Tại sao bạn lại thấy mát khi đứng dưới bóng cây?

Chúng ta ai cũng biết rằng, đứng dưới tán cây thì sẽ mát hơn vào những ngày trời nắng nóng. Nhưng ít ai lại tò mò tại sao lại như thế và làm thế nào mà cây xanh lại rất hiệu quả trong việc làm mát không khí? Về lý thuyết, cây cối làm mát không khí xung quanh bằng 2 cách bao gồm việc ngăn chặn ánh sáng Mặt trời và tạo ra khí mát nhờ quá trình thoát hơi nước. Bài này sẽ chia sẻ kỹ hơn về cách hoạt động của 2 quá trình này.

Ngăn chặn ánh sáng hay như cách mọi người vẫn thường hay gọi là che nắng.

Mặt đất, đường xá và các toà nhà có khả năng hấp thụ nhiệt rất tốt và phản xạ rất ít lượng nhiệt đó. Đó là lý do tại sao chúng ta không nên bước chân đất lên trên bê tông. Một số người đã rất ngạc nhiên khi đế giày của họ gần như bị chảy sau khi đi bộ quá nhiều ở ngoài trời vào ban ngày.

Trên thực tế, tán cây có thể cản đến 90% ánh sáng từ Mặt trời và cả nhiệt lượng đi kèm.

Trong khi đó, cây cối với các tán cây bao gồm phần cành và lá, có thể ngăn nhiệt truyền đến các bề mặt này. Trên thực tế, tán cây có thể cản đến 90% ánh sáng từ Mặt trời và cả nhiệt lượng đi kèm. Một số loài cây có tán rộng hơn với phần lá to hơn, mật độ lá nhiều hơn thì hiệu quả sẽ càng cao. Chẳng hạn như cây nhiệt đới với những chiếc lá khổng lồ có thể cản ánh sáng Mặt trời rất hiệu quả, chúng chỉ cho phép 1-2% lượng ánh sáng chiếu xuống mặt đất.

Khi nhiệt lượng lọt qua tán cây thấp, nhiệt độ không khí cũng trở nên thấp hơn. Phần lớn công dụng làm mát của cây cối chủ yếu đến từ việc tạo ra bóng râm. Thế nhưng về cơ bản, bóng râm không làm mát không khí, nó chỉ ít làm ấm không khí hơn mà thôi.

Thoát hơi nước

Cây hút nước từ rễ và vận chuyển đến lá qua các giai đoạn.

Cây hút nước từ rễ và vận chuyển đến lá qua các giai đoạn, nơi quá trình quang hợp diễn ra. Tuy nhiên, có đến 99% lượng nước khi đi đến phần lá thì bị thoát ra ngoài do hoạt động đóng/mở của khí khổng (các lỗ có ở bề mặt của lá) nhằm trao đối khí CO₂ và Oxy. Quá trình này gọi là “thoát hơi nước” và cũng chính là yếu tố tạo ra hiệu ứng làm mát của cây. (1)

Cây có thể mất từ 70-120 lít nước trong một ngày.

Cây có thể mất từ 70-120 lít nước trong một ngày, tuỳ thuộc vào kích thước của tán và diện tích lá của chúng. Ví dụ, cây liễu (Salix Nigra) hoặc cây dương (Populus alba) có kích thước tán cây lên đến 83,6 m2, có thể mất đến 82 lít nước mỗi ngày thông qua quá trình thoát hơi nước.

Để nước trên lá có thể chuyển từ dạng lỏng sang hơi, nó cần năng lượng. Vì vậy, năng lượng từ khí nóng xung quanh cũng như từ ánh nắng mặt trời chiếu vào sẽ được “thu thập” để làm việc đó (2). Khi nước bị thoát ra ngoài dưới dạng hơi thông qua quá trình thoát hơi nước (quá trình 1), năng lượng rời khỏi hệ thống sẽ nhiều hơn năng lượng dành cho quá trình chuyển hoá nước thành hơi trên lá (quá trình 2).

Theo định luật bảo toàn năng lượng, nếu phần năng lượng đi vào hệ thống (để phục vụ cho quá trình 2) ít hơn năng lượng thoát ra (để phục vụ cho quá trình 1) thì nhiệt độ lúc bấy giờ sẽ giảm đi nhằm duy trì trạng thái cân bằng và bảo toàn nhiệt động học. Và nếu chúng ta coi khu vực xung quanh cây là 1 “hệ thống” thì đó là cách mà quá trình này vận hành.

Với cây cối, tác dụng làm mát còn có thể cảm nhận ở khu vực bên dưới.

Thông thường, hiệu quả làm mát thường chỉ xuất hiện giới hạn ở bề mặt mà nước bay hơi. Cũng tương tự với cơ thể con người, mồ hôi của chúng ta bốc hơi bằng nhiệt từ da, khiến chúng ta cảm thấy mát hơn. Nhưng với cây cối, tác dụng làm mát còn có thể cảm nhận ở khu vực bên dưới, xung quanh tán cây.

Lý do đầu tiên là vì tất cả các lá đều hợp thành một vùng lớn hơn, là tán cây. Một lượng nước khổng lồ bốc hơi từ tán cây, từ 70-120 lít một ngày, hút năng lượng nhiệt từ khắp nơi xung quanh tán cây.
Lý do thứ 2, có nhiều khí khổng hơn ở bề mặt dưới của lá, điều này giúp hiệu quả làm mát trở nên rõ rệt hơn.
Cuối cùng, nước bốc hơi từ đất dưới gốc cây, làm mát đất, quá trình này được gọi là làm mát bay hơi. Hai quá trình làm mát thoát hơi nước và làm mát bay hơi kết hợp với nhau giúp không khí và mặt đất xung quanh trở nên mát hơn.

Tác dụng làm mát của cây cối trong các thành phố

Vailshery, Jaganmohan và Nagendra đã thực hiện một loạt các nghiên cứu từ năm 2009 trên 10 con đường lớn tại thành phố Bengaluru, Ấn Độ. Nghiên cứu dựa trên đánh giá về nhiệt độ môi trường xung quanh và nhiệt độ mặt đường suốt cả ngày trên các đoạn có cây và không có cây. Ví dụ, trên đường Bellary, đoạn nối thành phố với sân bay, nhiệt độ không khí lúc 2 giờ chiều là 34,5 độ C ở những đoạn không có cây, so với 29,8 độ C ở những khu vực có bóng cây.

Nhiệt độ mặt đường có nhiều sự khác biệt rõ rệt. Vào lúc 3 giờ chiều, dưới ánh nắng Mặt trời nhiệt độ đo được là 51,5 độ C và dưới bóng cây là 32,5 độ C, mức chênh lệch lúc này lên đến 19 độ C. Nhiều nghiên cứu khác đã kết luận rằng cây cối làm mát không khí từ 2-10 độ C.

Trồng cây dọc theo đường phố có thể làm mát thành phố một cách hiệu quả.

Và nếu các cây được trồng gần nhau thành một tập hợp, chúng có thể làm mát nhiệt độ khoảng 5-10 độ C. Trồng cây dọc theo đường phố hoặc xây dựng một khu vườn trên tầng thượng các toà nhà, có thể làm mát thành phố một cách hiệu quả, chống lại hiệu ứng Đảo nhiệt đô thị.