Что такое циклоны и антициклоны?

Мы уже обсуждали, что неоднородно нагретый воздух обязательно приходит в движение, создавая ветер. По той же причине образуются циклоны и антициклоны.

Солнечное излучение сравнительно легко проходит сквозь атмосферу и нагревает земную поверхность. Нагретая поверхность, в свою очередь, подобно истопленной печи, начинает излучать несколько более длинные электромагнитные волны, которые поглощаются нижними слоями атмосферы и слегка нагревают их. Естественно, что в экваториальной зоне нагрев оказывается бóльшим, чем в приполярной. Нагретые потоки поднимаются вверх, и, таким образом, в экваториальной зоне создается запас потенциальной энергии. На высоте 10–12 км потоки воздуха устремляются к полюсам, а в нижних слоях начинается встречное компенсирующее движение воздуха — пассатные ветры.

Особенность равномерных атмосферных потоков в том, что они очень неустойчивы. Например, совокупность таких факторов, как вращение Земли, неровность рельефа, неоднородность переотражения солнечного излучения сушей, морской поверхностью или льдами может привести к нарушению регулярной структуры потока и образованию вихрей диаметром от 500 до 3000 км и высотой до нескольких километров. Это и есть циклоны и антициклоны. Такие масштабы называются синоптическими.

Синоптические вихри переносят тепло и пар в атмосфере, что приводит к снижению контраста температур в экваториальных и полярных широтах и оказывает сильное влияние на формирование климата.

Циклоны и антициклоны были открыты в середине XIX века, когда на множестве метеорологических станций начались регулярные наблюдения за погодой. Эти вихри образуются преимущественно во внетропических широтах и обычно живут несколько дней.

В центре циклонного вихря давление примерно на 2–4% ниже, чем на периферии. В Северном полушарии воздушные массы в циклоне вращаются против часовой стрелки, а в Южном — по часовой. Так как массы воздуха движутся к области пониженного давления, в центре циклона формируются восходящие потоки, которые при расширении охлаждаются и охлаждают свободную атмосферу, вызывая образование облачности и осадков.

В центре антициклона давление может на 7% превышать периферийное, и поэтому потоки воздуха движутся к периферии. От этого в центральной зоне возникает вертикальное нисходящее движение воздушных масс. Свободная атмосфера медленно нагревается, и облака не образуются, а погода оказывается ясной.

В 1970 году советской экспедицией под руководством академика Леонида Бреховских были открыты синоптические вихревые движения воды в океане. Основным источником энергии этих вихрей, имеющих диаметр около 100 км и живущих по нескольку месяцев, служит ветровое напряжение, хотя существуют и другие механизмы нарушения устойчивого течения воды в океане.

В последнее время благодаря использованию точных спутниковых навигационных систем появились данные о том, что в области тектонических разломов в Суматро-Новозеландском районе замечено крайне медленное вихреобразное движение земной коры, возраст которого превышает миллион лет.

Как видим, окружающие нас стихии живут довольно сложной жизнью, но подчиняются сходным закономерностям. Мы же редко задумываемся об этом, больше реагируя на погоду.

Что такое цунами?

Из-за того что на Земле улучшились коммуникации, мы стали гораздо чаще слышать о цунами. В переводе с японского цунами означает «волна в гавани». Чем же она отличается от привычных волн, пусть даже и штормовых?

Главное отличие в том, что цунами при распространении переносит огромное количество воды, а обыкновенные волны этого не делают. Простые волны связаны с колебанием поверхности воды около ее равновесного состояния. Например, если вы забросите удочку, то поплавок будет плавать и качаться на волнах, но переносится он только ветром. Это и означает, что поверхностные волны не переносят вещество.

Волны, переносящие большие объемы воды, в 1834 году открыл шотландский физик и инженер Джон Рассел. Готовясь к переводу барж на паровую тягу, он изучал движение барж, влекомых лошадьми, по каналу от Эдинбурга до Глазго. В узком канале баржа, как поршень, гнала перед собой воду. Когда лошади вдруг стали, некоторое время наблюдалось бурное движение воды, а потом позади судна образовался гладкий, округлый водяной холм и понесся по каналу. Рассел погнался за ним верхом. Так была открыта волна нового типа — солитон. Многочисленным наблюдениям Рассела не очень-то поверили. Когда через 60 лет, ничего не зная о Расселе, нидерландский профессор Дидерик Кортевег и его ученик Густав де Фриз построили теоретическое описание движения таких волн, все, включая самих авторов, посчитали работу незначительной.

Будущее показало, что подобные волны встречаются не только на воде, но и во многих других средах — в плазме, оптических волокнах, решетках кристаллов. Солитоны стали важным объектом физики. Их изучение позволило разобраться и в том, как образуется и распространяется цунами.

Цунами образуется при быстром вытеснении больших объемов воды. Например, при землетрясении подъем суши вызывает образование холма воды на поверхности океана, и это возмущение начинает распространяться подобно солитону Рассела. Хотя холм и невысок, но площадь огромная, поэтому и воды переносится много. Добегая до берега, она неумолимо заполняет его всевозможные ниши и заливы. Если под водой произойдет провал суши, образуется впадина. Поэтому вода сначала отойдет от берега, а потом обрушится на него с неистовой силой. Так энергия не самого сильного из известных цунами 2004 года была в два раза больше, чем энергия всех боевых снарядов, взорванных во Второй мировой войне.

Вытеснение воды может происходить также при оползнях, падении крупных метеоритов, извержении подводных вулканов, подводных ядерных взрывах.

В 1597 году оползень крутого берега Волги в Нижнем Новгороде привел к образованию волны цунами, выбросившей деревянные суда на 40 м вглубь берега. Оползень льда и грунта в июле 1958 года в бухте Литуйя на Аляске вызвал цунами высотой 500 м. Цунами после извержения вулкана Кракатау в 1883 году несколько раз обошло Землю и достигло каждой бухты на Земле.

Цунами — грозное явление природы, но человеку по силам его предсказать. На основании теории, учитывающей особенности рельефа морского дна, сделаны прогнозные оценки цунами при разных землетрясениях в самых разных географических районах. Поэтому самое главное сейчас — это построение надежной системы оповещения.

Что такое черная дыра?

Термин «черная дыра» впервые употребил американский физик Джон Уилер в статье «Наша Вселенная: известное и неизвестное», опубликованной в 1968 году. Это название он дал особым космическим объектам, гравитационное притяжение которых так велико, что они способны удержать внутри себя электромагнитное излучение, включая видимый свет.

История черных дыр насчитывает более двух веков. 27 ноября 1783 года английский геофизик и астроном Джон Мичелл представил на заседании Лондонского королевского общества свои расчеты, сделанные на основе ньютоновой механики. Они показывали, что если бы звезда, имеющая массу, равную массе Солнца, имела радиус 3 км, то даже луч света не мог бы покинуть ее поверхность. Поэтому она не была бы видима.

В 1796 году такую же идею, но на другом примере высказал французский математик и астроном Пьер Лаплас. Так родилась концепция «ньютоновской» черной дыры. Однако примеры Мичелла и Лапласа были далеки от наблюдаемой реальности, и идея о черных дырах была забыта.

Через сто с лишним лет, в 1916 году, немецкий астроном Карл Шварцшильд сделал расчеты, основанные на только что созданной Альбертом Эйнштейном релятивистской теории гравитации. Более известное название этой науки — общая теория относительности. Получилось, что вокруг любой точечной массы существует область пространства, из которой свет не может выйти наружу.

По современным теоретическим представлениям существует четыре механизма рождения черных дыр.

Первый — это гравитационное сжатие, или коллапс, угасающих звезд. При этом из оболочки звезды образуется либо яркая вспышка сверхновой, либо расширяющаяся планетарная туманность.

Второй механизм — сжатие под действием сил тяготения центральной части галактик. Считается, что в центре многих спиральных и эллиптических галактик находятся довольно массивные черные дыры. В центре же нашей Галактики — черная дыра Стрелец A. Ее масса в 3,7 раза больше массы Солнца.

Третий вид черных дыр, которые могли сохраниться до сих пор, образовался во время Большого взрыва, когда создалась наша Вселенная.

И наконец, возможно возникновение черных дыр в ядерных реакциях высоких энергий. Эти дыры называются квантовыми. Они живут очень короткое время. В принципе, такие ядерные реакции можно проводить в лаборатории, но для этого нужно создать более мощные ускорители. Работа над этим уже ведется.

Существуют курьезы, связанные с черными дырами. Они не выпускают свет из себя, но могут отклонять направление его распространения. Существуют данные, что некоторые звезды мы видим лишь потому, что их излучение, которое не должно было попасть на Землю, отклоняют невидимые объекты и оно распространяется криволинейно. В связи с этим наука интенсивно изучает так называемые гравитационные линзы. По рефракции света невидимые черные дыры могут быть обнаружены.

Исследования черных дыр произвели настоящую революцию в научных представлениях об устройстве вещества, пространства, времени и Вселенной. Эти изменения гораздо более серьезны, чем изменение взглядов людей, когда те поняли, что живут не на плоской, а на шарообразной Земле.

Нам с вами черные дыры не грозят. Нет такой силы, которая могла бы сжать Землю до диаметра 18 мм, чтобы из ее вещества образовалась черная дыра.

Примечания

1. Физическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1990. Т. 2. С. 78.

2. Регирер С. А., Шаповалов Д. С. Заполнение пассажирами пространства в общественном транспорте // Автоматика и телемеханика. 2003. № 8. С. 111–121.

Содержание

Предисловие

В чем причины эпидемий?

Велика ли Вселенная?

Велика ли память человека?

Возможно ли бессмертие?

Вреден ли сахар?

Правда ли, что материки движутся?

Есть ли жизнь на Марсе?

Зачем были нужны дворяне?

Зачем люди носят галстук?

Зачем нужен сон?

Зачем нужны деньги?

Как возникает смех?

Как летает воздушный шар?

Как летает самолет?

Как мы видим?

Как мы слышим?

Как мы узнаём друг друга?

Как образуется эхо?

Как строили египетские пирамиды?

Как пчелы находят медоносы?

Как работает детектор лжи?

Как работает телефон?

Как работает холодильник?

Как узнать время?

Как узнают о родстве и переселениях народов?

Когда наступает новый год?

Кому принадлежит Луна?

Круглая ли Земля?

Кто изобрел колесо?

Легко ли слетать в космос?

Много ли на Земле воды?

Много ли на Земле нефти?

Может ли Солнце погаснуть?

Можно ли измерить красоту?

Можно ли определить характер человека по почерку?

Немы ли рыбы?

Откуда берутся айсберги?

Откуда берутся языки?

Откуда взялись культурные растения?

Отчего выпадают осадки?

Отчего дует ветер?

Отчего мячик скачет?

Почему вода мокрая?

Почему днем все хорошо видно?

Почему зимой холодно?

Почему и как люди стареют?

Почему кошки умываются?

Почему лед скользкий?

Почему люди воюют?

Почему мир разноцветный?

Почему море соленое?

Почему люди зевают?

Почему мы устаем при ходьбе?

Почему небо голубое?

Почему негры черные?

Почему нитки запутываются?

Почему птицы совершают перелеты?

Почему редки драгоценные камни?

Почему сахар сладкий?

Почему сердце бьется?

Почему слоны большие?

Зачем собакам нужен хозяин?

Почему спички горят?

Почему спутники не падают на Землю?

Почему стекло легко бьется?

Почему толкаются в автобусе?

Почему у одних деревьев листья, а у других иголки?

Почему у человека на руках по пять пальцев?

Почему «хороший» ковбой успевает выстрелить первым?

Почему человек умеет стоять?

Разговаривают ли животные?

Связаны ли значение и звучание слова?

Сколько живут деревья?

Сколько идей у человечества?

Сколько пространства нужно человеку?

Существует ли «женская логика»?

Существует ли национальный характер?

Существуют ли атомы?

Трудно ли выучить китайский язык?

Кто такие физики и лирики?

Что такое хорошая жизнь?

Чем занимается математика?

Что такое ГЛОНАСС?

Что такое глупость?

Что такое группа крови?

Что такое знаки?

Что такое инстинкт?

Что такое нанотехнологии?

Что такое наследственность?

Что такое озоновая дыра?

Что такое полярное сияние?

Что такое пустота?

Что такое смерч?

Что такое страх?

Что такое турбулентность?

Что такое холестерин?

Что такое циклоны и антициклоны?

Что такое цунами?

Что такое черная дыра?