Пятая стихия. Глава 9. Грозы на Земле

Гроза – комплексное атмосферное явление с многократными электрическими разрядами в виде молний, сопровождающихся громом. Гроза связана с развитием мощных кучево-дождевых облаков. При грозах наблюдаются интенсивные ливневые осадки в виде дождя, града, а иногда и снега. Сухие грозы без осадков у земной поверхности бывают сравнительно редко.

Грозы часто сопровождаются смерчами и шквалами. Смерч – сильный вихрь с приблизительно вертикальной, часто изогнутой осью. Диаметр смерчей, имеющих четкие очертания, составляет несколько десятков метров. Продолжительность жизни смерча от нескольких минут до нескольких часов. Они возникают примерно при таких же погодных ситуациях, что и грозы, однако спрогнозировать возникновение смерча задача крайне сложная.

Смерч – самое разрушительное атмосферное явление. Его вертикальная протяженность может достигать 12-15 км (в южных широтах до 20 км), горизонтальная протяженность – несколько десятков километров, а скорость движения воздуха в вихре смерча (по сути дела – ветра) достигает значений 200-300 м/с, а это около 1000 км/ч! 

Шквал – резкое кратковременное усиление ветра, сопровождающееся изменением его направления. Наибольшая зафиксированная скорость ветра при шквале равна 65 м/с, а это больше 200 км/ч! Совершенно очевидно, что шквалы, как и смерчи, представляют серьезную опасность для всех отраслей хозяйства. Можно привести множество примеров разрушительного действия смерчей и шквалов. Эти примеры касаются последствий прохождения смерчей и шквалов у земной поверхности. Однако об этих СТИХИЯХ мы поговорим в следующей главе, а пока «займемся» грозами – тоже страшной СТИХИЕЙ.

Приведем несколько интересных примеров и цифр, связанных с грозами:
• На земном шаре наблюдается 44000 гроз в сутки или 1800 гроз в час, а каждую минуту сверкает 100 молний.
• Энергия всех гроз составляет одну тысячную часть той энергии, которая поступает на землю от Солнца. Со времен М.В. Ломоносова и Рихмана ведутся опыты по обузданию этой энергии, но пока, к сожалению, безуспешно.
• Восходящие потоки в грозовом облаке могут иметь скорость до 50-60 м/с, а нисходящие 30-35 м/с. Это соответственно около 200 и около 100 км/ч.
• Перед грозовым облаком у земли могут наблюдаться шквалы со скоростью ветра больше 60 м/с, а это больше 200 км/ч.
• Энергия грозового облака размером (10 х 10) км и высотой (толщиной) 5 км примерно равна энергии десяти атомных бомб, сброшенных на Хиросиму или Нагасаки.
• Грозы бывают только тогда, когда в природе создаются условия для развития кучево-дождевых облаков.
 Грозовое облако за период своей жизни проходит несколько стадий, различающихся интенсивностью вертикальных движений, фазовой структурой облаков и их электрическим состоянием. Наиболее распространенным представлением о развитии грозы является деление ее «жизни» на три стадии.  Начальная стадия развития. Эта стадия начинается от зарождения облака и заканчивается выпадением первых капель дождя. Сначала это обычное кучевое облако, которое постепенно трансформируется в мощное кучевое. Нижняя граница таких облаков около 1 км, а верхняя – 3-5 км. Восходящие вертикальные токи в облаках могут достигать 15-20 м/с, а нисходящие токи очень слабые. Это пока еще не страшно.

Стадия зрелого облака. Стадия зрелого облака начинается с момента выпадения первых капель дождя, что свидетельствует о появлении кристаллов в облаке, и заканчивается началом его разрушения. На этой стадии нижняя граница облака понижается до 300-500 м, верхняя граница может достигать высоты 8-15 км или тропопаузы. В верхней части облака образуется наковальня. У земли наблюдаются интенсивные ливневые осадки, электрические разряды, возможен град. Восходящие токи в облаке могут достигать 50 м/с, а нисходящие по краям облака – 30 м/с. В передней части кучево-дождевого облака (по ходу его движения) у земли образуется «крутящийся вал», шквал или смерч. Попробуйте, уважаемый читатель, представить себе трубу размером 10х10 км (размер небольшого грозового облака, о котором мы с вами уже говорили) в которой вертикально вверх дует ветер со скоростью 180 км/ч. Грозовые облака смотрятся очень красиво, но это уже страшное зрелище, это СТИХИЯ!

Стадия рассеяния. Эта стадия развития облака продолжается от начала его разрушения до момента трансформации в облака других форм. Вертикальные токи в таких облаках направлены как вверх, так и вниз, но их скорость не превышает 5 м/с.

   Средняя продолжительность жизни грозового облака составляет примерно 5 часов. Однако это именно средняя величина. Иногда все три стадии развития облака могут «уложиться» и в один час, а то и меньше, а иногда грозовое облако может сохраняться до 10 и более часов.

В период образования облака происходит его электризация. После накопления больших объемных электрических зарядов и достижения между облаками или между облаком и землей напряженности электрического поля, превышающей пробивную напряженность, возникают молнии, опасность которых для всех чрезвычайно велика.

Останавливаться подробно на процессах электризации облака мы не будем, так как в этом случае у нас получится что-то вроде учебного пособия, а нам бы этого не хотелось. Здесь мы приведем только одну цифру: пробивная напряженность влажного воздуха, достичь которой нужно, чтобы проскочила искра (молния) равно 10000    в/см. А ведь пробивает! Значит при грозах напряженность электрического поля больше указанной величины. Вот это силища! Вот это СТИХИЯ!

По виду электрического разряда  (молнии) выделяются грозы с линейными молниями, плоскими молниями и шаровыми молниями. Линейную молнию, естественно, видели все. Это обычный и наиболее часто встречаемый вид молнии. Разряд происходит между облаком и землей, между соседними облаками и даже между разными частями одного облака. Линейная молния представляет собой гигантский искровой электрический разряд. Длина молнии колеблется от нескольких километров до 20-30 км. Линейная молния обычно разветвленная, следовательно, имеет несколько каналов. Средняя скорость движения молнии равна 150 км/с, сила тока в канале молнии достигает 200000 А, а температура внутри канала молнии превышает 10000 °С.

Плоские молнии можно видеть значительно реже, чем молнии линейные. Они хорошо заметны у горизонта, когда вдруг освещается всполохом весь небосвод.
Значительно реже наблюдается электрический разряд в виде шаровой молнии. Природа шаровой молнии до конца еще не изучена из-за случайности её появления, кратковременности существования и тяжелых последствий разряда. Вот ещё одна неопознанная СТИХИЯ!

Образование града тоже связано со второй стадией развития грозового облака. В верхней части облака наблюдаются отрицательные температуры воздуха, а, следовательно, и ледяные кристаллы. Воздушные потоки бросают эти кристаллы то вверх, то вниз, кристаллы сталкиваются с себе подобными, растут и превращаются в большие градины. Когда вертикальный воздушный поток уже не может удержать их в воздухе, градины падают на землю, потихонечку тая «по дороге».

Рассмотренные выше стадии грозового облака могут развиваться неодинаково в зависимости от влагосодержания воздушной массы, контраста температур в зоне атмосферного фронта и рельефа местности, над которой проходят кучево-дождевые облака.

Грозы и град, пожалуй, самые опасные явления погоды. Нет ни одной отрасли хозяйства, для которой гроза и град были бы явлениями полезными.

Приведём несколько интересных примеров и цифр, связанных с грозами:
• Для того чтобы обычная облачная капля диаметром 20 микрон  приобрела размеры примерно в 2 миллиметра и стала дождевой нужно, чтобы эта капля «столкнулась» в облаке с себе подобными 1000000 (миллион!) раз.
• Гром (звуковая волна от нагрева воздуха в канале молнии) не опасен для человека, но мы так устроены, что не успеваем среагировать на молнию и быстро пригибаемся, услышав гром. Те, кто был в боях, говорят, что пуля, которая просвистела, «не твоя». «Своей пули» солдат не услышит.
• Если время (в секундах), через которое после молнии загремит гром, разделить на 3, то получится расстояние в километрах, на котором от вас сверкнула молния.
• В сильном ливне видимость может уменьшиться до нескольких десятков метров. Известны случаи, когда из-за плохой видимости в дожде приостанавливал работу весь наземный транспорт.
• Общая сила удара капель ливня о верхнюю поверхность самолета Ту-154 составляет …2,5 тонны!
• С грозой связан и очень опасен град, размеры которого могут быть достаточно большими. На территории России самый крупный град наблюдался в Ростовской области. Здесь зафиксирован вес отдельных градин в 1800 г. Представьте себе, что на вас с высоты 5 км падает двухлитровая банка с водой! Это то же самое. Самый крупный град наблюдался в Индии. Там вес отдельных градин достигал 2200 г. Попав под такой град не выдержал и через три дня умер слон. Слоника, конечно, жалко, но представьте себе, что осталось от посевов, садов, зданий, самолетов и автомашин, которые стали жертвами этого стихийного бедствия. Вот она СТИХИЯ!

Хочется, уважаемые читатели, привести еще два примера, связанных с развитием грозовой облачности.

Иногда, правда редко, бывают случаи, когда град выпадает при ясном небе. С одной стороны, это удивительно и загадочно, а, с другой стороны, все понятно. Просто на тех высотах, где образовался град, в этих случаях наблюдается сильный ветер. Вот он-то и выносит град из облака и заставляет его падать на землю еще до прихода самого облака. На земле такое явление смотрится очень интересно.
 
  Однажды автору этих строк знакомый командир экипажа самолета Ту-154 сказал, что видел в полете «горизонтально летящий град». Сами понимаете, что град горизонтально лететь не может. Я не поверил, но задумался. И вот что в результате оказалось. Под действием силы тяжести градина должна лететь к земле сначала с ускорением, а потом с установившейся скоростью около 50 м/с. Вектор скорости полета градины только под действием силы тяжести будет строго вертикален.               
               
   Если на высоте полета наблюдается ветер со скоростью 25 м/с, то траектория смещения градины уже не будет строго вертикальной. Эта траектория будет "косой" (сила тяжести + ветер).               

Если же учесть, что скорость полета самолета равна примерно 900 км/ч (250 м/с), то для летчика, находящегося в кабине, град на самом деле можно принять за летящий горизонтально.               

Таким образом, становится понятно, почему летчик утверждал, что град летел горизонтально. 
 
  Синоптики научились прогнозировать грозы и делают это неплохо. Но, как говорят, природа – дама капризная, поэтому даже у опытных специалистов нет-нет да «проскакивают» ошибки. К сожалению, до сих пор бороться с грозами мы не научились. Побороть грозу нам пока «не по зубам». Это СТИХИЯ!