Торнадото представлява завихряне на въздушна маса с висока скорост и плътност. Формата е във вид на въртяща се фуния движеща се понякога доста бързо по земната повърхност. Диаметъра на фунията достига от няколко метра до километър а скоростта на въртене е между сто и петстотин километра в част. В зависимост от интензитета торнадото се класифицира по скала от F-0 до F-5. Продължителността на явлението е от няколко минути до няколко часа в зависимост от условията. Най-често се наблюдава и описва в южните части на Северна Америка. Появата на торнадо в близост до населени райони почти винаги води до разрушителни бедствия и жертви. Едно от най-големите наблюдавани досега е на 3.V.1999 г. в американския щат Оклахома. Причинените щети са на стойност около един милиард долара, само за един ден. Бедствието взима и десетки жертви.
Целта на тези страници е да се представи една хипотеза относно причините пораждащи торнадото.
Как се заражда едно торнадо?
Небето притъмнява и облаците започват да се въртят в кръг. Центъра, "окото на вихъра" се спуска надолу и оформя фунията. Метеоролзите все още не знаят какви са точно причините пораждащи торнадото но съгласно проведените наблюдения завихрянето се поражда на границата между движещи се въздушни маси с противоположни посоки. В последно време благодарение на т.нар. доплеров радар наблюденията се извършват с висока прецизност и позволяват сравнително ранно предупреждение. Това е особенно важно предвид известяването на хората в потенциално опасни области. Когато фунията достигне земята се получава завихряне на прах или воден стълб ако е над вода които образуват пръстен около основата на фунията. Почти винаги торнадото е придружено от дъжд последван от градушка, като размерите на ледените парчета достигат до десетина сантиметра. Силата на засмукване е огромна. Има случаи когато дори камиони са вдигнати и захвърлени на стотици метри.
За мен най интересното явление характеризиращо торнадото е посоката на въртене. Винаги обратна на часовниковата стрелка. Мислено можем да сравним торнадото с оттичането на течност от съд, например мивка пълна с вода. Водата образува фуния, която в зависимост от това в кое полукълбо на земята се намира се върти в посока на часовниковата стрелка за южното и обратно за северното полукълбо. Зададох си въпроса: Можем ли да разглеждаме двете явления като аналогични /предвид низходящото движение на въздушни и водни маси/ и ако са защо торнадото се върти винаги винаги обратно на часовниковата стрелка? Да си припомним правилото на палеца указващо посоката на електромагнитните линии около проводник под напрежение. Винаги обратно на часовниковата стрелка. Търсейки връзка между тези факти предположих следното:
Торнадото представлява своеобразен електростатичен разряд провокиран от завихряне на въздушни маси и разлика в поляритета на натрупано атмосферно статично електричество и земята.
Нека от тази позиция да разгледаме предполагаемите етапи при наблюдение на торнадо.
1. Торнадото възниква обикновено в горещи и сравнително сухи райони. В такива условия нагорещеният от земната повърхност въздух се издига неравномерно /термик/ в зависимост от разлики в топлоотделянето /различно оцветяване на земята и др./. Това води до хоризонтално движение на топлите въздушни маси преди да се издигнат. При триенето с земята те се наелектризират. Това води до натрупване на статично електричество в атмосферата с противоположен заряд спрямо земята. Други основни фактори, определящи наелекризирането са слънчевата радиация и космическото лъчение. Електростатичния разряд е сравнително инертен процес в тези условия, определяни от диелектричните свойства на средата. Роля в естествения процес на разряд играе и т.нар. явление - рекомбинация, представляваща случайни удари между йони с противоположен занак. В такива райони често се наблюдават силни гръмотевични бури. Тоест в зависимост от условията, електростатичният разряд се проявява или като гръмотевична буря или, както се опитваме да докажем, като торнадо. В този случай можем да разглеждаме земята и атмосферата като електроди с противоположен заряд, разделяни от неутрална зона. Неутрална зона защото подади инертността на естественният разряд можем да я разглеждаме като диелектрик.
2. При съвременните наблюдения с доплеров радар е установено, че торнадо възниква винаги на границата между въздушни маси движещи се в противоположни посоки. В такива условия съществува най-голяма вероятност от завихряне /нека го наречем първично/. Завихрянето се характеризира с еднопосочно въртеливо движение и с по-високо налягане от това на околната среда. В следствие налягането /по-голяма маса/ завихрянето започва да се спуска към земята. Ако посоката на въртене е обратна на часовниковата стрелка започва торнадо.
3. "Небето притъмнява...". В тази област капацитета между двата електрода се увеличава поради намаляне на разстоянието. В следствие рязкото низходящо движение на завихрянето от йонизиран въздух се създава адиабатен процес при който въздушните маси намиращи се над завихрянето се охлаждат и съдържащите се водни пари кондензират. В зависимост от интензитета на адиабатния процес водата може да се превърне в лед.
4. "... и облаците започват да се въртят в кръг." Първичното въртеливото движение в необходимата посока дава първоначалния тласък за стартиране на необратим процес при който наблюдаваме вече принудено въртеливо движение в следствие възникването на т.нар. Лоренцови сили при вертикалното движение на йонизиран въздух към земята. Можем да разглеждаме явлението като един своеобразен електродвигател.
Сила на Лоренц: Когато заредена частица се движи перпендикулярно на магнитните силови линии, върху нея действа магнитна сила, насочена перпендикулярно къмтраекторията й. Ако полето е хомогенно, частицата се движи по окръжност. В този случай магнитно силовите линии са полето на земята.
5. Зоната с най-висок капацитет ускорява движението си. Оформя се отчетлива фуния. При достигане на земната повърхност започва електростатичен разряд, който нараства прогресивно, увеличавайки интензитета на торнадото.
На какво се дължи огромната всмукателна сила на торнадото? Мослено можем да разглеждаме фунията на торнадото като съставено от две фунии въртящи се една в друга. Въртенето на първата /периферната/ е подчинено на условията описани до тук. Втората фуния /вътрешната/ представлява увлечени въздушни маси подчинени на центробежни сили т.е. предпоставка за създаване зона с значително по-ниско налягане от околното. Има един интересен експеримент при който ако сложим малко захар в чаша с вода и разбъркаме ще видим как захарта се събира в центъра на дъното и отделни зрънца се издигат нагоре. Явлението е аналогично на въртенето на вътрешната фуния. В горната й част налягането е по-ниско от колкото в долната а междинните величини се определят от ъгъла на конуса. Както е видно от наблюденията, силите причинени от разликата в наляганията са достатъчно големи за да предизвикат разрушения и невероятни на пръв поглед "полети" на камиони, покриви и цели къщи и тн.
Според мен в горната част на фунията, центробежните сили създават предпоставки за протичане на интензивен адиабатен процес при, който се получава силно охлаждане на средата т.е. това мястото където е възможно да се образува градушка.
6. Съгласно наблюденията торнадото се движи непредвидимо по земната повърхност, което в този случай означава, че посоката не се определя от променлива електропроводимост /сухи или влажни местности/. Както споменахме електростатичния разряд е сравнително инертен процес в тези условия. Тоест движението на торнадото се определя от намаляне капацитета в дадена област от атмосферата и преместване на разряда към друга съседна с по-висок капацитет. Възможно е центробежните сили подчинявайки се на ефекта на жироскопа в даден момент да забавят принуденото движение на цялата маса. В този случай разликата в капацитетите между съседни области може да се изравни чрез електродъгов разряд /светкавици/. Общият процес на разряд продължава до достигане на минимална величина на капацитета зависеща от интензитета на торнадото. Това означава, че непосредствено след голямо торнадо може да се появи малко.
Александър Узунов
22.IV.2001г.
Източник: http://www.asu.hit.bg/tornado/index.htm
