Wie Tornados funktionieren

Ein Tornado trifft Pampa, Texas. Weitere Bilder von Naturkatastrophen. Alan R. Möller / Stein / Getty Images

Mythen sind voller fantastischer und zerstörerischer Kreaturen. Wenn es kein Engel auf Stadtebene ist, dann schlendern Riesen rachsüchtig in ahnungslose Städte. In Wirklichkeit sind alle Katastrophen, denen wir begegnen können, auf natürliche Phänomene und den menschlichen Willen zurückzuführen. Aber von allen zerstörerischen Kräften in unserer Welt ähnelt keine der Wildheit und Form dieser mythischen Monster, ganz wie Tornados. Diese Stürme steigen wie ein Dolch aus den Wolken. Sie überragen die höchsten Gebäude wie Titanen. Und wenn sie auf ihre Umgebung einschlagen, scheinen sie oft mit böswilliger, achtsamer Absicht zu handeln.

-Wenn Sie Angst und Aberglauben haben, stehen Sie immer noch vor einer der beeindruckendsten Sehenswürdigkeiten der Natur. Diese sich drehenden Sturmsäulen können Windgeschwindigkeiten von 512 kp-h erreichen und einen Durchmesser von mehreren Kilometern messen, wodurch die Erde vernarbt und Häuser und Gebäude dezimiert werden. In einigen Teilen der Welt treten diese starken Stürme jedoch regelmäßig auf. Allein in den USA treten jährlich mehr als 1.000 Tornados auf, und die Stürme wurden auf allen Kontinenten außer der Antarktis gemeldet [Quelle: Tarbuck].

Während die meisten Stürme schwach sind und in dünn besiedelten Gebieten auftreten, sind Tornados dafür bekannt, große Ballungsräume zu treffen, und sie haben vielen Städten schwere Verluste zugefügt. 1925 traf der berüchtigte US-amerikanische Tristate Twister Teile von Missouri, Illinois und Indiana und forderte 695 Todesopfer.

Inhalt

1. Was Ihre Badewanne Ihnen über Tornados beibringen kann
2. Tornados und Gewitter
3. Tornado-Bewertungen

Die Mechanik eines einfachen Badewannen-Whirlpools ist dem Wirbel eines Tornados sehr ähnlich. Darryl Torckler / Die Bilddatenbank / Getty Images

Wenn Sie jemals einen Whirlpool in Ihrer Badewanne oder in Ihrem Waschbecken gesehen haben, während Sie das Wasser abgelassen haben, haben Sie die Grundlagen eines Tornados bei der Arbeit gesehen. Whirlpool eines Abflusses, auch bekannt als Wirbel, bildet sich aufgrund des Abwinds, den der Abfluss im Gewässer erzeugt. Der Abwärtsstrom des Wassers in den Abfluss beginnt sich zu drehen, und wenn sich die Drehung beschleunigt, bildet sich ein Wirbel.

Warum beginnt sich das Wasser zu drehen? Es gibt viele Erklärungen, aber hier ist eine Möglichkeit, darüber nachzudenken. Stellen Sie sich vor, Sie wären ein Partikel im Wasser, das plötzlich in Richtung des vom Abfluss erzeugten Soges gezogen wird. Zuerst würden Sie feststellen, dass Sie in Richtung Abfluss beschleunigen. Dann gibt es buchstäblich eine Wendung. Aufgrund Ihres vorherigen Impulses und der Anzahl anderer Partikel, die gleichzeitig in Richtung Abfluss strömen, besteht die Möglichkeit, dass Sie bei Ihrer Ankunft auf eine Seite des Saugpunkts gedrückt werden. Diese Ablenkung versetzt Sie auf einen spiralförmigen Weg in den Saugpunkt, wie eine Motte, die sich einem Licht nähert. Sobald die Spirale in eine Richtung begonnen hat, beeinflusst sie tendenziell alle anderen Partikel, sobald sie ankommen. Es entsteht eine sehr starke Spiraltendenz. Schließlich gibt es genug spiralförmige Energie, um einen Wirbel zu erzeugen.

Wirbel sind offensichtlich ein weit verbreitetes Phänomen. Immerhin sieht man sie die ganze Zeit in Wannen und Waschbecken. Klein Staubteufel Manchmal bilden sich Winde über heiße Wüsten, und es ist bekannt, dass Waldbrände Kletterwirbel aus Flammen und Asche erzeugen Feuer wirbelt. Wissenschaftler haben sogar Staubteufel auf dem Mars beobachtet und entdeckt Solartornados aus der Sonne peitschen.

In einem Tornado passiert dasselbe wie in unserem Beispiel für eine Badewanne, außer mit Luft anstelle von Wasser. Ein Großteil der Windmuster der Erde wird von Niederdruckzentren bestimmt, die kühlere Hochdruckluft aus der Umgebung ansaugen. Dieser Luftstrom drückt die Niederdruckluft in höhere Höhen, aber dann erwärmt sich die Luft und wird auch von der gesamten dahinter liegenden Luft nach oben gedrückt. Der Luftdruck in einem Tornado ist bis zu 10 Prozent niedriger als der der Umgebungsluft, wodurch die Umgebungsluft noch schneller einströmt.

Ein Tornado steigt vom Mesozyklon eines Gewitters über New Mexico herab. A. T. Willett / Die Bilddatenbank / -Getty Images

-Tornados entstehen nicht nur - sie entstehen aus Gewittern, bei denen bereits ein warmer Aufwärtsstrom warmer Luft mit niedrigem Druck vorhanden ist, um die Dinge in Gang zu bringen. Es ist wie wenn ein Rockkonzert in Aufruhr ausbricht. Die Bedingungen waren bereits volatil; Sie eskalierten lediglich zu etwas noch Gefährlicherem.

-Gewitter bilden sich wie viele andere Wolken selbst: Eine warme, feuchte Luftmasse steigt auf und kühlt ab, wodurch der Wasserdampf zu Wolken kondensiert. Wenn der Aufwind jedoch anhält, wächst diese Wolkenmasse weiter und steigt 12.192 m oder mehr in die Höhe Troposphäre, Die unterste Schicht der Atmosphäre, in der wir leben. Eine typische Gewitterwolke kann eine enorme Menge an Energie ansammeln. Wenn die Bedingungen stimmen, erzeugt diese Energie einen enormen Aufwind in die Wolke, aber woher kommt die Energie?

Wolken entstehen, wenn Wasserdampf in der Luft kondensiert. Diese Änderung des physikalischen Zustands setzt Wärme frei und Wärme ist eine Form von Energie. Ein Großteil der Energie eines Gewitters ist das Ergebnis der Kondensation, die die Wolke bildet. Jedes Gramm kondensiertes Wasser führt zu etwa 600 Kalorien Wärme - und weitere 80 Kalorien Wärme pro Gramm Wasser entstehen durch Gefrieren in der oberen Atmosphäre. Diese Energie erhöht die Aufwindtemperatur sowie die kinetische Energie der Luftbewegung nach oben und unten. Das durchschnittliche Gewitter setzt rund 10.000.000 Kilowattstunden Energie frei - das entspricht einem 20-Kilotonnen-Atomsprengkopf [Quelle: Britannica].

Im Superzellgewitter, Die Aufwinde sind besonders stark. Wenn sie stark genug sind, kann sich ein Luftwirbel entwickeln, genau wie sich ein Wasserwirbel in einer Spüle bildet. Dieser Vorläufer des Tornados heißt a Mesozyklon, und ist typischerweise 3 bis 10 Kilometer breit. Wenn sich ein Mesozyklon bildet, besteht eine Wahrscheinlichkeit von ungefähr 50 Prozent, dass der Sturm in etwa 30 Minuten zu einem Tornado eskaliert.

Einige Tornados bestehen aus einem einzelnen Wirbel, andere aus mehreren Saugwirbel drehen Sie sich um das Zentrum eines Tornados. Diese Stürme innerhalb eines Sturms mögen kleiner sein und einen Durchmesser von 9 Metern haben, aber sie erfahren extrem starke Rotationsgeschwindigkeiten.

Der Tornado ragt als riesiges, wirbelndes Luftseil aus einer Gewitterwolke. Windgeschwindigkeiten im Bereich von 322 bis 483 km / h sind keine Seltenheit. Wenn der Wirbel den Boden berührt, kann die Geschwindigkeit des wirbelnden Windes (sowie der Aufwind und die Druckunterschiede) enorme Schäden verursachen, Häuser auseinanderreißen und potenziell tödliche Trümmer schleudern.

Der Tornado folgt einem Pfad, der von der Route seiner übergeordneten Gewitterwolke gesteuert wird, und er scheint oft zu hüpfen. Der Hopfen tritt auf, wenn der Wirbel gestört ist. Sie haben wahrscheinlich gesehen, dass es leicht ist, einen Wirbel in der Wanne zu stören, aber dann wird er sich bessern. Dasselbe kann mit dem Wirbel eines Tornados passieren, der dazu führt, dass er zusammenbricht und sich auf seinem Weg reformiert.

Kleinere Tornados gedeihen möglicherweise nur wenige Minuten und bedecken weniger als eine Meile Boden. Größere Stürme können jedoch stundenlang am Boden bleiben, mehr als 150 km zurücklegen und dabei nahezu ununterbrochenen Schaden anrichten.

An diesem Punkt wundern Sie sich vielleicht, wie sich Tornados letztendlich auflösen. Wissenschaftler diskutieren immer noch genau, wie diese tödlichen Stürme sterben, aber einer der Hauptverdächtigen ist kein anderer als das Elterngewitter: der rotierende Mesozyklon. Tornados brauchen Instabilität und Rotation. Unterbrechen Sie den Luftstrom, nehmen Sie ihm Feuchtigkeit ab oder zerstören Sie das instabile Gleichgewicht zwischen heißer und kalter Luft. Er kann nicht funktionieren. Oft stirbt ein Tornado wegen der Kälte Abfluss Luft aus fallendem Niederschlag stört das Gleichgewicht.

Tornados gehören zu den gefährlichsten Stürmen der Erde. Da Meteorologen bestrebt sind, gefährdete Bevölkerungsgruppen durch Frühwarnung zu schützen, können Stürme nach Schweregrad und potenziellem Schaden klassifiziert werden. Tornados wurden ursprünglich auf der bewertet Fujita-Skala, benannt nach seinem Erfinder, dem Meteorologen T. Theodore Fujita von der Universität Chicago. Der Meteorologe erstellte die Skala 1971 auf der Grundlage der Windgeschwindigkeit und der Art des durch einen Tornado verursachten Schadens. Es gab sechs Ebenen auf der ursprünglichen Skala.-

F0

• Windgeschwindigkeit: 64-116 km / h
• Leichter Schaden: Zerreißt Äste von Bäumen; reißt flachwurzelnde Bäume vom Boden; kann Wegweiser, Verkehrszeichen und Schornsteine ​​beschädigen

F1

• Windgeschwindigkeit: 117 - 180 km / h
• Mäßiger Schaden: Dachmaterialien und Vinylverkleidungen können verschoben werden. Mobilheime sind sehr anfällig und können leicht vom Fundament gestoßen oder gestürzt werden. Autofahrer können von der Straße weggeschickt und möglicherweise umgedreht werden

F2

• Windgeschwindigkeit: 181 - 253 km / h
• Beträchtlicher Schaden: Etablierte Bäume können leicht entwurzelt werden. Mobilheime werden dezimiert; ganze Dächer können von Häusern abgerissen werden; Eisenbahnwaggons und LKW-Transporte werden umgeworfen; kleine Gegenstände werden zu gefährlichen Raketen

F3

• Windgeschwindigkeit: 254 - 332 km / h
• Schwerer Schaden: Wälder werden zerstört, da die meisten Bäume vom Boden gerissen werden. ganze Züge werden entgleist und umgeworfen; Wände und Dächer werden aus Häusern gerissen

F4

• Windgeschwindigkeit: 337 - 418 km / h
• Verheerender Schaden: Häuser und andere kleine Gebäude können vollständig zerstört werden. Autos werden durch die Luft geschleudert

F5

• Windgeschwindigkeit: 419 - 512 km / h
• Unglaublicher Schaden: Autos werden zu Projektilen, wenn sie durch die Luft geschleudert werden. ganze Häuser werden vollständig zerstört, nachdem sie vom Fundament gerissen und in die Ferne gestürzt wurden; Stahlbetonkonstruktionen können schwer beschädigt werden [Quelle: NOAA]

Im Februar 2007 wurde die Fujita-Skala durch die erweiterte Fujita-Skala ersetzt. Die neue "EF" -Skala ähnelt ihrer Vorgängerin. Es klassifiziert Tornados in sechs verschiedene Kategorien (EF0 bis EF5 anstelle von F0 bis F5). Wo sich die EF-Skala unterscheidet, ist jedoch die Anzahl der Kriterien, anhand derer das Schadensniveau eines Tornados bewertet wird. Erstens gibt es Schadensindikatoren - Objekte, die im Tornado beschädigt werden können. Diese sind von 1 (kleine Scheunen) bis 28 (Nadelholzbäume) klassifiziert. Jeder Schadensindikator kann auch unterschiedlich sein Grad des Schadens (DODs). Jedes DOD entspricht geschätzten Windgeschwindigkeiten.-

-Zum Beispiel hat ein Motel 10 Grad Schaden, angefangen von zerbrochenen Fenstern (3) über den Einsturz des größten Teils des Daches (6) bis hin zur vollständigen Zerstörung des Gebäudes (10). Wenn die Fenster eines Motels zerbrochen sind, aber keinen größeren Schaden erleiden, beträgt die geschätzte niedrigstmögliche Windgeschwindigkeit 119 km / h, während die geschätzte höchstmögliche Geschwindigkeit 172 km / h beträgt. Meteorologen mitteln diese Geschwindigkeiten, was bedeutet, dass die erwartete Windgeschwindigkeit 143 km / h beträgt. Eine Untersuchung der EF-Skala zeigt, dass 89 Meilen pro Stunde in die Kategorie EF1 fallen, sodass der Tornado als EF1 klassifiziert wird. Weitere Informationen zur EF-Skala finden Sie auf der offiziellen NOAA-Website.

Tornados und explodierende Häuser

Haben Sie jemals gehört, dass ein Tornado Ihr Haus explodieren lassen kann? Dieser besondere Mythos klingt zunächst glaubwürdig. Die Idee ist, dass Tornados einen solchen Abfall des atmosphärischen Drucks verursachen, dass der höhere Druck in Ihrem Haus ihn explodieren lässt, wenn Sie nicht alle Fenster öffnen. Zum Glück für Hausbesitzer ist das nicht wahr. Wenn Sie nicht in einem heruntergekommenen Raumschiff leben, hat Ihr Haus wahrscheinlich genug Belüftung, um eine Explosion zu vermeiden. Alles, was das Öffnen der Fenster bewirkt, ist, dass Trümmer Sie leichter treffen können, während der Sturm durchrollt.

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Weitere großartige Links

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Quellen

• Davis, T. Neil. "Dust Devils Artikel # 227." Alaska Science Forum. 2. Juni 1978. (26. September 2008) http://www.gi.alaska.edu/ScienceForum/ASF2/227.html
• Edwards, Roger. "Die Online-Tornado-FAQ." NOAA. 26. Mai 2008. (2. Oktober 2008) http://www.spc.noaa.gov/faq/tornado/
• "Zu den Überraschungen von SOHO gehören Tornados auf der Sonne." Science Daily. 20. April 1998. (26. September 2008) http://www.sciencedaily.com/releases/1998/04/980430083400.htm
• Swanson, Bob und Doyle Rice. "Während des Brandes in Kalifornien bricht ein Feuerwirbel aus." USA heute. 13. Juli 2006. (26. September 2008) http://blogs.usatoday.com/weather/2006/07/fire_whirl_erup.html
• Tarbuck, Edward und Frederick Lutgens. "Geowissenschaften: Elfte Ausgabe." Pearson Prentice Hall. 2006.
• "Tornado." Britannica Online Encyclopædia. 2008. (26. September 2008) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/599941/tornado
• "Tornado Wissenschaft, Fakten und Geschichte." Live Science. (26. September 2008) -http: //www.livescience.com/environment/050322_tornado_season.html