Получить ответы на эти вопросы не только сложно с точки зрения познания, но и элементарно опасно. Стихия просто уничтожит измерительную аппаратуру и наблюдателя. Поэтому при приближении смерча становится не до измерений, а то немногое, что все-таки известно о строении воронки, узнали из рассказов очевидцев, над которыми проходил смерч, отрываясь от земли, и которые видели, что в разрезе он похож на пустотелый цилиндр. Внутри него сверкают молнии и слышатся громкий рев и жужжание.
О характеристиках явления известно немного: высота видимой части колеблется в пределах от 10 м до 2 км, у земли диаметр воронки может быть равен 1 м или 2 км, а на стыке с облаком — 1—2 км, скорость вращения слоев колеблется от 20 до 500 м/с, их толщина составляет от 3 м и более, время жизни — от 1 мин. до 5 ч., преодолеваемое расстояние — от 10 м до 500 км, площадь разрушений — от 10 м2 до 400 км2, наибольший вес поднятых предметов около — 300 т, наивысшая скорость движения по земле — 150 км/ч.
Как уже говорилось выше, сначала формируется грозовое облако, после чего оттуда появляется хобот, который тянется к земле, где также образуется воронка из пыли или воды, растущая вверх. В нее входит первая воронка и получается монолитный столб, самое узкое место которого примерно посередине. Одно облако может «породить» несколько таких воронок.
Внутри торнадо воздух восходит по спирали, тогда как рядом он опускается, что и приводит к замыканию вихря, а в условиях огромных скоростей появляется центробежная сила и давление в смерче понижается. Таким образом возникает эффект пылесоса и в систему вихря всасывается все попадающееся на пути.
Таковы классические представления о торнадо как о воздушном вихре. Помимо еще нескольких похожих теорий, отличающихся в нюансах, существуют совсем другие версии. Было установлено, что то место, откуда появляется воронка, неважно, отдельная это туча или грозовой фронт, является зоной электрической активности. На некоторых фото- и видеозаписях торнадо отличаются удивительными формами, например Г-образной, что трудно объяснить с позиции теории вихрей. Кроме того, существует фото, запечатлевшее доску, пробитую соломинкой, попавшей в смерч. Чтобы такое произошло, ей требовался бы разгон в несколько скоростей звука, но по принятой теории скорость вихря не может быть больше скорости звука, в противном случае это подобно тому, как если бы свет распространялся со скоростью, превышающей скорость света.
Надо сказать, что скорости в смерче напрямую не измеряли и это первостепенная задача будущих исследований. Впрочем, ничто не противоречит тому, чтобы считать превышение скорости звука в смерче вполне возможным. Имеются многочисленные свидетельства прохождения мелкой гальки сквозь стекла без каких-либо других разрушений материала в районе пробоины. Существует масса подтвержденных случаев того, как деревянные доски пробивали стены из дерева, другие доски, деревья или железные листы.
Кроме того, выключенные лампы накаливания загораются, когда смерч проходит рядом, что свидетельствует о наличии у него сильного переменного магнитного поля. Если фото- или видеосъемка сделаны в хороших условиях, т.е. отсутствует пыль, грязь, дождевые капли, солнечные блики и засветка, то ясно просматривается идеальный крутящийся тонкий конус с вершиной, упирающейся в землю и равными углами справа и слева от вертикальной срединной линии по его центру. Также видно, что хобот обладает трубчатой структурой с тонкими стенками, а это очень похоже на канал молнии. В связи с этим родилась теория о том, что смерч (торнадо) представляет собой одиночный электрический разряд — проявление атмосферного электричества.
В России ураганы довольно часто наблюдаются на территории Красноярского, Алтайского, Хабаровского, Приморского, Краснодарского и Ставропольского краев. Каждый год от этой природной стихии гибнет до нескольких тысяч человек и причиняется значительный материальный ущерб.
Внутри хобота часто замечались шаровые молнии и световые явления. В 1968 г. их хорошо описали американские исследователи Б. Вонненгут и Дж. Мейер: «Огненные шары… Молнии в воронке… Желтовато-белая, яркая поверхность воронки… Непрерывные сияния… Колонна огня… Светящиеся облака… Зеленоватый блеск… Светящаяся колонна… Блеск в форме кольца… Яркое светящееся облако цвета пламени… Вращающаяся полоса темно-синего цвета… Бледно-голубые туманные полосы… Кирпично-красное сияние… Вращающееся световое колесо… Взрывающиеся огненные шары… Огненный поток… Светящиеся пятна…» Засвидетельствованы случаи свечений всего вихревого столба (11 апреля 1965 г, в Толедо, штат Огайо, США).
Если торнадо действительно имеет электрическую природу, то по воронке из заряженной области в облаке транспортируются электрические заряды. Так как в этом случае у торнадо электромагнитная природа, то он без проблем может превышать скорость звука и разгонять до такой же скорости различные предметы. К тому же этот вихрь при падении в колодец почему-то не может из него выбраться. Вряд ли это представляло бы сложности для атмосферного феномена.
Какой бы ни была природа смерча, интересно рассмотреть некоторые примеры его разорительного набега. Один из непосредственных свидетелей так описывает то, что увидел: «Большой лохматый конец воронки повис прямо над моей головой. Из конца воронки шел скрипящий, шипящий звук. Я взглянул вверх и, к своему удивлению, увидел само сердце смерча. В его середине была полость диаметром 30-70 метров, шедшая кверху на расстояние около километра…».
Перепады давления между наружной и внутренней частями вихря настолько значительны, что дома в прямом смысле взрываются, из керосиновых ламп выскакивает керосин, по дворам бегают голые куры, ощипанные смерчем. Такая картина нередко наблюдается в Северной Америке, где торнадо любят бывать особенно.
Это стихийное бедствие работает поразительно чисто. Например, лошади с оглоблями пропадают, а телега, в которую они были запряжены, остается вместе с фермером. Подобную резкую границу как раз можно было бы объяснить огромной, сверхзвуковой скоростью вихря. В 1953 г. под Ростовом наблюдался смерч, который в одном месте стянул с подушки наволочку, а в другом поднял автомобильную раму массой в 1 т.
Форма смерчей весьма разнообразна. Обычно попадаются плотные вихри в виде согнутой коленки или похожие на воронку. Иногда встречаются смерчи, напоминающие змею, т.е. узкие и изогнутые в нескольких местах. В любом случае их нельзя перепутать с каким-нибудь другим явлением.
Максимальные разрушения производят расплывчатые смерчи очень больших размеров, которые похожи на движущиеся по земле тучи, а их ширина может достигать нескольких сот километров. Еще опаснее, если появляется целая группа таких смерчей — они вполне могут уничтожить город.
По большей части жизнь смерчей непродолжительна и в ней можно выделить периоды юности, зрелости и старости. Например, в 16.00 на город стала надвигаться грозовая туча, от которой начал отделяться выступ. Через 5 мин. хобот вырос и пропал из виду — его наличие заметно по массе поднятой пыли и сорванным крышам. Еще 10 мин., и смерч завершил образование, достигнув пика своей силы и поднимая в воздух целые здания. Прошло 10 мин., и наступила тишина. Впрочем, не все смерчи настолько поспешны, некоторые успевают за несколько часов преодолеть несколько сотен километров.
О пределе возможностей смерча относительно массы и объема поднятых и затянутых в смерч объектов ничего неизвестно. Например, однажды в Канаде он «выпил» из озера около 500 тыс. т воды, понизив уровень водоема на 60 см. Скорее всего, это далеко не предел.
Из всех стран чаще всего нападению смерчей подвергаются США, где только в период с 1916 по 1961 гг. их количество перевалило за 11 тысяч. Бывало, что они разрушали целые города, в частности Данлоп и Толедо. В Евразии смерчи встречаются значительно реже, например в Великобритании за 60 лет их было всего 80. При этом никто пока не может объяснить, почему их не наблюдают на экваторе и в приполярных областях.
Порой встречаются такие виды атмосферных вихрей, как невидимые (обычно на начальной стадии), которые проявляются только при попадании в них земли или песка, водяные (захватывают воду) и огненные (возникают при извержении вулканов, во время пожара или взрыва).
В случае с огненными вихрями они вытягиваются не сверху вниз, а снизу вверх и обычно образуются из слияния нескольких очагов пожара в единый большой костер. Температура воздуха над ним увеличивается, а плотность уменьшается, и он поднимается вверх. В то же время снизу в огонь поступает холодный воздух (идет подсос кислорода), который также нагревается. В результате возникает центростремительное движение струй пламени, которые закручиваются против часовой стрелки на высоту до 5 км. При этом скорость плазмы сопоставима со скоростями в урагане, а температура составляет около 600 °С. Сгорает и плавится все, что втягивается в огонь из образовавшегося вокруг него ветра. Это продолжается до тех пор, пока не сгорит все, что в пределах досягаемости огня.
