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 Лота и 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.
По мере того как поверхностное давление продолжает падать, а скорости ветра начинают превышать 64 узла, тропическое возмущение становится ураганом. Заметное вращение развивается вокруг центра урагана, так как спиральные полосы выпадения осадков закручиваются вокруг глаза урагана.
Глаз — область диаметром в 20–50 км, находящаяся в центре урагана, где небо часто ясное, ветры слабые, а давление — самое низкое.
Стена глаза — кольцо кучево-дождевых облаков, закрученное вокруг глаза. Самые тяжелые осадки и самые сильные ветры обнаруживаются именно здесь.
Спиральные полосы выпадения осадков — полосы мощных конвективных ливней, направленных к центру циклона.
Смерч (торнадо) — вихревое горизонтальное движение воздуха, которое возникает в грозовом облаке и опускается на поверхность Земли в виде опрокинутой воронки, диаметр которой доходит до сотен метров. Воздух внутри столба вращается против часовой стрелки, поднимаясь вверх по спирали со скоростью в несколько десятков метров в секунду. Поскольку радиус смерча у земли уменьшается, то скорость здесь достигает сверхзвуковых величин. Движется столб со скоростью до 20 м/с и проходит расстояние 40–60 км. Внутри смерча разрежение воздуха так велико, что здания рассыпаются из-за напора находящегося в них воздуха. Удивительна способность смерчей вонзать продолговатые предметы (соломинки, палки, обломки и др.) в деревья, стены домов, землю и т. п. Мелкие камни пробивают стекло и тонкий металл.
Ураганы, возникающие в тропических широтах, имеют скорость до 64 узлов (74 миль в час) и способны вызывать разрушающие ветры, обильные осадки и наводнения, которые могут причинить огромный ущерб инфраструктуре населенных пунктов, частной собственности и часто приводят к человеческим жертвам. Ураган по силе воздействия на окружающую среду не уступает землетрясениям: разрушаются строения, мачты линий электропередач и связи, транспортные магистрали, ломаются и выворачиваются с корнями деревья, переворачиваются морские суда и автомобильный транспорт. Часто бури и ураганы сопровождаются ливнями и снегопадами, что еще больше осложняет ситуацию. В результате сильного ветра происходит ветровой нагон воды на устьевом участке рек, подтапливаются населенные пункты, пахотные земли, предприятия в таких регионах вынуждены останавливать производство.
Из дневника наблюдений
«Москва, ночь с 20 на 21 июня — порывы ветра местами достигали 31 метра в секунду. Во время сильного ливня выпало 35 мм осадков (столичная месячная норма). По предварительным данным, сломано и вырвано с корнем не менее 45 тысяч деревьев, произошло 744 обрыва уличной осветительной сети. Более ста маршрутов городского общественного транспорта бездействовало из-за 585 обрывов троллейбусных и трамвайных контактных сетей. Шквальный ветер повредил высоковольтные линии электропередач — зарегистрировано 75 повреждений на линиях напряжением 500, 220 и 110 киловольт. В некоторых местах столицы произошли аварии строительной и дорожной техники. Повреждено множество машин и зданий, в том числе здание Кремля и Большого театра. Около полутора тысяч домов остались без крыш. В речном порту рухнул кран и потопил 2 теплохода. Штормовой ветер, скорость которого, по сообщениям синоптиков, в зоне урагана достигала 90 километров в час, принес и человеческие жертвы: 7 человек погибли, 122 госпитализированы и 161 человек обратились за медицинской помощью».
