Nếu từng lênh đênh trên đại dương
hẳn bạn sẽ biết rằng biển không ngừng chuyển động.
Thu nhỏ lại, bạn sẽ thấy một bức tranh lớn hơn:
71% trái đất của chúng ta được bao phủ bởi nước,
nước chuyển động theo một dòng hải lưu lớn quanh hành tinh.
Sự chuyển động toàn cầu đáng kinh ngạc này
do nhiều nguyên nhân phức tạp tạo nên,
nhưng đằng sau tất cả chỉ là một cơ chế bơm đơn giản
giúp dịch chuyển nước trên toàn bộ trái đất.
Quá trình này được gọi là sự di chuyển nhiệt năng,
hoạt động theo một khái niệm cơ bản:
thang độ nồng độ.
Hãy tạm rời đại dương một lát
và tưởng tượng chúng ta đang ở trong một căn phòng trống
với rất nhiều máy hút bụi tự động xếp chật như nêm
ở một góc phòng.
Khởi động tất cả cùng một lúc
và những chiếc máy chạy ra phía ngoài
đâm vào nhau rồi lại tách ra
cho tới khi chúng phân tán đồng đều trong cả căn phòng.
Những chiếc máy di chuyển một cách ngẫu nhiên
cho tới khi đạt tới trạng thái cân bằng,
khi mà mật độ phân tử của một chất
được phân tán đồng đều.
Đó là những gì xảy ra xung quanh thang độ nồng độ,
khi các chất chuyển dịch một cách bị động
từ nồng độ cao, chen chúc nhau,
sang nồng độ thấp, thưa thớt hơn.
Vậy việc này liên quan như thế nào tới các dòng hải lưu và sự di chuyển nhiệt năng?
Thermo nghĩa là nhiệt độ,
và haline nghĩa là muối
bởi vì trong thế giới thực của biển khơi,
nhiệt độ và độ mặn của nước điều khiển sự chuyển dịch
từ nồng độ cao xuống nồng độ thấp.
Hãy trở lại với đại dương
để xem chuyện này xảy ra như thế nào.
Bùm!
Bạn biến thành một phân tử nước nằm ở lớp nước mặt của đại dương
cách xa khỏi bờ biển New York nóng bức
và được bao quanh bởi hàng tỉ phân tử nước ầm ĩ
Tại đó, tia nắng mặt trời như máy kích hoạt
khiến bạn và các phân tử nước khác
chen lấn, va đập vào nhau
giống như những chiếc máy hút bụi.
Bạn càng tản ra xa,
thì mật độ các phân tử nước trên bề mặt
càng thưa dần.
Qua sự chuyển động thụ động này
bạn sẽ di chuyển từ nơi có nồng độ cao tới nơi có nồng độ thấp.
Hãy tạm dừng nói về những định luật vật lý,
và giả vờ rằng phân tử nước là bạn
có thể chìm sâu xuống vùng nước phía dưới.
Tại độ sâu này, nhiệt độ cũng thấp hơn
sự thiếu ánh nắng mặt trời
khiến cho các phân tử nước di chuyển chậm lại,
hay có nghĩa là chúng ở nguyên vị trí với nồng độ cao.
Chẳng có sự chen lấn nào hết.
Nhưng để tìm kiếm sự giải thoát
khỏi điều kiện tù túng đó,
chúng sẽ nhanh chóng di chuyển lên trên
tới không gian thưa thớt hơn ở lớp bề mặt.
Đó là cách nhiệt độ
điều khiển sự di chuyển của các phân tử nước
từ nơi có mật độ cao tới nơi có mật độ thấp,
để hướng tới sự cân bằng.
Nhưng nước biển đâu chỉ cấu thành bởi các phân tử nước.
Mà còn có cả một lượng lớn các ion muối.
Giống như bạn, những gã này cũng có khát vọng
sở hữu những khu bất động sản rộng lớn.
Khi mặt trời đun nóng biển,
mội vài phân tử nước-đồng loại của bạn
sẽ bốc hơi từ lớp bề mặt,
làm tăng độ mặn của nước.
Đám ion muối ở lại
phát hiện ra rằng càng xuống dưới,
chúng càng có nhiều không gian hơn.
Thế là một cuộc xâm chiếm bắt đầu,
khi chúng di chuyển xuống vùng nước phía dưới.
Tại các vùng cực,
chúng ta có thể nhận thấy ảnh hưởng của những quá trình nhỏ bé này
tới sự chuyển động toàn cầu
Tại Bắc cực và Nam cực,
nơi những phiến đá bao phủ bề mặt nước,
có ít sự khác biệt về nhiệt độ
giữa vùng nước mặt và vùng nước sâu.
Tất cả đều rất lạnh.
Nhưng độ mặn lại khác nhau,
và trong khung cảnh đó,
độ mặn lại chính là nguyên nhân dẫn tới sự di chuyển của các phân tử.
Tia nắng mặt trời sẽ làm tan chảy lớp băng bề mặt ,
tạo ra một lượng mới các phân tử nước
đổ ra biển.
Chuyện này không chỉ giảm khoảng cách
giữa bạn và những phân tử nước khác,
khiến bạn một lần nữa phải tranh giành không gian,
mà còn làm loãng
nồng độ ion muối.
Vì vậy, càng xuống dưới,
thì thang độ nồng độ
sẽ ở điều kiện thấp hơn.
Tuy nhiên, đối với các ion muối,
nồng độ thấp nơi nước mặt,
hoạt động như một biển quảng cáo
cho đám đông phân tử muối bên dưới đang kêu gào
bắt đầu chấp nhập sự đông đúc.
Dù ở vùng nhiệt đới hay vùng cực,
thì sự chuyển động thụ động này cùng với thang độ nồng độ
có thể khiến dòng hải lưu hoạt động.
Và đó là điểm bắt đầu
cho băng tải nước toàn cầu
được gọi là sự di chuyển nhiệt năng.
Đây là cách một khái niệm đơn giản
trở thành cơ chế phía sau
một trong những hệ thống
lớn nhất và quan trọng nhất trên hành tinh của chúng ta.
Nếu bạn nhìn xung quanh,
bạn sẽ thấy nó xảy ra ở khắp mọi nơi.
Bật một chiếc đèn, bạn sẽ thấy.
Thang độ nồng độ điều khiển
dòng điện,
cho phép các electron chen chúc nhau trong cùng một không gian
để di chuyển tới nơi có nồng độ thấp hơn
khi đường truyền mở,
đó là khi bạn bật công tắc.
Ngay lúc này, có vài hoạt động liên quan tới thang độ đang diễn ra
ngay trong cơ thể bạn khi bạn hít khí vào phổi
để lấy ôxi trong không khí
rồi di chuyển một cách thụ động ra khỏi buồng phổi
và đi vào máu bạn.
Chúng ta biết rằng
thế giới này chứa đầy những vấn đề thể chất phức tạp,
nhưng đôi khi bước đầu tiên
để hiểu được chúng lại rất đơn giản.
Vậy nên khi bạn đương đầu với vấn đề hóc búa
như dòng hải lưu biển cả,
hay cách hoạt động của dòng điện,
hãy nhớ đừng hoảng loạn.
Việc tìm hiểu có thể chỉ giản đơn như bật một cái công tắc.