Trưa tháng sáu, đi chân trần qua sân bê tông thì bỏng rát, bước xuống bờ ruộng lại thấy mát. Cùng một mặt trời, cùng một giờ, chênh nhau vài chục mét — mà nhiệt độ mặt chênh nhau hơn chục độ. Khác biệt duy nhất giữa hai chỗ ấy là nước, và nước tiêu tiền theo một cách rất riêng:
Hoá hơi là khoản chi lớn nhất trên hoá đơn năng lượng của ruộng
Biến nước sôi thành hơi còn tốn hơn đun nó sôi rất nhiều: 2,45 MJ cho mỗi kilôgam, mà nhiệt kế không nhúc nhích một độ suốt quãng ấy. Ruộng lúa đang thì con gái bốc thoát chừng 4 mm nước mỗi ngày — 4 kilôgam trên mỗi mét vuông, tức 9,8 MJ. Chia cho 86 400 giây: 113 W trên mỗi mét vuông, chạy liên tục cả ngày lẫn đêm.
Một hecta là 10 000 mét vuông, nên thửa ruộng ấy đang duy trì công suất bốc hơi 1,13 MW — 27 200 kWh mỗi ngày, bằng phần điện của hơn 4 000 hộ gia đình Việt. Mặt trời phát không khoản đó, nhưng phát không vừa đủ: bức xạ ròng trung bình ngày trên ruộng mùa nắng chỉ khoảng 131 W/m². Bốc hơi nuốt 87%; đúng 13% còn lại mới là thứ đi sưởi không khí.
Tỉ số Bowen: một con số quyết định mặt đất nóng đến đâu
Mọi mét vuông mặt đất đều phải cân sổ. Bức xạ ròng Rn rót vào chỉ có ba
đường ra: hoá hơi nước (LE), sưởi thẳng không khí bên trên (H), và nạp
xuống lòng đất hay cột nước (G). Tỉ lệ giữa hai đường đầu có tên riêng —
tỉ số Bowen, β = H/LE — và biết nó là biết cả bảng phân chia:
A = Rn − G (năng lượng còn dùng được ở mặt)
LE = A / (1 + β)
H = A · β / (1 + β)Ruộng ngập nước có β ≈ 0,15; sân bê tông khô có β ≈ 6. Cùng nhận 600 W/m² giữa trưa với gió nhẹ 2 m/s, ruộng đẩy 453 W/m² vào hoá hơi — 0,66 mm nước mỗi giờ — và chỉ còn 68 W/m² sưởi không khí, nên mặt ruộng vượt nhiệt độ không khí đúng 3,5 độ. Bê tông chẳng có gì để hoá hơi: 353 W/m² của nó, gấp 5,2 lần, dồn cả vào việc hun lớp không khí sát mặt. Mặt sân leo lên 50,6 °C trong khi mặt ruộng nằm ở 36,5 °C — chênh 14,1 độ, và vào trưa lặng gió 1 m/s thì khoảng cách giãn ra 17,3 độ.
Đấy là máy lạnh chạy bằng nước, không máy nén, không hoá đơn. Cùng cơ chế ấy giải thích vì sao mái tôn sẫm màu chạm 70 °C còn tán cây ngay cạnh thì không: lá có β nhỏ, tôn thì không có mẫu số nào để chia.
Một bát cơm là 150 lít nước đã bay lên trời
Tính ngược ra bàn ăn: trung bình toàn cầu cần khoảng 2 500 lít nước cho mỗi kilôgam gạo. Bát cơm trưa nay, 60 gam gạo, tương ứng 150 lít đã bốc lên trời.
Cân bằng ấy cũng đảo rất nhanh. Tháo nước phơi ruộng trước khi gặt, β trượt từ 0,15 lên khoảng 5 chỉ trong một tuần: cùng nắng ấy, mặt ruộng nhảy từ 36,5 °C lên 50,3 °C. Thửa ruộng từng làm mát cả xóm biến thành một cái sân bê tông màu vàng. Ở quy mô lớn, chính khoản megawatt mỗi hecta ấy khiến các vùng tưới tiêu mênh mông ở Bắc Ấn Độ lạnh đi chừng một độ ban ngày trong lúc cả hành tinh nóng lên.
Trường hợp biên: khi mẫu số 1 + β đổi dấu
Công thức có một chỗ chết người: nếu β = −1 thì LE = A/0. Nghe như trò
đại số, nhưng β âm là chuyện có thật. Một thửa ruộng nhỏ nằm giữa vùng đất
khô nóng còn được gió mang nhiệt tới tặng thêm — H đổi chiều, chảy vào
mặt ruộng thay vì đi ra. Với β = −0,4, LE = A/0,6: ruộng bốc hơi 1,67
lần lượng năng lượng mặt trời rót xuống nó, đốt cả phần vay của hàng
xóm. Đó là “hiệu ứng ốc đảo”, và là lý do một mảnh tưới cô lập luôn ngốn
nước vượt xa mọi bảng tra.
Ban đêm thì cả sơ đồ lật ngược: Rn xuống chừng −70 W/m², mặt ruộng lạnh hơn không khí, và LE đổi dấu — hơi nước ngưng lại thành sương, trả về mặt lá khoảng 17 W/m² nếu đọng được 0,2 mm suốt tám tiếng, gần một phần tư khoản lỗ bức xạ. Giọt sương trên lá lúa lúc rạng sáng không phải nước rơi xuống: nó là năng lượng đang chảy ngược, đúng cỗ máy mà nhà vườn dùng để cứu cây khỏi sương giá. Ban ngày nước là máy lạnh của cánh đồng, ban đêm nó là chiếc chăn — cùng một 2,45 MJ mỗi kilôgam, chỉ đổi chiều mũi tên.