Khí quyển Trái Đất chia thành nhiều tầng theo cách nhiệt độ thay đổi theo độ cao: tầng đối lưu sát mặt đất, tầng bình lưu, tầng giữa, tầng nhiệt và tầng ngoài; gần như toàn bộ thời tiết — mây, mưa, bão, dông — diễn ra trong tầng đối lưu, dày khoảng 16–18 km ở vùng nhiệt đới như Việt Nam và chỉ khoảng 8 km ở hai cực. Tầng này chứa khoảng ba phần tư khối lượng không khí và gần như toàn bộ hơi nước của khí quyển.
Bảng các tầng khí quyển
| Tầng | Độ cao (gần đúng) | Nhiệt độ theo độ cao | Đặc điểm |
|---|---|---|---|
| Tầng đối lưu | Mặt đất đến 8–18 km | Giảm dần | Thời tiết, mây, mưa, hơi nước |
| Tầng bình lưu | Đến khoảng 50 km | Tăng dần | Tầng ozone hấp thụ tia cực tím |
| Tầng giữa | Đến khoảng 80–85 km | Giảm, lạnh nhất khí quyển | Thiên thạch cháy sáng (sao băng) |
| Tầng nhiệt | Đến vài trăm km | Tăng rất cao | Cực quang, trạm vũ trụ quỹ đạo thấp |
| Tầng ngoài | Trên vài trăm km | — | Chuyển dần ra không gian |
Tầng đối lưu: nơi thời tiết sống
Chữ "đối lưu" nói lên tất cả: không khí trong tầng này liên tục chuyển động lên xuống. Mặt đất được Mặt Trời làm nóng, nung nóng lớp không khí sát đất, không khí nóng bốc lên, lạnh đi, ngưng tụ thành mây. Càng lên cao càng lạnh, trung bình giảm khoảng 6,5°C mỗi km. Ở đỉnh tầng đối lưu vùng nhiệt đới, nhiệt độ có thể xuống tới khoảng −70 đến −80°C.
Vì hơi nước tập trung gần mặt đất và chỉ có đối lưu mới mang nó lên cao, nên mây, mưa, bão chỉ tồn tại ở đây.
Vì sao tầng đối lưu dày ở xích đạo, mỏng ở cực
Vùng nhiệt đới nóng hơn, đối lưu mạnh hơn, không khí bốc lên cao hơn, đẩy ranh giới (gọi là đỉnh đối lưu) lên tới 16–18 km. Ở hai cực lạnh, đối lưu yếu, đỉnh chỉ khoảng 8 km. Độ dày cũng thay đổi theo mùa: mùa hè dày hơn mùa đông. Đó là lý do mây dông nhiệt đới có thể cao hơn hẳn mây dông vùng ôn đới.
Đỉnh đối lưu và "cái đe" của mây dông
Ranh giới giữa tầng đối lưu và tầng bình lưu rất ổn định, vì ở tầng bình lưu nhiệt độ lại tăng theo độ cao. Không khí từ dưới bốc lên gặp lớp này thì không lên được nữa. Đỉnh mây vũ tích bị chặn lại, toả ngang thành hình đe. Ở những cơn dông cực mạnh, luồng thăng có thể "đâm thủng" một chút lên tầng bình lưu, tạo đỉnh nhô vọt.
Tầng bình lưu và tầng ozone
Tầng bình lưu chứa phần lớn ozone của khí quyển. Ozone hấp thụ phần lớn tia cực tím có hại từ Mặt Trời, vừa bảo vệ sự sống, vừa làm tầng bình lưu nóng lên theo độ cao. Vào thập niên 1980, các nhà khoa học phát hiện "lỗ thủng ozone" trên Nam Cực do các hợp chất CFC (từng dùng trong tủ lạnh, bình xịt). Nghị định thư Montreal năm 1987 cấm dần các chất này; các đánh giá của WMO và UNEP cho thấy tầng ozone đang phục hồi dần, dự kiến trở lại mức của năm 1980 vào khoảng giữa thế kỷ này.
Không khí loãng dần theo độ cao
Áp suất khí quyển ở mực nước biển trung bình khoảng 1.013 hPa. Lên khoảng 5,5 km, áp suất chỉ còn khoảng một nửa. Trên đỉnh Fansipan (khoảng 3.143 m), áp suất còn khoảng 70% so với mực biển; trên đỉnh Everest (khoảng 8.849 m), chỉ còn khoảng một phần ba. Đó là lý do leo núi cao dễ mệt, nước sôi ở nhiệt độ thấp hơn 100°C, và ở độ cao lớn cần bình oxy.
Những dòng gió lớn ở tầng trên
Ở gần đỉnh tầng đối lưu có các dòng xiết — dải gió rất mạnh, có thể trên 200 km/h — chảy từ tây sang đông ở vĩ độ trung bình. Chúng điều khiển đường đi của các hệ thống thời tiết, đẩy không khí lạnh xuống phía nam, và ảnh hưởng gián tiếp tới thời tiết Việt Nam trong mùa đông. Ở vùng nhiệt đới, gió trên cao yếu hơn nhưng vẫn quan trọng với đường đi của bão.
Góc nhìn hôm nay: nhìn lên để hiểu các tầng
- Mây ti mỏng như lông vũ ở rất cao (8–12 km), gần đỉnh tầng đối lưu, cấu tạo bằng tinh thể băng.
- Đỉnh đe của mây dông buổi chiều là nơi tầng đối lưu "chạm trần".
- Sao băng đêm hè cháy ở tầng giữa, khoảng 80–100 km.
- Đọc thêm về tầng ozone và Nghị định thư Montreal để thấy khoa học khí quyển đã giúp con người sửa sai như thế nào.
Thành phần không khí
Không khí khô gần mặt đất gồm khoảng 78% nitơ, 21% oxy, gần 1% argon và một lượng nhỏ các khí khác, trong đó có CO₂ (khoảng 0,04%). Hơi nước thay đổi rất mạnh theo nơi và lúc, từ gần 0% ở vùng cực khô đến khoảng 4% ở vùng nhiệt đới ẩm. Dù chỉ chiếm phần rất nhỏ, hơi nước và CO₂ lại quan trọng bậc nhất với thời tiết và khí hậu: hơi nước tạo mây, mưa và mang nhiệt ẩn; cả hai đều là khí nhà kính giữ nhiệt cho Trái Đất.
Tỷ lệ nitơ, oxy gần như không đổi trong toàn bộ tầng đối lưu và bình lưu vì không khí được trộn đều. Ozone tập trung ở tầng bình lưu; gần mặt đất, ozone lại là chất ô nhiễm có hại cho hô hấp, hình thành nhiều trong những ngày nắng nóng ở đô thị.
Câu hỏi thường gặp
Khí quyển gồm những tầng nào?
Gồm tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng giữa, tầng nhiệt và tầng ngoài, chia theo cách nhiệt độ thay đổi theo độ cao.
Thời tiết diễn ra ở tầng nào?
Gần như toàn bộ thời tiết như mây, mưa, bão, dông diễn ra trong tầng đối lưu, tầng sát mặt đất chứa phần lớn không khí và hơi nước.
Tầng đối lưu dày bao nhiêu?
Khoảng 16–18 km ở vùng nhiệt đới và chỉ khoảng 8 km ở hai cực, thay đổi theo mùa.
Tầng ozone nằm ở đâu?
Phần lớn ozone nằm trong tầng bình lưu, khoảng 15–35 km. Nó hấp thụ phần lớn tia cực tím có hại từ Mặt Trời.
Vì sao càng lên cao càng lạnh?
Trong tầng đối lưu, không khí được làm nóng chủ yếu từ mặt đất; khi bốc lên cao, áp suất giảm, không khí giãn nở và lạnh đi, trung bình khoảng 6,5°C mỗi km.