Khí quyển và hải dương - Mây và Sương ppsx

Khí quyển và hải dương
Mây và Sương
Nếu các nhà khoa học có thể dự đoán thời tiết mặt trời thì họ có thể chuẩn bị tốt
hơn cho những cơn bão địa từ và sự tàn phá mà chúng có thể gây ra.
Để tìm hiểu về địa từ và tác động của nó, một tập thể các nhà khoa học quốc tế đã
phóng ra vài vệ tinh thăm dò.
Vào năm 1994, Ban quản lý Không Gian và Hàng Không Quốc Gia (NASA) đã
phóng Wind, một vệ tinh được thiết kế di chuyển 1,6 triệu km hướng về phía Mặt
trời trước năm 1997. Ở đó, vệ tinh sẽ định vị trên một quỹ đạo ổn định và bỏ ra
một năm theo dõi cơn gió mặt trời.
Một vệ tinh thứ hai, mang tên Polar, phóng vào năm 1996. Nó chụp những bức
ảnh của các cực quang trong vài năm. Vệ tinh Fast Auroral Snapshot (FAST),
cũng phóng vào năm 1996, kiểm tra tương tác giữa các hạt phân tử tích điện với từ
trường của Trái đất.
Vào tháng 11 năm 1995, một liên minh các quốc gia châu Âu sẽ mở một căn cứ
radar tại Na Uy nhằm thu thập thông tin thêm về các hạt phân tử mặt trời. Cơ
Quan Không Gian Châu Âu (ESA) cũng đang phóng một vệ tinh thăm dò với mục
đích nghiên cứu quyển từ của hành tinh này và tác động của các cơn bão mặt trời
lên nó.
Sự tàn phá của mặt trời
Do được sinh ra từ các hạt phân tử của Mặt trời nên các cực quang là những công
cụ khổng lồ theo dõi hoạt động của mặt trời. Ví dụ, các cực quang đặc biệt sáng và
Khí quyển và hải dương
lớn là biểu hiện của những cơn gió mặt trời mạnh một cách bất thường. Các nhà
khoa học nói rằng những cơn gió mạnh như vậy có thể là do hoạt tính mãnh liệt
trên bề mặt Mặt trời gây ra.
Đó là những hoạt tính như vệt đen mặt trời hay ánh sáng mặt trời. Các vệt đen và
ánh sáng như vậy tăng lên và giảm đi khắp một chu kỳ 11 năm. Trong suốt giai
đoạn hoạt động của chu kỳ này, các cực quang có cường độ manh nhất.
Đôi khi Mặt trời phát ra những cơn gió mặt trời đặc biệt mạnh va vào Trái đất
bằng một lực khác thường. Lực này gọi là bão địa từ. Lượng điện sinh ra khi một

cơn bão như vậy va vào bầu khí quyển của Trái đất là rất lớn, cỡ 100 lần năng
lượng sinh ra khi Mặt trời “yên lặng”. Các cực quang sinh ra sau đó trải dài từ từ
các cực ra xa hơn bình thường. Điện khí quyển thậm chí có thể chạm đến mặt đất,
nơi mà nó phá vỡ các dòng điện chạy ngang qua các tuyến năng lượng.
Vào năm 1989, chỉ một cơn bão địa từ như vậy đã làm tắt ngúm tất cả năng lượng
của nhà máy điện hydro-Quebec tại Montreal, Quebec. Sáu triệu người dân sống
không có điện trong vài ngày. Trên mặt khác của lục địa này, Sàn Chứng Khoán
Vancouver ở Bristish Columbia đã phải đóng cửa do bão địa từ phá tan tành hệ
thống máy tính của nó. Niềm an ủi duy nhất là một màn trình diễn ánh sáng cực
đẹp trên bầu trời. Các cực quang đẹp bất thường này có thể nhìn thấy ở miền viễn
bắc như Georgia.
Mặc dù hậu quả của cơn bão địa từ năm 1989 hơi lớn, nhưng không có cách nào
để khắc phục chúng. Một cơn bão năm 1859 đã phá hủy hệ thống thông tin liên lạc
điện báo ở phần lớn nước Pháp. Trong một cơn bão tương tự, một nhà khí tượng
học người Hoa Kỳ nhận thấy rằng ông có thể gửi thông điệp từ Boston,
Massachussetts đến Portland, Oregon bằng cách khai thác năng lượng thừa của
cơn bão.
Khí quyển và hải dương
Gần đây hơn, một cơn bão địa từ đã phá hủy hai vệ tinh liên lạc. Các nhà khoa học
nhận thấy rằng những cơn sóng năng lượng cực quang này cũng có thể hạn chế hệ
thống quét radar quân đội, đặc biệt là những máy quét được thiết kế để dò tìm tên
lửa bay ngang qua các vùng cực.
Những nghiên cứu khác cho thấy rằng lượng điện thừa có thể gây trở ngại cho
thông tin liên lạc bằng sóng radio và ngành hàng không, và thậm chí có thể ăn
mòn các kênh liên lạc. Nitơ oxide hình thành trong bầu khí quyển bởi các cơn bão
thậm chí có thể làm hư hại tầng ozone bảo vệ của Trái đất.
Khí quyển và hải dương
Sự Đối lưu
Hơi ẩm bốc lên đến những nơi có độ cao mà mây, hay chính xác hơn là sương,
được hình thành như thế nào? Phần lớn hơi ẩm được thổi lên trên qua sự đối lưu,

một vận động theo chiều thẳng đứng của không khí ấm qua các tầng không khí
lạnh cao hơn.
Không khí ấm di chuyển lên trên qua lớp không khí lạnh hơn, giống như một cái
nút bần qua nước, do nó ít dày đặc hơn, hay nhẹ hơn.
Một ví dụ điển hình cho sự đối lưu xảy ra trên khắp các thị trấn, thành phố, và
những vùng phát triển khác. Không khí trên khắp các con đường và những ngôi
nhà nhận được lượng nhiệt bức xạ nhiều hơn là không khí trên những cánh đồng,
rừng hay nước.
Do đó, vào những ngày hè, nhiệt độ không khí trên khắp một thị trấn sớm tăng lên
trên nhiệt độ của vùng xung quanh. Đầu tiên Mặt trời sưởi ấm một “bọt”, hay khối
không khí trên khắp thị trấn. Sau đó, khi khối không khí ấm lên, nó trở nên nhẹ
hơn so với khối không khí xung quanh. Cuối cùng bọt không khí được làm ấm trôi
lơ lửng lên trên, và không khí lạnh hơn từ các bên xông vào thay thế nó.
Khối không khí dâng lên di chuyển lên trên và ra khỏi thị trấn. Dần dần, nó lạnh đi
đến điểm sương. Khối hơi nước trong không khí bắt đầu ngưng tụ, hình thành một
đám mây có thể thấy được.
Ngay khi nhiệt độ của một đám mây cao hơn nhiệt độ của không khí xung quanh
nó, mây tiếp tục bay lên. Độ cao và kích thước của một đám mây phụ thuộc vào
Khí quyển và hải dương
việc nhiệt độ rơi xuống dần dần hay nhanh chóng như thế nào. Tỷ lệ thay đổi này
gọi là tốc độ hạ nhiệt - độ cao của không khí.
Nếu không khí hoàn toàn đứng yên, thì cứ lên 1,6km là nhiệt độ trung bình giảm
5,5
0
C. Nhưng trong thực tế thì các dòng lên xuống của không khí và những cơn
gió thẳng đứng liên tục hòa vào nhau và thậm chí là hòa vào cả nhiệt độ. Sự hình
thành các đám mây cũng làm ấm không khí, do sự ngưng tụ của nước tỏa ra nhiệt.
Sự đối lưu chỉ là một trong những cách mà hơi ẩm không thể thấy được chuyển
thành những đám mây có thể thấy được. Sự vận động theo chiều ngang của không
khí - cũng đem đến một thay đổi trong nhiệt độ - được gọi là quá trình bình lưu, để

phân biệt với sự vận động thẳng đứng của quá trình đối lưu.
Ví dụ, khi một dòng không khí ẩm chảy như một ngọn gió đến một rặng đồi, thì
nhiệt độ thấp hơn của đỉnh đồi có thể làm lạnh không khí đến điểm sương. Kết quả
là mây thường hình thành trên mặt hướng gió của các ngọn đồi và núi.
Không khí lạnh và nặng, giống như dòng không khí đôi khi tỏa ra từ Bắc Cực,
cũng tạo ra một “ngọn núi” ưu tú với mục đích này. Một khối không khí ấm và
nhẹ gặp phần trước này của không khí lạnh sẽ bay qua nó, lạnh đi không đáng kể
và ngưng tụ. Các đám mây front có thể thường xuyên thấy được trong suốt mùa
đông tại Bắc Mỹ, khi không khí ấm tỏa ra từ phía nam gặp không khí lạnh từ phía
bắc.
Khí quyển và hải dương
Một đám Mây là gì?
Hơi ẩm bốc lên đến những nơi có độ cao mà mây, hay chính xác hơn là sương,
được hình thành như thế nào? Phần lớn hơi ẩm được thổi lên trên qua sự đối lưu,
một vận động theo chiều thẳng đứng của không khí ấm qua các tầng không khí
lạnh cao hơn.
Không khí ấm di chuyển lên trên qua lớp không khí lạnh hơn, giống như một cái
nút bần qua nước, do nó ít dày đặc hơn, hay nhẹ hơn.
Một ví dụ điển hình cho sự đối lưu xảy ra trên khắp các thị trấn, thành phố, và
những vùng phát triển khác. Không khí trên khắp các con đường và những ngôi
nhà nhận được lượng nhiệt bức xạ nhiều hơn là không khí trên những cánh đồng,
rừng hay nước.
Do đó, vào những ngày hè, nhiệt độ không khí trên khắp một thị trấn sớm tăng lên
trên nhiệt độ của vùng xung quanh. Đầu tiên Mặt trời sưởi ấm một “bọt”, hay khối
không khí trên khắp thị trấn. Sau đó, khi khối không khí ấm lên, nó trở nên nhẹ
hơn so với khối không khí xung quanh. Cuối cùng bọt không khí được làm ấm trôi
lơ lửng lên trên, và không khí lạnh hơn từ các bên xông vào thay thế nó.
Khối không khí dâng lên di chuyển lên trên và ra khỏi thị trấn. Dần dần, nó lạnh đi
đến điểm sương. Khối hơi nước trong không khí bắt đầu ngưng tụ, hình thành một
đám mây có thể thấy được.

Ngay khi nhiệt độ của một đám mây cao hơn nhiệt độ của không khí xung quanh
nó, mây tiếp tục bay lên. Độ cao và kích thước của một đám mây phụ thuộc vào
việc nhiệt độ rơi xuống dần dần hay nhanh chóng như thế nào. Tỷ lệ thay đổi này
gọi là tốc độ hạ nhiệt - độ cao của không khí.
Khí quyển và hải dương
Nếu không khí hoàn toàn đứng yên, thì cứ lên 1,6km là nhiệt độ trung bình giảm
5,5
0
C. Nhưng trong thực tế thì các dòng lên xuống của không khí và những cơn
gió thẳng đứng liên tục hòa vào nhau và thậm chí là hòa vào cả nhiệt độ. Sự hình
thành các đám mây cũng làm ấm không khí, do sự ngưng tụ của nước tỏa ra nhiệt.
Sự đối lưu chỉ là một trong những cách mà hơi ẩm không thể thấy được chuyển
thành những đám mây có thể thấy được. Sự vận động theo chiều ngang của không
khí - cũng đem đến một thay đổi trong nhiệt độ - được gọi là quá trình bình lưu, để
phân biệt với sự vận động thẳng đứng của quá trình đối lưu.
Ví dụ, khi một dòng không khí ẩm chảy như một ngọn gió đến một rặng đồi, thì
nhiệt độ thấp hơn của đỉnh đồi có thể làm lạnh không khí đến điểm sương. Kết quả
là mây thường hình thành trên mặt hướng gió của các ngọn đồi và núi.
Không khí lạnh và nặng, giống như dòng không khí đôi khi tỏa ra từ Bắc Cực,
cũng tạo ra một “ngọn núi” ưu tú với mục đích này. Một khối không khí ấm và
nhẹ gặp phần trước này của không khí lạnh sẽ bay qua nó, lạnh đi không đáng kể
và ngưng tụ. Các đám mây front có thể thường xuyên thấy được trong suốt mùa
đông tại Bắc Mỹ, khi không khí ấm tỏa ra từ phía nam gặp không khí lạnh từ phía
bắc.
Khí quyển và hải dương
Phân loại Mây
Nỗ lực đầu tiên nhằm phân loại các dạng mây khác nhau được thực hiện bởi người
Anh Luke Howard vào năm 1803.
Ông nhận thấy có hai loại mây cơ bản: mây tích, hay mây chất thành đống; và mây
tầng, hay mây xếp thành tầng. Hai thế kỷ sau, chúng ta vẫn phân loại theo hai loại

cơ bản này.
Mây tích là những đám mây trắng phồng thường được thấy vào một ngày nắng
mát. Nhìn chung chúng hình thành qua quá trình đối lưu - khi các “bọt” khí ấm
đem hơi ẩm lên trên từ mặt đất. Đáy của chúng phẳng, nằm tại mức mà bọt khí đạt
đến điểm sương của nó. Đỉnh của mây tích có thể cao 1,6km.
Mây tầng nhìn chung hình thành qua quá trình bình lưu - khi không khí ẩm, ấm
đưa một khối không khí nặng hơn lên trên cao. Tất nhiên là gió và các lực lượng
khác trong bầu khí quyển cũng thường biến các “tích” thành các “tầng” và ngược
lại. Kết quả là một lượng phong phú các hình dạng và các kiểu phụ của mây.
Vào năm 1894, Hội Đồng Khí Tượng Quốc Tế đã chia các hình dạng mây ra thành
10 loại, và nếu có những thay đổi nào đó thì sự phân chia này vẫn giữ nguyên.
Theo sự phân loại được công nhận trên toàn cầu, thì 10 dạng mây đó là: mây ti,
mây ti tích, mây ti tầng, mây trung tích, mây trung tầng, mây tầng tích, mây tầng
vũ, mây tầng, mây tích, và mây vũ tích.
Mỗi loại đều có một hình dạng và lượng mưa riêng biệt. Mười loại này nhìn chung
được nhóm lại thành bốn loại theo độ cao trung bình của các dạng mây. Bảng phân
chia ở trang 48-49 cho thấy một sự mô tả về mỗi loại mây và biểu tượng được sử
dụng để xác định chúng.
Khí quyển và hải dương
Các kiểu Mây khác
Kiểu chung được hình thành bởi các đám mây trên một vùng địa phương tại một
thời điểm xác định có thể khá phức tạp - phản ánh độ phức tạp của các lực nâng
chúng lên.
Một dạng mây đặc biệt quen thuộc là đường mây, những đám mây thuộc dạng này
hình thành theo những đường dài song song nhau. Đường mây được hình thành
với phạm vi khác nhau bởi các cơn gió phổ biến, nhưng những yếu tố khác liên
quan không được biết hết.
Trong khi hầu hết các đám mây đều hình thành và biến mất trong vài giờ hay trong
một ngày, thì những đám mây khác tồn tại bền hơn một cách khác thường. Một ví
dụ điển hình là cái gọi là mây sơn văn, hay mây núi.

Dạng này, do không khí ẩm dâng lên các sườn núi hình thành, có thể lơ lửng
quang sườn núi hay trên đỉnh núi trong nhiều ngày, thậm chí là khi có gió thổi.
Một đám mây nổi tiếng gọi là “khăn trải bàn” treo lơ lửng trên khắp mép của ngọn
núi Table tại Nam Phi. Nó có thể duy trì hình dạng cả kích thước của mình trong
một tuần, mặc dù mép thấp hơn của nó tiếp tục tạo ra mưa.
Mây có thể hình thành các dạng mỏng và lạ khi chúng bị kẹt trong các luồng gió
mạnh, những luồng gió thổi nhanh một vòng quanh địa cầu qua tầng bình lưu.
Những đám mây tia gió nhìn chung, nhưng không phải lúc nào cũng vậy, có các
tinh thể băng do nhiệt độ tại tầng bình lưu thấp hơn nhiều so với nhiệt độ đóng
băng. Những đám mây tia gió chuyển động và thay đổi này thường trải dài 800km
hoặc hơn.
Những đám mây khác hình thành từ các hoạt động của con người. Ví dụ như các
vệt ngưng tụ của máy bay hình thành từ hơi ẩm trong khí thải của máy bay. Mỗi
3,8l xăng được tiêu thụ bởi một máy bay có thể thêm 5,7l hơi nước vào không khí.
Khí quyển và hải dương
Tại nhiệt độ dưới zero ở các vùng cao, hơi nước này có thể ngay lập tức tích tụ lại
và hình thành một vệt mây mỏng và bền.
Hoạt động của con người cũng có thể tạo ra ảnh hưởng vô thức đến sự thay đổi các
đặc tính vật lý của mây thiên nhiên. Các hạt phân tử sulfur, ví dụ, tích tụ trong
những đám mây bay theo hướng gió của các nhà máy năng lượng khí và dầu.
Những đám mây ô nhiễm này bức xạ trở lại không gian nhiều hơn là những đám
mây sạch. Kết quả có thể là sự lạnh lên đáng kể của vùng đất bên dưới.
Như ví dụ trên nhấn mạnh, các đám mây không chỉ có nước. Gió có thể hình thành
những đám mây bụi khổng lồ. Mây dạng phễu kết hợp với một cơn lốc xoáy là
một hỗn hợp các giọt nước, bụi và vụn.
Các nghiên cứu về Mây gần đây
Các nhà khoa học nghiên cứu bầu khí quyển đã từ lâu nghiên cứu những đám mây
bằng cách sử dụng các tia ánh sáng mạnh của một dụng cụ gọi là dụng cụ đo trần
mây. Gần đây hơn, các tia laser trở thành công cụ được lựa chọn, do các tia sáng
mạnh của nó có thể xâm nhập và những đám mây nặng hơn là tia sáng bình

thường. Các nhà khoa học sử dụng tia laser để dò tìm và nghiên cứu những đám
mây xa xôi.
Những dụng cụ đo trần mây được trang bị tia laser cung cấp dữ liệu về độ cao, mật
độ, và khoảng cách giữa các dạng mây, và thậm chí có thể dò tìm hơi ẩm của bầu
khí quyển mà mắt thường không thể thấy được.
Các nhà khí tượng học cũng sử dụng sóng radar để dò tìm những đám mây bão.
Gần đây hơn, họ trở nên phụ thuộc vào vệ tinh để theo dấu các kiểu mây và sự vận
động của chúng trên phạm vi toàn cầu. Điều này khiến cho việc dự báo ngày càng
chính xác hơn.