Chuyển động của đại dương: Thang độ nồng độ - Sasha Wright

Xem chi tiết tại: http://ed.ted.com/lessons/the-motion-of-the-ocean-the-concentration-gradient-sasha-wright

Sự chuyển động liên tục của đại dương là đại diện cho một hệ thống phức tạp và khổng lồ chịu ảnh hưởng của nhiều tác nhân khác nhau. Sasha Wright đã dùng vật lý để giải thích một trong những nguyên nhân đó -- thang độ mật độ -- và minh họa cách những đại dương liên tục đấu tranh giành không gian.

Thuyết minh: Sasha Wright, minh họa: Andrew Foerster.

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.