Địa lí 12: lớp vỏ địa lí, từ quy luật chung của Trái Đất đến thiên nhiên Việt Nam (hệ thống khái niệm)
Chuyên đề khái niệm Địa lí 12: 8 chìa khóa (bức xạ và vĩ độ, hoàn lưu và đới khí hậu, đại dương, sông ngòi, sinh quyển và đất, ba quy luật, vị trí Việt Nam…
Trái Đất quay · các vòng đai nhiệt
LUKATO AI · Địa lí 12 · Chuyên đề khái niệm
Lớp vỏ địa lí: từ các quy luật chung của Trái Đất đến thiên nhiên phân hóa của Việt Nam
Một đề khảo sát đội tuyển học sinh giỏi Địa lí 12 hỏi về thủy triều ngày trăng tròn, độ muối ở gần cực, gió Tây ôn đới, sinh quyển, quy luật địa đới, đất ôn đới, bức xạ và nhiệt độ theo vĩ độ, mùa lũ của một con sông, vị trí địa lí và vì sao sinh vật miền Tây Bắc – Bắc Trung Bộ đa dạng. Nhìn rời rạc thì đó là chín chủ đề; nhìn bằng lớp vỏ địa lí thì chỉ là một dây chuyền: Mặt Trời chiếu nghiêng dần theo vĩ độ, khí quyển và đại dương chuyển năng lượng đi, nước chảy, đất và sinh vật hình thành, ba quy luật ràng buộc tất cả, và Việt Nam đứng đúng chỗ giao nhau của các dòng chảy đó. Đây không phải bài chữa đề: đề chỉ là bản đồ chủ đề , còn lại là một hệ thống khái niệm với phòng lab để bạn tự xoay Trái Đất, tự kéo Mặt Trăng, tự dựng chuỗi nhân quả rồi thấy quy luật hiện ra.
8 chìa khóa từ bức xạ Mặt Trời đến ba miền tự nhiên
11 trạm thế giới + 14 trạm Việt Nam đường cong nhiệt, mưa để tự phân loại
Quả địa cầu tự vẽ đai nhiệt, đới gió, dòng biển, thủy triều
Đề tự soạn sinh ngẫu nhiên, tự chấm, kiểm bằng máy
Bắt đầu: Mặt Trời và vĩ độ › Xem bản đồ bài học Nhảy tới ba quy luật Tổng kết
Bản đồ bài học
Một đề thi, tám mạch khái niệm về lớp vỏ địa lí
Mỗi câu hỏi của đề là một cánh cửa. Phía sau là cùng một cách học: hiểu nguyên nhân vật lí (cái gì làm nóng, cái gì kéo nước biển lên, cái gì làm đất khác nhau), thấy quy luật (đổi vĩ độ, kinh độ, độ cao thì cảnh quan đổi ra sao, đổi một thành phần thì cả lớp vỏ đổi thế nào) và chọn đúng công cụ (khi nào so lưu lượng với trung bình năm, khi nào dùng gradient nhiệt, khi nào phải tính tốc độ tăng). Bấm một nhóm câu để tới chìa khóa tương ứng.
TN = trắc nghiệm nhiều lựa chọn, Đ/S = đúng sai, TLN = trả lời ngắn, TL = tự luận. Các phép tính xử lí bảng số liệu (tốc độ tăng, tỉ trọng, mùa lũ) được gom vào chìa khóa 4 và phần tổng kết.
Đề thi nói về những chủ đề nào (chỉ dùng làm bản đồ, không chữa đề)
Đề khảo sát được dùng làm tham chiếu có các nhóm chủ đề: thủy quyển (dao động thủy triều theo tuần trăng, phân bố độ muối theo vĩ độ, các nhân tố cấp nước cho sông, đọc bảng lưu lượng để xác định mùa lũ – mùa cạn); khí quyển (đặc điểm gió Tây ôn đới, nhận diện kiểu khí hậu từ biểu đồ nhiệt – mưa, vì sao khu vực chí tuyến ít mưa, biểu hiện của biến đổi khí hậu); sinh quyển, thổ nhưỡng (đặc điểm sinh quyển, thực vật trên dãy Hoàng Liên Sơn, vì sao đất ôn đới đa dạng); các quy luật của lớp vỏ địa lí (địa đới, phi địa đới, thống nhất và hoàn chỉnh; bức xạ Mặt Trời và nhiệt độ theo vĩ độ); Việt Nam (vị trí địa lí và hệ quả, cảnh quan phía Nam, miền Nam Trung Bộ và Nam Bộ, tính chất nhiệt đới ẩm gió mùa, gió phơn hai đoạn Trường Sơn, mùa mưa Đà Lạt và Nha Trang, sinh vật miền Tây Bắc – Bắc Trung Bộ, hậu quả khai thác rừng); và hai câu tính (nhiệt độ theo độ cao, tỉ trọng).
Theo đúng tinh thần chuyên đề khái niệm, bài học không giải lại các câu của đề và không dùng lại số liệu, bảng hay hình của đề. Mọi ví dụ, phòng lab và câu hỏi tự kiểm tra do LUKATO AI tự soạn, các phép tính được kiểm chứng bằng máy. Phần khí hậu Việt Nam (gió mùa, phơn, đai cao, cân bằng ẩm) đã có bài riêng; bài này chỉ nhắc lại ở mức cần để nối mạch.
① Ý tưởng cốt lõi Hiện tượng này do nguyên nhân vật lí nào?
② Hệ thống khái niệm Định nghĩa → quy luật → hệ quả.
③ Phòng lab Xoay, kéo, xếp rồi tự kiểm chứng.
④ Bẫy khái niệm Những hiểu lầm hay gặp nhất.
TIẾN ĐỘ TOÀN BÀI 0%
Chủ đề xuất hiện ở câu TL II · Đ/S 3a của đề
Chìa khóa 1 — Mặt Trời chiếu nghiêng: bức xạ, vĩ độ và các vòng đai nhiệt
Cùng một Mặt Trời, cùng một ngày, nhưng Xin-ga-po nóng còn Rây-kia-vích lạnh. Mặt Trời không “gần” xích đạo hơn (khoảng cách Trái Đất – Mặt Trời lớn gấp hơn hai mươi ba nghìn lần bán kính Trái Đất); khác nhau chỉ ở chỗ tia sáng tới nghiêng bao nhiêu so với mặt đất. Câu hỏi lớn của chìa khóa này: vì sao góc nhập xạ giảm theo vĩ độ làm bức xạ và nhiệt xếp thành đai, và vì sao nơi nóng nhất lại không phải xích đạo? Hiểu được một góc, bạn hiểu được bước đầu tiên của quy luật địa đới.
Ý tưởng cốt lõi Năng lượng Mặt Trời rơi trên một mét vuông mặt đất tỉ lệ với \sin h, trong đó h là góc nhập xạ (góc giữa tia sáng và mặt đất). Trái Đất hình cầu nên h buổi trưa giảm dần từ nơi Mặt Trời lên thiên đỉnh về hai cực: h=90^\circ-|\varphi-\delta|. Bức xạ giảm theo vĩ độ, nhiệt giảm theo, rồi khí áp, gió, mưa, đất, sinh vật xếp theo: đó là gốc của quy luật địa đới . Nhưng từ bức xạ đến nhiệt còn có mây, bề mặt, đại dương, nên ranh giới các vòng đai nhiệt là đường đẳng nhiệt uốn lượn, không phải vĩ tuyến.
Góc nhập xạ: cùng một chùm tia, diện tích trải rộng khác nhau
Góc nhập xạ h là góc hợp bởi tia sáng Mặt Trời với mặt phẳng nằm ngang (mặt đất) tại một điểm. Hãy tưởng tượng một chùm tia song song có tiết diện A (vuông góc với tia). Khi h=90^\circ (Mặt Trời ở thiên đỉnh), chùm tia rọi lên đúng diện tích A. Khi tia tới nghiêng góc h, chùm tia ấy phải trải lên diện tích lớn hơn: A/\sin h. Cùng một lượng năng lượng chia cho diện tích lớn hơn, nên năng lượng trên một đơn vị diện tích là
\frac{E}{E_0}=\sin h ,
trong đó E_0 là năng lượng trên một đơn vị diện tích khi tia vuông góc với mặt đất (h=90^\circ), còn E là năng lượng khi tia nghiêng góc h.
Hình 1. Cùng một chùm ba tia song song có tiết diện A (thanh màu). Hàng trên: tia vuông góc, chùm rọi lên đoạn A. Hàng dưới: tia nghiêng h = 30°, chính chùm ấy (cùng năng lượng) phải phủ đoạn dài A/sin 30° = 2A, nên mỗi mét vuông chỉ nhận một nửa: sin 30° = 0,5.
Hai hệ quả tức thì. Thứ nhất, bức xạ trên mặt đất còn phụ thuộc độ dài ngày (Mặt Trời chiếu bao nhiêu giờ) và độ trong suốt của khí quyển (mây, bụi, hơi nước hấp thụ và phản xạ). Thứ hai, góc nhập xạ đổi theo vĩ độ và theo mùa , nên bức xạ xếp thành đai và dao động trong năm.
Góc nhập xạ buổi trưa, xích vĩ và vùng nội chí tuyến
Trục Trái Đất nghiêng 23{,}44^\circ so với pháp tuyến mặt phẳng quỹ đạo (sách giáo khoa ghi 23^\circ27'; giá trị hiện nay gần 23^\circ26'\approx23{,}44^\circ, bài dùng 23{,}44^\circ). Vì thế vĩ độ nơi Mặt Trời chiếu vuông góc lúc giữa trưa, gọi là xích vĩ \delta, đổi trong năm từ -23{,}44^\circ (đông chí, khoảng 22/12) qua 0^\circ (xuân phân, thu phân) tới +23{,}44^\circ (hạ chí, khoảng 21/6). Tại vĩ độ \varphi (Bắc dương, Nam âm), góc nhập xạ buổi trưa là
h = 90^\circ - \left|\varphi-\delta\right|
trong đó -23{,}44^\circ\le\delta\le 23{,}44^\circ. Mặt Trời ở thiên đỉnh khi \varphi=\delta; xa vĩ tuyến ấy bao nhiêu độ vĩ thì góc nhập xạ buổi trưa giảm bấy nhiêu độ.
Hình 2. Mặt cắt Trái Đất theo mặt phẳng chứa trục và tia sáng, ngày hạ chí. Mặt Trời ở thiên đỉnh (h = 90°) trên chí tuyến Bắc; càng xa vĩ tuyến ấy về hai phía, góc nhập xạ buổi trưa càng nhỏ (ví dụ ở xích đạo h = 90° − 23,44° = 66,56°); ở vòng cực Nam tia sáng chỉ lướt qua mặt đất (h = 0°, đêm cực bắt đầu). Nửa tô xám bên phải đang là đêm.
Nội chí tuyến Vĩ độ |\varphi|\lt23{,}44^\circ: có hai ngày trong năm \delta=\varphi, Mặt Trời lên thiên đỉnh hai lần (ở Hà Nội, 21^\circB, hai lần đó theo mô hình của bài rơi vào khoảng 26/5 và 19/7, cách nhau gần hai tháng, tức khoảng 54 ngày). Việt Nam nằm trọn trong vùng này (chìa khóa 7).
Đúng chí tuyến |\varphi|=23{,}44^\circ: thiên đỉnh một lần , đúng ngày hạ chí (chí tuyến Bắc) hoặc đông chí (chí tuyến Nam).
Ngoại chí tuyến |\varphi|\gt23{,}44^\circ: không bao giờ có thiên đỉnh; góc nhập xạ buổi trưa lớn nhất là 90^\circ-(|\varphi|-23{,}44^\circ). Từ vòng cực 66{,}56^\circ trở đi có ngày Mặt Trời không lặn và ngày không mọc.
Độ dài ngày cũng đổi theo vĩ độ và mùa: ở xích đạo luôn gần 12 giờ; ở 60^\circB ngày hạ chí dài gần 18,5 giờ còn ngày đông chí chỉ khoảng 5,5 giờ (tính theo công thức \cos H_0=-\tan\varphi\tan\delta, bỏ qua khúc xạ). Góc nhập xạ và độ dài ngày cùng nhau quyết định lượng bức xạ nhận được trong một ngày.
Bức xạ ngoài khí quyển: giảm từ xích đạo về cực
Cộng năng lượng của cả ngày (góc nhập xạ đổi từ lúc mọc đến lúc lặn, nhân với số giờ có nắng) rồi lấy trung bình cả năm, ta được bức xạ Mặt Trời trung bình năm ở đỉnh khí quyển . Với hằng số Mặt Trời S_0=1361\ \text{W/m}^2, mô hình của bài cho: xích đạo khoảng 415,5 W/m² , 30^\circ khoảng 365, 60^\circ khoảng 236, hai cực khoảng 172 W/m² , tức là cực chỉ nhận khoảng 41,5% so với xích đạo. Đường cong giảm đơn điệu từ xích đạo về cực, gần như đối xứng qua xích đạo.
Biên độ theo mùa thì ngược lại: tăng theo vĩ độ. Ở xích đạo, bức xạ ngày dao động khoảng 384 đến 437 W/m² trong năm (hai cực đại gần hai ngày phân); ở 60^\circB dao động từ khoảng 24 (đông chí) tới gần 477 W/m² (hạ chí); ở cực từ 0 (đêm cực) tới hơn 520 W/m² vào ngày hạ chí, cao hơn mọi ngày của xích đạo, nhờ 24 giờ có nắng dù góc nhập xạ chỉ 23{,}44^\circ. Vĩ độ cao: ít bức xạ cả năm nhưng dao động mạnh .
Từ bức xạ đến nhiệt: cán cân bức xạ và sự vận chuyển nhiệt
Không phải toàn bộ bức xạ tới đều làm nóng mặt đất. Khí quyển (mây, bụi, hơi nước) phản xạ và hấp thụ một phần; bề mặt lại phản xạ thêm (băng tuyết phản xạ rất mạnh); tính chung, Trái Đất trả lại không gian khoảng 30% bức xạ tới. Phần còn lại được khí quyển và bề mặt hấp thụ (bề mặt hấp thụ phần lớn); bề mặt nóng lên rồi đốt nóng không khí từ dưới lên: đó là nguồn nhiệt chính của tầng đối lưu.
Cán cân bức xạ (bức xạ nhận vào trừ bức xạ phát ra) dương ở vĩ độ thấp và âm ở vĩ độ cao. Nếu không có gì chuyển nhiệt đi, vùng nhiệt đới sẽ nóng lên mãi còn vùng cực lạnh đi mãi. Thực tế, hoàn lưu khí quyển (chìa khóa 2) và dòng biển (chìa khóa 3) liên tục mang nhiệt từ vĩ độ thấp lên vĩ độ cao. Vì vậy nhiệt độ không khí tại một nơi phụ thuộc vào góc nhập xạ và vào lục địa hay đại dương, dòng biển nóng hay lạnh, độ cao, hoàn lưu.
Nghịch lí chí tuyến: nơi nóng nhất không phải xích đạo
Xích đạo nhận bức xạ ngoài khí quyển nhiều nhất, nhưng trên các lục địa, nhiệt độ trung bình năm cao nhất lại gặp ở các vùng gần chí tuyến, khô (Xa-ha-ra, bán đảo A-rập, tây bắc Ấn Độ, bắc Ô-xtrây-li-a), không phải ở xích đạo. Ba nguyên nhân cùng chiều:
- Xích đạo nhiều mây, mưa nhiều : dải hội tụ nhiệt đới quanh năm bốc lên, mây dày phản xạ bức xạ ngay trên cao; phần tới mặt đất lại được dùng nhiều cho bốc hơi (hơi nước mang nhiệt đi) thay vì đốt nóng không khí.
- Vùng chí tuyến nằm dưới các cao áp cận nhiệt (khoảng 30^\circ), không khí giáng xuống, trời quang: bức xạ tới mặt đất nhiều hơn; lục địa khô nên gần như toàn bộ nhiệt đi vào đốt nóng mặt đất và không khí.
- Mặt lục địa nóng nhanh (nhiệt dung nhỏ, không xáo trộn như nước), còn xích đạo có nhiều đại dương và rừng ẩm.
Mô hình dạy học của bài diễn tả điều này bằng một hệ số mây theo vĩ độ (đường cong quy ước của bài, không phải số đo): nhân bức xạ ngoài khí quyển với hệ số ấy, cực đại của bức xạ mặt đất (mô hình) dịch từ xích đạo ra khoảng 20^\circ–25^\circ (khoảng 231 W/m² ở 22^\circ so với 187 ở xích đạo). Bạn tự tìm vị trí cực đại ấy trong phòng lab 2. Đại dương điều hòa : cùng một vĩ độ, biên độ nhiệt năm ở ven biển nhỏ hơn hẳn trong nội địa (nước nóng chậm, lạnh chậm), nên “cùng vĩ độ” không có nghĩa “cùng nhiệt độ”.
Lưu ý. Đây là so sánh giữa các vùng lục địa. Nếu lấy nhiệt độ trung bình năm theo vĩ độ trên toàn Trái Đất (kể cả đại dương), giá trị cao nhất nằm ở dải lệch về Bắc bán cầu vài độ vĩ, gọi là “xích đạo nhiệt”, chứ không đúng 0^\circ.
Bảy vòng đai nhiệt: ranh giới là đường đẳng nhiệt
Sự phân bố nhiệt theo vĩ độ hình thành các vòng đai nhiệt . Sách giáo khoa Địa lí 10 chia bảy vòng đai, và điều quan trọng nhất là ranh giới được vạch theo đường đẳng nhiệt , không phải theo vĩ tuyến:
Vòng đai
Ranh giới (đường đẳng nhiệt)
Sơ đồ của bài
Nóng (1)
giữa hai đường đẳng nhiệt năm +20 °C
30^\circN đến 30^\circB
Ôn hòa (2)
giữa đường đẳng nhiệt năm +20 °C và đường đẳng nhiệt +10 °C của tháng nóng nhất
30^\circ đến 60^\circ mỗi bán cầu
Lạnh (2)
giữa đường đẳng nhiệt +10 °C và 0 °C của tháng nóng nhất
60^\circ đến 70^\circ
Băng giá vĩnh cửu (2)
nhiệt độ tháng nóng nhất dưới 0 °C
từ 70^\circ đến cực
Cột “sơ đồ của bài” là quy ước vĩ độ gần đúng để dựng quả địa cầu và chấm bài trong lab 3 và lab 5; trên bản đồ thật, ranh giới uốn theo đường đẳng nhiệt và lệch nhau vài đến hơn mười độ vĩ giữa các lục địa và đại dương.