Mùa - Nguồn gốc và sự biến đổi trên khắp Trái Đất

Bài 1

Nóng bức. Đá đóng băng. Mưa gió mùa và hạn hán bụi bặm. Mùa xuân. Mùa hè. Mùa thu. Mùa đông.

Trong hàng trăm triệu năm, chúng đã xác định nhịp điệu tự nhiên trên hành tinh của chúng ta. Chúng củng cố sự tồn tại hàng ngày của hàng tỷ người chúng ta ngày nay. Một sản phẩm của đồng hồ thiên đường. Đây là những mùa của Hành tinh Trái đất.

Nguồn gốc 

Khi nói đến khí hậu, người ta không thể bỏ qua khái niệm các mùa. Chính sự thay đổi về nhiệt độ và lượng mưa trong suốt cả năm đã xác định từng vùng khí hậu trên hành tinh của chúng ta. Mỗi khu vực có sự kết hợp độc đáo của các mẫu theo mùa. Và những mô hình này quyết định quần thể sinh vật – đặc điểm của thảm thực vật – của vùng đất trong khu vực đó, nền nông nghiệp nào có thể được duy trì ở đó và cuối cùng là liệu nó có thể hỗ trợ dân số loài người hay không.

Nhưng các mùa là gì? Nguồn gốc của họ là gì? Tại sao chúng luôn lặp lại năm này qua năm khác? Tại sao chúng ở vùng nhiệt đới lại khác với ở vĩ độ cao hơn? Tại sao chúng lại đảo ngược ở Nam bán cầu?

Tất cả những câu hỏi này đều được giải đáp trong mối quan hệ giữa hành tinh của chúng ta và ngôi sao mẹ của nó – mặt trời.

Khi một hành tinh quay quanh một ngôi sao, nó vẽ một đường hình elip luôn nằm trong cùng một mặt phẳng nằm ngang – mặt phẳng quỹ đạo. Nhưng bản thân hành tinh này sẽ quay trên trục của chính nó ở một góc khác – cái được gọi là độ nghiêng trục. Kết quả của điều này là khi hành tinh chuyển động quanh ngôi sao, góc mà ánh sáng của ngôi sao chiếu tới bất kỳ điểm cụ thể nào trên hành tinh đó sẽ thay đổi. Vì sức nóng của bề mặt và khí quyển có liên quan trực tiếp đến góc ánh sáng của ngôi sao, nên vị trí của quỹ đạo sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ của khu vực đó trên hành tinh. Vì vậy, mọi hành tinh trong thiên hà có bầu khí quyển sẽ có sự kết hợp của các mùa và vì vậy hiện tượng này không nên được coi là duy nhất đối với hành tinh của chúng ta. Trên thực tế, các hành tinh Sao Hỏa, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, Sao Hải Vương và mặt trăng Titan của Sao Thổ đều có các mùa rõ rệt đã được quan sát.

 

Độ nghiêng trục là góc một hành tinh quay quanh trục của nó so với mặt phẳng quỹ đạo.

Vào mùa hè, các tia bức xạ chiếu từ mặt trời vào trái đất một góc lớn, nhận nhiều năng lượng 

Vào mùa đông, các tia bức xạ chiếu vào một góc nhỏ, nhận ít năng lượng. 

Mọi hành tinh trong vũ trụ có bầu khí quyển quay quanh một ngôi sao sẽ có các mùa. 

Có bốn điểm quan trọng trong quỹ đạo của bất kỳ hành tinh nào liên quan đến vấn đề này – hai điểm đầu tiên là khi mỗi cực của hành tinh hướng gần nhất về phía ngôi sao, và hai điểm thứ hai là khi các cực nằm chính xác ở góc vuông với ngôi sao.

Trong trường hợp hành tinh của chúng ta, độ nghiêng trục của chúng ta chỉ hơn 23°. Vì vậy, vào ngày mà Cực Bắc hướng về phía mặt trời gần nhất, chính xác là ngày 21 tháng 6, mọi điểm trên đường bao quanh trái đất cách xích đạo 23° về phía bắc sẽ có mặt trời giữa trưa ở ngay trên đầu. Đây là giữa mùa hè ở Bắc bán cầu, khi nhiệt độ từ ánh sáng mặt trời đạt mức cao nhất.

Đúng 6 tháng sau, vào ngày 21 tháng 12, khi Nam Cực hướng về phía mặt trời gần nhất, mọi điểm trên Trái đất cách xích đạo 23° về phía nam sẽ có mặt trời ban trưa trên đầu. Đây là giữa mùa hè ở Nam bán cầu.

Hai đường này lần lượt là Chí tuyến của Cự Giải (đường chí tuyến Bắc) và Ma Kết (đường chí tuyến Nam) , được gọi như vậy vì mặt trời nằm trong các chòm sao hoàng đạo đó vào những ngày đặc biệt, được gọi là ngày hạ chí và ngày đông. Từ chí chí xuất phát từ tiếng Latin [sol + stit], có nghĩa là “mặt trời đứng yên”, và mô tả theo nghĩa đen sự dừng lại và đảo ngược điểm cao nhất hoặc thấp nhất hàng ngày của mặt trời trong diễn biến theo mùa của nó.

Chính xác là vào giữa ngày 21 tháng 3 và ngày 21 tháng 9, các cực của Trái đất vuông góc với mặt trời, điều đó có nghĩa là vào những ngày này, mặt trời vào buổi trưa ở xích đạo ở ngay trên đầu. Những ngày này được gọi là điểm phân - từ tiếng Latin [aequus + nox], có nghĩa là “ngày đêm như nhau”. Giờ ngày và đêm ở mọi điểm trên trái đất đều giống nhau ở mức 12 giờ trong những ngày đặc biệt này.

Chí tuyến Bắc nơi nhìn thấy mặt trời ở thiên đỉnh vào trưa ngày 21 tháng 6

Chí tuyến Nam nhìn thấy mặt trời ở thiên đỉnh vào buổi trưa ngày 21 tháng 12

Tại xích đạo, Mặt Trời ở thiên đỉnh vào các buổi trưa ngày 21/3 và 21/9

Trên thực tế, nhiệt độ đỉnh điểm giữa mùa hè tụt hậu so với ngày giữa mùa hè khoảng một tháng - hầu hết sẽ trải nghiệm rằng tháng 7 và tháng 8 là những tháng nóng nhất ở Bắc bán cầu chứ không phải tháng 6. Và điều tương tự cũng xảy ra với mùa đông, với tháng 1 và tháng 2 là lạnh nhất chứ không phải tháng 12. Điều này được gọi là “độ trễ theo mùa” và xảy ra do cần có thời gian để trái đất và các đại dương ấm lên, đặc biệt là ở khu vực đó.

Chu kỳ này lặp lại gần như chính xác, hết năm này qua năm khác, bởi vì Trái đất quay trở lại điểm cũ đúng một năm sau, đều đặn như kim đồng hồ (nếu đồng hồ do con người tạo ra có thể chính xác đến vậy). Nói gần như chính xác, bởi vì Trái đất trên thực tế đang chao đảo vài độ trên trục của nó, giống như cách một con quay có thể chao đảo. Nhưng sự chao đảo này có chu kỳ gần 26 nghìn năm, vì vậy… bạn sẽ không nhận thấy điều gì trong đời mình.

                               Nhiệt độ cao nhất chậm hơn một tháng so với ngày hạ chí do đại dương nóng lên chậm

Trong khí quyển 

Điều đó giải thích nguồn gốc của các mùa, nhưng ảnh hưởng của điều này đến thời tiết hàng ngày phụ thuộc vào việc bạn sống bên trong hay bên ngoài Vùng nhiệt đới 2 chí tuyến. Ở vùng nhiệt đới, sự thay đổi góc ánh sáng mặt trời từ điểm chí này sang điểm chí khác có ít hoặc không ảnh hưởng đến sự nóng lên bề mặt và do đó vùng nhiệt đới có rất ít sự thay đổi về nhiệt độ trong năm.

 

Các mùa ở vùng nhiệt đới trên thực tế được xác định bởi sự hiện diện hay vắng mặt của mưa. Khi mặt trời vuông góc với trái đất, nhiệt độ ở mức lớn nhất, dẫn đến nhiệt của không khí nóng ẩm, khi bay lên bầu khí quyển phía trên sẽ nguội đi, mất đi độ ẩm và tạo ra mưa dưới dạng giông bão. Khi mặt trời di chuyển qua lại trên đường xích đạo trong suốt cả năm, dải mưa này cũng theo đó. Dải này được gọi là vùng ảm đạm, hay Vùng hội tụ liên nhiệt đới (ITCZ), vì đây là nơi hội tụ của các cơn gió nhiệt đới, được gọi là gió mậu dịch, bị hút vào từ các khu vực xung quanh. Khi những cơn gió này mang theo hơi ẩm, chúng cũng mang theo mưa, và do đó, mô hình phức tạp này quyết định khu vực nào sẽ ẩm ướt hay khô ráo trong mùa nào. Chỉ ở nơi ITCZ ​​ổn định hoặc nơi gió mậu dịch mang theo hơi ẩm bất kể hướng nào thì chúng ta mới có Rừng mưa nhiệt đới, nơi lượng mưa và nhiệt độ gần như không đổi - khí hậu duy nhất trên trái đất không có mùa. 

Vào tháng 7, ITCZ ​​kèm theo giông bão ở phía bắc xích đạo và mang mùa mưa đến vùng nhiệt đới phía bắc

Vào tháng 1, ITCZ ​​kèm theo giông bão ở phía nam xích đạo và mang mùa mưa đến vùng nhiệt đới phía Nam

Ở các vĩ độ trung bình, sự thay đổi góc độ theo mùa đủ đáng kể để tạo ra những thay đổi lớn về nhiệt độ. Vào mùa hè, mặt trời ở trên cao, tập trung nhiệt và mang đến những ngày ấm áp hoặc nóng bức. Vào mùa đông, nó ở gần đường chân trời hơn nhiều và do đó nhiệt độ bề mặt ít hơn nhiều, dẫn đến những ngày lạnh hơn đáng kể.

 

Tuy nhiên, sự thay đổi nhiệt độ ở các vĩ độ trung bình này bị giảm bớt do sự gần gũi của các đại dương. Là một khối chất lỏng lớn, sâu hàng km, đại dương không nóng nhiều vào mùa hè như đất liền và không mát nhiều vào mùa đông. Vì vậy, các khu vực đất liền gần đại dương có phạm vi nhiệt độ mùa đông/mùa hè nhỏ hơn nhiều so với các khu vực bên trong lục địa. Sự khác biệt về nhiệt độ ven biển và nội địa lục địa này lớn nhất ở các vĩ độ trung bình và là bản chất lý do tại sao chúng ta có nhiều kiểu khí hậu ở khu vực này trên trái đất hơn bất kỳ khu vực nào khác.

Ở các vùng cực, ảnh hưởng của độ nghiêng trục là ở mức cực độ. Phía trên vòng cực ở 67°N, có ít nhất một ngày vào mỗi mùa đông khi mặt trời thậm chí không vượt quá đường chân trời và có ít nhất một ngày vào mỗi mùa hè khi mặt trời không bao giờ lặn. Khi một người đến gần cực, số ngày này tăng lên cho đến khi ở Bắc Cực, mặt trời không mọc trong 6 tháng vào mùa đông và ở trên đường chân trời trong 6 tháng vào mùa hè. Điều tương tự cũng xảy ra vào thời điểm trái ngược trong năm ở Nam Cực.

Ngô Minh Cường