Dùng Laser để tạo
mưa
Chiếu những xung laser cực mạnh qua không khí ẩm có
thểkích thích sựhình thành
các đám mây, theo kết quảcủa mộtđội khoa học châu Âu. Họcho
biết tính hiệu quảcủa phương pháp này là dễ định giá hơn so với những kĩ
thuật gieo mây truyền thống và nó có thểmang lại một phương tiện thực tiễn
của việc tăng lượng mưa.
Việc gieo mầm tạo mây đã được triển khai ởnhiều nước trên thếgiới và
thường thì người ta thêm những hạt nhỏvào khí quyển từnhững trạm mặtđất,
máy bay hoặc tên lửa, để tăng cường lượng mưa và giảm mưađá. Kĩthuật này có
thểthực hiện bằng việc sửdụng các phân tửbạc iodide làm nhân xung quanh đó
nước chậmđông trong những đám mây tầng cao đông đặc lại, tạo thành tinh thể
băng và rơi xuống khi đủ nặng. Người ta cũng có thểsửdụng các hợp chất khác,
nhưcác muối natri, lithi, và kali thảvào những đám mây tầng thấpđể kích thích sự
kết tụcủa những giọt nước nhỏ.
Mặc dù việc gieo mây có thểcó những lợi ích thực tiễn lớn, nhưng nó vẫn gây
tranh cãi vì các nhà khoa học không thểbiếtđược nó có thật sựlàm thay đổi lượng
mưađáng kểhay không. Trong sốnhiều cái chưa biết rõ là những hạn chếtrong sự
hiểu biết của chúng ta vềcác thăng giáng lượng mưa tựnhiên và kiến thức của
chúng ta vềquy mô mà các aerosol độc hại kích thích sựkết tủa.
Những dây ánh sáng
Philipp Rohwetter tại trường Đại học Tựdo Berlin và các đồng nghiệpở Đức,
Thụy Sĩvà Pháp tin rằng họcó thểkhắc phục những trởngại này đến một chừng
mực nào đó bằng cách gieo mầm các đám mây bằng những chùm laser. Để chứng
minh cho ý tưởng của họ, họ đã sửdụng laser hồng ngoại Teramobile cầm tay với
những chùm xung kéo dài chỉ10-13 s và công suất 5x1012 W. Những xung như
vậy là đủ mạnh để làm thay đổi chiết suất của khôngkhí, làm cho chùm tia tựhội tụ
lại. Điều này làm tăng thêm cường độ, tạo ra những dây tóc ánh sáng đủ mạnh để
gây ion hóa không khí và kích thích sựngưng tụ.
Các nhà nghiên cứuđã chiếu laser trên vào khí quyển và vào một môi trường
có điều khiển – một buồng mây chứađầy không khí xung quanh. Trong cảhai
trường hợp, họsoi rọi quỹ đạo của chùm laser với một laser thứhai, công suất
thấp hơn, nó sẽchịu một sựtán xạlớn hơn nếu nhưcó mặt nhiều giọt nước
hơn. Đó thật sựlà cái họtìm thấy – sựtán xạcủa chùm laser thứhai tăng lên mỗi
khi một xung phát ra từlaser thứnhấtđược chiếu vào. Họquan sát thấy kiểu hành
xửnày ởhơn 900 xung laser, cung cấp một bằng chứng rõ ràng của khảnăng gieo
mầm mây của laser xung, cái không thểthiết lậpđối với những kĩthuật gieo mầm
truyền thống.
Quét chùm tia
Theo thành viên đội nghiên cứu Jerôme Kasparian, ởtrường Đại học Geneva,
một vài năm sẽlà cần thiếtđể biến minh chứng vật lí này thành một kĩthuật thực
tiễn. Đặc biệt, ông nói, một laser mạnh hơn có khảnăng sẽcầnđược phát triểnđể
khai thác lợi thếcủa một hiệuứng quét mà họ đã lưu ý thấy – sựion hóa tiếp diễn
trong vài giây sau khi laser đã ngừng chiếu sáng và vì thếbằng cách quét chùm tia,
người ta có thểgieo mầm một thểtích không khí lớn hơn.Quan trọng hơn, các nhà
nghiên cứu cần phải xác lập cơsởvật lí của hiệuứng để biết làm thếnào tốiưu hóa
bước sóng, độ dài xung và những thông sốkhác của laser trên. Họchắc chắn rằng
các ion trong plasma do laser sinh ra góp phần cho sựngưng tụnhưng họcũng tin
rằng sựngưng tụcó thểxảy ra trên những phân tửacid sulphuric và acid nitric,
chúng hình thành khi các electron từkhối plasma làm phát ra gốc OH sau đó lần
lượt làm oxy hóa sulphur dioxide và nitrogen.
Tuy nhiên, các thí nghiệm trên không thuyết phụcđược những nhà nghiên
cứu khác. Bill Cotton tại trường đại học Bang ColoradoởMĩmô tảcác kết quảtrên
là “hấp dẫn” nhưng vẫn giữquan điểm cho rằng Rohwetter và các đồng sự đã
“cường điệu quá mức trường hợp của họ đối với những tác động lên sựhình thành
mây thực tếvà, đặc biệt, lên sựkết tủa”. Đặc biệt, ông cho biết không khí trong
buồng mây có độ ẩm tương đối 230% trong khi trong khi quyến hiếm khi nào vượt
quá 101%, nghĩa là sựhình thành giọt trong buồng mây sẽkhông nhất thiết gợi
đến sựhình thành giọt trong khí quyển. Quan điểm này đượcủng hộbởi Dan
Breed thuộc Trung tâm Quốc gia Nghiên cứu Khí quyểnởColorado, ông cho biết,
mặt khác, sựngưng tụdo laser cảmứng trong không khí vớiđộ ẩm tương đối nhỏ
hơn 100% sẽrất ngắn ngủi và do đó không có khảnăng phát sinh những lượng
đáng kểcủa giọt nước mây mới, để cho một mình sựkết tủa xảy ra. “Bước tiến này
đối với việc tăng cường mây, và thậm chí là một bước nhảy lớnđối với tác dụng
kết tủa, là rất có tính suy đoán, và tôi tin rằng nó không thực tếcho lắm”, ông
khẳng định.
Nghiên cứu công bốtrên tờNature Photonics.
Sựthay đổi nhiệtđộ
theo độ cao
Khoảng cách từmặt trời tới Trái Đất vào khoảng 144.000.000 km, so
với bềdày của khí quyểnởtầng cao nhất là 120 km, thì gấp tới 1.200.000 lần
nên khi còn trong tầng khí quyển thì dù có bay lên gần hay xa Mặt trời thì
lượng nhiệt của Mặt Trời tác dụng lên bạnđều không có thay đổiđáng kểgì
cả. Nguyên nhân chính của việc thay đổi nhiệtđộ theo độ cao là 1 hiện tượng
quen thuộc: hiệuứng nhà kính.
Trung bình mỗi giây Trái Đất nhận từMặt Trời 1 năng lượng ( hay công suất)
là 342 W/m2, tương đương lượng nhiệt nhậnđược khi đặt 1 bóng đèn 50W cách
xa 10 cm. Nếu không có khí quyển, bềmặt Trái Đất sẽbức xạhầu hết năng lượng
mà nó nhậnđược này vào không gian, lúc này nhiệtđộ trung bình của Trái Đất là
khoảng -23 độ C, hành tinh này chỉlà 1 khối băng vô sinh.
May mắn là Trái Đất có khí quyển, một hỗn hợp 78.1% Nitơ, 28.9% ôxy phần còn
lại là các khí hiếm ( chủyếu là argon) và CO2, hơi nước.... Khí quyển giống như1
lồng kính ngăn cản hầu hết các bước sóng ánh sáng của Mặt Trời, chỉcho phần ánh
sáng khảkiến ( ánh sáng thấyđượcđối với mắt người ) qua được.
Khi ánh sáng khảkiến của Mặt Trời chiếu tới Trái Đất, các vật hấp thu ánh sáng
này ( mặtđất, cây cối, đồ vật, con người... ) sẽbức xạra lại năng lượng ởdạng bức
xạhồng ngoại. Bức xạhồng ngoại này tới lượt nó cũng không thểthoát qua khí
quyểnđể ra không gian mà chỉlẩn quẩn bên trong "lồng kính", làm trong "lồng
kính" ấm hơn bên ngoài rất nhiều. Theo những con sốmình có được thì nhờsự
"giam giữ" ánh sáng hồng ngoại này mà Trái Đất tăng được 40 độ C, Trái Đất thay
vì lạnh -23 độ C thì nay đã trởthành 17 độ C, một nhiệtđộ khá dễchịu.
Cơchếcủa việc "giam giữ" bức xạhồng ngoại này là do các khí gây hiệuứng nhà
kính ( CO2, CH4, hơi nước... ) hấp thu bức xạhồng ngoại phát ra từmọi vật trên
Trái Đất và bức xạra mọi hướng, trong đó có một phần là bức xạngược vềmặtđất,
phần còn lại phát tán vào không gian. Phần năng lượng bịphát tán vào không gian
này sẽ được bù đắp bằng lượng năng lượng ánh sáng Mặt Trời cung cấp tiếp ngay
sau đó. Theo tính toán thì lượng năng lượng bù đắp này đúng bằng lượng năng
lượng phát tán, vì thế, nhiệtđộ Trái Đất luôn là ổnđịnh. Việc nhiệtđộ Trái Đất
không ổnđịnh mình sẽbàn tới sau khi giải thích tại sao nhiệtđộ giảm theo độ cao
nha.
Vì các khí gây hiệuứng nhà kính kểtrên đều có khối lượng nên chúng không thể
phát tán đều trong toàn khí quyển mà chúng có xu hướng lắng xuống sát mặtđất
hơn. Chính điều này làm cho gần mặtđất có nhiệtđộ cao hơn so với xa mặtđất ( vì
chịuảnh hưởng của hiệuứng nhà kính nhiều hơn ). Càng lên cao, lớp khí gây hiệu
ứng nhà kính này càng loãng, nhiệtđộ sẽcàng giảm.
Riêng vềviệc Trái Đất không thểgiữ được nhiệtđộ của mình ổnđịnh thì đó là do
con người ngày càng xảnhiều các tác nhân gây hiệuứng nhà kính nhưCO2, NxOy...
vào môi trường, tăng lượng khí này thì nhiệtđộ sẽtăng cao. Huỷdiệt rừng cũng là
1 tội ác vì rừng hấp thu nhiệt Mặt Trờiđể chuyển hóa thành năng lượn sinh học
( tinh bột ) và giúp cân bằng lượng CO2 và ôxy.