Помоги проекту - поделись книгой:
1. Лава – зрелищная на видео, но не столь опасная. Существует две категории лав, и их поведение во многом зависит от уровня содержания кремния в магме.
Базальтовая – с низким содержанием кремния, свободно текущая, обнаруживается на границах конструктивной плиты и сопровождается частыми небольшими извержениями. Следовательно, легко заметить, где вас ожидает опасность, и не оказаться на ее пути. Существует много местных названий для этого типа лав, но самым излюбленным является «аа», – можно попробовать составить при игре в скрэбл, – свободно текущая лава цепи Гавайских островов.
Андезитовая – противоположная базальтовой, насыщена кремнием, очень вязкая, выглядит пугающе. Более холодная, медленно движущаяся лава, обычно обнаруживается вблизи границ деструктивной плиты. Дополнительные компоненты, включающиеся в нее в процессе субдукции, представлены осадочными отложениями морского дна, богатыми кремнием. В итоге, после того как лава разогревается и перемешивается, из нее под давлением начинают выделяться примеси в газообразной форме, что влечет за собой мощные, хотя и менее частые серии извержений. Вместе с тем, если извержения происходят не так часто, люди начинают недооценивать риск – на свою беду.
2. Пирокластический поток – несколько обобщенный термин, обозначающий горячий материал, извергающийся из вулкана. Этот термин подразумевает всевозможные виды материала, спускающегося вниз по склону гор. Традиционный образ, который обычно возникает, представляет облако огня или горящую вулканическую тучу, испепеляющую все, что встречается на пути, как это происходило в Помпеях или в Мон-Пеле. Этой вулканической туче в разных случаях приписывались следующие характеристики: максимальная скорость 300 метров в секунду, температура вплоть до 1200 градусов по Цельсию. В дополнение, фрагменты материала, выброшенные вверх в процессе извержения, варьирующие по размеру от огромных лавовых бомб до небольших камней и далее до пепла, во время извержения с грохотом падают на склоны вулкана. Таким образом, здесь образуется смешение самых разных фрагментов породы, которые могут быть впоследствии захвачены любым протекающим мимо грязевым потоком (лахаром), стекающим вниз по склону вулкана.
3. Пепел – мельчайшие, переносимые воздухом, частицы, оказывающие локальный эффект – когда они включаются в лахар, региональный эффект – когда тот опустошает возделанные земли, и глобальный эффект – когда тот приводит к изменению климата. Возможно, нам понадобится пересмотреть комфортную идею о том, что вулканы создают плодородные земли. Не так-то легко сказать пожилому человеку, изгнанному лахаром и пеплом из горы Пинатубо в Филлипинах (1991), что как только начнет формироваться почва, все будет ОК.
4. Газ – как вы увидите в разделе, посвященном изменению климата, газы, выделяемые вулканами, нельзя игнорировать. В пределах конкретной местности они служат хорошим индикатором, показывающим, неминуемо ли извержение, и могут рассматриваться как хороший знак. Для людей, живших близи озера Ниос в Камеруне в августе 1986 года, газы оказались не столь полезными. Озеро, располагавшееся в кратере, в который магма сливала двуокись углерода из нижележащего слоя, внезапно выбросило гигантское ядовитое облако двуокиси углерода, смешанного с сульфидом водорода, которое распространилось над близлежащей деревней, став причиной смерти примерно 2000 человек и погубив поголовье скота.
Невадо-дель-Руис – самый северный вулкан Вулканического пояса Анд, лежащего приблизительно в 130 км западнее Боготы в Колумбии и являющегося частью Тихоокеанского огненного кольца. Этот вулкан был активен на протяжении 2 миллионов лет. В ноябре 1985 года относительно небольшое извержение вулкана вызвало пирокластические потоки, которые, смешавшись с растаявшим снегом и льдом с вершин, привели к образованию нескольких мощных грязевых потоков, которые, в свою очередь, стали стекать вниз по склонам вулкана со скоростью до 60 км/час, разрушая все на своем пути, и становясь все мощнее, пока их ширина не достигла 50 м. Один из грязевых потоков почти полностью накрыл небольшой городок Армеро, другие потоки оказались не менее разрушительными. В общей сложности было разрушено более 5000 домов и более 23 000 человек погибли в эпицентре того, что стало известным, как «Трагедия Армеро».
Существуют два типа извержений вулканов:
– редкие, непостоянные и явно опасные;
– частые, зрелищные, но «в основном безвредные» (по выражению Дугласа Адамса).
В эти две категории мы вмещаем все виды извержений вулканов на земле:
В основном неопасные – исландские и гавайские извержения вулканов настолько часты и относительно слабы, что, если бы они не имели непредвиденных вторичных последствий (как, например, таяние ледяной шапки Ватнайекюдль после извержения Гримсвотна в октябре 1996 года), то могли бы рассматриваться как наименее опасные. На вершине списка в этой группе находятся стромболианские извержения, которые, будучи менее частыми, но более мощными, легко предсказуемы, поэтому у людей есть время, чтобы убежать.
Явно опасные – их имена говорят о том, что все они – Везувий, Кракатау и Мон-Пеле – являются тремя самыми знаменитыми и самыми разрушительными вулканами на Земле.
Извержения вулканов измеряются с использованием логарифмической шкалы, называемой «шкалой вулканической активности» (VEI, Volcano Explosivity Index), максимальное значение которой равно 8. VEI была разработана в 1982 году вулканологом Крисом Ньюхоллом из Геологической службы США и профессором Стивеном Селфом из Университета штата Гавайи.
Этот индекс включает в себя как количественные, так и качественные показатели: объем извергнутого материала, высоту извергнутого облака и продолжительность извержения. Для описания каждой из классификаций используются эпитеты в превосходной степени.
Во многом так же, как шкала Меркалли прибавляет еще одно измерение к шкале Рихтера, эти прилагательные «оживляют» VEI:
Плинианский тип извержения имеет отношение к двум Плиниям: Плиний Младший писал об извержении горы Везувий в 79 году до н. э., которое привело к гибели его дяди Плиния Старшего. Пелейский тип связан с горой Мон-Пеле на острове Мартиника; образцовым примером такого типа извержений было извержение вулкана Сент-Хелен в 1980 году.
Говоря о современных представлениях о вулканах, было бы упущением не вспомнить о супервулканах, один из которых лежит под Йеллоустоунским национальным парком в США. Данные о вулкане говорят о том, что под парком имеется очень большая камера, заполненная, – и вероятно все еще заполняющаяся, – магмой, и о том, что уже давно должна была начаться мощная вулканическая активность.
Свидетельства предыдущих извержений говорят о масштабе и хронологии этих событий. В плане хронологии мы находимся в том периоде времени, когда извержения можно ожидать в любой момент, а в отношении масштаба этого события, можно почти наверняка утверждать, что новое извержение окажет катастрофическое воздействие на США и климат на всей планете.
Существуют места, где опасность вулканической активности минимальная, а положительные стороны этих территорий перевешивают риск. Классическим примером в этом отношении служит Исландия – геотермальная энергия здесь ничего не стоит, а горячей воды столько, что она централизованно передается по трубам в дома и после использования ее для обогрева выводится под прилегающие дороги, которые также обогреваются, чтобы предотвратить образование на них снежного покрова. Народности аэта, живут на склонах Пинатубо, – пологой местности (когда она стабилизируется), богатой питательными веществами, – это дает различные преимущества при изготовлении гончарных изделий. В настоящий момент в каждой местности имеются свои преимущества, однако есть и потенциальная цена этим преимуществам, которую, может быть, придется заплатить в будущем. Улучшение прогнозирования и снижение уязвимости таких территорий, благодаря методам инженерии, особенно в богатых странах, привели к тому, что соотношение цена/преимущества склоняется в сторону преимуществ сегодняшнего дня. Несомненно, если вы способны застраховать свой дом или бизнес, такая ситуация становится все более приемлемой.
Климат и погода
Всегда бескомпромиссные, климатические концепции были слишком абстрактными. Вопреки тому, что они сопровождают нас повсюду, слишком часто мы оказывались в затруднении, не имея возможности объяснить, почему всегда так холодно и сыро.
Прежде чем углубиться в некоторые из ключевых аспектов этого раздела, предлагаю вам мантру, которую нужно заучить:
* Теплый воздух поднимается вверх;
* По мере того, как воздух поднимается, он охлаждается;
* По мере охлаждения его способность удерживать воду в форме пара (естественно, в газообразном состоянии) снижается;
* Когда относительная влажность достигает 100 %, начинается конденсация влаги;
* Образуются облака;
* Может начаться выпадение осадков.
Если все сказанное вам понятно, тогда все дальнейшее покажется детской игрой.
Это самый легкий вопрос, на который есть простой ответ: «подъем воздуха». Это действительно просто:
Атмосферные осадки, связанные с рельефом (орографические) – потоки воздуха направляются в сторону гор; они не могут пройти сквозь них, поэтому воздух вынужденно поднимается вверх. Переходим ко второй стадии Мантры Метеорологии.
Конвекционные атмосферные осадки – воздух нагревается в результате соприкосновения с теплой землей. Будучи менее плотным, такой воздух поднимается вверх. Переходим ко второй стадии Мантры.
Фронтальные атмосферные осадки – у теплого фронта теплый воздух поднимается над более холодным воздухом. У холодного фронта холодный воздух выталкивает теплый воздух вверх. В обоих случаях, переходим ко второй стадии Мантры.
Чтобы начать с крупномасштабных факторов – а по сути, с того, с чего все и начинается, – заметим, что климат на Земле существует для того, чтобы перемещать энергию оттуда, где она находится в избытке, туда, где наблюдается ее недостаток. А это, естественно, означает одно – от экватора к полюсам.
Если экватор – это линия, соединяющая точки на поверхности Земли, равноудаленные от двух полюсов, тогда термальный экватор представляет собой широтную линию, соединяющую точки максимальной инсоляции – количества поступающего солнечного света – в любой данный момент времени.
На тепловом экваторе в результате инсоляция поверхность земли нагревается, воздух, контактирующий с землей (пограничный слой), также нагревается, становясь менее плотным, чем окружающая его атмосфера, поэтому он поднимается вверх. Готовы к мантре? «По мере того, как воздух поднимается вверх…» и так далее. Следовательно, выше теплого экватора вы встретите полосу дождей – экваториальный дождевой пояс – который объясняет местоположение самой буйной растительности на земле, биомы тропических дождевых лесов.
Происхождение трехячеистой модели восходит к Джорджу Хэдли (1685–1768), который в 1735 году первым выдвинул идею о том, что экваториальный воздух поднимается вверх, а затем дивергирует. В 1856 году Уилльям Феррел (1817–1891) дальше развил теорию Хэдли, и она утвердилась. Поскольку большая часть климатических взаимодействий происходит в самой нижней части атмосферы (тропосфере) в пределах высот от 10 до 15 километров, поднимающийся вверх воздух, достигнув этих высот, должен перемещаться в северном или южном направлении. Это напоминает ситуацию с крышкой кастрюли, запирающей поднимающийся вверх воздух. Восходящая воздушная масса охлаждается и поэтому, будучи перемещенной на север или юг, начнет нисходящее движение. (Прошу простить, если вам кажется, что я игнорирую южное полушарие: я понял, что попытка ссылаться на оба полушария, только все усложняет). Воздух опускается примерно на 30 градусов севернее того места, откуда он поднялся. Нисходящая воздушная масса создает зону высокого давления или субтропический антициклон (СА). Здесь вы можете догадаться, какое воздействие это оказывает на местный регион: нисходящие, нагревающиеся токи воздуха приводят к сухим условиям и образованию обширных аридных зон, наподобие пустыни Сахары. Достигнув поверхности Земли, воздушные массы вынуждены отклоняться. Часть воздушной массы возвращается к экватору и завершает ячейку Хэдли, тогда как другая часть устремляется на север. Воздушные массы, перемещающиеся в северном направлении, встречаются с потоками воздуха, идущими от полярной ячейки, которая сверхохладилась над Арктикой и таким образом, уплотнившись, опустилась, и отклонилась на юг.
Если вы читаете эту книгу, находясь в Великобритании, есть шанс, что эта конвергенция происходит сейчас над вашей головой. Великобритания облагодетельствована хорошим климатом, благодаря зоне атмосферы с красивым названием Полярный фронт конвергенции (ПФК). Это линия соприкосновения теплого воздуха из ячейки Феррела с холодным воздухом полярной ячейки. Во многом так же, как при соприкосновении континентальной и океанической плит, что-нибудь должно выделяться. Это нечто – энергия. Воздушные массы смешиваются, потоки воздуха из ячейки Феррела охлаждаются и, естественно, при охлаждении воздуха начинается все самое интересное.
Прежде чем покинуть эту область макроявлений, необходимо отметить две вещи: во-первых, то, что океанические течения также совершают перенос огромного количества энергии; во-вторых, то, что тепловой экватор меняет свое положение в зависимости от сезона. И как результат смещения теплого экватора, смещаются и экваториальный пояс дождей, и ПФК. В конечном итоге вы получаете, например, заболоченные топи Окаванго[11], которые летом подпитываются дождями, а зимой высыхают.
Депрессия
Корректнее было бы назвать ее умеренным циклоном, так как она обладает некоторыми характеристиками, сходными со свойствами тропических циклонов – и лишь одним определенным отличием. Для того, чтобы создать депрессию, возьмите контрастные массы воздуха и добавьте к ним вращение. Наши контрастные воздушные массы мы получаем от ПФК, а вращение поступает из центра низкого давления. Давление воздуха, будь оно высоким или низким, является лишь мерой веса воздушной массы, оказывающей давление на поверхность Земли. В пустынях потоки воздуха направлены вниз и поэтому мы наблюдаем здесь высокое давление, тогда как поднимаясь вверх воздушная масса свое давление ослабляет, так что на поверхности Земли оно будет низким. Череда ячеек с высоким и низким давлением, образующаяся под ПФК, обязана своим появлением высокоскоростным струйным течениям.
Бывают случаи, когда нам нужно взглянуть повыше – поверх тропосферы, чтобы найти там объяснение нашей погоды, и это один из таких случаев. Струйные потоки перемещаются в слоях, лежащих выше атмосферных слоев, определяющих нашу погоду. Зона их обнаружения – тропопауза (10+ км над уровнем моря), и они достигают невероятно высоких скоростей, до приблизительно 40 км/час. Широко известные тем, что, опираясь на них, летают реактивные самолеты, струйные потоки порождают цепь перемежающихся центров высокого и низкого давления на широте Великобритании. Струйные потоки протекают волнообразно (волны Россби), ускоряясь при движении с севера на юг и наоборот, и снижая свою скорость при поворотах. Несколько напоминая машину, подметающую заваленную листьями дорогу в голливудском фильме, которая засасывает листья за собой по мере своего движения, ускоряющийся струйный поток, засасывая воздух из тропосферы, формирует ячейку низкого давления, портя нам погоду. Конечно, когда движение воздуха в струйном потоке замедляется, возникает противоположный эффект: воздух скапливается и вынужденно опускается вниз, создавая область высокого давления. Именно по этой причине вы часто наблюдаете последовательность ячеек высокого и низкого давления, перемещающихся через Атлантику.
Полагаю, что эта картина вам знакома. Депрессия образована классическими теплым и холодным секторами, плюс холодным и теплым фронтами. В первую очередь необходимо отметить, что ветры дуют в направлении вовнутрь и против часовой стрелки (такая направленность ветров – результат действия силы Кориолиса, названной так по имени французского ученого XIX века).
В зоне низкого давления ветры дуют против часовой стрелки; а в очаге высокого давления или в центре антициклона дуют ветры, направленные вовне и по часовой стрелке.
Фронт окклюзии
В результате описанного соотношения параметров атмосферы, атмосферные фронты приносят дожди, а холодные фронты более динамичны и агрессивны, чем теплые фронты. При этом приближение ни одного из фронтов не является для нас хорошей новостью на карте погоды, так как они приводят к появлению восходящих токов воздуха – и, как я полагаю, мы уже обсудили ранее, что за этим следует. Последнее замечание относительно депрессий состоит в том, что холодный фронт часто «нагоняет» теплый фронт, и, если это происходит, бегите в укрытие.
Прекрасно – теплые и более влажные воздушные массы теперь не только выталкиваются вверх, они полностью окружены холодными воздушными массами. В итоге начинается очень сильный ветер, появляются темные облака, и льют проливные дожди.
Антициклон
В отличие от слабовольной депрессии, антициклон – это победитель. В ячейке, характеризующейся высоким давлением, атмосферный воздух опускается. Ветры относительно спокойные; смыкания воздушных масс не наблюдается. Погода может быть довольно приятной, особенно, если вовлечены воздушные массы из тропиков. Сезонные экстремальные значения имеют разрушительные последствия. Летом остановка процесса образования облаков из-за антициклонов может привести к засухе. Зимой они могут обусловить очень холодные ночные температуры. Нисходящий ток воздуха приводит к ограниченному количеству облаков, поэтому по ночам Земля излучает тепло, ничто не отражает его, поэтому воздух сильно охлаждается. Наихудшими атмосферными явлениями кажутся блокирующие антициклоны. Они остаются на месте намного дольше, чем обычные антициклоны, так как струйные потоки атмосферного воздуха могут разделить их на части и удерживать на месте, наподобие того, как вихревое течение в реке остается на том же самом месте, тогда как вода протекает сквозь него.
Индийский летний муссон
Городок Черапунджи, также известный как Сохра, (Мегхалайя, Индия) гордится тем, что является самым дождливым местом на Земле: за год с августа 1860 по июль 1861 года здесь выпало 22 987 мм осадков, что стало мировым рекордом.
Когда вы узнаете, что 1 мм дождя соответствует 1 литру воды на квадратный метр, тогда вы поймете, в чем суть проблемы. За последние годы, находящийся поблизости от названного городка поселок Мавсынрам, так же претендовал на титул, однако корифеи от погоды не проявляют желания передать ему корону. Их нежелание объясняется ограниченным сроком непрерывной регистрации осадков в этом месте. Регион, в котором находятся эти два населенных пункта, подвержен летним индийским муссонам, являющимся характерной климатической особенностью земного шара и краеугольным камнем географического знания.
Теория континентальности
Попросту говоря, центральные области обширных континентов летом становятся теплей, а зимой холодней, чем прибрежные районы, располагающиеся на той же широте. В то время как, моря с легкостью переносят тепло по всему пространству их бассейна, у суши специфическая теплоемкость ниже. А это означает, что для повышения температуры суши требуется меньше инсоляции, чем для воды.
Отсюда ясно, что летом суша нагревается быстрее. Территория Сибири, севернее Тибетского плато, представляет собой самую обширную область, где проявляется этот феномен. В течение летних месяцев внутренние районы Сибири нагреваются и воздух, контактирующий с сушей, также нагревается. Этот менее плотный атмосферный воздух поднимается вверх, порождая ячейку низкого давления регионального уровня, настолько обширную и настолько глубокую, что воздушные массы с Аравийского моря и Бенгальского залива перемещаются к Индийскому субконтиненту. Атмосферный воздух, конечно, перенасыщен влагой и, следовательно, разносит дожди по всей Индии. И над западными, и над восточными Гатами, воздушные массы также вынужденно поднимаются вверх, поэтому здесь идут очень интенсивные дожди.
Уникальной особенностью района Черапунджи является тот факт, что он примостился у подножия Гималаев. Да, вы верно догадались. Влажный воздух поднимается вверх над этим великим горным хребтом, и в процессе восхождения… верно, он проливается обильными дождями. Дождей здесь в избытке.
Действительно ли Черрапунджи является «самым дождливым местом на Земле»? Конечно, нет. Зимой, как это будет известно всем влюбленным из эпической русской литературы, Сибирь становится очень, очень холодной (рекорд был поставлен 6 февраля 1922 года и составил – 67,8 градусов по Цельсию). Холодная земля означает нисходящие воздушные массы, которые в свою очередь означают высокие температуры. В итоге, зимой все происходит наоборот, и Черапунджи теперь оказывается в «дождевой тени» Гималаев. Так как в зимние месяцы Черапунджи[12] получает немного осадков, появился третий претендент на звание самого дождливого места на земле, чтобы испортить праздник (извините за каламбур) двум другим. Гора Ваиалеале на острове Кауаи, Гавайи, сегодня признан самым влажным местом на Земле по мнению большинства специалистов, поскольку данные по этому региону представляются более надежными, а дожди здесь могут лить беспрерывно до 360 дней в году.
Они являются темой легенд и источников многих человеческих бедствий – тропические циклоны (ТЦ). Тропические циклоны известны под своим региональными названиями, поэтому вы не услышите о тайфуне на Карибском побережье или урагане, бушующем над Бангладеш. И если вам интересно, вили виллиз вы найдете в Австралии.
Образование тропических циклонов
ТЦ редко образуется, когда не все нижеперечисленные условия созданы (хотя аналогичные ураганы происходили в Средиземном море совсем недавно – в сентябре 2006 года). Для того, чтобы возник ТЦ, необходимы:
* Вода температурой 26.5° по Цельсию на глубину в 50 м;
* Сила Кориолиса – следовательно, место не должно находиться ближе 500 км от экватора, где эффект силы Кориолиса незначителен, ведь надо, чтобы циклон вращался;
* Зона конвекции циклональных воздушных масс – чтобы обеспечить центр низкого давления;
* Незначительный сдвиг ветра – ветер, дующий горизонтально относительно поверхности моря, останавливает назревание конвекционных столбов.
Вода, с обозначенной выше температурой, легко испаряется, и привносит тепловую энергию в систему в виде кинетической энергии. Мощные конвективные облака вбирают в себя поднимающиеся до огромных высот воздушные массы, и здесь водяные пары начинают конденсироваться. Если кому-то нужно добавить энергии в чайник, чтобы образовался пар, то он должен представлять, что в момент обратного эффекта – конденсации, все будет протекать по той же схеме, то есть, энергия восходящих токов воздуха будет высвобождаться, превращаясь в источник кинетической энергии ветров. Область низкого давления засасывает воздушные массы внутрь себя, а сила Кориолиса заставляет их закручиваться.
Поделиться книгой: