RASPINJANJE MUDROSTI

DVOSMERNI URAGANI

1.288 pregleda

I pored toga, što je rotacija uragana u smeru suprotnom kretanju kazaljke sata, kako je ovde objašnjeno, na vrhu uragana se kretanje usisane vode i kondenzovane vodene pare vrši u smeru kretanja kazaljke na satu. Razlog tome je delovanje centrifugalne sile na materijal usled rotacije uragana, čime se pojavljuje Koriolisov efekat!

Radovan Đukić

Zemljina atmosfera, pored hidrosfere i litosfere je još jedan masivan omotač naše planete. Pored gasova u njenom sastavu su i ogromne količine vode – kondenzovane vodene pare u oblacima i oblačnim sistemima. Upravo to prisustvo oblaka čini, da je atmosferu i pojave u njoj moguće pratiti i proučavati na sličan način kako se to radi tokom eksperimentisanja u aerodinamičkom tunelu.

Ali, postoje brojne nedoumice i nejasnoće u vezi kretanja vazdušnih masa i oblačnih sistema, koje će u ovom članku biti diskutovane. Tako je i nastanak uragana, i njihovo ponašanje i dalje zbunjujuće i pored ogromnog truda uloženog u osmatranje i praćenje.

Ovaj članak će pokazat, koliko je značajan efekat kojeg stvara ubrzano kretanje Zemlje oko Sunca i koliko utiče na stanje kretanja vazduha i oblačnih sistema u atmosferi! Naime, ubrzano kretanje izaziva pojavu inercijalnih sila koje deluju na velike mase oblaka i gasova u atmosferi, što utiče na njihovo kretanje i ponašanje.

Svi pripadajući gasovi atmosfere,
uzogromne količine vodene pare, čine
jedanmasivan Zemljin omotač. Računa
se daje 50% sve atmosferske mase
unutar najnižih pet kilometara.

Podsećanja radi, na Zemlju deluje sila prosečnog intenziteta F = 3,82 × 10²ᴼ N ubrzavajući je u smeru i pravcu njene revolucije! Pri tome su efekti inercijalnih sila, uz efekat Zemljine rotacije, vidljivi na površini vodenog omotača kao smena plime i oseke i kao tokovi morskih struja. Takođe, i tektonski zemljotresi su posledica istog efekta na gornje slojeve planete – litosferu. Naravno i masa atmosfere trpi efekte ubrzanog kretanja Zemlje tokom revolucije, a naročito njeni gornji slojevi.

Svi pripadajući gasovi atmosfere, uz ogromne količine vodene pare, čine jedan masivan Zemljin omotač. Računa se da je 50% sve atmosferske mase unutar najnižih pet kilometara. Rotacija Zemlje čini da na različitim geografskim širinama deluju različite centrifugalne sile na masu atmosfere. Idući ka ekvatoru, centrifugalna sila se povećava, pa se oblačni sistemi izdižu na visinama, čak, od pet do deset kilometara. Kako je gravitaciona sila (Fg) kojom Zemlja privlači oblake i gasove približno jednaka na bilo kojim geografskim širinama, ima se odnos sila kao na ilustraciji datoj slikom 1.

Sprega gravitacione i centrifugalne sile je takav da formira rezultantnu silu Fr, koja je orijentisana ka ekvatoru. Prirodno bi bilo da se kretanje oblačnih sistema odvija tako da se oblaci gomilaju u ekvatorijalnoj zoni… ali se to ne događa u stvarnosti!

Postoji objašnjenje, prema kome se topao vazduh iz zone ekvatora podiže i (suprotno delovanju rezultantne sile Fr) kreće ka polovima Zemlje, i to do 30˚ geografske širine. To je Hadlijeva ćelija (Hadley cell) – glavni put kretanja vetra oko planete. Na velikim visinama od 5 do 10 kilometara, od ekvatora ka srednjm visinama ka severu, a onda se vraća ka zemljinoj površini i zatvara petlju kretanja vazduha. To isto na srednjim visinama radi Farelova ćelija (Farrel cell) između 30˚ i 60˚ geografske širine! Napokon, polarna ćelija, kojom topao vazduh preko hladnog ide ka polovima Zemlje. Prikaz na slici 2.

Slika2

Ako se zna da je vazduh najzagrejaniji u najnižim slojevima atmosfere, jer se zagreva tako što ga zagreva u najvećoj meri sama Zemljina površina, i da se on, kao topao, podiže vertikalno uvis a da se na sve većim visinama sve više hladi, nelogično je da bez dejstva neke sile koja će nadjačati rezultantnu silu Fr, nastalu efektom centrifugalne sile (Fc) kao posledice Zemljine rotacije, pokrenuti velike mase oblačnih sistema ka većim geografskim širinama! Šta se zapravo dešava u Zemljinoj atmosferi?

Očigledno je kretanje oblačnih sistema
ka severu, potisnutih inercijalnom
silom njihovih masa. Kao da je nešto
oteralo oblake i ka severu i ka jugu!?

Zemlja se tokom revolucije oko Sunca kreće ubrzano. Ubrzanje koje na nju deluje se neprestano menja što je posledica gravitacionog uticaja Meseca. Mesečeva pozicija tokom revolucije oko Zemlje, menja poziciju baricentra, te je to uzrok neprestano promenjivog ubrzanja Zemlje na putanji tokom revolucije oko Sunca. Baricentar se kreće eliptičnom putanjom, a sva masa Zemlje odstupa od nje od i ka Suncu za po prosečno 4.750 kilometara! Svekolika masa planete i svega na njoj je podložna delovanju inercijalnih sila. Tako se ima da je neminovna pojava dejstva inercijalnih sila na velike mase oblaka i oblačnih sistema u Zemljinoj atmosferi. (Slika 3 je prikaz delovanja sila na masu oblaka).

Očigledno da delovanje inercijalne sile Fi uzrokuje komponentu sile koja pokreće oblake ka severu. Naravno, inercijalna sila deluje najjače kada je oblačni sistem kolinearan s pravcem Zemljine orbite, a opada kada se oblačni sistem, usled Zemljine rotacije, nađe u pravcu zenita ili nadira! I pored večitog sukoba centrfugalne i inercijalne sile, očigledno je da se i na masu gasova atmosfere oseća delovanje inercijalnih sila, te se tako topao vazduh iz ekvatorijalnih zona širi ka severu na severnoj, a ka jugu na južnoj hemisferi.

Kako je Zemljina osa rotacije nagnuta za 23,5˚ u odnosu na normalu na ekliptici, jasno je da na oko 30˚ geografske širine intenzitet inercijalnih sila Fi opadne za gotovo polovinu (cos 60ᴼ). To odgovara onom načinu kretanja vetrova, kakvo se o bjašnjava Hadlijevom ćelijom. U prilog iznetom stanovištu je slika 4. koju je objavila američka NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration).

Slika 4

Tako je na Zemljinoj sferi pokazano kretanje oblačnih sistema u periodu od 8. maja do 8. jula 2018. godine. Očigledno je kretanje oblačnih sistema ka severu, potisnutih inercijalnom silom njihovih masa. Kao da je nešto oteralo oblake i ka severu i ka jugu!?

Na slici 4 je očigledno prikazano i „porodilište” uragana. Vidi se oblačna masa kako okružuje okean na samom ekvatoru, gde je voda najtoplija i gde su isparavanja najintenzivnija. Iako se zapravo ne zna kako nastaju uragani, nudi se objašnjenje da su oni posledica Koriolisovog efekta!? (Coriolis Effect).

Razmatranjem Koriolisovog efekta na slici 5, a za severnu hemisferu, jasno se vidi da kretanje (ispaljeni projektil) od ekvatora ka severnom polu treba da skreće ka istoku. Ali, iz iskustva je poznato, da se uragani na severnoj hemisferi, u Atlantskom basenu kreću ka severozapadu!?

Slika 5

Rotiranje uragana je suprotno kretanju kazaljke na satu. Pored toga, Koriolisova sila je veoma mala da bi ostvarila Koriolisiv efekat, a razlog je mala ugaona brzina rotacije Zemlje (ω=7.29×1O ־5 rad/s)!

Kako je ova skromna analiza prikazala potpuno suprotne rezultate, može se zaključiti da uragani ne nastaju iz razloga Koriolisovog efekta! Potražimo novo objašnjenje!

Intenzivno isparavanje vode okeana pri temperaturana iznad 26,5ºC u ekvatorijalnoj zoni obezbeđuje masivne oblačne sisteme koji se uzdižu sve do stratosfere, čak preko 18 kilometara. Na slici 4 prikazana je zona najvećih isparenja-oblačnih sistema na samom ekvatoru. Ogromna masa kondenzovane vodene pare nalazi se u atmosferi. Logično je da bi u toj zoni trebala i da ostane. Ali, u skladu sa razmatranjima ilustrovanim slikom slikom 3 u vezi dejstva inercijalnih sila, oblačni sistemi počinju kretanje od ekvatora ka severu.

U nekoliko koraka-faza biće prikazan nastanak uragana pod dejstvom inercijalnih sila. Naravno da uragani ne nastaju u jednom danu, ali će biti posmatrano i analizirano stanje oblačnih sistema na po 90˚ rotacije Zemljine kugle.

Podizanje oblačnog sistema izaziva,
takođe, opadanje atmosferskog pritiska
pa isparavanja postaju još intenzivnija,
čime mu se dovode nove velike količine
vodene pare i povećava masa.

Na slici 6 predstavljena je Zemlja gledana sa Sunca! Kreće se ubrzano trenutnom brzinom (υ). Na oblačni sistem velike mase, koji je dopreo do oko pet stepeni geografske širine, deluje inercijalna sila (Fi).

Komponenta ove inercijalne sile u najvećoj meri potiskuje oblačni sistem ka površini okeana. To znači da oblačni sistem prinudno gubi visinu.

Rotacija Zemlje za 90º dovodi oblačni sistem u poziciju kao na slisi slici 7.

Sada je dejstvo inercijalne sile na masu oblačnog sistema preusmereno! Oblak se podiže na veće visine iznad okeana, a inercijalna sila kao posledica rotacije Zemlje ga zadržava ka zapadu. Ovo podizanje oblačnog sistema i zadržavanje ka zapadu je od najvećeg značaja za formiranje oblačnog zida oka uragana! Podizanje oblačnog sistema izaziva, takođe, opadanje atmosferskog pritiska pa isparavanja postaju još intenzivnija, čime mu se dovode nove velike količine vodene pare i povećava masa.

Kada Zemlja rotira za još narednih 90º, oblačni sistem dolazi u poziciju prikazanu slikom 8.

U ovoj fazi inercijalna sila (Fi), sada još veće mase oblačnog sistema, deluje tako da njena razložena veća komponenta (sl. 3) deluje tako da oblačni sistem potiskuje ka višim geografskim širinama, ka severu.

U narednoj fazi, kada Zemlja rotira za još 90º, oblačni sistem je premešten u noć, i na slici slici 9 se Zemlja vidi sa strane nadira.

Oblačni sistem je sada u zoni oko 10º severne geografske širine, podiže se jer inercijalne sile su preusmerene na njegovo zadržavanje ka zapadu. Ovo podizanje oblačnog sistema smanjuje atmosferski pritisak pod njim što povećava isparavanje i počinje snažno usisavanje. Sada je ovo stanje kada se uragan već stvorio. U narednih 90º uragan (oblačni sistem) dolazi u poziciju prikazanu slikom 6 gde su najveće komponente inercijalne sile koje ga pritiskaju ka površini okeana. Ovde opisana neprestana promena delovanja inercijalnih sila na masivni oblačni sistem podseća na razvlačenje i skupljanje meha kod harmonike ili kovačke vatre!

To je razlog da na svakih oko šest sati uragani mogu povećati intenzitet u slučaju kad su nad okeanom, ili veoma oslabiti ako su iznad kopna, gde se ne mogu hraniti vodom!

Uragani su oblačni sistemi koji rotiraju u smeru obratnom kretanju kazaljke sata! Slikom 10 prikazan je i razlog tome. Naime, prikazani oblačni sistem veoma velike mase prostire se na velikoj površini i značajno je velikog prečnika. Zemlja rotira određenom ugaonom brzinom, ali na svakoj geografskoj širini ima različitu perifernu brzinu! Tako je periferna brzina na ekvatoru najveća, a na polovima najmanja. Imajući to u vidu, jasno je da se severna strana oblaka sporijom brzinom (υ1) kreće nego južna brzinom (υ). Ta razlika u brzinama (Δυ) primorava oblak da rotira suprotno smeru kretanja kazaljke sata, kako je to slikom 10 pokazano.

Ova rotacija oblačnog sistema povećava centrifugalnu silu koja teži da oblačni sistem još više raširi, a to pospešuje usisavanje kapljica vode i vodene pare – „hranjenje” uragana.

I pored toga, što je rotacija uragana u smeru suprotnom kretanju kazaljke sata, kako je ovde objašnjeno, na vrhu uragana se kretanje usisane vode i kondenzovane vodene pare vrši u smeru kretanja kazaljke na satu. Razlog tome je delovanje centrifugalne sile na materijal usled rotacije uragana, čime se pojavljuje Koriolisov efekat!

Nekada su putanje kretanja uragana
„nepredvidive”, ali svakako zavise od
pozicije Meseca i njegovih mena,od čega
zavisi intenzitet inercijalnih sila.

„Oko” uragana postaje vidljivo kada vazduh u oblačnom zidu ide ka centru umesto prema van. Vazduh tone u topliju okolinu, vodene kapi isparavaju, a područje „oka” postaje vedro.

Slika 11

Slika 11 je satelitski snimak – prikaz vedrog „oka” uragana. To je pozicija kada se oblačni sistem uragana podiže iz razloga manjeg delovanja inercijalnih sila na njegovu ogromnu masu! Zato vazduh tone u topliju okolinu. I ovo je ona faza kada uragan posmatramo sa strane nadira-noćna strana Zemlje! Ovo odgovara situaciji kao na slici 9.

Ali, već pre šest sati ovaj uragan  je  izgledao kao na slici 12.

Slika12

Tada je bilo povećano delovanje inercijalne sile, ali tako da njene komponente deluju ka površini okeana i ka severu! Onako kako je to prikazano slikom 8.

Takvo, periodično povećanje i smanjenje dejstva inercijalnih sila na oblačni sistem uragana, čini da se on snabdeva vodom jer se ponaša kao meh koji, kada raspaljuje vatru, usisava i ispumpava vazduh. Takođe, iz razloga dejstva inercijalnih sila, uragan se kreće ka severozapadu i uglavnom prati tokove toplih morskih struja. Nekada su putanje kretanja uragana „nepredvidive”, ali svakako zavise od pozicije Meseca i njegovih mena, od čega zavisi intenzitet inercijalnih sila.

Simptomatično je da se promene stanja uragana dešavaju sinhrono s pojavom poludnevnih plima i oseka. Tako je uragan „Majkl”, 10.oktobra 2018, udario Meksiko bič, Florida. Imao je iznenađujuće veliku razornu moć, što je zbunilo naučnike. Ako se ima u vidu da je 9. oktobra 2018. bio mlad mesec, i da su u toj fazi mesečevih mena inercijalne sile, koje deluju na čitavu planetu Zemlju, najvećeg intenziteta, tada je prema razmatranom mehanizmu nastajanja uragana u vom članku, ovakvo delovanje uragana potpuno očekivano!

O najvećem gnevu prirode – uraganu, zna se već puno, tako da u ovom članku nisu pomenute mnoge poznate činjenice. Zahvaljujem na dozvoli za objavljivanje slika NOAA Satelite and information service i NOAA Science on a sphere”, i Predragu Saviću na njihovoj grafičkoj obradi.

O autoru

Stanko Stojiljković

Ostavite komentar