Giông bão xảy ra thường xuyên hơn do ô nhiễm không khí?

Các quan sát bầu khí quyển của Trái đất cho thấy, giông bão mạnh và thường xuyên hơn khi có nồng độ sol khí (aerosol) cao. Ví dụ, các tia chớp đánh thường xuyên hơn dọc theo các tuyến đường vận chuyển, nơi các tàu vận tải phát ra các hạt bụi vào không khí, so với vùng đại dương xung quanh. Và những trận giông bão dữ dội nhất ở vùng nhiệt đới tập trung trên đất liền, nơi các sol khí tăng cao bởi các hoạt động của con người.

Dù quan sát thấy mối liên hệ giữa sol khí và giông bão trong nhiều thập kỷ, nhưng các nhà khoa học vẫn chưa hiểu rõ lý do đằng sau mối liên hệ này.

Giờ đây, các nhà khoa học ở MIT giải thích hiện tượng này nhờ sử dụng mô phỏng về động lực học của đám mây.

Tim Cronin, giáo sư khoa học khí quyển tại MIT, và đồng nghiệp Tristan Abbott, học viên thạc sĩ tại Khoa Trái đất, Khí quyển và Hành tinh của MIT, là các tác giả của nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science.

Sol khí là bất kỳ tập hợp các hạt mịn nào lơ lửng trong không kh, được tạo ra từ các hoạt động của con người như nhà máy, ô tô xả khói hay từ các hiện tượng tự nhiên như núi lửa phun trào, cháy rừng, bão bụi...

Trong khí quyển, sol khí có thể hoạt động như "hạt giống" để hình thành mây. Các hạt lơ lửng đóng vai trò như một mạng lưới trong không khí mà trên đó hơi nước có thể ngưng tụ để tạo thành các giọt kết dính với nhau - một đám mây. Các giọt trong đám mây có thể va chạm và hợp nhất để tạo thành những giọt lớn hơn và cuối cùng đủ lớn để rơi xuống dưới dạng mưa. Khi sol khí dày đặc, các giọt trong đám mây cũng nhỏ hơn, khó va chạm và hợp nhất hơn, và khó tạo thành mưa.

Nhưng làm thế nào những sol khí dày đặc này tăng cường giông bão vẫn là một câu hỏi mở.

Cronin và Abbott đã sử dụng một mô hình mô phỏng động lực học của các đám mây trong một thể tích đại diện cho bầu khí quyển của Trái đất. Môi trường mô phỏng được chia thành các ô nhỏ và họ có thể quan sát các thông số như độ ẩm thay đổi như thế nào trong các ô riêng lẻ khi họ điều chỉnh lượng sol khí trong mô hình.

Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu các tài liệu về động lực học của đám mây và tìm thấy các công trình trước đây chỉ ra mối quan hệ giữa nhiệt độ của đám mây và độ ẩm của không khí xung quanh. Những nghiên cứu này chỉ ra rằng khi các đám mây dịch chuyển lên cao, chúng sẽ hòa vào với không khí xung quanh, làm bay hơi một phần độ ẩm và kết quả là làm mát các đám mây.

Nếu không khí xung quanh khô, có thể hấp thụ nhiều độ ẩm của đám mây hơn, thì sẽ làm giảm nhiệt độ bên trong đám mây. Đám mây khi đó, chứa đầy không khí lạnh, sẽ bay lên chậm hơn trong khí quyển và không tạo thành bão.

Mặt khác, nếu không khí xung quanh tương đối ẩm, đám mây sẽ ấm hơn và bay lên nhanh hơn, tạo ra một luồng gió có thể tạo thành giông bão.

Cronin và Abbott tự hỏi liệu một cơ chế tương tự có đứng đằng sau tác động của các sol khí đối với giông bão hay không.

Giả thuyết của họ là nếu một đám mây chứa nhiều hạt sol khí, các hạt nước trong đám mây sẽ nhỏ, khó mưa, và đám mây sẽ làm bốc hơi nhiều nước hơn ra môi trường, dẫn đến tăng độ ẩm của không khí xung quanh, tạo môi trường thuận lợi để hình thành các cơn giông. Chuỗi sự kiện này có thể giải thích mối liên hệ giữa sol khí và giông bão.

Họ thử nghiệm giả thuyết bằng cách tăng nồng độ sol khí trong mô hình và ghi nhận nhiệt độ và độ ẩm của từng ô lưới trong và xung quanh các đám mây. Nồng độ sol khí mà họ thiết lập dao động từ các điều kiện ít sol khí (tương tự như các vùng xa xôi trên đại dương), đến các môi trường có nhiều sol khí (như không khí ô nhiễm gần các khu vực đô thị).

Quả thực những đám mây với nồng độ sol khí cao ít có khả năng gây mưa hơn so với những đám mây có nồng độ sol khí thấp. Thay vào đó, mô hình cho thấy, những đám mây có sol khí dày đặc sẽ bốc hơi nước ra môi trường, làm ẩm không khí xung quanh. Không khí ẩm dễ dàng bốc lên nhanh chóng qua bầu khí quyển thành những luồng gió mạnh tạo thành bão.

Cơ chế "thoát ẩm" này, trong đó các đám mây chứa nhiều sol khí trộn lẫn và thay đổi độ ẩm của không khí xung quanh, dường như là lời giải thích hợp lý nhất cho cách các sol khí thúc đẩy sự hình thành giông bão, đặc biệt là ở các vùng nhiệt đới, nơi không khí nói chung đã tương đối ẩm ướt.

"Cơ chế này đưa ra lí do để dự đoán rằng những cơn giông mạnh hơn ở sẽ xảy ra ở những nơi có nhiều sol khí," Abbott nói. Có thể kết hợp cơ chế này vào các mô hình thời tiết và khí hậu để giúp dự đoán hoạt động giông bão của một khu vực, nếu mức độ sol khí thay đổi. Ngoài ra, phát hiện mới cho thấy, "bằng cách làm sạch ô nhiễm, các nơi có thể hứng chịu ít bão hơn," Cronin cho biết.