Vì sao tiếng sấm to đến mức rung chuyển cả ngôi nhà

Ảnh minh họa tia sét ở Eastern Cape, Nam Phi. Ảnh: Getty Images

Vì sao tiếng sấm to đến mức rung chuyển cả ngôi nhà là câu hỏi nảy sinh trong đầu cây bút của tạp chí Popular Science khi cô trú ẩn an toàn trong nhà một người bạn giữa lúc cơn giông sét ập đến, từng tiếng nổ sau vang to hơn tiếng nổ trước và làm những bức tường trong nhà rung lên. Để tìm lời giải cho hiện tượng âm thanh chói tai này của tự nhiên, cùng lý do một số tiếng sấm vang to hơn hẳn những tiếng sấm khác, Popular Science đã liên hệ với Jonathan Belles, chuyên gia khí tượng kỹ thuật số cấp cao của Weather.com.

Sấm sinh ra từ đâu

Sấm là sản phẩm âm thanh sinh ra từ sét, nên muốn hiểu được tiếng sấm thì trước hết phải hiểu bản chất của tia sét. Một tia sét là luồng phóng điện khổng lồ xuyên qua khí quyển, về cơ bản là một tia lửa tĩnh điện cực lớn. Belles cho biết sét nóng gấp năm lần bề mặt Mặt Trời, khiến nó trở thành một trong những hiện tượng tự nhiên nóng nhất Trái Đất, với nhiệt độ có thể lên tới 54.000 độ F, tương đương khoảng 30.000 độ C.

Theo Belles, sức nóng đó tạo ra một nguồn năng lượng khổng lồ, khiến lớp không khí quanh tia sét phình to đột ngột rồi nguội đi nhanh chóng, kéo không khí xung quanh ùa ngược trở lại để lấp khoảng trống vừa hình thành. Chính quá trình phình to rồi sụp xuống đột ngột đó tạo ra tiếng sấm, sóng xung kích mà tai người nghe được ngay sau mỗi cú đánh sét.

Belles ví việc này với cảnh nướng một ổ bánh mì hay một chiếc bánh xốp nhiều lớp trong lò, sức nóng của lò khiến bánh phồng lên nhanh, nhưng nếu mở cửa lò quá sớm thì chiếc bánh sẽ xẹp ngay vì luồng không khí lọt vào phá vỡ áp suất cần thiết để bánh giữ được hình dáng, và ông cho rằng sét cũng vận hành theo cách tương tự như vậy. Belles gọi hiện tượng vừa mô tả là lúc khí quyển đang cố quay trở lại đúng vị trí ban đầu của nó.

Sét đánh xuống Badwater Basin, Death Valley. Ảnh: Getty Images / mdesigner125

Vì sao có tiếng sấm to, tiếng sấm nhỏ

Cường độ và âm sắc của tiếng sấm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, và địa hình là một trong số đó, theo Belles. Hãy hình dung giọng nói vang vọng lại thế nào trong một hang động hay hẻm núi, khi âm thanh dội vào vách đá cứng, tiếng sấm phát ra trong một thung lũng cũng hoạt động theo cách tương tự, bởi địa hình dốc đứng của thung lũng đóng vai trò như một cái phễu âm thanh, gom sóng âm trên một diện tích rộng rồi dồn chúng về một điểm hẹp và có hướng. Nếu ở đầu bên kia thung lũng có núi hay một bề mặt phản xạ nào đó, tiếng vang của sấm sẽ dội qua dội lại trong một khoảng thời gian, tạo nên hiện tượng gọi là sấm rền, tức tiếng ầm ầm liên tục ở tần số thấp kéo dài qua vài giây.

Nhiệt độ cũng góp phần khuếch đại tiếng sấm, đặc biệt trong hiện tượng nghịch nhiệt, khi một lớp không khí ấm nằm phía trên một lớp không khí lạnh và đặc hơn, giữ lớp không khí lạnh đó luôn sát mặt đất. Belles so sánh hiện tượng này như việc dựng lên một rào chắn nhân tạo ngay phía trên đầu, lớp không khí ấm giữ luôn cả sóng âm bên trong, khiến chúng dội đi dội lại nhiều lần giữa mặt đất và lớp không khí ấm, tạo ra hiệu ứng khuếch đại chẳng khác nào một chiếc loa phóng thanh. Trong lúc nghịch nhiệt diễn ra, tiếng sấm sẽ bật lên bật xuống trong lớp không khí lạnh và đặc cho tới khi tan biến hẳn, Belles ví cảnh này với việc đốt pháo trong một hành lang dài và hẹp, dĩ nhiên đó là điều không nên thử ngoài đời thật, âm thanh khi ấy bị giữ lại rồi khuếch đại lên nhiều lần.

Nghe được tiếng sấm từ xa bao nhiêu, sấm có mấy kiểu

Tai người thường nghe được tiếng sấm trong phạm vi 16 đến 24 km, Belles cho biết, nhưng trong điều kiện khí quyển lý tưởng như địa hình bằng phẳng, không gian yên tĩnh hoặc đang xảy ra nghịch nhiệt, khoảng cách này có thể lên tới 40 km. Ngược lại, mắt người nhìn thấy chớp ở khoảng cách xa hơn tiếng sấm từ ba đến bốn lần, và vào ban đêm, đôi khi có thể quan sát được ánh chớp từ hơn 160 km, trong khi ánh sáng chớp chỉ mất một phần rất nhỏ của giây để chạm tới mắt người. Trong khi đó, sóng âm của tiếng sấm mất năng lượng nhanh hơn nhiều khi lan truyền, nên chúng tắt dần nhanh hơn theo khoảng cách.

Không thể có sấm mà không có sét, Belles lưu ý, nếu nghe thấy tiếng sấm mà không nhìn thấy chớp thì thường có vật gì đó đang che khuất tầm nhìn, có thể là một lớp mây dày hoặc đơn giản là do độ cong của Trái Đất. Mùa hè là thời điểm thường xuất hiện hiện tượng gọi là chớp nhiệt, tên gọi dành cho những tia chớp mờ nhạt xuất hiện nơi đường chân trời vào những đêm ấm và ẩm, Belles nói đây không phải hiện tượng gì kỳ lạ, chỉ đơn giản là tia sét ở quá xa nên con người không nghe được tiếng sấm đi kèm.

Về bản chất, không có nhiều loại sấm khác nhau, Belles khẳng định, nhưng lại có rất nhiều kiểu sét khác nhau, và chính điều này ảnh hưởng tới cách tiếng sấm vang lên. Một ví dụ là sét dương, loại tia sét xuất phát từ phần trên của đám mây giông thay vì từ đáy mây như thông thường. Sét dương tương đối hiếm gặp nhưng mang năng lượng điện cao gấp tới mười lần so với sét thông thường, và vì mang đủ năng lượng để di chuyển quãng đường khoảng 15 km xuống mặt đất, tiếng sấm đi kèm loại sét này thường vang to hơn hẳn, theo Belles.

Bên cạnh đó còn có hiện tượng sấm nổ đanh, tiếng nổ chát chúa thường đi kèm một cú đánh sét ở rất gần, về bản chất đó là tiếng sấm chạm tới tai người trước khi kịp dội lại và tạo thành tiếng vang. Ngược lại, tiếng sấm cũng có thể vang lên như một tràng âm rền kéo dài ở tần số thấp, thường xảy ra khi tia sét đánh xuống cách đó vài km, trong lúc sóng âm của tiếng sấm lan truyền, khí quyển hấp thụ dần những tần số cao và sắc, chỉ còn giữ lại âm trầm nặng.

Nhìn chung, tiếng sấm càng to thì cơn giông càng ở gần, và theo cảnh báo của Cơ quan Thời tiết Quốc gia Mỹ, hễ nghe thấy tiếng sấm thì nhìn chung người nghe đang ở trong phạm vi sét có thể đánh tới, bởi sét có thể đánh xuống bất kỳ đâu quanh khu vực đó dù trời đang nắng, nên tốt nhất nên vào trong nhà trú ẩn.