Nơi có không khí trong lành nhất thế giới: Nhờ một dạng mây kỳ dị

Có nhiều điều tạo ra bầu không khí trong lành tại đó chứ không hẳn chỉ vì thiếu hoạt động của con người. Đúng là ở đó có ít người sử dụng hóa chất công nghiệp và đốt nhiên liệu hóa thạch hơn. Thế nhưng, đáng ra cũng có những nguồn hạt mịn tự nhiên, chẳng hạn như muối từ nước biển hoặc bụi bị gió thổi bay làm vẩn đục không khí chứ?

Bất kể nguồn gốc từ đâu, các hạt rắn mịn hoặc các giọt chất lỏng lơ lửng trong không khí đều được gọi là hạt khí dung hay sol khí. Các nhà khoa học coi không khí sạch là nơi có hàm lượng sol khí thấp mà không phân biệt nguồn tự nhiên hay nguồn công nghiệp.

Nghiên cứu gần đây của Tahereh Alinejadtabrizi, nghiên cứu sinh tiến sĩ, Đại học Monash; Steven Siems, Giáo sư về Vật lý vi mô đám mây, Đại học Monash và Yi Huang, Giảng viên cao cấp về Khoa học Khí hậu, Đại học Melbourne đã phát hiện ra mây và mưa đóng vai trò quan trọng trong việc làm sạch bầu không khí ở Nam Đại Dương.

Vai trò của mây và mưa

Mức độ khí dung trên Nam Đại Dương bị ảnh hưởng bởi một loạt các yếu tố, mà đáng kể là lượng muối phun và sự thay đổi theo mùa trong sinh vật phù du, vốn là nguồn cung cấp các hạt sunfat trong không khí. Ít sunfat được tạo ra trong mùa đông, đó là lúc không khí ở Nam Đại Dương trong lành nhất.

Nhưng đó không phải là toàn bộ câu chuyện. Nam Đại Dương cũng là nơi có nhiều mây nhất trên Trái đất. Ở đây phải trải qua những cơn mưa rào lẻ tẻ, ngắn ngủi không như nơi nào khác. Do đó, cần phải hiểu vai trò của mây và mưa trong việc làm sạch không khí ở đây.

Rào cản lớn nhất để hiểu các quá trình này luôn là việc thiếu các quan sát chất lượng cao về mây, lượng mưa và sol khí ở khu vực ít được quan sát nhất trên thế giới.

Rất may, một thế hệ vệ tinh mới gần đây cho phép các nhà khoa học có thể nghiên cứu hình ảnh của các đám mây với độ chi tiết chưa từng có. Nhóm các nhà nghiên cứu kể trên đã phát triển một chương trình máy tính để nhận dạng các kiểu đám mây khác nhau trên một khu vực rộng lớn ở Nam Đại Dương.

Đặc biệt, họ đang tìm kiếm dạng mây đặc biệt có các ô hình tổ ong. Những đám mây giống như tổ ong này rất được quan tâm vì chúng có vai trò chính trong việc điều hòa khí hậu. Khi các ô dạng tổ ong bị che phủ hoặc "đóng" thì mây trắng hơn và sáng hơn, phản chiếu nhiều ánh sáng mặt trời hơn ngược vào không gian. Vì vậy những đám mây này giúp giữ cho Trái đất mát mẻ. Ngược lai, nếu các ô tổ ong trên mây trống hoặc "mở", mây sẽ đón nhiều ánh sáng mặt trời chiếu vào hơn.

Những vấn đề phức tạp này chính là nguồn gốc của sai sót trong việc mô hình hóa khí hậu Trái đất do chúng ta không đưa biến số này vào một cách hợp lý. Nếu không tính chính xác các ô mở và đóng ở mây, kết quả tính toán có thể bị sai lệch. Việc các ô mở hay đóng còn liên quan đến lượng mưa mà chúng có thể tạo ra.

Đáng chú ý, các ô này có đường kính khoảng 40-60 km, đủ lớn để có thể nhìn thấy từ không gian. Vì vậy chúng ta có thể nghiên cứu chúng bằng cách sử dụng hình ảnh vệ tinh.

Nghiên cứu của nhóm nhà khoa học kể trên đặc biệt kịp thời khi họ vừa triển khai thí nghiệm về mây và lượng mưa tại Kennaook/Cape Grim ở Tasmania trong tháng này. Mục đích thí nghiệm nhằm mục đích thu được dữ liệu có độ phân giải cao hơn về mây, mưa và ánh sáng mặt trời.

Loại bỏ các hạt khí dung ra khỏi bầu trời

Nhóm đã so sánh đám mây hình tổ ong với các phép đo lượng sol khí từ đài quan sát Kennaook/Cape Grim, cũng như với các quan sát lượng mưa của Cục Khí tượng học gần đó.

Kết quả cho thấy những ngày có không khí sạch nhất có liên quan đến sự hiện diện của đám mây tổ ong mở. Nhóm cho rằng do những đám mây này trong quá trình tạo ra những cơn mưa rào rải rác nhưng dữ dội, chúng đã "rửa sạch" các hạt khí dung trong bầu không khí.

Điều này hơi phản trực giác, nhưng hóa ra mây có các ô mở chứa nhiều hơi ẩm hơn và tạo ra nhiều mưa hơn mây kín màu trắng mịn. Họ nhận thấy những đám mây tổ ong mở tạo ra lượng mưa gấp sáu lần những đám mây kín.

Vì vậy, những gì vệ tinh quan sát từ khu vực thời tiết ít mây hơn thực sự lại là nơi có những cơn mưa rào hiệu quả nhất để rửa trôi các hạt khí dung. Trong khi đó, nơi có nhiều mây kín trắng xóa, trông có vẻ đục hơn, lại kém hiệu quả hơn. Đó là một trong những khía cạnh đáng ngạc nhiên nhất trong phát hiện của nhóm các nhà khoa học.

Họ cũng nhận thấy những ô trống trên mây phổ biến hơn nhiều trong những tháng mùa đông, khi không khí trong lành nhất. Từ phát hiện đó, họ đang tìm hiểu điều gì khiến các đám mây trông như thế này lại phổ biến ở Nam Đại Dương. Phân tích của nhóm cho thấy các hệ thống thời tiết kiểm soát mô hình mây. Khi những cơn bão dữ dội quét qua Nam Đại Dương, chúng tạo ra những ô mở và đóng trên các đám mây.

Nghiên cứu của nhóm các nhà khoa học đã bổ sung thêm một mảnh ghép mới để giải đáp câu đố tại sao Nam Đại Dương có không khí sạch nhất thế giới. Lượng mưa là yếu tố then chốt, đặc biệt là mưa từ những đám mây dạng tổ ong luôn mở và có độ trong cao. Nhóm các nhà khoa học kể trên là những người đầu tiên phát hiện ra rằng đó là cơ chế thực sự đóng vai trò làm sạch toàn bộ dòng không khí trên Nam Đại Dương.

Những mô hình mây dạng tổ ong này cũng được tìm thấy ở cả khu vực Bắc Đại Tây Dương và Bắc Thái Bình Dương trong mùa đông. Vì vậy, phát hiện trên sẽ giúp giải thích cách những đám mây dạng này loại bỏ các sol khí, gồm cả bụi và ô nhiễm ở những địa điểm gần Bắc cực. Về mặt học thuật, những phát hiện này sẽ giúp cải thiện các mô hình khí hậu, cho phép dự đoán chính xác hơn.