Mây giúp làm điều hòa nhiệt độ của Trái đất. Chúng mang mưa đến cho những vùng miền khác nhau. Tất cả chúng ta lúc này hay lúc khác đều đã từng nhìn lên bầu trời và ngắm những đám mây. Những đám mây có thể thật sinh động; chúng còn có vẻ đe dọa, gây sợ hãi, báo trước một cái gì đó bất ngờ, hoặc một sự biến đổi dữ dội của thời tiết.
Đám mây hình hạt đậu trên Vườn quốc gia Rocky Mountain ở Mĩ, lúc vừa sau hoàng hôn ngày 5/1/2012. Ảnh: Richard H. Hahn
Những đám mây hình thành như thế nào?
Nói đơn giản thì mây hình thành do quá trình biến đổi hơi ẩm từ dạng khí sang dạng lỏng.
Hiện tượng này xảy ra qua một quá trình gọi là đối lưu. Khi bức xạ mặt trời làm nóng mặt đất và không khí bay phía trên nó, không khí ấm trở nên nhẹ hơn và dòng không khí mang không khí ấm này dâng lên cao. Khi không khí dâng lên cao, nhiệt độ giảm và vì thế lượng hơi nước trong không khí có thể duy trì. Hơi này nhanh chóng ngưng tụ và những đám mây ra đời – mây bao gồm vô số tỉ tỉ giọt nước hoặc tinh thể băng nhỏ xíu. Những giọt này cực kì nhỏ, trung bình đường kính khoảng 10 micron (một micron là một phần triệu của một mét; các tinh thể băng thì lớn hơn nhiều nhưng mật độ thưa hơn). Hầu như tất cả những loại mây và mưa là do không khí dâng lên.
Mặt khác, khi không khí chìm xuống, nhiệt độ của nó tăng và khả năng chứa hơi nước của nó tăng. Vì thế, mọi giọt nước trong mây có xu hướng bay hơi và bản thân đám mây biến mất; sự bay hơi làm biến đổi hơi ẩm từ dạng lỏng sang dạng khí.
Không khí thổi trên những ngọn đồi hay ngọn núi buộc phải bốc lên và có thể dẫn tới sự hình thành mây. Mây và mưa thường xuất hiện ở mạn sườn có gió của ngọn núi; những đám mây hình thành theo kiểu này có thể bao phủ đỉnh của một số ngọn núi vĩnh viễn. Tương tự, không khí thổi xuống triền dốc của một ngọn núi thì chìm xuống, làm cho những giọt nước bay hơi và ngăn trở sự hình thành mây. Đó là nguyên do tại sao phía sườn khuất gió của ngọn núi thường trong trẻo và khô ráo hơn.
Và cuối cùng, mây sẽ hình thành nơi những khối không khí va nhau; hai khối không khí khác nhau không thể hòa trộn trừ khi chúng có nhiệt độ và độ ẩm rất giống nhau. Nếu một khối không khí lạnh, khô tiến về một khối không khí nóng và ẩm, thì không khí ấm hơn buộc phải bốc lên, nhanh chóng tạo ra mây và tan ra, có lẽ cuối cùng dẫn tới sét, sấm và mưa rào. Nếu ngược lại, không khí ấm tấn công về phía không khí lạnh thì nó có thể mang tới quá trình hạ thấp và làm dày các đám mây một cách chậm hơn, và cuối cùng là một cơn mưa nhẹ hay mưa bụi.
Những tinh thể băng tạo ra hiệu ứng cầu vồng ngũ sắc. Ảnh: Del Zane
Những đám mây hoàng hôn
Mặc dù mây gồm băng và những giọt nước, nhưng chúng có màu trắng hoặc trong suốt giống như nước ở dạng lỏng hoặc ở dạng đóng băng. Đây là bởi vì một đám mây gồm hàng tỉ giọt nước hoặc tinh thể băng nhỏ xíu, chúng tác dụng giống như có hàng tỉ hạt thủy tinh khúc xạ, làm tán xạ ánh sáng mặt trời rất hiệu quả, tạo ra màu trắng.
Và vì chúng là những vật phản xạ tuyệt vời, nên các đám mây có thể xuất hiện với nhiều màu sắc đa dạng: vàng, vam, đỏ, hoặc thậm chí màu hồng lúc gần bình minh hoặc hoàng hôn. Nếu che khuất mặt trời thì một đám mây có thể là màu xám đều hoặc thậm chí màu đen.
Trong cuốn “Sách Thời tiết” rất nổi tiếng của ông, Eric Sloane trình bày rằng những màu hoàng hôn tráng lệ nhất thường không nằm ở hướng của mặt trời đang lặn ở phía tây, mà nằm ở hướng đông:
“Khi bạn ở ngoài trời và đang ngắm mặt trời lặn xuống chân trời, bạn hãy nhìn những đám mây xa và ảm đạm ở chân trời hướng đông khi chúng phản xạ ánh sáng hoàng hôn phía tây. Những màu sắc biến đổi cuốn hút như một bản giao hưởng vậy.”
Một nghiên cứu mới cho biết những đám mây ti ở vùng nhiệt đới không thể ngăn cản nước bốc lên vào tầng bình lưu. Ảnh: NASA
Ba loại mây
Tên gọi của một đám mây có thể mô tả diện mạo của nó. Phân loại mây đã được nghĩ ra vào đầu thế kỉ 19 bởi một người Anh tên là Luke Howard, ông đã dùng tiếng Latin để phân loại mây. Các đám mây tạo nên ba diện mạo cơ bản:
- Mây ti (cirrus), từ chữ cirro, nghĩa là mảnh hay sợi
- Mây tầng (stratus), từ chữ strato, nghĩa là có dạng phân lớp hay theo tấm
- Mây tích (cumulus), từ chữ cumulo, nghĩa là xếp chồng, dồn đống
Bằng cách kết hợp thêm những từ khác, người ta có thể mô tả một số kết hợp mây khác nhau. Từ Latin gọi mưa là nimbus. Vì thế thuật ngữ mô tả đám mây xuất hiện cùng với mưa giông là cumulonimbus (mây tích mưa). Cộng thêm danh sách các tiền tố và hậu tố Latin, chúng ta bắt gặp những tên gọi như fracto (chỉ sự nứt, vỡ) và lenticularis (hình hạt đậu).
Độ cao mây
Mây còn được phân biệt theo độ cao mà chúng hình thành so với mặt đất.
Mây cao: Mây ti, mây ti tầng và mây ti tích là những đám mây hết sức mong manh nằm ở độ cao trên 6000 m và gồm những tinh thể băng, bởi vì ở những độ cao như thế nhiệt độ luôn luôn thấp hơn điểm băng. Mây ti tầng là một lớp mây mỏng gây ra vòng hào quang xung quanh mặt trời và mặt trăng. Nó thường được nhìn thấy 12 đến 18 giờ trước một hệ thời tiết không ổn định. Mây ti tích trông tựa như nhiều bó nhỏ cotton, cát gợn hoặc thậm chí trông như vảy cá.
Mây vừa: Mây trung tầng, mây dung tích và mây tầng mưa thường được tìm thấy ở độ cao từ 1800 m đến 6000 m so với mặt đất. Mây trung tầng trông như một tấm chăn xám phẳng phiu vắt qua bầu trời. Thỉnh thoảng, mặt trời chiếu sáng xuyên qua lớp mây trông giống như một quả cầu khuếch tán nếu bạn nhìn vào nó qua một ô kính mờ hơi ẩm.
Mây dung tích có thể xuất hiện với hình dạng đa dạng. Khi những đám mây này rất mỏng hoặc bán trong suốt, bạn có thể nhìn thấy một chuỗi những cái vòng màu sắc xuất hiện ngay xảy ra mặt trăng hoặc mặt trời, gây ra một hiệu ứng khí quyển gọi là hào quang tuyến. Thỉnh thoảng, bản thân các đám mây có màu óng ánh như cầu vồng; một hiện tượng gọi là mây ngũ sắc. Mây tầng mưa là những lớp xám phẳng phiu, chúng thường không thể được trông thấy rõ do mưa đang tuôn rơi từ chúng.
Mây thấp: Mây tầng, mây tích và mây tích tầng nằm ở độ cao từ 1800 m trở xuống. Mây tầng có diện mạo là những lớp phẳng, đều; mưa bụi và mưa phùn thường rơi từ chúng; mưa tuyết nhỏ hay mưa phùn lất phất vào mùa đông. Sương mù đơn thuần là một đám mây tầng đang chạm xuống, hoặc hình thành trên mặt đất.
Những đám mây tích có thể đa dạng về kích cỡ từ tương tự như những quả cầu bông xốp cho đến những đống to khoai tây ninh nhừ trên bầu trời. Chúng thường được xem là “mây trời đẹp”, vì chúng luôn không đi cùng với mưa, nhưng thỉnh thoảng chúng có thể phát triển thành mây giông (mây tích mưa). Chúng là những đám mây đối lưu và có nguyên nhân do sự làm nóng mặt đất bởi Mặt trời. Mây tích tầng thì tương tự với mây dung tích ở chỗ chúng có thể xuất hiện với nhiều hình dạng và kết cấu đa dạng.
Khi đỉnh mây tích bắt đầu trông tựa như bụi súp lơ, chúng có thể phát triển thành những đám mây giông. Ảnh: NOAA
Mây đùn cột lớn theo phương đứng: Đây là những đám mây tích mưa, thường được gọi là đầu sấm vì mưa tuôn xối xả, sét và sấm dữ dội từ nó mà ra. Đỉnh của những đám mây như vậy có thể đạt tới độ cao 18.000 m hoặc cao hơn so với mặt đất; những tinh thể băng trở nên bị xén cắt và bị mang đi ra bởi những cơn gió mạnh ở trên cao tạo ra một tấm chắn mây ti dẹt tỏa ra giống như hình cái đe. Thỉnh thoảng mưa đá, hoặc hiếm xảy ra hơn, lốc xoáy phát sinh từ một đám mây tích mưa như vậy.
Nguồn: Joe Rao, LiveScience
