Mục lục bài họcĐang ở d05-b1
Ocean-Atmosphere Interaction and Coastal Processes
Why the ocean drives climate. Water has a far higher specific heat capacity than land, so the ocean stores and moves an enormous quantity of heat with only small changes in its own temperature. Surface currents are driven by prevailing winds and deflected by the Coriolis effect into large gyres, clockwise in the northern hemisphere and anticlockwise in the southern. Beneath them runs the thermohaline circulation, driven by density: cold, saline water sinks in the North Atlantic and around Antarctica, flows at depth and upwells elsewhere, completing a global conveyor over roughly a thousand years. The two systems together explain why western Europe is far milder than Labrador at the same latitude, and why the poleward heat transport of the North Atlantic Drift is a serious concern in climate projections.
Upwelling and productivity. Where winds push surface water away from a coast, deeper water rises to replace it. That water is cold and rich in nitrate and phosphate accumulated from sinking organic matter, so it fuels phytoplankton blooms and the fisheries built on them. The eastern boundaries of ocean basins — Peru, Namibia, California, Morocco — hold a very small share of ocean area but a disproportionate share of the world catch.
El Nino Southern Oscillation. In normal years the Pacific trade winds blow westward, piling warm water into a western warm pool and allowing strong upwelling off South America. In an El Nino phase the trades weaken or reverse; warm water spreads eastward, the thermocline off Peru deepens, and upwelling no longer reaches nutrient-rich water. Convection and rainfall follow the warm water eastward, so Peru and Ecuador experience floods while Australia and Indonesia experience drought and fire. La Nina is the opposite phase, with unusually strong trades and intensified upwelling. The causal chain always begins with the wind.
Coastal processes. Wave energy depends on wind speed, duration and fetch. Constructive waves are low and infrequent with a strong swash relative to backwash, so they build the beach; destructive waves are tall and frequent with a dominant backwash, so they comb material offshore. Where waves approach obliquely, swash runs up at an angle while backwash returns perpendicular under gravity, moving sediment along the shore as longshore drift. Erosion works through hydraulic action, abrasion, attrition and solution, producing headlands and bays, wave-cut platforms, caves, arches and stacks; deposition produces beaches, spits, bars and tombolos. All of it is best framed by the sediment cell: a closed length of coast with sources, transfers and sinks, whose total budget is finite.
Vì sao đại dương chi phối khí hậu. Nước có nhiệt dung riêng cao hơn đất liền rất nhiều, nên đại dương lưu giữ và vận chuyển một lượng nhiệt khổng lồ mà nhiệt độ của chính nó chỉ thay đổi ít. Dòng biển mặt do gió thịnh hành tạo ra và bị hiệu ứng Coriolis làm lệch thành các hoàn lưu xoáy lớn, quay theo chiều kim đồng hồ ở bắc bán cầu và ngược chiều ở nam bán cầu. Bên dưới chúng là hoàn lưu nhiệt muối, vận hành bằng chênh lệch mật độ: nước lạnh và mặn chìm xuống ở Bắc Đại Tây Dương và quanh Nam Cực, chảy ở tầng sâu rồi trồi lên ở nơi khác, khép kín một băng chuyền toàn cầu trong khoảng một nghìn năm. Hai hệ thống này giải thích vì sao tây Âu ấm hơn hẳn Labrador dù cùng vĩ độ, và vì sao lượng nhiệt mà dòng Bắc Đại Tây Dương tải về phía cực là mối lo nghiêm túc trong các dự báo khí hậu.
Trồi nước và năng suất sinh học. Nơi gió đẩy lớp nước mặt rời khỏi bờ, nước tầng sâu dâng lên thay thế. Nước đó lạnh và giàu nitrat cùng phốt phát tích tụ từ vật chất hữu cơ chìm xuống, nên nó nuôi các đợt nở hoa của thực vật phù du và các ngư trường dựa vào chúng. Rìa phía đông của các bồn đại dương — Peru, Namibia, California, Maroc — chiếm một phần rất nhỏ diện tích đại dương nhưng chiếm một phần rất lớn sản lượng đánh bắt toàn cầu.
Dao động Nam El Nino. Trong năm bình thường, gió mậu dịch Thái Bình Dương thổi về phía tây, dồn nước ấm thành một bể nước ấm phía tây và cho phép trồi nước mạnh ngoài khơi Nam Mỹ. Trong pha El Nino, gió mậu dịch yếu đi hoặc đảo chiều; nước ấm trải sang phía đông, lớp nhiệt tuyến ngoài khơi Peru hạ sâu, nên nước trồi lên không còn chạm tới tầng giàu dinh dưỡng. Đối lưu và mưa đi theo khối nước ấm sang phía đông, nên Peru và Ecuador có lũ trong khi Australia và Indonesia lâm hạn và cháy rừng. La Nina là pha ngược lại, với gió mậu dịch mạnh bất thường và trồi nước tăng cường. Chuỗi nhân quả luôn bắt đầu từ gió.
Các quá trình bờ biển. Năng lượng sóng phụ thuộc tốc độ gió, thời gian gió thổi và đà gió. Sóng bồi thấp, tần suất thưa, có sóng dâng mạnh hơn sóng rút nên bồi đắp bãi; sóng phá cao, tần suất dày, có sóng rút áp đảo nên kéo vật liệu ra ngoài khơi. Nơi sóng tới xiên góc, sóng dâng chạy lên bãi theo hướng xiên còn sóng rút trở xuống thẳng góc theo trọng lực, làm vật liệu di chuyển dọc bờ — đó là dòng bồi tích dọc bờ. Xói lở diễn ra qua tác động thuỷ lực, mài mòn, va đập và hoà tan, tạo ra mũi đất và vịnh, thềm mài mòn, hang, vòm và trụ đá; bồi tụ tạo ra bãi biển, doi cát, đê cát và đường nối đảo. Khung tốt nhất để tổ chức tất cả là ô bồi tích: một đoạn bờ khép kín có nguồn vào, đường chuyển và nơi lắng đọng, với tổng ngân sách vật liệu là hữu hạn.
Đề bài: "Giải thích tác động của một pha El Nino đối với nghề cá và với thời tiết ở hai khu vực khác nhau." Hãy viết chuỗi nhân quả theo đúng thứ tự và chỉ ra ba chỗ thí sinh hay viết ngược.
Chuỗi đúng, theo đúng thứ tự này. Một, gió mậu dịch yếu đi hoặc đảo chiều — đây là điểm khởi đầu và phải viết ra rõ ràng. Hai, không còn lực đẩy về phía tây, khối nước mặt ấm trải ngược về phía đông qua bồn Thái Bình Dương. Ba, ngoài khơi Peru lớp nhiệt tuyến hạ sâu xuống, tức ranh giới giữa nước ấm tầng mặt và nước lạnh tầng sâu bị đẩy xuống dưới. Bốn, trồi nước vẫn xảy ra về mặt cơ học nhưng nay chỉ kéo lên nước ấm nghèo dinh dưỡng nằm trên lớp nhiệt tuyến, nên nguồn nitrat và phốt phát tới tầng quang hợp bị cắt. Năm, thực vật phù du suy giảm, kéo theo đàn cá cơm sụp đổ, rồi tới chim biển, sư tử biển và ngành bột cá của Peru. Sáu, vì đối lưu xảy ra trên vùng nước ấm nhất, vùng mưa dịch sang phía đông: Peru và Ecuador chuyển từ khô sang mưa lớn và lũ quét, trong khi Australia và Indonesia mất nguồn ẩm nên lâm hạn, cháy rừng và mất mùa.
Chỗ viết ngược thứ nhất — bắt đầu từ nước thay vì từ gió. Viết "nước ấm lên làm gió yếu đi" là đảo chiều nhân quả. Trên thực tế hai chiều có phản hồi lẫn nhau, nhưng ở cấp độ bài thi phải trình bày gió là nguyên nhân khởi phát, vì mọi hệ quả còn lại đều suy ra được từ đó.
Chỗ viết ngược thứ hai — nói rằng trồi nước ngừng hẳn. Chính xác hơn là trồi nước vẫn diễn ra nhưng không còn hiệu quả về dinh dưỡng, vì lớp nước ấm phía trên đã dày lên. Viết được ý này cho thấy hiểu cơ chế chứ không thuộc lòng kết luận.
Chỗ viết ngược thứ ba — lẫn hai pha. La Nina là pha gió mậu dịch MẠNH bất thường, nên trồi nước mạnh hơn, ngư trường Peru tốt hơn bình thường, và phía tây Thái Bình Dương mưa nhiều hơn nữa với nguy cơ lũ ở Australia và Đông Nam Á. Một cách kiểm tra nhanh trong phòng thi: nếu bài của bạn nói Australia bị hạn thì bạn đang viết về El Nino.
Một doi cát ở cửa sông đang dài ra khoảng 3 m mỗi năm. Sau khi một con đập được xây trên sông cách đó 60 km về phía thượng lưu, doi cát ngừng phát triển rồi bắt đầu ngắn lại. Giải thích, và nêu vì sao xây kè chắn sóng ở đầu doi không phải là giải pháp.
Bước 1 — doi cát là sản phẩm của dòng bồi tích dọc bờ. Doi hình thành khi dòng bồi tích mang vật liệu dọc theo bờ tới chỗ đường bờ đổi hướng đột ngột, thường là cửa sông; ở đó dòng chảy chậm lại và vật liệu lắng xuống, kéo dài dần ra ngoài. Doi tiếp tục dài ra chừng nào lượng cát ĐẾN còn lớn hơn lượng cát bị sóng và dòng triều lấy đi.
Bước 2 — đập cắt nguồn vào của ô bồi tích. Trong khung ô bồi tích, sông là một trong ba nguồn cấp vật liệu chính, bên cạnh xói lở vách biển và vật liệu từ ngoài khơi đưa vào. Đập giữ lại phù sa và cát trong hồ chứa, nên lượng vật liệu sông đưa ra biển giảm mạnh. Nguồn vào giảm trong khi nguồn ra — sóng, dòng triều, cát trôi ra bãi bồi ngầm — vẫn hoạt động như cũ, nên ngân sách bồi tích chuyển từ dương sang âm và doi cát ngắn lại. Điểm đáng nêu là độ trễ: hệ quả xuất hiện cách công trình hàng chục kilômét và nhiều năm sau, nên rất dễ bị quy sai nguyên nhân.
Bước 3 — vì sao kè chắn sóng ở đầu doi không giải quyết được. Kè bảo vệ được đúng đoạn nó che chắn, nhưng vấn đề ở đây không phải là năng lượng sóng quá lớn mà là thiếu vật liệu. Công trình cứng không tạo ra cát. Tệ hơn, kè phản xạ năng lượng sóng xuống chân công trình, làm sâu thêm và cuốn thêm cát khỏi bãi trước kè, và nó cũng chặn nốt phần vật liệu còn lại đi tiếp trong ô. Kết quả điển hình là bờ được giữ nguyên vị trí trong khi bãi trước nó biến mất.
Bước 4 — biện pháp phù hợp với chẩn đoán. Vì chẩn đoán là thiếu nguồn cấp, giải pháp phải bổ sung nguồn cấp hoặc giảm nhu cầu bảo vệ. Ba hướng hợp lý: nuôi bãi bằng cát nạo vét, tức bù trực tiếp vào ngân sách bồi tích, kèm chi phí lặp lại định kỳ; xả cát qua đập hoặc vận hành cửa xả đáy để trả một phần vật liệu về hạ lưu; và quản lý theo toàn ô bồi tích thay vì theo từng xã, để công trình của một địa phương không đơn giản chuyển vấn đề sang địa phương kế bên. Nguyên tắc chung để viết trong bài luận: trước khi chọn biện pháp, hãy hỏi vấn đề là quá nhiều năng lượng hay quá ít vật liệu — hai chẩn đoán đó đòi hai loại giải pháp khác nhau.
Bẫy 2 — lẫn sóng bồi với sóng phá. Sóng bồi THẤP và THƯA, sóng dâng mạnh hơn sóng rút nên bồi bãi; sóng phá CAO và DÀY, sóng rút áp đảo nên kéo vật liệu đi. Nhớ theo tương quan sóng dâng và sóng rút chứ đừng nhớ theo tên.
Bẫy 3 — coi bờ biển là một chuỗi các đoạn độc lập. Ô bồi tích là hệ khép kín với ngân sách hữu hạn, nên mọi công trình đều phân phối lại vật liệu chứ không tạo thêm. Không có ý này thì không đánh giá được bất kỳ biện pháp bảo vệ bờ nào.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Oceans and Coastal Margins gồm 14 câu trắc nghiệm và 5 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.