Mây và Sương

TTO - Vào lúc này hay lúc khác, hầu hết ai cũng đều trải qua một vài giờ nhìn chằm chằm về phía bầu trời, ngắm những đám mây trôi trên đầu. Nhưng bạn đã bao giờ tự hỏi chúng là cái gì, và tại sao chúng trông khác nhau qua từng ngày chưa?

Mây chứa gần như là hoàn toàn hơi nước ngưng tụ. Nghĩa là chúng được hình thành từ nước dạng khí, loại nước biến thành giọt và tinh thể băng. Phần lớn hơi nước này là nước bị bay hơi từ biển, hồ và sông suối.

Một số bắt nguồn như những giọt nước nhỏ bốc lên từ miệng con người và động vật. Nhưng phần nhiều bị bay hơi, hay thoát hơi từ lá cây và thân cây. Những sự phun trào của núi lửa cũng góp hơi nước vào bầu khí quyển toàn cầu.

Mây có nhiều hình dạng và kiểu cách, biểu hiện cho các lực lượng phức tạp tạo ra chúng, cũng như là các loại hình thời tiết có liên quan đến chúng.

Mây và Sương hình thành như thế nào

Theo một quan điểm nào đó, thì hơi nước trong bầu khí quyển duy trì ở tình trạng bị phân tán và không thể thấy được. Lượng hơi nước mà không khí có thể giữ lại được tăng lên khi nhiệt độ tăng. Điểm sương là nhiệt độ mà bầu khí quyển bị bão hòa, hay giữ lại tất cả hơi ẩm mà nó có thể giữ. Điểm sương ở mỗi nơi khác nhau, phụ thuộc vào lượng hơi ẩm trong không khí và phụ thuộc vào áp suất không khí.

Khi nhiệt độ rớt xuống từ điểm sương, hơi nước bắt đầu hình thành những giọt nước nhỏ hay tinh thể băng trên các hạt phân tử không khí như bụi và các hạt phân tử của muối biển.

Tại mặt đất hay ngay bên trên nó, lượng hơi nước ngưng tụ này trở nên có thể thấy được dưới dạng sương, sương mù, hay bụi mù. Tại những nơi cao trên 0,5km, hơi nước ngưng tụ hình thành mây. Điểm khác biệt chính khi đó giữa sương và mây là khoảng cách so với bề mặt Trái đất của chúng.

Sương có thể hình thành trên biển hay trên đất liền. Mật độ của nó, hay độ dày, phụ thuộc vào số lượng và kích thước của giọt nước trong không khí. Nhưng thậm chí màn sương dày nhất có một lượng nước thấp đáng ngạc nhiên. Thực tế thì nước chứa trong một cái gọi là “sương mù dày đặc” trên một bến cảng điển hình hiếm khi đầy 6 xô nước.

Thậm chí có ít nước hơn trong màn sương mỏng, gọi là bụi mù. Sương mù là một từ được sử dụng để mô tả màn sương có dạng mưa. Một màn sương mù nhìn chung trong suốt hơn sương, và chứa vô số những giọt nước nhỏ có thể trôi lơ lửng hay rơi xuống qua không khí.

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 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 5,5⁰C. 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.

NGUYỄN ĐĂNG KHOA biên dịch