Tầng đối lưu – Wikipedia tiếng Việt

Tầng đối lưu là phần thấp nhất của khí quyển của một số hành tinh. Phần lớn các hiện tượng mà con người gắn với thời tiết hàng ngày diễn ra ở tầng đối lưu[1]. Đặc trưng của tầng này thể hiện ở các dòng đối lưu của không khí nóng từ bề mặt bốc lên cao và lạnh đi. Hiện tượng đối lưu đã mang lại tên gọi cho tầng này.

Tầng đối lưu khởi đầu từ mặt phẳng Trái Đất lan rộng ra ra đến cao độ 20 km ( 12 dặm ) ở những vùng nhiệt đới gió mùa, giảm tới khoảng chừng 11 km ở những vĩ độ trung bình, ít hơn 7 km ( 4 dặm ) ở những vùng cực về mùa hè còn trong mùa đông là không rõ ràng. Lớp khí quyển này chiếm khoảng chừng 80 % tổng khối lượng của hàng loạt khí quyển, gần như là hàng loạt hơi nước và xon khí ( aerosol ). Trong khu vực tầng đối lưu thì không khí liên tục luân chuyển và tầng này là tầng có tỷ lệ không khí lớn nhất của khí quyển Trái Đất. Nitơ và oxy là những chất khí hầu hết xuất hiện trong tầng này. Tầng đối lưu nằm ngay phía dưới tầng bình lưu. Phần thấp nhất của tầng đối lưu, nơi ma sát với bề mặt Trái Đất ảnh hưởng tác động tới luồng không khí, là lớp ranh giới hành tinh. Lớp này thường thì chỉ dày từ vài trăm mét tới 2 km ( 1,2 dặm ), nhờ vào vào địa mạo và thời hạn của ngày. Ranh giới giữa tầng đối lưu và tầng bình lưu, được gọi là khoảng chừng lặng đối lưu, là nghịch chuyển nhiệt độ [ 1 ] .

Tầng đối lưu được chia thành 6 khu vực luồng luân chuyển theo đới, gọi là các quyển hoàn lưu. Các quyển hoàn lưu này chịu trách nhiệm cho hoàn lưu khí quyển và tạo ra các hướng gió thịnh hành.

Các quyển hoàn lưu lớn trong tầng đối lưu .Nguyên nhân những đổi khác nhiệt độ trong tầng đối lưu là do nhiệt độ được xác lập bởi bức xạ nhiệt từ mặt đất ngược trở lại không khí. Mặc dù tia nắng Mặt Trời tiếp xúc với phần không khí ở trên cao trước, nhưng không khí khá trong suốt nghĩa là nó hấp thụ rất ít nguồn năng lượng của tia nắng. Đa phần nguồn năng lượng Mặt Trời rơi xuống mặt đất, tại đây, nó bị hấp thụ mạnh bởi mặt đất, và làm mặt đất nóng lên ( nóng hơn không khí trên cao ). Mặt đất nóng truyền nhiệt trực tiếp cho lớp không khí gần mặt đất ; không khí gần mặt đất nóng lên và nở ra, nhẹ hơn phần không khí lạnh ở trên và bay lên cao nhờ lực đẩy Ácsimét. Khi không khí nóng bay lên cao, nó co và giãn đoạn nhiệt nghĩa là thể tích tăng và nhiệt độ giảm ( giống như cách hoạt động giải trí của 1 số ít tủ lạnh, máy điều hòa ). Càng lên cao, không khí càng nguội dần. Khi ra xa khỏi bề mặt Trái Đất thì nhiệt đối lưu có những hiệu ứng nhỏ hơn và không khí lạnh hơn. Ở những cao độ lớn hơn thì không khí loãng hơn và giữ nhiệt kém hơn, khiến cho nhiệt bị tản đi hết. Cứ mỗi khi độ cao tăng lên 1.000 mét thì nhiệt độ lại giảm trung bình khoảng chừng 6,5 °C .Mặc dù việc nhiệt độ giảm theo độ cao là khuynh hướng chung trong tầng đối lưu, thực tiễn đôi lúc có ngoại lệ, gọi là hiện tượng kỳ lạ nghịch nhiệt. Ví dụ ở châu Nam Cực, nhiệt độ tăng khi lên cao. Một ví dụ khác, hàng năm, xung quanh Thành Phố Hà Nội, Nước Ta, về đầu mùa đông có những đợt nghịch nhiệt về đêm hôm, thường xảy ra vài ngày sau khi gió mùa đông bắc tràn về và lê dài cho đến khi gió phổ cập chuyển sang hướng đông nam và tái diễn khi có đợt gió mùa mới. Trong điều kiện kèm theo nghịch nhiệt, khí thải từ hoạt động giải trí công nghiệp và nông nghiệp bị ứ đọng ở tầng thấp, không tỏa đi được, do chúng lạnh và nặng hơn những lớp khí bên trên .Đỉnh tầng đối lưu lưu lại số lượng giới hạn của tầng đối lưu và nó được tiếp nối đuôi nhau bằng tầng bình lưu. Nhiệt độ ở phía trên đỉnh tầng đối lưu lại tăng lên chậm cho tới cao độ khoảng chừng 50 km. Nói chung, những máy bay phản lực bay ở gần phần trên cùng của tầng đối lưu. Hiệu ứng nhà kính cũng diễn ra trong lớp trên cùng tầng đối lưu .

Áp suất và cấu trúc nhiệt độ[sửa|sửa mã nguồn]

Thành phần hóa học của tầng đối lưu về cơ bản là như nhau, với ngoại lệ đáng quan tâm nhất là hơi nước. Nguồn hơi nước nằm tại mặt phẳng trải qua quy trình bốc hơi nước và thoát hơi nước. Bên cạnh đó, do nhiệt độ không khí trong tầng đối lưu giảm đi theo độ cao và áp suất hơi bão hòa giảm mạnh theo nhiệt độ nên lượng hơi nước hoàn toàn có thể sống sót trong không khí cũng giảm mạnh theo độ cao. Vì thế tỷ suất hơi nước thường thì là lớn nhất ở gần mặt phẳng và giảm theo độ cao .
Áp suất khí quyển là cao nhất tại mực nước biển và giảm theo độ cao. Điều này là do khí quyển rất gần với trạng thái cân đối thủy tĩnh, do đó áp suất là tương tự với khối lượng của không khí phía trên điểm đang xét. Thay đổi về áp suất theo độ cao do đó hoàn toàn có thể đo lường và thống kê theo tỷ lệ bằng phương trình thủy tĩnh : [ 2 ]

d p d z = − ρ g n = − m p g R T { \ displaystyle { \ frac { dp } { dz } } = – \ rho g_ { n } = – { \ frac { mpg } { RT } } }

trong đó :

• gn là gia tốc trọng trường (9,80665 m/s2)
• ρ là mật độ
• z là cao độ
• p là áp suất
• R là hằng số khí (8,314472(15) J • K−1 • mol−1)
• T là nhiệt độ, tính theo kelvin
• m là phân tử gam (trung bình)

Do nhiệt độ về nguyên tắc cũng phụ thuộc vào vào độ cao, nên người ta cũng cần một phương trình nữa để xác lập áp suất theo độ cao, như đề cập trong phần sau đó dưới đây .

Nhiệt độ trong tầng đối lưu nói chung giảm khi độ cao tăng lên. Mức độ suy giảm nhiệt độ

−
d
T

/

d
z

{\displaystyle -dT/dz}

, được gọi là tỷ lệ giảm nhiệt. Nguyên nhân của sự suy giảm này là như sau:

Khi khối khí bốc lên, nó co và giãn, do áp suất thấp hơn tại những cao độ lớn hơn. Do khối khí co và giãn, nó ép vào không khí bao quanh nó, triển khai công cơ học ; nhưng nói chung nó không thu được nhiệt trong trao đổi từ thiên nhiên và môi trường của nó, do nó có tính dẫn nhiệt kém ( quy trình như thế được gọi là quy trình đoạn nhiệt ). Do khối khí sinh công nhưng không thu được nhiệt nên nó mất nguồn năng lượng và cho nên vì thế nhiệt độ của nó giảm xuống. Trật tự ngược lại cũng là đúng cho những khối khí chìm xuống [ 1 ] .Do trao đổi nhiệt dQ có tương quan tới đổi khác entropy dS theo phương trình dQ = T • dS, nên phương trình của nhiệt độ như một hàm số của độ cao cho khí quyển được trộn kỹ là

d S d z = 0 { \ displaystyle { \ frac { dS } { dz } } = 0 }

trong đó S là entropy. Tỷ lệ mà nhiệt độ giảm theo độ cao trong những điều kiện như thế được gọi là tỷ lệ giảm nhiệt độ đoạn nhiệt.

Đối với không khí khô, là gần giống như khí lý tưởng nên phương trình đoạn nhiệt cho khí lý tưởng[3]

p ( z ) T ( z ) − γ γ − 1 = h a n g s o { \ displaystyle p ( z ) T ( z ) ^ { – { \ frac { \ gamma } { \ gamma – 1 } } } = hangso }

trong đó

γ

{\displaystyle \gamma }

là suất nhiệt dung (

γ

{\displaystyle \gamma }

=1,4 cho không khí) có thể áp dụng được. Kết hợp với phương trình cho áp suất, đưa ra Tỷ lệ giảm nhiệt độ đoạn nhiệt khô[4]

d T d z = − m g R γ − 1 γ = − 9, 8 ∘ C / k m { \ displaystyle { \ frac { dT } { dz } } = – { \ frac { mg } { R } } { \ frac { \ gamma – 1 } { \ gamma } } = – 9,8 ^ { \ circ } \ mathrm { C } / \ mathrm { km } }

Nếu không khí chứa hơi nước thì sự làm lạnh không khí hoàn toàn có thể gây ra ngưng tụ nước và trạng thái của nó không còn giống như của khí lý tưởng nữa. Nếu không khí là bão hòa áp suất hơi thì tỷ suất mà theo đó nhiệt độ giảm theo độ cao được gọi là Tỷ lệ giảm nhiệt độ đoạn nhiệt bão hòa. Tổng quát hơn, tỷ suất thật sự mà nhiệt độ giảm theo độ cao được gọi là Tỷ lệ giảm nhiệt độ thiên nhiên và môi trường .Trên thực tiễn, trong tầng đối lưu tỷ suất giảm nhiệt độ thiên nhiên và môi trường trung bình là khoảng chừng 6,5 °C cho mỗi km ( 1.000 m hay 3,567 °F trên mỗi 1.000 ft ) ngày càng tăng thêm về độ cao [ 1 ] .

Tỷ lệ giảm nhiệt độ môi trường (

d
T

/

d
z

{\displaystyle dT/dz}

thực tế) thông thường không bằng tỷ lệ giảm nhiệt độ đoạn nhiệt (hay tương ứng là

d
S

/

d
z
≠
0

{\displaystyle dS/dz\neq 0}

). Nếu không khí phía trên là ấm hơn so với dự báo bởi tỷ lệ giảm nhiệt độ đoạn nhiệt (

d
S

/

d
z
>
0

{\displaystyle dS/dz>0}

) thì khi khối khí bốc lên tới độ cao mới nó sẽ có nhiệt độ cao hơn và mật độ thấp hơn so với xung quanh và nó sẽ tiếp tục được gia tốc lên phía trên[1][2].

Nhiệt độ giảm tại những vĩ độ trung bình từ trung bình khoảng chừng 15 °C ở mực nước biển tới khoảng chừng – 55 °C ở cao độ khởi đầu khoảng chừng lặng đối lưu. Tại những vùng cực, tầng đối lưu là mỏng mảnh hơn và nhiệt độ chỉ giảm tới khoảng chừng – 45 °C trong khi tại xích đạo thì nhiệt độ tại đỉnh tầng đối lưu hoàn toàn có thể đạt tới – 75 °C .

Khoảng lặng đối lưu[sửa|sửa mã nguồn]

Khoảng lặng đối lưu là khu vực ranh giới giữa tầng đối lưu và tầng bình lưu .Việc đo sự biến hóa nhiệt độ theo độ cao trong tầng đối lưu và tầng bình lưu giúp nhận ra vị trí của khoảng chừng lặng đối lưu. Tại tầng đối lưu thì nhiệt độ giảm theo độ cao nhưng ngược lại, trong tầng bình lưu thì nhiệt độ bắt đầu giữ ở mức không đổi rồi sau đó lại tăng lên theo độ cao. Khu vực của khí quyển mà tỷ suất giảm nhiệt đổi khác dấu từ dương ( tầng đối lưu ) sang âm ( tầng bình lưu ) được xác lập như là khoảng chừng lặng đối lưu [ 1 ]. Vì thế, khoảng chừng lặng đối lưu là lớp nghịch nhiệt và ở đây chỉ có rấtít sự trộn lẫn giữa hai tầng của khí quyển .

Trên Sao Hỏa[sửa|sửa mã nguồn]

Trên Sao Hỏa, tầng đối lưu cao đến 40 km với nhiệt độ giảm dần theo độ cao. Tại ranh giới giữa tầng đối lưu và bình lưu, nhiệt độ tương đối không thay đổi khoảng chừng 120 K. Lượng bụi lớn trong khí quyển Sao Hỏa đã đẩy cao tầng liền kề đối lưu lên như vậy ( so với khí quyển Trái Đất chỉ khoảng chừng 10 đến 20 km ) .Ở tầng đối lưu, hai thành phần chính quyết định hành động cấu trúc khí quyển là CO2 và bụi khí quyển. CO2 bức xạ nhanh nhiệt ra không trung, tại điều kiện kèm theo nhiệt độ của Sao Hỏa, làm nguội nhanh khí quyển vào đêm hôm. Các hạt bụi hấp thụ tốt nguồn năng lượng Mặt Trời và phân phối đều nhiệt lượng trong tầng đối lưu. Trong những đợt bão bụi, ảnh hưởng tác động của bụi càng rõ, làm biến hóa nhiệt độ ngày đêm đáng kể .Sự đổi khác nhiệt độ ở tầng đối lưu, trên khoanh vùng phạm vi toàn Sao Hỏa, tuân theo giao động ngày đêm đều đặn, đồng nhất với vị trí Mặt Trời, nhiều lúc gọi là ” thủy triều nhiệt ” .

Trên Sao Mộc[sửa|sửa mã nguồn]

tàu thăm dò Galileo. Tàu thăm dò Galileo ngừng gửi về tín hiệu ở độ sâu 132 km bên dưới “bề mặt” ở áp suất 1 bar của Sao Mộc.[5]Cấu trúc theo chiều thẳng đứng của bầu khí quyển của Sao Mộc. Lưu ý rằng nhiệt độ giảm theo độ cao ở những tầng phía trên tầng đối lưu. Dữ liệu phần nhiều được phân phối bởi. Tàu thăm dò Galileo ngừng gửi về tín hiệu ở độ sâu 132 km bên dưới ” mặt phẳng ” ở áp suất 1 bar của Sao Mộc .Khí quyển Sao Mộc cũng có tầng thấp nhất là tầng đối lưu. Sự biến hóa nhiệt độ theo chiều thẳng đứng ở Sao Mộc tương tự như như với khí quyển Trái Đất. Nhiệt độ của tầng đối lưu giảm với chiều cao cho đến khi đạt mức tối thiểu ở vùng đỉnh của tầng đối lưu, tại khoảng chừng lặng đối lưu. [ 6 ] Trên Sao Mộc, khoảng chừng lặng đối lưu ở vào lúc 50 km bên trên những đám mây hoàn toàn có thể nhìn thấy được ( ở khoảng chừng mức áp suất 1 bar ), tại đó áp suất và nhiệt độ là khoảng chừng 0,1 bar và 110 K. [ 5 ] [ 7 ] Bên trên tầng đối lưu, từ tầng bình lưu trở lên, nhiệt độ lại tăng lên. [ 8 ]

Khoảng lặng đối lưu của Sao Mộc chứa một cấu trúc mây phức tạp. Các đám mây ở trên cao, nằm trong phạm vi áp suất 0,6 đến 0,9 bar, chứa băng amonia.  Bên dưới những đám mây băng amonia, những đám mây đặc hơn chứa amoni hydro sulfide hoặc amoni sulfide (nằm trong tầng áp suất 1 đến 2 bar) và nước (3 đến 7 bar) được cho là tồn tại.[11][12] Không có mây mêtan do nhiệt độ quá cao để mêtan có thể ngưng tụ.  Những đám mây hơi nước tạo thành tầng mây dày đặc nhất và có ảnh hưởng mạnh nhất đến động lực học của bầu khí quyển. Đây là hệ quả của nhiệt ngưng tụ cao của nước và hàm lượng nước cao hơn so với amonia và hydro sulfide (do oxy là nguyên tố hóa học phổ biến hơn nitơ hoặc lưu huỳnh).[13]

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

( bằng tiếng Việt )
( bằng tiếng Anh )

Các nguồn trích dẫn[sửa|sửa mã nguồn]

Source: https://vh2.com.vn
Category : Trái Đất