Fysikk og Fascinasjon

en blogg om ny og gammel forskning, og om den fantastiske naturen


Legg igjen en kommentar

Hvordan en tornado oppstår, og hva det har med kakao å gjøre.

Etter den ekstreme tornadoen som herjet i Oklahoma forrige uke fikk jeg lyst til å skrive om hvordan tornadoer blir til, men så ble jeg altså så fascinert av dette med adiabatisk nedkjøling at jeg ble nødt til å skrive om kakao først. Her kommer altså tornadohistorien.

Jeg har dessverre (?) ingen tornadobilder jeg har tatt selv, så dette bildet er fra Wikipedias side om tornadoer.

Jeg har dessverre (?) ingen tornadobilder jeg har tatt selv, så dette bildet er fra Wikipedias side om tornadoer.

Hvordan har det seg egentlig at så mye faenskap kan klumpe seg sammen på en plass i lufta, og fyke rundt og gjøre skade?

Vanligvis er det jo sånn at ting har en tendens til å spre seg utover. Rot, for eksempel. Det er veldig lett å få et gjevnt lag med lego i hele stua, men det krever mer innsats å få den tilbake i kassa. Vind pleier å ha den samme effekten: Har du raket sammen en svær haug med løv og overlater den til seg selv, vil den etterhvert være spredt (for alle vinder!). Vinden kommer ikke og samler sammen løvet for deg. Men når en tornado oppstår er det akkurat som om vinden samler seg på et sted, ikke for å rydde i hagen, men for å gjøre mest mulig ugagn.

Det er egentlig sånne prosesser som gjør planeten vår til det spennende stedet den faktisk er. Hadde alt bare spredt seg utover, hadde jorda vært flat og grå. Noen ganger fungerer heldigvis naturen sånn at en ting på ett sted fører til mer av den samme tingen på det samme stedet. Dette kalles for en selvforsterkende prosess, eller en ustabilitet. Rennende vann er et typisk eksempel. Når vannet har fått begynne å grave ett sted, gjør det at det blir lettere for mer vann å renne akkurat der, så får du gravd bort mer, du får mer vann, og vips har du fått ett nytt elveleie.

For å danne en tornado er vi nødt til å ha en eller flere selvforsterkende prosesser. Vi må også ha en kilde til energi. Hus kan ikke bli ødelagte helt av seg selv.

På jordoverflaten er det nesten alltid sola som står for energien. Når flomvann gjør ødeleggelser har sola først brukt energi på å flytte vann fra havet og høyt opp på land. Det er denne energien vannet kan bruke til å flytte hus når det renner nedover mot havet igjen. Energien som skal brukes i tornadoen ligger lagret i varm, fuktig luft ved bakken. Da lufta lå over Mexicogulfen, brukte sola energi på å rive vannmolekyler løs havoverflaten og sende dem opp i lufta. Dette er energi som kan bli frigjort om vannmolekylene setter seg sammen og blir til flytende vann igjen. Sola har også brukt energi på å varme opp lufta, både da den lå over havet og etter at den flyttet seg nordover og ble liggende over prærien i Oklahoma.

I Oklahoma møtes ofte denne varme, fuktige lufta sørfra med tørr, kjølig luft fra nord. Kald luft er tyngre enn varm luft, så når den kalde lufta flytter seg sørover, sklir den langs bakken og dytter den varme lufta opp.

Når den varme lufta stiger oppover, kommer den etterhvert opp i luft som har mindre trykk enn den selv. Og akkurat som når lufta du blåser med munnen blir kald fordi den utvider seg, bruker denne lufta en del av den varmeenergien den har fått fra sola til å utvide seg og dytte vekk lufta rundt seg, og den blir kaldere. Kald luft har ikke plass til like mye vanndamp i seg som det varm luft har. Når lufta blir avkjølt, begynner vannmolekylene å klumpe seg sammen på ørsmå partikler og bli til vanndråper. Da frigjøres energien som ble brukt til å fordampe vannet over havet, og den energien gjør at lufta blir varmere, igjen. Når den blir varmere, blir den igjen lettere enn lufta rundt seg – og den stiger videre oppover. Den kan selvfølgelig ikke bare stige opp og etterlate seg et tomrom, så lufta lenger ned blir trukket oppover. Dette er altså en selvforsterkende mekanisme. Luft stiger, vanndråper dannes, lufta stiger mer, trekker med seg mer luft, som igjen utvider seg og lager vann og vil stige, og trekker mer, og så videre.

Når vanndråpene som dannes blir store nok vil de begynne å dette ned som regn. Dette vil etterhvert avkjøle lufta og bakken under slik at mekanismen som løfter luft oppover stoppes. Men, om det er litt vind høyt oppe som dytter regnet vekk fra den stigende lufta, vil du få en sirkulasjon der luft stiger opp ett sted, og regn detter ned et annet sted. Er det i tillegg sånn at vinden blåser litt fortere på den ene siden enn den andre, kan dette systemet begynne å rotere. Da blir det omtrent som en snurrebass – har du først fått noe til å begynne å snurre, er det ikke så lett å stoppe det. Og nå kan situasjonen bli virkelig farlig. Luft suges inn fra sidene og oppover, kald luft og regn faller ned på sidene, det hele roterer og flytter seg og kan suge med seg hus, biler, kuer og trær når det farer forbi. Jo mer varm og fuktig luft som er tilgjengelig langs bakken, og jo tørrere og kaldere lufta rundt er, jo lengre kan tornadoen holde på.

Det som gjør tornadoen synlig er vanndråpene som er kondensert i den kalde lufta, akkurat som i en sky. Nederst ser man selvfølgelig også støv som blir virvlet opp.

Advertisements


5 kommentarer

Tidevannet er en bølge med bølgelengde like stor som halve jordas omkrets

Ja, nemlig.

For den tid tilbake fikk jeg en oppgave der jeg ble nødt til å lære meg en del om tidevann, noe jeg aldri har hatt noe særlig forhold til. Da lærte jeg mye spennende. Hør bare:

Vi har alle lært at tidevannet skyldes at månen trekker på havene. Månen bruker litt over et døgn på en runde rundt jorda. Men hvor mange ganger har vi høyvann i løpet av et døgn? To! Det er høyvann både på den siden av jorda som vender mot månen, og den som er lengst bort fra månen.

Gravitasjonskraften, som er den kraften som månen trekker på oss med, er mye kraftigere når ting er nære hverandre enn når de er langt fra hverandre. Når månen står et bestemt sted i forhold til jorda, trekker den
mest på vannet på den siden av jorda som vender mot den
litt mindre på selve jorda
og minst på vannet på den siden av jorda som vender bort fra månen.
Dette resulterer i at vannet buler ut mot månen, fordi det blir trukket mot den, men også at det buler vekk fra månen, fordi jorda blir trukket vekk fra vannet. Disse bulene danner to topper i en bølge med bølgelengde som er så stor som halve jordas omkrets, og de beveger seg rundt jorda i takt med månen. Når jorda, sola og månen står på linje gjør effekten fra sola i tillegg til månen at vi får ekstra høyt tidevann, springflo.

bilde: Shortlake's Hobby (flickr)

Tidevannsforskjell i Bay of Fundy. bilde: Shortlake’s Hobby (flickr)

Den store tidevannsforskjellen i Bay of Fundy har gitt opphav til spesielle fiskemetoder. (Bilde fra Macmillans "Tides", 1966)

Den store tidevannsforskjellen i Bay of Fundy har gitt opphav til spesielle fiskemetoder. (Bilde fra Macmillans «Tides», 1966)

Noen steder på jorda, som i Oslofjorden, eller i Middelhavet, er tidevannet ganske kjedelig. Det er nesten ingen forskjell på høyvann og lavvann. Andre steder er forskjellen dramatisk. Det stedet på jorda som har størst forskjell på flo og fjære er Bay of Fundy, på østkysten av Canada. Her er spennet på hele 14,5 meter.

Som sagt er det nesten ikke tidevannsforskjell i Middelhavet. I Atlanterhavet har vi to omtrent like høyvann i døgnet, mens i Stillehavet har man en høy flo etterfulgt av en lavere flo. Vi kan forstå dette ved å tenke på verdenshavene som bøtter av forskjellig størrelse. Når du bærer en bøtte full av vann, gjelder det å unngå at det begynner å skvalpe. Svinger du på bøtta i akkurat feil takt, vil bølgen i bøtta forsterkes og vannet skvalper ut over sidene. Da har du truffet bøttas egenfrekvens. Tilfeldigvis er det sånn at Stillehavet har en egenfrekvens på omtrent et døgn, slik at annenhver flo forsterkes. Atlanterhavet er halvparten så stort, og liker bedre svingninger på et halvt døgn. Derfor blir begge tidevannene like store. Egenfrekvensen til Middelhavet passer ikke med tidevannet i det hele tatt, så ingenting forsterkes og vannet holder seg ganske flatt. (Dette ble en ulempe for romerne da de kom med galeiene sine og skulle innta de britiske øyer. Innbyggerne der kunne dra nytte av den store tidevannsforskjellen som romerne ikke hadde noen erfaring med.)

Kartet under er lånt herfra.
Det viser flere fascinerende ting:
– Hvor tidevannsforskjellen er stor (røde farger) og hvor den er lav (blå farger)
– De hvite linjene er områder som alltid har høyvann på samme tid. Man kan tenke seg at den hvite linja viser hvor toppen av tidevannbølgen befinner seg på ett bestemt tidspunkt. Tidsforskjellen mellom hver linje er en time.
– På grunn av jordrotasjonen beveger tidevannsbølgen seg rundt noe som kalles amfidromiske punkter. Det er punktene der de hvite linjene møtes. I disse punktene er det konstant høyvann.
M2_tidal_constituent