Что же является причиной огромной силы смерча? Ответ прост. Смерч состоит из воздуха, наполненного водой и грязью, а разрушения вызываются колоссальной скоростью. Сам по себе воздух, наполненный водой и грязью, не способен причинить вреда, но на большой скорости он уничтожает все на своем пути.
Скорости вращения воронки, точнее, скорости ветра в ее стенках представляют важнейшую особенность смерча. Эти скорости весьма различны и быстро изменяются даже у одной и той же воронки, но самое главное то, что они могут превышать скорость звука, равную 1200 км/ч, или 332 м/с. Это служит причиной ряда своеобразных явлений. Чем больше скорость ветра, тем больше его давление. Кроме того, оно увеличивается вследствие примеси к воздуху воды и грязи (пыли с водой). В результате ни один из существующих аппаратов для измерения скорости ветра такого давления не выдерживает, ломается, а иногда просто бесследно исчезает. Поэтому непосредственные замеры скоростей ветра в смерчах отсутствуют. Однако специалисты по сопротивлению материалов довольно точно высчитали эти скорости по тому, как изгибались и ломались различные предметы.
Далласский смерч 2 апреля 1957 г., пересекая железную дорогу, опрокинул несколько груженых, очень тяжелых товарных вагонов. По их весу и форме определили, что скорость ветра достигала 210–225 км/ч, а порывами — до 350 км/ч. Немного дальше была разрушена громадная и прочная подставка для объявлений, скорость ветра в этом случае составила 480 км/ч.
Эти данные обоснованы математическими расчетами, но ряд наблюдателей приводят другие цифры; 600–1000 км/ч, а американский метеоролог Дж. Файнли [Finley, 1881], детально изучивший многие сотни смерчей, указал 1300 км/ч, что превосходит скорость звука.
В основе этих определений лежат поразительные, почти невероятные факты. Например, после некоторых смерчей неоднократно попадалось куриное яйцо, пробитое сухим бобом, но так, что скорлупа яйца вокруг пробоины осталась невредимой, как при прохождении револьверной пули. Во время других смерчей мелкая галька пробивала оконные стекла, не повреждая их вокруг пробоины, опять-таки как револьверные пули.
Пожалуй, еще более поразительный случай произошел во время знаменитого смерча Трех Штатов в 1925 г. Недалеко от ремонтировавшегося дома стояла дюймовая доска. При прохождении смерча она была проткнута другой такой же доской с острым концом, летевшей параллельно земле. Сам этот факт уже вызывает удивление, но еще более невероятно то, что проткнутая доска даже не раскололась, а летевшая застряла посредине. Все эти случаи связаны со сверхзвуковыми скоростями ветра.
Описан еще и такой пример. После прохождения смерча стена одного деревянного дома оказалась проткнутой насквозь застрявшей в ней старой, с одного конца обуглившейся доской. Пробивание стен деревянных домов досками и другими обломками наблюдалось неоднократно у различных смерчей, в этом ничего особенного нет. В данном случае важно то, что стена была проткнута острым, обуглившимся концом доски и при этом углистая, сравнительно рыхлая масса на острие доски оказалась почти не поврежденной. Доска летела с такой скоростью, что проткнула стену дома, как иголка протыкает материю (фото 4). Это произошло в конце 1928 г. в Канзасе.
В городе Нашвилле (штат Теннесси) 14 марта 1933 г. прошел смерч необыкновенной силы. Он вызвал большие разрушения и гибель 15 человек. Особенно интересны были факты, подтверждавшие огромную скорость ветра. Соломинка, несшаяся концом вперед, проткнула насквозь лист довольно толстого картона. Планка толщиной 2 см пронзила ствол небольшого дерева. Большая стальная опора для линии высокого напряжения согнулась до самой земли.
Во время смерча 1919 г. в штате Миннесота тонкий стебель растения проткнул насквозь толстую доску. Лист клевера несся с такой скоростью, что был вдавлен в твердую штукатурку и найден в таком положении. Трудно поверить, что соломинки могут втыкаться в дерево, но этот факт наблюдался неоднократно (фото 5). Самый фантастический случай произошел во время смерча 1896 г. в Сент-Луисе: сосновая палка пробила лист железа толщиной около сантиметра.
В СССР во время смерча 23 августа 1953 г. в Ростове (Ярославская область) во дворе дома № 37 по Февральской улице у колодца снесло деревянный сруб, а стоявшие рядом ведро и деревянная кадка остались на месте. В доме № 28 на той же улице будильник, стоявший на комоде, сильным током ветра был пронесен через три двери, кухню и коридор и оказался на чердаке. Совершив такое путешествие, будильник остался цел и невредим и продолжал ходить. На Спартаковской улице в одном доме сорвало и унесло с подушки наволочку, а сама подушка осталась нетронутой.
В Белоруссии во время смерча 25 апреля 1859 г. доска пробила свинью насквозь. Другой смерч перенес колоды с пчелами на 500 м.
В США причуды смерчей настолько часты, что они уже вошли в фольклор. В одном из сборников помещено несколько рассказов, скорее сказок, о смерчах. Вот некоторые из них. В Канзасе пронесся смерч необыкновенной силы: все потемнело, дом унесло, на месте остался только большой железный котелок. Хозяин обрадовался, взял его в руки, но котелок оказался вывернутым наружу. В Миссури во время смерча петух несся по воздуху с такой скоростью, что незаметно оказался в кувшине. Из узкого горлышка торчала лишь голова петуха, отчаянно кричавшего. Согласно еще одному описанию, днем во время обеда фермер сидел за столом и ел яблочный пирог. Вдруг раздался невероятный грохот и рев. Все потемнело, дом с мебелью и фермером взлетел на воздух и распался на куски. Когда фермер пришел в себя, он сидел высоко на дереве на толстой ветке, держа в руках яблочный пирог. Кругом со страшной силой неслись различные обломки. Он испугался, поймал доску, летевшую по воздуху, и закрыл голову. Вскоре смерч пролетел, стало тихо, светло и солнечно. Фермер слез с дерева и пошел домой, однако на месте дома была лишь ровная и гладкая площадка.
Точные измерения скорости вращения обломков редки и дают разные результаты: 180, 306, 382, 540 и даже 720 км/ч [Brooks, 1951].
Подъем и перенос тяжелых предметов убеждают, что скорости вращения в воронке значительно изменяются. Нижняя часть ее вращается быстрее верхней. Она способна поднять тяжелые и большие предметы, в том числе людей и животных, но высота подъема не превышает немногих десятков метров. Выше вращение становится медленнее, большие предметы выбрасываются из воронки и падают на землю. В облако поднимаются только предметы не тяжелее нескольких килограммов.
У расплывчатых смерчей распределение скорости такое же, как у ураганов. В центре, ближе к внутренней полости, скорости громадны, поэтому расплывчатые смерчи иногда бывают разрушительными, например смерч Трех Штатов или мэттунский.
Интересны случаи, когда материнское облако опускается на землю, воронка отсутствует совсем и облако медленно ползет по земле. Разрушения при этом не уменьшаются, а иногда даже увеличиваются. Это показывает, что вращение с громадной скоростью свойственно не только воронке, но и той части материнского облака, с которой она связана.
Каскад представляет собой облако или столб пыли водяных брызг у основания воронки смерчей. Он напоминает речные каскады, особенно когда состоит из пыли и обломков зданий. Первоначально название «каскад» было дано тем массам брызг, которые поднимаются вверх, иногда на высоту в несколько десятков метров, когда смерч касается поверхности моря, озера или реки. Падая обратно в море, они действительно напоминают настоящие речные каскады. Позже это название было распространено на наземные смерчи, которые, касаясь поверхности земли, поднимают вверх массы пыли, сухих листьев и мелких обломков. Падая вниз, они похожи на настоящие каскады.
Каскад образуется почти каждым смерчем и представляет собой явление, наблюдавшееся тысячи раз. Тем не менее природа его и причины образования до сих пор не разгаданы. Дело в том, что каскад создается восходящими токами воздуха, порой очень сильными. Эти токи идут вне воронки смерча. Изучение их, как и всего, что связано с телом смерча, исключительно трудно и просто опасно. Осуществить необходимые наблюдения в ближайшем будущем вряд ли возможно. Пока приходится ограничиваться только их описанием.