В сказочной повести «Волшебник Изумрудного города» ураган уносит Элли и Тотошку в волшебную страну. История недалека от правды: при скорости 60 метров в секунду и восходящих потоках ветер может оторвать вас от земли. Господствующие в Арктике мезоциклоны — воздушные штормовые вихри — могут быть не менее опасны, чем ветер в американской «аллее торнадо». «Энергия+» узнала, как появляются северные тайфуны и как с ними справляются люди, живущие или работающие в тех местах.
Маленькая разрушительная воронка
Старшие братья полярных мезоциклонов — обыкновенные циклоны, которые влияют на климат планеты. Они возникают благодаря вращению Земли вокруг своей оси: воздушные массы в атмосфере двигаются, сталкиваются и образуют закручивающиеся вверх вихри диаметром несколько тысяч километров. Движущийся от земли воздух не давит на поверхность — и появляется зона низкого давления. К ней стягивается воздух с соседних территорий. Также в этой зоне конденсируется влага. Как следствие — сильный ветер, дожди, снежные бури и другие спутники неприятной погоды.
Полярные мезоциклоны отличаются меньшим диаметром — от нескольких десятков до нескольких сотен километров: это совсем немного в синоптических масштабах. Зато погоду они приносят экстремальную: мощный ветер, снежные бури, нулевая видимость, обледенение зданий на суше и кораблей в море. Штормовые условия наступают внезапно и резко, но проходят быстро.
В северном полушарии мезоциклоны образуются в арктических широтах. Чаще зимой, когда разница в температурах воды Атлантики и дрейфующих льдов Северного Ледовитого океана слишком большая. Холодный воздух попадает на морскую поверхность, свободную от ледового покрова, насыщается влагой — и возникает сильная облачность. Рожденные в таких условиях атмосферные вихри очень мощные, но живут недолго — от 2–3 часов до пары дней.
Изучать мезоциклоны начали сравнительно недавно: из-за короткого срока жизни и небольших размеров до появления спутниковых снимков зафиксировать их было сложно. Только в конце 1970-х метеорологи стали строить первые гипотезы о том, как формируется это атмосферное явление.
Взмахи крыльев мифической птицы
Вряд ли коренные народы Крайнего Севера — ненцы, ханты, манси, эвенки и другие — знали термин «мезоциклон», но это экстремальное погодное явление они раскрыли в своем фольклоре. Ветер в мифологии ненцев появлялся от взмахов 14-крылой птицы Минлей, а гром и молния возникали во время небесного поединка божеств добра и зла Нума и Нга за обладание солнцем и луной.
Северные народы старались воздействовать на природу с помощью различных ритуалов. От бурь защищал топор: когда начиналась непогода, его ставили на землю острием в ту сторону, откуда дует ветер. Считалось, что так можно расколоть бурю на части, чтобы она быстрее прекратилась.
Северяне предсказывали непогоду по знакам земли, воды и ветра, поведению птиц и зверей. Северо-восточный ветер предвещал холод и бураны, а о приближении сильного шторма могла рассказать лайка: если собака в чуме долго валялась на спине, считалось, что завтра начнется буря. Рыбаки предсказывали погоду по полету чаек: если парят высоко, значит, поднимется сильный ветер.
Ветер, разогнавшийся до 30 метров в секунду, способен опрокинуть чум. Чтобы этого не произошло, жилище готовили к приближению непогоды.
Когда поднимался сильный ветер, чум укрепляли. Изнутри с подветренной стороны в землю втыкали две рогатины, которые удерживали шесты жилища. Снаружи чум для устойчивости растягивали с четырех сторон веревками, которые крепились к вбитым в землю кольям. Чтобы ливень не затопил жилище, на шестах чума делали зарубки, по которым вода стекала вниз. Современные же кочевники Ямала натягивают в чуме дополнительный потолок из полиэтилена.
Любовь Возелова
Научный сотрудник сектора регионоведения Научного центра изучения Арктики
Если непогода застала зимой в тундре, полагались на проверенные веками практики. Попавшие в мороз и снежную бурю пастухи пережидали в «куропачьем чуме»: выкапывали в снегу яму, укладывали дно еловым лапником (если повезло найти его в тундре), залезали внутрь и заделывали проход. Снег — отличный теплоизолятор, поэтому внутри такого укрытия можно «надышать» плюсовую температуру даже при сильном минусе на улице. Спасительную технологию тундровики подсмотрели у куропаток, которые закапываются в сугроб, прячась от ледяного ветра.
Вековой опыт предков помогает северным кочевникам справляться с непогодой и сегодня.
Добыча под натиском ветра
Даже современным синоптикам не под силу прогнозировать погоду с абсолютной точностью — особенно когда дело касается непредсказуемых мезоциклонов. Поэтому важные объекты, находящиеся в регионах с суровым климатом, строят всепогодными. Это касается и инфраструктуры для добычи нефти на арктическом шельфе.
Разведочные скважины в море бурят с борта специальных судов, и во время работы они должны точно держаться над точкой бурения. Чтобы оставаться на месте даже при сильном ветре и волнении, буровики запускают систему позиционирования: на дно опускают плиту, взаимодействующую с датчиками на борту, и включают систему подруливания — с помощью четырех винтов она держит судно точно в нужной точке.
Когда залежи нефти или газа на шельфе обнаружены, начинается строительство стационарной платформы. Эти рукотворные острова функционируют круглый год и защищены от любых капризов погоды: при их проектировании учитывают максимальные высоту волн, толщину льда, силу ветра и количество осадков. Для этого анализируют данные за последние сто лет.
По сути «мезоциклон» — это сильный шторм, и, как любой шторм, он является опасным явлением природы. Платформа «Приразломная» как сооружение рассчитана на функционирование в условиях сочетания нагрузок от волн, течений, ветра любых возможных для региона условий, определенных как максимальные за сто лет наблюдений. При этом при определенной силе ветра часть процессов на открытой палубе — например, в которых задействованы подъемные краны — прекращают. Это не мешает вести работу в укрытых от погоды помещениях и обеспечивать добычу нефти.
Василий Кузьмин
Руководитель Центра интегрированного проектирования на шельфе
Самые прочные стационарные платформы стоят на кессоне — стальной или железобетонной конструкции, которая напоминает высокий фундамент. Он принимает на себя всю нагрузку от ледовых полей и защищает скважины от арктической погоды. Таким морским ледостойким стационарным платформам, как «Приразломная» в Баренцевом море, нипочем огромные волны, ураганный ветер и лед, дрейфующий по семь месяцев в году. От шторма платформу защищает дефлектор — стена из высокопрочной стали, имеющая наклонную часть для отражения высоких волн, а вышка на палубе выдерживает ветер скоростью до 51 метра в секунду.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».