Khí quyển và hải dương
Sấm và chớp
Mưa giúp hình thành nên diện mạo của Trái đất. Năng lực định dạng của nó một
phần là bản chất hóa học, một phần là cơ học.
Kiểm tra hoạt động hóa học của giáng thủy, chúng ta phải ghi nhớ rằng mưa và
tuyết không phải là một dạng điển hình của nước tinh khiết. Trong bầu khí quyển,
nước hấp thụ khí thiên nhiên như oxy, nitơ và carbon dioxide.
Các chất khí được hấp thụ trong mưa nhìn chung có tỷ lệ như sau: nitơ 64,47%;
oxy 33,76% và carbon dioxide 1,77%. Các tỷ lệ này khá khác so với tỷ lệ trong
bầu khí quyển. Ví dụ, hàm lượng carbon dioxide của mưa lớn gấp từ 30 đến 40 lần
hàm lượng carbon dioxide trong bầu khí quyển.
Ngoài các chất khí thiên nhiên trong bầu khí quyển, mưa có thể hấp thụ các chất
gây ô nhiễm của ngành công nghiệp như nitric acid, sulfuric acid và muối; mưa
cũng hấp thụ các vi sinh vật và những lượng lớn bụi. Mưa chuyển hoàn toàn lượng
phức hợp này đến mặt đất, cây và đến mọi thứ khác mà nó chạm tới.
Chất thải công nghiệp, như sulfuric acid, có thể phần nhiều làm tăng độ acid thiên
nhiên của mưa. Thuật ngữ mưa acid được sử dụng để mô tả cơn mưa có lượng
acid hoàn toàn không tự nhiên - lượng acid có thể làm hại đến đất, thực vật và
những hồ nước mà nó rơi xuống. Mưa acid trở thành mối quan tâm lớn về môi
trường vào những năm 1980.
Hàng trăm hồ nước tại phía đông bắc Hoa Kỳ, nam Canada và Nga hiện nay
không có bất cứ sự sống dưới nước nào do sự acid hóa của mưa. Nhiều khu rừng
Khí quyển và hải dương
tại những vùng cao của Hoa Kỳ và Canada, và thậm chí là tại những vùng thấp
hơn của châu Âu, cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Những nỗ lực kết hợp giữa Canada và Hoa Kỳ được thực hiện từ năm 1989 nhằm
cắt giảm một nửa lượng khí thải sulfur dioxide (từ 20 triệu xuống 10 triệu tấn trên
một vùng của Hoa Kỳ) trước năm 2000. (Xem mục “Mưa acid”).
Mưa cũng ảnh hưởng đến đá và đất mà nó rơi xuống. Do nó chứa oxy, nên mưa
oxy hóa, hay “làm gỉ sét”, nhiều loại chất khoáng khác nhau như sắt. Chất hữu cơ
mà nó chứa oxy hóa các loại chất khoáng khác như thạch cao.
Carbonic acid trong mưa phân hủy đá vôi và cẩm thạch, carbonate của magnesia
và những loại chất khoáng khác. Cái gọi là “mạch ống” và “lỗ rút nước” trong đá
vôi là những khoang hở hình phễu bị mưa ăn mòn. Nếu không có đất trên bề mặt
để lấp đầy các lỗ hổng đó, thì chúng ăn sâu hơn và có thể cuối cùng trở thành hang
động. Vùng Karst tại Slovenia và Croatia bị lỗ chỗ các lỗ hổng như vậy.
Mưa cũng phân hủy đá granite, làm cho đá lỏng đi đến nỗi có thể đào bằng cái mai.
Ví dụ như tại Washington, D.C., đá granite bị mưa phân hủy được tìm thấy có độ
sâu từ 24 đến 30m.
Trong một số trường hợp khi mưa bị đá hấp thụ, cuối cùng hình thành nên một
hợp chất hóa học chứa nước; quá trình mà đá trải qua một sự thay đổi như vậy gọi
là quá trình thủy hóa. Ví dụ, thạch cao khan bị biến thành thạch cao. Khối lượng
của nó tăng lên khoảng 33% trong quá trình thủy hóa này.
Hoạt tính hóa học của mưa
Hoạt tính hóa học của mưa có thể thấy rõ ràng. Một trận mưa lớn có thể tẩy trôi và
để lại dấu vết trên một con đường hay lối đi dơ, để lại các rãnh nước ngay sau đó.
Khi mưa lớn, nó có thể cuốn trôi đất mạnh như một con sông.
Khí quyển và hải dương
Những nơi có cây và thực vật giữ đất, sự xói mòn này bị giảm đi. Nhưng tại những
nơi đất không có sự bảo vệ của cây, thì sự xói mòn có thể xảy ra với tỷ lệ nhanh
chóng một cách đáng ngạc nhiên.
Việc phá rừng do đó có thể góp phần lớn tăng lên sức phá hủy của mưa. Nhiều
vùng của Tây Ban Nha, Hy Lạp, Thổ Nhĩ Kỳ và châu Phi bị con người chặt đốn
cây, rồi sau đó mưa làm xói mòn đất.
Cơn mưa xối xả có thể gây ra những trận lụt bùn lớn hay khiến cho sạt đất. Mưa
góp phần vào làm sạt lở đất bằng cách tăng trọng lượng đáng kể cho đất và hoạt
động như một chất bôi trơn trong vận động của đất: trong một số trường hợp, lở
đất kéo theo các khối lớn của vụn đá, cả lớn và nhỏ, chảy xuống với một tốc độ
nhanh.
Hoạt động xói mòn khác
Mưa gây ra những vận động ít gây hại khác của đất, những vận động dù sao cũng
đóng một phần quan trọng trong việc định hình đất. Khi đất xốp dọc các bờ của
một con sông bị những cơn mưa lớn làm ướt sũng, nó có thể sụt xuống nước đang
chảy.
Loại hoạt động này gây ra nhiều sự xói mòn ven bờ sông xảy ra tại các vùng mưa.
Qua thời gian, kết quả có thể là sự hình thành một thung lũng rộng.
Tại những vùng khô hạn, cơn mưa lớn hiếm xảy ra có thể tạo thành những con đèo
dốc trên đất khô, xốp. Hiện tượng này có thể thấy rõ ràng tại vùng hẻm núi của
Arizona.
Mưa cũng tạo ra những dạng đất kỳ lạ gọi là trụ đất - những ngọn tháp cao bằng
đất bị đá bao phủ. Dù chỉ là những cột đất sét rắn, nhưng các trụ đất được bảo vệ
bởi những lớp đá phủ có khả năng chống lại sức mạnh xói mòn của mưa. Đất sét
Khí quyển và hải dương
không được bảo vệ bị cuốn trôi đi. Nếu đá rơi ra, thì cột đất sớm bị ăn mòn bằng
mặt đất. Các trụ đất loại này đặc biệt có nhiều tại Tirol của châu Âu và tại dãy
Himalaya.
Tuyết cũng có thể gây ra sự tàn phá lớn, đặc biệt là tại các vùng núi. Trên sườn núi
dốc, ít cây, một sự tích tụ tuyết lớn đột ngột có thể bắt đầu giai đoạn tuyết lở. Lở
tuyết có thể chảy xuống các sườn núi với tốc độ 65 đến 320km một giờ. Một trận
lở tuyết lớn có thể phá hủy mọi thứ trên đường đi của nó. Mỗi năm, có khoảng 140
người Mỹ bị mắc kẹt trong các trận lở tuyết, trong đó có hơn một tá người bị thiệt
mạng.
Khí quyển và hải dương
Chân dung của một tia chớp
Chớp được sinh ra bởi một loại mây rất đặc biệt, mây bão dông tích vũ. Loại mây
này phát triển một vùng tích điện dương trong các phần trên đông của nó, và một
vùng tích điện âm tại đáy của nó.
Người ta vẫn chưa thể hiểu hoàn toàn về việc nó xảy ra như thế nào. Nhiều chuyên
gia tin rằng sự chia vùng tích điện là do các sự vận động khác nhau của không khí
trong một đám mây gây ra.
Đám mây dông điển hình bắt đầu hình thành khi một khối không khí ấm di chuyển
lên trên. Khối không khí này đem theo một lượng lớn hơi nước. Khi khối này bay
lên, nó lạnh đi và bằng cách đó nó hình thành nên một đám mây.
Nước thường đóng băng tại nhiệt độ 00C. Tuy nhiên, dưới những điều kiện nào đó,
nó duy trì dạng lỏng tại những nơi có nhiệt độ thấp hơn nhiều. Ở trạng thái này,
nước bị chậm đông. Các giọt nước hình thành nên mây dông đều có trạng thái
chậm đông như vậy. Tại những nơi có nhiệt độ thấp bằng -400C, các giọt nước
cuối cùng chuyển thành những cục đá nhỏ.
Cục mưa đá và vụn băng. Một số các giọt nước đóng băng đông lại với nhau, hình
thành nên các cục mưa đá. Trọng lượng tương đối nặng của các cục mưa đá làm
cho chúng rơi xuống. Khi rơi xuống, chúng liên tục va vào các giọt nước chậm
đông đang di chuyển lên trên. Nước trong mỗi giọt nước đông lại trên cục mưa đá
mà nó chạm vào, và kích thước của cục mưa đá dần dần tăng lên.
Cứ mỗi lần va chạm với một giọt nước, một cục mưa đá được tích điện âm. Hàng
triệu sự va chạm như vậy giữa các giọt nước và cục mưa đá trong mây có thể tạo
ra tích điện, gây ra một tia chớp.