадь.

Низкая межень (маловодье) – это явление приводит к нарушению транспортного потока на реках, снижению выработки электроэнергии.

Половодье (наводнение) – подъем уровня воды в реках, озерах, морях, вызываемый таянием снега, которое происходит при одновременном снеготаянии на больших площадях. Усиливающими факторами являются: резкое повышение температуры воздуха, выпадение обильных осадков, заторы. Половодье обычно происходит несколькими волнами.

Большая часть Европы, Азии и Северной Америки подвержена действию наводнений, возникающих при таянии снега и ледников. Это типичные сезонные половодья, повторяющиеся в определенные месяцы. Причинами наводнения являются также ветровые нагоны воды в устье реки и на морское побережье, загромождение русла реки льдом или бревнами при сплаве леса, цунами, прорыв гидротехнических сооружений, оползни и обвалы в долинах водотоков, внезапный выход на поверхность обильных грунтовых вод. В зависимости от нанесенного материального ущерба и площади затопления наводнения делят на низкие, высокие, выдающиеся, катастрофические.

80