Xem mẫu
- Ch ¬ng 3
C©n b»ng n¨ng l îng v nhiÖt ®é
S¸ng sím ng y 24/10/1998, xo¸y thuËn nhiÖt ®íi Mitch võa m¹nh lªn th nh
mét trËn b·o thùc sù ë phÝa t©y §¹i T©y D ¬ng. MÆc dï c¸c nh dù b¸o tin ch¾c
xo¸y thuËn sÏ m¹nh lªn tiÕp v di chuyÓn vÒ phÝa t©y, song kh«ng ai biÕt r»ng
trong Ýt ng y Mitch cã thÓ trë th nh mét trËn b·o tåi tÖ nhÊt tÊn c«ng vïng Trung
Mü kÓ tõ n¨m 1780. Møc ®é ph¸ hñy tæng céng cña nã khã m ®¸nh gi¸. Con sè tæn
thÊt sinh m¹ng chÝnh x¸c tõ b·o Mitch sÏ kh«ng bao giê ® îc biÕt, song cã lÏ ®©u ®ã
kho¶ng 9 000 v 18 000 ng êi. Giã giËt cì h¬n 320 km/h v l îng m a h¬n 50 cm ®·
l m tr¬ trôi nhiÒu l ng m¹c. N¬i chÞu ®ùng tåi tÖ nhÊt l Honduras, h¬n 20 % d©n
c ®Êt n íc n y bçng d ng trë th nh v« gia c . Vïng nói cña Nicaragoa bÞ thiÖt h¹i
®Æc biÖt nÆng nÒ bëi nh÷ng trËn tr ît ®Êt ph¸ ho¹i t n b¹o. Mét n«ng d©n, tªn l
JosÐ Morales, kÓ l¹i tr¶i nghiÖm cña m×nh víi mét trong nh÷ng vô tåi tÖ nhÊt, vô
tr ît ®Êt Casitas ë t©y b¾c Nicaragoa: “§ã l mét khèi cÇu ®Êt v c©y cèi v lËp tøc
t«i kh«ng cßn cã thÓ nh×n thÊy nh cöa n÷a” (xem h×nh 3.1).
H×nh 3.1. ¶nh vÖ tinh b·o Mitch, trËn b·o t n khèc nhÊt tr n tíi Trung Mü cuèi thÕ kû 20
http://www.ebook.edu.vn 85
- Nçi thèng khæ do b·o Mitch vÉn tiÕp tôc. C¸c quèc gia bÞ h¹i cña khu vùc ®·
ph¶i chèng chäi víi nguy c¬ bÖnh t¶, sèt rÐt v bÖnh sèt nhiÖt ®íi - kh«ng kÓ n¹n
®ãi ho nh h nh do mïa m ng bÞ ph¸ ho¹i. ë Hoduras kho¶ng 70 % mïa m ng bÞ
ph¸ ho¹i v mét tØ lÖ t ¬ng tù c¬ së h¹ tÇng giao th«ng bÞ triÖt ph¸. Mét sè chuyªn
gia cøu n¹n ®· íc tÝnh r»ng sÏ cÇn 15 ®Õn 20 n¨m tr íc khi nh÷ng hËu qu¶ cña
trËn b·o ® îc kh¾c phôc ho n to n.
Gièng nh nh÷ng trËn b·o m¹nh kh¸c, Mitch tr n tíi mét diÖn tÝch lín h¬n
mét phÇn t triÖu km2, kÐo d i gÇn mét tuÇn, x¶ xuèng h ng triÖu tÊn n íc m a v
giã hung d÷ cuèn ph¨ng c¶ nh÷ng l ng m¹c. Mét ho¹t ®éng nh thÕ ®ßi hái l îng
n¨ng l îng khæng lå, v nh chóng ta ®· thÊy ë ch ¬ng 2, bøc x¹ MÆt Trêi cung
cÊp tÊt c¶ nh÷ng n¨ng l îng ®ã. Nh ng c©u chuyÖn ch a ph¶i ®· hÕt, bëi v× phÇn
lín n¨ng l îng chøa trong khÝ quyÓn kh«ng tÝch lòy b»ng c¸ch hÊp thô trùc tiÕp
bøc x¹ MÆt Trêi. Ng îc l¹i, phÇn lín n¨ng l îng cã ® îc mét c¸ch gi¸n tiÕp tõ MÆt
Trêi sau khi ®· bÞ hÊp thô tr íc nhÊt bëi bÒ mÆt Tr¸i §Êt. Tõ ®©y, mét sè qu¸ tr×nh
kÕt hîp víi nhau ®Ó vËn chuyÓn n¨ng l îng hÊp thô n y v o khÝ quyÓn. Trong
ch ¬ng n y chóng ta xem xÐt sù vËn chuyÓn n¨ng l îng ®ã, nã cung cÊp nhiªn liÖu
cho nh÷ng hiÖn t îng thêi tiÕt h ng ng y v nh÷ng sù kiÖn tai häa nh b·o Mitch.
¶nh h ëng cña khÝ quyÓn ®èi víi bøc x¹ tíi
Bøc x¹ MÆt Trêi ®¹t tíi ®Ønh cña khÝ quyÓn kh«ng ®i qua khÝ quyÓn mét c¸ch
kh«ng bÞ c¶n trë, m ng îc l¹i, bÞ suy yÕu bëi rÊt nhiÒu qu¸ tr×nh. KhÝ quyÓn hÊp
thô mét phÇn bøc x¹ mét c¸ch trùc tiÕp v do ®ã thu ® îc nhiÖt. Mét phÇn kh¸c
tiªu t¸n mÊt nh nh÷ng tia yÕu h¬n ®i ra theo nhiÒu h íng kh¸c nhau th«ng qua
mét qu¸ tr×nh gäi l t¸n x¹. Mét sè bøc x¹ t¸n x¹ h íng trë l¹i kh«ng gian; phÇn
cßn l¹i bÞ t¸n x¹ h íng tíi nh l ¸nh s¸ng m chóng ta nh×n thÊy tõ phÇn bÇu trêi
ë xa ®Üa MÆt Trêi. Trong mäi tr êng hîp, phÇn n¨ng l îng t¸n x¹ kh«ng bÞ hÊp thô
bëi khÝ quyÓn v do ®ã kh«ng gãp phÇn l m nãng nã.
Bøc x¹ tíi cßn l¹i kh«ng bÞ hÊp thô v t¸n x¹ v ®i qua khÝ quyÓn kh«ng bÞ
biÕn ®æi, ®¹t tíi bÒ mÆt víi t c¸ch l bøc x¹ trùc tiÕp. Nh ng kh«ng ph¶i tÊt c¶
n¨ng l îng ®¹t tíi bÒ mÆt ® îc hÊp thô. Ng îc l¹i, mét bé phËn bÞ t¸n x¹ trë l¹i
v o kh«ng gian v gièng nh bøc x¹ bÞ t¸n x¹ bëi khÝ quyÓn, nã kh«ng gãp phÇn
l m nãng h nh tinh.
C¸c qu¸ tr×nh n y - hÊp thô, t¸n x¹ v vËn chuyÓn bøc x¹ MÆt Trêi - trùc tiÕp
¶nh h ëng tíi ph©n bè nhiÖt ®é trong to n khÝ quyÓn. Chóng còng gi¶i thÝch mét sè
hiÖn t îng khÝ quyÓn ®¸ng quan t©m th êng ng y nh bÇu trêi xanh lam trong
mét ng y quang m©y hay s¾c ®á cña mét buæi ho ng h«n. Trong môc n y, chóng ta
kh¸m ph¸ nh÷ng qu¸ tr×nh t¸c ®éng tíi bøc x¹ tíi.
HÊp thô
C¸c chÊt khÝ khÝ quyÓn, c¸c h¹t li ti v nh÷ng giät m a ®Òu l m suy gi¶m
c êng ®é cña bøc x¹ tíi b»ng hÊp thô. §iÒu quan träng ph¶i l u ý l hÊp thô thÓ
hiÖn sù truyÒn n¨ng l îng cho vËt hÊp thô. Sù truyÒn n y cã hai hÖ qu¶: vËt hÊp
http://www.ebook.edu.vn
86
- thô nhËn ® îc n¨ng l îng v nãng lªn, trong khi l îng n¨ng l îng cung cÊp cho bÒ
mÆt bÞ gi¶m.
C¸c chÊt khÝ cña khÝ quyÓn kh«ng ph¶i ®Òu hiÖu qu¶ nh nhau trong hÊp thô
¸nh s¸ng MÆt Trêi, v c¸c b íc sãng bøc x¹ kh¸c nhau kh«ng bÞ hÊp thô nh nhau.
ThÝ dô, bøc x¹ cùc tÝm gÇn nh bÞ hÊp thô ho n to n bëi «z«n trong b×nh l u quyÓn.
Ng îc l¹i, bøc x¹ nh×n thÊy ®i qua khÝ quyÓn chØ víi mét l îng hÊp thô cùc tiÓu.
§iÒu n y cã mét hÖ qu¶ kh«ng ph¶i nhá, bëi v× nÕu nh khÝ quyÓn cã kh¶ n¨ng hÊp
thô tÊt c¶ n¨ng l îng MÆt Trêi ®i ®Õn, th× bÇu trêi sÏ tèi ho n to n. C¸c lo¹i ¸nh
s¸ng nh©n t¹o sÏ l v« Ých, bëi v× bøc x¹ cña chóng ch¾c ch¾n sÏ bÞ hÊp thô. ChÝnh
thùc tÕ chóng ta cã thÓ nh×n thÊy nh÷ng kho¶ng c¸ch lín m¸ch b¶o r»ng khÝ quyÓn
kh«ng ph¶i l vËt ®Æc biÖt giái hÊp thô bøc x¹ nh×n thÊy, mét Ên t îng rÊt ®óng.
Bøc x¹ cËn hång ngo¹i, nã thÓ hiÖn gÇn mét nöa bøc x¹ do MÆt Trêi ph¸t ra, bÞ
hÊp thô chñ yÕu bëi hai chÊt khÝ trong khÝ quyÓn - h¬i n íc v (ë møc ®é kÐm h¬n)
cacbon ®i«xit. §ã l lý do v× sao ¸nh s¸ng MÆt Trêi trùc tiÕp ë vïng hoang m¹c cã
c¶m gi¸c nãng nh vËy, cßn bãng r©m th× rÊt dÔ chÞu, trong khi sù kh¸c biÖt nhiÖt
®é biÓu kiÕn d íi ¸nh s¸ng trùc tiÕp v d íi bãng r©m l t ¬ng ®èi nhá ë c¸c vïng
Èm. Khi ®é Èm cao, h¬i n íc hÊp thô mét phÇn lín bøc x¹ cËn hång ngo¹i, do ®ã
l m gi¶m l îng n¨ng l îng kh¶ n¨ng l m nãng da chóng ta. Trong nh÷ng ng y
kh«, sô thiÕu hôt h¬i n íc cho phÐp mét l îng lín h¬n bøc x¹ cËn hång ngo¹i xuyªn
qua khÝ quyÓn v l m t¨ng nhiÖt ®é da b¹n.
Ph¶n x¹ v t¸n x¹
Ph¶n x¹ n¨ng l îng l mét qu¸ tr×nh trong ®ã bøc x¹ tiÕp xóc víi vËt n o ®ã
chØ bÞ ®æi h íng khái bÒ mÆt m kh«ng bÞ hÊp thô. Lý do chóng ta cã thÓ nh×n ® îc
l m¾t ng êi cã kh¶ n¨ng ph¸t hiÖn sù tiÕp nhËn bøc x¹ nh×n thÊy. N¨ng l îng
nh×n thÊy truyÒn trong tÊt c¶ c¸c h íng v× nã bÞ ph¶n x¹ khái c¸c ®èi t îng trong
tÇm nh×n cña chóng ta. Mét sè ¸nh s¸ng ph¶n x¹ ®i tíi tiÕp xóc víi m¾t chóng ta,
m¾t göi c¸c tÝn hiÖu ®Ó cho c¸c trung t©m quang häc trong n·o bé chóng ta xö lý.
TÊt c¶ c¸c chÊt ph¶n x¹ ¸nh s¸ng nh×n thÊy, nh ng víi hiÖu qu¶ rÊt kh¸c nhau.
Ch¼ng h¹n, mét ®¸m tuyÕt t ¬i ph¶n x¹ ¸nh s¸ng nh×n thÊy rÊt hiÖu qu¶, trong khi
mét côc than chØ ph¶n x¹ mét phÇn nhá bøc x¹ nh×n thÊy ®i tíi bÒ mÆt cña nã. TØ
phÇn phÇn tr¨m cña ¸nh s¸ng nh×n thÊy bÞ ph¶n x¹ bëi mét vËt hoÆc mét chÊt ® îc
gäi l albe®«. Ngo i ra, c¸c vËt kh«ng ph¶n x¹ tÊt c¶ c¸c b íc sãng nh nhau. ThÝ
dô, mét chiÕc ¸o s¬ mi sÏ cã m u xanh lam nÕu nã ph¶n x¹ hiÖu qu¶ nhÊt c¸c b íc
sãng ë vïng xanh lam cña phæ.
¸nh s¸ng cã thÓ bÞ ph¶n x¹ tõ mét bÒ mÆt theo hai c¸ch kh¸c nhau. Khi ¸nh
s¸ng ch¹m v o mét c¸i g ¬ng, nã bÞ ph¶n x¹ l¹i nh mét chïm cïng c êng ®é,
ng êi ta gäi l ph¶n x¹ g ¬ng. Ng îc l¹i, khi mét chïm bÞ ph¶n x¹ tõ mét vËt
nh mét sè lín c¸c tia yÕu h¬n truyÒn trong nhiÒu h íng kh¸c nhau, ng êi ta gäi l
ph¶n x¹ t¶n m¹n hay t¸n x¹. Khi t¸n x¹ x¶y ra, b¹n kh«ng thÓ nh×n thÊy ¶nh
cña chÝnh m×nh trªn bÒ mÆt ph¶n x¹ nh b¹n cã thÓ nh×n thÊy trong mét chiÕc
g ¬ng. Do ®ã, mÆc dï mét bÒ mÆt tuyÕt t ¬i cã thÓ ph¶n x¹ trë l¹i phÇn lín ¸nh
http://www.ebook.edu.vn 87
- s¸ng nh×n thÊy ®i tíi nã, b¹n kh«ng thÓ nh×n ng¾m m×nh b»ng c¸ch nh×n v o tuyÕt.
§¹i ®a sè c¸c bÒ mÆt tù nhiªn l bÒ mÆt ph¶n x¹ t¶n m¹n chø kh«ng ph¶i l bÒ mÆt
ph¶n x¹ g ¬ng.
Ngo i rÊt nhiÒu bÒ mÆt chÊt r¾n, c¸c ph©n tö khÝ, c¸c h¹t li ti v nh÷ng giät
n íc nhá t¸n x¹ bøc x¹. H¬n n÷a, mÆc dï nhiÒu bøc x¹ bÞ t¸n x¹ trë l¹i kh«ng gian,
th× còng nhiÒu bøc x¹ bÞ ®æi h íng vÒ phÝa bÒ mÆt. N¨ng l îng t¸n x¹ ®¹t tíi bÒ
mÆt Tr¸i §Êt do ®ã l bøc x¹ t¶n m¹n, nã kh¸c víi bøc x¹ trùc tiÕp kh«ng t¶n
m¹n. H×nh 3.2 minh häa qu¸ tr×nh t¸n x¹ v biÕn ®æi bøc x¹ trùc tiÕp th nh bøc x¹
t¸n x¹. B¹n cã thÓ xÐt qu¸ tr×nh n y theo c¸ch nh sau: tËp hîp bøc x¹ trùc tiÕp l
c¸i t¹o nªn c¸c bãng r©m, cßn mét bÒ mÆt trong bãng r©m cña bøc x¹ trùc tiÕp
kh«ng tèi ho n to n, bëi v× nã ® îc chiÕu s¸ng bëi bøc x¹ t¸n x¹. H·y l u ý r»ng dï
® îc thùc hiÖn bëi mét ph©n tö khÝ, h¹t li ti hay giät n íc, song kÕt qu¶ vÉn l mét
qu¸ tr×nh t¸n x¹, trong ®ã bøc x¹ bÞ ®æi h íng chø kh«ng bÞ hÊp thô.
C¸c ®Æc tr ng cña bøc x¹ bÞ t¸n x¹
bëi khÝ quyÓn phô thuéc v o kÝch th íc
cña nh÷ng t¸c nh©n t¸n x¹ (c¸c ph©n tö
kh«ng khÝ hoÆc c¸c h¹t l¬ löng) so víi
b íc sãng cña n¨ng l îng ®iÖn tõ ®i tíi.
Tån t¹i ba lo¹i t¸n x¹ rÊt phæ biÕn: t¸n
x¹ Rayleigh, t¸n x¹ Mie v t¸n x¹ kh«ng
chän läc.
T¸n x¹ Rayleigh. C¸c t¸c nh©n
t¸n x¹ bÐ h¬n kho¶ng mét phÇn m êi
b íc sãng cña bøc x¹ tíi l m t¶n m¸t
bøc x¹ theo mét kiÓu gäi l t¸n x¹
Rayleigh. T¸n x¹ Rayleigh ® îc thùc
hiÖn bëi nh÷ng ph©n tö khÝ riªng lÎ
trong khÝ quyÓn. Nã kh«ng t¸c ®éng nh
nhau tíi tÊt c¶ c¸c b íc sãng cña bøc x¹
MÆt Trêi; ng îc l¹i, nã thiªn vÒ phÝa c¸c
H×nh 3.2. T¸n x¹ l qu¸ tr×nh trong ®ã mét
b íc sãng ng¾n h¬n. T¸n x¹ Rayleigh chïm tia bøc x¹ bÞ chia th nh nhiÒu tia yÕu
®Æc biÖt hiÖu qu¶ ®èi víi ¸nh s¸ng nh×n h¬n ®Þnh h íng l¹i trong nhiÒu h íng kh¸c
nh×n thÊy, ®Æc biÖt víi nh÷ng ¸nh s¸ng
cã m u nh c¸c b íc sãng ng¾n nhÊt, cho nªn ¸nh s¸ng xanh lam bÞ t¸n x¹ bëi c¸c
ph©n tö kh«ng khÝ hiÖu qu¶ h¬n ¸nh s¸ng ®á víi b íc sãng d i h¬n. Ngo i ra, t¸n
x¹ Rayleigh l m t¶n m¸t bøc x¹ theo c¶ hai h íng tiÕn lªn tiÕp v quay trë l¹i. KÕt
hîp víi ®é hiÖu qu¶ lín cña nã khi t¸n x¹ c¸c b íc sãng ng¾n, ®Æc ®iÓm n y dÉn
®Õn ba hiÖn t îng lý thó: bÇu trêi xanh lam trong ng y quang m©y, s¾c xanh lam
cña khÝ quyÓn khi nh×n tõ kho¶ng kh«ng bªn ngo i v s¾c ®á cña nh÷ng kho¶nh
kh¾c ho ng h«n v b×nh minh.
H×nh 3.3 minh häa t¸n x¹ Rayleigh t¹o ra mét bÇu trêi xanh lam nh thÕ n o.
Khi nh÷ng chïm tia bøc x¹ song song ®i v o khÝ quyÓn, mét phÇn ¸nh s¸ng bÞ ®æi
http://www.ebook.edu.vn
88
- h íng so víi h íng ban ®Çu cña nã. Mét ng êi nh×n lªn phÝa trªn, kh«ng theo
h íng cña MÆt Trêi, cã thÓ nh×n thÊy mét sè ¸nh s¸ng t¸n x¹ ®· bÞ ®æi h íng vÒ
phÝa ng êi quan s¸t. V× ¸nh s¸ng xanh lam thuéc lo¹i ng¾n nhÊt trong c¸c b íc
sãng nh×n thÊy (v do ®ã dÔ bÞ t¸n x¹ nhÊt), bøc x¹ t¸n x¹ chøa mét tØ phÇn ¸nh
s¸ng xanh cao h¬n so víi c¸c ¸nh s¸ng v ng, lôc hay c¸c b íc sãng d i h¬n kh¸c.
T¸n x¹ Rayleigh diÔn ra t¹i mäi ®iÓm trong khÝ quyÓn trong suèt v h íng n¨ng
l îng tíi mét ng êi quan s¸t tõ tÊt c¶ c¸c h íng, cho nªn bÊt kÓ b¹n nh×n lªn tõ
®©u trong mét ng y quang m©y th× bÇu trêi vÉn l m u lam. DÜ nhiªn, kh«ng ph¶i
tÊt c¶ bøc x¹ tíi bÞ t¸n x¹ trong mét ng y trêi quang. ThËt vËy, l îng bøc x¹ t¸n x¹
nhËn ® îc t¹i bÒ mÆt trong ®iÒu kiÖn trêi kh«ng m©y th êng b»ng kho¶ng mét
phÇn m êi l îng bøc x¹ trùc tiÕp.
H×nh 3.3. BÇu trêi cã m u lam v× c¸c khÝ v h¹t li ti trong khÝ quyÓn t¸n x¹
mét phÇn bøc x¹ MÆt Trêi tíi theo tÊt c¶ c¸c h íng. C¸c ph©n tö kh«ng khÝ
t¸n x¹ nh÷ng b íc sãng ng¾n h¬n hiÖu qu¶ h¬n. Ai ®ã trªn mÆt ®Êt nh×n lªn
trêi tiÕp nhËn ¸nh s¸ng lam, b íc sãng ng¾n nhÊt cña phÇn phæ nh×n thÊy
Trªn MÆt Tr¨ng, kh«ng cã khÝ quyÓn, “bÇu trêi” th nh ra m u ®en (h×nh 3.4).
Khi mét ng êi quan s¸t nh×n vÒ phÝa ch©n trêi lªn phÝa MÆt Tr¨ng, kh«ng cã ¸nh
s¸ng t¸n x¹ xuèng phÝa d íi, bëi v× kh«ng cã khÝ quyÓn v bÇu trêi hiÖn ra kh«ng
kh¸c mÊy víi bÇu trêi ®ªm. TÊt c¶ nh÷ng g× cã thÓ nh×n thÊy ® îc chØ l n¨ng l îng
ph¶n x¹ tõ bÒ mÆt MÆt Tr¨ng v Tr¸i §Êt.
Cïng mét qu¸ tr×nh dÉn tíi bÇu trêi lam khi nh×n tõ mÆt ®Êt còng t¹o nªn s¾c
lam cña khÝ quyÓn khi nh×n tõ kho¶ng kh«ng vò trô. Gièng nh t¸n x¹ h íng tíi,
t¸n x¹ ng îc trë l¹i thiªn vÒ phÝa c¸c b íc sãng xanh lam, nªn bøc x¹ t¶n m¸t
h íng ng îc trë l¹i kho¶ng kh«ng còng cã m u lam.
http://www.ebook.edu.vn 89
- T¸n x¹ Rayleigh cßn l nguyªn nh©n cña m u ®á cña b×nh minh v ho ng h«n
nh cã thÓ thÊy trªn h×nh 3.5. H×nh 3.5 cho thÊy ®iÒu n y ®· diÔn ra nh thÕ n o.
Khi MÆt Trêi ®ang ë gÇn ch©n trêi, ¸nh s¸ng MÆt Trêi ph¶i ®i mét kho¶ng c¸ch lín
h¬n qua khÝ quyÓn so víi lóc gi÷a tr a v qu·ng ® êng xa h¬n l m t¨ng l îng t¸n
x¹ Rayleigh. V× chïm tia trùc x¹ ph¶i ®i qu·ng ® êng d i cña nã, nh÷ng b íc sãng
ng¾n nhÊt cña bøc x¹ bÞ suy kiÖt, cßn c¸c b íc sãng d i h¬n chiÕm tØ phÇn t¨ng lªn
trong ¸nh s¸ng trùc x¹. BÇu trêi ë l©n cËn MÆt Trêi v× thÕ m cã s¾c ®á do c¸c ¸nh
s¸ng lôc v lam (b íc sãng ng¾n h¬n) bÞ suy kiÖt.
H×nh 3.4. C¶nh Tr¸i §Êt ®ang lªn do c¸c du h nh gia cña Apollo 11 nh×n thÊy. MÆc dï ¶nh
n y chôp ban ng y, MÆt Tr¨ng kh«ng cã bÇu trêi xanh. §ã l do ë ®ã kh«ng cã khÝ quyÓn ®Ó
t¸n x¹ bøc x¹ tíi tõ MÆt Trêi. H·y ®Ó ý s¾c lam cña Tr¸i §Êt, hÖ qu¶ cña sù t¸n x¹ Rayleigh
T¸n x¹ Mie. C¸c chuyÓn ®éng th¼ng ®øng trong khÝ quyÓn t ¬ng ®èi m¹nh
nªn khÝ quyÓn lu«n chøa nh÷ng h¹t son khÝ l¬ löng. §iÒu n y ®óng kh«ng chØ ë c¸c
th nh phè, n¬i cã xu thÕ nång ®é « nhiÔm kh«ng khÝ cao h¬n, m cßn ë nh÷ng vïng
n«ng th«n c¸ch xa víi c¸c ho¹t ®éng ®« thÞ. C¸c h¹t son khÝ vi m« lín h¬n nhiÒu so
víi c¸c ph©n tö kh«ng khÝ v chóng t¸n x¹ ¸nh s¸ng b»ng mét qu¸ tr×nh gäi l t¸n
x¹ Mie. Kh¸c víi t¸n x¹ Rayleigh, t¸n x¹ Mie chñ yÕu vÒ phÝa tr íc, chØ l m cho
mét l îng n¨ng l îng t ¬ng ®èi nhá quay ng îc l¹i kho¶ng kh«ng. Ngo i ra, t¸n x¹
Mie gÇn nh kh«ng cã xu h íng t¸n x¹ bøc x¹ b íc sãng ng¾n nh t¸n x¹ Rayleigh.
Do ®ã, v o nh÷ng ng y cã s ¬ng hay « nhiÔm cao (khi nång ®é son khÝ cao) bÇu trêi
trë nªn x¸m, v× to n bé phÇn nh×n thÊy cña phæ bÞ t¸n x¹ mét c¸ch hiÖu qu¶ vÒ phÝa
mÆt ®Êt.
T¸n x¹ Mie c ng l m cho b×nh minh v ho ng h«n trë nªn ®á h¬n so víi khi chØ
do t¸n x¹ Rayleigh, cho nªn c¸c ®ît « nhiÔm kh«ng khÝ nÆng dÉn tíi nh÷ng buæi
ho ng h«n rÊt ngo¹n môc (h×nh 3.6). C¸c vô ch¸y cã thÓ c ng l m cho t¸n x¹ Mie
t¨ng c êng h¬n n÷a. C d©n miÒn t©y n íc Mü tËn m¾t thÊy ® îc hiÖn t îng n y
http://www.ebook.edu.vn
90
- khi nhiÒu vô ch¸y lín thiªu trôi kh¾p khu vùc v o mïa hÌ n¨m 2002. NÕu mét vô
ch¸y ®ñ lín, t¸n x¹ Mie cã thÓ t¨ng lªn ë nh÷ng kho¶ng c¸ch réng theo chiÒu giã.
ThÝ dô n¨m 1998, háa ho¹n ë C«ng viªn Quèc gia Yosemite l m rùc ®á bÇu trêi tíi
tËn Minneapolis, Minnesota. C¸c vô phun tr o nói löa, nh vô lín ë Pinatubo n¨m
1991, thËm chÝ cã thÓ l m thÉm m u ®á cña b×nh minh v ho ng h«n trªn kh¾p b¸n
cÇu, v× giã trªn b×nh l u quyÓn mang c¸c son khÝ ®i rÊt xa nguån cña chóng.
H×nh 3.5. B×nh minh v ho ng h«n cã m u ®á v× ¸nh s¸ng MÆt Trêi ®i qua qu·ng ® êng
d i h¬n trong khÝ quyÓn, g©y nªn t¸n x¹ m¹nh, lo¹i bá c¸c b íc sãng ng¾n khái chïm
tia bøc x¹ tíi. KÕt qu¶ l ¸nh s¸ng MÆt Trêi chøa gÇn nh to n l c¸c b íc sãng d i (®á)
H×nh 3.6. T¸n x¹ c¸c b íc
sãng ng¾n l m t¨ng m u ®á
cña b×nh minh v ho ng h«n
trong nh÷ng thêi kú nång ®é
h¹t li ti cao trong khÝ quyÓn
http://www.ebook.edu.vn 91
- T¸n x¹ kh«ng chän läc. C¸c giät n íc trong m©y lín h¬n nhiÒu so víi nh÷ng
h¹t li ti l¬ löng; do ®ã chóng t¸n x¹ ¸nh s¸ng theo mét c¸ch kh¸c n÷a, Ýt hoÆc nhiÒu
gièng nh c¸c l¨ng kÝnh. Mét giät n íc biÖt lËp t¸c ®éng tíi c¸c b íc sãng kh¸c
nhau cña bøc x¹ MÆt Trêi mét c¸ch kh¸c nhau. B¹n nh×n thÊy ®iÒu n y khi n o
b¹n ® îc chøng kiÕn mét cÇu vång, nã l m cho tõng b íc sãng bÞ khóc x¹ (®æi
h íng) mét l îng kh¸c nhau, tõ ®ã cã nh÷ng b¨ng m u riªng. Tuy nhiªn, vÒ tæng
thÓ m©y ph¶n x¹ tÊt c¶ c¸c b íc sãng cña bøc x¹ tíi gÇn nh nhau, ®ã l nguyªn
nh©n m©y th nh ra cã m u tr¾ng hoÆc x¸m. Bëi v× kh«ng u tiªn cho mét b íc sãng
cô thÓ n o, sù t¸n x¹ cña m©y ®«i khi ® îc gäi l t¸n x¹ kh«ng chän läc.
M©y cßn l t¸c nh©n quan träng nhÊt t¸n x¹ kh«ng chän läc v cã mét ¶nh
h ëng to lín tíi qu¸ tr×nh nhËn bøc x¹ MÆt Trêi trªn to n cÇu, v× nã ph¶n x¹ mét
l îng n¨ng l îng rÊt lín trë l¹i kho¶ng kh«ng vò trô.
VËn chuyÓn
Khi bøc x¹ MÆt Trêi ®i qua kho¶ng ch©n kh«ng cña kh«ng gian vò trô th×
kh«ng cã mét biÕn ®æi n o vÒ c êng ®é, h íng hay b íc sãng cña nã. Tuy nhiªn, khi
nã ®i v o khÝ quyÓn, chØ cã mét phÇn bøc x¹ cã thÓ ®i qua kh«ng bÞ c¶n trë tíi bÒ
mÆt. Tæng l îng biÕn ®æi rÊt m¹nh tïy thuéc v o nh÷ng ®iÒu kiÖn khÝ quyÓn. Mét
bÇu khÝ quyÓn trong v kh« cã thÓ truyÒn qua tíi 80 % bøc x¹ MÆt Trêi tíi nh l
chïm bøc x¹ trùc tiÕp kh«ng bÞ t¸n x¹ v hÊp thô. §ã l nh÷ng g× b¹n ® îc tr¶i
nghiÖm v o mét ng y trêi quang, kh«ng nhiÔm bÈn víi nh÷ng bãng r©m s¾c râ nÐt.
Ng îc l¹i, khi trêi nhiÒu m©y hay s ¬ng mï, chØ mét phÇn nhá bøc x¹ MÆt Trêi ®¹t
tíi mÆt ®Êt nh l trùc x¹. Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn ®ã, tæng l îng bøc x¹ ®¹t tíi mÆt
®Êt th× bÞ suy gi¶m, ®ång thêi trùc x¹ chuyÓn th nh bøc x¹ t¶n m¸t hay t¸n x¹.
Sè phËn cña bøc x¹ MÆt Trêi
V× quü ®¹o Tr¸i §Êt quanh MÆt Trêi kh«ng ph¶i ho n to n trßn nªn cã chót Ýt
biÕn thiªn mïa vÒ l îng bøc x¹ tíi kh¶ n¨ng, n¨ng l îng MÆt Trêi kh¶ n¨ng v o kú
cËn ®iÓm nhiÒu h¬n kho¶ng 7 % so víi kú viÔn ®iÓm. BÊt chÊp sù biÕn thiªn ®ã, sÏ
l tiÖn lîi nÕu chóng ta coi bøc x¹ tíi ®Ønh khÝ quyÓn l kh«ng ®æi v xem ®iÒu g× sÏ
x¶y ra, vÒ trung b×nh, víi kho¶n n¨ng l îng ®ã. Nãi c¸ch kh¸c, chóng ta ph¶i tÝnh
to¸n l îng bøc x¹ t ¬ng ®èi truyÒn qua khÝ quyÓn, bÞ hÊp thô bëi khÝ quyÓn v mÆt
®Êt v bÞ t¸n x¹ trë l¹i kho¶ng kh«ng.
Mét c«ng viÖc nh thÕ quan träng h¬n mét ho¹t ®éng kÕ to¸n ®¬n thuÇn, bëi v×
l îng bøc x¹ bÞ hÊp thô bëi khÝ quyÓn v mÆt ®Êt sÏ ¶nh h ëng lín tíi nhiÖt ®é cña
khÝ quyÓn v mÆt ®Êt. §Ó ®¬n gi¶n, chóng ta chÊp nhËn 100 ®¬n vÞ bøc x¹ tíi cã
mÆt t¹i ®Ønh khÝ quyÓn v sau ®ã so s¸nh l îng n¨ng l îng t¸n x¹ ng îc trë l¹i
kho¶ng kh«ng v bÞ hÊp thô bëi khÝ quyÓn v mÆt ®Êt víi 100 ®¬n vÞ ®ã. Lu«n nhí
r»ng, nh÷ng gi¸ trÞ ® îc biÓu diÔn trong lËp luËn n y l c¸c gi¸ trÞ trung b×nh n¨m
v to n cÇu; nã kh«ng cÇn ¸p dông ®èi víi mét n¬i hay mét thêi gian n o cô thÓ
(xem h×nh 3.7).
VÒ trung b×nh to n cÇu, khÝ quyÓn hÊp thô 25 trong sè 100 ®¬n vÞ hiÖn cã t¹i
®Ønh khÝ quyÓn. 7 trong sè 25 ®¬n vÞ l bøc x¹ cùc tÝm bÞ hÊp thô trong b×nh l u
http://www.ebook.edu.vn
92
- quyÓn bëi «z«n, phÇn lín cßn l¹i l bøc x¹ cËn hång ngo¹i bÞ hÊp thô trong ®èi l u
quyÓn bëi c¸c chÊt khÝ (chñ yÕu h¬i n íc). VËy phÇn lín bøc x¹ hÊp thô bëi khÝ
quyÓn kh«ng ph¶i l bøc x¹ nh×n thÊy - mét t×nh thÕ cã lîi víi chóng ta, bëi v× nÕu
nh bøc x¹ nh×n thÊy bÞ hÊp thô m¹nh bëi khÝ quyÓn, th× chóng ta khã m nh×n
® îc. Ph¶i nhËn xÐt thªm r»ng t ¬ng ®èi Ýt bøc x¹ sãng ng¾n bÞ hÊp thô bëi m©y;
ng îc l¹i, m©y t¸c ®éng ®Õn bøc x¹ tíi chñ yÕu th«ng qua sù t¸n x¹ v ph¶n x¹.
H×nh 3.7. Bøc x¹ MÆt Trêi tíi kh¶ n¨ng chÞu t¸c ®éng cña mét sè qu¸ tr×nh khi nã ®i qua khÝ
quyÓn. M©y v c¸c khÝ khÝ quyÓn ph¶n x¹ tuÇn tù 19 v 6 ®¬n vÞ trë l¹i kho¶ng kh«ng. KhÝ
quyÓn hÊp thô 25 ®¬n vÞ. ChØ mét nöa bøc x¹ tíi kh¶ n¨ng t¹i ®Ønh khÝ quyÓn thùc sù ®¹t tíi
mÆt ®Êt, tõ ®ã 5 ®¬n vÞ n÷a bÞ ph¶n x¹ ng îc l¹i. Bøc x¹ rßng do mÆt ®Êt hÊp thô l 45 ®¬n vÞ
Tuy c¸c giät n íc m©y hÊp thô bøc x¹ sãng ng¾n t ¬ng ®èi kÐm hiÖu qu¶,
chóng t¸n x¹ trë l¹i mét tØ phÇn lín n¨ng l îng tíi. M©y cã albe®« cao kh«ng nh÷ng
l m cho nã ® îc nh×n thÊy râ thËm chÝ tõ trong vò trô, m cßn l m gi¶m m¹nh
l îng n¨ng l îng kh¶ n¨ng l m nãng khÝ quyÓn v bÒ mÆt. VÒ trung b×nh, th¶m
m©y to n cÇu ph¶n x¹ 19 ®¬n vÞ bøc x¹ tíi trë l¹i vò trô. Nh ng m©y kh«ng ph¶i l
t¸c nh©n ph¶n x¹ duy nhÊt. LÊy trung b×nh to n cÇu, c¸c chÊt khÝ khÝ quyÓn v son
khÝ t¸n x¹ ng îc l¹i v o vò trô 6 trong sè 100 ®¬n vÞ bøc x¹ tíi t¹i ®Ønh khÝ quyÓn,
trong ®ã t¸n x¹ Rayleigh quan träng h¬n t¸n x¹ Mie (bëi v× t¸n x¹ Mie chñ yÕu
h íng xuèng phÝa d íi h¬n l h íng trë l¹i vò trô). Tæng céng, t¸n x¹ bëi m©y v
c¸c chÊt khÝ tr¶ l¹i vò trô 25 ®¬n vÞ (tøc chóng l m cho khÝ quyÓn cã albe®« =25 %).
Sau khi khÝ quyÓn hÊp thô v t¸n x¹, 50 ®¬n vÞ bøc x¹ tíi cã thÓ ®¹t tíi bÒ mÆt.
Nh ng kh«ng ph¶i tÊt c¶ bøc x¹ ®¹t tíi bÒ mÆt ® îc hÊp thô, bëi v× bÒ mÆt Tr¸i §Êt
kh«ng ph¶i ®en tuyÖt ®èi. Trong sè 50 ®¬n vÞ xuèng tíi bÒ mÆt, 5 ®¬n vÞ bÞ quay trë
l¹i kho¶ng kh«ng. Tæng céng cã tÊt c¶ 30 ®¬n vÞ bøc x¹ MÆt Trêi ® îc ph¸t t¸n trë
l¹i vò trô (25 tõ khÝ quyÓn v 5 tõ bÒ mÆt), dÉn tíi mét albe®« h nh tinh l 30 %.
H·y l u ý l l îng bøc x¹ tíi bÞ ph¶n x¹ tõ mÆt ®Êt h¬i nhá h¬n l îng bÞ ph¸t t¸n
trë l¹i bëi c¸c chÊt khÝ khÝ quyÓn. Nãi c¸ch kh¸c, khi nh×n tõ vò trô, h nh tinh cña
chóng ta s¸ng l nhê ph¶n x¹ khÝ quyÓn h¬n l nhê ph¶n x¹ mÆt ®Êt.
KÕt qu¶ cuèi cïng cña c¸c qu¸ tr×nh n y l khÝ quyÓn hÊp thô 25 ®¬n vÞ n¨ng
http://www.ebook.edu.vn 93
- l îng, cßn mÆt ®Êt nhËn lÊy 45 ®¬n vÞ. NÕu nh c©u chuyÖn chØ cã thÕ, tÊt c¶ chóng
ta sÏ bÞ nguy to, bëi v× sù cung øng nhiÖt kh«ng ®æi sÏ l m cho h nh tinh liªn tôc
nãng lªn. ThËt vËy, nÕu nh nguån n¨ng l îng n y ® îc tÝch lòy trong mét líp v i
cm bªn trªn bÒ mÆt Tr¸i §Êt, th× mÆt ®Êt sÏ bÞ nung nãng víi tèc ®é v i tr¨m ®é
b¸ch ph©n trong mét ng y!
Râ r ng chóng ta kh«ng thÊy c¸c ®¹i d ¬ng bÞ s«i lªn, m mÆt ®Êt th× còng
kh«ng bÞ nãng ch¶y ra; vËy th× bÒ mÆt ph¶i kh«ng ngõng l m mÊt n¨ng l îng. KhÝ
quyÓn còng thÕ, v ®èi víi to n bé hÖ thèng Tr¸i §Êt - khÝ quyÓn còng thÕ. Nãi c¸ch
kh¸c, trong ®iÒu kiÖn kh«ng cã biÕn ®æi khÝ hËu, th× bÒ mÆt, khÝ quyÓn v hÖ thèng
h nh tinh ph¶i l m mÊt nhiÒu n¨ng l îng nh chóng ®· nhËn ® îc. §Ó ®¹t ® îc sù
c©n b»ng n¨ng l îng ®ã, nh÷ng l îng n¨ng l îng khæng lå ph¶i ® îc vËn chuyÓn ra
khái hÖ thèng Tr¸i §Êt, v trong ph¹m vi hÖ thèng gi÷a bÒ mÆt v khÝ quyÓn. B©y
giê chóng ta b n ®Õn nh÷ng c¬ chÕ liªn quan tíi viÖc duy tr× c©n b»ng n¨ng l îng
cña Tr¸i §Êt.
Nh÷ng qu¸ tr×nh truyÒn n¨ng l îng gi÷a bÒ mÆt v khÝ quyÓn
KhÝ quyÓn v bÒ mÆt kh«ng ngõng trao ®æi n¨ng l îng víi nhau. PhÇn lín qu¸
tr×nh trao ®æi n¨ng l îng ®ã ® îc thùc hiÖn b»ng ph¸t x¹ v hÊp thô bøc x¹, nh ng
c¸c qu¸ tr×nh kh¸c còng quan träng. Môc n y m« t¶ nh÷ng qu¸ tr×nh m th«ng qua
chóng n¨ng l îng ® îc truyÒn ®i.
Trao ®æi bøc x¹ bÒ mÆt - khÝ quyÓn
Gièng nh tÊt c¶ nh÷ng vËt thÓ kh¸c cã nhiÖt ®é n»m trong ph¹m vi nhiÖt ®é
Tr¸i §Êt, bÒ mÆt Tr¸i §Êt v khÝ quyÓn ph¸t n¨ng l îng gÇn nh ho n to n ë vïng
sãng d i (chñ yÕu l nhiÖt hång ngo¹i). Mäi b n luËn vÒ vËn chuyÓn n¨ng l îng
sãng d i ®Òu cã phÇn phøc t¹p h¬n so víi b n luËn vÒ bøc x¹ MÆt Trêi, bëi v× n¨ng
l îng sãng d i kh«ng cã ®iÓm ®Çu hay ®iÓm cuèi râ rÖt.
Bøc x¹ sãng d i do bÒ mÆt Tr¸i §Êt ph¸t x¹ bÞ hÊp thô m¹nh bëi khÝ quyÓn.
§iÒu ®ã l m t¨ng nhiÖt ®é cña khÝ quyÓn v l m cho khÝ quyÓn c ng ph¸t x¹ nhiÒu
n¨ng l îng h¬n ra ngo i kho¶ng kh«ng. N¨ng l îng do khÝ quyÓn ph¸t x¹ ® îc
truyÒn trong tÊt c¶ c¸c h íng, kÓ c¶ h íng xuèng phÝa d íi, v do ®ã, bÒ mÆt nhËn
® îc mét phÇn ®¸ng kÓ n¨ng l îng n y. Qu¸ tr×nh n y l¹i l m bÒ mÆt ® îc nung
nãng tiÕp, l¹i dÉn tíi t¨ng ph¸t bøc x¹ sãng d i tõ bÒ mÆt, khÝ quyÓn l¹i thu ® îc
nhiÖt, v cø thÕ tiÕp diÔn. Nãi c¸ch kh¸c, cã mét chu tr×nh trao ®æi v« tËn, trong ®ã
n¨ng l îng liªn tôc vËn chuyÓn tíi v lui.
H×nh 3.8 m« t¶ l îng bøc x¹ sãng d i trung b×nh to n cÇu trao ®æi gi÷a khÝ
quyÓn v bÒ mÆt. B¾t ®Çu víi bÒ mÆt, chóng ta thÊy r»ng 104 ®¬n vÞ bøc x¹ sãng
d i ® îc ph¸t lªn trªn v o khÝ quyÓn, phÇn lín nhÊt (100 ®¬n vÞ) bÞ hÊp thô bëi khÝ
quyÓn. KhÝ quyÓn trong s¹ch hÊp thô bøc x¹ nhiÖt tèt h¬n nhiÒu so víi bøc x¹ MÆt
Trêi, chÝnh l do sù cã mÆt cña h¬i n íc v cacbonic. Nh ®· thÊy trªn h×nh 3.9, c¶
hai chÊt khÝ n y ®Òu l nh÷ng vËt hÊp thô tèt bøc x¹ sãng d i, d¶i hÊp thô m¹nh
n»m ë phÇn sãng d i cña phæ (xem chuyªn môc 3-1: Nh÷ng nguyªn lý vËt lý: Sù hÊp
thô chän läc bëi h¬i n íc v khÝ cacbonic).
http://www.ebook.edu.vn
94
- H×nh 3.8. Sù di chuyÓn bøc x¹ sãng d i gi÷a bÒ mÆt v khÝ quyÓn. BÒ mÆt
ph¸t 104 ®¬n vÞ lªn khÝ quyÓn v nhËn 88 tõ khÝ quyÓn, tæn thÊt rßng 16 ®v.
KhÝ quyÓn ph¸t 154 ®¬n vÞ v nhËn 100 tõ bÒ mÆt, thiÕu hôt rßng 54 ®v
H×nh 3.9. BÒ mÆt Tr¸i §Êt ph¸t bøc x¹ gÇn gièng vËt ®en (a), nh ng c¸c chÊt khÝ khÝ quyÓn
hÊp thô phÇn lín n¨ng l îng víi b íc sãng ngo i d¶i 8 ®Õn 11 μ m. Vïng bÞ t« ®en ë (a)
chØ n¨ng l îng bÞ khÝ quyÓn hÊp thô. H×nh (b) biÓu diÔn hiÖu suÊt hÊp thô n¨ng l îng cña
c¸c chÊt khÝ cô thÓ. TØ lÖ cña vïng t« ®en chØ phÇn tr¨m cña n¨ng l îng sãng d i bÞ hÊp thô
MÆc dï h¬i n íc, cacbonic v c¸c chÊt khÝ nh kÝnh kh¸c l nh÷ng chÊt hÊp
thô tèt phÇn lín c¸c b íc sãng cña bøc x¹ sãng d i, mét phÇn cña phæ sãng d i cã
thÓ ®i qua khÝ quyÓn mét c¸ch t ¬ng ®èi v« h¹i. §iÒu rÊt lý thó l , c¸c b íc sãng
http://www.ebook.edu.vn 95
- trong d¶i n y, 8 ®Õn 12 μ m , l¹i trïng hîp víi c¸c b íc sãng m bÒ mÆt Tr¸i §Êt
ph¸t x¹ m¹nh nhÊt. D¶i b íc sãng kh«ng bÞ c¸c chÊt khÝ khÝ quyÓn hÊp thô n y
® îc gäi l cöa sæ khÝ quyÓn. Kh«ng nªn nghÜ r»ng cöa sæ khÝ quyÓn l n¬i khÝ
quyÓn kh«ng cã mét sè chÊt khÝ, nã chØ l mét d¶i b íc sãng cã tÇm quan träng ®Æc
biÖt ®èi víi sù c©n b»ng bøc x¹.
MÆc dï c¸c chÊt khÝ cña khÝ quyÓn kh«ng hÊp thô hiÖu qu¶ nh÷ng b íc sãng
trong cöa sæ khÝ quyÓn, nh ng m©y (thËm chÝ víi ®é d y rÊt khiªm tèn) l¹i s½n
s ng hÊp thô gÇn nh tÊt c¶ bøc x¹ sãng d i. §iÒu n y gi¶i thÝch t¹i sao c¸c ®ªm
nhiÒu m©y kh«ng bÞ l¹nh nhanh nh nh÷ng ®ªm trêi trong. Khi bÇu trêi ®ªm bÞ
phñ ®Çy m©y, th¶m m©y hÊp thô mét phÇn lín n¨ng l îng m lÏ ra sÏ tho¸t v o vò
trô. § îc nãng lªn bëi n¨ng l îng ®ã, m©y ph¸t bøc x¹ sãng d i xuèng phÝa bÒ mÆt
v nh÷ng l îng Ýt h¬n lªn trªn v o kho¶ng kh«ng. Nh vËy, m©y cã t¸c dông gièng
nh mét tÊm ch¨n gióp gi÷ nhiÖt.
V× vËy, c¸c ph©n tö khÝ buéc ph¶i
hÊp thô chØ nh÷ng ph«t«n nhÊt ®Þnh, cô
3-1 Nh÷ng nguyªn lý vËt lý: thÓ l nh÷ng ph«t«n n o ®Èy ® îc ph©n
Sù hÊp thô chän läc cña h¬i n íc v khÝ tö tíi c¸c tr¹ng th¸i n¨ng l îng cho phÐp.
cacbonic Nh÷ng ph«t«n víi gi¸ trÞ n¨ng l îng cao
h¬n hoÆc thÊp h¬n sÏ kh«ng bÞ hÊp thô
m ng îc l¹i, ®i qua ® îc chÊt khÝ. Bëi v×
H¬i n íc v cacbonic l hai chÊt khÝ
mét b íc sãng duy nhÊt liªn quan víi mçi
quan träng nhÊt ®èi víi sù hÊp thô sãng
møc n¨ng l îng, ®iÒu n y t ¬ng ® ¬ng
d i do bÒ mÆt ph¸t x¹. V× sao nh÷ng chÊt
víi nãi r»ng chØ c¸c b íc sãng nhÊt ®Þnh
khÝ n y cã tÝnh chän läc, chóng gÇn nh
míi cã thÓ bÞ hÊp thô bëi mét chÊt khÝ cô
trong suèt ®èi víi bøc x¹ sãng ng¾n,
thÓ. (§iÒu n y kh«ng ®óng víi c¸c chÊt
nh ng gÇn nh kh«ng xuyªn qua ®èi víi
láng v r¾n, c¸c ph©n tö cña chóng t ¬ng
sãng d i. H·y nhí l¹i tõ ch ¬ng 2 r»ng
t¸c ®Ó hÊp thô liªn tôc nhiÒu h¬n). Mét
c¸c nguyªn tö biÖt lËp cã nh÷ng tr¹ng
b íc sãng cô thÓ cã thÓ bÞ hÊp thô hay
th¸i n¨ng l îng gi¸n ®o¹n, v chØ cã mét
kh«ng tïy thuéc v o cÊu tróc ph©n tö cña
sè tr¹ng th¸i n¨ng l îng cã thÓ. Khi n¨ng
chÊt hÊp thô (h×nh d¸ng h×nh häc cña c¸c
l îng ® îc hÊp thô v ph¸t x¹ bëi mét
®iÖn tö, v.v..). Nh ®· thÊy, c¸c chÊt khÝ
ph©n tö khÝ, tr¹ng th¸i n¨ng l îng cña
trong khÝ quyÓn kh«ng cã b¨ng hÊp thô
nã t¨ng v gi¶m nh÷ng l îng gi¸n ®o¹n
m¹nh ë phÇn phæ nh×n thÊy. Nh ng mét
tõ mét tr¹ng th¸i cho phÐp tíi tr¹ng kh¸i
sè trong chóng, gåm h¬i n íc v cacbonic,
kh¸c. Chóng ta còng ®· thÊy n¨ng l îng
cã cÊu tróc ph©n tö cho phÐp hÊp thô bøc
liªn quan tíi mét ph«t«n bøc x¹ l gi¸n
x¹ sãng d i. KÕt côc, c¸c chÊt khÝ kh¸c
®o¹n v phô thuéc v o b íc sãng cña nã.
nhau hÊp thô phÇn lín n¨ng l îng sãng
NÕu biÕt b íc sãng, chóng ta biÕt møc
d i ®i qua khÝ quyÓn.
n¨ng l îng cña ph«t«n.
H·y xem l¹i h×nh 3.8. N¨ng l îng khÝ quyÓn ph¸t tæng céng 154 ®¬n vÞ, trong
®ã 88 h íng xuèng phÝa bÒ mÆt v 66 ph¸t lªn kho¶ng kh«ng. L u ý r»ng bøc x¹
sãng d i bÞ mÊt tõ khÝ quyÓn v ît tréi l îng m nã hÊp thô tõ bÒ mÆt. HiÖu gi÷a
bøc x¹ sãng d i bÞ hÊp thô v ph¸t ®i ® îc gäi l bøc x¹ sãng d i thuÇn. §èi víi
http://www.ebook.edu.vn
96
- khÝ quyÓn, bøc x¹ sãng d i thuÇn l mét sè ©m 54 ( 100 − 154 ) ®¬n vÞ. T ¬ng tù, bÒ
mÆt nhËn 88 ®¬n vÞ bøc x¹ sãng d i, nh ng l îng n y bÐ h¬n 104 ®¬n vÞ ph¸t ®i,
vËy thiÕu hôt bøc x¹ sãng d i thuÇn l 16 ®¬n vÞ.
H×nh 3.10. Bøc x¹ thuÇn l kÕt qu¶ cuèi cïng cña hÊp thô bøc x¹ tíi v hÊp thô v ph¸t x¹ bøc x¹
sãng d i. BÒ mÆt cã mét d l îng bøc x¹ 29 ®¬n vÞ, cßn khÝ quyÓn cã thiÕu hôt 29 ®¬n vÞ
MÆc dï bøc x¹ sãng ng¾n v sãng d i ® îc hÊp thô v ph¶n x¹ víi c¸c l îng
kh¸c nhau, nh ng chóng kh«ng ph¶i l nh÷ng thø t¸ch biÖt h¼n nh l sù nung
nãng khÝ quyÓn v sù nung nãng bÒ mÆt m chóng ta quan t©m. Khi mét thø ® îc
hÊp thô, vËt hÊp thô bÞ nãng lªn. V× vËy mét c¸ch tù nhiªn, chóng ta kÕt hîp sãng
d i v sãng ng¾n th nh bøc x¹ tæng céng c¸c sãng thuÇn, hay ®¬n gi¶n l bøc x¹
thuÇn, ® îc ®Þnh nghÜa l hiÖu gi÷a bøc x¹ hÊp thô v bøc x¹ ph¸t x¹, hay mét
c¸ch t ¬ng ® ¬ng, n¨ng l îng thuÇn nhËn ® îc hay bÞ mÊt ®i do bøc x¹.
H×nh 3.10 tæng kÕt c©n b»ng bøc x¹ thuÇn ®èi víi Tr¸i §Êt. KhÝ quyÓn hÊp thô
25 ®¬n vÞ cña bøc x¹ MÆt Trêi, nh ng chÞu tæn thÊt thuÇn 54 ®¬n vÞ cña bøc x¹
nhiÖt ®Ó dÉn ®Õn thiÕu hôt thuÇn 29 ®¬n vÞ. BÒ mÆt hÊp thô 45 ®¬n vÞ bøc x¹ MÆt
Trêi, nh ng bÞ thiÕu hôt sãng d i 16 ®¬n vÞ, dÉn ®Õn d l îng bøc x¹ thuÇn 29 ®¬n
vÞ. Nãi c¸ch kh¸c, khÝ quyÓn cã mét l îng thiÕu hôt thuÇn vÒ n¨ng l îng bøc x¹
®óng b»ng d l îng m bÒ mÆt cã ® îc.
NÕu nh bøc x¹ l ph ¬ng tiÖn duy nhÊt trao ®æi n¨ng l îng, d l îng n¨ng
l îng bøc x¹ nhËn ® îc bëi bÒ mÆt sÏ dÉn tíi mét sù nãng lªn liªn tôc, trong khi
thiÕu hôt cña khÝ quyÓn sÏ dÉn tíi sù l¹nh ®i vÜnh viÔn. NÕu vËy th× b n ch©n
chóng ta sÏ bÞ rép lªn v× mét mÆt ®Êt nãng báng khñng khiÕp, trong khi phÇn cßn
l¹i cña th©n thÓ víi kh«ng khÝ l¹nh cãng bao quanh sÏ bÞ ®«ng cøng. §iÒu ®ã dÜ
nhiªn ®· kh«ng x¶y ra, bëi v× n¨ng l îng ® îc vËn chuyÓn tõ bÒ mÆt v o khÝ quyÓn
v trong ph¹m vi khÝ quyÓn b»ng hai h×nh thøc truyÒn nhiÖt kh¸c: truyÒn dÉn v
http://www.ebook.edu.vn 97
- ®èi l u. VËn chuyÓn n¨ng l îng thuÇn bëi hai qu¸ tr×nh n y cho phÐp d l îng bøc
x¹ t¹i bÒ mÆt bÞ triÖt tiªu, ®ång thêi bï ®¾p cho th©m hôt bøc x¹ cña khÝ quyÓn.
TruyÒn dÉn
Sù truyÒn dÉn ®· ® îc m« t¶ kh¸i l îc ë ch ¬ng 2 ®ãng vai trß quan träng
trong sù vËn chuyÓn n¨ng l îng ë l©n cËn bÒ mÆt. V× n¨ng l îng bøc x¹ ® îc hÊp
thô bëi bÒ mÆt r¾n cña Tr¸i §Êt trong thêi gian gi÷a ban ng y, mét gra®ien nhiÖt
®é (tèc ®é biÕn ®æi cña nhiÖt ®é theo kho¶ng c¸ch) ph¸t triÓn ë líp ®Êt trªn d y v i
x¨ngtimÐt. Nãi c¸ch kh¸c, nhiÖt ®é gÇn bÒ mÆt trë nªn lín h¬n nhiÖt ®é ë mét v i
x¨ngtimÐt bªn d íi. KÕt qu¶ l truyÒn dÉn mang n¨ng l îng xuèng phÝa d íi. Sù
nung nãng ®Êt trong ng y cßn t¹o nªn mét gra®ien nhiÖt ®é trong ph¹m vi líp rÊt
máng cña kh«ng khÝ cËn kÒ bÒ mÆt, gäi l líp biªn ph©n tÇng. MÆc dï kh«ng khÝ
th êng di ®éng h¬n v cã kh¶ n¨ng dÔ d ng bÞ x¸o trén, c¸c líp rÊt máng víi ®é d y
cì v i milimÐt c¶n trë sù x¸o trén. V× thÕ, trong thêi gian gi÷a ban ng y gra®ien
nhiÖt ®é rÊt m¹nh cã thÓ ph¸t triÓn trong líp biªn ph©n tÇng, th«ng qua ®ã cã thÓ
x¶y ra sù dÉn nhiÖt ®¸ng kÓ. N¨ng l îng ® îc dÉn qua líp biªn ph©n tÇng sau ®ã
® îc ph©n phèi cho phÇn cßn l¹i cña khÝ quyÓn b»ng mét qu¸ tr×nh x¸o trén ® îc
gäi l sù ®èi l u.
§èi l u
§èi l u l mét qu¸ tr×nh trong ®ã nhiÖt l îng ® îc truyÒn ®i b»ng sù chuyÓn
®éng vËt thÓ cña vËt láng - tøc chÊt láng hoÆc chÊt khÝ. Tr¸i ng îc víi truyÒn dÉn,
®èi l u liªn quan tíi sù di chuyÓn thùc cña c¸c ph©n tö. Kh«ng gièng víi sù truyÒn
dÉn vËn chuyÓn n¨ng l îng tõ bÒ mÆt v o khÝ quyÓn, ®èi l u l m l u th«ng nhiÖt
l îng n y gi÷a bé phËn thÊp nhÊt v bé phËn cßn l¹i cña khÝ quyÓn. H íng cña vËn
chuyÓn nhiÖt l h íng lªn trªn khi nhiÖt ®é bÒ mÆt v ît tréi nhiÖt ®é kh«ng khÝ
(t×nh huèng th«ng th êng v o thêi gian gi÷a ng y). Ban ®ªm, bÒ mÆt th êng l¹nh
®i nhanh h¬n so víi kh«ng khÝ v n¨ng l îng ® îc truyÒn h íng xuèng d íi. Sù ®èi
l u cã thÓ ph¸t sinh bëi hai qu¸ tr×nh trong c¸c chÊt láng: nung nãng côc bé (®èi
l u tù do) v khuÊy ®éng c¬ häc (®èi l u c ìng bøc).
§èi l u tù do. §èi l u tù do l qu¸ tr×nh x¸o trén liªn quan tíi ®é næi - xu thÕ
mét chÊt láng nhÑ h¬n næi lªn trªn khi bÞ bao quanh bëi mét chÊt láng nÆng h¬n.
H·y nhí l¹i nh÷ng ng y th¬ Êu cña b¹n, khi b¹n muèn chäc tøc cha mÑ m×nh b»ng
c¸ch thæi bong bãng qua c¸i cäng r¬m trong cèc s÷a. Khi kh«ng khÝ ® îc thæi v o
s÷a, nã ph¶i lËp tøc næi lªn trªn, v× nã nhÑ h¬n v t¹o nªn sù x¸o trén rèi. §ã l
biÓu hiÖn cña ®èi l u tù do.
§èi l u tù do (® îc thÓ hiÖn trong h×nh 3.11a) th êng xuÊt hiÖn khi mét bé
phËn kh«ng khÝ côc bé bÞ nung nãng h¬n so víi kh«ng khÝ l©n cËn. V× kh«ng khÝ
nãng nhÑ h¬n kh«ng khÝ l¹nh, nã cã ®é næi t ¬ng ®èi v n©ng lªn. V o mét ng y hÌ
Êm ¸p, chóng ta cã thÓ thÊy hiÖu øng cña ®èi l u tù do b»ng c¸ch quan s¸t mét con
chim diÒu h©u (h×nh 3.11b) bay l în th¶ m×nh trong kh«ng khÝ kh«ng vÉy c¸nh. Có
bay ®ã l cã thÓ bëi v× c¸nh cã chøc n¨ng ®ãn nh÷ng luång kh«ng khÝ nhÑ th¨ng lªn
n©ng con diÒu h©u lªn. §èi l u cã thÓ cã c¸c t¸c ®éng quan träng h¬n n÷a so víi viÖc
http://www.ebook.edu.vn
98
- gi÷ nh÷ng con diÒu h©u trong kh«ng khÝ.
H×nh 3.11. §èi l u (a) l mét c¬ chÕ truyÒn nhiÖt liªn quan tíi sù x¸o trén cña chÊt láng.
Trong ®èi l u tù do, nung nãng côc bé cã thÓ l m cho mét bé phËn kh«ng khÝ n©ng lªn
v ® îc thay thÕ bëi kh«ng khÝ xung quanh. §èi l u tù do cã thÓ t¹o nªn nh÷ng luång
kh«ng khÝ th¨ng gi÷ mét con diÒu h©u l în trong kh«ng khÝ (b) m kh«ng cÇn vÉy c¸nh
§èi l u c ìng bøc. §èi l u c ìng bøc (cßn gäi l rèi c¬ häc) xuÊt hiÖn khi
mét chÊt láng bÞ cuèn v o nh÷ng chuyÓn ®éng cuén xo¸y v« tæ chøc khi nã chÞu t¸c
®éng cña mét dßng ch¶y quy m« lín. ThÝ dô, khi n íc ch¶y qua mét kªnh s«ng, nã
kh«ng ch¶y mét c¸ch ®Òu ®Æn nh n íc si r« rÊt ®Ëm ®Æc. Ng îc l¹i, dßng ch¶y tan
vì ra th nh rÊt nhiÒu cuén xo¸y. §èi l u c ìng bøc trong khÝ quyÓn ® îc biÓu diÖn
trªn h×nh 3.12. Kh«ng khÝ chuyÓn ®éng theo ph ¬ng ngang chÞu t¸c ®éng cña chÝnh
lo¹i rèi n y. Thay v× di chuyÓn nh mét khèi ®ång ®Òu, kh«ng khÝ bÞ tan vì th nh
rÊt nhiÒu côm nhá, mçi côm víi tèc ®é v h íng cña riªng m×nh, cïng nhau l m
th nh dßng ch¶y quy m« lín h¬n. V× ë ®©y cã mét hîp phÇn th¼ng ®øng kh¸ m¹nh
trong c¸c chuyÓn ®éng rèi, nªn ®èi l u c ìng bøc trî gióp cho sù vËn chuyÓn n¨ng
l îng tõ ®Ønh cña líp biªn ph©n tÇng ®i lªn phÝa trªn trong thêi gian ban ng y.
Nãi chung, tèc ®é giã c ng lín th× sinh ra ®èi l u c ìng bøc c ng m¹nh. Rèi c¬
häc cßn ® îc t¨ng c êng khi kh«ng khÝ ch¶y qua nh÷ng bÒ mÆt gå ghÒ (thÝ dô, c¸c
khu rõng v c¸c th nh phè) chø kh«ng ph¶i l nh÷ng bÒ mÆt tr¬n nh½n nh c¸c
s«ng b¨ng. §èi l u tù do v c ìng bøc vËn chuyÓn hai lo¹i n¨ng l îng: nhiÖt hiÖn
v nhiÖt Èn.
H×nh 3.12. §èi l u c ìng bøc. Kh«ng
khÝ bÞ c ìng bøc x¸o trén theo ph ¬ng
th¼ng ®øng v× ®é nhít (kh¶ n¨ng g¾n
bã víi nhau) cña nã thÊp v giã bÞ lÖch
h íng bëi nh÷ng cÊu tróc bÒ mÆt
NhiÖt hiÖn. VËn chuyÓn n¨ng l îng nh l nhiÖt hiÖn th× dÔ hiÓu. Khi n¨ng
http://www.ebook.edu.vn 99
- l îng ® îc bæ sung cho mét chÊt, cã thÓ xuÊt hiÖn mét sù t¨ng nhiÖt ®é m chóng
ta c¶m nhËn ® îc (do ®ã m cã thuËt ng÷ nhiÖt hiÖn). §ã l c¸i m b¹n tr¶i nghiÖm
® îc khi b¹n ë ngo i trêi v o mét ng y cã MÆt Trêi Êm ¸p; sù t¨ng nhiÖt ®é da cña
b¹n l do nhËn ® îc nhiÖt hiÖn. Gi¸ trÞ t¨ng nhiÖt ®é liªn quan tíi hai nh©n tè,
nh©n tè thø nhÊt l nhiÖt dung riªng, ® îc ®Þnh nghÜa l l îng nhiÖt cÇn thiÕt ®Ó
t¹o ra mét biÕn ®æi nhiÖt ®é ®· ®Þnh cho mét ®¬n vÞ khèi l îng cña chÊt. Trong hÖ
®¬n vÞ SI, nhiÖt dung riªng ® îc biÓu diÔn b»ng J/(kg.K). NÕu mäi ®iÒu kiÖn kh¸c
nh nhau, th× mét chÊt víi nhiÖt dung riªng cao nãng lªn chËm, bëi v× ®ßi hái nhiÒu
n¨ng l îng ®Ó t¹o ra mét biÕn ®æi nhiÖt ®é ®· ®Þnh. T ¬ng tù, nÕu chÊp nhËn cïng
mét tèc ®é mÊt n¨ng l îng, th× mét chÊt víi nhiÖt dung riªng cao sÏ cÇn thêi gian
l©u h¬n ®Ó bÞ l¹nh ®i.
H×nh 3.13. H m l îng nhiÖt cña mét chÊt phô thuéc v o mét sè nh©n tè. ë (a) nhËp
l îng 4190 J n¨ng l îng cho 1 kg n íc l m t¨ng nhiÖt ®é 1 oC, cßn nhËp l îng n¨ng
l îng gÊp ®«i l m nãng gÊp ®«i. NhiÖt dung riªng cña mét chÊt cßn ¶nh h ëng tíi ®é
biÕn ®æi nhiÖt ®é tõ mét nhËp l îng n¨ng l îng. ë (b) sö dông 4190 J cho 1 kg c¸t
l m t¨ng nhiÖt ®é lín h¬n 5 lÇn so víi 1 kg n íc. Khèi l îng còng ¶nh h ëng tíi ®é
biÕn ®æi nhiÖt ®é t ¬ng øng cña mét nhËp l îng n¨ng l îng cho tr íc. H·y l u ý ë (c)
r»ng gia l îng nhiÖt ®é ®èi víi 2 kg n íc b»ng mét nöa gia l îng nhiÖt ®é cña 1 kg
Gia l îng nhiÖt ®é do mét nhËp d n¨ng l îng cßn phô thuéc v o khèi l îng
cña chÊt. Kh«ng ng¹c nhiªn khi mét nhiÖt l îng nhËp v o nhÊt ®Þnh dÉn tíi t¨ng
nhiÖt ®é rÊt nhiÒu nÕu nhiÖt l îng ®ã ® îc cung cÊp cho mét khèi l îng nhá. ThÝ
dô, h·y so s¸nh l îng n¨ng l îng cÇn ®Ó l m s«i mét b×nh tr víi l îng nhiÖt cÇn
http://www.ebook.edu.vn
100
- ®Ó l m nãng bån t¾m. ChØ trong Ýt phót mét ng¨n löa bÕp lß cã thÓ l m cho n íc
s½n s ng pha tr , nh ng m¸y ®un n íc cña b¹n ph¶i cung cÊp nhiÒu n¨ng l îng
h¬n cho l îng n íc lín cña bån t¾m. Nh÷ng quan hÖ n y ®· ® îc thÓ hiÖn trªn
h×nh 3.13.
NhiÖt hiÖn truyÒn ®i b»ng truyÒn dÉn qua líp biªn ph©n tÇng v sau ®ã ph©n
ph¸t lªn phÝa trªn b»ng ®èi l u. Th«ng qua c¸c c¬ chÕ n y, 8 trong sè 29 ®¬n vÞ d
l îng bøc x¹ thuÇn cña bÒ mÆt ® îc truyÒn v o khÝ quyÓn, ë ®©y nã bï trõ cho
l îng th©m hôt bøc x¹ thuÇn. 21 ®¬n vÞ cßn l¹i ® îc ® îc truyÒn v o khÝ quyÓn
b»ng ®èi l u nhiÖt d íi mét d¹ng kh¸c.
NhiÖt Èn. NhiÖt Èn l mét thø g× ®ã Ýt trùc gi¸c h¬n so víi nhiÖt hiÖn. Nã l
n¨ng l îng cÇn ®Ó thay ®æi pha cña mét chÊt (tøc tr¹ng th¸i chÊt l r¾n, láng hay
khÝ). Trong khÝ t îng häc, chóng ta chñ yÕu chØ ®Ò cËp tíi nhiÖt l îng liªn quan tíi
sù thay ®æi pha cña n íc.
Nhí l¹i r»ng tÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh vËt lý ®ßi hái n¨ng l îng. Bay h¬i n íc v tan
ch¶y b¨ng kh«ng ph¶i l nh÷ng ngo¹i lÖ cña quy t¾c n y - ®èi víi c¶ hai qu¸ tr×nh,
n¨ng l îng cÇn ph¶i ® îc cung cÊp. Trong tr êng hîp tan b¨ng, n¨ng l îng ® îc
gäi l nhiÖt Èn nãng ch¶y. §èi víi sù thay ®æi pha tõ láng sang khÝ, n¨ng l îng ® îc
gäi l nhiÖt Èn hãa h¬i. §Ó hãa h¬i 1 kg n íc láng, cÇn b¶y lÇn r ìi n¨ng l îng
(2500000 J) lín h¬n tr êng hîp l m tan ch¶y cïng l îng b¨ng nh vËy (335 000 J).
MÆc dï c¶ hai d¹ng nhiÖt Èn cã thÓ ®Òu quan träng côc bé, nh ng ë quy m« to n
cÇu, th× nhiÖt Èn hãa h¬i quan träng h¬n nhiÒu.
Khi bøc x¹ ® îc nhËn tõ bÒ mÆt, nã cã thÓ l m t¨ng nhiÖt ®é cña ®Êt hay n íc.
NÕu cã n íc ë bÒ mÆt (hoÆc cã thÓ ® îc lÊy lªn tõ phÝa d íi bÒ mÆt nhê hÖ thèng rÔ
c©y), th× phÇn n¨ng l îng n o ®ã thay v× cã thÓ bÞ sö dông ®Ó l m t¨ng nhiÖt ®é bÒ
mÆt l¹i cã thÓ dïng v o l m bay h¬i mét phÇn n íc. §iÒu ®ã l m cho nhiÖt ®é t¨ng
Ýt h¬n so víi tr êng hîp bÒ mÆt kh«. B¹n cã lÏ ®· tr¶i nghiÖm ® îc ®iÒu n y trong
khi ®i bé ch©n kh«ng trªn mét vØa hÌ nãng. NÕu vØa hÌ ® îc phun n íc, bÒ mÆt sÏ
l¹nh ®i, v× n¨ng l îng ® îc lÊy tõ nÒn ®Êt v dïng cho bay h¬i. L îng n¨ng l îng
tiªu thô cã thÓ b»ng 90 % cña bøc x¹ MÆt Trêi hÊp thô ®èi víi mét bÒ mÆt rÊt Èm.
Chóng ta sö dông mét thÝ dô quen thuéc kh¸c ®Ó minh häa cho kh¸i niÖm
nhiÖt Èn. TÊt c¶ chóng ta ®Òu biÕt r»ng ra må h«i l mét c¬ chÕ l m h¹ nhiÖt ®é c¬
thÓ v gi÷ cho chóng ta kh«ng bÞ qu¸ nãng. Nh ng nã ho¹t ®éng ra sao? Râ r ng l
må h«i l¹nh - nh ng nã nãng nh c¬ thÓ t¹o ra nã. Nguyªn nh©n m må h«i l m
m¸t ng êi ta l nhiÖt Èn. Khi b¹n luyÖn tËp, nhiÖt l îng ® îc t¹o ra nh mét phô
phÈm l m cho nhiÖt ®é c¬ thÓ b¹n t¨ng lªn. Tuy nhiªn, nÕu da b¹n ® îc phñ n íc
v n íc ®ã ® îc tù do bay h¬i, th× mét phÇn n¨ng l îng do c¬ thÓ b¹n sinh ra ® îc
dïng l m bay h¬i n íc chø kh«ng l m t¨ng nhiÖt ®é c¬ thÓ b¹n.
N¨ng l îng cÇn ®Ó bay h¬i n íc hay tan b¨ng ® îc gäi l Èn, bëi v× nã kh«ng bÞ
biÕn mÊt. Nã ® îc gi÷, “Èn” trong khÝ quyÓn ®Ó gi¶i phãng sau n y khi qu¸ tr×nh
ng îc l¹i x¶y ra - ng ng tô h¬i n íc th nh nh÷ng giät m©y hay s ¬ng láng. KÕt
côc, sù bay h¬i n íc l m cho n¨ng l îng hiÖn diÖn tiÒm t ng ë trong khÝ quyÓn chø
kh«ng ph¶i l l m nãng bÒ mÆt. VËy nã t¸c ®éng nh mét c¬ chÕ vËn chuyÓn n¨ng
http://www.ebook.edu.vn 101
- l îng, lÊy nhiÖt tõ bÒ mÆt cho khÝ quyÓn. VÒ trung b×nh to n cÇu, tæng l îng n¨ng
l îng truyÒn tíi khÝ quyÓn l nhiÖt Èn b»ng 21 ®¬n vÞ, nã l m cho nhiÖt Èn víi t
c¸ch l mét ph ¬ng thøc truyÒn nhiÖt trë nªn quan träng h¬n nhiÒu so víi nhiÖt
hiÖn (8 ®¬n vÞ). Cã lÏ ®iÒu n y kh«ng cã g× bÊt ngê, nÕu biÕt r»ng h nh tinh chñ yÕu
bao phñ bëi ®¹i d ¬ng. Nh÷ng gi¸ trÞ trung b×nh n¨m cña c¸c hîp phÇn bøc x¹
thuÇn, nhiÖt Èn v hiÖn ® îc biÓu diÔn trªn h×nh 3.14.
H×nh 3.14. C¶ bÒ mÆt v khÝ quyÓn l m mÊt nhiÒu n¨ng l îng nh ®· thu. BÒ mÆt cã d l îng
29 ®¬n vÞ bøc x¹ thuÇn, l îng n y ® îc bï trõ b»ng vËn chuyÓn nhiÖt hiÖn v Èn tíi khÝ quyÓn.
KhÝ quyÓn bï trõ 29 ®¬n vÞ th©m hôt bøc x¹ cña nã b»ng c¸ch nhËn nhiÖt hiÖn v Èn tõ bÒ mÆt
Bøc x¹ thuÇn v nhiÖt ®é
C©n b»ng nhiÖt gi÷a bøc x¹ ®Õn v ®i kh«ng chØ l ngÉu nhiªn; c¸c ®Þnh luËt
vËt lý chØ ra r»ng nã ph¶i nh vËy. §Ó hiÓu v× sao, chóng ta xem ®iÒu g× sÏ x¶y ra
nÕu nh MÆt Trêi bçng d ng t¨ng ®Çu ra bøc x¹ cña nã v l m t¨ng nhiÖt ®é cña
Tr¸i §Êt. V× c¸c vËt nãng ph¸t x¹ nhiÒu n¨ng l îng h¬n c¸c vËt l¹nh, h nh tinh sÏ
thÝch øng b»ng c¸ch ph¸t n¨ng l îng sãng d i nhiÒu h¬n v o vò trô. Khi n o n¨ng
l îng tíi tõ MÆt Trêi cßn v ît tréi n¨ng l îng do Tr¸i §Êt ph¸t x¹, nhiÖt ®é to n
cÇu cßn tiÕp tôc t¨ng, v ph¸t x¹ v o vò trô sÏ t¨ng theo. Víi thêi gian, nhiÖt ®é
h nh tinh sÏ t¨ng tíi ®iÓm m t¹i ®ã n¨ng l îng ®i ra b»ng n¨ng l îng ®i ®Õn, v
mét nhiÖt ®é c©n b»ng míi sÏ ® îc thiÕt lËp. TÊt c¶ nh÷ng gi¸ trÞ cô thÓ ë h×nh 3.14
sÏ thay ®æi, nh ng tæng c¸c ®Çu v o v ®Çu ra to n cÇu sÏ vÉn b»ng kh«ng.
Cø nh vËy, chóng ta b n luËn vÒ ®Çu ra v ®Çu v o trung b×nh n¨m cña bøc
x¹ trªn to n cÇu. Nh ng nh÷ng ® îc v mÊt vÒ n¨ng l îng bøc x¹ cßn chÞu tr¸ch
nhiÖm vÒ nh÷ng biÕn thiªn nhiÖt ®é m chóng ta quan s¸t ® îc trong qu¸ tr×nh
mét ng y. H·y xem ®iÒu g× x¶y ra trong mét chu kú 24 giê v o mét ng y kh«ng
m©y. Lóc b×nh minh, MÆt Trêi xuÊt hiÖn ngay trªn ® êng ch©n trêi. V× ®é cao MÆt
Trêi bÐ, bøc x¹ tíi ®¹t ®Õn bÒ mÆt yÕu do ®é lan táa chïm tia v qu·ng ® êng d i
m c¸c tia ph¶i ®i xuyªn qua khÝ quyÓn (®· xÐt ë ch ¬ng 2). Ban tr a, MÆt Trêi ®¹t
tíi ®é cao lín nhÊt cña m×nh bªn trªn ® êng ch©n trêi v bÒ mÆt nhËn ® îc ®Çu v o
bøc x¹ MÆt Trêi lín nhÊt cña nã. Tõ tr a ®Õn ho ng h«n, ®é cao MÆt Trêi gi¶m v
bøc x¹ nhËn gi¶m. Nh ng kinh nghiÖm cho chóng ta biÕt r»ng thêi gian nãng nhÊt
cña mét ng y th êng kh«ng xuÊt hiÖn v o lóc tr a; m ®«i khi v o ®Çu buæi chiÒu,
http://www.ebook.edu.vn
102
- th êng gi÷a 2 v 4 giê chiÒu.
§Ó gi¶i thÝch ®é trÔ gi÷a bøc x¹ tíi cùc ®¹i v nhiÖt ®é, chóng ta ph¶i xem xÐt
nh÷ng c¬ chÕ truyÒn n¨ng l îng kh¸c: bøc x¹ sãng d i, ®èi l u v truyÒn dÉn v o
nÒn ®Êt. NhiÖt ®é bÒ mÆt t¨ng lªn chõng n o n¨ng l îng do bÒ mÆt nhËn lín h¬n
n¨ng l îng nã bÞ mÊt. MÆc dï bøc x¹ MÆt Trêi b¾t ®Çu gi¶m sau tr a, c¸n c©n n¨ng
l îng bÒ mÆt tiÕp tôc d cho tíi cuèi ng y, t¹i ®iÓm ®ã nhiÖt ®é b¾t ®Çu h¹. ChÝnh
x¸c khi n o ®iÒu n y xuÊt hiÖn tïy thuéc v o nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Þa ph ¬ng, gåm
biªn ®é cña ® êng cong nhiÖt l îng MÆt Trêi, tèc ®é giã, ®é Èm bÒ mÆt v tr÷ l îng
nhiÖt v ®é dÉn nhiÖt cña ®Êt...
Mét bøc tranh t ¬ng tù x¶y ra víi tr êng hîp n¨m. B¾c b¸n cÇu cã l îng bøc
x¹ MÆt Trêi lín nhÊt, nh ng kh«ng ph¶i l nh÷ng nhiÖt ®é cao nhÊt cña nã v o kú
h¹ chÝ. Tõ kho¶ng 4 ®Õn 6 tuÇn sau h¹ chÝ, l îng bøc x¹ tíi tiÕp tôc v ît tréi l îng
mÊt bøc x¹ sãng d i v o vò trô. Gi¸ trÞ bøc x¹ thuÇn d ¬ng cuèi cïng dÉn tíi mét
sù Êm lªn liªn tôc cña b¸n cÇu n y cho tíi mét thêi gian n o ®ã trong th¸ng 7 hoÆc
th¸ng 8, khi ®¹t ® îc nh÷ng nhiÖt ®é cùc ®¹i.
BiÕn thiªn theo vÜ ®é
Sù c©n b»ng tæng céng gi÷a bøc x¹ ®Õn v ®i ®· th¶o luËn ë c¸c môc tr íc ¸p
dông cho h nh tinh nh mét tæng thÓ chø kh«ng ph¶i cho mét n¬i cô thÓ. H×nh 3.15
cho thÊy r»ng sù c©n b»ng gi÷a bøc x¹ ®Õn v ®i biÕn ®æi theo vÜ ®é. XÐt vÒ trung
b×nh n¨m, hÖ thèng bÒ mÆt Tr¸i §Êt - khÝ quyÓn nhËn nhiÒu bøc x¹ h¬n bÞ mÊt ë
gi÷a kho¶ng c¸c vÜ ®é 38o b¾c v nam, v nã bÞ mÊt nhiÒu h¬n nhËn tõ hai vÜ tuyÕn
®ã tíi c¸c ®Þa cùc. Ranh giíi gi÷a c¸c vïng nhËn d v th©m hôt n¨ng l îng bøc x¹
di dÞch theo mïa. Trong thêi gian mïa hÌ B¾c b¸n cÇu, phÇn lín khu vùc phÝa b¾c
tõ 15oS nhËn nhiÒu n¨ng l îng bøc x¹ h¬n bÞ mÊt. Trong thêi gian mïa ®«ng B¾c
b¸n cÇu, phÇn lín c¸c vïng phÝa nam tõ kho¶ng 15oN lÊy bøc x¹ vÒ nhiÒu h¬n l
ph¸t ®i.
NÕu nh kh«ng cã c¸c qu¸ tr×nh kh¸c tham gia, th× d l îng bøc x¹ thuÇn gi÷a
o
38 b¾c v nam v th©m hôt ë bªn ngo i ®íi n y sÏ l m cho c¸c vïng nhiÖt ®íi v
cËn nhiÖt ®íi liªn tôc bÞ nung nãng v c¸c vïng ngo¹i nhiÖt ®íi liªn tôc bÞ l¹nh ®i.
Tuy nhiªn, ®iÒu ®ã kh«ng x¶y ra, bëi v× d l îng n¨ng l îng t¹i c¸c vÜ ®é thÊp ® îc
bï trõ nhê sù di chuyÓn nhiÖt theo ph ¬ng ngang, hay b×nh l u nhiÖt, vÒ phÝa cùc.
Sù vËn chuyÓn n y ® îc thùc hiÖn thø nhÊt bëi nh÷ng hÖ thèng giã to n cÇu (75 %)
v thø hai bëi c¸c dßng ch¶y ®¹i d ¬ng (25 %), nh ®· minh häa trªn h×nh 3.16.
C¸c hÖ thèng giã ® îc h×nh th nh v× nh÷ng l îng n¨ng l îng kh«ng b»ng nhau
ë nh÷ng n¬i kh¸c nhau g©y nªn nh÷ng chªnh lÖch ¸p suÊt. Nh chóng ta sÏ xÐt ë
ch ¬ng 4, kh«ng khÝ cã xu h íng di chuyÓn tõ nh÷ng vïng ¸p suÊt cao tíi nh÷ng
vïng ¸p suÊt thÊp h¬n v sù chuyÓn ®éng cña kh«ng khÝ ® îc thÓ hiÖn th nh giã
theo ph ¬ng ngang. Ngo i ra, giã thæi trªn c¸c ®¹i d ¬ng t¸c ®éng l«i kÐo tíi líp
n íc bÒ mÆt v khëi ®éng c¸c dßng ch¶y ch¶y gÇn nh cïng h íng víi kh«ng khÝ
bªn trªn. Khi giã v c¸c dßng ch¶y ho¹t ®éng, chóng mang theo m×nh nhiÖt l îng
néi t¹i ®Ó nhiÖt ® îc ph©n bè l¹i trªn to n cÇu.
http://www.ebook.edu.vn 103
- H×nh 3.15. C¸c gi¸ trÞ bøc x¹ thuÇn trung b×nh n¨m cña khÝ quyÓn
v bÒ mÆt kÕt hîp. T¹i c¸c vÜ ®é lín h¬n kho¶ng 38o b¾c v nam
cã nhËn d n¨ng l îng bøc x¹. Tõ c¸c vÜ ®é ®ã tíi c¸c cùc, khÝ
quyÓn v bÒ mÆt mÊt nhiÒu n¨ng l îng bøc x¹ h¬n nhËn
H×nh 3.16. Ho n l u cña c¸c dßng ch¶y ®¹i d ¬ng. Nh÷ng dßng di chuyÓn n íc
nãng ® îc vÏ b»ng c¸c mòi tªn ®á, di chuyÓn n íc l¹nh - c¸c mòi tªn xanh
HiÖu øng nh kÝnh
Nh÷ng qu¸ tr×nh t ¬ng t¸c l m nãng khÝ quyÓn th êng ® îc gép l¹i v gäi l
hiÖu øng nh kÝnh, tuy nÐt t ¬ng tù víi mét nh kÝnh kh«ng ph¶i ®óng ho n
to n. C¸c nh kÝnh, nh mét nh kÝnh biÓu diÔn ë h×nh 3.17, ® îc l m chñ yÕu tõ
http://www.ebook.edu.vn
104
nguon tai.lieu . vn
