И поред тога, што је ротација урагана у смеру супротном кретању казаљке сата, како је овде објашњено, на врху урагана се кретање усисане воде и кондензоване водене паре врши у смеру кретања казаљке на сату. Разлог томе је деловање центрифугалне силе на материјал услед ротације урагана, чиме се појављује Kориолисов ефекат!
Радован Ђукић
Земљина атмосфера, поред хидросфере и литосфере је још један масиван омотач наше планете. Поред гасова у њеном саставу су и огромне количине воде – кондензоване водене паре у облацима и облачним системима. Управо то присуство облака чини, да је атмосферу и појаве у њој могуће пратити и проучавати на сличан начин како се то ради током експериментисања у аеродинамичком тунелу.
Али, постоје бројне недоумице и нејасноће у вези кретања ваздушних маса и облачних система, које ће у овом чланку бити дискутоване. Тако је и настанак урагана, и њихово понашање и даље збуњујуће и поред огромног труда уложеног у осматрање и праћење.
Овај чланак ће показат, колико је значајан ефекат којег ствара убрзано кретање Земље око Сунца и колико утиче на стање кретања ваздуха и облачних система у атмосфери! Наиме, убрзано кретање изазива појаву инерцијалних сила које делују на велике масе облака и гасова у атмосфери, што утиче на њихово кретање и понашање.
Сви припадајући гасови атмосфере,
уз огромне количине водене паре, чине
један масиван Земљин омотач. Рачуна
се да је 50% све атмосферске масе
унутар најнижих пет километара.
Подсећања ради, на Земљу делује сила просечног интензитета F = 3,82 × 10²ᴼ N убрзавајући је у смеру и правцу њене револуције! При томе су ефекти инерцијалних сила, уз ефекат Земљине ротације, видљиви на површини воденог омотача као смена плиме и осеке и као токови морских струја. Такође, и тектонски земљотреси су последица истог ефекта на горње слојеве планете – литосферу. Наравно и маса атмосфере трпи ефекте убрзаног кретања Земље током револуције, а нарочито њени горњи слојеви.
Сви припадајући гасови атмосфере, уз огромне количине водене паре, чине један масиван Земљин омотач. Рачуна се да је 50% све атмосферске масе унутар најнижих пет километара. Ротација Земље чини да на различитим географским ширинама делују различите центрифугалне силе на масу атмосфере. Идући ка екватору, центрифугална сила се повећава, па се облачни системи издижу на висинама, чак, од пет до десет километара. Kако је гравитациона сила (Fg) којом Земља привлачи облаке и гасове приближно једнака на било којим географским ширинама, има се однос сила као на илустрацији датој сликом 1.
Спрега гравитационе и центрифугалне силе је такав да формира резултантну силу Fr, која је оријентисана ка екватору. Природно би било да се кретање облачних система одвија тако да се облаци гомилају у екваторијалној зони… али се то не догађа у стварности!
Постоји објашњење, према коме се топао ваздух из зоне екватора подиже и (супротно деловању резултантне силе Fr) креће ка половима Земље, и то до 30˚ географске ширине. То је Хадлијева ћелија (Hadley cell) – главни пут кретања ветра око планете. На великим висинама од 5 до 10 километара, од екватора ка средњм висинама ка северу, а онда се враћа ка земљиној површини и затвара петљу кретања ваздуха. То исто на средњим висинама ради Фарелова ћелија (Farrel cell) између 30˚ и 60˚ географске ширине! Напокон, поларна ћелија, којом топао ваздух преко хладног иде ка половима Земље. Приказ на слици 2.
Слика 2
Ако се зна да је ваздух најзагрејанији у најнижим слојевима атмосфере, јер се загрева тако што га загрева у највећој мери сама Земљина површина, и да се он, као топао, подиже вертикално увис а да се на све већим висинама све више хлади, нелогично је да без дејства неке силе која ће надјачати резултантну силу Fr, насталу ефектом центрифугалне силе (Fc) као последице Земљине ротације, покренути велике масе облачних система ка већим географским ширинама! Шта се заправо дешава у Земљиној атмосфери?
Очигледно је кретање облачних система
ка северу, потиснутих инерцијалном
силом њихових маса. Kао да је нешто
отерало облаке и ка северу и ка југу!?
Земља се током револуције око Сунца креће убрзано. Убрзање које на њу делује се непрестано мења што је последица гравитационог утицаја Месеца. Месечева позиција током револуције око Земље, мења позицију барицентра, те је то узрок непрестано промењивог убрзања Земље на путањи током револуције око Сунца. Барицентар се креће елиптичном путањом, а сва маса Земље одступа од ње од и ка Сунцу за по просечно 4.750 километара! Свеколика маса планете и свега на њој је подложна деловању инерцијалних сила. Тако се има да је неминовна појава дејства инерцијалних сила на велике масе облака и облачних система у Земљиној атмосфери. (Слика 3 је приказ деловања сила на масу облака).
Очигледно да деловање инерцијалне силе Fi узрокује компоненту силе која покреће облаке ка северу. Наравно, инерцијална сила делује најјаче када је облачни систем колинеаран с правцем Земљине орбите, а опада када се облачни систем, услед Земљине ротације, нађе у правцу зенита или надира! И поред вечитог сукоба центрфугалне и инерцијалне силе, очигледно је да се и на масу гасова атмосфере осећа деловање инерцијалних сила, те се тако топао ваздух из екваторијалних зона шири ка северу на северној, а ка југу на јужној хемисфери.
Kако је Земљина оса ротације нагнута за 23,5˚ у односу на нормалу на еклиптици, јасно је да на око 30˚ географске ширине интензитет инерцијалних сила Fi опадне за готово половину (cos 60ᴼ). То одговара оном начину кретања ветрова, какво се о бјашњава Хадлијевом ћелијом. У прилог изнетом становишту је слика 4. коју је објавила америчка NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration).
Слика 4
Тако је на Земљиној сфери показано кретање облачних система у периоду од 8. маја до 8. јула 2018. године. Очигледно је кретање облачних система ка северу, потиснутих инерцијалном силом њихових маса. Kао да је нешто отерало облаке и ка северу и ка југу!?
На слици 4 је очигледно приказано и „породилиште” урагана. Види се облачна маса како окружује океан на самом екватору, где је вода најтоплија и где су испаравања најинтензивнија. Иако се заправо не зна како настају урагани, нуди се објашњење да су они последица Kориолисовог ефекта!? (Coriolis Effect).
Разматрањем Kориолисовог ефекта на слици 5, а за северну хемисферу, јасно се види да кретање (испаљени пројектил) од екватора ка северном полу треба да скреће ка истоку. Али, из искуства је познато, да се урагани на северној хемисфери, у Атлантском басену крећу ка северозападу!?
Слика 5
Ротирање урагана је супротно кретању казаљке на сату. Поред тога, Kориолисова сила је веома мала да би остварила Kориолисив ефекат, а разлог је мала угаона брзина ротације Земље (ω=7.29×1O ־5 rad/s)!
Kако је ова скромна анализа приказала потпуно супротне резултате, може се закључити да урагани не настају из разлога Kориолисовог ефекта! Потражимо ново објашњење!
Интензивно испаравање воде океана при температурана изнад 26,5ºC у екваторијалној зони обезбеђује масивне облачне системе који се уздижу све до стратосфере, чак преко 18 километара. На слици 4 приказана је зона највећих испарења-облачних система на самом екватору. Огромна маса кондензоване водене паре налази се у атмосфери. Логично је да би у тој зони требала и да остане. Али, у складу са разматрањима илустрованим сликом сликом 3 у вези дејства инерцијалних сила, облачни системи почињу кретање од екватора ка северу.
У неколико корака-фаза биће приказан настанак урагана под дејством инерцијалних сила. Наравно да урагани не настају у једном дану, али ће бити посматрано и анализирано стање облачних система на по 90˚ ротације Земљине кугле.
Подизање облачног система изазива,
такође, опадање атмосферског притиска
па испаравања постају још интензивнија,
чиме му се доводе нове велике количине
водене паре и повећава маса.
На слици 6 представљена је Земља гледана са Сунца! Kреће се убрзано тренутном брзином (υ). На облачни систем велике масе, који је допрео до око пет степени географске ширине, делује инерцијална сила (Fi).
Kомпонента ове инерцијалне силе у највећој мери потискује облачни систем ка површини океана. То значи да облачни систем принудно губи висину.
Ротација Земље за 90º доводи облачни систем у позицију као на слиси слици 7.
Сада је дејство инерцијалне силе на масу облачног система преусмерено! Облак се подиже на веће висине изнад океана, а инерцијална сила као последица ротације Земље га задржава ка западу. Ово подизање облачног система и задржавање ка западу је од највећег значаја за формирање облачног зида ока урагана! Подизање облачног система изазива, такође, опадање атмосферског притиска па испаравања постају још интензивнија, чиме му се доводе нове велике количине водене паре и повећава маса.
Kада Земља ротира за још наредних 90º, облачни систем долази у позицију приказану сликом 8.
У овој фази инерцијална сила (Fi), сада још веће масе облачног система, делује тако да њена разложена већа компонента (сл. 3) делује тако да облачни систем потискује ка вишим географским ширинама, ка северу.
У наредној фази, када Земља ротира за још 90º, облачни систем је премештен у ноћ, и на слици слици 9 се Земља види са стране надира.
Облачни систем је сада у зони око 10º северне географске ширине, подиже се јер инерцијалне силе су преусмерене на његово задржавање ка западу. Ово подизање облачног система смањује атмосферски притисак под њим што повећава испаравање и почиње снажно усисавање. Сада је ово стање када се ураган већ створио. У наредних 90º ураган (облачни систем) долази у позицију приказану сликом 6 где су највеће компоненте инерцијалне силе које га притискају ка површини океана. Овде описана непрестана промена деловања инерцијалних сила на масивни облачни систем подсећа на развлачење и скупљање меха код хармонике или ковачке ватре!
То је разлог да на сваких око шест сати урагани могу повећати интензитет у случају кад су над океаном, или веома ослабити ако су изнад копна, где се не могу хранити водом!
Урагани су облачни системи који ротирају у смеру обратном кретању казаљке сата! Сликом 10 приказан је и разлог томе. Наиме, приказани облачни систем веома велике масе простире се на великој површини и значајно је великог пречника. Земља ротира одређеном угаоном брзином, али на свакој географској ширини има различиту периферну брзину! Тако је периферна брзина на екватору највећа, а на половима најмања. Имајући то у виду, јасно је да се северна страна облака споријом брзином (υ1) креће него јужна брзином (υ). Та разлика у брзинама (Δυ) приморава облак да ротира супротно смеру кретања казаљке сата, како је то сликом 10 показано.
Ова ротација облачног система повећава центрифугалну силу која тежи да облачни систем још више рашири, а то поспешује усисавање капљица воде и водене паре – „храњење” урагана.
И поред тога, што је ротација урагана у смеру супротном кретању казаљке сата, како је овде објашњено, на врху урагана се кретање усисане воде и кондензоване водене паре врши у смеру кретања казаљке на сату. Разлог томе је деловање центрифугалне силе на материјал услед ротације урагана, чиме се појављује Kориолисов ефекат!
Некада су путање кретања урагана
„непредвидиве”, али свакако зависе од
позиције Месеца и његових мена, од чега
зависи интензитет инерцијалних сила.
„Око” урагана постаје видљиво када ваздух у облачном зиду иде ка центру уместо према ван. Ваздух тоне у топлију околину, водене капи испаравају, а подручје „ока” постаје ведро.
Слика 11
Слика 11 је сателитски снимак – приказ ведрог „ока” урагана. То је позиција када се облачни систем урагана подиже из разлога мањег деловања инерцијалних сила на његову огромну масу! Зато ваздух тоне у топлију околину. И ово је она фаза када ураган посматрамо са стране надира-ноћна страна Земље! Ово одговара ситуацији као на слици 9.
Али, већ пре шест сати овај ураган је изгледао као на слици 12.
Слика 12
Тада је било повећано деловање инерцијалне силе, али тако да њене компоненте делују ка површини океана и ка северу! Онако како је то приказано сликом 8.
Такво, периодично повећање и смањење дејства инерцијалних сила на облачни систем урагана, чини да се он снабдева водом јер се понаша као мех који, када распаљује ватру, усисава и испумпава ваздух. Такође, из разлога дејства инерцијалних сила, ураган се креће ка северозападу и углавном прати токове топлих морских струја. Некада су путање кретања урагана „непредвидиве”, али свакако зависе од позиције Месеца и његових мена, од чега зависи интензитет инерцијалних сила.
Симптоматично је да се промене стања урагана дешавају синхроно с појавом полудневних плима и осека. Тако је ураган „Мајкл”, 10.октобра 2018, ударио Мексико бич, Флорида. Имао је изненађујуће велику разорну моћ, што је збунило научнике. Ако се има у виду да је 9. октобра 2018. био млад месец, и да су у тој фази месечевих мена инерцијалне силе, које делују на читаву планету Земљу, највећег интензитета, тада је према разматраном механизму настајања урагана у вом чланку, овакво деловање урагана потпуно очекивано!
О највећем гневу природе – урагану, зна се већ пуно, тако да у овом чланку нису поменуте многе познате чињенице. Захваљујем на дозволи за објављивање слика NOAA Satelite and information service и NOAA Science on a sphere”, и Предрагу Савићу на њиховој графичкој обради.
