ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Ядерные взрывы в атмосфере из "Сейсмические морские волны цунами " Однако область г = Я, в которой 1с Ь, не является бесконечно малой, а представляет некоторый переходный слой толщины, скажем, й. Строго говоря, в пределах этого переходного слоя должны применяться уравнения Больцмана. При с1 Ь слой ведет себя в основном как область с большой вязкостью, где волны с периодами меньше 10 мин быстро затухают. Другое соображение состоит в том, что на высотах, рассматриваемых здесь, из-за большой ионизации могут происходить гидромагнитные взаимодействия. Однако Данги [149], Фейер [162] и Хайнс [229] показали, что эти взаимодействия эффективны только для периодов больших или равных 3 ч. Следовательно, можно считать, что атмосфера является некоторым окном для поверхностных гравитационных волн с периодами от 10 до 200 мин. [c.352] Рассмотрим простую математическую модель Толстого и Пана [633] для длин волн 300 км, обратив особое внимание на те стороны распространения волн, о которых стало известно после недавних наблюдений с помощью микробарографа. При этих наблюдениях удалось зафиксировать движения волн со скоростью 600 м/с с максимумом энергии в области 15-минутного периода. [c.352] Мы были ограничены двух- и четырехслойными моделями, иллюстрирующими влияние сжимаемости, верхнего граничного условия, вращения Земли и стратификации на распространение волн больших периодов. В рамках ограничений, связанных с учетом небольшого числа слоев, мы использовали модели, параметры которых отражали реальное вертикальное распределение частоты Вяйсяля, плотности и скорости звука в атмосфере Земли . [c.353] По-видимому, основная трудность связана с интерпретацией регистрируемого значения давления. Харкридер и Уэллс [199] показали, что наблюдаемые перепады давления от пика волны до подошвы в 10—100 мкбар соответствуют нереально большим вертикальным движениям в атмосфере на высотах более 100 км. Другие расчеты с применением простых моделей в целом подтвердили их вывод. Толстой и Пан [633] объяснили это неучетом аномальной зоны на высоте ПО—200 км и влияния ветров на больших высотах. Если принять во внимание эти факторы, все затруднения исчезают, т. е. вертикальные движения атмосферы на высотах выше 100 км, соответствующие ко-лобаниям приземного давления в 10—100 мкбар, не должны быть невероятно большими. [c.353] Впоследствии Толстой и Пан рассмотрели вопрос о затухании поверхностных гравитационных волн и показали, что для нулевой и первой моды колебаний в диапазоне периодов более 10 мин затухание незначительно. [c.353] Лиу и Ие [363] исследовали возбуждение акустико-гравитационных волн в изотермической невращающейся атмосфере. Однако в связи с тем, что эта модель сильно идеализирована, она не рассматривается здесь. В 1972 г. эти же авторы опубликовали подробный обзор распространения волн в ионосфере. [c.353] Прежде чем приступить к обсуждению акустико-гравита-ционных волн, которые могут образоваться после ядерных взрывов в атмосфере, укажем на некоторые обидие свойства таких взрывов. Взрывом называется выделение большого количества энергии в малом объеме за короткий период времени [180]. Это быстрое выделение энергии при обычных взрывах или при взрыве ядерных материалов приводит к такому сильному росту температуры и давления, что все веш,ества в непосредственной близости переходят в раскаленное и сжатое газообразное состояние. При высоких температурах и давлениях эти газы быстро расширяются и образуют ударную волну давления. Однако этот термин используется только для подземных и подводных взрывов, в то время как для взрывов в атмосфере используется термин взрывная волна . [c.354] Количество энергии (относительно обш.ей энергии взрыва), которое в виде тепловой энергии достигает некоторой точки на определенном расстоянии от места взрыва, определяется прежде всего двумя факторами типом ядерного устройства и характером окружаюп ей среды. В высоких разреженных слоях атмосферы масса воздуха, взаимодействуюндего с взрывом, мала и сравнительно небольшая доля ядерной энергии расходуется на взрывную волну по сравнению с долей, переходящей в тепло. С другой стороны, на сравнительно небольших высотах (30,5 км) около 50 % всей энергии идет на образование взрывной волны, 35 % переходит в тепло, 5 % тратится на проникающую радиацию и остаток энергии (10%) расходуется на остаточную радиацию. В экстремальном случае подземного взрыва лишь небольшое количество теплового излучения выделяется в атмосферу. [c.354] Гласстоун [180] выделил пять видов ядерных взрывов воздушный, высотный, подводный, подземный и наземный. В основу этой классификации положено различие в расстоянии возникающего при взрыве огненного шара от поверхности земли. Огненный шар представляет собой раскаленную светящуюся массу приблизительно сферической формы, образованную остатками взрывного устройства и большим количеством поднятого груза, воды или пыли. [c.354] Взрыв в атмосфере на высоте не более 30,5 км, сопровождаемый огненным шаром, который во время своего максимального свечения не касается поверхности земли, называется воздушным взрывом. Гласстоун указывает, что при взрыве ядерного устройства мощностью 1,02-10 кгм может образоваться огненный шар радиусом в 0,88 км. [c.354] Основываясь на работе Гласстоуна [180], определим некоторые понятия. Превышение в ударной волне стандартного атмосферного давления на 101,4 кН/м (6,895 кН1и = фунт на кв. дюйм) называется избыточным давлением. Наибольший материальный ущерб при ядерном взрыве наносит именно ударная, или взрывная, волна. Поскольку результирующая сила, действующая на сооружение, возникает при разнице в давлении воздуха на различные поверхности этого сооружения, то при оценке разрушающего воздействия ударной волны следует рассматривать избыточное давление. На фронте ударной волны избыточное давление имеет максимальное значение и называется пиковым избыточным давлением. По мере движения ударной волны от места образования избыточное давление во фронтальной зоне непрерывно уменьшается и через короткий промежуток времени (когда фронт ударной волны распространился на некоторое расстояние от огненного шара) давление позади фронта становится меньше атмосферного. Это — так называемая отрицательная фаза ударной волны. Другим важным параметром является динамическое давление, или скоростной напор, значение которого пропорционально скорости ветра и плотности воздуха за фронтом ударной волны. [c.355] Ионизация — явление образования в ионосфере ионных пар из отрицательных электронов и положительных ионов. В ионосфере можно выделить три основных области — О, Е к Р. В дневное время, особенно летом, слой Р разделяется на слои р1 и р2. В каждой области плотность электронов имеет максимум. Однако с высотой плотность электронов в общем растет, и поэтому в области Р она больше, чем в области ,3 8 области Е больше, чем в области О. [c.355] Воздействие ядерного взрыва на атмосферную ионизацию в основном связано с ростом плотности электронов в районе взрыва. Увеличение числа электронов может привести к нарушению всех видов электромагнитной связи, либо вызывая ослабление сигнала, либо меняя направление распространения сигнала из-за рефракции. [c.356] Донн и Шоу [146] исследовали последствия ядерных испытаний в атмосфере, проведенных в СССР и США в 1952— 1962 гг. Основываясь на данных, собранных глобальной сетью станций, созданной Геологической обсерваторией Колумбийского университета, они пришли к интересным выводам о волнах давления, образованных этими взрывами. [c.356] В самом деле, эффекты, наблюдаемые при высотных ядерных взрывах, напоминают те, которые имели место при мощном извержении вулкана Кракатау в 1883 г. (см. главу 2) или при падении Тунгусского метеорита в 1908 г. Во время этих катастроф образовавшиеся в атмосфере волны давления значительных амплитуд несколько раз обогнули земной шар. [c.356] Донн и Шоу имели в распоряжении 208 записей 45 ядерных взрывов, полученных с помощью высокочувствительных микробарографов, установленных на 15 станциях. Используя при анализе данных дисперсионные соотношения для акустико-гравитационных волн в атмосфере, авторы пришли к следующему выводу образовавшаяся на месте взрыва сферическая волна, которая затем из-за слоистого строения атмосферы преобразуется в цилиндрическую волну, состоит из широкого спектра волн давления, частоты которого охватывают диапазоны от слышимого звука до 0,02 Гц. Распространение волн от источника их образования происходит примерно со скоростью звука в воздухе. На расстоянии в тысячу и более километров спектр становится значительно более узким и наибольшая различимая частота составляет всего около 0,03 Гц (т. е. имеет период около 30 с). Для таких инфразвуковых волн удобнее оперировать значениями периодов, чем частот. Эти волны называют также акустико-гравитационными волнами, так как характеристики их распространения определяются как силой тяжести, так и акустическими свойствами атмосферы. [c.356] Даниэле и другие [129] исследовали вертикальное распространение ударных волн в ионосфере, вызванных наземными ядерными взрывами. Они объяснили появление нарушений в записях состояния ионосферы действием запаздывающих звуковых волн. Даниэле и Харрис [130] дали другое объяснение тем же записям, рассматривая ударную волну как обычную гидродинамическую. Кроме этого, они отметили, что амплитуда давления этой распространяющейся вверх ударной волны была настолько велика, что ее можно было зафиксировать с помощью акустических методов. [c.357] Вернуться к основной статье