Lần đầu tiên nhìn thấy hình thành mây đá

Quá trình - được gọi nhân tuyết - xảy ra khi một phân tử hấp thụ hơi nước và hình thành nên tinh thể băng. Sau đó, nó sẽ trở thành lõi của những dải mây ti (mây cirrus - một kiểu mây được đặc trưng bằng các dải mỏng, tương tự như nắm hay túm tóc, lông; thường được kèm theo các búi hay chùm). Những đám mây này, chúng ta thường nhìn thấy trên trời vào những ngày trời quang mây tạnh.

Việc quan sát trực tiếp hiện tượng hình thành mây đá qua kính hiển vi, là một điều không hề dễ dàng. Nhưng đây là một quá trình cực kì quan trọng, để giới khoa học biết về sự tạo thành hình dạng của các đám mây và cách chúng làm dịu hay đốt nóng hành tinh của chúng ta.

"Hiện tượng tạo thành những đám mây lạnh là một tri thức khoa học vô cùng cần thiết, nhưng hiện tại chúng ta lại biết quá ít về nó. Bí mật về việc phát triển của phân tử đá đã được phát hiện, nhưng khoảnh khắc nhóm các phân tử hợp thành với nhau như thế nào, vẫn còn là một thách thức lớn", Bingbing Wang – một thành viên của nhóm nghiên cứu Thư viện quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương, nói.

Để tái hiện lại quá trình này trong phòng thí nghiệm, nhóm nhà khoa học phải xây dựng nguyên trạng các điều kiện, y hệt như ở tầng trên cao của bề mặt Trái đất. Tại vì những đám mây được hình thành trên bầu trời ở độ cao khoảng 6km, so với mực nước biển.

Hiện tượng hình thành mây đá chưa từng được nhìn thấy trước đó. (Ảnh: Thư viện quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương).

Ở độ cao này, độ ẩm tương đối cao còn nhiệt độ thì cực kì thấp. Điều đó có nghĩa là, hơi nước luôn ở trong tình trạng sẵn sàng để tụ lại thành những hạt nhỏ. Các hạt sẽ trôi nổi trên bầu khí quyển, trước khi đóng băng lại tại một địa điểm như một khối đá lắng đọng.

Trên bầu khí quyển, những hạt nhỏ lơ lửng trên không có thể là bất cứ thứ gì. Chúng có thể là bụi tro của núi lửa, khí thải của máy bay, thậm chí là vi khuẩn.

Để tái tạo nhân tuyết trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học sử dụng các hạt của khoáng vật sét, gọi là kaolinit. Những hạt này rất nhỏ, chỉ có kích thước từ 2 -3 micromet, thậm chí nó còn nhỏ hơn 1/10 chiều rộng sợi tóc của con người.

Nhóm nghiên cứu đặt kaolinit trong một chiếc hộp có kích cỡ của một hạt cây anh túc. Hộp được kiểm soát nhiệt độ một cách chặt chẽ và được chụp hình lại bằng kính hiển vi điện tử quét.

Kính hiển vi này, có thể chụp lại những chi tiết với độ phân giải rất cao. Nó cũng có thể ghi lại quá trình hình thành của các tinh thể băng, mặc dù chiều rộng của các hạt chỉ có 50 nanomet, xấp xỉ 1/1000 chiều rộng sợi tóc người.

Trong thí nghiệm với kaolinit và những thử nghiệm với các hạt được làm từ cacbon, nito, oxy; nhóm nghiên cứu đã đạt được nhiều kết quả khả quan. Nhóm phát hiện ra nhân tuyết được hình thành ở nhiệt độ khoảng 205 độ Kelvin và có độ ẩm tương đối từ 70 – 80%.

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về nhân tuyết trước đó, nhưng đây là lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu quan sát được sự tạo thành tinh thể băng từ những hạt nhỏ li ti lúc đầu.

"Chúng ta có thể kiểm soát được sự hình thành của tinh thể băng từng phút một, nhờ kính hiển vi điện tử quét có độ phân giải đến từng nanomet và những điều kiện tương tự như trên bầu khí quyển. Qua quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã tái hiện được quá trình chính xác từng li từng tí, dẫn đến sự kiện mây đá được hình thành, đã có thể quan sát trực tiếp bằng mắt", một thành viên của nhóm - nhà hóa học về khí quyển Daniel Knopt, Trường đại học Stony Brook nói.

"Chúng tôi vô cùng phấn khích với thành tựu tuyệt vời này. Đây là bước tiến lớn cho giới khoa học để có thêm nhiều hiểu biết xa hơn, về sự hình thành những đám mây đá", ông cho biết thêm.

Mây là khối các giọt nước ngưng tụ hay nước đá tinh thể treo lơ lửng trong khí quyển ở phía trên Trái đất (hay trên bề mặt các hành tinh khác).

Hơi nước ngưng tụ tạo thành các giọt nước nhỏ (thông thường 0,01mm) hay tinh thể nước đá cùng với hàng tỷ giọt nước hay tinh thể nước đá nhỏ khác, tạo thành mây mà con người có thể nhìn thấy. Mây khúc xạ tương đương nhau toàn bộ các bước sóng ánh sáng nhìn thấy, do vậy mây có màu trắng. Nhưng chúng ta cũng có thể nhìn thấy mây màu xám hay xanh, nếu chúng quá dày hoặc quá đặc do ánh sáng không thể đi qua.