Giáo trình bảo vệ môi trường - Phần 1 Bảo vệ khí quyển - Chương 3

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

73
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sự ô nhiễm khí quyển toàn cầu 3.1. Mở đầu Gia nhập từ những nguồn khác nhau, các chất làm ô nhiễm đ-ợc mang đi trong khí quyển bởi những dòng không khí có trật tự (trung bình trong những khoảng thời gian nhỏ hoặc lớn) và lan truyền d-ới ảnh h-ởng của xáo trộn rối. Hệ thống các dòng không khí trong khí quyển khá phức tạp. Thông th-ờng, ng-ời ta phân biệt chuyển động qui mô vừa, synop và toàn cầu với các kích th-ớc ph-ơng ngang tuần tự không v-ợt quá 100-200, 1000-2000 km và vài nghìn km....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình bảo vệ môi trường - Phần 1 Bảo vệ khí quyển - Chương 3

Ch−¬ng 3 Quan tr¾c vÒ giã vμ c¸c ®¹i l−îng khÝ t−îng kh¸c ë nhiÒu vïng cña Tr¸i §Êt hoμn toμn ch−a ®ñ. NÕu theo dâi sù lan sù « nhiÔm khÝ quyÓn toμn cÇu truyÒn cña s«n khÝ, chóng ta cã thÓ −íc l−îng ®−îc tèc ®é cña c¸c dßng kh«ng khÝ. Víi vai trß ®ã, c¸c t¹p chÊt ®−îc sö dông nh− lμ nh÷ng vËt ®¸nh dÊu (trasser) c¸c dßng khÝ quyÓn toμn 3.1. Më ®Çu cÇu vμ sù trao ®æi rèi. Gia nhËp tõ nh÷ng nguån kh¸c nhau, c¸c chÊt lμm « nhiÔm ®−îc mang ®i trong khÝ quyÓn bëi nh÷ng dßng kh«ng khÝ cã trËt 3.2. C¸c t¹p chÊt phãng x¹ tù (trung b×nh trong nh÷ng kho¶ng thêi gian nhá hoÆc lín) vμ lan truyÒn d−íi ¶nh h−ëng cña x¸o trén rèi. Nh÷ng thËp niªn gÇn ®©y ng−êi ta nhËn ®−îc d÷ liÖu ®Çy HÖ thèng c¸c dßng kh«ng khÝ trong khÝ quyÓn kh¸ phøc ®ñ h¬n c¶ vÒ sù lan truyÒn c¸c t¹p chÊt phãng x¹, bëi v× chÝnh t¹p. Th«ng th−êng, ng−êi ta ph©n biÖt chuyÓn ®éng qui m« võa, nh÷ng t¹p chÊt ®ã lμ nguy hiÓm nhÊt, vμ ®Æc biÖt cμng nguy synop vμ toμn cÇu víi c¸c kÝch th−íc ph−¬ng ngang tuÇn tù hiÓm khi “kØ nguyªn nguyªn tö” b¾t ®Çu diÔn ra (tõ nh÷ng n¨m kh«ng v−ît qu¸ 100−200, 1000−2000 km vμ vμi ngh×n km. bèn m−¬i). §é phãng x¹ cña khÝ quyÓn ®· t¨ng lªn m¹nh trong Kh«ng khÝ khÝ quyÓn di chuyÓn kh«ng chØ theo ph−¬ng ngang, nh÷ng n¨m 50 vμ ®Çu nh÷ng n¨m 60 do c¸c vô thö vò khÝ h¹t mμ c¶ ph−¬ng th¼ng ®øng. D−íi t¸c ®éng cña trao ®æi rèi vμ nh©n lan trμn. MÆc dï n¨m 1963 ®· cÊm thö vò khÝ trong khÝ nh÷ng chuyÓn ®éng th¼ng ®øng, sÏ diÔn ra sù vËn chuyÓn t¹p quyÓn vμ trong vò trô, mét sè n−íc (Trung Quèc, Ph¸p) kh«ng chÊt tõ c¸c líp khÝ quyÓn nμy tíi c¸c líp kh¸c (ch¼ng h¹n, tõ líp tham gia HiÖp −íc vμ tiÕp tôc thö vò khÝ h¹t nh©n. HËu qu¶ lμ ®èi l−u sang líp b×nh l−u). Thêi gian l−u l¹i trung b×nh cña t¹p vÊn ®Ò « nhiÔm phãng x¹ khÝ quyÓn vÉn gi÷ nguyªn tÝnh thêi sù chÊt kh«ng r¬i l¾ng (nhÑ) b»ng kho¶ng 2 n¨m trong líp b×nh cho ®Õn tËn ngμy nay. l−u, 1−4 th¸ng trong líp ®èi l−u th−îng vμ 6−10 ngμy trong líp C¸c t¹p chÊt phãng x¹ nhËp vμo khÝ quyÓn tõ bèn nguån vμ ®èi l−u h¹. Víi kho¶ng thêi gian tån t¹i nh− vËy, c¸c t¹p chÊt tuÇn tù ®−îc chia thμnh bèn nhãm. Nhãm thø nhÊt gåm c¸c kÞp lan truyÒn ®i xa nhiÒu ngh×n kil«met khái n¬i chóng gia ®ång vÞ cña mét sè nguyªn tè phãng x¹ cã trong vá Tr¸i §Êt vμ nhËp vμo khÝ quyÓn. Víi tèc ®é trung b×nh (kho¶ng 30−35 m/s) c¸c s¶n phÈm ph©n hñy nh÷ng chÊt ®ã: ra®«n (222Rn), 210Pb cña c¸c dßng h−íng t©y vÉn quan tr¾c thÊy trong líp ®èi l−u (RaD), 210Bi (RaE), 210Pb (RaF)... Nhãm thø hai gåm c¸c ®ång vÞ th−îng vμ líp b×nh l−u h¹ ë c¸c vÜ ®é trung b×nh, s«n khÝ kÞp lan nguån gèc vò trô t¹o thμnh trong khi t−¬ng t¸c c¸c nguyªn tö vßng quanh ®Þa cÇu trong vßng 10−12 ngμy. Tèc ®é chuyÓn ®éng kh«ng khÝ víi bøc x¹ vò trô: 22Na, 7Be, 32P, 33P, 14C, 3H... C¸c cña kh«ng khÝ trong ph−¬ng kinh tuyÕn nhá h¬n nhiÒu so víi ®ång vÞ nguån gèc nh©n t¹o − s¶n phÈm c¸c vô næ h¹t nh©n (14C, tèc ®é vÜ h−íng. Do ®ã, s«n khÝ lan truyÒn tõ ®íi vÜ ®é nμy tíi H, 131I, 90Sr, 137Cs, 144Ce, 95Zr...) − tuÇn tù lμm thμnh c¸c nhãm 3 ®íi vÜ ®é kh¸c, hoÆc tõ b¸n cÇu b¾c tíi b¸n cÇu nam, chËm h¬n thø ba vμ thø bèn. nhiÒu so víi lan truyÒn trªn ph−¬ng vÜ tuyÕn. 57 58
PhÇn lín c¸c ®ång vÞ phãng x¹ trong khÝ quyÓn liªn kÕt víi nh÷ng h¹t s«n khÝ. Sù r¬i l¾ng nh÷ng h¹t nμy trong tr−êng träng lùc vμ sù röa tr«i bëi gi¸ng thñy mét mÆt sÏ lμm phøc t¹p hãa viÖc sö dông nh÷ng quan tr¾c lan truyÒn ®ång vÞ víi t− c¸ch lμ nh÷ng vËt ®¸nh dÊu c¸c dßng kh«ng khÝ, nh−ng mÆt kh¸c − cho phÐp ta lîi dông nh÷ng quan tr¾c nμy ®Ó nghiªn cøu c¸c qu¸ tr×nh h×nh thμnh m©y, s−¬ng mï vμ gi¸ng thñy. §o hμm l−îng ®ång vÞ ®−îc thùc hiÖn trong c¸c qu¶ cÇu th¸m kh«ng, phßng th¸m kh«ng, m¸y bay vμ trong c¸c thiÕt bÞ ®Æt mÆt ®Êt b»ng c¸ch thæi mét l−îng kh«ng khÝ nhÊt ®Þnh qua nh÷ng bé läc hiÖu n¨ng cao vμ sau ®ã x¸c ®Þnh c¸c ®ång vÞ bøc x¹ bªta nhê phÐp ph©n tÝch hãa phãng x¹ vμ c¸c ®ång vÞ phãng x¹ gamma nhê phÐp ph©n tÝch tr¾c phæ. Sè l−îng lÇn ®o trong khÝ quyÓn tù do t−¬ng ®èi Ýt (v× rÊt khã kh¨n vμ ®¾t gi¸). §ã chñ yÕu chØ lμ nh÷ng lÇn ®o c¸c s¶n phÈm næ h¹t nh©n trªn mét sè vïng ®Þa lý riªng biÖt. Chóng t«i sÏ dÉn mét sè d÷ liÖu vÒ sù biÕn thiªn hμm l−îng c¸c chÊt phãng x¹ trong khÝ quyÓn tù do vμ ë l©n cËn mÆt ®Êt. Trªn h×nh 3.1 dÉn nh÷ng trÞ sè trung b×nh mïa cña hμm l−îng tæng céng 90Sr trong vïng nót ®èi l−u (9−15 km), trong líp b×nh l−u h¹ (21 km) vμ b×nh l−u trung (21−40 km). §é phãng x¹ 90 Sr ®· ®¹t nh÷ng trÞ sè cùc ®¹i ë b¾c b¸n cÇu vμo mïa xu©n n¨m 1963, bëi v× trong nhiÒu n¨m tr−íc n¨m ®ã ®· cã nhiÒu vô thö vò khÝ h¹t nh©n trong khÝ quyÓn thuéc b¾c b¸n cÇu. ë nam b¸n cÇu, hμm l−îng 90Sr ®· ®¹t cùc ®¹i sau kho¶ng nöa n¨m, vμ gi¸ trÞ ®é phãng x¹ nhá h¬n mét sè lÇn so víi ë b¾c b¸n cÇu. H×nh 3.1. BiÕn thiªn theo thêi gian hμm l−îng tæng céng 90Sr ë b¸n cÇu b¾c (a) vμ nam (b) trong c¸c líp 21−40 km (1); 15−21 km t¹i vÜ ®é 30−90o (2) vμ 0−30o (3), 9−15 km t¹i vÜ ®é 30−90o (4) § − mïa ®«ng, X − mïa xu©n, H − mïa hÌ, T − mïa thu 59 60
r¬i kh«). ViÖc tæng hîp c¸c kÕt qu¶ quan tr¾c trªn m¹ng l−íi Sau n¨m 1963, Liªn X«, Mü vμ Anh kh«ng thö vò khÝ h¹t nh©n trong khÝ quyÓn n÷a, kÕt qu¶ lμ hμm l−îng 90Sr (còng nh− tr¹m vμ c¸c tÇu cho phÐp lËp c¸c b¶n ®å r¬i s«n khÝ phãng x¹ toμn cÇu (thÝ dô, 90Sr), ®· dÉn tíi kÕt luËn r»ng khèi l−îng s¶n c¸c ®ång vÞ phãng x¹ kh¸c) trong líp b×nh l−u gi¶m (mét chót t¨ng ë nöa sau n¨m 1967 t¹i b¾c b¸n cÇu cã lÏ lμ do c¸c vô næ phÈm næ h¹t nh©n chñ yÕu (theo t×nh h×nh n¨m 1967) n»m ë h¹t nh©n cña Trung Quèc hay Ph¸p). Trong líp d−íi (0−15 km) b¾c b¸n cÇu víi hμm l−îng cùc ®¹i ë ®íi 30−50 oVB. Theo sè liÖu t¹i ®íi vÜ ®é 30−90o ë c¶ hai b¸n cÇu hμm l−îng 90Sr cùc ®¹i vμo ®o ®¹c t¹i h¬n 100 ®iÓm ph©n bè gÇn 80 oKT trong ®íi 70 oVB − 60 oVN, nång ®é 90Sr ë líp s¸t ®Êt cùc ®¹i vμo th¸ng ba − th¸ng mïa ®«ng vμ xu©n vμ cùc tiÓu vμo mïa thu. Theo c¸c sè liÖu s¸u trong ®íi 20−40 oVB, trong ®ã tõ n¨m 1963 ®Õn n¨m 1967 quan tr¾c trong c¸c buång th¸m kh«ng (trªn vÜ ®é 31o) ë líp 24−32 km, biÕn tr×nh n¨m hμm l−îng 90Sr cã d¹ng ng−îc l¹i: cùc c¸c trÞ sè cùc ®¹i ®· gi¶m kho¶ng 20 lÇn. ë nam b¸n cÇu, cùc ®¹i − mïa hÌ vμ thu, cùc tiÓu − cuèi ®«ng vμ xu©n. Nh− vËy, ®¹i 90Sr ®· ®¹t ®−îc muén h¬n (vμo cuèi n¨m 1964) còng trong ®íi 20−30 oVN, trong ®ã nång ®é 90Sr ë nam b¸n cÇu kho¶ng 10 mét l−îng lín c¸c s¶n phÈm næ h¹t nh©n tõ líp b×nh l−u trung t¹i c¸c vÜ ®é trung b×nh vμ cao ®i vμo líp b×nh l−u h¹ vμ sau ®ã lÇn nhá h¬n so víi ë b¾c b¸n cÇu. vμo líp ®èi l−u, dÉn tíi cùc ®¹i r¬i l¾ng vμ hμm l−îng 90SR vμo Chóng t«i còng sÏ dÉn th«ng tin vÒ tèc ®é röa r¬i ( v m ) vμ mïa thu ë gÇn mÆt ®Êt. r¬i kh« ( vc ) c¸c s«n khÝ phãng x¹ (c¸c tèc ®é nμy cã mÆt trong MÆc dï c¸c vô næ h¹t nh©n ®−îc tiÕn hμnh trªn nh÷ng ®é nh÷ng biÓu thøc tÝnh th«ng l−îng t¹p chÊt r¬i xuèng mÆt ®Êt: cao vμ nh÷ng vÜ ®é kh¸c nhau, nh−ng chØ kho¶ng trong mét Qm = v m C vμ Qc = vc C , trong ®ã C − nång ®é thÓ tÝch t¹p chÊt t¹i n¨m sau vô næ, trªn bøc tranh ph©n bè c¸c s¶n phÈm phãng x¹ z = 0 ). Tèc ®é vc ®o ®−îc (theo d÷ liÖu cña nhiÒu t¸c gi¶ kh¸c ë líp b×nh l−u quan s¸t thÊy nhiÒu nÐt gièng nhau. Cùc ®¹i nhau) tõ mét vμi phÇn tr¨m ®Õn 0,5−1,0 cm/s, tèc ®é tæng céng nång ®é tÊt c¶ c¸c ®ång vÞ n»m t¹i líp b×nh l−u chÝ tuyÕn trong v m + vc − tõ 0,1−0,3 ®Õn 2−4 cm/s, vμ nã t¨ng khi l−îng gi¸ng líp 20−50 km, c¸c cùc ®¹i thø sinh − trong líp b×nh l−u h¹ vμ thñy th¸ng t¨ng. líp ®èi l−u th−îng c¸c vÜ ®é trung b×nh vμ cao cña b¾c b¸n cÇu. B¸n chu kú röa r¬i hay thêi gian triÕt gi¶m τ (sau thêi Tæng l−îng r¬i s«n khÝ phãng x¹ ®−îc x¸c ®Þnh trªn lôc ®Þa gian b»ng τ , nång ®é t¹p chÊt gi¶m e = 2,72... lÇn) cã bËc vμ c¸c ®¹i d−¬ng b»ng c¸ch thu nhËn c¸c mÉu trªn nh÷ng b¶ng 103−104 s trong m©y vμ 104−105 s trong gi¸ng thñy (theo d÷ liÖu bÉy cã tÝnh chÊt dÝnh hoÆc cÊu tróc v¶i, c¸c r·nh bÉy thμnh cao cña B. I. St−ro, K. P. Makhonko vμ nnk.). I. L. Korol ®· thö −íc kh¸c nhau, c¸c b×nh bÉy thμnh cao th−êng ®Æt trªn ®é cao 1 m. l−îng c¸c trÞ sè τ lÊy trung b×nh theo c¸c ®íi vÜ ®é (cã tÝnh tíi Nh÷ng ®ît ®o nh− vËy trong 20−25 n¨m gÇn ®©y ®ang ®−îc tiÕn l−îng vμ thêi gian kÐo dμi gi¸ng thñy còng nh− ®é cao biªn trªn hμnh mét c¸ch hÖ thèng hÇu nh− ë tÊt c¶ c¸c n−íc c«ng nghiÖp cña m©y). Chóng b»ng kho¶ng 2,5 ⋅ 10 5 s ë khu vùc xÝch ®¹o (10 ph¸t triÓn nh»m kiÓm so¸t v« tuyÕn sù r¬i c¸c s¶n phÈm næ h¹t nh©n xuèng ®Êt. Khèi l−îng chñ yÕu c¸c s«n khÝ phãng x¹ ®−îc VB −20 oVN), 4 ⋅ 10 5 s − t¹i c¸c vïng cËn nhiÖt ®íi vμ vÜ ®é trung o röa tr«i tõ khÝ quyÓn vμ r¬i xuèng ®Êt cïng víi gi¸ng thñy. Mét b×nh vμ 106 s ë c¸c vÜ ®é cao ( ϕ > 65  ). bé phËn nhËp cïng víi bôi vμ c¸c s«n khÝ d¹ng r¾n kh¸c (gäi lμ 61 62
Ng−êi ta nhËn thÊy cã mèi liªn hÖ trùc tiÕp gi÷a nång ®é c¸c hËu qu¶ cña nã kh«ng mang tÝnh th¶m häa ë qui m« toμn cÇu trong kho¶ng thêi gian mét sè thËp niªn, bëi v× sau 2−4 137 Cs vμ ho¹t ®é cña MÆt Trêi. n¨m sÏ phôc håi hμm l−îng «z«n trong khÝ quyÓn, cßn sau 25 C¸c vô næ h¹t nh©n thùc hiÖn ë Trung quèc ®ang tiÕp tôc n¨m toμn bé sinh quyÓn sÏ trë l¹i tr¹ng th¸i b×nh th−êng (ngo¹i lμm « nhiÔm khÝ quyÓn b»ng c¸c t¹p chÊt phãng x¹. §−îc mang trõ nh÷ng quèc gia bÞ tÊn c«ng trùc tiÕp). ®i bëi c¸c dßng kh«ng khÝ, chóng còng r¬i xuèng l·nh thæ Liªn Liªn hiÖp c¸c nhμ khoa häc Mü ®· kh«ng ®ång ý víi kÕt X«. Sau mçi vô næ, qua mét kho¶ng thêi gian lín hay nhá (tïy luËn nμy, bëi v× khoa häc hiÖn nay ch−a ®¸nh gi¸ ®−îc mét c¸ch thuéc ®é cao n©ng lªn cña c¸c s¶n phÈm næ) th× nång ®é vμ sù ®ñ x¸c ®Þnh nh÷ng hËu qu¶ sinh häc vμ kinh tÕ cña nh÷ng vô r¬i l¾ng c¸c t¹p chÊt xuèng mÆt ®Êt t¨ng lªn. C¸c møc « nhiÔm næ víi c«ng suÊt cì 104 triÖu tÊn. ë Liªn X« t¨ng lªn vÒ trung b×nh tõ phÝa b¾c xuèng phÝa nam, vμ tõ phÝa t©y sang phÝa ®«ng. Nh÷ng møc « nhiÔm phãng x¹ Theo nh÷ng −íc l−îng cña Iu. A. Izrael, V. N. Petrov vμ §. cao nhÊt ®· quan tr¾c thÊy ë vïng Primore, Trung ¸ vμ Ngo¹i A. Severov, khi x¶y ra vô næ c«ng suÊt mét sè triÖu tÊn th× tæng Kapkaz¬ (theo sè liÖu cña K. P. Makhonko vμ nnk., c¸c n¨m hμm l−îng «z«n trong mét cét th¼ng ®øng t¹i vïng næ sÏ gi¶m 1975−1980). ®i 20−25 % vμ phôc håi kho¶ng sau 1 ngμy, d−íi ¶nh h−ëng cña vô næ víi c«ng suÊt mét vμi chôc triÖu tÊn − gi¶m 75−80 % vμ Thêi gian gÇn ®©y, ng−êi ta ®· tiÕn hμnh ®¸nh gi¸ vÒ sù chu kú phôc håi t¨ng lªn ®Õn kho¶ng tuÇn lÔ. biÕn ®æi cã thÓ cã cña tr¹ng th¸i m«i tr−êng d−íi ¶nh h−ëng cña viÖc sö dông trμn lan vò khÝ h¹t nh©n trong c¸c cuéc chiÕn. NÕu nh− ë b¾c b¸n cÇu sÏ tiÕn hμnh nh÷ng vô næ tæng c«ng Theo b¸o c¸o cña Häc viÖn Quèc gia Hoa Kú, do mét nhãm nhμ suÊt 104 triÖu tÊn, th× tïy thuéc ®é cao æn ®Þnh cña ®¸m m©y næ chuyªn m«n vμ chuyªn gia chuÈn bÞ, th× khi kÝch næ nguån dù h¹t nh©n, sÏ thiÕt lËp mét tr¹ng th¸i trong ®ã hμm l−îng «z«n tr÷ h¹t nh©n tæng c«ng suÊt 104 triÖu tÊn (tøc t−¬ng øng víi trong toμn khÝ quyÓn cña b¸n cÇu chØ cßn tõ 40 ®Õn 70 % l−îng kho¶ng nöa c«ng suÊt ®· tÝch lòy) cã thÓ g©y nªn nh÷ng biÕn tù nhiªn cña nã. Iu. A. Izrael chØ ra r»ng nh÷ng kÕt qu¶ t¸c ®æi sau ®©y trong m«i tr−êng: ®éng cña c¸c vô næ tíi sinh quyÓn vμ m«i tr−êng sèng sÏ gåm: a) Ph¸t th¶i «xit nit¬ vμo líp b×nh l−u sÏ kÐo theo sù gi¶m a) Sù « nhiÔm phãng x¹ m«i tr−êng dÉn tíi sù tæn th−¬ng sót hμm l−îng chung cña «z«n 30−70 %; tia x¹ (bøc x¹ gamma vμ bªta) vμ sù biÕn ®æi c¸c tÝnh chÊt ®iÖn cña khÝ quyÓn (bao gåm c¶ cña quyÓn ion); b) Gi¶m nhËp l−îng bøc x¹ cùc tÝm sÏ lμm gi¶m ®¸ng kÓ s¶n l−îng nÒn n«ng nghiÖp; b) Sù « nhiÔm khÝ quyÓn bëi s«n khÝ, kÌm theo sù biÕn ®æi c¸c tÝnh chÊt bøc x¹ cña khÝ quyÓn vμ hÖ qu¶ lμ sù biÕn ®æi thêi c) C¸c tia phãng x¹ g©y tæn th−¬ng cho mäi sù sèng trªn tiÕt vμ khÝ hËu; Tr¸i §Êt, lμm gia t¨ng c¸c bÖn ung th− vμ c¸c bÖnh liªn quan ®Õn gien. c) Sù « nhiÔm khÝ quyÓn bëi nh÷ng chÊt d¹ng khÝ (mªtan, ªtilen vμ c¸c khÝ kh¸c) ¶nh h−ëng tíi c¸c dßng bøc x¹ cña MÆt Tuy nhiªn, nhãm nμy ®· ®i ®Õn kÕt luËn r»ng, mÆc dï ®ßn Trêi vμ cña Tr¸i §Êt vμ chÕ ®é nhiÖt cña khÝ quyÓn; tæng tÊn c«ng h¹t nh©n sÏ g©y nªn nh÷ng hñy ho¹i to lín, song 63 64
V× nhiÖt ®é c¸c chÊt khÝ bªn trong qu¶ cÇu Ti cao h¬n nhiÒu d) Háa ho¹n trμn lan trong c¸c thμnh phè, rõng, trªn nh÷ng khu vùc khai th¸c khÝ vμ dÇu. so víi nhiÖt ®é kh«ng khÝ xung quanh T , cßn ¸p suÊt thùc tÕ nh− nhau, mËt ®é c¸c khÝ ρ i nhá h¬n nhiÒu so víi mËt ®é kh«ng Ph©n tÝch nh÷ng t¸c ®éng ®ã sÏ dÉn tíi kÕt luËn: nh÷ng vô khÝ khÝ quyÓn ρ bao quanh qu¶ cÇu ( ρ i < ρ ). Nhê ®ã lùc næi b¾t næ h¹t nh©n, ®Æc biÖt khi sö dông réng, sÏ dÉn tíi kh«ng chØ nh÷ng t¸c ®éng hñy ho¹i qui m« ®Þa ph−¬ng, mμ cßn g©y nªn ®Çu t¸c ®éng (lùc næi nμy b»ng hiÖu hai lùc: lùc ®Èy Acsimet vμ nh÷ng x¸o trén toμn cÇu nghiªm träng − mang l¹i nh÷ng biÕn lùc träng tr−êng). Gia tèc th¼ng ®øng cña qu¶ cÇu sÏ b»ng ®æi khÝ hËu kh«ng ®¶o ng−îc ®−îc, sù ph¸ hñy líp «z«n cña Tr¸i d 2 z g (Ti − T ) = . §Êt, x¸o trén hoμn toμn sinh quyÓn. dt 2 T V× gia tèc nμy d−¬ng, nªn qu¶ cÇu sau mét thêi gian “treo bÊt ®éng” sÏ t¸ch khái mÆt ®Êt vμ b¾t ®Çu n©ng lªn víi tèc ®é t¨ng 3.3. §é cao n©ng lªn cña m©y h¹t nh©n dÇn. Tuy nhiªn, víi thêi gian, lùc næi vμ gia tèc do nã sinh ra gi¶m dÇn (do hiÖu nhiÖt ®é Ti − T gi¶m). Sù gi¶m nhiÖt ®é cña Trong vô næ h¹t nh©n sÏ t¹o thμnh mét qu¶ cÇu löa nãng, lμ nguån ph¸t x¹ ¸nh s¸ng vμ sãng va ®Ëp. T¹i thêi ®iÓm næ, qu¶ cÇu ®ang n©ng lªn g©y bëi ba nguyªn nh©n: a) do sù gi·n në nhiÖt ®é cña qu¶ cÇu löa b»ng mét sè triÖu ®é Kelvin. Tuy ®o¹n nhiÖt, b) do sù thu hót (liªn kÕt) víi kh«ng khÝ l¹nh h¬n nhiªn, chØ qua 10−15 s sau khi næ, nhiÖt ®é cña nã gi¶m xuèng cña m«i tr−êng xung quanh, c) do mÊt nhiÖt trong khi ph¸t x¹. ®Õn 2 000−3 000 K vμ qu¶ cÇu ngõng ph¸t s¸ng. Tíi thêi ®iÓm −íc l−îng ®é nguéi dÇn cña qu¶ cÇu d−íi ¶nh h−ëng cña sù gi·n kÕt thóc ph¸t s¸ng, ¸p suÊt c¸c khÝ ë bªn trong qu¶ cÇu thùc tÕ në ®o¹n nhiÖt cã thÓ thùc hiÖn theo ph−¬ng tr×nh ®o¹n nhiÖt kh«ng kh¸c biÖt so víi ¸p suÊt kh«ng khÝ xung quanh. (ph−¬ng tr×nh Poasson) * Ng−êi ta qui −íc chia c¸c vô næ h¹t nh©n thμnh c¸c vô næ χ −1 p χ trong kh«ng khÝ, trªn mÆt ®Êt vμ trong lßng ®Êt (hay d−íi n−íc). Ti = Ti 0   , (3.1) p  Víi vô næ trªn kh«ng khÝ, qu¶ cÇu löa kh«ng tiÕp xóc víi mÆt  0 ®Êt vμ toμn bé bôi phãng x¹ chØ t¹o thμnh tõ tμn d− phãng x¹ trong ®ã Ti 0 , p 0 − nhiÖt ®é vμ ¸p suÊt khÝ trong qu¶ cÇu t¹i ®é (c¸c m¶nh vôn) cña qu¶ bom, nã bèc h¬i trong khi næ vμ sau ®ã cao mùc xuÊt ph¸t (tõ ®ã b¾t ®Çu n©ng lªn). H»ng sè χ = c p / c v ng−ng tô trong khi nguéi l¹nh. Víi vô næ trªn mÆt ®Êt, qu¶ cÇu cã mÆt trong ph−¬ng tr×nh nμy b»ng tØ sè c¸c nhiÖt dung, thùc löa tiÕp xóc víi mÆt ®Êt, do ®ã rÊt nhiÒu ®Êt ®¸ bÞ vì vôn chñ tÕ kh«ng kh¸c víi trÞ sè cña nã trong tr−êng hîp kh«ng khÝ khÝ yÕu trong giai ®o¹n nhiÖt ®é qu¶ cÇu löa cßn kh¸ cao, sÏ cuèn quyÓn ( χ ≈ 1,40 ), v× khèi l−îng khÝ chñ yÕu trong qu¶ cÇu lμ hót vμo qu¶ cÇu löa. Trong ®iÒu kiÖn ®ã, líp ®Êt ®¸ bÒ mÆt trong b¸n kÝnh vμi tr¨m mÐt bÞ bèc h¬i vμ trén lÉn víi c¸c s¶n phÈm phãng x¹ cña vô næ. Nh÷ng h¹t r¾n t¹o thμnh trong qu¸ Ta chó ý r»ng gradient ®o¹n nhiÖt γ a = ( g / c p ) (Ti / T ) trong tr−êng hîp nμy kh«ng thÓ * tr×nh nguéi dÇn sÏ chÝnh lμ c¸c vËt mang tÝnh phãng x¹. xem lμ kh«ng ®æi, vμ do ®ã, kh«ng thÓ sö dông quan hÖ Ti = Ti 0 − γ a z ®Ó tÝnh nhiÖt ®é. 65 66
nh©n tè thø ba − sù ph¸t x¹ cña ®¸m m©y − kh«ng cßn vai trß g× kh«ng khÝ. ®¸ng kÓ lμm nguéi l¹nh ®¸m m©y. TÝnh to¸n theo ph−¬ng tr×nh (3.1) cho thÊy r»ng, chØ b»ng ¶nh h−ëng cña sù gi·n në ®o¹n nhiÖt kh«ng thÓ gi¶i thÝch ®−îc Trong thμnh phÇn cña ®¸m m©y, bªn c¹nh c¸c h¹t phãng sù h¹ nhiÖt ®é qu¶ cÇu mμ ta quan tr¾c ®−îc. Trong thùc tÕ, nÕu x¹ cßn cã nh÷ng giät n−íc. Chóng xuÊt hiÖn do sù ng−ng tô Ti 0 = 3000 K , th× nhiÖt ®é qu¶ cÇu tÝnh theo ph−¬ng tr×nh (3.1) l−îng h¬i n−íc ®· t¹o thμnh do kÕt qu¶ bèc h¬i n−íc chøa trong t¹i ®é cao kho¶ng 16 km ( p ≈ 0,1 p 0 ) b»ng 1560 K, t¹i ®é cao ®Êt vμ ®−îc n©ng lªn khÝ quyÓn t¹i vïng trÊn t©m næ. H¬i n−íc ®i vμo ®¸m m©y cßn lμ h¬i n−íc tõ khÝ quyÓn xung quanh bÞ l«i 30−32 km ( p ≈ 0,001 p 0 ) − gÇn 800 K. T¹i ®é cao 16 km hiÖu c¸c cuèn vμo cïng víi kh«ng khÝ. Chõng nμo nhiÖt ®é qu¶ cÇu cao nhiÖt ®é cña qu¶ cÇu vμ cña m«i tr−êng xung quanh (nhiÖt ®é h¬n nhiÖt ®é tíi h¹n cña n−íc (b»ng 647 K), th× h¬i n−íc kh«ng m«i tr−êng xung quanh kho¶ng 220−225 K) sÏ vÉn cßn b»ng ng−ng tô. Sau khi ®¹t nhiÖt ®é b»ng 647 K, nhiÖt ®é gi¶m tiÕp kho¶ng 1340 K nÕu nh− sù nguéi dÇn diÔn ra chØ do sù gi·n në kÌm theo sù ng−ng tô h¬i n−íc vμ t¹o ra c¸c giät n−íc. Mμu cña ®o¹n nhiÖt. DÜ nhiªn r»ng, víi sù hiÖn diÖn mét hiÖu nhiÖt ®é ®¸m m©y: tr¾ng vμ x¸m, chøng tá ®¸m m©y h¹t nh©n cã chøa lín nh− vËy, th× qu¶ cÇu tiÕp tôc n©ng lªn cao. Nh−ng theo sè c¸c giät n−íc. Cßn tr−íc khi b¾t ®Çu qu¸ tr×nh ng−ng tô, mμu liÖu quan tr¾c, nhiÖt ®é qu¶ cÇu t¹i ®é cao gi÷a 10 vμ 20 km cña qu¶ cÇu lóc ®Çu tr¾ng lãa, sau ®ã lμ mμu ®á löa vμ n©u tèi. (tïy thuéc c«ng suÊt vô næ) kh«ng cßn kh¸c víi nhiÖt ®é khÝ Trong thêi gian n©ng lªn, ®¸m m©y cã d¹ng h×nh c©y nÊm. quyÓn n÷a vμ qu¶ cÇu ngõng n©ng lªn. Nh− vËy, ta ®i ®Õn kÕt PhÇn trªn cña c©y nÊm lóc ®Çu gièng nh− mét xo¸y toroit luËn r»ng sù gi·n në ®o¹n nhiÖt lμ nguyªn nh©n quan träng m¹nh, tèc ®é quay cña nã chËm dÇn trong khi n©ng lªn cao. T¹i lμm nguéi dÇn qu¶ cÇu, song hoμn toμn kh«ng ph¶i lμ nguyªn ®é cao cùc ®¹i, ®¸m m©y kh¸ ®ång nhÊt trong toμn thÓ tÝch cña nh©n duy nhÊt (thËm chÝ kh«ng ph¶i lμ nguyªn nh©n chÝnh). nã vμ cã d¹ng mét h×nh ellipsoit trßn xoay. Nh©n tè chÝnh cã t¸c dông lμm l¹nh qu¶ cÇu vμ lμm t¨ng Sù n©ng lªn cña ®¸m m©y diÔn ra cho ®Õn khi nμo nhiÖt ®é thÓ thÓ tÝch cña nã − ®ã lμ sù l«i cuèn (sù liªn kÕt) kh«ng khÝ cña nã b¾t ®Çu b»ng nhiÖt ®é cña khÝ quyÓn xung quanh. VÒ xung quanh vμo trong ®¸m m©y phãng x¹ ®ang n©ng lªn. ThÓ ph−¬ng diÖn vËt lý, râ rμng r»ng sù nguéi l¹nh ®¸m m©y do t¸c tÝch qu¶ cÇu t¹i ®é cao cùc ®¹i kho¶ng 1 000 lÇn lín h¬n so víi ®éng x¸o trén (l«i cuèn) víi kh«ng khÝ xung quanh (mμ nh©n tè t¹i mùc xuÊt ph¸t; trong khi ®ã do sù gi·n në ®o¹n nhiÖt thÓ nμy lμ nh©n tè chÝnh) sÏ diÔn ra cμng chËm nÕu kÝch th−íc ban tÝch chØ t¨ng lªn 5−6 lÇn. C¬ chÕ l«i cuèn chñ yÕu lμ c¬ chÕ rèi, ®Çu cña qu¶ cÇu löa cμng lín. VÒ phÇn m×nh, kÝch th−íc cña mét sè h¹t kh«ng khÝ di chuyÓn tõ khÝ quyÓn vμo trong ®¸m qu¶ cÇu löa cμng lín th× vô næ cμng m¹nh. Nh− vËy, ta cã kÕt m©y, mét sè h¹t kh¸c − tõ ®¸m m©y ra ngoμi khÝ quyÓn. Trong luËn r»ng ®é cao n©ng lªn cùc ®¹i cña ®¸m m©y phãng x¹, còng qu¸ tr×nh nh÷ng chuyÓn ®éng nμy, diÔn ra sù vËn chuyÓn nhiÖt nh− kÝch th−íc cña nã t¹i ®é cao ®ã, t¨ng lªn theo sù t¨ng c«ng suÊt q cña vô næ h¹t nh©n *. Trong b¶ng 3.1 dÉn c¸c trÞ sè ®é vμ c¸c t¹p chÊt phãng x¹ tõ ®¸m m©y ra khÝ quyÓn. cao cùc ®¹i cña ®¸m m©y h¹t nh©n, c¸c kÝch th−íc trong ph−¬ng KÓ tõ thêi ®iÓm qu¶ cÇu ngõng ph¸t s¸ng, tøc kh«ng cßn lμ qu¶ cÇu löa n÷a, th× nh− c¸c −íc l−îng ®Þnh l−îng cho thÊy, * §¬n vÞ c«ng suÊt vô næ lμ l−îng nhiÖt táa ra khi næ 1 tÊn trotil. 67 68
T¨ng khèi l−îng h¹t lªn mét l−îng δ M ®· diÔn ra do sù liªn th¼ng ®øng vμ phu¬ng ngang cña nã øng víi c«ng suÊt næ kh¸c nhau vμ mét tr¹ng th¸i trung b×nh cña khÝ quyÓn. kÕt kh«ng khÝ xung quanh víi h¹t. Ta kÝ hiÖu nhiÖt ®é thÕ vÞ cña kh«ng khÝ xung quanh t¹i ®é cao z lμ θ ( z ) . Trªn c¬ së ®Þnh B¶ng 3.1. §é cao n©ng cùc ®¹i vμ kÝch th−íc ®¸m m©y næ h¹t nh©n mÆt ®Êt luËt b¶o toμn nhiÖt l−îng * cã thÓ viÕt C«ng B¸n C«ng B¸n ( M + δ M )θ i ( z + δ z ) = Mθ i ( z ) + δ Mθ ( z ) , §é cao m©y, km §é cao m©y, km suÊt næ, kÝnh suÊt næ, kÝnh ngμn m©y, ngμn m©y, tõ ®ã trªn d−íi trªn D−íi tÊn km tÊn km Mθ i ( z ) + δ Mθ ( z ) θ i ( z + δ z) = . (3.2) 0,5 2,7 2,1 0,7 100 14,6 11,0 6,1 M +δ M 1 3,3 2,4 0,9 200 17,0 12,0 8,0 BiÓu diÔn nhiÖt ®é thÕ vÞ θ ( z + δ z ) t¹i ®é cao z + δ z d−íi 2 4,6 3,7 1,2 500 19,0 13,0 12,0 5 7,0 5,5 1,7 1 000 21,0 14,5 16,0 d¹ng tæng θ ( z + δ z ) = θ ( z ) + δ θ , ta lËp hiÖu 10 8,2 6,7 2,3 2 000 23,0 15,0 22,0 Δθ = θ i ( z + δ z ) − θ ( z + δ z ) , 20 10,0 8,2 3,1 5 000 27,0 16,0 29,0 50 12,5 9,8 4,6 biÓu thøc nμy nÕu tÝnh tíi (3.2) ®−îc viÕt d−íi d¹ng M [θ i ( z ) − θ ( z ) ] − Mδ θ − δ Mδ θ Tõ b¶ng 3.1 suy ra r»ng ®é cao n©ng lªn cùc ®¹i biÕn thiªn Δθ ( z + δ z ) = . (3.3) gi÷a 2,7 vμ 27 km, cßn b¸n kÝnh − gi÷a 0,7 vμ 29 km t−¬ng øng M +δ M víi biÕn thiªn c«ng suÊt vô næ (t−¬ng ®−¬ng trotil) tõ 500 tÊn Sè h¹ng cuèi cïng ë tö sè biÓu thøc nμy nhá kh«ng ®¸ng kÓ so ®Õn 5 triÖu tÊn. Ngoμi c«ng suÊt vô næ, c¸c nh©n tè khÝ t−îng, víi c¸c sè h¹ng kh¸c. Ta viÕt hiÖu Δθ ( z + δ z ) d−íi d¹ng tr−íc hÕt lμ ph©n bè nhiÖt ®é vμ tèc ®é giã theo ®é cao (ph©n d Δθ d Δθ tÇng nhiÖt vμ giã) cã ¶nh h−ëng tíi ®é cao n©ng lªn cña m©y h¹t Δθ ( z + δ z ) = Δθ ( z ) + δ z = [θ i ( z ) − θ ( z ) ] + δz dz dz nh©n. VÒ mÆt vËt lý, hiÓn nhiªn r»ng ph©n tÇng nhiÖt cña líp khÝ quyÓn cμng æn ®Þnh th× ®é cao san b»ng nhiÖt ®é vμ ®é cao vμ thÕ vμo (3.3) ta cã d Δθ dθ n©ng lªn cña m©y h¹t nh©n cμng nhá. 1 dM Δθ + + =0, (3.4) dz M dz dz trong ®ã c¸c gia l−îng (c¸c vi ph©n) ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng 3.4. ¶nh h−ëng cña c¸c ®iÒu kiÖn khÝ t−îng tíi ®é cao m©y δ θ = (dθ / d z )δ z vμ δ M = (dM / d z )δ z vμ c¾t bá sè h¹ng nhá h¹t nh©n (d Δθ / d z ) (dΔM / dz ) (δ z / M ) Gi¶ sö h¹t xª dÞch theo ph−¬ng th¼ng ®øng tõ mùc z1 , t¹i ®ã nã cã khèi l−îng M vμ nhiÖt ®é thÕ vÞ θ i ( z ) tíi mùc z + δ z , * Theo ph−¬ng tr×nh cña ®Þnh ®Ò thø nhÊt cña nhiÖt ®éng lùc häc, khi kh«ng cã sù x¸o trén (kh«ng cã nhËp l−îng nhiÖt) nhiÖt ®é thÕ vÞ cña h¹t gi÷ nguyªn kh«ng ®æi ( θ = const ). n¬i nã cã khèi l−îng b»ng M + δ M vμ nhiÖt ®é thÕ vÞ θ i ( z + δ z ) . Cßn nhiÖt ®é thÕ vÞ biÕn ®æi chØ do ¶nh h−ëng cña l−îng nhiÖt tíi − trong tr−êng hîp nμy lμ th«ng l−îng x¸o trén cña h¹t víi kh«ng khÝ xung quanh. 69 70
( z = H ) ®−îc tÝnh theo (3.5), th× nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh (3.4) ë vÕ tr¸i cña (3.4). khi z > H cã thÓ viÕt d−íi d¹ng Ph−¬ng tr×nh (3.4) lμ ph−¬ng tr×nh vi ph©n bËc mét ®èi víi hiÖu ch−a biÕt ( Δθ ) gi÷a c¸c nhiÖt ®é thÕ vÞ cña h¹t (m©y) vμ cña khÝ quyÓn. Trong tr−êng hîp tæng qu¸t, c¸c ®¹i l−îng dθ 1 dM α= vμ γ θ = M dz dz cã mÆt ë vÕ tr¸i (3.4) lμ nh÷ng hμm kh¸ phøc t¹p cña ®é cao. Khã nhÊt lμ x¸c ®Þnh ®¹i l−îng α , nã biÓu diÔn khèi l−îng cña kh«ng khÝ bÞ l«i cuèn trªn khèi l−îng ®¬n vÞ cña h¹t, tøc tèc ®é l«i cuèn riªng. Mét gi¶ thiÕt ®¬n gi¶n nhÊt cã thÓ ®Æt ra ®èi víi c¸c ®¹i l−îng α vμ γ θ − ®ã lμ gi¶ thiÕt chóng kh«ng phô thuéc vμo ®é cao ( α ≈ const, γ θ ≈ const ). Víi gi¶ thiÕt nμy, nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh (3.4) sÏ cã d¹ng γ γ  Δθ =  Δθ 0 + θ  exp (−α z ) − θ , (3.5)   α α  H×nh 3.2. §é cao n©ng lªn cña m©y h¹t nh©n ë c¸c ®íi vÜ ®é kh¸c nhau trong ®ã Δθ 0 − hiÖu c¸c nhiÖt ®é thÕ vÞ ë mùc xuÊt ph¸t ( z = 0 ). 1 − nhiÖt ®íi, 2, 3 − c¸c vÜ ®é trung b×nh, mïa hÌ (2) vμ mïa ®«ng (3), 4 − c¸c vÜ ®é cao, 5 − ®é dμy m©y; nh÷ng ®iÓm gÊp khóc trªn c¸c ®−êng cong t−¬ng øng víi ®é cao nót ®èi l−u §é cao n©ng lªn cña ®¸m m©y z m ®−îc x¸c ®Þnh tõ ®iÒu kiÖn Δθ = 0 . Trong (3.5), nÕu cho z = z m vμ Δθ = 0 , ta ®−îc c«ng γ′  γ′  Δθ =  Δθ H + θ  exp [α ′ ( z − H )] − θ , thøc sau ®©y ®èi víi z m : (3.7)   α′  α′  γ α  1  Δθ 0 + θ  . zm = ′ trong ®ã γ θ vμ α ′ − c¸c trÞ sè cña nh÷ng tham sè γ θ vμ α ë cao ln (3.6)  α α γθ   h¬n nót ®èi l−u (v× trong líp b×nh l−u ph©n tÇng gÇn víi ph©n C«ng thøc (3.6) cã thÓ sö dông chØ trong nh÷ng tr−êng hîp tÇng ®¼ng nhiÖt, nªn γ θ cã thÓ cho b»ng 10 K/km). C«ng thøc khi ®é cao n©ng lªn cña ®¸m m©y kh«ng v−ît ra khái ph¹m vi rót ra tõ (3.7) cho ®é cao n©ng lªn cña m©y z m cã d¹ng líp ®èi l−u. Tuy nhiªn, viÖc kh¸i qu¸t hãa c¸c c«ng thøc (3.5) vμ α′/γθ ′ 1 (3.6) sang c¸c tr−êng hîp khi z m v−ît trªn ®é cao nót ®èi l−u zm = H + ln . (3.8) α′ Δθ H + γ θ / α ′ ′ kh«ng ph¶i lμ khã. Trªn thùc tÕ, nÕu Δθ H − hiÖu sè gi÷a c¸c HiÖu Δθ H cã mÆt ë ®©y ®−îc t×m theo (3.5): nhiÖt ®é thÕ vÞ cña m©y vμ khÝ quyÓn t¹i mùc nót ®èi l−u 71 72
γ γ  Trong tr−êng hîp nμy, vÕt cña ®¸m m©y trªn mÆt ®Êt vÒ Δθ H =  Δθ 0 + θ  exp (−α H ) − θ . (3.9)  α α h×nh d¹ng sÏ trïng víi d¹ng cña ®¸m m©y t¹i thêi ®iÓm ®¹t ®é   cao cùc ®¹i. Theo (3.10), ta cã c lín h¬n w bao nhiªu lÇn, th× KÕt qu¶ tÝnh to¸n z m theo c¸c c«ng thøc (3.8) vμ (3.9) víi chiÒu dμi cña vÕt sÏ lín h¬n ®é cao m©y ngÇn Êy lÇn. c¸c gi¸ trÞ H , γ θ trung b×nh ®èi víi mét sè ®íi vÜ ®é (vïng nhiÖt Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn thùc, m©y phãng x¹ gåm c¸c h¹t ®íi, c¸c vÜ ®é trung b×nh mïa hÌ vμ mïa ®«ng, B¾c B¨ng kÝch th−íc kh¸c nhau, cßn tèc ®é giã biÕn thiªn víi ®é cao vÒ ®é D−¬ng) vμ γ θ = 10 K/km, α = 5 ⋅ 10 −4 cm−1 ®−îc dÉn trªn h×nh 3.2. ′ lín vμ h−íng. Chóng ta sÏ xem r»ng ph©n bè tèc ®é giã víi ®é cao cho ®Õn thêi ®iÓm næ h¹t nh©n ®−îc biÕt. Nã cã thÓ nhËn ®−îc hoÆc b»ng 3.5. Sù l¾ng ®äng m©y phãng x¹ xuèng mÆt ®Êt quan tr¾c trùc tiÕp (c¸ch tin cËy nhÊt), hoÆc dùa trªn dù b¸o. Ta chia líp khÝ quyÓn gi÷a mÆt ®Êt vμ ranh giíi trªn cña ®¸m m©y Sù n©ng lªn cña m©y næ h¹t nh©n sÏ kÕt thóc khi nhiÖt ®é phãng x¹ thμnh mét sè líp, ®é dμy mçi líp ®−îc chän sao cho cña nã b»ng nhiÖt ®é kh«ng khÝ xung quanh. Sau ®ã, chuyÓn trong ph¹m vi tõng líp tèc ®é giã (®é lín vμ h−íng) cã thÓ xem ®éng cña m©y ®−îc quyÕt ®Þnh bëi hai nh©n tè: t¸c ®éng cña lμ kh«ng phô thuéc ®é cao. träng lùc kÕt hîp víi c¸c lùc c¶n tõ phÝa kh«ng khÝ vμ tr−êng giã. D−íi t¸c ®éng cña nh©n tè thø nhÊt, diÔn ra qu¸ tr×nh h¹ xuèng cña c¸c h¹t phãng x¹, d−íi t¸c ®éng cña nh©n tè thø hai − qu¸ tr×nh vËn chuyÓn m©y trong ph−¬ng ngang. Ta xÐt ¶nh h−ëng cña tèc ®é giã lªn qu¸ tr×nh l¾ng ®äng m©y phãng x¹. §¬n gi¶n nhÊt vÊn ®Ò nμy ®−îc gi¶i quyÕt trong tr−êng hîp m©y cÊu t¹o tõ c¸c h¹t cïng kÝch th−íc vμ tèc ®é giã kh«ng ®æi c¶ vÒ c−êng ®é lÉn h−íng trªn tÊt c¶ c¸c ®é cao. Trong tr−êng hîp lý t−ëng nμy, c¸c quü ®¹o cña c¸c h¹t sÏ lμ nh÷ng H×nh 3.3. S¬ ®å gi¶i thÝch viÖc x©y dùng ®−êng th¼ng víi gãc nghiªng so víi trôc x (h−íng däc theo giã) vÕt cña ®¸m m©y phãng x¹ trªn mÆt ®Êt b»ng tØ sè w / c ( w − tèc ®é r¬i cña c¸c h¹t, c − tèc ®é giã). Kho¶ng c¸ch trªn ph−¬ng ngang x1 mμ mét h¹t n»m ë ®é cao z1 Gi¶ sö c1 , c 2 , ..., c n chØ c¸c vect¬ tèc ®é giã trong c¸c líp 1, t¹i thêi ®iÓm ban ®Çu di chuyÓn ®−îc, ®−îc x¸c ®Þnh tõ quan hÖ 2, 3, ..., n víi ®é dμy kho¶ng 1 km (sè thø tù líp t¨ng tõ mÆt ®Êt z x tíi ®Ønh ®¸m m©y). t1 = 1 = 1 , (3.10) wc Ta theo dâi sù l¾ng ®äng cña c¸c h¹t m©y víi kÝch th−íc x¸c ®Þnh nμo ®ã. Tèc ®é r¬i c¸c h¹t phô thuéc vμo b¸n kÝnh r vμ ®é c tõ ®ã x1 = z1 , ë ®©y t1 − thêi gian r¬i cña h¹t tõ ®é cao z1 . cao z . w 73 74
NÕu ®é dμy c¸c líp ®−îc chän sao cho c¸c h¹t kÝch th−íc cè ®iÓm ban ®Çu n»m ë ranh giíi trªn cña líp thø nhÊt. ®Þnh ®i qua c¸c líp trong cïng mét thêi gian ( Δ t i = Δ z i / wi B»ng c¸ch lËp luËn ®óng nh− vËy, chóng ta sÏ chØ ra r»ng = const ), th× râ rμng ®é dμy c¸c líp ®ã cμng lªn cao cμng ph¶i ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ ®iÓm Bi trªn mÆt ®Êt mμ nh÷ng h¹t phãng x¹ t¨ng lªn ( wi t¨ng khi t¨ng ®é cao). t¹i thêi ®iÓm ®Çu n»m ë ranh giíi trªn cña líp i sÏ r¬i xuèng ®ã, ta cÇn x©y dùng tæng c¸c vect¬ TÊt c¶ c¸c h¹t tõ líp thø nhÊt l¾ng xuèng ®Êt sau thêi gian Δ t1 = Δ z1 / w1 . Trong ®ã, vÕt phãng x¹ trªn mÆt ®Êt trïng vÒ c1 Δ t1 , c 2 Δ t 2 , . . . , c i −1 Δ t i −1 , c i Δ t i . h−íng víi vect¬ tèc ®é giã c1 trong líp nμy (vect¬ OB1 trªn h×nh Trong ®ã gèc cña vect¬ thø nhÊt lμ chÊn t©m næ, cßn ®Çu mót 3.3). ChiÒu dμi vÕt l1 sÏ b»ng cña mçi vect¬ tr−íc lμ gèc cña c¸c vect¬ tiÕp theo (h×nh 3.4). V× ®é dμy c¸c líp ®· ®−îc chän sao cho thêi gian r¬i cña c¸c c1 l1 = c1 Δ t1 = Δ z1 . h¹t trong tõng líp cïng lμ mét ( Δ t1 = Δ t 2 = . . . = Δ t n ), nªn thay v× w1 x©y dùng tæng c¸c vect¬ c1 Δ t1 , c 2 Δ t 2 , ... cã thÓ x©y dùng tæng c¸c Ta sÏ theo dâi chuyÓn ®éng c¸c h¹t tõ líp thø hai *. Trong vect¬ tèc ®é giã c1 , c 2 ... Sù thay thÕ nh− vËy cã lÏ sÏ cã nghÜa lμ suèt kho¶ng thêi gian Δ t 2 = Δ z 2 / w2 , c¸c h¹t phãng x¹ cña líp chØ thay ®æi tØ lÖ cña phÐp dùng ®å thÞ. nμy sÏ di chuyÓn trªn ph−¬ng ngang theo h−íng vect¬ c 2 . §Õn cuèi kho¶ng Δ t 2 , c¸c h¹t cña líp thø hai sÏ di chuyÓn trªn TÊt c¶ nh÷ng lËp luËn tr−íc ®©y t−¬ng øng víi c¸c h¹t b¸n kÝnh x¸c ®Þnh. §èi víi c¸c h¹t b¸n kÝnh kh¸c, h−íng chuyÓn ph−¬ng ngang mét kho¶ng c¸ch l 2 = c 2 Δ t 2 tíi ®iÓm A (xem h×nh ®éng trong mçi líp sÏ gi÷ nguyªn nh− trong tr−êng hîp thø 3.3). Trong suèt kho¶ng thêi gian tiÕp theo Δ t1 , c¸c h¹t cña líp nhÊt, nh−ng ®é dμi c¸c vect¬ OB1, B1B2, ... sÏ thay ®æi. Ta kÝ thø hai sÏ di chuyÓn trªn ph−¬ng ngang theo h−íng vect¬ tèc ®é hiÖu z ′ vμ z ′′ lμ c¸c b¸n kÝnh lín nhÊt vμ bÐ nhÊt * cña c¸c h¹t c1 . §Õn cuèi kho¶ng thêi gian Δ t 2 + Δ t1 , c¸c h¹t cña líp thø hai phãng x¹ gÆp thÊy trong m©y, cßn w′ vμ w′′ − tuÇn tù c¸c tèc ®é sÏ r¬i xuèng ®Êt t¹i ®iÓm B2 . Nh− vËy, ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ c¸c h¹t r¬i cña c¸c h¹t ®ã. Thêi gian r¬i cña c¸c h¹t b¸n kÝnh r ′ vμ r ′′ r¬i xuèng ®Êt tõ líp thø hai, cÇn céng c¸c vect¬ c 2 Δ t 2 vμ c1 Δ t1 : qua líp thø i ta sÏ t×m tõ c¸c biÓu thøc: OB 2 = c 2 Δ t 2 + c1 Δ t1 . Δ zi Δ zi Δ t i′ = ; Δ t i′′ = . wi′ wi′′ DÔ thÊy r»ng, chóng ta sÏ ®i ®Õn chÝnh ®iÓm B2 , nÕu tõ chÊn t©m næ O lóc ®Çu ta ®Æt vect¬ OB 1 = c1 Δ t1 , sau ®ã ta céng V× mèi phô thuéc cña tèc ®é r¬i tõ ®é cao (qua nhiÖt ®é) ®èi víi c¸c h¹t b¸n kÝnh kh¸c nhau thùc tÕ nh− nhau, nªn chuyÓn nã víi vect¬ B 1 B 2 = c 2 Δ t 2 , tøc trong biÓu thøc cuèi cïng ta ®æi sang c¸c h¹t kÝch th−íc kh¸c kh«ng ¶nh h−ëng tíi viÖc chän ®é chç c¸c sè h¹ng. R¬i xuèng ®iÓm B1 sÏ lμ nh÷ng h¹t mμ t¹i thêi * VÒ lý thuyÕt trong m©y cã nh÷ng h¹t víi mäi kÝch th−íc (tõ 0 ®Õn rmax ). Tuy nhiªn, thùc * TÊt c¶ nh÷ng lËp luËn tiÕp theo t−¬ng øng víi c¸c h¹t n»m trªn ranh giíi tÕ trong mçi ®¸m m©y cã thÓ chØ ra mét b¸n kÝnh cùc tiÓu vμ mét b¸n kÝnh cùc ®¹i, gi÷a trªn cña líp. chóng chøa tíi h¬n 99 % tÊt c¶ c¸c h¹t. 75 76
dμy líp: nÕu c¸c líp ®−îc chän sao cho Δ t1 = Δ t 2 = . . . = Δ t , th× ta ®Þnh vÞ trÝ cña c¸c ®iÓm B2 , B3 , ... mμ c¸c h¹t tõ ranh giíi trªn còng cã Δ t1 = Δ t 2 = . . . = Δ t ′ , Δ t1′ = Δ t 2′ = . . . = Δ t ′′ . Nh−ng dÜ nhiªn ′ ′ ′ ′ cña c¸c líp thø hai, thø ba, ... sÏ ®i ®Õn ®ã, cÇn ph¶i t¨ng c¸c ®o¹n OB2 , OB3 , ... lªn Δ t ′ / Δ t lÇn. §−êng gÊp khóc OB1′ B2 B3 ′′ Δ t ≠ Δ t ′ ≠ Δ t ′′ , cô thÓ lμ Δ t ′ > Δ t > Δ t ′′ . Qu·ng ®−êng mμ c¸c h¹t ®−îc x©y dùng b»ng c¸ch ®ã sÏ lμ vÕt cña c¸c h¹t phãng x¹ b¸n cã b¸n kÝnh cùc tiÓu ®i ®−îc trªn ph−¬ng ngang sau kho¶ng thêi kÝnh cùc tiÓu. NÕu gi¶m c¸c ®o¹n OB1 , OB2 , ... ®i Δ t ′′ / Δ t lÇn, ta gian Δ t i′ , trong kho¶ng thêi gian ®ã chóng n»m ë trong líp Δ z i , sÏ nhËn ®−îc vÕt OB1′′B 2′B3′ cña c¸c h¹t b¸n kÝnh cùc ®¹i. DiÖn ′′ b»ng c i Δ t i . V× ®o¹n OB1 = c1 Δ t , nªn tÝch n»m gi÷a c¸c ®−êng gÊp khóc OB1′ B2 B3 vμ OB1′′B 2′B3′ biÓu thÞ ′′ ′′ c1 Δ t ′ = c1 Δ t Δ t ′ / Δ t = OB1 Δ t ′ / Δ t . vÕt phãng x¹ cña ®¸m m©y næ h¹t nh©n trªn mÆt ®Êt. Trªn h×nh 3.4, mçi ®o¹n OB1′ , OB 2 , ... ®· ®−îc t¨ng lªn, cßn OB1′′ , OB 2′ , ... ′ ′ ®· ®−îc gi¶m ®i 7 ®é dμi cña m×nh víi môc ®Ých tÝnh gÇn ®óng 1 ¶nh h−ëng cña sù trao ®æi rèi tíi m©y phãng x¹. DÔ thÊy r»ng nh÷ng h¹t phãng x¹ thuéc tÊt c¶ c¸c kÝch th−íc mμ t¹i thêi ®iÓm ®Çu ®· n»m trong líp i , sau khi r¬i xuèng ®Êt, sÏ ph©n bè däc theo ®−êng th¼ng OBi′′Bi Bi′ . NÕu tèc ®é giã biÕn ®æi theo thêi gian, th× dùng to¸n ®å thø hai t−¬ng øng víi c¸c ®iÒu kiÖn sÏ diÔn ra sau 2, 4, 6 giê kÓ tõ thêi ®iÓm næ. Vïng r¬i cña c¸c h¹t øng víi thêi ®iÓm ®· cho ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch néi suy gi÷a c¸c to¸n ®å liªn tiÕp nhau. Th«ng th−êng, tæng thêi gian r¬i l¾ng gÇn cña c¸c s¶n phÈm phãng x¹ vô næ h¹t nh©n b»ng 6−8 giê ®èi víi nh÷ng qu¶ bom c«ng suÊt trung b×nh vμ lín. KÝch th−íc cña vïng chÞu nhiÔm dao ®éng trong nh÷ng ph¹m vi réng tïy thuéc vμo tèc ®é giã vμ sù biÕn thiªn cña nã víi ®é cao. Víi t− c¸ch lμm thÝ dô, trªn h×nh 3.5 dÉn nh÷ng diÖn tÝch nhiÔm phãng x¹ ®−îc tÝnh H×nh 3.4. DiÖn tÝch nhiÔm phãng x¹ khi tèc ®é giã biÕn ®æi theo ®é cao b»ng m¸y tÝnh øng víi hai d¹ng ph©n bè tèc ®é giã theo ®é cao 1 − diÖn tÝch r¬i phãng x¹, 2 − hiÖu chØnh do khuÕch t¸n rèi sau 0,5, 1, 2 vμ 6 giê kÓ tõ thêi ®iÓm næ (c«ng suÊt vô næ 1 triÖu tÊn). Tr−êng hîp thø nhÊt trong sè nh÷ng tr−êng hîp ®ã − tèc NÕu t¨ng OB1 lªn Δ t ′ / Δ t lÇn, ta sÏ t×m ®−îc vÞ trÝ ®iÓm B1′ cña ®é giã ®· Ýt biÕn ®æi vÒ h−íng cho tíi nh÷ng ®é cao lín (gÇn 20 c¸c h¹t víi b¸n kÝnh r ′ mμ t¹i thêi ®iÓm ®Çu tiªn ®· n»m ë ranh km); do ®ã, c¸c ®−êng ®¼ng møc phãng x¹ tr«ng gièng nh− giíi trªn cña líp Δ z1 . V× c¸c ®o¹n B1 B2 , B2 B3 , ... còng ph¶i ®−îc nh÷ng h×nh ellip v−¬n dμi trªn h−íng giã. Trong tr−êng hîp thø t¨ng lªn ®óng chõng Êy lÇn, nªn dÔ dμng chØ ra r»ng ®Ó x¸c hai, tèc ®é giã trong líp ®Õn 20 km biÕn ®æi m¹nh vÒ h−íng, do 77 78
®ã, c¸c ®−êng ®¼ng møc phãng x¹ cã d¹ng gÇn víi ®−êng trßn. khu vùc næ h¹t nh©n ®· xem xÐt trªn ®©y cã tÝnh ®Õn sù biÕn DiÖn tÝch nhiÔm trong tr−êng hîp thø hai nhá h¬n rÊt nhiÒu, ®æi cña tèc ®é giã, cßn mét ph−¬ng ph¸p phæ biÕn réng r·i n÷a, cßn møc phãng x¹ lín h¬n so víi tr−êng hîp thø nhÊt. ®ã lμ ph−¬ng ph¸p dù b¸o theo c¸i gäi lμ giã trung b×nh, hay giã trung b×nh h÷u hiÖu. §ã lμ tæng vect¬ c¸c tèc ®é giã tõ mÆt ®Êt tíi ®Ønh trªn vßm m©y h¹t nh©n t¹i thêi ®iÓm m©y ®¹t ®é cao cùc ®¹i, ®em chia cho sè vect¬ ®· ®−îc lÊy tæng. B»ng ph−¬ng ph¸p ®å thÞ, giã trung b×nh ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau. Tõ chÊn t©m næ, ta ®Æt c¸c vect¬ tèc ®é giã gièng nh− khi x©y dùng h×nh 3.4. NÕu b©y giê nèi ®iÓm O trªn h×nh nμy víi ®Çu mót cña vect¬ tiÕp theo (tøc víi ®iÓm B6 ) vμ ®o¹n OB6 chia ra thμnh s¸u phÇn b»ng nhau (trong tr−êng hîp nμy), th× vect¬ OC sÏ lμ giã trung b×nh (vÒ m«®un vμ h−íng). NÕu dù b¸o t×nh h×nh phãng x¹ ®−îc thùc hiÖn theo giã trung b×nh, th× c¸c ®−êng ®¼ng møc phãng x¹ ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng nh÷ng h×nh ellip víi trôc lín phô thuéc vμo tèc ®é giã trung b×nh, cßn trôc nhá b»ng kho¶ng 0,1 ®é dμi trôc lín (h×nh 3.6). Tõ nh÷ng lËp luËn trªn, rót ra r»ng giã trung b×nh trong líp tõ mÆt ®Êt ®Õn mùc zn cã thÓ víi ®é chÝnh x¸c tháa m·n thay thÕ bëi tèc ®é giã c * t¹i ®é cao z * ë gi÷a líp ®ã: z* = zn / 2 . ThËt vËy, víi ®é cao vßm trªn cña ®¸m m©y h¹t nh©n (t¹i thêi ®iÓm nã æn ®Þnh) b»ng 6 km, víi t− c¸ch lμ giã trung b×nh cã thÓ H×nh 3.5. ThÝ dô tÝnh diÖn tÝch nhiÔm phãng x¹ sau 0,5, 1, 2 vμ 6 giê kÓ tõ sö dông tèc ®é giã ®o ë ®é cao 3 km, hay giã ®Þa chuyÓn x¸c ®Þnh thêi ®iÓm næ øng víi giã Ýt biÕn ®æi tíi ®é cao 20 km (a) vμ øng víi h−íng theo b¶n ®å khÝ ¸p mÆt 700 hPa; víi ®é cao vßm trªn 9−11 km giã biÕn ®æi m¹nh tíi ®é cao 20 km (b) (c«ng suÊt vô næ 10−20 ngh×n tÊn), víi ®é chÝnh x¸c hoμn toμn C¸c ch÷ sè trªn ®−êng ®¼ng trÞ − møc phãng x¹ (R/h) tháa m·n, giã trung b×nh b»ng tèc ®é giã ®o ë ®é cao 5 km, hay giã ®Þa chuyÓn x¸c ®Þnh theo b¶n ®å khÝ ¸p mÆt 500 hPa. C¸c sè V× trong khÝ quyÓn cã rÊt nhiÒu d¹ng tr¾c diÖn tèc ®é giã, liÖu giã lÊy tõ b¶n ®å 300 hPa cã thÓ sö dông ®Ó dù b¸o t×nh nªn tõ nh÷ng g× võa nhËn xÐt trªn ®©y, suy ra r»ng diÖn tÝch h×nh phãng x¹ (theo hÖ ph−¬ng ph¸p giã trung b×nh) x¶y ra víi vïng nhiÔm c¸c h¹t phãng x¹ cã thÓ cã h×nh d¹ng rÊt kh¸c nhau nh÷ng vô næ c«ng suÊt 20−50 ngh×n tÊn. cho dï c¸c vô næ c«ng suÊt nh− nhau. Giã trung b×nh. Ngoμi s¬ ®å dù b¸o t×nh h×nh phãng x¹ ë 79 80
nh÷ng liÒu l−îng kh«ng lín, bøc x¹ cùc tÝm míi cã Ých. Chóng ta ®−îc biÕt nh÷ng t¸c h¹i cña sù ph¬i n¾ng th¸i qu¸ vμ liªn hÖ cña nã víi bÖnh ung th−. Vμ ®ã lμ trong ®iÒu kiÖn chØ cã mét phÇn rÊt nhá c¸c tia ho¹t tÝnh sinh häc (víi b−íc sãng 0,29−0,32 μm) ®i tíi mÆt ®Êt. Trong tr−êng hîp kh«ng cã quyÓn «z«n, th× nh÷ng tia cùc tÝm ho¹t tÝnh sinh häc cã kh¶ n¨ng lμm thay ®æi h¼n tÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh sinh häc, vμ cã thÓ lμ toμn bé sù sèng H×nh 3.6. S¬ ®å x©y dùng vÕt m©y phãng x¹ trªn mÆt ®Êt h÷u c¬ trªn Tr¸i §Êt. Tõ ®ã trë nªn dÔ hiÓu, v× sao ng−êi ta rÊt theo ph−¬ng ph¸p giã trung b×nh ( c = 6,7 m/s) chó ý tíi c«ng cuéc nghiªn cøu «z«n khÝ quyÓn. Mèi quan t©m nμy ®Æc biÖt m¹nh mÏ h¬n trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, sau khi Tõ nh÷ng lËp luËn vμ nh÷ng thÝ dô trªn ®©y, suy ra r»ng ng−êi ta ph¸t hiÖn thÊy sù gi¶m sót ®ét ngét hμm l−îng «z«n dù b¸o t×nh h×nh phãng x¹ theo giã trung b×nh cã thÓ sö dông phÝa trªn lôc ®Þa Nam Cùc − hiÖn t−îng “lç thñng «z«n”. chØ víi t− c¸ch lμ phÐp gÇn ®óng thø nhÊt (kh¸ th«). Chóng t«i sÏ ®−a ra mét sè dÉn liÖu vÒ «z«n (th«ng tin ®Çy ®ñ h¬n cã trong c¸c gi¸o tr×nh chuyªn m«n kh¸c). ¤z«n ®−îc quan s¸t thÊy trong líp tõ mÆt ®Êt tíi ®é cao kho¶ng 70 km, 3.6. VÊn ®Ò «z«n khÝ quyÓn nh−ng khèi l−îng chñ yÕu cña nã tËp trung trong líp 15−55 km vμ cùc ®¹i nång ®é ë líp 20−25 km. Tæng hμm l−îng «z«n ( X ) ¤xy ba nguyªn tö (O3) gäi lμ «z«n. MÆc dï víi l−îng v« biÓu diÔn thμnh mét cét th¼ng ®øng, nÕu qui nã vÒ ¸p suÊt tiªu cïng nhá trong khÝ quyÓn, nã ®ang gi÷ vai trß cùc kú quan chuÈn (1013 hPa) t¹i nhiÖt ®é 0 oC, dao ®éng tõ 1 ®Õn 6 mm. träng trong c¸c qu¸ tr×nh vμ hiÖn t−îng khÝ quyÓn. Líp «z«n cã §¹i l−îng X ®−îc gäi lμ ®é dμy qui chuÈn cña líp «z«n. chøc n¨ng nh− mét chiÕc khiªn che ch¾n cho c¸c c¬ thÓ sèng, kÓ Theo nh÷ng sè liÖu ®o hμm l−îng «z«n b»ng nh÷ng thiÕt bÞ c¶ con ng−êi, khái t¸c ®éng hñy diÖt cña bøc x¹ cùc tÝm kh¾c th¸m s¸t «z«n vμ tõ vÖ tinh (b¾t ®Çu tõ th¸ng t¸m n¨m 1967), nghiÖt cña MÆt Trêi. hμm l−îng riªng «z«n (tØ sè mËt ®é «z«n trªn mËt ®é kh«ng khÝ, ¤z«n hÊp thô m¹nh bøc x¹ cùc tÝm víi b−íc sãng 0,22−0,29 th−êng ®−îc biÓu diÔn thμnh phÇn triÖu cña ®¬n vÞ, tøc ®¹i μm (víi cùc ®¹i hÊp thô t¹i λ = 0,255 μm). l−îng 106 r ) vÒ trung b×nh theo b¾c b¸n cÇu ®· ®¹t cùc tiÓu C¸c chØ sè hÊp thô «z«n trong vïng phæ nμy lín ®Õn møc (gÇn 288 phÇn triÖu) vμo c¸c n¨m 1961−1962, cùc ®¹i (kho¶ng bøc x¹ MÆt Trêi hoμn toμn bÞ hÊp thô ngay ë phÇn cao nhÊt cña 308 phÇn triÖu) − c¸c n¨m 1972−1974. VÒ trung b×nh theo nam líp «z«n − trªn ®é cao 45−50 km vμ h¬n. Nhê ®ã, nhiÖt ®é kh«ng b¸n cÇu, trÞ sè cùc ®¹i (gÇn 305 phÇn triÖu) ®¹t vμo n¨m 1958, khÝ ë phÇn trªn cña líp b×nh l−u (trªn ®é cao kho¶ng 50 km) cùc tiÓu (gÇn 295 phÇn triÖu) − c¸c n¨m 1964−1965. t¨ng ®Õn nh÷ng trÞ sè gÇn b»ng kh«ng. Trong vßng mét n¨m, cùc ®¹i r ®−îc quan s¸t thÊy vμo C¸c tia cùc tÝm cã ho¹t tÝnh sinh häc cao: chóng lμm chÕt mïa xu©n, cßn cùc tiÓu − mïa thu. VÒ trung b×nh theo b¾c b¸n nhiÒu lo¹i vi khuÈn, lμm r¸m n¾ng vμ thËm chÝ g©y báng da cÇu, r b»ng 330−350 phÇn triÖu vμo th¸ng t− vμ 270−275 phÇn ng−êi, trî gióp thμnh t¹o vitamin D trong c¬ thÓ thóc ®Èy t¨ng triÖu vμo th¸ng m−êi. ë c¸c vÜ ®é cao, c¸c trÞ sè cùc ®¹i r (mïa tr−ëng vμ ng¨n ngõa bÖnh cßi x−¬ng trÎ em. Tuy nhiªn, chØ 81 82
xu©n) cao h¬n so víi trung b×nh b¸n cÇu. ThËt vËy, cùc ®¹i r ë b×nh. Sù vËn chuyÓn NOx tiÕp sau tíi phÇn gi÷a cña líp b×nh l−u (®é cao 20−30 km) vμ nh÷ng ph¶n øng quang hãa cña chu nam b¸n cÇu mïa xu©n (th¸ng m−êi) ®¹t 340 phÇn triÖu t¹i vïng cËn cùc vμ 410 phÇn triÖu − t¹i vïng cùc. tr×nh nit¬ NO + O3 → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, O3 + O → 2O2 Hμm l−îng «z«n trong nh÷ng thËp niªn gÇn ®©y vÒ trung b×nh theo c¸c b¸n cÇu vμ theo toμn ®Þa cÇu nãi chung t¨ng (ë dÉn tíi lμm gi¶m hμm l−îng «z«n. Ngoμi chu tr×nh nit¬, c¸c b¾c b¸n cÇu t¨ng kho¶ng 40 phÇn triÖu trong thêi kú 1956− ph¶n øng cña c¸c chu tr×nh clo, hy®r«gien, brom−clo vμ mét sè 1970). Tuy nhiªn, quan s¸t thÊy nh÷ng dao ®éng lín cña r tõ chu tr×nh kh¸c cã thÓ lμm gi¶m O3, trong ®ã c¸c ph¶n øng x¶y n¨m nμy tíi n¨m kh¸c. ThËt vËy, ®Çu nh÷ng n¨m s¸u m−¬i ra nhanh h¬n nhiÒu nÕu cã mÆt c¸c m©y trong líp b×nh l−u. hμm l−îng «z«n gi¶m, ng−êi ta cho r»ng ®iÒu ®ã liªn quan tíi sù Tuy nhiªn, c¬ chÕ quang hãa nit¬ liªn quan víi ho¹t ®é MÆt t¨ng nång ®é c¸c «xit nit¬ (cã t¸c ®éng ph¸ hñy «z«n) trong líp Trêi m©u thuÉn víi mét thùc tÕ lμ trong chu tr×nh thø 19, còng b×nh l−u do ¶nh h−ëng cña nh÷ng vô thö vò khÝ h¹t nh©n lan lμ mét chu tr×nh rÊt m¹nh (sè vÕt ®en lóc cùc ®¹i ®¹t tíi 180), trμn trong nh÷ng n¨m Êy (mét sè t¸c gi¶ kh¸c ®· liªn hÖ nh÷ng nh−ng ng−êi ta kh«ng hÒ quan s¸t thÊy mét sù gi¶m hμm l−îng dao ®éng nång ®é «z«n víi ho¹t ®é MÆt Trêi). «z«n ®¸ng kÓ. MÆc dï vÒ nh÷ng dao ®éng hμm l−îng «z«n tr−íc ®©y còng Gi¶ thuyÕt thø hai liªn hÖ sù thμnh t¹o lç thñng «z«n víi ®· ®−îc biÕt, song nã gi¶m ®ét ngét bªn trªn Nam Cùc lμ mét hoμn l−u chung khÝ quyÓn. NÕu nh− hoμn l−u lμm t¨ng dßng ®iÒu bÊt ngê. Thay v× cùc ®¹i th«ng th−êng quan s¸t thÊy vμo c¸c «xit nit¬ nguån gèc nh©n sinh (còng nh− c¸c «xit clo, mïa xu©n (th−êng lín h¬n 340 phÇn triÖu), b¾t ®Çu tõ n¨m br«m...) tõ c¸c vÜ ®é thÊp vμ trung b×nh ®i tíi c¸c vÜ ®é cao, th× 1979 vμo th¸ng m−êi mçi n¨m, cho ®Õn tËn 1986, ®· quan s¸t do ¶nh h−ëng cña c¸c ph¶n øng ®· nãi tíi ë trªn, hμm l−îng thÊy sù gi¶m m¹nh tæng hμm l−îng «z«n − lç thñng «z«n ®· «z«n sÏ gi¶m. h×nh thμnh. DiÖn tÝch lç thñng mçi n¨m mét lín h¬n, ®¹t tíi Sù vËn chuyÓn c¸c t¹p chÊt nh©n sinh ®−îc thùc hiÖn bëi mét sè triÖu kil«met vu«ng vμo c¸c n¨m 1984−1985. nh÷ng dßng kh«ng khÝ chuyÓn ®éng cã trËt tù (kiÓu c¸c nh©n B¾t ®Çu tõ n¨m 1982, ë t©m lç thñng b¾t ®Çu h×nh thμnh hoμn l−u) còng nh− trong qu¸ tr×nh di chuyÓn c¸c xo¸y synop mét vïng cùc ®¹i t−¬ng ®èi hμm l−îng «z«n (gÇn 250 phÇn (xo¸y thuËn vμ xo¸y nghÞch) gi÷a c¸c ®íi vÜ ®é. triÖu), xung quanh nã duy tr× mét vßng hμm l−îng «z«n thÊp. Tuy nhiªn, ta kh«ng hiÓu t¹i sao ë b¾c b¸n cÇu, n¬i c¸c hîp Mét sè gi¶ thuyÕt vÒ sù thμnh t¹o lç thñng «z«n ®· ®−îc chÊt cña clo, br«m vμ c¸c hîp chÊt kh¸c ph¸ hñy «z«n nhËp vμo ®−a ra. Gi¶ thuyÕt thø nhÊt liªn hÖ sù h×nh thμnh lç thñng víi líp b×nh l−u nhiÒu h¬n so víi ë nam b¸n cÇu mμ c¬ chÕ liªn chu tr×nh 11 n¨m cña ho¹t ®éng MÆt Trêi. C¸c n¨m 1975−1986 quan tíi vËn chuyÓn c¸c t¹p chÊt nh©n sinh l¹i kh«ng hÒ biÓu øng víi chu tr×nh thø 21 rÊt m¹nh cña ho¹t ®éng MÆt Trêi (t¹i lé, kh«ng trong mét mïa nμo c¶. cùc ®¹i ho¹t ®é, sè vÕt ®en trªn MÆt Trêi trong chu tr×nh nμy ®· VÊn ®Ò «z«n nãi chung vμ lç thñng «z«n nãi riªng cÇn ph¶i ®¹t tíi 170, trong khi ë ®iÒu kiÖn trung b×nh, sè ®ã chØ lμ 100− ®−îc nghiªn cøu tiÕp vÒ mÆt lý thuyÕt vμ thùc nghiÖm. 110). Do ¶nh h−ëng cña bøc x¹ MÆt Trêi, trong líp trung quyÓn vμ líp b×nh l−u th−îng, hμm l−îng c¸c «xit nit¬ t¨ng − vμo nh÷ng n¨m cùc ®¹i ho¹t ®é, t¨ng 50−60 % so víi ®iÒu kiÖn trung 83 84