Vì sao nước biển màu xanh và vị mặn? Sóng lại màu trắng?

1. Những thông tin chung về biển: 

Biển là một khối nước mặn lớn gắn liền với các đại dương hoặc hồ lớn chứa nước mặn không có đường tiếp cận tự nhiên ra đại dương, chẳng hạn như Biển Caspi hoặc Biển Chết. Có tất cả năm đại dương lớn: Đại Tây Dương, Thái Bình Dương, Ấn Độ Dương, Nam  và Bắc Băng Dương. 

Biển bao phủ hơn 70% bề mặt trái đất là nước ở thể lỏng. Khoảng 97,2% lượng nước trên trái đất là ở biển và có khoảng 1,36 tỷ km³ nước mặn. 2,15% còn lại là băng, sông băng, băng biển và 0,65% là hơi nước và nước ngọt trong sông hồ, đất và không khí. Biển là nguồn cung cấp hơi nước cho mưa trong khí quyển. Mưa mang lại sự sống cho trái đất. 

Nhiều mỏ dưới đáy đại dương đã được con người khai thác từ lâu đời như sắt, lưu huỳnh, đồng, phốt pho… 

Ngoài ra, dưới biển còn có nguồn tài nguyên hóa học phong phú gồm hơn 70 nguyên tố cùng các chất hóa học khác nhau: natri, clo, kali, nitơ… Ngoài biển, thủy triều còn là nguồn năng lượng vô tận của nhiều quốc gia trên thế giới. Nhà máy điện thủy triều đầu tiên ở cửa sông Răng xơ (Pháp) năm 1967 có công suất 24.000kW. Nhiệt độ nước biển rất khác nhau, tạo ra một nguồn năng lượng thủy điện khổng lồ. Dựa trên nguyên tắc này, người ta xây dựng các nhà máy thủy nhiệt. Nhà máy thủy điện đầu tiên công suất 14.000kW đang vận hành tại A-bit-gian (Cốt Đi-voa).

Vận tải biển xuất nhập khẩu đóng vai trò quan trọng trong thương mại quốc tế và là xương sống của nền kinh tế mỗi quốc gia. Vận tải hàng hải chiếm 3/4 thương mại thế giới.

2. Vì sao nước biển có vị mặn?

2.1. Giả thuyết 1:

4 tỷ năm trước, nước biển không mặn nhưng rất chua do chứa nhiều axit. Những axit này đã tấn công những ngọn núi lửa ban đầu. Muối chứa trong đá được vận chuyển cùng với nước và tích tụ trong các đại Dương. Ngày nay, 71% bề mặt trái đất là nước biển và 1 lít nước biển chứa khoảng 35 gam muối các loại. Độ mặn của nước biển thay đổi trên khắp thế giới. Mặc dù hầu hết đều có hàm lượng muối từ 3,1-3,8 phần ngàn. Khi nó trộn với nước ngọt  từ  sông hoặc sông băng tan chảy gần đó, nước biển nhạt hơn đáng kể. Nước biển nhạt nhất được tìm thấy ở Vịnh Phần Lan, là một phần của Biển Baltic. Biển mặn nhất hoặc có độ mặn cao nhất là Biển Đỏ hoặc Biển Đỏ do nhiệt độ cao và  hạn chế lưu thông khiến nước bề mặt bốc hơi cao và lượng nước bên ngoài thoát ra biển rất ít. Độ mặn cao nhất ở các vùng biển bị cô lập, đặc biệt là các vùng biển kín như Biển Chết, cao hơn đáng kể. Thành phần nguyên tố của nước biển thường như sau: 

‐ Oxi: 85,84%

‐ Hiđro: 10,82%

‐ Clo: 1,94%

‐ Natri: 1,08%

‐ Magie:  0,1292%

‐ Lưu huỳnh: 0,091%

‐ Canxi: 0,04%

‐ Kali: 0,04%

‐ Brom: 0,067%

‐ Cacbon: 0,028%

Đó là lý do tại sao nước biển lại mặn.

2.2. Giả thuyết 2:

Ngoài cách giải thích trên, chúng ta có thể giải thích nước biển có vị mặn là do chứa nhiều muối. Trung bình, các đại dương trên Trái đất chứa khoảng 3,5% muối, tương ứng với tổng số khoảng 50 triệu tấn muối. Nếu rải tất cả số muối này vào đất liền, chúng đủ để tạo thành một lớp dày khoảng 152 m. 

Làm thế nào mà lượng muối khổng lồ này lại có trong biển? Theo nghiên cứu, một số muối đến từ đá và trầm tích dưới đáy biển. Các loại muối khác được giải phóng từ miệng núi lửa ẩn sâu dưới những con sóng. Tuy nhiên, hầu hết muối trong đại dương đến từ vùng đất xung quanh chúng ta. 

Nước mưa hòa tan muối khoáng  và làm khô đất  rồi rửa trôi  ra sông. Tuy nhiên, lượng muối tích tụ trong các dòng sông còn rất nhỏ, chưa bằng 1/2000 lượng NaCL trong nước biển. Tuy nhiên, lượng muối đặc biệt này tích tụ ở đó và chảy vào qua cửa sông, cuối cùng cũng tới được các địa dương khi nước sông đổ về qua các cửa biển.

Quan trọng nhất, khi đó muối được cô đặc nhiều hơn trong các đại dương vì sức nóng của mặt trời làm cho nước trên bề mặt của chúng bốc hơi, để lại muối. Ở nhiều nơi trên thế giới, 4 tỷ tấn muối đổ vào đại dương mỗi năm từ các dòng sông. Vì vậy, đại dương của chúng ta chắc chắn đang trở nên mặn hơn nhiều so với ban đầu. Tuy nhiên, lượng muối được thêm vào mỗi năm thường bằng với lượng muối được đưa trở lại  đáy biển. 

Ngoài ra, độ mặn của nước biển  không giống nhau ở mọi nơi trên Trái đất. Nước biển ở vùng cực không mặn như những nơi khác do bị pha loãng bởi băng tan. Trong khi đó, ở vùng nhiệt đới xung quanh xích đạo, lượng nhiệt tăng thêm làm nước bốc hơi nhiều hơn lượng mưa, khiến biển mặn hơn. 

Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy sự khác biệt toàn cầu về độ mặn của nước biển  đang gia tăng. Ví dụ, nếu nhiệt độ nước biển tăng lên, một phần của Đại Tây Dương sẽ đẩy nhanh quá trình bốc hơi nước và do đó làm tăng độ mặn của nước biển. Hiện tượng này có vẻ không đáng kể, nhưng càng có nhiều muối trong đại dương, nước biển càng trở nên mặn hơn và càng làm chậm các dòng hải lưu, ảnh hưởng đến quá trình lưu thông các chất dinh dưỡng quan trọng trong đại dương.

3. Vì sao nước biển có màu xanh?

Ánh sáng do mặt trời tạo ra còn được gọi là ánh nắng mặt trời hay ánh sáng trắng. Bao gồm các ánh sáng đơn sắc khác nhau thay đổi liên tục từ đỏ sang tím: cam, đỏ, vàng, lục, lam, chàm, tím. Kho màu này được chia thành hai màu ấm và lạnh. Màu sắc của ánh sáng không di chuyển theo cùng một cách trong nước. Với những màu nóng như đỏ, cam có thể đi qua một tấm chắn nhìn thẳng xuống dưới. Nước biển và sinh vật biển liên tục hấp thụ ánh sáng màu này. Đối với ánh sáng có bước sóng ngắn, chẳng hạn như ánh sáng lam tím, ánh sáng tím cũng bị nước biển và tảo hấp thụ một phần, nhưng phần lớn khi gặp lực cản của nước biển thì lần lượt bị tán xạ hoặc phản xạ trở lại ngay. Chính xác hơn: 

‐ Màu đỏ dừng lại ở độ sâu 4 mét 

‐ Màu vàng dừng lại ở độ sâu 10 mét.

‐ Màu xanh xuyên qua độ sâu 100 mét. 

‐ Không màu nào xuyên thấu đến độ sâu 200-300 mét. 

Nếu bạn vượt qua ngưỡng này, bạn sẽ thấy mọi thứ có màu đen. Đó là lý do tại sao chúng ta thường thấy nước biển có màu xanh lam. Vì vậy, nơi nào biển càng sâu, ánh sáng tán xạ càng nhiều thì nước biển càng trong xanh, một màu  ngọc lam rất đẹp. 

Ngoài ra trên Trái Đất còn có biển Đỏ và biển Đen. Sở dĩ có màu này là do tảo đỏ sinh sống và nở hoa ở khu vực Biển Đỏ, còn nước biển ở khu vực Biển Đen chứa nhiều chất H2S, khiến nước ở độ sâu khoảng 100 mét trở xuống sẽ bị sẫm màu.

4. Tại sao sóng lại màu trắng?

Cốc thủy tinh trong suốt không màu, các mảnh thủy tinh sau khi vỡ vẫn trong suốt nhưng khi hợp lại với nhau thành một đống thì chúng trở nên một khối màu trắng xóa. Hơn nữa thủy tinh càng vỡ vụn, đống được vun lại có màu sắc càng trắng. Khi thủy tinh vỡ thành các hạt thủy tinh (như bột), trông giống như một đống tuyết. 

Trên thực tế, thủy tinh có thể xuyên qua ánh sáng mặt trời và phản xạ lại, khi thủy tinh chất thành đống thì khi ánh sáng chiếu vào, ngoài phản xạ còn có nhiều khúc xạ, kéo theo các tia sáng. Bằng cách đi qua nhiều lần, ánh sáng bị khúc xạ hoặc tán xạ theo các hướng khác nhau. Mắt chúng ta tiếp xúc với ánh sáng này và cảm thấy có màu trắng. 

Sóng biển là những hạt thủy tinh vỡ cũng làm mờ các tia sáng và tạo ra màu trắng khi nhìn.

5. Tại sao không uống được nước biển?

Chúng ta biết rằng 71% bề mặt Trái đất là nước, nhưng chỉ 3,5% trong số đó là nước uống được và 96% còn lại là nước biển – loại nước biển có vị mặn đến mức con người không thể uống được. Nước biển mặn sẽ không làm dịu cơn khát của con người hay sinh vật sống. Nếu như uống quá nhiều nước biển có thể dẫn đến tử vong do mất nước. 

Vì thận của hầu hết các loài động vật có tác dụng lọc tạp chất ra khỏi nước. Điều tương tự cũng xảy ra khi bạn uống nước muối, nghĩa là bạn đã nạp vào cơ thể rất nhiều muối mà cơ thể cần phải loại bỏ. Cơ thể thực hiện điều này dưới dạng nước tiểu, mà thận tạo ra bằng cách hòa tan các tạp chất trong nước dư thừa, sau đó được vận chuyển đến bàng quang để loại bỏ. Theo NOAA, thận chỉ có thể tạo ra nước tiểu nhẹ hơn máu của chúng ta và nước tiểu chứa  lượng muối cao gấp ba lần so với lượng muối thông thường có trong máu người. Điều này có nghĩa là với mỗi lần uống nước muối, bạn cần uống thêm ít nhất cùng một lượng nước để thận có thể đào thải hết muối ra ngoài.