Ананьев. Земля - Полная Энциклопедия 2007. Ананьева Е. Г, Мирнова С. С
 Скачать 31.25 Mb.
|
|
молния. Электрические заряды разного знака могут накапливаться в двух соседних облаках или между облаками и земной поверхностью. Молния чертит на небе извилистую ослепительную линию — канал молнии. Это происходит потому, что в атмосфере разряд находит путь наименьшего сопротивления, где плотность ионов максимальна. Температура в канале молнии 20 000—30 000 °С, а продолжительность молнии — десятые доли секунды. В воздушной среде вспышка молнии распространяется со скоростью света, поэтому мы видим её мгновенно. Воздух в канале молнии быстро нагревается, расширяется и производит взрывную волну — гром. Если молния и гром происходят почти одновременно, то гроза близко, а если молния на несколько секунд опережает гром, то гроза находится на отдалённом расстоянии. Звуковая волна, многократно отражаясь от земли и облаков, воспринимается нами как громовые раскаты. Когда гроза происходит так далеко, что грома неслышно, а облака на горизонте освещаются невидимыми молниями, мы наблюдаем зарницы ШАРОВАЯ МОЛНИЯ Шаровая молния загадочное явление в атмосфере. Ослепительный огненный шар диаметром в десятки сантиметров появляется внезапно после грозы и тихо плывёт над землёй в потоках воздуха. Шаровая молния бывает грушевидной и каплеобразной формы, но энергетически ей выгоднее существовать в форме шара. Этот лёгкий, свободно блуждающий заряд может «сесть» на какую-нибудь поверхность и скользить по ней без затрат энергии. Многие наблюдатели отмечают, что шаровая молния стремится проникнуть в закрытые помещения, залетая туда через форточки и просачиваясь через щели. При этом она способна временно принять форму лепёшки или тонкой нити, аза- тем снова превращается в шар. Сталкиваясь с каким-либо предметом, шаровая молния иногда взрывается. Её природа до конца не изучена, возможно, она формируется из азота и кислорода в канале обычной молнии, а при охлаждении до обычной температуры взры- вается. При встрече с шаровой молнией надо стоять или сидеть неподвижно, а если она приблизится, то можно энергично подуть на не, но лучше всего осторожно выйти из комнаты и не пытаться выгнать шаровую молнию веником или чем-нибудь другим — её поведение в этом случае непред- сказуемо. Шаровая молния ОГНИ СВЯТОГО ЭЛЬМА Если напряженность электрического поля в атмосфере велика, то помимо искровых разрядов молний — иногда наблюдается истечение электричества с концов острых предметов. Это явление объясняется тем, что воздух вблизи выдающихся предметов становится проводником электричества и на их острых концах появляется свечение. Эти тихие разряды иногда сопровождаются слабым треском и называются огнями святого Эльма — покровителя моряков. Особенно красиво, когда огни святого Эльма возникают на концах мачт и рей парусного судна. Для образования этих таинственных огней ненужны грозовые облака, их чаще можно увидеть в горах, а также вовремя пыльных бурь и метелей Воздух в атмосфере не стоит неподвижно, а постоянно перемещается. В штиль, когда ощущается только едва уловимое движение воздуха, он не надувает паруса яхт и парусных кораблей. Исстари моряки проводили часы, а иногда и дни в томительном ожидании, что смилостивится над ними бог ветра Эол, подует, наконец, долгожданный крепкий ветер, заставляющий их суда стремительно бежать пол гким волнам. Скорость ветра бывает очень высокой, и тогда он становится шквалом, налетающим вовремя грозы, а иногда возрастает настолько, что превращается в ураган. Что же представляет собой ветер Это движение воздуха относительно земной поверхности, в основном в горизонтальном направлении. Хотя при этом можно наблюдать и вертикальные движения воздуха, например, когда снежинки летят не вниз к земле, а поднимаются икру- жатся в воздухе. Ветер характеризуют скорость, сила и направление. Скорость ветра выражается в мс, км/ч или в баллах по шкале Бофорта, где интервал возможных скоростей ветра делится на 12 градаций. Нулю шкалы Бофорта соответствует штиль — полное отсутствие ветра, четырем баллам — умеренный ветер, а 12 — ураган. У земной поверхности скорости ветра обычно не превышают мс, а в тропических ураганах достигают 60 мс. Сила ветра зависит от его скорости. Говоря о направлении ветра, имеется ввиду то напра- Основные румбы горизонта П О ЧЕМУ ДУЕТ ВЕТЕР Ветер образуется надземной поверхностью из- за разностей атмосферного давления. Из областей с высоким давлением ветер дует в области с низким давлением. В жаркий летний день на берегу озера над сушей образуется область низкого давления, потому что суша нагревается быстрее, чем вода, а от неё нагревается приземный слой воздуха. Он поднимается вверх, и у поверхности Земли образуется область низкого давления. Озеро в это время ещё холодное, потому что вода нагревается медленнее, чем твёрдое тело. И воздух над озером тоже холодный, он опускается вниз, создавая область высокого давления. Из облас- Дневной бриз дует с озера на сушу Ночной бриз дует с суши на озеро ти высокого давления над озером лёгкий прохладный ветерок — дневной бриз дует на сушу, в область низкого давления. Ночью всё происходит наоборот. Суша остывает быстрее, чем вода, поэтому теперь над холодной сушей холодный воздух опускается вниз, создавая область высокого давления, а над тёплым озером, которое медленно отдаёт тепло, накопившееся задень, воздух остается тёплым. Он поднимается вверх и создаёт над озером область пониженного давления. Теперь ночной бриз дует из области высокого давления над сушей в сторону низкого давления над озером. Бризы обычно распространяются на несколько десятков километров по обе стороны от береговой линии, а в высоту — на несколько сотен метров. В эпоху парусного судоходства ночной бриз использовали, чтобы благополучно отчалить от берега. По такому же принципу, только в планетарном масштабе, образуются муссоны — сезонные ветры, дующие летом с океана на материка зимой с материка в сторону океана. Роза ветров вление, откуда он дует. Принято различать 8 основных румбов горизонта север (С, северо-вос- ток (СВ, восток (В, юго-восток (Ю-В), юг (Ю), юго-запад (Ю, запад (3), северо-запад (С-3). Направление ветра определяется с помощью флюгера, а для анализа преобладающих ветров на какой-то определённой территории за тот или иной промежуток времени строится диаграмма роза ветров. На ней указывается повторяемость направлений ветра по основным румбам. Отрезками по лучам — румбам горизонта откладывается количество дней, в которые преобладал ветер данного направления, а концы отрезков соединяются ломаной линией. Повторяемость штилей отмечается в кружочке в центре диаграммы. Ветер обладает турбулентностью в воздухе возникают многочисленные вихри и отдельные струи. Мощные восходящие потоки воздуха используют планеристы. При прохождении атмосферных фронтов в верхней тропосфере и нижней стратосфере образуются струйные течения сильные воздушные потоки. Они уменьшают скорость самолёта, если направлены против его движения, и увеличивают е, если двигаются в попутном направлении Общей циркуляцией атмосферы (от лат — вращение) называют систему гигантских воздушных течений надземным шаром, размеры которых соизмеримы с крупными частями материков и океанов. Общая циркуляция атмосферы определяет климат и погоду во всех районах Земли. Она образуется из-за неравномерного нагрева Солнцем поверхности нашей планеты и неодинакового распределения атмосферного давления над различными районами. Все процессы, происходящие в воздушной оболочке Земли, изменяются с широтой. От экватора к полюсам уменьшается температура воздуха и изменяется атмосферное давление. По обе стороны от экватора устанавливается область пониженного давления, которая вместе с Солнцем перемещается между Северным тропиком и Южным тропиком по сезонам года. Над ми широтами и полюсами расположены области повышенного давления, а между ними — в умеренных широтах — давление низкое. Воздух перемещается из районов с высоким атмосферным давлением в области пониженного давления — так формируется система постоянных ветров, дующих над планетой. На экваторе, где атмосферное давление низкое, нагретый Солнцем воздух поднимается вверх и растекается в верхних слоях тропосферы в сторону полюсов. Охлаждаясь, он опускается в тропических широтах и создаёт область высокого давления, из которой у поверхности Земли к экватору дуют тропические восточные ветры пассаты. Они постоянны во всей тропической зоне и во времена парусного судоходства оказали неоценимую помощь мореходам. Направленные от тропиков кВ Северном полушарии все движущиеся тела отклоняются вправо В Южном полушарии все движущиеся тела отклоняются влево Исходное направление движения Измененное направление движения Отклоняющая сила Кориолиса СИЛА КОРИОЛИСА Наша планета вращается вокруг своей оси, и все тела, которые перемещаются по её поверхности, испытывают влияние этого вращения. Вовремя движения тела стремятся сохранить скорость и направление, нона них оказывает действие отклоняющая сила, возникающая в результате вращения Земли. Поэтому в Северном полушарии все движущиеся тела независимо от направления их движения отклоняются вправо, а в Южном — влево. Отклоняющая сила названа по имени французского физика Г. Кориолиса. На экваторе она равна нулю, а к полюсам возрастает. На человека, идущего со скоростью приблизительно км/ч, сила Кориолиса действует настолько незначительно, что он её не замечает. Затона большие массы воды в реках или воздушные потоки она оказывает существенное влияние. Общая циркуляция атмосферы надземным шаром в разрезе по меридиану экватору, пассаты под действием силы Кориоли- са отклоняются к западу. В Северном полушарии они дуют с северо-востока на юго-запад, а в Южном с юго-востока на северо-запад. Пассаты, зарождающиеся над океаном, — влажные, они приносят осадки на восточные берега Африки, Австралии и Южной Америки. Пассаты, берущие начало в сухих и жарких внутренних районах Евразии, несут сухие и горячие воздушные массы в Северную Африку. Здесь расположена самая обширная пустыня мира — Сахара. Из тропических областей высокого давления к высоким широтам дуют ветры, которые под действием силы Кориолиса отклоняются к востоку. В обоих полушариях они называются западными bbветрами умеренных широт. В Южном полушарии эти ветры дуют над южными частями Тихого, Атлантического и Индийского океанов, увлекая за собой огромные массы воды и создавая мощное течение западных ветров. В полярных районах создаётся восточный перенос воздуха. Здесь из областей высокого давления на полюсах дуют постоянные восточные полярные ветры. К умеренным широтам, где давление низкое, под действием силы Кориолиса они отклоняются к западу. Формируясь над полярными районами, эти ветры несут холодный и сухой воздух. Из-за неравномерного распределения материков и океанов общая картина постоянных ветров надземным шаром нарушается. В зависимости от времени года над ними формируются области разного давления. Возникают переменные ветры муссоны, два раза в год меняющие своё направление. Летом материк нагревается быстрее, чем океан, и над ним устанавливается область низкого давления, а над холодным океаном в это время давление высокое. Летний муссон дует с океана на материк, принося обильные осадки и понижая температуру воздуха. Зимой над медленно остывающим океаном образуется область низкого давления, а над остывшей холодной сушей — высокого. Теперь холодный и сухой зимний муссон дует с суши на океан. Постоянные ветры Земли В зависимости от местных условий в некоторых районах земного шара формируются особые ветры. Как и постоянные ветры, они являются составной частью общей циркуляции атмосферы и определяют климат и погоду на данной территории. Км ест н ы м ветрам относятся бриз, меняющий своё направление дважды в сутки, горно-до- линные ветры, бора, фён, суховей, самум и многие другие. Причиной их образования могут быть разные температурные условия на берегах озёр или рек, в горах и долинах. Некоторые из них по существу являются воздушными течениями общей циркуляции атмосферы, нов определённом районе они обладают особыми свойствами, и потому их относят к местным ветрами дают им собственные названия. Г о р но- долинные ветры формируются в горных районах и меняют своё направление два раза в сутки. Воздух по-разному нагревается над гребнями горных хребтов, склонами и дном долины. Днём ветер дует вверх по долине и склонам, а ночью, наоборот, — с гор в долину и вниз в сторону равнины. Скорость горно-долинных ветров невысока около 10 м/с. Бора (итал. bora от греч. boreas) — сильный порывистый холодный ветер, дующий с горна побережье морей или крупных озёр. Он образуется, если невысокие горные хребты отделяют холодный воздух над сушей от тёплого воздуха над водой. Этот ветер наиболее опасен в морозную погоду, когда с Горно-долинные ветры меняют своё направление дважды в сутки Бора — холодный и порывистый ветер, дующий с гор к морю или озеру большой скоростью (до 40—60 мс) скатывается с горных хребтов к ещё не замёрзшему морю или озеру. Над тёплой водной поверхностью контраст температур между потоком холодного воздуха и тёп- лым морем значительно увеличивается, и скорость боры возрастает. Шквалистый ветер приносит сильное похолодание, поднимает высокие волны, а брызги воды намерзают на корпуса кораблей. Иногда с наветренной стороны на судне нарастает слой льда толщиной до 4 метров, под тяжестью которого корабль может перевернуться и затонуть. Бора продолжается от нескольких суток до недели. На озере Байкал бора имеет местное название сарма. Этот ветер образуется при переваливании холодного арктического воздуха через прибрежные горные хребты. Он назван по имени реки Сармы, через долину которой холодный ветер из Якутии прорывается к Байкалу. В 1912 году этот ледяной ветер оторвал от буксира огромную баржу и выбросил её на скалистый берег. В результате погибло более 200 человек. На средиземноморском побережье Франции холодный северо-западный ветер, формирующийся подобно новороссийской боре, называется мистраль, а похожий ветер на побережье Каспийского моря в районе Баку именуется норд. Памперо — холодный штормовой ветер южного или юго-западного направления в Аргентине и Уругвае связан с вторжениями антарктического воздуха. Фён — тёплый сильный ветер, дующий с высоких гор в долины. Он часто образуется на Кавказе ив горах Средней Азии. Сухой воздух устремляется в долину, и при опускании его температура повышается в результате адиабатического нагревания на один градус на каждые 100 м спуска. Чем больше высота, с которой спускается фён, тем выше поднимается температура принес нного им воздуха. Скорость фёна может достигать 20—25 м/с. Зимой и весной он вызывает бурное таяние снегов, повышение уровня горных рек. Летом его иссушающее дыхание губительно для растений иногда в Закавказье летний фён приводит к тому, что листва на деревьях высыхает и опадает. В степях, пустынях и полупустынях летом часто дуют суховеи. Эти жаркие сухие ветры образуются по краям антициклонов и продолжаются несколько суток, усиливая испарение, иссушая почву и растения. Суховеи характерны для степных районов России и Украины, для Казахстана и Прикаспия. Самум — знойный ветер в пустынях Северной Африки и Аравийского полуострова — формируется при сильном нагреве воздуха в циклонах. Он нес т раскалённый песок и пыль и иногда сопровождается грозой. Температура воздуха при этом может подняться до +50 С. Обычно перед налетающим шквалом самума пески начинают петь — слышен звук трущихся друг о друга песчинок. Тёплый и сухой ветер фён дует с гор в долину Самум — ветер пустынь В Северном и Южном полушариях в тёплое время года на широтах между 5° и 20° иногда возникают сильнейшие атмосферные вихри со штормовыми или ураганными ветрами. В зависимости от силы ветра их называют тропическими циклонами (при силе ветра 18—33 м/с) или тропическими ураганами (при силе ветра более 33 мс. Они образуются только над океаном, но иногда распространяются и на сушу, где довольно быстро затухают. Чаще всего тропические циклоны формируются летом и осенью при мощном подъёме насыщенного влагой воздуха. При конденсации выделяется огромное количество тепла, которое и определяет колоссальную энергию тропического циклона. Один ураган может выделить столько же энергии, сколько десятки тысяч атомных бомб. В нескольких областях планеты тропические циклоны зарождаются наиболее часто. В Атлантическом океане это район Больших и Малых Антильских островов, Карибское море и Мексиканский залив. Здесь тропические циклоны называют ураганами. В Тихом океане тропические циклоны чаще всего возникают у Филиппинских островов, в Жёлтом море и к западу от Мексики. Тропические циклоны у юго-восточных берегов Азии и на Дальнем Востоке называют тайфунами (от кит.«тай фын» — большой ветер). Тропический циклон представляет собой воздушный вихрь диаметром в несколько сотен километров сочень низким давлением в центре. Как правило, он захватывает нижнюю часть тропосферы, но иногда распространяется и до её верхней границы. Из гигантского грозового облака выпадают сильнейшие ливневые осадки, а в самом центре циклона располагается спокойная зона диаметром в десятки километров со слабыми ветрами, так называемый глаз бури, или глаз циклона. Образование глаза бури связано снисходящим движением воздуха в центре тропического циклона. Высокие грозовые облака окружают глаз бури подобно амфитеатру огромного стадиона. Тропический циклон вызывает сильнейший шторм на море, а если распространяется на сушу, то ураганные ветра и наводнения приносят огромные разрушения в посёлки и города. Смерчем называют сильнейший атмосферный вихрь, который нередко образуется в грозовом облаке над морем. Смерчи, образовавшиеся над сушей, называются тромбами, а в Северной Америке — торнадо. В тромбе воздух вращается с огромной скоростью, создавая воронку диаметром до 200 метров с сильно разреженным воздухом в центре. Тромб представляет собой огромный тёмный столб между грозовым облаком и землёй, расширяющийся сверху и снизу. Сверху он втягивает облако, а снизу воду или пыль и перемещается вместе с облаком со скоростью около км/ч. Случается, что туча несёт с собой несколько вихрей. Смерчи существуют несколько минут, тромбы десятки минута иногда и несколько часов. Тромб проносится по поверхности земли, разрушая всё на своём пути, поднимая в воздух дома и деревья. Давление внутри тромба настолько низкое, что порой, когда давление воздуха внутри домов, попавших в область действия тромба, остаётся высоким, то они как будто взрываются — у них слетает крыша, вылетают окна, рушатся стены. Морские смерчи, как правило, слабее своих собратьев, бушующих над сушей, но крайне опасны для кораблей. Диаметр водяной воронки вихря достигает метров. Схема урагана Районы образования и распространения тропических циклонов Большие массы воздуха в тропосфере, соизмеримые по размерам с материком или океаном и обладающие более или менее одинаковыми свойствами (температурой, влажностью, прозрачностью, содержанием пыли и т.п.), называются воздушными |