Skąd bierze się wiatr? Dlaczego tak wieje?

Tegoroczny okres świąteczny uraczył nas wietrzną i niezbyt śnieżną pogodą. O wietrze uczymy się w szkole, poznajemy różne jego typy, dowiadujemy się, że w górach wieje halny, nad Morzem Śródziemnym sirocco. Z czasem jednak ta wiedza wietrzeje, dlatego jeśli czujecie jej niedobór, zapraszam na krótką wycieczkę po świecie wiatrów.

Ważne są tu dwa kluczowe słowa, równowaga i temperatura. Ogólnie rzecz ujmując, wiatr to ruch mas powietrznych z obszaru o wysokim ciśnieniu do obszaru o niskim ciśnieniu, dążący do wyrównania ciśnienia. Do powstania obszarów o różnym ciśnieniu powietrza doprowadza z kolei nierównomierne ogrzewanie Ziemi przez Słońce. Ciepłe powietrze unosi się, a wytworzony w konsekwencji tego zjawiska obszar obniżonego ciśnienia wypełniony zostaje przez powietrze chłodne.

Istotny jest tu fakt, że powierzchnia Ziemi nie jest gładka, a także tworzą ją obszary, które w różny sposób się nagrzewają oraz chłodzą za dnia i nocą, stwarzają przeszkody dla poruszających się mas powietrza, a to prowadzi do powstania różnorodnych wzorców i typów wiejących wiatrów. Ich znajomość w dawnych czasach była kluczowa dla zdolności do pokonywania tak ogromnych przestrzeni jak oceany. Na dodatek wiatr nie musi być chłodny, może być też ciepły, zależnie od kierunku, z którego wieje, ale też ukształtowania terenu, jakie napotyka na swojej drodze.

Wiatr nie tylko wywołuje miłe, a czasem nieprzyjemne, odczucie innej temperatury, niż ta wskazywana przez termometr, przez nasz organizm. Przyczynia się także do transportowania zanieczyszczeń, wilgoci i wszystkiego, co może poddać się jego sile unoszenia na duże odległości. Wiatr kształtuje powierzchnię Ziemi, przyczyniając się do zjawiska zwanego erozją. Gdyby nie było wiatru, powierzchnia Ziemi wyglądałaby inaczej, a także prawdopodobnie nie rozwinęłoby się na niej życie w takiej postaci, jaką znamy.

O kierunku wiatru decyduje nie tylko kierunek, w jakim pojawia się różnica ciśnień, ale także ruch obrotowy Ziemi. W jego wyniku powstaje tak zwana siła Coriolisa, która wpływa na ruch wszelkiej materii, choć w przypadku powietrza jej wpływ ma największe znaczenie. Zaznacza się także najmocniej w średnich szerokościach geograficznych, gdzie kierunek wiania wiatru przyjmuje kształt wiru/cyklonu.

Wiatry, które wieją od obszaru wyżu (tam gdzie jest wysokie ciśnienie), przyjmują kierunek zgodny z ruchem wskazówek zegara na północnej półkuli, a przeciwny do tego ruchu na południowej półkuli. Z kolei wiatry wiejące do obszaru niżu (czyli tam, gdzie jest niskie ciśnienie) przyjmują kierunek przeciwny do ruchu wskazówek zegara na północnej półkuli i zgodny na południowej.

Rozmieszczenie obszarów wysokiego i niskiego ciśnienia nad danym regionem Ziemi, w połączeniu z powyższymi zasadami, decyduje o tym, z jakiego kierunku wieje na nas wiatr w skali lokalnej. W Polsce, gdy czujemy powiew wiatru w twarz, to oznacza, że centrum niskiego ciśnienia jest po naszej prawej stronie. Warto też pamiętać, że wiatr może mieć różny kierunek i prędkość na różnej wysokości. Dlatego nie czujmy się zaskoczeni, gdy ruch chmur nie zgadza się z tym, co odczuwamy na naszej twarzy.

Jeśli chcecie zorientować się w tym, jak wygląda ruch mas powietrza na terenie kraju, dobrym rozwiązaniem będzie serwis Windy.com, a także powiązane z nim aplikacje na smartfony.

Ta meteorologiczna aplikacja pokazuje bardzo dużo różnych informacji i prognoz, ale domyślnie jest to mapa kierunku i prędkości wiatru. Na dodatek z efektem animacji, co ułatwia wyobrażenie sobie tego, co dzieje się obecnie. Na pasku w prawym dolnym rogu mapy mamy skalę prędkości, którą klikamy, by ustawić interesujące nas jednostki. Suwakiem daty pokażemy prognozę wiatru na kolejne dni.

Różnice w wysokości ciśnień pomiędzy wyżem a niżem, w połączeniu z ukształtowaniem przestrzeni i lokalnymi zakłóceniami termicznymi, wprowadzanymi przez działalność człowieka, prowadzą do powstania wiatrów o różnej prędkości. Istotne jest tu też to, jak wygląda styk obszarów o różnych ciśnieniach, kierunkach wiania wiatru, a także jak dużo w otoczeniu jest wilgoci (chmur).

Najsilniej wiejące wiatry mają związek z trąbami powietrznymi czy tez tornadami (nazwa stosowana w krajach anglosaskich), w których powstają wiry powietrzne, gdzie wiatr osiąga często prędkość kilkuset kilometrów ma godzinę. Najszybszym zarejestrowanym w historii wirem powietrznym było tornado z 2013 roku, wiejące z prędkością co najmniej 476 km/h, które miało miejsce w Oklahomie w tak zwanej alei tornad, czyli regionie centralnego USA, gdzie istnieją wyjątkowo sprzyjające warunki do takich zjawisk.

Jednak tornada to zjawiska o bardzo lokalnym charakterze, choć wyjątkowo niszczycielskie, dlatego lepszym wskaźnikiem rekordów wiatru są huragany (wiatry silniejsze niż 108 km/h, wolniejsze to wichury), które mają dużo większy zasięg. Najszybszy zanotowany wiatr to około 407 km/h w 1996 roku na wyspie Barrow w Australii w trakcie cyklonu Olivia. Poprzednim rekordzistą był huragan z 1934 roku, którą zarejestrowano na Górze Waszyngtona w USA, wiatr wiał wtedy z prędkością 371 km/h.

Jaki jednak był najszybszy podmuch wiatru w historii jest bardzo trudno określić. Wiele pomiarów nie jest bowiem klasyfikowane jako oficjalne. W Polsce jako najwyższe wskazanie prędkości wiatru przez stację meteorologiczną, wynoszące 345 km/h, przytacza się to zanotowane w 1990 roku na szczycie Śnieżki.

Wiatr wieje nie tylko na Ziemi, ale również na innych planetach Układu Słonecznego. Na Neptunie zanotowano najszybciej wiejące wiatry, których prędkość sięga 2000 km/h. Mniej silne, ale również szybkie są wiatry na Saturnie (1600 km/h) i Jowiszu. Na tym ostatnim wiatry tworzą także układy, które z naszej perspektywy wydają się trwać od zawsze - mowa tu o Wielkiej Czerwonej Plamie, czyli największym antycyklonie w Układzie Słonecznym.

Z kolei na Wenus wiatry tworzą pemanentny wir w okolicy południowego bieguna Planety. Wiatry wieją nawet na Merkurym. Z kolei na Marsie burze pyłowe mogą obejmować czasowo nawet całą powierzchnię planety. Jednak nie są tak silne jak wizja wichury z filmu "Marsjanin", to tylko fantazja. Również na księżycu Saturna, Tytanie, wiatry tworzą struktury globalne, przenosząc ciepłe powietrze z okolic równika w stronę biegunów.

Wydawałoby się, że odpowiedzią będzie jedna z gazowych planet Układu Słonecznego, ale odpowiedź jest mniej oczywista. W końcu wiatr może mieć źródło naturalne, ale być także sztucznie wytworzony, choć z pomocą podobnych mechanizmów co w naturze.

Najsilniejsze wiatry, dzięki którym bada się zjawiska aerotermodynamiczne, wytwarzane są w tunelu aerodynamicznym w Wielkiej Brytanii na Uniwersytecie Oxfordzkim. Tam w tak zwanym T6 Stalker Tunnel powstają strumienie powietrza, które przemieszczają się z prędkością aż 20 km/s, czyli 72 tysięcy km na godzinę. W praktyce to prędkość, która znacznie przekracza tę potrzebną do opuszczenia strefy wpływu ziemskiej grawitacji. To także prędkość, z jaką poruszają się wolniejsze z meteoroid, które wywołują deszcze meteorów.

Na otwartej przestrzeni na Ziemi z kolei najsilniejsze podmuchy wiatru to te, które powstać mogą w przypadku wyzwolenia dużej energii. W wymuszony sposób, jak przy wybuchu bomby atomowej, gdy fala uderzeniowa wiatru przemieszcza się z prędkością ponad 1200 km/h, albo po uderzeniu dużej asteroidy.

Kluczowym słowem, które pozwoli zrozumieć różnice pomiędzy wiatrem na Ziemi a wiatrem słonecznym jest ładunek. W ziemskiej atmosferze wiatr przenosi nienaładowane cząstki (wyładowania atmosferyczne to inny temat), natomiast w przypadku wiatru słonecznego transportowane są cząstki naładowane (protony, elektrony, ale też jony i jądra cięższych pierwiastków). A mechanizm wpływający na kierunek ich ruchu wykorzystuje pole magnetyczne działające na naładowaną materię.

Dlatego wiatr słoneczny to kompletnie coś innego niż wiatr na Ziemi. Lecz gdyby wziąć pod uwagę prędkość wiatru słonecznego, to byłby on bezwzględnym rekordzistą. Choćby w momencie pisania tego tekstu, wieje on z prędkością 460 km/s. To prawie 1,7 miliona kilometrów na godzinę, co stanowi średnią prędkość wiatru Słonecznego. Dlatego wyrzuty materii ze Słońca, choć znajduje się ono bardzo daleko, docierają w okolice Ziemi zazwyczaj w ciągu kilku dni.

Źródło: inf. własna