Mưa

Mưa, hay còn gọi là vũ, là những giọt nước từ hơi nước trong khí quyển ngưng tụ và rơi xuống mặt đất dưới tác động của trọng lực. Mưa là một phần quan trọng của vòng tuần hoàn nước, giúp duy trì nhiều hệ sinh thái và cung cấp nước cho thủy điện và thủy lợi.

Mưa thường xảy ra do hơi nước di chuyển qua các khu vực có sự chênh lệch về nhiệt độ và độ ẩm, gọi là frông thời tiết. Khi có đủ hơi nước và chuyển động lên cao, mưa sẽ rơi từ các đám mây đối lưu như mây vũ tích. Những đám mây này có thể tạo thành các dải mưa hẹp. Sự di chuyển của rãnh gió mùa hoặc đới hội tụ liên chí tuyến cũng mang lại mùa mưa cho vùng xavan.

Hiệu ứng đảo nhiệt đô thị làm tăng lượng mưa ở các thành phố nằm trên đường gió thổi. Biến đổi khí hậu toàn cầu cũng thay đổi đặc điểm giáng thủy, với thời tiết ẩm hơn ở Đông Bắc Mỹ và khô hơn ở vùng nhiệt đới. Châu Nam Cực là nơi có lượng mưa thấp nhất. Trung bình lượng mưa trên đất liền là 715 mm, nhưng trên toàn bộ bề mặt Trái Đất là 990 mm. Hệ thống phân loại khí hậu Köppen dựa vào lượng mưa hàng năm để phân biệt các kiểu khí hậu. Lượng mưa được đo bằng máy đo và ước lượng bằng radar thời tiết.

Các hành tinh khác có thể có mưa methane, neon, acid sulfuric hoặc thậm chí sắt thay vì nước, theo dự đoán hoặc đã được xác định.

Sự hình thành

Bão hòa hơi nước trong không khí

Không khí chứa hơi nước và một lượng nước cụ thể trong một khối không khí khô được tính bằng gram nước/kg khí khô. Độ ẩm tương đối là tỷ lệ % của hơi nước mà không khí có thể giữ ở một nhiệt độ nhất định trước khi đạt độ bão hòa (100%). Khối không khí ấm chứa nhiều hơi nước hơn khối không khí lạnh trước khi đạt bão hòa. Vì vậy, làm lạnh không khí là một phương pháp để đạt bão hòa. Điểm đọng sương là nhiệt độ mà không khí cần được làm lạnh để đạt độ bão hòa.

Có 4 phương pháp chính để làm lạnh không khí đến điểm đọng sương: làm lạnh đoạn nhiệt, làm lạnh dẫn nhiệt, làm lạnh bức xạ, và làm lạnh bay hơi. Làm lạnh đoạn nhiệt xảy ra khi không khí bốc lên và giãn nở, có thể do đối lưu hoặc do rào cản vật lý như núi. Làm lạnh dẫn nhiệt xảy ra khi không khí tiếp xúc với bề mặt lạnh hơn, như từ mặt nước đến vùng đất lạnh. Làm lạnh bức xạ xảy ra do phát xạ bức xạ hồng ngoại từ không khí hoặc bề mặt bên dưới. Làm lạnh bay hơi xảy ra khi độ ẩm thêm vào không khí qua bay hơi nước, làm nhiệt độ không khí giảm đến nhiệt độ cầu ướt hoặc cho đến khi đạt độ bão hòa.

Những cách chính để thêm hơi nước vào không khí bao gồm: gió hội tụ vào các khu vực có chuyển động đi lên, ngưng tụ hoặc rơi từ trên cao, nước bốc hơi từ mặt biển, các vực nước hay đất ngập nước vào ban ngày, hơi nước thoát ra từ thực vật, không khí khô hoặc lạnh di chuyển qua các vực nước ấm, và không khí dâng lên khi gặp các dãy núi. Hơi nước thường bắt đầu ngưng tụ quanh các hạt nhân như bụi, băng, và muối để tạo thành mây. Các phần cao của frông thời tiết tạo ra các khu vực rộng lớn có chuyển động đi lên trong bầu khí quyển của Trái Đất, tạo thành những đám mây tầng trung hoặc tầng ti. Mây tầng là loại mây ổn định thường hình thành khi không khí lạnh ổn định bị kẹt dưới không khí ấm. Nó cũng có thể hình thành do sự nâng lên hoặc khi sương mù bình lưu di chuyển trong điều kiện mát mẻ.

Hợp nhất và phân mảnh

Thông thường, lực cản của không khí giữ các giọt nước trong đám mây ở nguyên vị trí. Khi có nhiễu loạn không khí, chúng va chạm và hợp nhất thành các giọt lớn hơn.

Các giọt nước càng xuống thấp càng hợp nhất cho đến khi đủ nặng để vượt qua lực cản của không khí và rơi xuống dưới dạng mưa. Hợp nhất xảy ra chủ yếu trong các đám mây có nhiệt độ cao hơn điểm đóng băng, gọi là quá trình mưa ấm. Trong đám mây có nhiệt độ dưới điểm đóng băng, các tinh thể băng sẽ rơi khi đủ nặng. Quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ vì giọt nước chậm đông chỉ tồn tại trong đám mây có nhiệt độ thấp hơn điểm đóng băng. Sự khác biệt lớn về nhiệt độ giữa mây và mặt đất khiến các tinh thể băng có thể tan chảy thành mưa khi rơi.

Hạt mưa có đường kính trung bình từ 0,1 đến 9 mm. Hạt nhỏ có hình cầu, khi lớn hơn chúng dẹt ra; bề mặt chịu lực cản của không khí có diện tích lớn nhất. Hạt mưa lớn nhất có đáy dẹt giống bánh mì kẹp. Hạt mưa cực lớn giống như dù nhảy. Trái với quan niệm phổ biến, hạt mưa không có hình giọt nước mắt. Hạt mưa lớn nhất từng được ghi nhận đã rơi ở Brazil và Quần đảo Marshall năm 2004, kích thước lên tới 10 mm.

Hạt mưa được tạo ra khi mưa đá tan chảy thường lớn hơn hạt mưa bình thường.

Thông thường, thời gian diễn ra của một cơn mưa tỉ lệ nghịch với cường độ của nó; ví dụ, các cơn giông mạnh thường ngắn ngủi trong khi các cơn giông yếu kéo dài hơn.

Sự va chạm

Các hạt mưa va chạm với vận tốc cuối. Hạt mưa càng lớn thì vận tốc cuối càng cao. Ở mực nước biển và khi không có gió, các hạt mưa phùn (đường kính 0,5 mm) va chạm với vận tốc 2 m/s hoặc 7,2 km/h, trong khi các hạt mưa lớn hơn (đường kính 5 mm) va chạm với vận tốc 9 m/s hoặc 32 km/h.

Hạt mưa rơi trên vật liệu không chặt, như tro vừa rơi, có thể tạo ra các chỗ trũng và trở thành một loại hóa thạch gọi là vết giọt mưa. Do đường kính lớn nhất của hạt mưa phụ thuộc vào mật độ không khí, vết giọt mưa được sử dụng để xác định mật độ không khí cách đây 2,7 tỉ năm.

Âm thanh khi hạt mưa va chạm mặt nước được tạo ra bởi sự dao động dưới mặt nước của các bóng khí.

Virga là một hiện tượng khi các hạt mưa bốc hơi hoặc thăng hoa trước khi chạm đất trong một số điều kiện nhất định. Điều này thường xảy ra ở những vùng có khí hậu khô và nóng.

Trong một số tình huống, các hạt mưa có thể bốc hơi hoặc thăng hoa trước khi đến mặt đất. Hiện tượng này được gọi là virga và thường thấy ở các khu vực khí hậu khô và nóng.

Đặc tính

Độ pH của mưa

Khái niệm mưa acid lần đầu được giới thiệu bởi nhà hóa học người Scotland, Augus Smith, vào năm 1852. Độ pH của mưa thay đổi tùy vào nguồn gốc. Ở bờ Đông Hoa Kỳ, mưa từ Đại Tây Dương có độ pH từ 5,0–5,6; mưa từ phía Tây có độ pH từ 3,8–4,8; và các cơn giông trong khu vực có thể có độ pH xuống đến 2,0. Mưa acid chủ yếu hình thành từ acid sulfuric (H₂SO₄) và acid nitric (HNO₃). Acid sulfuric có nguồn gốc tự nhiên từ núi lửa và đầm lầy, cũng như nguồn gốc nhân tạo từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch và khai thác mỏ. Acid nitric có nguồn gốc tự nhiên từ sét, vi khuẩn trong đất và các đám cháy tự nhiên, cùng với nguồn gốc nhân tạo từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch và các nhà máy điện. Trong 20 năm qua, nồng độ acid sulfuric và acid nitric trong mưa đã giảm, có thể do sự gia tăng hàm lượng amoni (dưới dạng amonia từ hoạt động chăn nuôi), hoạt động như một dung dịch đệm và nâng độ pH của mưa acid.

Hệ thống phân loại khí hậu Köppen

Hệ thống phân loại khí hậu Köppen dựa vào nhiệt độ và lượng mưa trung bình hàng tháng. Phiên bản phổ biến nhất của hệ thống này chia khí hậu thành 5 loại chính với các ký hiệu từ A đến E: A, nhiệt đới; B, khô hạn; C, ôn đới; D, lục địa; và E, vùng cực. Mỗi loại chính lại có những phân loại nhỏ hơn như rừng mưa, gió mùa, xavan, cận nhiệt đới ẩm, lục địa ẩm, hải dương, Địa Trung Hải, thảo nguyên khô, cận Bắc Cực, đài nguyên, chỏm băng và sa mạc.

Rừng mưa nhiệt đới đặc trưng bởi lượng mưa dồi dào, với lượng mưa hàng năm từ 1.750 đến 2.000 mm (69 đến 79 in). Xavan nhiệt đới là một loại đồng cỏ ở các khu vực có khí hậu từ bán khô hạn đến bán ẩm ướt, nằm trong các vĩ tuyến cận nhiệt đới và nhiệt đới, với lượng mưa hàng năm từ 750 đến 1.270 mm (30 đến 50 in). Loại sinh học này phổ biến ở châu Phi và cũng thấy ở Ấn Độ, Bắc Nam Mỹ, Malaysia và Australia. Khu vực có khí hậu cận nhiệt đới ẩm thường có mưa trong các cơn bão mùa đông do gió Tây ôn đới đẩy từ Tây sang Đông, và mưa giông và xoáy thuận nhiệt đới vào mùa hè. Kiểu khí hậu này xuất hiện ở các lục địa phía Đông, cách xích đạo từ 20° đến 40° vĩ tuyến.

Khí hậu hải dương thường thấy dọc theo bờ biển phía Tây của các khu vực trên vĩ tuyến trung bình của các lục địa, với lượng mưa nhiều quanh năm. Khí hậu Địa Trung Hải có đặc điểm tương tự khí hậu ở lưu vực Địa Trung Hải, cũng xuất hiện ở phía Tây Bắc Mỹ, phía Tây và Nam Australia, Tây Nam Nam Phi và miền Trung Chile. Kiểu khí hậu này có mùa hè nóng khô và mùa đông mát ẩm. Thảo nguyên Á-Âu là khu vực đồng cỏ khô hạn. Khí hậu cận Bắc Cực có nhiệt độ thấp, băng vĩnh cửu liên tục và lượng mưa ít.

Hệ quả

Nông nghiệp

Các hiện tượng giáng thủy, đặc biệt là mưa, có ảnh hưởng sâu sắc đến nông nghiệp. Tất cả thực vật đều cần một lượng nước nhất định để tồn tại, do đó, mưa (phương tiện tưới nước hiệu quả nhất) rất quan trọng với nông nghiệp. Thực vật cần mưa đều đặn để phát triển, nhưng quá nhiều hoặc quá ít mưa có thể gây hại. Hạn hán có thể làm chết cây trồng và tăng xói mòn, trong khi quá ẩm ướt có thể kích thích nấm có hại phát triển. Mỗi loài thực vật cần lượng mưa khác nhau để sinh tồn. Ví dụ, một số loài xương rồng chỉ cần rất ít nước, trong khi các loài cây nhiệt đới cần lượng mưa hàng năm lên đến hàng trăm centimet để sống.

Ở các vùng có mùa mưa và mùa khô, đất trở nên cằn cỗi và xói mòn tăng trong mùa mưa. Động vật đã phát triển những chiến lược thích nghi để sinh tồn trong mùa mưa. Mùa khô trước làm giảm lượng lương thực trong mùa mưa do cây trồng chưa vào vụ. Các nước đang phát triển nhận thấy dân số thay đổi theo mùa do thiếu lương thực trước khi vụ thu hoạch đầu tiên của năm vào cuối mùa mưa. Nước mưa có thể được tích trữ trong bể chứa, xử lý thành nước uống, dùng cho các mục đích khác hoặc tưới tiêu. Mưa lớn trong thời gian ngắn có thể gây lũ quét.

Văn hóa và tín ngưỡng

Thái độ của con người đối với mưa khác nhau trên toàn thế giới. Ở các vùng ôn đới, thời tiết xấu hoặc nhiều mây khiến con người căng thẳng, ảnh hưởng nhiều hơn đến nam giới. Ngược lại, mưa mang đến niềm vui cho nhiều người, giúp họ cảm thấy dễ chịu hoặc thích ngắm nhìn trời mưa. Ở những khu vực khô hạn như Ấn Độ hay trong các kỳ hạn hán, mưa có thể cải thiện tâm trạng. Ở Botswana, từ 'mưa' trong tiếng Setswana, 'pula', được dùng để đặt tên cho đơn vị tiền tệ, thể hiện tầm quan trọng của mưa đối với quốc gia sa mạc này. Một số nền văn hóa đã phát minh ra các biện pháp đối phó với mưa như ô, áo mưa, máng xối và cống thoát nước. Nhiều người yêu thích mùi petrichor, một loại dầu do thực vật tiết ra và được giải phóng khi trời mưa.

Mưa có vai trò tín ngưỡng quan trọng trong nhiều nền văn hóa. Người Sumer cổ đại tin rằng mưa là tinh dịch của thần An thụ tinh cho nữ thần Trái Đất Ki, sinh ra cây cối. Người Akkad tin rằng mây là ngực của nữ thần Antu, vợ Anu, và mưa là sữa của bà. Truyền thuyết Do Thái kể rằng Honi ha-M'agel chấm dứt hạn hán bằng cách vẽ vòng tròn cầu mưa vào thế kỷ 1 TCN. Trong 'Tùy tưởng lục', Hoàng đế La Mã Marcus Aurelius ghi lại lời cầu mưa gửi Zeus từ dân Athens. Nhiều bộ lạc thổ dân châu Mỹ biểu diễn điệu nhảy cầu mưa. Ở châu Phi và Hoa Kỳ ngày nay, nhiều nghi thức cầu mưa vẫn được tổ chức, như ở Texas năm 2011.

Bên ngoài Trái Đất

Giả thuyết cho rằng trên các hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc và Sao Thổ, cùng các hành tinh băng khổng lồ như Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, có thể xảy ra hiện tượng mưa kim cương. Trên những hành tinh này, mưa có thể bao gồm nhiều thành phần hóa học khác nhau ở thượng tầng khí quyển, và mưa neon lỏng ở hạ tầng khí quyển. Trên Titan, vệ tinh lớn nhất của Sao Thổ, mưa methane được cho là đã tạo nên các hệ thống kênh trên bề mặt. Trên Sao Kim, mưa acid sulfuric bốc hơi ở độ cao 25 km (16 mi). Có giả thuyết về mưa sắt trên hành tinh ngoài hệ Mặt Trời OGLE-TR-56b thuộc chòm sao Nhân Mã. Nghiên cứu từ Tổ chức Nghiên cứu thiên văn châu Âu tại Nam Bán cầu cho thấy trên WASP-76b có những trận mưa sắt nóng chảy khi nhiệt độ giảm vào ban đêm. Các mẫu bazan từ chương trình Apollo cho thấy có thể từng có mưa nham thạch trên Mặt Trăng.

• Cầu vồng
• Mưa bụi
• Mưa động vật
• Petrichor
• Thủy năng
• Mưa bóng mây

Tham khảo thêm

• Mưa đá là gì Lưu trữ ngày 05-01-2009 tại Wayback Machine