Смерч — детище грозового облака. Обильные пары воды, попавшие в облако из нижних слоев тропосферы, конденсируются и выделяют теплоту конденсации. За счет этого воздух оказывается теплее и легче окружающего более сухого воздуха, и ввысь устремляется мощный восходящий поток.

Облако становится резко неустойчивым, в нем возникают стремительные восходящие потоки теплого воздуха, которые выносят массы влаги на высоту 12— 15 км, и столь же стремительные холодные нисходящие потоки, которые обрушиваются вниз под тяжестью образовавшихся масс дождя и града, сильно охлажденных в верхних слоях тропосферы.

Иногда грозовое облако образуется в результате “косого” столкновения теплого и холодного воздушных потоков, в результате чего оно приобретает вращение вокруг вертикальной оси. В таком облаке восходящие и нисходящие потоки направлены не по вертикали, а закручены вокруг общей вертикальной оси, формируя особый двухслойный вихрь высотой 12—15 км и диаметром 3—5 км, так называемый мезоциклон (рис. а ). Более холодный и потому более плотный нисходящий поток, пропитанный дождем и градом, образует внешний слой вихря, а восходящий теплый влажный поток размещается внутри него и вращается в ту же сторону, что и внешний слой.

дождя и града, то они выпадают из облака вниз в виде тонкослойной конической или цилиндрической воронки смерча ( рис. б) Интенсивное образование града, крупных капель и выбрасывание их из стенок вихря приводит к резкому уменьшению диаметра воронки до 1—1,5 км, а также к резкому возрастанию скорости вращения стенок воронки. Когда образовавшаяся воронка становится тяжелее вытесненного ею воздуха, она обрушивается на землю (рис в.).

Так рождается обычный смерч, который существует за счет ресурсов материнского облака. Он может превратиться в катастрофический, но только при определенных условиях. Каких же? Чтобы ответить на этот вопрос, нам придется сделать небольшое отступление.

Известно, что температура воздуха в атмосфере постепенно понижается с высотой. Это фундаментальное свойство любой газовой среды, находящейся в поле тяготения, и связано оно с тем, что воздух в атмосфере постоянно перемешивается и при своем движении вверх расширяется и охлаждается (поскольку давление падает с высотой), а при движении вниз, соответственно, нагревается. Градиент температуры Т' выражается известной формулой: Т' = - ( g / R0 )*[ ( x-1 ) / x ], где R0 = 287 Дж/кг, град - универсальная газовая постоянная, g - ускорение свободного падения, х — коэффициент адиабаты. Для двухатомного газа, каковым является воздух, х=1,4, следовательно, Т'=9,8 град/км. Полный перепад температуры составляет 70—80o и на высоте 12—15 км царит 50—60-градусный мороз.

Теперь, вооружившись этими сведениями, попробуем ответить на поставленный вопрос. Мы уже говорили, что при столкновении с препятствием кромка воронки рвется и скорость ее вращения резко возрастает. Внутри воронки создается такое разрежение, что она в состоянии поднять на большую высоту воду непосредственно с поверхности земли. Если вода, попав в материнское облако, будет превращаться в град, то процесс захвата воды может стать неудержимым, катастрофическим: чем больше будет поднято воды, тем больше выделится тепла, тем более мощным будет поток восходящего воздуха и т. д.( рис г)

Достаточно всего 200— 300 г воды на 1 м3 воздуха, чтобы из-за выделения теплоты перехода вода — лед температура воздуха внутри воронки не падала ниже 0oC даже на высоте 12—15 км, где мороз, как мы уже говорили, достигает 60oC. Резкий перепад температур снаружи и внутри смерча и создает ту силу, которая поддерживает восходящий и нисходящий потоки в смерче. В результате смерч самостоятельно, теперь уже независимо от ресурсов материнского облака, снабжает себя водой, которая ему необходима и для компенсации энергетических затрат, и для восполнения ее убыли из стенок. Более того, смерч часто сам создает над собой новое облако, которое в дальнейшем сопутствует ему, были бы только на пути речки, озера, болота.