Пылевой дьявол что такое
Пыльный дьявол – что это и где его можно встретить
В странах с жарким и сухим тропическим климатом можно встретить пыльного дьявола – однако это не только земное явление.
Повстречать пыльного дьявола могут, например, жители Саудовской Аравии, Кувейта и Ирана. Впрочем, он также способен появиться в Аризоне и Неваде (США) и в других засушливых регионах.
Может показаться, что речь идет о каком-то фантастическом персонаже, однако пыльным дьяволом называют атмосферное явление, возникающее, когда земная поверхность сильно нагревается. Тогда вихревое движение воздуха собирает с земли пыль, песок, мелкие предметы, камешки, и образуется песчаный (или пыльный) вихрь. Это явление характерно для пустыни, но оно возникало и в городах посреди улиц. Как правило, такой вихрь существует не более 2 минут и достигает не больше 20 метров в высоту.
Внутри песчаного вихря скорость ветра может достигать 10 м/с, несмотря на то, что снаружи ветер часто бывает слабым
Марсианские пыльные дьяволы оставляют причудливые закрученные следы на поверхности планеты
Однако пыльные дьяволы, появляющиеся на Марсе, могут быть в 10 раз выше и в 50 раз шире земных. Марсианский разведывательный спутник однажды зафиксировал песчаный вихрь высотой около 800 метров на этой планете. На сегодняшний день это самый большой зарегистрированный пыльный дьявол.
Первый песчаный вихрь на Марсе, меньшего размера, был сфотографирован ещё в 1970-х годах. Тогда он прошел прямо над посадочным модулем «Марс Пасфайндер». После этого случая марсоходы зафиксировали ещё несколько «дьяволов». Например, в 2005 году такой вихрь очистил солнечные панели марсохода «Спирит», после чего эффективность работы последнего существенно увеличилась.
На видео вы можете увидеть самого большого марсианского пыльного дьявола:
Это не Канзас, Элли: был ли смерч в Мытищах
Сегодня жители подмосковных Мытищах видели воздушный вихрь, поднимающийся на десятки метров вверх. По просьбе N + 1 климатолог Александр Чернокульский, специализирующийся на исследовании смерчей, объясняет, что за явление видели в Мытищах, и могут ли грозовые фронты принести с собой настоящие смерчи.
Разница между ними такая: пыльные вихри образуются при очень большом перегреве поверхности и под ясным небом — чтобы возник перегрев, нужно, чтобы светило солнце. Так возникают пыльные вихри над поверхностью, бывают еще и steam devil — они возникают над озерами, термальными источниками, где вода гораздо теплее, чем воздух.
Вихри пара (steam devils) над поверхностью озера
Такие пыльные вихри очень слабые, скорость ветра там около 10-15, редко до 20 метров в секунду. Это в разы меньше, чем при торнадо. Ничего неприятнее пыли, попавшей в глаза, люди, попавшие в такой «смерч» обычно не испытывают. Например, в США жертвами пыльных вихрей в 2000–2012 годах стали два человека, а жертвами торнадо за этот же период — почти 1200. Кроме того, пыльные вихри очень узкие, обычно их диаметр не дотягивает до десятка метров.
В некоторых пустынях, таких как Атакама, пыльные вихри могут быть сильными и достаточно частыми. Но больше всего пыльных вихрей на Марсе — там это один из основных источников выноса пыли в атмосферу. Скорость ветра в марсианских пыльных вихрях может достигать и 30 метров в секунду.
Пылевой вихрь (dust devil) на Марсе, снимок с зонда MRO
Принципиальное отличие пыльного вихря от торнадо или смерча — это сухая конвекция, воздух сухой. А смерч и торнадо — это влажная конвекция.
Черноморские смерчи, например, формируются под облаком. Важно, чтобы было облако, важен конвективный подъем под облаком, стечение ветра под облако (так называемая конвергенция ветра). Так в отдельной узкой области может сформироваться подъемная область, которая уже поднимает жгут воздуха снизу вверх. Там ветер может быть более ощутимый и урон может быть больше.
Самое опасное явление из этого ряда — это торнадо. Оно принципиально отличается тем, что сама «закрутка» формируется внутри облака, возникает так называемый мезоциклон.
Не в каждом облаке может возникнуть торнадо — обычно это суперячейка, кучево-дождевое облако, которое разрастается обычно до 40 километров в диаметре. Очень важен еще сдвиг ветра — изменение ветра с высотой: скорости и направления. Тогда в таком облаке пространственно разделяются зоны, откуда идут осадки и где идет подъем воздуха. Обычные же кучевые облака быстро себя гасят, потому что дождь идет там же, где наблюдается подъем воздуха.
В суперячейковом облаке начинается горизонтальная закрутка, которая при определенных условиях может перерасти в вертикальную. Формируется мезоциклон диаметром около пяти километров. Не все они приносят смерчи — иногда мезоциклон крутится-крутится, а смерч из нее не опускается. Но когда это все-таки происходит, получается настоящий торнадо. Скорость ветра в торнадо превышает 50-70 метров в секунду, а судя по разрушениям, превышает и 100 метров в секунду — прямых измерений пока провести никто не может. Такой ветер уже может нанести существенный урон.
Мезоциклон над Ярославлем 15 мая 2021 года
Группа «Подслушано в Ярославле» / VK.com
На границе блокирующего антициклона, где мы сейчас находимся, вполне могут быть торнадо. Сейчас Москву проходит грозовой фронт, и в этот момент могут возникать опасные конвективные явления.
Например, недавно был торнадо в Чехии, который нанес существенный урон, и он возник как раз на границе блокирующего антициклона. Эти границы — довольно опасная зона, там могут формироваться смерчи. Скажем, в центре России 15 мая 2021 года был целый ряд таких опасных конвективных событий. В районе города Любим (Ярославская область) был смерч, в соседних областях наблюдался шквальный ветер и град. Все эти четыре явления: ливни, шквалы, град, смерч, порождаются одними и теми же атмосферными условиями, они входят в один класс явлений, в зависимости от тонкого баланса метеопараметров — то одно произойдет, то другое.
Но уход жары может сопровождаться такими неблагоприятными конвективными явлениями. Сегодня в Москве ждать их не стоит, зона сдвига ветра находится пока юго-западнее города.
Как пыльные вихри помогают марсоходам лучше работать?
Ученые неспроста считают Марс наилучшей планетой для переселения человечества. Дело в том, что между Землей и Красной планетой есть много общих черт. И речь идет не только о практически одинаковой длительности дня — разница между земными и марсианскими сутками составляет всего лишь около 40 минут. Не стоит забывать, что на Земле и Марсе почти одинаковые окружающие условия и даже возникают похожие атмосферные явления. Взять, к примеру, пыльные вихри, которые часто возникают в жарких и пустынных регионах нашей планеты и представляют собой столбы кружащегося воздуха с пылью, мелкими камнями и частицами мусора. Такое же явление можно наблюдать и на Марсе и недавно аппарат «Кьюриосити» смог заснять очередной вихрь на видео. В целом, все происходящее похоже на небольшое торнадо, которое на Земле становится причиной ужасных разрушений. Но могут ли «пыльные дьяволы» нанести вред марсоходам?
Пыльный вихрь на Марсе
Пыльный вихрь на Марсе
Коротким видеороликом с пыльным вихрем на Марсе аэрокосмическое агентство NASA поделилось на своем официальном сайте. Видео было снято на камеру марсохода «Кьюриосити», который был отправлен на Красную планету в 2011 году. Местом съемки стал кратер Гейл, в котором на данный момент и находится аппарат. Утром 9 августа 2020 на склоне горы Шарп, примерно на расстоянии одного километра от аппарата, образовался пыльный вихрь шириной около 5 метров и высотой не менее 50 метров. Как правило, пыльные вихри исчезают очень быстро, но марсоходу «Кьюриосити» удалось наблюдать за возникшим «дьяволом» на протяжении четырех минут и пятнадцати секунд.
Пыльный вихрь, снятый марсоходом «Кьюриосити»
Как образуются пыльные вихри?
На Земле пыльные вихри обычно образуются в жаркую погоду на самых низких слоях атмосферы. Для их образования необходимо столкновение двух потоков воздуха, которые способны подхватить с крошечные частички песка, пыль и мусор. Иногда спиралевидное движение воздушных потоков могут даже поднять небольшие камешки и откинуть на расстояние нескольких метров. Как видно, пыльные вихри образуются не только на Земле, но и на Марсе. Можно предположить, что они образуются по тем же причинам, однако доказательств этому у ученых пока нет. Значит, есть вероятность, что на Красной планете атмосферные явления возникают во совершенно другим причинам.
Репортаж о пыльных вихрях от National Geographic
Возможно, когда-нибудь аппарат «Кьюриосити» сможет раскрыть истинные причины возникновения атмосферных явлений на Марсе. Запечатлев пылевой вихрь, он также активизировал свои датчики REMS, при помощи которых определил влияние атмосферного явления на давление и температуру воздуха. Какие изменения он заметил, пока неизвестно. Возможно, данные пока еще не дошли до Земли, а может, сотрудники агентства NASA пока не готовы делиться подробностями. Может быть, спустя некоторое время, ученые соберут все крошечные крупицы новых знаний в единое целое и расскажут о них в одном крупном отчете.
Если вы забыли, как выглядит аппарат «Кьюриосити», вот он
Исследование Марса
Впервые о существовании пыльных вихрей на Марсе ученые узнали во второй половине XX века. В рамках одной из программ «Викинг» по изучению Красной планеты, запущенный аппарат смог сделать фотографию вихря, но она была очень плохого качества. Более детализированная фотография была сделана исследовательской станцией «Mars Global Surveyor», которая считается одним из лучших аппаратов NASA для изучения Марса. Благодаря полученным данным удалось выяснить, что марсианские вихри могут быть в 50 раз шире и до 10 раз выше, чем на Земле. Особо крупные вихри могут быть опасны для исследовательских аппаратов но, в большинстве случаев, они наоборот, оказывают им большую услугу.
Пылевой вихрь, сфотографированный аппаратом «Mars Global Surveyor»
Опасны ли пыльные вихри?
Дело в том, что на Марсе пока нет людей и проследить за чистотой марсоходов никто не может. А ведь на них со временем оседает грязь и препятствуют работе некоторых инструментов. Например, грязь может лечь на поверхность камер и они не смогут ничего снимать, пока не очистятся. В 2005 году возникла весьма интересная ситуация — марсоход «Спирит» оказался на пути пыльного вихря и ветер с крошечными частицами песка легко очистил его солнечные панели от грязи. А однажды пыльный вихрь очистил солнечные панели аппарата «Оппортьюнити», он получил больше энергии и начал выполнять свою работу гораздо быстрее, чем раньше.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!
Недавно на Марс был отправлен еще один аппарат — Perseverance. Уже в следующем году он займется поиском признаков жизни на Красной планете. А на данный момент он находится в пути и проследить за его маршрутом можно через специальный сайт, о котором я рассказал в этом материале.
Пыльный вихрь
Эти вихри имеют диаметр от нескольких сантиметров до более 10 метров и вертикальную протяженность от нескольких метров до более тысячи метров. Большинство пылевых вихрей не опасны, но некоторые из них достаточно мощны, чтобы поднимать тяжелые предметы. Итак 7 мая 2006 г. в Трентоне, Северная Дакота, 4-летнюю девочку, которая играла на батуте, подняли на 8 метров над уровнем моря, и она выжила с небольшими травмами.
Резюме
Физические принципы
Причина
В регионах с высокой инсоляцией воздух нагревается у поверхности земли. Это тепло передается вертикально посредством излучения более или менее толстому слою воздуха. Если воздух в этом слое сухой, градиент температуры следует за сухой адиабатикой и будет очень нестабильным.
Благоприятные условия для образования пылевого вихря:
Образование пылевых вихрей аналогично образованию очень слабых торнадо, но поскольку воздух сухой, не будет образовываться конденсат и, следовательно, облака. В отличие от торнадо, пылевые вихри не могут вызывать ветры с более высоких уровней для своего вращения, что ограничивает их мощность.
Благоприятные места для развития
Вихри пыли могут возникать везде, где соблюдены необходимые условия: сухой и нестабильный воздух, перепад нагрева на земле. Они могут возникать даже зимой на земле, покрытой мелким снежным порошком, и давать снежные водовороты. В умеренном климате они чаще всего возникают весной, когда воздух еще сухой, а дни становятся длиннее. В пустынях они очень распространены в любое время года, потому что воздух по определению сухой и жаркий. В городе они будут недолговечными, потому что дома и другие постройки мешают им свободно передвигаться, и они часто умирают при столкновении с препятствием. Чаще всего их можно увидеть на парковках или в других местах, которые поглощают больше энергии, чем прилегающие районы.
Электрическая активность
По мере движения частицы пыли генерируют статическое электричество, и когда поле в вихре достаточно сильное (более 10 000 вольт на метр), оно может генерировать слабый разряд и радиосигнал.
Использование в планировании
Подобные завитки
Огненные водовороты
Условия, способствующие образованию вихря пыли, могут быть найдены в случае сильного пожара. Действительно, перепады температур вокруг лесного пожара или большого пожара вызовут поверхностную циркуляцию от более холодных областей к источнику тепла. Если воздушная масса нестабильна, образуется вихрь, и в него будут засасываться осколки от огня. Вихрь может оказаться в зоне горения или снаружи и распространять огонь, разбрасывая угли на большие расстояния.
Большинство лесных пожаров создают этот тип вихря, который будет иметь диаметр несколько метров и высоту от 10 до 50 метров. Однако сообщалось, что столбы огня высотой более 1 км вызывают ветер со скоростью более 160 км / ч и продолжаются более двадцати минут. Для их предсказания можно применять методы прогнозирования, аналогичные методам прогнозирования пылевых вихрей. Несколько исследователей работают над моделированием этого явления, чтобы лучше понять и предсказать его.
Снежные водовороты
Особый случай вихря возникает зимой, когда последний возникает над очень тонким слоем снега. Хотя в зимних регионах с высоким давлением могут встречаться условия нестабильности, слабый ветер и сухой воздух, эти водяные смерчи встречаются довольно редко. Действительно, труднее найти соседние зоны с очень разной температурой, позволяющей инициировать движение воздуха, в то время как снег имеет тенденцию покрывать всю землю.
Марсоход Curiosity снял на видео «пылевого дьявола»
Атмосфера Марса гораздо тоньше атмосфер многих планет и тел Солнечной системы, однако и в ней наблюдается множество интересных феноменов, обращающих на себя внимание ученых, и заставляющих отправлять для ее изучения целые научные миссии. Так, известно, что водяной лед в атмосфере Марса может подниматься на большую высоту и образовывать тонкие облака. А в мае 2019 года черно-белые навигационные камеры марсохода Curiosity засняли такие облака, летевшие на высоте свыше 30 километров.
При этом сильнейшие ветры сопособны вызывать мощнейшие пылевые бури, накрывающие полпланеты, или создавать столбы пыли, поднимающиеся до границы с космосом. Так, во время сильной пылевой бури в 2018 году на поверхности Марса образовался гигантский пылевой столб, который поднялся на высоту до 80 километров.
Поэтому для ученых не становится неожиданностью, когда работающему сейчас в кратере Гейла Curiosity, единственному марсоходу на планете, удается заснять другие неожиданные феномены.
Так, на днях камера марсохода сняла движение пылевого смерча на каменистой поверхности кратера.
Сейчас в южном полушарии планеты наступает лето, и атмосфера становится все теплее. Как и на Земле нагрев атмосферы приводит к ее сильному перемешиванию, и возникновению необычных эффектов.
«Увеличение нагрева поверхности приводит к образованию сильной конвекции и конвективных вихрей, которые состоят из быстрых ветров, вздымающихся вокруг областей с низким давлением, — написала член команды марсохода, специалист по атмосферным явлениям Кдэр Ньюман в своем научном блоге. – Если эти вихри достаточно сильны, они способны вздымать пыль с поверхности и становиться видимыми, как «пылевые дьяволы», которые мы можем снять нашими камерами».
Пылевые дьяволы – не новое явление для Марса. Образуются эти смерчи примерно также, как и на Земле. Обычно они появляются на относительно плоской, сухой поверхности, вблизи которой воздух оказывается теплее, чем над ней.
Этот теплый воздух вздымается вверх, проходя через более холодный, плотный воздух, который в свою очередь образует нисходящие потоки.
Если при этом есть горизонтальный ветер, возникает смерч, который может перемещаться в пространстве.
Пылевые смерчи возникают на поверхности Марса довольно часто, однако об их наличии ученые узнают по характерным следам: перемещаясь по поверхности, они оставляют за собой замысловатые рисунки. А вот увидеть дьявола вживую удается довольно редко – слишком ограничены возможности марсохода и слишком короткоживущи эти загадочные явления.
Необычайно четкий и сильный смерч марсоход смог снять недавно, на 2847-й марсианский день (сол) своего пребывания на Марсе. Всего «представление» длилось около пяти минут, и то, что «дьявол» был виден довольно четко, говорит о его мощности.
«Обычно мы должны обрабатывать такие изображения, выделяя изменения между отдельными кадрами, пока пылевой дьявол не станет отчетливо виден. Однако этот дьявол был настолько впечатляющим, что, если присмотреться внимательно, можно увидеть, как он двигался вправо, по границе между темным и светлым склонами, даже на необработанных фотографиях», — пояснила исследователь.
Несмотря на кажущуюся простоту явления ученые могут многое узнать, наблюдая за дьяволами – где они образуются, как эволюционируют, как долго сохраняются, тип поднимаемой пыли и чем отличаются дьяволы, образующиеся в разных местах планеты.
По ним можно оценивать силу и направление ветра, что вкупе с метеорологическими данными помогает ученым узнать больше о погоде на Марсе, и как она связана в возникновением смерчей.
Знаменитые пыльные вихри на Марсе иногда в десятки раз превышают по масштабам такие явления в пустынях Земли.
Они могут достигать в диаметре десятки метров, а в высоту – сотни, представляя реальную угрозу для работающих на поверхности Марса аппаратов, хотя в 2005 г. один из них сослужил добрую службу, очистив от песка солнечные панели марсохода Spirit и позволив ему вернуться к работе.
Curiosity – единственный работающий на планете ровер, марсоход Opportunity пал жертвой пыльной бури осенью 2018 года, аппарат InSight является посадочным лендером. Минувшим летом к Марсу с Земли отправились сразу три новых миссии, на одной из которых в феврале 2021 года на планету будет доставлен вместе с марсоходом NASA первый в истории мини-вертолет, о котором «Газете.Ru» рассказал его создатель.