Điều gì tiếp sức mạnh cho các dòng chảy của Đại dương?

TTO - Bất cứ nơi đâu và bất cứ khi nào có gió thổi ngang qua bề mặt đại dương, thì nó cũng đều ảnh hưởng đến nước. Nếu gió mạnh và ổn định, thì nước bắt đầu chuyển động, đầu tiên là chầm chậm.

Màng nước trên bề mặt là màng đầu tiên bị thay thế. Độ sâu của dòng chảy phu thuộc vào sức gió và thời gian mà nó thổi theo một hướng. Khi đó, gió là một trong những thế lực tự nhiên chính làm các dòng chảy chuyển động.

Các cơn gió trên khắp những vùng nào đó của đại dương, như các vùng biển phía nam quanh Nam Cực, có thời gian tồn tại đặc biệt dài. Các thủy thủ cũng có thể phụ thuộc vào các dòng chảy do những cơn gió mậu dịch thổi bên trên và bên dưới đường xích đạo cấp lực. Những cơn gió tây tại phía bắc Thái Bình Dương và Đại Tây Dương lúc đó là một đai đáng tin cậy khác của những dòng chảy được gió điều khiển.

Hệ gió sinh ra một sự vận động chung của nước tại bề mặt hướng về phía tây gần đường xích đạo, và hướng về phía đông giữa đường xích đạo và các cực. Tại những nơi này, các dòng chảy rộng nhiều dặm, nhưng ít khi sâu hơn 92m. Do lực gió khác nhau theo mùa, nên tốc độ của dòng chảy thay đổi theo tháng.

Một nhóm những dòng chảy quan trọng do gió điều khiển khác xuất hiện gần phía nam và đông châu Á. Ở đó những cơn gió mạnh gọi là gió mùa thổi theo một hướng trong nửa năm, và theo một hướng ngược lại trong nửa năm sau. Vào mùa đông, áp khí cao trên đất liền hướng những cơn gió ra ngoài khơi.

Vào mùa hè, khi đất làm ấm bầu không khí bên trên nó, áp suất giảm xuống, và những cơn gió chuyển hướng thổi vào đất liền. Những dòng chảy hình thành trong đại dương từ những cơn gió này gọi là những dòng chảy chậm theo gió mùa. Nổi tiếng nhất là những dòng chảy tại phía bắc Ấn Độ Dương.

Những dòng chảy chậm theo gió khác có thời gian tồn tại ít nhiều đều đặn được hình thành từ những thay đổi của những cơn gió biển trong vùng. Vào ban ngày, đất trở nên ấm hơn vùng đại dương tiếp giáp. Không khí ấm bay lên và bị thay thế bởi không khí lạnh hơn thổi vào từ biển. Vào ban đêm, đất nhanh chóng lạnh đi, nhưng đại dương vẫn giữ lại phần lớn lượng nhiệt của nó.

Không khí ấm hơn trên đại dương dâng lên và bị thay thế bởi không khí lạnh hơn thổi ra từ đất liền. Do đó những cơn gió tại bề mặt thổi từ biển vào đất liền vào ban ngày, và thổi từ đất liền ra biển vào ban đêm. Những cơn gió breeze này tác động đến các dòng chảy ngoài biển.

Những cơn gió biển, kết hợp với những tác động của những thay đổi định kỳ về nhiệt độ nước, có thể ảnh hưởng đáng kể đến thủy triều. Thực ra, chính những dòng chảy này đôi khi được nhắc đến như thủy triều do đặc tính tuần hoàn của chúng. Chúng được gọi là triều khí tượng, trái với triều thiên văn do lực hút của mặt trời và mặt trăng.

Tương tác giữa gió và nước có thể tạo ra một số tác động thú vị. Tại các vùng ven biển, gió thổi song song với bờ biển có thể khiến cho những tầng nước gần bờ bên trên bị thổi ra biển. Sự thiếu hụt này sau đó được bù đắp bởi các tầng nước ở đáy di chuyển lên trên.

Các dòng dềnh lên này đưa các chất dinh dưỡng bị phân hủy lên trên và có xu hướng tích cực về mặt sinh học. Một ví dụ về vùng dềnh lên như vậy là vùng ngoài khơi Peru. Những khối nước giàu dinh dưỡng này nuôi dưỡng một lượng lớn cá trồng. Mặt khác, nếu gió khiến cho nước mặt chất chồng gần bờ thì một sự rút xuống có thể xảy ra.

Hiệu ứng Coriolis

Gió không phải là lực lượng duy nhất cung cấp năng lượng cho các dòng chảy đại dương. Thực vậy, các thủy thủ từ lâu đã biết rằng các dòng chảy thường chảy theo nhiều hướng hoàn toàn trái ngược với những cơn gió thịnh hành.

Thuật ngữ hiệu ứng Coriolis mô tả độ lệch toàn cầu do vận động của chính Trái đất gây ra. Nó được gọi như vậy sau khi nhà toán học người Pháp Gaspard Coriolis vào thế kỷ 19 đã tính được con đường của một thể vận động trên bề mặt xoay tròn uốn quanh bất cứ thể bất động nào trên cùng một bề mặt như thế nào. Trong trường hợp này, bề mặt xoay tròn chính là Trái đất, quay theo trục của nó; thể vận động là bất cứ dòng chảy đại dương ổn định nào.

Độ lệch là khoảng 45 độ tại mặt nước, và tăng lên theo độ sâu. Tại bán cầu Bắc, hiệu ứng Coriolis làm lệch dòng chảy hướng về bên phải của hướng gió thịnh hành. Tại Bán Cầu Nam, độ lệch là về bên trái của những cơn gió thịnh hành. Kết quả là, các dòng chảy có xu hướng chảy theo chiều kim đồng hồ tại Bán Cầu Bắc và ngược chiều kim đồng hồ tại Bán Cầu Nam.

Hướng của một dòng chảy do gió điều khiển cũng bị ảnh hưởng bởi độ sâu của nước. Một dòng chảy chảy trực tiếp trước cơn gió tại vùng nước cạn. Tại vùng nước sâu hơn, các tầng nước lạnh hơn và nặng hơn nằm bên dưới có thể gây ra sự hòa lẫn và xáo trộn ngăn cản dòng chảy trên bề mặt. Hướng chảy cũng bị ảnh hưởng bởi những vật cản như một bờ biển hay sự va chạm, dòng chảy khác.

Những vận động do nhiệt độ

Nhiệt độ và độ mặn ảnh hưởng đến tỷ trọng, hay “độ nặng” của bất cứ khối nước nào. Nước càng lạnh và mặn hơn thì nó càng nặng hơn. Nhằm tìm hiểu những khác biệt về tỷ trọng có thể di chuyển nước như thế nào, hãy tưởng tượng một một bể nước có một phần nước lạnh bị tách biệt với phần nước ấm bởi một vách ngăn. Dời bỏ vách ngăn, thì nước lạnh, nặng hơn sẽ chìm xuống và trải rộng ra khắp đáy bể. Nước ấm hơn và nhẹ hơn sẽ chảy ra khắp bề mặt, hình thành tầng bên trên.

Nước biển sẽ chìm xuống khá nhanh trong một vùng nhỏ nơi đại dương cực lạnh. Nó dâng lên nhanh hơn qua một vùng rộng lớn tại những vùng nước ấm hơn của đại dương. Sự dâng lên và hạ xuống do nhiệt độ này có xu hướng di chuyển nước đại dương của thế giới chảy vòng từ các cực đến đáy và ngang qua đường xích đạo. Từ đường xích đạo, nước có xu hướng chảy lên bề mặt và sau đó quay trở lại các cực, lặp lại chu trình này.

Những khác biệt về tỷ trọng nước có lẽ là nhân tố quan trọng nhất cấp lực cho các dòng chảy sâu bên dưới bề mặt của đại dương. Trong khi những dòng chảy này nhìn chung là những sự vận động nhẹ, thì chúng có thể mạnh lên tại nhiều nơi.

Bằng chứng là những nhà thám hiểm biển sâu đã tìm thấy những biểu hiện gợn sóng và những trường hợp xảy ra xói mòn trên đáy đại dương. Những dòng chảy nhanh bất thường tại đáy này đôi khi được gọi là những dòng chảy viền, vì chúng dường như bị ảnh hưởng bởi địa hình, hay dạng đất, của đáy đại dương.

Các dòng chảy xoáy

Một loại dòng chảy khác vận động bởi ảnh hưởng của những con sóng vỗ bờ. Khi những con sóng vỗ bờ đem nước đến bờ, nước phải bằng cách nào đó quay trở lại biển. Nước do sóng vỗ dâng lên trước tiên chảy dọc theo bờ biển, rồi sau đó quay trở lại biển qua những con sóng dưới một dạng được gọi là dòng chảy xoáy. Nước chảy ngược ra biển theo những “đường” riêng biệt nơi có áp suất của sóng thấp nhất do địa hình không đều tại bờ biển.

Các dòng chảy xoáy, còn được gọi là “dòng triều xoáy”, hay “dòng đối lưu đáy”, có thể rất nguy hiểm. Chúng có thể nhanh chóng cuốn theo những tay bơi không khỏe lắm xuống vùng nước sâu. Cách an toàn nhất để thoát khỏi một dòng chảy xoáy là tránh đương đầu với nó, nên bơi gần song song với bờ biển đến khi có thể thoát ra khỏi lực kéo ra ngoài của dòng chảy xoáy.

NGUYỄN ĐĂNG KHOA biên dịch