Một đám mây thì nặng như thế nào?

Mây trông có vẻ nhẹ như bông, nhưng trung bình một đám mây thường nặng trên 450 tấn.

Đã bao giờ bạn tự hỏi một đám mây có khối lượng là bao nhiêu không? Rõ ràng là câu trả lời phụ thuộc vào kích thước và loại mây. Khối lượng trung bình của một đám mây tích (cumulus) là khoảng 500 tấn. Vì thế, trong khi mây nhìn thì có vẻ như rất nhẹ nhưng thực tế hoàn toàn không phải vậy. Sau đây là cách tính khối lượng của một đám mây và lời giải thích tại sao chúng lại không rơi xuống nếu chúng thật sự nặng như vậy.

Cách tính khối lượng của một đám mây

Bạn không thể đặt một đám mây lên bàn cân và cân nó. Khối lượng của đám mây được tính từ thể tích và khối lượng riêng của nó. Thể tích là kích thước ba chiều của đám mây. Khối lượng riêng là khối lượng trên một đơn vị thể tích. Để tìm được khối lượng của một đám mây, cần sử dụng hai công thức sau:

Khối lượng riêng = Khối lượng/Thể tích

Khối lượng = Khối lượng riêng x Thể tích

Các loại mây khác nhau thì có khối lượng riêng khác nhau. Những đám mây vũ tích (cumulonimbus) mang theo mưa thường có khối lượng riêng lớn hơn những đám mây ti (cirrus). Một đám mây tích sẽ là một điểm khởi đầu tốt để tính khối lượng riêng bởi vì loại mây này có kích thước và hình dạng khá đều đặn. Các nhà khoa học đã đo được khối lượng riêng trung bình của một đám mây tích là khoảng 0,5 g/m3. Các nhà khí tượng học sử dụng phép đo tốc độ Doppler bằng tia laze để có được giá trị này.

Cách đo kích thước của một đám mây là lái xe với một vận tốc cố định trên bóng của đám mây khi mặt trời chiếu thẳng trên đầu. Nếu bạn biết được vận tốc và khoảng thời gian để đi hết bóng của đám mây thì sẽ tính được chiều dài của bóng – tương đương với chiều dài của đám mây vào buổi trưa – theo công thức sau:

Khoảng cách = Tốc độ x Thời gian

Bằng phương pháp này, người ta đo được một đám mây tích (cumulus) điển hình có chiều dài khoảng 1km (hay 1.000m). Trong khi các loại mây khác không phải là những khối lập phương hoàn hảo, thì chiều rộng và chiều cao của một đám mây tích khá tương đương với chiều dài của nó, do đó thể tích sẽ là:

Thể tích = Chiều dài x Chiều rộng x Chiều cao

Thể tích = 1.000m x 1.000m x 1.000m = 1.000.000.000 m3

Những đám mây thật khổng lồ! Tiếp theo, đưa các giá trị khối lượng riêng và thể tích vào công thức để tính được khối lượng của một đám mây:

Khối lượng = Khối lượng riêng x Thể tích

Khối lượng = 0,5 g/m3 x 1.000.000.000 m3 = 500.000.000 g = 500.000 kg

Chuyển đơn vị sang tấn thì khối lượng của một đám mây là 500 tấn.

Các đám mây ti (cirrus) thì có thể tích và khối lượng riêng nhỏ hơn, vì thế chúng cũng nhẹ hơn các đám mây tích. Các đám mây vũ tích (cumulonimbus) thì có thể tích và khối lượng riêng lớn hơn nhiều so với các đám mây tích (cumulus), vì thế khối lượng của chúng cũng nặng hơn nhiều. Một đám mây vũ tích có thể nặng tới 1 triệu tấn.

Tổng quan về các loại mây phổ biến theo độ cao

Đám mây tích đặc trưng bởi màu trắng, và nhìn như bông (nằm ở độ cao dưới 2 km)

Các đám mây ti (nằm ở độ cao từ 5 – 13km), ảnh chụp ở El Calafate, Argentina

Mây vũ tích cũng trắng và nhìn như bông, nhưng kích thước lớn hơn nhiều so với mây tích, nằm ở độ cao từ 1 – 8 km

Thứ gì có thể nặng bằng một đám mây?

Thật khó để tưởng tượng 500 tấn nặng đến mức nào. Để dễ hình dung thì khối lượng của một đám mây sẽ tương đương với:

3 con cá voi xanh (mỗi con nặng khoảng 170 tấn)

100 con voi

40 chiếc xe buýt

Một chiếc máy bay chở khách A380 (nặng khoảng 499 tấn)

Một đầu máy hơi nước Big Boy của Union Pacific (nặng khoảng 544 tấn)

Máy biến áp điện (khoảng 580,6 tấn)

Tại sao những đám mây lại không rơi xuống?

Nếu những đám mây nặng đến như vậy thì tại sao chúng lại không rơi xuống mà vẫn lơ lửng trên bầu trời? Câu trả lời là chúng sẽ rơi xuống nếu không có gì nằm giữa chúng và mặt đất. Thế nhưng, những đám mây lại nằm trên một lớp không khí đủ dày để nâng đỡ được chúng. Bạn có thể nghĩ về những đám mây như những con tàu đang đi trên một biển không khí.

Lý do khối lượng riêng của không khí lớn hơn của các đám mây là vì không khí và mây không có cùng nhiệt độ. Và các đám mây còn luôn vận động. Sự bay hơi và ngưng tụ của nước xảy ra bên trong đám mây. Những thay đổi trạng thái vật chất đó hấp thụ và giải phóng năng lượng, làm thay đổi nhiệt độ bên trong đám mây.

Đôi khi, không khí xung quanh một đám mây đủ nóng để hút hết nước của nó. Đám mây trở thành hơi nước phân tán trong không khí và thu nhỏ lại hoặc biến mất. Có những khi thì đám mây lại quá nặng để duy trì sự ổn định, độ cao của chúng sẽ bị giảm xuống hoặc giải phóng hơi nước dưới dạng mưa hoặc tuyết.

Ngọc Anh