Загадочные явления природы

Железняк Галина

Корональные массовые выбросы представляют собой гигантские облака намагниченной плазмы (массой до 10 млрд тонн), летящие быстрее 1000 км/с и несущие энергию порядка 10 ²⁵джоулей. Они вылетают из Солнца по всем направлениям, большинство из них не представляет опасности для Земли. Но те, которые образуются в центральной части видимого солнечного диска, направлены к нам и через 2–3 суток появляются у Земли. От их прямого воздействия нас оберегает земное магнитное поле, не пускающее заряженные частицы внутрь магнитосферы, заставляющее их обтекать границу (магнитопаузу) и скользить по длинному (сотни земных радиусов) «хвосту» магнитосферы.

Контакт магнитного облака с земной

магнитосферой не проходит бесследно — возникает магнитная буря. Магнитная встряска Земли — как раз то промежуточное звено солнечно-земных связей, которое долго не могли найти и которое, как сейчас считают, оказывается одним из главных в причинно-следственной цепочке солнечного влияния на земную погоду.

Потоки электронов, позитронов, протонов, ядер относительно невысоких энергий, захваченные в ловушку магнитного поля Земли, получили название радиационный пояс.Его открыли в 1958 году при полетах первых космических ракет Д. Ван Аллен (США) и А. Е. Чудаков (СССР). Радиационный пояс находится на высоте от нескольких сотен до тысяч километров, имеет сложную тороидальную структуру. Захваченные частицы движутся по спиралям вокруг магнитных силовых линий, сгущаются и совершают долготный дрейф: положительные — на запад, отрицательные — на восток. Интенсивность захваченной радиации велика, проход через нее космических кораблей опасен для космонавтов, вызывает сбои электроники, нарушает радиосвязь.

Исследование частиц радиационного пояса, проводимое по программе ISTP (Международная программа солнечно-земной физики), обнаружило ускорение частиц в «хвосте» магнитосферы во время магнитной бури, вызванной облаком коронального массового выброса. Частицы ускоряются в результате сжатия силовых линий солнечной плазмой, образования токового слоя, где в некоторый критический момент происходит быстрое пересоединение магнитных силовых линий с выделением энергии. Поток ускоренных частиц уже не удерживается, как прежде, магнитным полем. Происходит перескок частиц внутрь магнитосферы, на более низкие, расположенные ближе к экватору оболочки, и, в конце концов, высыпание ускоренного потока в атмосферу по геомагнитному экватору.

Потоки релятивистских электронов высокой энергии HRE (highly relativistic electrons), появляющиеся с приходом корональных выбросов, были зарегистрированы спутниками SAMPEX и POLAR (NASA). Появление релятивистских электронов в радиационном поясе — естественный механизм повышенного воздействия солнечной активности на атмосферу, которое российские ученые предвидели еще двадцать лет назад. Оказывается, магнитные бури, инициированные корональными массовыми выбросами, вызывают не только полярные сияния и аварии на линиях связи и в электросетях, о чем регулярно сообщают газеты и телевидение, но и нагрев верхних слоев атмосферы, образование вихрей в районе экватора, что грозит еще большими бедствиями.

Места высыпаний вторгающихся в атмосферу потоков частиц «указал» эксперимент со спектрометром AMS (атомный масс-спектрограф) на борту шаттла «Discovery» (1998). Спектрометр со сверхпроводящим магнитом обладал столь высокой разрешающей способностью, что мог точно распознавать частицы (электроны, позитроны, протоны) и прослеживать их траектории до и после прохождения через прибор. В результате было установлено, что поток положительно заряженных частиц (протоны, позитроны) в несколько раз превышает поток электронов. Эксперимент проводился в спокойное от магнитных бурь время. Потоки вторичных частиц не были столь интенсивными, как можно ожидать в магнитную бурю, и не могли вызвать заметного отклика в атмосфере. Они просто указали места, где должны высыпаться частицы радиационного пояса при взаимодействии облаков корональных выбросов с земной магнитосферой.

Сильные

электромагнитные поля в торнадообразующих облаках могут служить и для дистанционного отслеживания пути движения смерчей. М. А. Гохберг обнаружил вполне значимые электромагнитные возмущения в верхних слоях атмосферы (ионосфере), связанные с образованием и движением торнадо. С. А. Арсеньев исследовал величину магнитного трения в смерчах и высказал идею подавления торнадо методом запыления материнского облака специальными ферромагнитными опилками. В результате величина магнитного трения может стать очень большой, скорость ветра в торнадо должна уменьшиться. Способы борьбы с торнадо в настоящее время находятся в стадии изучения.

Территория любого региона подвержена комплексному воздействию десятков опасных природных явлений, развитие и негативное проявление которых в виде катастроф и стихийных бедствий ежегодно наносит огромный материальный ущерб и приводит к человеческим жертвам. Наиболее характерными природными явлениями, повторяющимися в зависимости от времени года и приводящими к возникновению чрезвычайных ситуаций, являются ураганы, бури и смерчи.

Еще раз обозначим явления, связанные с движением воздушных потоков.

Буря — разновидность ураганов и штормов. Ураганы и бури различаются по скорости ветра, которая при урагане достигает 32 м/с и более, а при буре — 15–20 м/с. Убытки от урагана больше, чем от бури. Снежные бури сопровождаются переносом огромных масс снега с одного места на другое. При этом снегом засыпаются значительные территории.

Смерч — восходящий вихрь из чрезвычайно быстро вращающегося в виде воронки воздуха огромной разрушительной силы, в котором присутствуют влага, песок и другие взвеси. Он имеет вид темного столба диаметром от нескольких десятков до сотен метров с вертикальной, иногда загнутой осью вращения. Смерч как бы «свешивается» из облака к земле в виде гигантской воронки, внутри которой давление всегда пониженное, поэтому проявляется эффект «всасывания».

Он поднимает в воздух и переносит на сотни метров животных, людей, автомобили, небольшие дома, срывает крыши, вырывает с корнем деревья. Средняя скорость ветра — от 15–18 м/с до 50 м/с, ширина фронта — 350–400 м. Длина пути — от сотен метров до десятков и сотен километров. Иногда смерчи сопровождаются осадками в виде града, проливного дождя.

Наиболее распространенными стихийными бедствиями в Европе являются ураганы и наводнения. В пересчете на экономические потери и объемы последующих страховых выплат именно они приносят наибольшее число убытков. Ураганы Лотаи Мартин, прошедшие в декабре 1999 года,нанесли ущерб, оцениваемый в 5 млрд евро, повредив сельскохозяйственные культуры, леса и инфраструктуру населенных пунктов.

Ураган — это чрезвычайно быстрое и сильное, нередко большой разрушительной силы и значительной продолжительности движение воздуха. При ураганах ширина зоны катастрофических разрушений достигает нескольких сотен километров (иногда тысячи км). Ураган длится 9—12 дней (буря — от нескольких часов до нескольких суток, ширина фронта при буре — несколько сотен километров), сопровождаясь большим количеством жертв и разрушений. Поперечный размер тропического циклона (называемого также тропическим ураганом, тайфуном) значительно меньше — всего несколько сотен километров, высота его — до 12–15 км. Давление в ураганах падает намного ниже, чем во вне-тропическом циклоне. При этом скорость ветра достигает 400–600 км/ч. В сердцевине смерча давление падает очень низко, поэтому смерчи «всасывают» в себя различные, иногда очень тяжелые предметы, которые переносят затем на большие расстояния. Люди, оказавшиеся в центре смерча, погибают.