VĂN THƠ NHẠC: Gió bắt đầu từ đâu

Thứ Năm, 4 tháng 7, 2019

Gió bắt đầu từ đâu

Gió bắt đầu từ đâu…?

“… Sóng bắt đầu từ gió
Gió bắt đầu từ đâu
Em cũng không biết nữa…”

Bà Xuân Quỳnh đã nói như vậy trong một chuyến đi phượt biển Diêm Điền (tỉnh Thái Bình) vào thế kỷ trước. Mãi cho đến gần đây, bức màn bí mật về nguyên nhân gây ra gió mới được hé lộ. Một cách đơn giản, gió chính là sự chuyển động của các phân tử không khí.

Không khí và áp suất khí quyển

Như ta đã biết, khí quyển của Trái Đất chứa khoảng 78% Nitrogen, 21% Oxygen, và 1% còn lại là hơi nước và các nguyên tố vi lượng (trace elements) khác. Như vậy thì khí quyển không gì khác là một “gói” khổng lồ bao gồm hàng tỷ các phân tử tí hon, mà theo một bài báo của trang Scientific American, thì trong 1 inch^3 không khí ở tại mặt đất, ta có khoảng 10^20 phân tử như vậy.

Để hiểu tại sao không khí lại chuyển động, áp suất khí quyển (atmospheric pressure) là một khái niệm quan trọng mà ta cần phải nắm được. Cụ thể, áp suất này được định nghĩa là độ lớn của hợp lực mà các phân tử không khí nói trên tác dụng lên một diện tích cho trước. Lúc này, gió chính là dòng chuyển rời của không khí từ nơi áp suất khí quyển cao hơn đến nơi áp suất khí quyển thấp hơn.

Sự chênh lệch nhiệt độ

Khi bức xạ Mặt Trời gặp Trái Đất, một phần nhiệt lượng khổng lồ này được bức xạ lại trở ngược vào bầu khí quyển, và do đó làm nóng không khí tại đây. Do đó sở dĩ tồn tại các vùng áp suất khí quyển khác nhau là vì bề mặt Trái Đất được Mặt Trời chiếu sáng (và làm nóng) một cách không đều. Một ví dụ đơn giản nhất cho hiện tượng gió ở quy mô cục bộ là gió biển và gió đất liền. Trong những ngày hè nóng nực, do nhiệt truyền qua chất rắn nhanh hơn qua chất lỏng lên trên đất liền, không khí sẽ có động năng cao hơn, nghĩa là các phân tử tí hon sẽ “nhảy múa” điên cuồng hơn và do vậy mật độ của chúng sẽ giảm đi do chúng có xu hướng tách xa nhau ra hơn. Kết quả là, không khí ở đây vì nhẹ hơn không khí trên biển nên sẽ bay lên và chừa lại khoảng trống cho không khí từ ngoài biển xâm chiếm lục địa. Dòng lưu thông khí này chính là gió biển (sea breeze) và đến chiều thì sức gió có thể lên tới hàng chục dặm. Ngược lại, khi đêm xuống, nhiệt độ không khí biển cao hơn trên đất liền, gió từ lục địa lại thổi trở ra đại dương. Trên quy mô toàn cầu cũng tương tự, do các tia sáng Mặt Trời tạo với bề mặt Trái Đất một góc vuông nhất là ở các vùng vĩ độ xung quanh Xích Đạo, nên không khí ở khu vực nhiệt đới hiển nhiên nóng hơn hai cực. Thế là, không khí nóng bốc lên ở Xích Đạo và không khí lạnh ở hai cực chìm xuống…

Đến đây, ta tạm hình dung không khí trên Trái Đất chỉ chạy qua chạy lại giữa hai cực và Xích Đạo trên những đường thẳng (giống như các kinh tuyến). Thế còn chuyện Gia Cát Lượng mượn “gió đông” đánh trận Xích Bích? Không lẽ ông ta dùng…phép thuật?

Tất nhiên là không. Bởi lẽ, tồn tại một hiện tượng vật lý có thể giải thích cho việc không khí “quay vòng” trên bề mặt Trái Đất, thay vì di chuyển theo đường thẳng tắp giữa hai cực: hiệu ứng Coriolis. Nói ngắn gọn, lực Coriolis (tìm ra bởi nhà toán học và kỹ sư người Pháp cùng tên vào năm 1835) sinh ra ở một vật thể chuyển động trên bề mặt của một hệ quy chiếu quay. Trong trường hợp Trái Đất, mọi vật di chuyển trên bề mặt của hành tinh này (kể cả nhẹ như không khí) đều phải chịu ảnh hưởng bởi sự quay sang phía Đông của Trái Đất, và do vậy, bị lệch hướng.

Cuối cùng, để hiểu tường tận tại sao không khí lại di chuyển từ nơi khí áp cao sang nơi khí áp thấp, ta phải nhờ đến một khái niệm cuối cùng: lực ma sát. Tưởng như không đáng kể, nhưng chính là vì có sự “nhấp nhô” trên bề mặt Trái Đất, mà gió bị cản và giảm vận tốc, gây ra hiện tượng phân kỳ (divergence) ở nơi khí áp cao, và hội tụ (convergence) ở nơi khí áp thấp. Mà theo vật chất không tự sinh ra cũng không tự mất đi ở một vùng nhất định, nó không thể “chồng chất” lên tại một điểm, mà buộc phải rời đi nơi khác. Có nghĩa là tại các nơi áp thấp, không khí bị ép phải bay lên cao, và do đó từ từ hạ nhiệt, gây ra ngưng tụ, tạo thành mây và các loại mưa. Tại những nơi áp cao, không khí có xu hướng lan tỏa ra, nhường chỗ cho những khối khí từ trên cao xuống thay thế. Những luồng khí này ấm dần lên, kéo theo sự vượt trội của hiện tượng bay hơi so với hiện tượng ngưng tụ. Điều này giải thích tại sao thời tiết ở những nơi áp cao thường đẹp hơn ở những nơi áp thấp.

Tài liệu tham khảo:

https://couleur-science.eu/

https://www.simplyscience.ch/

http://www.srh.noaa.gov/

http://science.nationalgeographic.com/

http://www.metoffice.gov.uk/

http://quatr.us/physics/

https://www.scientificamerican.com/

http://abyss.uoregon.edu/

(Le Petit Prince)

Hà Thủy Nguyên

Theo http://bookhunterclub.com/

VĂN THƠ NHẠC

Thứ Năm, 4 tháng 7, 2019

Gió bắt đầu từ đâu

Không có nhận xét nào:

Đăng nhận xét

Má lúm đồng tiền

Báo cáo vi phạm