Coriolis-erő, avagy a ciklonok, hurrikánok és a meteorológia háttér munkása!
Egyesek fejében lehet, hogy megfordult már, hogy vajon a Föld forgásának hatalmas sebessége semmilyen hatással nem bír-e ránk, vagy talán eltűnődött a ciklonok, hurrikánok és hasonló légköri képződmények keletkezésén. Nos, ebben a kissé tudományosabb jellegű cikkben igyekszünk láthatóvá tenni a Földünk (és az univerzum) láthatatlan háttér munkását!
Röviden a definíció, majd irány a meteorológia:
“A Coriolis-erő egy ω szögsebességgel forgó koordinátarendszerben ható tehetetlenségi erő, melynek fellépése abból adódik, hogy forgó rendszerben “v” sebességgel mozgó “m” tömegű test extra gyorsulásnak van kitéve, mintha rá még egy erő hatna. Forgástengelyre merőleges síkban :
F(C) = 2mvω nagyságú a Coriolis-erő.”
Ez az erő mozgó testekre hat és mivel a sebességre merőleges irányú, egy elterítő erőről beszelünk. A testen nem végez munkát.
Az óramutató irányával egyező mozgásoknál a Coriolis-erő mindig jobbra mutat, nem függ a test sebességének irányától a nagysága. Ennek a tulajdonságának köszönhető, hogy az északi félgömbön jobbra, míg a délin balra hat.
Idézet:
Ez így elég bonyolultan hangzik, de köznyelvien fogalmazva a Földünk esetében:
A Föld nagy sebességgel forog, a földön lévő mozgásban lévő testekre ez a tehetetlenségi erő hat, szóval mintha egy láthatatlan erő a törvényszerű mozgást befolyásolná, északi félgömbön jobbra, délin balra. (Az alacsony nyomású képződményeknél a beáramlásnál mivel jobbról hat a Coriolis, balra tér ki a beáramló levegő iránya az északi féltekén és mivel délen balról hat, jobbra forgatja.)
Foucault-ingát Léon Foucault francia fizikus állította föl 1851-ben a párizsi Panthéonban. Az inga lengetve azt várnánk, hogy egyéb hatás hiányában előre-hátra, ugyan azon a vonalon leng. Ez a 67m-es inga szemlélteti a Föld forgását a Coriolis-erő bemutatásával, hiszen idővel a kezdeti irányától eltérő “képzeletbeli” vonalat írt le az inga. Ez a kitérés a Föld hatalmas forgási sebessége végett kialakuló centrifugális erő következtében alakul ki, amely erő minden mozgó testre hat.
Az alábbi videók jól mutatják az inga működését egyszerűen:
Erre egy elég érdekes és érzékletes példa a nagy kanyarulatos folyók. Az északi félgömbön (ilyen pl. a Volga esete) a folyó a jobb partján szélesedik, azt a partot mossa jobban, hiszen a Coriolis-erő abba az irányba téríti ki, míg a déli félgömbön a hasonló folyók bal partjuk irányába szélesednek.Ez az erő nem csak a földön, de a légkörben is meghatározó, sőt azt mondhatjuk sokkal inkább meghatározó, mint a földön (talajon), hiszen az áramlási rendszerek, frontok és gyakorlatilag minden időjárási tényező a befolyása alatt áll.
A Földünk a tengelye körül forog, körmozgást végez, s az Egyenlítő áll ennek a forgómozgásnak azon “sávjában”, melyben a Coriolis-erő nem hat se jobbra, se balra (0). Tőle északra, jobbra, délre balra hat.
Az Egyenlítőnél a légkört a Nap nagyobb mértékben melegíti fel, ott felszálló légáramlás uralkodik, míg a sarkokon lévő hideg levegő az Egyenlítőnél felszálló meleg levegő helyére igyekszik, a magasban az Egyenlítőnél lévő felszálló meleg levegő pedig a sarkok felé. Ez okozza, hogy a sarkoknál leszálló, az Egyenlítőnél felszálló cirkuláció, áramlás alakul ki. Nos, ez az áramlás valójában ebben a formában nem jön létre tökéletesen, hiszen a Föld forgómozgása kitéríti.
Az Egyenlítő és sarkok között nagy a hőmérséklet és nyomás különbség, mely nyugatias szeleket, futóáramlásokat generál.
A magasban a légkörzést a futóáramlások határozzák meg, míg az alacsonyabb légrétegekben a légnyomás-övek a meghatározóak. Az Egyenlítőnél magas, a sarkoknál alacsony övről beszélünk.
A Coriolis-erő ezeket az áramlásokat “megkavarja” és befolyásával létrehozza a magas és alacsony nyomású képződményeket.
Földünk áramlási rendszere:
Ábra: http://klimat.czn.uj.edu.pl/media/archive/3352.gif
Európában ezeket a magasnyomású képződményeket anticiklonoknak, míg az alacsony nyomásúakat ciklonoknak, a ciklonokhoz tartozó rendszereket frontoknak nevezzük.
Az anticiklon: a troposzférában történő összeáramlás az ott felhalmozódó levegő a talaj felé történő leáramlását erősíti, mely megnöveli a talaj szintjén a nyomást. A légáramlás a Coriolis-erő hatására az óramutató járásával megegyező, tehát jobbra tér ki, hiszen az északi féltekén vagyunk.
A ciklonokban a levegő beáramlása torlódást okoz, mely hatására a talaj irányából történő feláramlás jön létre, így a központjában a legalacsonyabb a légnyomás és ettől távolabb egyre növekszik, ellentétben az anticiklonokkal. Ezt a beáramlást a Coriolis-erő a merőlegestől eltéríti és létrehozza az óramutató járásával ellentétes spiralitást, tehát itt balra tér el. A ciklonok mozgása a Coriolis hatására északra tér ki.
A déli féltekén az anticiklonok hasonlóan működnek, csupán az irányuk ellentétes, az óramutató járásával ellentétes irányú.
Az alacsony nyomású képződményeik azonban sokkal durvábbak és pusztítóbbak. Ennek az egyik oka a hatalmas meleg, páradús légtömeg melyet az óceánok generálnak.
Ez a meleg levegő a párát a felszálló áramlás következtében a magasba tolja mellyel alacsony nyomású teret hoz létre. Mivel az Egyenlítőnél a Coriolis-erő 0, nem hat rá, ott csupán rendszerszerű esőzéseket okoz a nap egy adott szakában, ám az Egyenlítőtől távolodva (legalkalmasabb a 10.-20. fok) a Coriolis-erő a feláramlást oldalirányú hatásával “megcsavarja”, így az eleinte elinduló gomolyosodást rendszerbe kavarja, ezzel is erősítve az alakuló központ felé történő áramlást. Ez az oldal irányú áramlás az óramutató járásával megegyező irányú. A Coriolis-erő hatására a hurrikánok(Amerika, Mexikói-öböl), illetve a tájfunok (Japán, India stb) általában nyugatias irányba térnek ki (ezzel szemben az északi féltekén inkább északias a ciklonok kitérése).
Mivel hatalmas mennyiségű hőenergiával bírnak ezen képződmények, így a Föld hőháztartásában is szerepet játszanak, hiszen a meleglevegőt nagy távolságokba elszállítják.
Az alábbi videó jól szemlélteti a hurrikánok (és tájfunok) szerkezetét, a Dorian-hurrikán gyorsított műholdképe kezdetétől a végéig:
Ebből összeállhat a kép, hogy a Coriolis-erő segít kialakítani a Föld magasabb és alacsonyabb rétegeiben az áramlásokat, fent futóáramlásokat, lent a légköri képződményeket. Ezekbe a képződményekbe a tehetetlenségüket kihasználva áramoltatja a levegőt (vagy éppen kiáramoltatja), mely következtében, noha sok pusztítást okozó rendszerek is kialakulnak, a csapadékot adó ciklonok és frontjaik is létrejönnek, illetve a kellemes, nyugodt időt okozó anticiklonok is így befolyásolhatják életünket.
Továbbá a hideg és meleg légtömegek útja, a Föld hőháztartása és ezekből fakadóan a tengeráramlások is befolyása alatt állnak.
Összegzésképp: Ha a Coriolis-erő, mint láthatatlan munkás nem létezne, a földi élet mérőben más lenne, az éghajlatunk ilyen formában nem létezne és talán mi sem lennénk ezen az összetett és csodálatos bolygón!
Európa időjárásának elemeiről itt olvashatsz bővebben:
Makroszinoptikus helyzetek Európában
