Небесная лаборатория льда: все о граде

Летом идет дождь, а зимой — снег, все вполне логично. Но почему в жаркую погоду иногда идут грозы с градом? Как получается, что гигантские шарики льда не тают при высоких температурах? Давайте разберемся.

Как образуется град?

Всемирная метеорологическая организация описывает механизм образования града следующим образом. Поднимающийся от земной поверхности в жаркий летний день теплый воздух охлаждается с высотой, а содержащаяся в нем влага конденсируется, и образуется облако.

Переохлажденные капли в облаках встречаются даже при температуре минус 40 °C (высота примерно 8—10 км). Но эти капли очень нестабильны. Поднятые с земной поверхности мельчайшие частицы песка, соли, продукты сгорания и даже бактерии при столкновении с переохлажденными каплями нарушают хрупкий баланс. Переохлажденные капли, вступившие в контакт с твердыми частицами, превращаются в ледяной зародыш градины.

Мелкие градины существуют в верхней половине почти каждого кучево-дождевого облака, но чаще всего такие градины при приближении к земной поверхности тают. Так, если скорость восходящих потоков в кучево-дождевом облаке достигает 40 км/ч, то они не в силах удержать зародившиеся градины, поэтому, проходя сквозь теплый слой воздуха на высоте от 2,4 до 3,6 км, они выпадают из облака в виде мелкого «мягкого» града либо и вовсе в виде дождя. В противном случае восходящие потоки воздуха поднимают мелкие градины до слоев воздуха с температурой от − 10 °C до − 40 °C (высота между 3 и 9 км), диаметр градин начинает расти, достигая порой нескольких сантиметров.

Стоит отметить, что в исключительных случаях скорость восходящих и нисходящих потоков в облаке может достигать 300 км/ч! А чем выше скорость восходящих потоков в кучево-дождевом облаке, тем крупнее град.

Для образования градины размером с шар для гольфа потребуется более 10 миллиардов переохлажденных капель воды, а сама градина должна оставаться в облаке как минимум 5−10 минут, чтобы достичь столь крупного размера. Надо заметить, что на формирование одной капли дождя необходим примерно миллион таких мелких переохлажденных капель.

Градины диаметром более 5 см встречаются в суперячейковых кучево-дождевых облаках, в которых наблюдаются очень мощные восходящие воздушные потоки. Именно суперячейковые грозы порождают смерчи-торнадо, сильные ливни и интенсивные шквалы.

Град выпадает обычно при сильных грозах в теплое время года, когда температура у поверхности Земли не ниже 20 °C.

Град в разрезе

Любопытно, что, если разрезать градину посередине, можно увидеть концентрические кольца, как у дерева, обозначающие каждый слой льда, собранный на своем пути.

Рост града бывает «сухой» или «влажный» — в зависимости от числа переохлажденных капель в облаке, размера града, температуры поверхности града и окружающего воздуха. «Сухой» рост наблюдается в условиях, когда капель вокруг немного, а поверхность града очень холодная — в итоге на ней сублимирует водяной пар из окружающего воздуха, формируется белесый слой льда. На этой стадии град растет достаточно медленно. В условиях большого числа переохлажденных капель и более теплой поверхности града наблюдается быстрый рост: поверхность града подтаивает, к ней активно присоединяются переохлажденные капли из облака. В это время формируется прозрачный слой льда. Это — стадия «влажного» роста.

Обе стадии могут чередоваться во время подъема или горизонтального переноса градин в облаке, что в итоге и приводит к кольцевой структуре градин.

Рис. 1. Кольцевая структура градин: чередование белесого и чистого льда, образующихся во время «сухой» и «влажной» стадий роста града.

Рекорды

Самый крупный град в истории

Самый крупный град выпал на территории американского штата Южная Дакота. Днем и вечером 23 июля 2010 года там шли сильные грозы — особенно они запомнились жителям округов Стэнли, Джонс и Лайман. Сильно пострадал город Вивиен, где помимо грозы был град и торнадо.

После того, как стихия прошла, местные жители начали находить на земле огромные градины. Самую крупную обнаружил Ли Скотт — ледяная глыба оказалась настолько крупной, что на земле образовался ударный кратер диаметром 25 сантиметров. Скотт вызвал экспертов из национальной метеорологической службы, к моменту их приезда диаметр градины составлял 20,3 сантиметра, и это с учетом того, что лед успел растаять.

Рис. 2. Самая крупная официально зарегистрированная градина диаметром 20,3 сантиметра.

Стоит отметить, что в 2018 году на территории аргентинского города Вилья-Карлос-Пас была найдена градина диаметром 18,8 сантиметров, она также претендовала не рекорд, но его официально не признали.

Град — чрезвычайно опасное явление: он появляется очень быстро, и за считанные минуты он способен погубить растения, уничтожить посевы, поранить мелких животных и птиц. Крупные ледяные глыбы могут нанести существенные травмы людям, которые не успевают найти надежное укрытие. Последствиями стихии являются поврежденные машины и дома. В 2020 году в столице Ливии Триполи прошел град диаметром до 18 сантиметров. На фотографиях ниже видно, насколько крупными были градины и какие повреждения они нанесли автомобилям.

Рис 3. Разрушения, которые нанес град в Триполи.

Самый тяжелый град в мире

Самая тяжелая градина из всех зарегистрированных была обнаружена в 1986 году в Бангладеше. Днем 14 апреля, после прошедшего града, на земле нашли глыбу льда массой в 1 килограмм. В результате этого ужасного явления погибло 92 человека.

Тяжелые градины падали и в других частях света. Например, в августе 1958 года на территории французского города Страсбург была найдена градина весом около 0,97 килограммов. Но эта информация взята только со слов очевидцев — официально никто измерения не проводил.

Самый большой слой града

Самый большой слой града был зарегистрирован в городе Селдон (США, штат Канзас), это произошло 3 июня 1959 года. Толщина слоя выпавшего града составила 45 сантиметров. Всего ледяными осколками была покрыта площадь размером 140 квадратных километров.