Khí quyển và hải dương - Sấm và chớp doc

Loại mây này phát triển một vùng tích điện dương trong các phần trên đông của nó, và một vùng tích điện âm tại đáy của nó.. Nhiều chuyên gia tin rằng sự chia vùng tích điện là do các sự

Sấm và chớp

Mưa giúp hình thành nên diện mạo của Trái đất Năng lực định dạng của nó một phần là bản chất hóa học, một phần là cơ học

Kiểm tra hoạt động hóa học của giáng thủy, chúng ta phải ghi nhớ rằng mưa và tuyết không phải là một dạng điển hình của nước tinh khiết Trong bầu khí quyển, nước hấp thụ khí thiên nhiên như oxy, nitơ và carbon dioxide

Các chất khí được hấp thụ trong mưa nhìn chung có tỷ lệ như sau: nitơ 64,47%; oxy 33,76% và carbon dioxide 1,77% Các tỷ lệ này khá khác so với tỷ lệ trong bầu khí quyển Ví dụ, hàm lượng carbon dioxide của mưa lớn gấp từ 30 đến 40 lần hàm lượng carbon dioxide trong bầu khí quyển

Ngoài các chất khí thiên nhiên trong bầu khí quyển, mưa có thể hấp thụ các chất gây ô nhiễm của ngành công nghiệp như nitric acid, sulfuric acid và muối; mưa cũng hấp thụ các vi sinh vật và những lượng lớn bụi Mưa chuyển hoàn toàn lượng phức hợp này đến mặt đất, cây và đến mọi thứ khác mà nó chạm tới

Chất thải công nghiệp, như sulfuric acid, có thể phần nhiều làm tăng độ acid thiên nhiên của mưa Thuật ngữ mưa acid được sử dụng để mô tả cơn mưa có lượng acid hoàn toàn không tự nhiên - lượng acid có thể làm hại đến đất, thực vật và những hồ nước mà nó rơi xuống Mưa acid trở thành mối quan tâm lớn về môi trường vào những năm 1980

Hàng trăm hồ nước tại phía đông bắc Hoa Kỳ, nam Canada và Nga hiện nay

không có bất cứ sự sống dưới nước nào do sự acid hóa của mưa Nhiều khu rừng

tại những vùng cao của Hoa Kỳ và Canada, và thậm chí là tại những vùng thấp hơn của châu Âu, cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng

Những nỗ lực kết hợp giữa Canada và Hoa Kỳ được thực hiện từ năm 1989 nhằm cắt giảm một nửa lượng khí thải sulfur dioxide (từ 20 triệu xuống 10 triệu tấn trên một vùng của Hoa Kỳ) trước năm 2000 (Xem mục “Mưa acid”)

Mưa cũng ảnh hưởng đến đá và đất mà nó rơi xuống Do nó chứa oxy, nên mưa oxy hóa, hay “làm gỉ sét”, nhiều loại chất khoáng khác nhau như sắt Chất hữu cơ

mà nó chứa oxy hóa các loại chất khoáng khác như thạch cao

Carbonic acid trong mưa phân hủy đá vôi và cẩm thạch, carbonate của magnesia

và những loại chất khoáng khác Cái gọi là “mạch ống” và “lỗ rút nước” trong đá vôi là những khoang hở hình phễu bị mưa ăn mòn Nếu không có đất trên bề mặt

để lấp đầy các lỗ hổng đó, thì chúng ăn sâu hơn và có thể cuối cùng trở thành hang động Vùng Karst tại Slovenia và Croatia bị lỗ chỗ các lỗ hổng như vậy

Mưa cũng phân hủy đá granite, làm cho đá lỏng đi đến nỗi có thể đào bằng cái mai

Ví dụ như tại Washington, D.C., đá granite bị mưa phân hủy được tìm thấy có độ sâu từ 24 đến 30m

Trong một số trường hợp khi mưa bị đá hấp thụ, cuối cùng hình thành nên một hợp chất hóa học chứa nước; quá trình mà đá trải qua một sự thay đổi như vậy gọi

là quá trình thủy hóa Ví dụ, thạch cao khan bị biến thành thạch cao Khối lượng của nó tăng lên khoảng 33% trong quá trình thủy hóa này

Hoạt tính hóa học của mưa

Hoạt tính hóa học của mưa có thể thấy rõ ràng Một trận mưa lớn có thể tẩy trôi và

để lại dấu vết trên một con đường hay lối đi dơ, để lại các rãnh nước ngay sau đó Khi mưa lớn, nó có thể cuốn trôi đất mạnh như một con sông

Những nơi có cây và thực vật giữ đất, sự xói mòn này bị giảm đi Nhưng tại những nơi đất không có sự bảo vệ của cây, thì sự xói mòn có thể xảy ra với tỷ lệ nhanh chóng một cách đáng ngạc nhiên

Việc phá rừng do đó có thể góp phần lớn tăng lên sức phá hủy của mưa Nhiều vùng của Tây Ban Nha, Hy Lạp, Thổ Nhĩ Kỳ và châu Phi bị con người chặt đốn cây, rồi sau đó mưa làm xói mòn đất

Cơn mưa xối xả có thể gây ra những trận lụt bùn lớn hay khiến cho sạt đất Mưa góp phần vào làm sạt lở đất bằng cách tăng trọng lượng đáng kể cho đất và hoạt động như một chất bôi trơn trong vận động của đất: trong một số trường hợp, lở đất kéo theo các khối lớn của vụn đá, cả lớn và nhỏ, chảy xuống với một tốc độ nhanh

Hoạt động xói mòn khác

Mưa gây ra những vận động ít gây hại khác của đất, những vận động dù sao cũng đóng một phần quan trọng trong việc định hình đất Khi đất xốp dọc các bờ của một con sông bị những cơn mưa lớn làm ướt sũng, nó có thể sụt xuống nước đang chảy

Loại hoạt động này gây ra nhiều sự xói mòn ven bờ sông xảy ra tại các vùng mưa Qua thời gian, kết quả có thể là sự hình thành một thung lũng rộng

Tại những vùng khô hạn, cơn mưa lớn hiếm xảy ra có thể tạo thành những con đèo dốc trên đất khô, xốp Hiện tượng này có thể thấy rõ ràng tại vùng hẻm núi của Arizona

Mưa cũng tạo ra những dạng đất kỳ lạ gọi là trụ đất - những ngọn tháp cao bằng đất bị đá bao phủ Dù chỉ là những cột đất sét rắn, nhưng các trụ đất được bảo vệ bởi những lớp đá phủ có khả năng chống lại sức mạnh xói mòn của mưa Đất sét

không được bảo vệ bị cuốn trôi đi Nếu đá rơi ra, thì cột đất sớm bị ăn mòn bằng mặt đất Các trụ đất loại này đặc biệt có nhiều tại Tirol của châu Âu và tại dãy Himalaya

Tuyết cũng có thể gây ra sự tàn phá lớn, đặc biệt là tại các vùng núi Trên sườn núi dốc, ít cây, một sự tích tụ tuyết lớn đột ngột có thể bắt đầu giai đoạn tuyết lở Lở tuyết có thể chảy xuống các sườn núi với tốc độ 65 đến 320km một giờ Một trận

lở tuyết lớn có thể phá hủy mọi thứ trên đường đi của nó Mỗi năm, có khoảng 140 người Mỹ bị mắc kẹt trong các trận lở tuyết, trong đó có hơn một tá người bị thiệt mạng

Chân dung của một tia chớp

Chớp được sinh ra bởi một loại mây rất đặc biệt, mây bão dông tích vũ Loại mây này phát triển một vùng tích điện dương trong các phần trên đông của nó, và một vùng tích điện âm tại đáy của nó

Người ta vẫn chưa thể hiểu hoàn toàn về việc nó xảy ra như thế nào Nhiều chuyên gia tin rằng sự chia vùng tích điện là do các sự vận động khác nhau của không khí trong một đám mây gây ra

Đám mây dông điển hình bắt đầu hình thành khi một khối không khí ấm di chuyển lên trên Khối không khí này đem theo một lượng lớn hơi nước Khi khối này bay lên, nó lạnh đi và bằng cách đó nó hình thành nên một đám mây

Nước thường đóng băng tại nhiệt độ 00C Tuy nhiên, dưới những điều kiện nào đó,

nó duy trì dạng lỏng tại những nơi có nhiệt độ thấp hơn nhiều Ở trạng thái này, nước bị chậm đông Các giọt nước hình thành nên mây dông đều có trạng thái chậm đông như vậy Tại những nơi có nhiệt độ thấp bằng -400C, các giọt nước cuối cùng chuyển thành những cục đá nhỏ

Cục mưa đá và vụn băng Một số các giọt nước đóng băng đông lại với nhau, hình thành nên các cục mưa đá Trọng lượng tương đối nặng của các cục mưa đá làm cho chúng rơi xuống Khi rơi xuống, chúng liên tục va vào các giọt nước chậm đông đang di chuyển lên trên Nước trong mỗi giọt nước đông lại trên cục mưa đá

mà nó chạm vào, và kích thước của cục mưa đá dần dần tăng lên

Cứ mỗi lần va chạm với một giọt nước, một cục mưa đá được tích điện âm Hàng triệu sự va chạm như vậy giữa các giọt nước và cục mưa đá trong mây có thể tạo

ra tích điện, gây ra một tia chớp

Cùng lúc đó, các vụn băng nhỏ nứt ra từ các giọt nước khi chúng đông lại Những vụn băng này truyền sự tích điện dương Những luồng không khí đang dâng lên đưa các vụn băng tích điện dương này lên đến những nơi cao hơn của mây

Khi các vụn băng tích điện dương tăng lên trong mây, các cục mưa đá tích điện âm rơi xuống đáy, nơi có không khí ấm hơn Với nhiệt độ cao hơn, các cục mưa đá tan

ra thành những giọt nước lớn Quá trình này có thể tiếp tục trong một hay nhiều giờ

Trong suốt quãng thời gian này, các nhà khoa học tin rằng toàn bộ đám mây hoạt động như một máy phát khổng lồ, tạo ra gần 1 triệu kw điện Mây cũng hoạt động giống một cục pin trữ khổng lồ, với cực dương tại đỉnh và cực âm nằm bên dưới

đó khoảng vài dặm Giữa hai cực, có một sự khác biệt về điện áp là 100 triệu Volt

Sự phóng điện khởi động Trong khi quá trình tích điện chính xảy ra, một ổ tích điện dương nhỏ hơn được hình thành tại chân mây, bên dưới cực âm

Một sự phóng điện khởi động nhảy từ túi điện dương này sang cực âm, một

khoảng cách ngắn bên trên Lúc này tất cả những sự phóng điện dương thấp hơn, cũng như một số điện tích âm, đều bị vô hiệu hóa Hơn nữa, con đường mà điện tích xuất hiện trên đó vẫn có tính dẫn điện Mặc dù hiện nay nó chuyển sang phần còn lại của điện tích âm Điện tích âm tiếp tục di chuyển xuống dưới, bị điện tích dương trên mặt đất hút lại

Sự tích điện không tạo ra một tia lửa điện khổng lồ, nó dò dẫm đường đi, được những biến thiên trong trường điện phía trước nó hướng dẫn Nó có thể hình thành nhiều nhánh, nhánh thì theo hướng này, nhánh thì theo hướng kia

Sự phóng điện sóng chủ Khi bắt đầu phóng điện, một sự phóng điện “sóng chủ” khá yếu ớt, có đường kính khoảng 5m, di chuyển xuống với một tốc độ chừng 140km một giây Sau khi nó di chuyển được khoảng 30m, nó tỏa sáng hơn Lúc

này nó trở thành một cơn sóng electron gọi là tia chớp dẫn Tia chớp dẫn di

chuyển xuống theo nhịp cho đến khi, sau đó khoảng 0,01 giây, nó gần chạm mặt đất

Trước lúc này, có một sự khác biệt khoảng 10 triệu volt giữa đầu của tia chớp dẫn

và mặt đất Kết quả là một điện tích dương hình thành trên một vật thể nhô ra, như

là một cái cây hay một tòa nhà Khi tia chớp dẫn và dải sáng cách nhau khoảng 30m, chúng kết hợp lại thành một mạch

Sau đó, một dải sáng dây về chói lọi di chuyển lên phía trên dọc theo đường của chớp điện, bằng khoảng 1/3 tốc độ của ánh sáng Dòng điện - có lẽ là 100.000 ampe - tiếp tục chảy giữa mây và mặt đất Những chớp điện này dừng lại khi tất cả điện tích trong vùng mây xảy ra đầu tiên truyền đến mặt đất

Tia chớp dẫn liên tục Sau khoảng 0,04 giây, quá trình này có thể lặp lại, lúc này,

từ một vùng cao hơn trong mây nơi mà một số điện tích vẫn còn thừa lại Ngoài ra, còn có sự hình thành đối lưu trong khí quyển và một tia chớp dẫn Nhưng đây là một tia chớp dẫn “liên tục” Nó không di chuyển xuống theo nhịp, mà di chuyển đều đặn dọc theo con đường của chớp điện đầu tiên Một quá trình tương tự xảy ra tại mặt đất, và dải sáng dây về lại di chuyển lên mây

Vài chớp điện có thể xuất hiện, mỗi chớp điện hình thành môt nơi còn cao hơn trong mây Cuối cùng sự hình thành phóng điện đạt đến vùng nơi có nhiệt độ -400C và tất cả nước bị đóng băng Ít nhất sự hình thành này tạm thời dừng lại, do không có nhiều giọt nước chậm đông hơn để thành thành điện tích Nhưng một lần nữa, các cục mưa đá có thể bắt đầu rơi xuống và phát triển khi chúng va phải những giọt nước đang bay lên, do đó hình thành điện tích cho một chớp điện khác Hầu hết các nhà khí tượng học ủng hộ cách giải thích trên hơn cách giải thích một đám mây sấm được tích điện như thế nào Những người khác thì vẫn cho rằng các

hạt phân tử băng không nhất thiết phải tích điện cho một đám mây Người ta vẫn đang tiếp tục nghiên cứu về cách mà điện hình thành trong những đám mây

Các loại Sét

Chớp được sinh ra bởi một loại mây rất đặc biệt, mây bão dông tích vũ Loại mây này phát triển một vùng tích điện dương trong các phần trên đông của nó, và một vùng tích điện âm tại đáy của nó

Người ta vẫn chưa thể hiểu hoàn toàn về việc nó xảy ra như thế nào Nhiều chuyên gia tin rằng sự chia vùng tích điện là do các sự vận động khác nhau của không khí trong một đám mây gây ra

Đám mây dông điển hình bắt đầu hình thành khi một khối không khí ấm di chuyển lên trên Khối không khí này đem theo một lượng lớn hơi nước Khi khối này bay lên, nó lạnh đi và bằng cách đó nó hình thành nên một đám mây

Nước thường đóng băng tại nhiệt độ 00C Tuy nhiên, dưới những điều kiện nào đó,

nó duy trì dạng lỏng tại những nơi có nhiệt độ thấp hơn nhiều Ở trạng thái này, nước bị chậm đông Các giọt nước hình thành nên mây dông đều có trạng thái chậm đông như vậy Tại những nơi có nhiệt độ thấp bằng -400C, các giọt nước cuối cùng chuyển thành những cục đá nhỏ

Cục mưa đá và vụn băng Một số các giọt nước đóng băng đông lại với nhau, hình thành nên các cục mưa đá Trọng lượng tương đối nặng của các cục mưa đá làm cho chúng rơi xuống Khi rơi xuống, chúng liên tục va vào các giọt nước chậm đông đang di chuyển lên trên Nước trong mỗi giọt nước đông lại trên cục mưa đá

mà nó chạm vào, và kích thước của cục mưa đá dần dần tăng lên

Cứ mỗi lần va chạm với một giọt nước, một cục mưa đá được tích điện âm Hàng triệu sự va chạm như vậy giữa các giọt nước và cục mưa đá trong mây có thể tạo

ra tích điện, gây ra một tia chớp

Cùng lúc đó, các vụn băng nhỏ nứt ra từ các giọt nước khi chúng đông lại Những vụn băng này truyền sự tích điện dương Những luồng không khí đang dâng lên đưa các vụn băng tích điện dương này lên đến những nơi cao hơn của mây

Khi các vụn băng tích điện dương tăng lên trong mây, các cục mưa đá tích điện âm rơi xuống đáy, nơi có không khí ấm hơn Với nhiệt độ cao hơn, các cục mưa đá tan

ra thành những giọt nước lớn Quá trình này có thể tiếp tục trong một hay nhiều giờ

Trong suốt quãng thời gian này, các nhà khoa học tin rằng toàn bộ đám mây hoạt động như một máy phát khổng lồ, tạo ra gần 1 triệu kw điện Mây cũng hoạt động giống một cục pin trữ khổng lồ, với cực dương tại đỉnh và cực âm nằm bên dưới

đó khoảng vài dặm Giữa hai cực, có một sự khác biệt về điện áp là 100 triệu Volt

Sự phóng điện khởi động Trong khi quá trình tích điện chính xảy ra, một ổ tích điện dương nhỏ hơn được hình thành tại chân mây, bên dưới cực âm

Một sự phóng điện khởi động nhảy từ túi điện dương này sang cực âm, một

khoảng cách ngắn bên trên Lúc này tất cả những sự phóng điện dương thấp hơn, cũng như một số điện tích âm, đều bị vô hiệu hóa Hơn nữa, con đường mà điện tích xuất hiện trên đó vẫn có tính dẫn điện Mặc dù hiện nay nó chuyển sang phần

còn lại của điện tích âm Điện tích âm tiếp tục di chuyển xuống dưới, bị điện tích dương trên mặt đất hút lại

Sự tích điện không tạo ra một tia lửa điện khổng lồ, nó dò dẫm đường đi, được những biến thiên trong trường điện phía trước nó hướng dẫn Nó có thể hình thành nhiều nhánh, nhánh thì theo hướng này, nhánh thì theo hướng kia

Sự phóng điện sóng chủ Khi bắt đầu phóng điện, một sự phóng điện “sóng chủ” khá yếu ớt, có đường kính khoảng 5m, di chuyển xuống với một tốc độ chừng 140km một giây Sau khi nó di chuyển được khoảng 30m, nó tỏa sáng hơn Lúc này nó trở thành một cơn sóng electron gọi là tia chớp dẫn Tia chớp dẫn di

chuyển xuống theo nhịp cho đến khi, sau đó khoảng 0,01 giây, nó gần chạm mặt đất

Trước lúc này, có một sự khác biệt khoảng 10 triệu volt giữa đầu của tia chớp dẫn

và mặt đất Kết quả là một điện tích dương hình thành trên một vật thể nhô ra, như

là một cái cây hay một tòa nhà Khi tia chớp dẫn và dải sáng cách nhau khoảng 30m, chúng kết hợp lại thành một mạch

Sau đó, một dải sáng dây về chói lọi di chuyển lên phía trên dọc theo đường của chớp điện, bằng khoảng 1/3 tốc độ của ánh sáng Dòng điện - có lẽ là 100.000 ampe - tiếp tục chảy giữa mây và mặt đất Những chớp điện này dừng lại khi tất cả điện tích trong vùng mây xảy ra đầu tiên truyền đến mặt đất

Tia chớp dẫn liên tục Sau khoảng 0,04 giây, quá trình này có thể lặp lại, lúc này,

từ một vùng cao hơn trong mây nơi mà một số điện tích vẫn còn thừa lại Ngoài ra, còn có sự hình thành đối lưu trong khí quyển và một tia chớp dẫn Nhưng đây là một tia chớp dẫn “liên tục” Nó không di chuyển xuống theo nhịp, mà di chuyển đều đặn dọc theo con đường của chớp điện đầu tiên Một quá trình tương tự xảy ra tại mặt đất, và dải sáng dây về lại di chuyển lên mây