Bạn có quen thuộc với vật lý khí quyển?

Mây - sương mù ở độ cao.

Vladimir Dal

…thứ chúng ta nhìn thấy không phải là ánh sáng mà là vô số hạt bụi hoặc sương mù phản chiếu một phần nhỏ ánh sáng… John Herschel

Trọng lực không ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt độ trong cột không khí. James Maxwell

Tất cả vật chất trên trái đất - dưới tác động của các lực đặc biệt vốn có trong nước, trạng thái hơi nước, sự hiện diện khắp nơi của nó ở phần trên của hành tinh - đều được nó thấm vào và ôm lấy. Vladimir Vernadsky

…khí tượng học được trang bị các thiết bị nhờ sự phát triển của vật lý thực nghiệm… Lý thuyết về khí tượng học lại là một vấn đề khác; nó chưa bao giờ được phát triển thỏa đáng bởi bất kỳ nhà vật lý nào. Richard Feynman

Nó có quen thuộc với bạn không?

?

vật lý khí quyển

Bước tiếp theo của chúng ta trên con đường đến các thiên thể - thiên văn - là đi qua lớp vỏ không khí của Trái đất. Nó được nghiên cứu về khí tượng học, nội dung chính là vật lý khí quyển. Có đáng nói về sự quan tâm thường xuyên của loài người đối với các hiện tượng khí quyển, về sự phụ thuộc to lớn vào các quá trình xảy ra trong khí quyển? Sấm sét, gió và bão - làm thế nào để bảo vệ bạn khỏi chúng? Hạn hán hay mưa bất tận - chúng sẽ ảnh hưởng đến mùa màng như thế nào? Điều gì đang xảy ra với khí hậu, sự nóng lên toàn cầu có đe dọa chúng ta không? Những câu hỏi này và nhiều câu hỏi khác cực kỳ quan trọng và đòi hỏi chúng ta phải hành động tích cực mà khoa học có thể hiểu được. Trong vài thế kỷ qua, các thiết bị chính xác nhất đã được tạo ra với sự trợ giúp của việc theo dõi các thông số khí quyển - áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, tốc độ và hướng gió. Sau đó, Trái đất được bao phủ bởi một mạng lưới rộng lớn các trạm khái quát, thu thập dữ liệu từ các khu vực rộng lớn. Và ngày nay có cả một “phi đội” vệ tinh khí tượng bay vòng quanh hành tinh. Thông tin họ nhận được được xử lý bởi các máy tính mạnh mẽ và cung cấp cho chúng tôi dự báo thời tiết mỗi phút. Điều này có làm chúng ta cảm thấy tốt hơn không? Hoàn toàn có! Mối lo ngại bài toán của chúng tôi đã được giải quyết chưa? Tất nhiên là không! Có lẽ điều này sẽ làm việc cho bạn?

Câu hỏi và bài toán

1. Tại sao gió ban ngày thổi từ biển vào đất liền, còn gió ban đêm lại thổi từ đất liền ra biển? 2. Tại sao dây điện lại kêu vo vo trong gió? 3. Làm thế nào có thể giải thích khí hậu của các quần đảo ôn hòa và bình đẳng hơn nhiều so với khí hậu của các lục địa lớn? 4. Gió và dòng chảy của khối nước có ảnh hưởng đến chuyển động quay của Trái đất, làm nó chậm lại không? 5. Tại sao hầu như không có hydro trong bầu khí quyển của Trái đất, trong khi Mặt trời và các hành tinh lớn chủ yếu bao gồm nó? 6. Ở vùng núi, phong vũ biểu dự đoán sẽ có bão nhưng nó không bao giờ xảy ra. Tại sao? 7. Tuyết rơi dày đặc kèm theo hiện tượng nóng lên rõ rệt. Làm thế nào để giải thích điều này? 8. Sương giá trên cây đôi khi biến mất mà không cần gió hoặc tan băng. Điều này được kết nối với cái gì? 9. Băng được hình thành khi nước chảy từ mái nhà đóng băng khi tuyết tan. Nhưng để tuyết tan, nhiệt độ phải trên 0 và để nước đóng băng thì nhiệt độ phải dưới 0. Làm thế nào điều này có thể được hòa giải? 10. Tại sao dưới gốc cây rậm rạp thường không có sương? 11. Tại sao buổi tối sương ấm hơn buổi sáng? 12. Chúng ta có thể cảm thấy thời tiết ẩm ướt ấm hơn thời tiết khô ráo (ở cùng nhiệt độ không khí) không? 13. Tại sao mưa rơi và mây

• không, mặc dù chúng cũng bao gồm những giọt nước? 14. Nước tinh khiết trong suốt với ánh sáng. Tại sao sương mù, vốn là những giọt nước nhỏ, lại mờ đục? 15. Tại sao nhiệt độ cân bằng trung bình của bề mặt Trái đất lại cao hơn 40 độ so với nhiệt độ cần có do bức xạ mặt trời? 16. Giải thích thế nào vì sao mùa đông ít có giông? 17. Tại sao sét đánh xuống mặt đất thường xuyên hơn ở những nơi ẩm ướt, chẳng hạn như gần bờ sông, hồ? 18. Tại sao tắm nắng trên núi cao lại đặc biệt tốt? 19. Ở vĩ độ trung bình, trời không tối ngay sau khi mặt trời lặn mà hoàng hôn đến trước. Điều này được kết nối với cái gì?

Kinh nghiệm vi mô

Nhìn lên bầu trời vào một đêm băng giá rõ ràng. Những ngôi sao nào lấp lánh hơn: những ngôi sao nằm ở vị trí cao phía trên đường chân trời hay ở vị trí thấp?

Thật thú vị rằng…

…khái niệm về khí hậu là sự lấy trung bình của dữ liệu thời tiết trong quá khứ được các nhà khoa học Hy Lạp cổ đại đưa ra. Chính từ “khí hậu”, có nghĩa là “độ dốc”, chỉ ra rằng người Hy Lạp liên kết khí hậu của một khu vực với độ nghiêng trung bình của tia nắng mặt trời. …Học trò của Galileo, Torricelli đã cố gắng đưa khí tượng học lên hàng khoa học chính xác. Ông, trong số những người khác, đã tạo ra lý thuyết đầu tiên, đúng đắn về mặt tổng quát, về sự hình thành gió do hậu quả của sự lưu thông của các khối khí quyển. …nhà vật lý người Anh John Tyndall, người nghiên cứu sự tán xạ ánh sáng mặt trời trong khí quyển, đã giải thích được màu xanh của bầu trời. Các thí nghiệm của ông với tia nhiệt có tầm quan trọng lớn đối với khí tượng học: không khí khô hấp thụ chúng một cách yếu ớt, nhưng ngược lại, hơi nước lại hấp thụ chúng rất mạnh. …ở độ cao lớn, dưới tác động của bức xạ cực tím từ Mặt trời, các phân tử hơi nước phân hủy thành hydro và oxy. Hydro nhẹ bay hơi vào không gian, dẫn đến lượng nước trên Trái đất giảm và hàm lượng oxy trong khí quyển tăng lên. …tất cả nước trên địa cầu đều vượt quá khối lượng

324x208

360x251

giảm không khí trong khí quyển khoảng 270 lần (hãy nghĩ xem bạn có thể thực hiện phép tính này như thế nào). …tác dụng của lực Coriolis được thể hiện ở sự chuyển động của các xoáy khí quyển khổng lồ. Vì vậy, khi nhìn từ không gian, lốc xoáy quay ngược chiều kim đồng hồ ở bán cầu bắc và theo chiều kim đồng hồ ở bán cầu nam. Đối với xoáy thuận thì các hướng này bị đảo ngược. …một gam nước đổ xuống đáy cốc sẽ tạo thành một bề mặt có diện tích vài cm vuông. Cùng một gam nước ở dạng hạt mưa có diện tích bề mặt lớn hơn gấp mười lần. Và đối với một gram giọt sương mù, nó sẽ tăng lên vài trăm mét vuông. …một tia sét có thể làm gãy một cái cây, vì hơi ẩm trong các tế bào của nó sôi lên ngay lập tức - và hơi nước làm gãy thân cây. …ở độ cao khoảng 50 km, không khí, do bị ion hóa bởi tia vũ trụ, trở thành chất dẫn điện tốt. Giữa lớp khí quyển này và bề mặt Trái đất, giống như giữa các bản của một tụ điện khổng lồ, có một hiệu điện thế cỡ 400.000 volt. Trái đất có điện tích âm hơn 500.000 coulomb. …gần đây cổ khí tượng học đã phát triển mạnh mẽ, giúp tái tạo lại khí hậu Trái đất từ ​​hàng nghìn năm trước. Theo dữ liệu của nó, hóa ra có thể dự đoán được vị trí của các mỏ khoáng sản.

Những gì cần đọc trong «Kvant» về vật lý khí quyển

(xuất bản những năm gần đây)

1. “Những cơn lốc thù địch…” – 2013, số 1, tr.42; 2. “Sương hoa cà…” – 2014, số 3, tr. 36; 3. “Tĩnh điện có thể làm được những gì” - 2015, Phụ lục số 1, tr. 216; 4. “Sao cái lạnh này lại rơi xuống đất…” – 2015, số 3, tr.28; 5. “Từ điểm sương đến điểm sôi” - 2016, Phụ lục số 4, tr. 98; 6. “Thành phố tháng Bảy” – 2017, số 3, tr. 25; 7. “Ngày-chạng vạng-đêm…” – 2017, số 5, tr.2; 8. “Vật lý đô thị” – 2017, số 5, tr. 34. Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị