Атмосфера планеты звенит, как гигантский колокол: чем это грозит людям

3175
(обновлено 17:35 31.08.2020)
Атмосфера Земли вибрирует, подобно гигантскому колоколу: волны распространяются вдоль экватора в обоих направлениях, опоясывая земной шар.

СУХУМ, 31 авг - Sputnik. К такому выводу пришли ученые из Японии и США, подтвердив давнюю гипотезу об атмосферном резонансе. Что это за феномен и можно ли на его основе предсказывать погоду и долгосрочные изменения климата — в материале РИА Новости.

Волны Лапласа

В начале XIX века французский физик и математик Пьер-Симон Лаплас сравнил атмосферу Земли с огромным океаном, покрывающим планету, и вывел формулы, известные сегодня как приливные уравнения Лапласа и используемые в расчетах при составлении прогнозов погоды.

Лаплас полагал, что в атмосфере есть свои приливы и отливы, а также волны воздушных масс и тепловой энергии. Среди прочего он упоминал вертикальные колебания у поверхности Земли, распространяющиеся в горизонтальном направлении, которые можно зафиксировать по изменениям приземного давления.

Атмосферные тепловые приливы, связанные с вращением Земли, геофизики давно обнаружили. Однако горизонтальные волны не удавалось зафиксировать. И теперь понятно, почему.

Как выяснили Такатоши Саказаки из Высшей школы науки Киотского университета и Кевин Гамильтон, профессор Международного тихоокеанского исследовательского центра Гавайского университета в Маноа, у волн Лапласа очень большие масштабы — они охватывают чуть ли не целые полушария — и очень короткие периоды, меньше суток. Поэтому их упускали из виду и при исследовании локальных атмосферных явлений, таких как грозы, и при изучении крупных, но длительных перемещений воздушных масс.

"Шахматная доска" Земли

Авторы исследования проанализировали данные Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) за 38 лет — с 1979 по 2016 год включительно, в том числе почасовые изменения приземного атмосферного давления по всей поверхности планеты. В результате выявили десятки ранее неизвестных волновых режимов — систем гармонических колебаний, которые ученые называют модами.

Особенно исследователей заинтересовали волны с короткими периодами от двух до 33 часов, распространяющиеся горизонтально в атмосфере вокруг земного шара с огромной скоростью — более 1100 километров в час.

Зоны высокого и низкого давления, связанные с этими волнами, создают на карте характерный узор "шахматной доски", который, однако, различается для каждой из четырех основных мод — волн Кельвина, Россби, гравитационных и комбинации двух последних.

Воздушный колокол

Оказалось, что атмосфера Земли похожа на звенящий колокол, когда на основной низкочастотный фон накладываются высокие обертоны. Именно это сочетание глубокого фонового звука с тонкими переливами делает колокольный звон таким приятным.

Только "музыка" Земли — это не звук, а волны атмосферного давления, охватывающие весь земной шар. Каждая из четырех основных мод — это резонанс атмосферы по аналогии с резонансами колокола. При этом низкочастотные волны Кельвина распространяются с востока на запад, а остальные — с запада на восток.

Рассчитанные учеными параметры резонанса, возникающего при сложении всех четырех мод, точно совпали с предсказаниями Лапласа. И это подтвердило его основную мысль о том, что погодой управляют волны атмосферного давления.

"Приятно, что видение Лапласа и других физиков-пионеров полностью подтверждено два столетия спустя", — приводятся в пресс-релизе Гавайского университета в Маноа слова Такатоши Саказаки.

"Наша идентификация стольких мод в реальных данных показывает: атмосфера действительно звенит, как колокол, — продолжает Гамильтон. — Это наконец разрешает давнюю и классическую проблему атмосферного резонанса, а также позволяет лучше понять, какие процессы возбуждают волны, а какие их гасят".

В качестве возможных причин глобального резонанса авторы называют возникновение из-за атмосферной конвекции скрытых зон нагрева и каскадный механизм распространения турбулентных потоков энергии.

Экваториальные ветры в Антарктиде

Еще одно явление, связанное с волнами в атмосфере, недавно объяснили американские ученые из Университета Клемсона в Южной Каролине и Колорадского университета в Боулдере.

Наблюдая на станции Мак-Мердо в Антарктиде за полярными вихрями — массивными круговыми потоками холодного воздуха, которые вращаются по спирали над каждым из полюсов Земли, — они заметили: антарктический вихрь синхронен с фазами квазидвухлетних колебаний в атмосфере (КДК).

Примерно раз в два года широтные ветра, которые дуют на экваторе Земли, меняют направление с восточного на западное. Фронт зарождается на высоте больше 30 километров в стратосфере и движется вниз со скоростью примерно один километр в месяц. Через 13-14 месяцев одновременно по всему экватору происходит инверсия ветров. Полный цикл, таким образом, занимает от 26 до 28 месяцев.

Американцы установили, что во время восточной фазы КДЦ антарктический вихрь расширяется, а при западной сжимается. Это объясняют прохождением через разные слои атмосферы меридиональных гравитационных волн от экватора к полюсам.

Эти волны зафиксировали и предположили, что они связаны со сменой направления ветров, дующих на экваторе — на расстоянии более девяти тысяч километров от места наблюдений. Сравнение с данными системы метеорологических и атмосферных наблюдений НАСА MERRA-2 за период с 1999 по 2019 год полностью это подтвердило.

Давно известно: расширение зоны полярного вихря приносит холодную погоду в средние широты. Однако то, что первопричина — в смене направления стратосферных ветров в тропиках, стало неожиданностью.

Ученые надеются, что выявленные ими закономерности позволят создать более точные климатические модели и модели атмосферной циркуляции для прогнозирования погоды. В то же время они обеспокоены тем, что в последние десятилетия все чаще сказывается воздействие антропогенных факторов.

Так, четыре года назад заметили нарушение цикличности КДК. В феврале 2016-го переход к восточным ветрам неожиданно прервался. Одна из возможных причин — глобальное потепление.

Тревожный набат

Еще большее беспокойство вызывают участившиеся экстремальные погодные явления, зачастую также связанные с волновыми аномалиями в атмосфере. В частности, ученые указывают на возникновение квазистационарных атмосферных волн Россби в Северном полушарии.

Волны Россби — это гигантские изгибы высотных ветров, оказывающие серьезное влияние на погоду. Если они переходят в квазистационарное состояние, смена циклонов и антициклонов приостанавливается. В итоге в одних местах неделями льют дожди, оборачивающиеся наводнениями, а в других устанавливается аномальная жара, как в этом году в Арктике.

Волны жары и засухи, приходящие в Центральную и Северную Америку, Центральную и Восточную Европу, регион Каспийского моря и Восточную Азию по несколько раз за лето и длящиеся одну-две недели, наносят серьезный ущерб сельскому хозяйству. Уже который год подряд здесь сокращаются урожаи, что осложняет социальную обстановку.

Так что "музыка" Земли все чаще звучит не как нежная мелодия, а тревожным набатом.

3175

Тяжелый случай: США хотят запретить покупать нефть из России

100
(обновлено 08:48 14.09.2020)
Американцы готовятся объявить новые санкции по "Северному потоку — 2", а сами при этом стали крупнейшим импортером российской нефти.

СУХУМ, 14 сен - Sputnik. Как отметило одно из ведущих аналитических изданий, такая позиция лицемерна и надо бы запретить поставки из России. Вот только подобное вряд ли возможно: в этом случае встанут НПЗ, ориентированные на тяжелую нефть, пишет Наталья Дембинская для РИА Новости.

Крупнейший потребитель

Конгресс собирается наложить ограничения на европейские компании, связанные с проектом "Северный поток — 2". Это уже вызвало шквал критики в Германии, Берлин даже пригрозил контрсанкциями.

И, как указывает влиятельное американское аналитическое издание The National Interest (NI), подобная реакция вполне объяснима: лицемерие Вашингтона очевидно. В этом году США вышли в лидеры среди импортеров российской сырой нефти, закупив 12% всего экспорта.

По данным Управления энергетической информации США (EIA), за первые полгода в Штаты из России доставили более девяти миллионов тонн нефтепродуктов (68 миллионов баррелей) — это рекорд за 16 лет.

Лицемерный подход

В ведомстве уточняют: формально Соединенные Штаты — на втором месте, потому что Нидерланды купили 12,19 миллиона тонн. Но эта страна — транзитный хаб, оттуда нефтепродукты отправляют в другие государства. Америка же приобретает нефть для собственной переработки, и тут Вашингтон вне конкуренции.

Издание предлагает такой выход: законодательно запретить российский импорт. Например, конгресс мог бы ввести финансовые санкции против тех компаний, которые обеспечивают эти поставки.

Однако как это реализовать на практике, совершенно непонятно, ведь благодаря собственным санкциям против третьих стран американцы впали в прямую зависимость от российского сырья. И официально это признали еще в прошлом году.

Нет альтернативы

Россия была лишь шестым поставщиком сырой нефти в США. А к февралю 2020-го вышла на второе место, уступив лишь Канаде. Американцам, лишившимся тяжелой нефти из Венесуэлы и столкнувшимся с резким падением импорта из Ирана, пришлось срочно искать альтернативных поставщиков.

Проблема в том, что технология ряда нефтеперерабатывающих предприятий не позволяет использовать легкую нефть из Пермского бассейна и Западного Техаса. В наиболее сложном положении оказались НПЗ Мексиканского залива и Восточного побережья.

Эти заводы спроектированы под сернистые сорта, поэтому легкую нефть необходимо смешивать с тяжелой, которую раньше закупали в Венесуэле. Но в январе прошлого года Дональд Трамп ввел санкции против Каракаса. В результате венесуэльский экспорт рухнул на 32% — до 1,001 миллиона баррелей в сутки.

Перед американскими НПЗ замаячила перспектива остановки из-за нехватки сырья. Чтобы избежать катастрофы, американцы переключились на нашу Urals и принялись активно закупать российский мазут.

В прошлому году Штаты импортировали из России 11 миллионов тонн мазута — вдвое больше, чем в 2018-м.

"Это помогло компенсировать коллапс поставок высокосернистого топлива из Венесуэлы", — констатировали аналитики американской компании Vortexa.

Альтернативой могла бы стать нефть из Саудовской Аравии, близкая по химическому составу, но саудиты не пожелали увеличивать добычу. В результате экономика потеснила политику — американцы обратились к русским.

Помимо подходящих характеристик, российское сырье привлекательно по цене. По данным Минфина, марка Urals в январе — июле котировалась в среднем на уровне 40,34 доллара за баррель, тогда как в январе — июле прошлого года — 65,27.

К тому же стоимость фрахта значительно снизилась. А с выходом из карантина спрос на топливо вырос — люди опять ездят на автомобилях и летают на самолетах.

В общем, американским НПЗ ничего не оставалось, кроме как покупать российскую тяжелую нефть. Этому не помешало ни ухудшение межгосударственных отношений, ни многочисленные санкции, введенные Вашингтоном против Москвы. На этом фоне попытки всеми силами задушить "Северный поток — 2" выглядят все более парадоксально.

100

Загадка "странных металлов": ученые открыли новое состояние вещества

204
(обновлено 13:21 09.09.2020)
Ученые давно установили, что сложные соединения меди — купраты — ведут себя не так, как прочие металлы.

СУХУМ, 9 сен - Sputnik. Теперь же американские физики увидели в них новое состояние вещества. Эти материалы открывают возможность создания высокотемпературных сверхпроводников, необходимых энергетике и приборостроению. Читайте об особенностях "странных металлов" в материале Владислава Стрекопытова для РИА Новости.

Первые высокотемпературные сверхпроводники

В 1911 году физики из Голландии обнаружили, что при температуре, близкой к абсолютному нулю — всего три кельвина, или минус 270 градусов Цельсия, — сопротивление ртути становится нулевым: электрический ток передается через металл без потерь. Так открыли сверхпроводимость.

Затем ее наблюдали в некоторых других металлах и сплавах. Температура перехода в это состояние, названная критической, несколько различалась, но всегда была экстремально низкой, достижимой лишь в лабораторных криогенных установках с помощью жидкого гелия.

Ситуация изменилась в 1986-м, когда сотрудники научного подразделения корпорации IBM Карл Мюллер и Георг Беднорц открыли первый высокотемпературный сверхпроводник — купрат лантана и бария. Уже на следующий год им за это присудили Нобелевскую премию.
Высокотемпературными считаются сверхпроводники при температуре не ниже 77 кельвинов. Это точка кипения жидкого азота, которым в промышленности охлаждают приборы и провода.

Сверхпроводниками оказались и другие купраты. Самый известный — BSCCO, или, как его называют физики, "биско" — "сэндвич" из слоев оксидов висмута, стронция, меди и чистого кальция.

С этими материалами связаны уникальные разработки в электротехнике, энергетике, транспорте — системы передачи энергии на огромные расстояния без потерь, бесконтактные высокоскоростные поезда, сверхсильные магниты, используемые в термоядерных реакторах, двигатели для межпланетных космических кораблей.

Загадка "странных металлов"

Хотя купраты уже активно применяют — например, десятки километров проводов из BSCCO в Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, — ученые до сих пор до конца не разобрались с физическим механизмом их высокотемпературной сверхпроводимости.

Классическая теория БКШ, названная в честь ее авторов — американских физиков Джона Бардина, Леона Купера и Джона Шриффера, хорошо объясняет сверхпроводимость при температуре выше 30 кельвинов, а некоторые купраты сохраняют это качество до 130 кельвинов.

Но и при более высоких температурах, когда сверхпроводимость пропадает, купраты сильно отличаются от обычных металлов. Например, их электрическое сопротивление с понижением температуры падает линейно, а не пропорционально квадрату разницы температур. Это противоречит теории ферми-жидкости, разработанной советским физиком Львом Ландау в 1956 году.

Электроны в металлах при низких температурах ведут себя подобно частицам электронного газа, а взаимодействия между такими квазичастицами — фермионами — описывают уравнения квантовой механики. Теория ферми-жидкости подтверждается для всех металлов, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни, но не работает для купратов. Поэтому физики выделили их в отдельную группу "странных металлов".

В отличие от обычных металлов, в которых электроны перемещаются свободно при небольшом количестве взаимодействий и небольшом сопротивлении, в "странных" они передвигаются медленно и на ограниченное расстояние. При этом очень активно рассеивают энергию. "Странные металлы" находятся где-то между классическими металлами и изоляторами, у которых сильно взаимодействующие электроны занимают фиксированные позиции.

В последние годы ученые обнаружили множество "странных металлов", но без сверхпроводимости. Ситуация с купратами стала еще более загадочной.

Физик-теоретик Ян Заанен из Лейденского университета в Нидерландах предположил, что в "странных металлах" нарушается принцип Паули, согласно которому два и более тождественных фермиона не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии. Заанен назвал это "физикой нечастиц", а состояние вещества в высокотемпературных сверхпроводниках — "запутанной сжимаемой квантовой материей". Ученый считает, что в "странных металлах" частицы, с одной стороны, проявляют черты коллективного поведения, а с другой — запутываются друг с другом.

Еще одна гипотеза описывает поведение электронов в "странных металлах" по аналогии с так называемыми изоляторами Мотта — кристаллическими веществами, которые в соответствии с обычной теорией электрической проводимости должны быть проводниками. Их электроны находятся в узлах кристаллической решетки, ровно по одному на узел, а когда появляются дополнительные, изоляторы Мотта сразу превращаются в сверхпроводники.

Сверхпроводящие полуметаллы

Сильное магнитное поле подавляет сверхпроводимость. Ученые из США, Германии и Колумбии во главе с Аркадием Шехтером (США) решили посмотреть, как поведут себя купраты при низких температурах в магнитных полях — станут ли они похожи на обычные металлы, потеряв сверхпроводящие свойства.

Физики подняли напряженность поля до огромных значений в 60-70 тесла, но оказалось, что и в таких условиях сопротивление в зависимости от напряженности магнитного поля, как и от температуры, меняется линейно, а не в соответствии с квадратичным законом, как полагается "нормальным" металлам. То есть они вроде бы и проявляют свойства металлов, но как-то неохотно, вполсилы.

Новое состояние материи

Многие исследователи, в том числе Заанен, считают, что поведение электронов в "странных металлах", еще называемых квантовыми критическими металлами, настолько сложно, что создать его модель под силу только квантовым компьютерам.

"Это потенциально революционный этап в фундаментальной физике, — пишет ученый на своей странице сайта Лейденского университета. — Спустя тридцать лет все больше свидетельств того, что высокотемпературная сверхпроводимость указывает на радикально новую форму материи, которая определяется последствиями квантовой запутанности в макроскопическом мире".

Тем не менее американские физики из Корнельского университета и Института Флэтайрон в Нью-Йорке сообщили, что построили первую цифровую модель "странных металлов", которая подтвердила предположение нидерландского ученого о том, что это новое состояние материи, переходная форма между классическими проводящими металлами и изоляторами.

Исследователи соединили два подхода. С помощью метода квантового встраивания, разработанного в 1990-х в Центре вычислительной квантовой физики Института Флэтайрон, выполнили подробные расчеты для нескольких атомов, а не для всей квантовой системы.

Затем, используя квантовый алгоритм Монте-Карло, который полагается на случайную выборку, создали модель поведения электронов при сверхнизких температурах, вплоть до абсолютного нуля.

В классической модели металлов при низкой кинетической энергии положение электронов становится более фиксированным, и система из так называемого состояния спинового стекла, для которого характерны случайные спиновые взаимодействия, переходит в состояние изолятора. А когда кинетическая энергия высокая, электроны движутся свободно, слабо взаимодействуя, и система переходит в состояние ферми-жидкости.

Меняя соотношение между кинетической энергией и энергией взаимодействия электронов, ученые довели модельную систему до грани между обычным металлом и изолятором. В этот момент и появились "странные металлы". На диаграмме выявили область между двумя известными фазами, где электроны не полностью заблокированы, но и не полностью свободны.

Теперь предстоит придумать официальное название новому состоянию вещества.

204

Разгром "врага" в Черном море: как завершились учения "Кавказ-2020" в Абхазии

0
(обновлено 20:03 26.09.2020)
Крупномасштабные стратегические командно-штабные учения проходили на территории Абхазии в горах и на побережье Черного моря.

СУХУМ, 26 сен - Sputnik. Военнослужащие Южного военного округа (ЮВО) совместно с военнослужащими Министерства обороны Абхазии, МЧС и СГБ приняли участие в крупномасштабных совместных стратегических командно-штабных учениях "Кавказ-2020", сообщает пресс-служба ЮВО. 

Завершающим этапом учений стало массированное огневое поражение военнослужащими совместной группировки российских и абхазских войск вооруженных формирований (НВФ) в акватории Черного моря.

Стрельба по "противнику" велась с береговой линии полигона "Нагвалоу" из орудий танков Т-72Б3 и БТР-82АМ, САУ 2С3 "Акация", РСЗО "Град", 122-миллиметровой гаубицы Д-30, 120-миллиметровых минометов "Сани". Всего было поражено более одной тысячи морских целей, израсходовано порядка 20 тысяч боеприпасов крупного калибра.

© Sputnik Пресс-служба ЮВО
Крупномасштабные стратегические командно-штабные учения "Кавказ-2020" в Абхазии завершились разгромом НВФ в море

В общей сложности в маневрах на территории Республики Абхазия приняли участие более 1,5 тысячи военнослужащих, задействовано около 500 единиц различной современной техники совместных разнородных сил России и Абхазии. В том числе авиация двух стран в составе российских вертолетов КА-52 "Аллигатор", МИ-8АМТШ "Терминатор" и абхазских МИ-8 и МИ-24.

Учения "Кавказ-2020" проходили в период с 21 по 26 сентября 2020 года.

Читайте также:

 

0