Самое дождливое место на планете [Veritasium]
[музыка] Это самый большой в мире симулятор дождя. Он находится в Японии, в городе Цукуба. Да, выглядит он как амбар с разбрызгивателем на потолке, но важность этого здания сложно переоценить. Проводимые здесь исследования делают жизнь десятков миллионов человек безопаснее. И чем дальше, тем актуальнее эта работа.
Нам предоставила уникальная возможность посмотреть на это место и даже оценить, каково было бы попасть под самый сильный ливень, о котором известно человечество. С ума сойти! Нет-нет-нет-нет-нет-нет-нет-нет! Япония — это край стихийных бедствий. Большинство из нас вспомнит, что там бывают землетрясения, цунами, извержения вулканов. Но страна страдает и от мощных тайфунов, ураганов, которые набирают силу в Тихом океане и сбрасывают на острова метры осадков.
Остров Якусима в южной части Японии известен почти самой высокой влажностью в мире. Здесь ежегодно выпадает до 10 м осадков. Для сравнения: в лесах Амазонии выпадает всего 3 м осадков в год, в три раза меньше, чем на острове Якусима. Вообще-то, обычно в дожде нет ничего плохого. Влага испаряется или просачивается в почву, оттуда её впитывают растения, или она попадает в подземные водные системы.
Но если осадков слишком много и выпадают они не слишком быстро, как бывает при тайфуне, то не всё так радужно. Чтобы изучить возможные риски и придумать, как их избежать, в Японии построили симулятор дождя. Под крышей гигантского здания, похожего на склад, установлены 550 разбрызгивателей. Можно устанавливать разную интенсивность от 15 мм до 30 см.
ВЧ самый сильный дождь, о котором сохранились точные записи, прошёл 22 июня 1947 года на город Холд в штате Миссури. Меньше чем за час выпало 305 мм осадков. На японском симуляторе можно воспроизвести самый сильный ливень, не известный человечеству. Так что фактически это самое дождливое место на Земле. Сам я в солнечной Австралии, а вместо меня в Японии сейчас Пётр, продюсер канала Веритасиум. Совсем скоро включат дождь.
Выгу курточку, накину. Я готов! Ничего себе, какой дождь! Вы сейчас видите, как выглядят 300 мм осадков в час. Воду включили всего 5 минут назад, но воды столько, что на полу сплошные лужи. Это просто абсолютно невероятно! Никогда ничего подобного не видел. В каждом разбрызгивателе по четыре отверстия разного диаметра, что позволяет варьировать размер капель. От их размера зависит, с какой скоростью они падают.
Вы наверняка замечали, что тяжёлые капли силой бьют по лицу, а маленькие еле заметны в воздухе, словно туман. Чем капли меньше, тем медленнее они падают. [музыка] На дождевые капли воздействуют две силы: гравитация и сопротивление воздуха. У более крупных капель больше соотношение веса к площади поверхности, поэтому выше равновесная скорость, и падают они быстрее. Дождевая капля диаметром 1 мм летит вниз со скоростью около 2 м в секунду, а капли с диаметром в 3 мм — со скоростью 6 м в секунду.
Из-за сопротивления воздуха капли дождя совсем не похожи на то, как их рисуют в мультфильмах. Это скорее такие шарики, слегка приплюснутые снизу, там, где на них давит воздух. Слишком большие капли растягиваются в стороны, выгибаются в центре, так что становится похоже на парашютики, а потом рассыпаются на капли.
Япония очень серьёзно занимается вопросом наводнений, и неспроста. В июле 2018 года страну затопило из-за ливней, который вызвал тайфун Про Перун. В некоторых районах выпало почти 2 м осадков всего за 10 дней. Из-за наводнений пришлось эвакуировать свыше 8 миллионов человек. Стихия унесла больше сотни жизней, ущерб от наводнения составил более триллиона иен, почти 10 млрд долларов.
От наводнений не застрахован Токио, столица Японии, город, в котором живёт почти 40 миллионов человек, и черчен руслом рек. Их здесь больше сотни. Выходить из берегов им мешает система водосточных труб и тоннелей под городом, которые ведут к огромному водохранилищу. В октябре 2019 тайфун Кибис меньше чем за двое суток обрушил на город больше 200 мм осадков.
Благодаря подземной системе удалось отвести более 1 миллиарда литров воды и предотвратить ущерб в 700 миллионов долларов. Но затопление — это не единственная проблема. В Японии много гор, множество городов и деревень расположены в долинах. В сочетании с ливнями это обстоятельство создаёт идеальные условия для ещё одной напасти. [музыка] [музыка] Учёные определили более 700.000 локаций, где оползни представляют серьёзную опасность жилым домам. Оползень — это сложное явление, масса факторов влияет на то, случится он или нет, сколько породы сойдёт, с какой скоростью и какой будет ущерб.
Важно учитывать не только крутизну склона или количество осадков, но и тип грунтов, минеральный состав и произрастающие там виды растений. Это запись оползня, сделанная в Норвегии в июне 2020 года. Здесь и склон — это как будто нет. Зато есть прослойка так называемой глины Леда, которая известна тем, что теряет прочность — в данном случае из-за обильных дождей — и начинает вести себя как жидкость.
В тот раз обошлось без жертв, но несколько домов всё же унесло в море. Как раз из-за сложного механизма оползней учёным важно проводить масштабные испытания с симулятором дождя. Так, попробую выйти без зонта. У меня очень надёжная куртка. Не уверен, что она не промокнет. Сейчас проверим. Боже! С ума сойти! Нет-нет-нет-нет-нет-нет-нет, у меня непромокаемая куртка! Так что тут всё сухо, но вот джинсы сырые насквозь.
Специально для изучения оползней у амбара припасён секрет. Он [музыка] перемещается! Симулятор дождя можно разместить на одной из пяти площадок. Скорость: примерно 1 метр в минуту. Ого! Вот рельсы, по которым он ездит. Каждый раз перед тем, как передвинуть амбар, надо брать гигантский ключ и откручивать такие болты. Э труба, по которой вода поступает к разбрызгивателям, в трубе несколько подобных отверстий на всём её протяжении.
Когда амбар перемещают, его подключают к трубе в нужном месте. Значит, здесь вы изучаете оползни? Да, здесь наклон 30 градусов. Видите, вот этот склон? Тут имитируется небольшой оползень. Сюда кладётся грунт около метра, то есть сюда вы засыпаете песок и землю, потом подтаскиваете амбар, устанавливаете над этим местом и включаете дождь. Да, 20°. Здесь наклон 20°. Ясно.
Получается, у вас есть 30 градусов? 40 и 20? 20, 30, 40, да! Итак, что же приводит к оползням? Верхний слой начинает сползать, когда гравитация, которая тянет его вниз, превышает силу трения, благодаря которой он держится. Есть заблуждение, что якобы дело в том, что раз мокрые поверхности скользкие, то во время дождя грунт становится скользким из-за запиты воды. Это неверно.
Вообще-то, вода иногда действует ровно наоборот, например, на кварц — самый распространённый минерал в почвах на Земле. Итак, от воды грунт необязательно становится скользким. Однако у него пористая структура. Он состоит из зёрен, между которыми есть пустоты. Во время дождя вода просачивается и заполняет эти пустоты. Чем больше становится воды, тем сильнее увеличивается её давление на зёрна, тем меньше между ними трения.
Если опасность оползня и без того была, уменьшение трения из-за скопившейся воды бывает достаточно, чтобы вызвать катастрофу. С помощью математических моделей пока не получается. Например, предсказать поведение оползня: будет он медленным и плавным или наоборот резко сорвётся — это очень сложно. Так что испытания на практике крайне полезны. К тому же, ещё есть проблема масштаба.
Во многих лабораториях есть миниатюрные модели вроде небольшой горки. Но это же как сыпучий материал: масштаб играет значение. Так что большая модель, которую построили в Японии, — это очень важно. А как всё-таки предотвратить оползень? Есть несколько вариантов. Например, укрепить склон стальными сваями и сеткой, или можно снять поверхностный слой, тогда склон станет более пологим. Если оползни ожидаются вследствие дождей, можно проделать в склонах углубления и разместить там дренажные трубы, чтобы отводить лишнюю воду.
Ещё один способ — вырыть улавливающие отводящие канавы, по сути, ямы в земле, чтобы поймать оползень на полпути и не дать ему дойти до жилых районов. Хорошие помощники в борьбе против оползней — деревья. Во-первых, корни отлично скрепляют почву, а во-вторых, они впитывают воду, которая затем испаряется, почва подсыхает и содержание влаги в ней [аплодисменты] снижается.
На крутых склонах, где деревья вырубают на нужды деревообработки, оползни становятся более частым явлением. За несколько десятков лет в Британской Колумбии по этой причине оползни участились в 10 раз. Люди отлично провоцируют некоторые геологические процессы. Здесь мы вырыли, сюда насыпали побольше. Мы же таким образом добавили массы. Как раз это регулярно приводит к оползням.
Несколько десятков лет тому назад в селе проводили исследование. Выяснили, что, если правильно помню, 85% оползней по меньшей мере отчасти, скажем так, на совести человека. Исследования в Японии, таким образом, посвящены изучению и предупреждению оползней. Однако с помощью симулятора тестируют и дроны в условиях дождя и ветра. А ещё здесь испытывают беспилотные автомобили. На основе полученных данных совершенствуют устройства для распознавания объектов.
Как правило, беспилотные машины распознают другие автомобили, светофоры и пешеходов либо с помощью камер, либо лидаров. Но в обоих случаях дождь снижает видимость и точность датчиков. Если есть возможность воспроизводить одни и те же условия, разработчики могут искать решение этой проблемы.
Ситуация с дождями в Японии меняется. В этом веке становится очень много ливней, выпадают они гораздо чаще. Чем больше мир нагревается, пока мы живём, столь любимое человечеством ископаемое топливо, тем чаще происходят погодные катаклизмы. В Японии чистота ливней, когда сейчас выпадает 50 мм осадков, за последние 30 лет увеличилась на 40%, а дождей в два раза интенсивнее стало больше на 70%.
Из-за изменения климата таких дождей и оползней в будущем станет ещё больше. Поэтому исследования, которые проводятся на самом большом симуляторе дождя, становятся всё важнее и важнее. Но надеюсь, что человечество сосредоточится на устранении причин изменений климата, а не только на том, чтобы смягчать его последствия. Переведено и озвучено студией Вертидайдер.