Ch01

Ch¬ng 1

hµnh tr×nh kh¸m ph¸ kiÕn thøc

Vai trß cña ®¹i d¬ng ®èi víi thêi tiÕt vµ khÝ hËu thêng ®îc th¶o luËn trªn c¸c môc tin tøc. Kh«ng ai lµ kh«ng nãi vÒ El Nino vµ sù biÕn ®éng cña khÝ hËu, mïa b·o nhiÖt ®íi t¹i §¹i t©y d¬ng vµ níc d©ng do b·o. Nh vËy, vai trß chÝnh x¸c cña ®¹i d¬ng lµ g×? Vµ t¹i sao chóng ta ph¶i quan t©m ®Õn? 1.1 T¹i sao ph¶i nghiªn cøu VËt lý biÓn C©u tr¶ lêi tuú thuéc vµo nhÖng lîi Ých mµ chóng ta thu ®îc khi sö dông ®¹i d¬ng. Ba chñ ®Ò lín quan träng lµ: 1. §¹i d¬ng lµ nguån thøc ®n, do ®ã chóng ta cã thÓ quan t©m ®Õn c¸c qu¸ tr×nh ¶nh hëng biÓn gièng nh nhµ n«ng quan t©m ®Õn thêi tiÕt vµ khÝ hËu. §¹i d¬ng kh«ng chØ cã thêi tiÕt nh sù biÕn ®éng cña nhiÖt ®é vµ dßng ch¶y mµ thêi tiÕt cßn lµm giµu thªm cho biÓn. Thêi tiÕt trong khÝ quyÓn hiÕm khi lµm giµu cho c¸c ®ång ruéng ngo¹i trõ mét lîng nhá nitrogen ®îc h×nh thµnh khi cã chíp. 2. Con ngêi sö dông c¸c ®¹i d¬ng, chóng ta x©y dùng c¸c c«ng tr×nh trªn bê biÓn hoÆc ë ngoµi kh¬i; chóng ta sö dông biÓn ®Ó giao th«ng vµ vËn chuyÓn; chóng ta khai th¸c dÇu vµ khÝ díi ®¹i d¬ng vµ chóng ta sö dông biÓn ®Ó nghØ ng¬i, b¬i, ch¬i thuyÒn buåm, c©u c¸, nh¶y sãng vµ lÆn. Do ®ã chóng ta quan t©m ®Õn c¸c qu¸ tr×nh ¶nh hëng ®Õn c¸c ho¹t ®éng, ®Æc biÖt lµ sãng, giã, dßng ch¶y vµ nhiÖt ®é. 3. C¸c ®¹i d¬ng ¶nh hëng tíi thêi tiÕt vµ khÝ hËu cña khÝ quyÓn. C¸c ®¹i d¬ng ¶nh hëng lªn ph©n bè cña ma, h¹n h¸n, lò lôt, khÝ hËu vïng vµ sù ph¸t triÓn cña c¸c giã lín vµ b·o nhiÖt ®íi. Do ®ã, chóng ta quan t©m ®Õn sù t¬ng t¸c giÖa

-3-

khÝ quyÓn vµ biÓn, ®Æc biÖt lµ th«ng lîng nhiÖt vµ níc qua bÒ mÆt, sù vËn chuyÓn nhiÖt trong ®¹i d¬ng vµ ¶nh hëng cña ®¹i d¬ng ®èi víi thêi tiÕt vµ c¸c chÕ ®é khÝ hËu. C¸c chñ ®Ò nµy ¶nh hëng tíi sù lùa chän c¸c néi dung nghiªn cøu. C¸c néi dung nµy sÏ qui ®Þnh chóng ta sÏ ®o ®¹c nhÖng yÕu tè nµo, ®o ®¹c nh thÕ nµo vµ khu vùc ®Þa lý nµo cÇn quan t©m. Mét sè qu¸ tr×nh cã tÝnh ®Þa ph¬ng, nh hiÖn tîng sãng ®æ trªn b·i biÓn, mét sè hiÖn tîng cã tÝnh khu vùc nh sù ¶nh hëng cña B¾c §¹i T©y D¬ng lªn thêi tiÕt cña Alaska vµ mét sè qu¸ tr×nh mang tÝnh toµn cÇu nh ¶nh hëng cña ®¹i d¬ng lªn sù biÕn ®éng khÝ hËu vµ hiÖn tîng nãng lªn toµn cÇu. NÕu nhÖng g× trªn ®©y lµ thùc sù quan träng ®Ó chóng ta nghiªn cøu ®¹i d¬ng, chóng ta sÏ thc hiÖn mét chuyÕn tæng quan nh»m môc tiªu díi ®©y. 1.2 môc tiªu ë møc ®é c¬ b¶n nhÊt, t«i hi väng c¸c b¹n, nhÖng sinh viªn ®äc cuèn s¸ch nµy, sÏ nhËn thøc ®îc mét sè s¬ ®å quan niÖm chÝnh (hay lý thuyÕt) t¹o ra nÒn t¶ng cña vËt lý h¶i d¬ng, chóng ®îc ®¹t tíi nh thÕ nµo, t¹i sao chóng ®îc chÊp nhËn réng r·i, vµ vai trß cña thùc nghiÖm trong h¶i d¬ng häc (Shamos, 1995). §Æc biÖt h¬n, t«i mong muèn c¸c b¹n sÏ cã kh¶ n®ng m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh vËt lý ¶nh hëng tíi c¸c ®¹i d¬ng vµ c¸c vïng ven bê: t¬ng t¸c cña ®¹i d¬ng víi khÝ quyÓn, ph©n bè cña giã, dßng ch¶y, c¸c th«ng lîng nhiÖt vµ c¸c khèi níc trªn ®¹i d¬ng. Cuèn s¸ch nµy nhÊn m¹nh vÒ ý tëng h¬n lµ c¸c kü thuËt tÝnh to¸n. Chóng t«i sÏ cè g¾ng ®Ó tr¶ lêi c¸c c©u hái nh: 1. C¬ së c¸c kiÕn thøc cña chóng ta vÒ vËt lý biÓn lµ g×? a. NhÖng tÝnh chÊt vËt lý cña níc biÓn lµ g×? b. NhÖng qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng lùc vµ ®éng lùc quan träng nµo ¶nh hëng tãi ®¹i d¬ng? c. HÖ ph¬ng tr×nh nµo m« t¶ ®îc c¸c qu¸ tr×nh ®ã vµ chóng ®îc gi¶i nh thÕ nµo?

-4-

d. NhÖng gi¶ thiÕt xÊp xØ nµo ®îc sö dông khi rót ra c¸c ph¬ng tr×nh ®ã? e. C¸c ph¬ng tr×nh ®ã cã c¸c nghiÖm hÖu Ých kh«ng? f.

C¸c nghiÖm m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh tèt ®Õn møc nµo? C¬ së thùc nghiÖm cña c¸c lý thuyÕt lµ g×?

g. C¸c qu¸ tr×nh nµo ®· ®îc hiÓu biÕt tèt, qu¸ tr×nh nµo cha? 2. C¸c nguån th«ng tin vÒ c¸c biÕn vËt lý lµ g×? a. C¸c thiÕt bÞ nµo ®îc dïng ®Ó ®o ®¹c c¸c biÕn? b. §é chÝnh x¸c vµ h¹n chÕ cña chóng? c. Chóng ta ®· cã nhÖng sè liÖu lÞch sö nµo? d. ThiÕt bÞ nµo ®îc sö dông? VÖ tinh, tµu, phao tr«i hay tr¹m phao? 3. C¸c qu¸ tr×nh nµo lµ quan träng? Mét sè c¸c qu¸ tr×nh quan träng chóng ta sÏ nghiªn cøu lµ: a. TrÖ lîng vµ vËn chuyÓn nhiÖt trong ®¹i d¬ng. b. Trao ®æi nhiÖt víi khÝ quyÓn vµ vai trß cña ®¹i d¬ng ®èi víi khÝ hËu. c. Giã vµ t¸c ®éng nhiÖt cña líp x¸o trén bÒ mÆt. d. Hoµn lu do giã bao gåm hoµn lu Ekman. Qu¸ tr×nh t¹o dßng th¼ng ®øng Ekman cña hoµn lu níc s©u vµ níc tråi. e. §éng lùc häc cña dßng ch¶y ®¹i d¬ng, bao gåm dßng ch¶y ®Þa chuyÓn vµ vai trß cña tÝnh xo¸y. f.

Sù h×nh thµnh cña c¸c kiÓu khèi níc.

g. Hoµn lu nhiÖt muèi trong ®¹i d¬ng h. §éng lùc häc vïng xÝch ®¹o vµ El Nino i.

C¸c hoµn lu ®· quan s¸t ®îc trªn c¸c ®¹i d¬ng vµ trong vÞnh Mehic«

j.

C¸c m« h×nh sè trÞ vÒ hoµn lu

-5-

k. Sãng trong ®¹i d¬ng bao gåm sãng bÒ mÆt, dao ®éng qu¸n tÝnh, thñy triÒu vµ sãng thÇn. l.

Sãng níc n«ng, c¸c qu¸ tr×nh vïng ven bê vµ dù b¸o thñy triÒu.

4. C¸c dßng ch¶y quan träng vµ khèi níc chÝnh trong ®¹i d¬ng, ®iÒu g× quyÕt ®Þnh sù ph©n bè cña chóng vµ ®¹i d¬ng t¬ng t¸c víi khÝ quyÓn nh thÕ nµo? 1.3 c¸ch tæ chøc nghiªn cøu Tríc khi b¾t ®Çu mét chuyÕn ®i, chóng ta thêng t×m hiÓu vÒ nhÖng n¬i sÏ ®Õn. Ta xem xÐt c¸c b¶n ®å vµ xem nhÖng tµi liÖu híng dÉn du lÞch. Trong cuèn s¸ch nµy tµi liÖu chØ dÉn cña chóng ta sÏ lµ c¸c bµi b¸o, s¸ch cña c¸c nhµ h¶i d¬ng häc. Chóng ta b¾t ®Çu víi tæng quan tãm t¾t vÒ nhÖng g× ®· biÕt vÒ ®¹i d¬ng. VËy tríc hÕt ta ph¶i biÕt vÒ m« t¶ c¸c ®¹i d¬ng, v× h×nh d¹ng cña c¸c ®¹i d¬ng cã ¶nh hëng tíi c¸c qu¸ tr×nh vËt lý trong níc. TiÕp theo, chóng ta sÏ xem xÐt c¸c ngo¹i lùc, giã vµ nhiÖt, t¸c ®éng lªn ®¹i d¬ng vµ ph¶n øng cña ®¹i d¬ng ®èi víi nhÖng ngo¹i lùc ®ã. §Õn ch¬ng 7, chóng ta sÏ ph¶i hiÓu c¸c ph¬ng tr×nh m« t¶ ph¶n øng ®éng lùc cña c¸c ®¹i d¬ng. Do ®ã, chóng ta xÐt c¸c ph¬ng tr×nh chuyÓn ®éng, ¶nh hëng cña sù quay cña tr¸i ®Êt vµ ®é nhít ®Ó dÉn ®Õn viÖc nghiªn cøu dßng ch¶y do giã trong ®¹i d¬ng, xÊp xØ ®Þa chuyÓn vµ vai trß quan träng cña sù b¶o toµn ®é xo¸y. Cuèi cïng, ta xem xÐt mét sè thÝ dô c¸ biÖt: hoµn lu níc s©u, vïng xÝch ®¹o vµ El Nino, hoµn lu t¹i mét sè vïng ®Æc biÖt trªn ®¹i d¬ng. TiÕp theo ta sÏ xem xÐt vai trß cña m« h×nh sè trÞ dïng ®Ó m« t¶ ®¹i d¬ng. Cuèi cïng chóng ta nghiªn cøu c¸c qu¸ tr×nh ë vïng ven bê, sãng, thñy triÒu, dù b¸o sãng vµ thñy triÒu, sãng thÇn vµ níc d©ng do b·o. 1.4 Bøc tranh toµn c¶nh Trong khi nghiªn cøu biÓn, t«i hi väng c¸c b¹n sÏ nhËn thÊy r»ng chóng ta sö dông lý thuyÕt, c¸c quan tr¾c vµ m« h×nh sè trÞ ®Ó m« t¶ ®éng lùc häc ®¹i d¬ng, nhng tÊt c¶ c¸c ®iÒu ®ã vÉn cha ®ñ, bëi v×: -6-

1. C¸c qu¸ tr×nh trong ®¹i d¬ng mang tÝnh phi tuyÕn vµ rèi, mµ lý thuyÕt vÒ dßng ch¶y rèi phi tuyÕn trong c¸c thñy vùc phøc t¹p vÉn cha ®¹t møc ph¸t triÓn tèt. C¸c lý thuyÕt sö dông ®Ó m« t¶ ®¹i d¬ng phÇn lím míi chØ lµ c¸c xÊp xØ ho¸ gi¶n ®¬n so víi thùc tÕ. 2. C¸c sè liÖu quan tr¾c rÊt rêi r¹c vÒ kh«ng gian vµ thêi gian. Chóng chØ cho mét m« t¶ th« vÒ dßng ch¶y trung b×nh theo thêi gian. Ngoµi ra, rÊt nhiÒu qu¸ tr×nh ë rÊt nhiÒu khu vùc vÉn cßn cha ®îc quan tr¾c. 3. C¸c m« h×nh sè trÞ chøa ®ùng c¸c ý tëng lý thuyÕt s¸t víi thùc tÕ h¬n nhiÒu, chóng cã thÓ gióp néi suy c¸c sè liÖu quan tr¾c trong thêi gian vµ kh«ng gian, chóng ®îc dïng ®Ó dù b¸o biÕn ®éng cña khÝ hËu, dßng ch¶y vµ sãng. Tuy nhiªn, c¸c ph¬ng tr×nh sè lµ xÊp xØ cña c¸c ph¬ng tr×nh gi¶i tÝch liªn tôc m« t¶ chuyÓn ®éng cña chÊt láng, chóng kh«ng chøa c¸c th«ng tin vÒ dßng ch¶y ë kho¶ng giÖa c¸c ®iÓm líi vµ do ®ã chóng vÉn kh«ng thÓ sö dông ®Ó m« t¶ ®Çy ®ñ dßng ch¶y rèi mµ ta thÊy trong ®¹i d¬ng.

H×nh 1.1 Sè liÖu, m« h×nh sè trÞ vµ lý thuyÕt ®Òu cÇn thiÕt ®Ó nhËn thøc ®¹i d¬ng. Cuèi cïng sù hiÓu biÕt vÒ hÖ thèng ®¹i d¬ng – khÝ quyÓn - ®Êt sÏ dÉn tíi c¸c dù b¸o vÒ c¸c tr¹ng th¸i t¬ng lai cña hÖ thèng nµy.

KÕt hîp lý thuyÕt vµ c¸c sè liÖu quan tr¾c trong c¸c m« h×nh sè trÞ chóng ta tr¸nh ®îc mét sè nhîc ®iÓm cña mçi ph¬ng ph¸p tiÕp cËn khi chóng ®îc sö dông riªng rÏ. (h×nh 1.1). NhÖng c¶i tiÕn liªn tôc cña ph¬ng ph¸p tiÕp cËn phèi hîp sÏ lµm cho m« t¶ ®¹i d¬ng ngµy cµng chÝnh x¸c h¬n. Môc tiªu cuèi cïng lµ hiÓu biÕt thËt tèt vÒ ®¹i d¬ng ®Ó cã thÓ dù b¸o nhÖng biÕn ®éng t¬ng lai trong m«i trêng, bao gåm sù biÕn ®éng cña khÝ hËu hoÆc ph¶n øng cña nghÒ c¸ víi sù ®¸nh b¾t qu¸ møc.

-7-

Sù kÕt hîp giÖa lý thuyÕt, quan tr¾c vµ c¸c m« h×nh sè trÞ lµ t¬ng ®èi míi. Bèn thËp kû ph¸t triÓn vît tréi vÒ c«ng suÊt tÝnh to¸n ®· lµm cho c¸c m¸y tÝnh v®n phßng cã ®ñ kh¶ n®ng m« pháng c¸c qu¸ tr×nh vËt lý quan träng vµ ®éng lùc ®¹i d¬ng. Sù kÕt hîp nµy cßn më ra mét híng míi trong nghiªn cøu h¶i d¬ng. Trong qu¸ khø, mét nhµ h¶i d¬ng häc sÏ ®Ò ra mét lý thuyÕt, thu thËp sè liÖu ®Ó kiÓm tra lý thuyÕt nµy vµ c«ng bè c¸c kÕt qu¶. §Õn nay, c¸c c«ng viÖc ®· trë nªn chuyªn biÖt ho¸ ®Õn møc Ýt ngêi cã thÓ lµm tÊt c¶ nh vËy. Mét sè ngêi xuÊt s¾c vÒ lý thuyÕt, thu thËp sè liÖu vµ sè kh¸c vÒ m« pháng sè. Trªn thùc tÕ, c¸c c«ng viÖc ngµy cµng nhiÒu ®îc thùc hiÖn bëi nhÖng nhãm nhµ nghiªn cøu vµ kü s. 1.5 C¸c tµi liÖu ®äc thªm NÕu b¹n cßn biÕt Ýt vÒ ®¹i d¬ng vµ h¶i d¬ng häc, T«i ®Ò nghÞ b¹n b¾t ®Çu b»ng cuèn s¸ch cña MacLeish, ®Æc biÖt ch¬ng 4. Theo t«i, ®©y lµ cuèn s¸ch ®¹i c¬ng tèt nhÊt, kh«ng kü thuËt, m« t¶ c¸c nhµ h¶i d¬ng häc ®· t×m hiÓu ®¹i d¬ng nh thÕ nµo. B¹n còng cã thÓ ®îc lîi khi ®äc c¸c ch¬ng thÝch hîp tõ bÊt kú cuèn gi¸o khoa vÒ nhËp m«n h¶i d¬ng häc. §ã lµ c¸c gi¸o tr×nh ®Æc biÖt hÖu Ých cña Gross, Pinet hoÆc Thurman, cßn ba cuèn cña §¹i häc Tæng hîp më th× h¬i s©u h¬n. Gross, M. Grant and Elizabeth Gross (1996) Oceanography – A View of Earth. &th Edition. Upper Saddle River, New Jersey: Pretice Hall. MacLeish, William (1989) The Gulf Stream: Encounters With the Blue God. Boston: Houghton Mifflin Company. Pinet, Paul R. (2000) Invitation to Oceanography. 2nd Edition. Sudbury, Massachusetts Jones and Bartlett Publishers. Open University (1989) Ocean Circulation. Oxford: Pergamon Press. Open

University (1989) Seawater: Its Composition, Properties and

Behaviour. Oxford: Pergamon Press. Open University (1989) Waves, Tides and Shallow-Water Process. Oxford: Pergamon Press.

-8-

Thurman,

Harold

V.

and

Elizabeth

A

Burton

(2001)

Introductory

Oceanography. 9th Edition. Upper Saddle River, New Jersey: Pretice Hall.

-9-