Áp cao cận nhiệt: vì sao sa mạc lớn nằm quanh vĩ tuyến 30

Phần lớn sa mạc nóng lớn nhất thế giới nằm quanh vĩ tuyến 30° Bắc và Nam vì đó là vành đai áp cao cận nhiệt, nơi không khí của vòng hoàn lưu Hadley chìm xuống. Khí chìm bị nén nên ấm lên và khô đi, gần như không tạo được mây, trời quang quanh năm và mưa rất ít. Sahara, sa mạc Ả Rập, Kalahari, các sa mạc Australia, Sonora đều nằm trong vành đai này. Một số sa mạc ven bờ tây như Atacama, Namib còn khô thêm nhờ dòng biển lạnh.

Không khí rơi xuống thì không có mưa

Mưa cần không khí ẩm bốc lên: lên cao nó lạnh đi, hơi nước ngưng tụ thành mây và rơi xuống. Ở vành đai cận nhiệt, chuyện xảy ra ngược lại. Khí đã bốc lên ở xích đạo, đã đổ hết mưa ở đó, đi trên cao về phía cực rồi chìm xuống quanh vĩ độ 30°.

Khi chìm, khí bị nén lại và nóng lên khoảng 10 °C cho mỗi km rơi xuống. Nhiệt độ tăng còn hơi nước thì không thêm, nên độ ẩm tương đối tụt mạnh. Khí xuống tới mặt đất vừa nóng vừa khô, sẵn sàng hút hơi nước từ đất chứ không cho mưa.

Lớp nghịch nhiệt gió mậu dịch

Khí chìm không xuống hẳn tới mặt đất mà dừng lại như một chiếc nắp ở độ cao khoảng 1–2 km. Dưới nắp là lớp khí ẩm hơn sát mặt biển; trên nắp là khí khô và ấm. Lớp chuyển tiếp ấy gọi là nghịch nhiệt gió mậu dịch. Mây chỉ phát triển được tới đáy nắp rồi dừng, thành những đám mây tích nhỏ, bằng phẳng hay những thảm mây tầng thấp trên biển, hiếm khi đủ dày để mưa lớn.

Năm vùng áp cao trên đại dương

Vành đai áp cao cận nhiệt không liền một dải mà tách thành những "tế bào" áp cao lớn, rõ nhất trên các đại dương:

Các áp cao này mạnh lên, yếu đi và dịch chuyển theo mùa, dịch về phía cực vào mùa hè của bán cầu mình. Mép phía tây của chúng thường dẫn các cơn bão nhiệt đới quay đầu lên phía cực, nên các cơ quan dự báo bão trên thế giới đều theo dõi vị trí áp cao cận nhiệt rất kỹ.

Bản đồ sa mạc theo vĩ độ

Sahara là sa mạc nóng lớn nhất thế giới, rộng khoảng 9 triệu km², gần gấp 28 lần diện tích Việt Nam.

Dòng biển lạnh: sa mạc bên bờ nước

Atacama ở Chile được coi là sa mạc nóng khô nhất thế giới; một số trạm ở đó gần như không ghi nhận mưa trong nhiều năm liền. Nghịch lý là nó nằm ngay sát Thái Bình Dương. Bí mật nằm ở dòng biển lạnh Humboldt chảy dọc bờ: nước lạnh làm lạnh lớp khí sát mặt biển, khiến lớp này nặng và ổn định, không bốc lên được. Kết hợp với khí chìm từ áp cao phía trên, không khí bị kẹp chặt giữa đáy lạnh và nắp ấm. Ven biển thường có sương mù và mây tầng thấp nhưng hầu như không mưa. Ở phía đông, dãy Andes chặn hơi ẩm từ lưu vực Amazon.

Sa mạc Namib ven Đại Tây Dương ở Namibia có cơ chế tương tự với dòng lạnh Benguela. Ở đó, một số loài bọ cánh cứng nổi tiếng vì biết đứng chúc đầu trên đỉnh cồn cát, hứng hạt sương mù trên lưng cho nước chảy xuống miệng.

Không phải sa mạc nào cũng do áp cao cận nhiệt

• Sa mạc bóng mưa: dãy núi chặn hơi ẩm, sườn khuất gió khô hạn. Ví dụ Patagonia (Argentina) sau dãy Andes.
• Sa mạc lục địa sâu: nằm quá xa biển, như Gobi (Mông Cổ – Trung Quốc) và Taklamakan, kết hợp thêm bóng mưa của các dãy núi lớn.
• Sa mạc vùng cực: Nam Cực là sa mạc lớn nhất thế giới theo định nghĩa lượng mưa, vì khí lạnh giữ được rất ít hơi nước và áp cao cực làm khí chìm xuống.

Vì sao gọi là "vĩ độ ngựa"

Thuỷ thủ thời thuyền buồm gọi vành đai áp cao cận nhiệt trên biển là horse latitudes, "vĩ độ ngựa". Ở đây gió cũng yếu và thất thường, tàu dễ bị kẹt. Nguồn gốc cái tên không ai chắc chắn: một giả thuyết hay được kể là tàu chở ngựa sang châu Mỹ bị kẹt lâu, thiếu nước, phải ném ngựa xuống biển; giả thuyết khác liên quan tới tiền công trả trước của thuỷ thủ. Không có tài liệu nào xác nhận dứt khoát, nên nên coi đó là chuyện kể dân gian của nghề biển.

Góc nhìn hôm nay

• Mở một quả địa cầu hay bản đồ ảnh vệ tinh, kẻ hai đường ở 30° Bắc và 30° Nam: các mảng nâu vàng của sa mạc xếp hàng dọc theo hai đường ấy rất rõ, xen giữa là dải xanh rừng nhiệt đới quanh xích đạo.
• Các nghiên cứu khí hậu đang theo dõi xem vành đai khô cận nhiệt có dịch về phía cực hay không, vì điều đó ảnh hưởng tới các vùng có khí hậu kiểu Địa Trung Hải như California, Nam Âu, Tây Nam Australia, miền trung Chile.
• Tài liệu dễ đọc: chương về hoàn lưu chung khí quyển và sa mạc trong Encyclopaedia Britannica; trang NASA Earth Observatory có nhiều ảnh vệ tinh Sahara, Atacama, Namib kèm giải thích.