Gakken × Asahi Shimbun Kids Net

Tại sao tuyết lại rơi?

Tại sao tuyết lại rơi?

Câu trả lời: Bởi vì những hạt băng trong mây kết tinh lại và rơi xuống.

Tuyết, giống như mưa, được sinh ra trong mây và rơi xuống mặt đất. Nói cách khác, cả tuyết và mưa đều có nguồn gốc từ mây. Tuyết được sinh ra như thế nào? Và sự khác biệt giữa tuyết và mưa là gì?

Mây được hình thành từ những hạt nước gọi là "hạt mây" và những hạt băng gọi là "tinh thể băng" tập hợp lại với nhau (bài viết liên quan "Mây được hình thành từ đâu và như thế nào?"). Chúng cũng là nguồn gốc của tuyết và mưa. Hạt mây và tinh thể băng phát triển lớn và nặng, cuối cùng rơi xuống mặt đất1). Hãy cùng theo dõi quá trình này.

Đầu tiên, các hạt mây có bán kính ban đầu chỉ khoảng 0,001~0,01mm (1μ~10μm, bằng 1/5 độ dày của sợi tóc người). Ở nơi hình thành mây, do có dòng khí thổi lên trên không trung gọi là "dòng khí thổi lên", nên các hạt mây nhỏ và nhẹ sẽ bay lên theo dòng khí thổi lên. Cuối cùng, khi đạt đến độ cao khoảng 10.000 m (10 km) so với mặt đất, nơi nhiệt độ xuống dưới -40°C, các hạt mây sẽ kết tụ lại và tạo thành "tinh thể băng".

Các tinh thể băng lớn lên khi hấp thụ hơi nước xung quanh, và khi chúng đủ lớn để có thể rơi ngược lại với luồng không khí đi lên, chúng sẽ va chạm với các đám mây xung quanh khi rơi xuống trong mây. Các đám mây va chạm sẽ đóng băng ngay lập tức trên bề mặt tinh thể băng, và tiếp tục phát triển bằng cách hợp nhất với các đám mây xung quanh (bài viết liên quan "Tại sao tinh thể tuyết có hình lục giác?"). Các tinh thể tuyết được tạo ra theo cách này tiếp tục phát triển trong khi quay và rơi xuống mặt đất.

Mặc dù tinh thể tuyết đã phát triển lớn, nhưng khi rơi xuống, nhiệt độ không khí cao hơn so với nhiệt độ trên mây, nên hầu hết chúng sẽ tan chảy và trở thành hạt mưa. Hầu hết lượng mưa rơi xuống khu vực Nhật Bản là do băng và tuyết tan chảy trong quá trình rơi xuống. Chỉ khi nhiệt độ gần mặt đất đủ thấp để tuyết không tan chảy, băng mới rơi xuống dưới dạng tuyết (bài viết liên quan: "Tại sao tuyết chỉ rơi vào mùa đông?"). Người ta nói rằng ở phía biển Nhật Bản, nhiệt độ mặt đất dưới 2-3°C, ở phía Thái Bình Dương, nhiệt độ dưới 1-2°C thì sẽ có tuyết rơi 2).

Tuy nhiên, không chỉ nhiệt độ gần mặt đất quyết định tuyết hay mưa, mà trên thực tế, có ghi chép cho thấy tuyết đã rơi ngay cả khi nhiệt độ khoảng 10°C. Một trong những điều kiện quyết định tuyết hay mưa là độ ẩm (độ ẩm tương đối) khi tuyết bắt đầu rơi. 3)Khi độ ẩm trong không khí thấp, nước tan chảy từ tuyết rơi sẽ dễ bay hơi. Khi nước này bay hơi, nó làm lạnh không khí xung quanh, khiến các hạt tuyết rơi sau đó không tan chảy và dễ dàng tiếp xúc với bề mặt đất.

Tương tự như tuyết, có mưa đá và mưa đá nhỏ. Cả hai đều là những hạt băng được hình thành từ những tinh thể tuyết tiếp tục phát triển khi rơi xuống từ mây. Trong quan trắc khí tượng, những hạt có đường kính từ 5mm trở lên được gọi là "mưa đá", còn những hạt có đường kính dưới 5mm được gọi là "mưa đá nhỏ". 4)。Hyō là hiện tượng xảy ra từ mùa hè đến mùa thu khi nhiệt độ cao, còn arare là hiện tượng xảy ra vào mùa đông khi nhiệt độ giảm xuống. 5)
Mưa đá và mưa đá nhỏ sẽ lớn dần lên trong khi bề mặt tan chảy và đóng băng trong quá trình lên xuống lặp đi lặp lại trong mây dông (bài viết liên quan " "Hyō" rơi xuống như thế nào?). Khi đạt đến một kích thước nhất định, do tốc độ rơi nhanh nên không thể được đưa lên trên bởi luồng khí nóng, và sẽ rơi xuống dưới dạng hạt băng. Khi có đường kính 50mm, băng sẽ rơi xuống với tốc độ hơn 100km/giờ, vì vậy cần phải cẩn thận.

※ Thông thường, nước đóng băng ở nhiệt độ 0℃, nhưng trong mây, ngay cả khi nhiệt độ thấp hơn 0℃, vẫn tồn tại những hạt mây ở trạng thái nước. Những hạt nước này được gọi là "hạt mây siêu lạnh". Hạt mây siêu lạnh có thể được quan sát thấy ngay cả trong mây có nhiệt độ -20℃.

Bài viết được công bố: Tháng 3 năm 2021/p>

Tài liệu tham khảo

1) Kentaro Araki (Phòng nghiên cứu thứ hai, Viện nghiên cứu khí tượng, Cục khí tượng Nhật Bản). "Nghiên cứu quá trình vi vật lý của mây":

https://www.mri-jma.go.jp/Dep/typ/araki/cloud_microphysics.html

2) Matsuo, Takayo. "Điều phân biệt tuyết và mưa". Hiệp hội Khí tượng Nhật Bản:

https://www.metsoc.jp/tenki/pdf/2001/2001_01_0033.pdf

3) Takeda Takao. "Kishō Books 015: Khoa học về mưa". 2005. Yamado Shoten.

4) Weather News "Sự khác biệt và nguy hiểm của mưa đá và mưa đá nhỏ" "Weather News":

https://weathernews.jp/s/topics/202004/160165/

5) Katsuhiro Kikuchi, "Kishitsu Books 028: Seki to Raiden no Sekai" (Thế giới tuyết và sấm sét). 2009. Seizandō Shoten.

Giám sát: Mitsuharu Oyama

Sinh năm 1957 tại Tokyo. Tốt nghiệp thạc sĩ tại Đại học Công nghệ Tokyo. Từng là giáo viên vật lý tại trường trung học, giám đốc giáo dục tại Ủy ban Giáo dục tỉnh Chiba, hiệu trưởng trường trung học Chosei tỉnh Chiba, hiện là giáo sư tại Khoa Sư phạm Đại học Shumei, phụ trách giảng dạy và thực hành về phương pháp giảng dạy "nghiên cứu toán học và khoa học" và "giờ học tổng hợp". Ông cũng thường xuyên xuất hiện trong các chương trình thí nghiệm khoa học trên truyền hình và các lớp học thí nghiệm khoa học. Ông là cố vấn dự án của Bảo tàng Khoa học Chiba, giám đốc điều hành của Hiệp hội Giáo dục Vật lý Nhật Bản, thành viên của Hiệp hội Giáo dục Khoa học Nhật Bản và Hiệp hội Giáo dục Khoa học Tự nhiên Nhật Bản, thành viên ban biên tập tạp chí "Giáo dục Khoa học Tự nhiên" hàng tháng.

PAGETOP