บทที่ 1 โลกและการเปลี่ยนแปลง

บทท$ี & โลกและการเปล$ียนแปลง

• การกาํ เนิดของโลก ปัญหาท4วี ่าโลกมาจากไหน หรือเกดิ ขนึ= ได้อย่างไร ได้รับความสนใจจากนัก วทิ ยาศาสตร์มาเป็ นเวลานานแล้ว ผลจากการศกึ ษาพบว่า โลกเป็ นสมาชกิ หน4ึงของ ระบบสุริยะ โดยมีดวงอาทติ ย์เป็ นศูนย์กลางของระบบ มีทฤษฎีท4เี ก4ียวกับการกาํ เนิดโลกกล่าวไว้มากมาย เช่น Ø ปี พ.ศ. 2339 คานท์ และ ลาพลาส ได้เสนอทฤษฎีเก4ียวกับการเกดิ ระบบสุริยะ ไว้โดยเช4ือว่าดวงอาทติ ย์ ดาวเคราะห์ และส4ิงต่าง ๆ ในระบบสุริยะมีกาํ เนิดมาจาก กลุ่มแก๊สท4รี ้อนจดั และหมุนอยู่ แรงเหว4ียงจากการหมุนทาํ ให้เกดิ เป็ นลักษณะวง แหวนหมุนกระจายออกจากศูนย์กลาง ต่อมาบริเวณศูนย์กลางของวงแหวนก็ กลายเป็ นดวงอาทติ ย์ส่วนกลุ่มแก๊สในแต่ละวงแหวนกจ็ ะรวมตวั กันแล้วหดตวั กลายเป็ นดาวเคราะห์และส4งิ อ4ืน ๆ ในระบบสุริยะ ซ4งึ รวมทงั= โลกของเราด้วย

Ø ในปี พ.ศ. 2444 เจมส์ ยีนส์ ได้เสนอทฤษฎีกาํ เนิดระบบสุริยะไว้ สรุปความ ได้ว่ามีดาวฤกษ์ขนาดใหญ่เคลIือนทIเี ข้าใกล้ดวงอาทติ ย์ แรงดงึ ดดู ระหว่างดวง อาทติ ย์และดาวฤกษ์ทาํ ให้มวลบางส่วนของดาวฤกษ์และดวงอาทติ ย์หลุดออกมา มวลทIหี ลุดออกมานีจO ะกลายเป็ นดาวเคราะห์ต่าง ๆ รวมทงัO โลกและวัตถุอIืน ๆ ใน ระบบสุริยะ Ø ในปี พ.ศ. 2493 เฟรด ฮอยล์ และฮานส์ อัลเฟน ได้เสนอทฤษฎีเกIียวกับการ เกดิ ระบบสุริยะขนึO อีก โดยอาศัยแนวทฤษฎีของลาพลาส และหลักฐานจาก การศกึ ษาปรากฏการณ์บนท้องฟ้าเพIมิ เตมิ ซIงึ สรุปได้ว่ามีดวงอาทติ ย์เกดิ ขนึO ก่อน จากการรวมตวั ของกลุ่มแก๊สและฝ่ ุนละออง ต่อมาดวงอาทติ ย์ทIเี กดิ ขนึO ใหม่นีเO รIิม มีแสงสว่างและยังคงมีกลุ่มแก๊สและฝ่ ุนละอองห้อมล้อมอยู่โดยหมุนไปรอบ ๆ ดวงอาทติ ย์ กลุ่มแก๊สและฝ่ ุนละอองเหล่านีถO กู ดงึ ดดู ให้อัดตวั แน่นขนึO และรวมตวั เป็ นก้อนขนาดใหญ่ขนึO จนกลายเป็ นก้อนวัตถุขนาดใหญ่โคจรรอบดวงอาทติ ย์ ซIงึ กค็ ือดาวเคราะห์นIันเอง



ทฤษฎีโปรโตแพลเนต กล#าวว#า ในอวกาศมีกลุ#มหมอก ฝุ0นละออง และแก4ส ลอยอยู# ซึ่งต#อมาเกิดการหดตัวดAวยแรงดึงดูดของมวลของ ตัวเอง เกิดการรวมตัวกันเขAาสู#ศูนยCกลางหลายจุดซึ่งเปFนอิสระต#อกัน แต# ในที่สุดจุดศูนยCกลางเหล#านั้นถูกบีบอัดเขAาดAวยกันจนกลายเปFนดวง อาทิตยC และมีสสารแยกตัวออกเปFนแผ#นบาง ๆ เหมือนจานลอยอย#ู โดยรอบดวงอาทิตยC แรงเสียดทานภายในจานดังกล#าวทำใหAเกิดการไหล คลAายกระแสน้ำวนในจาน ทำใหAจานแตกแยกตัวออกเปFนมวลที่อัดแน#น เรียกว#า โปรโตแพลเนต (protoplanet) หลายๆ ชิ้น ซึ่งในที่สุด กลายเปFนดาวเคราะหCต#าง ๆ รวมทั้งโลกดAวย สำหรับส#วนที่หลุดออกไป นอกวงโคจรจะกลายเปนF ดวงจนั ทรC และดาวเคราะหCนอA ย



เช่ือกันว*าเอกภพเกิดมาได2 10,000 ลา2 นป9แล2ว ขณะทีโ่ ลกเพิ่ง เกิดมาเมื่อประมาณ 4,600 ล2านป9 โดยเริ่มแรกเกิดปรากฏการณGที่ฝุJน และกKาซที่แต*เดิมกระจายอยู*ในจักรวาล เกิดการรวมตัวกันเปQนวงกKาซที่ ร2อนจัด มีความหนาแน*นมหาศาล อุณหภูมิสูงมากจนประมาณไม*ได2 จึง เกิดระเบิดขึ้นมาเรียกว*า “บิ๊กแบง” ถือว*าเปQนการระเบิดครั้งยิ่งใหญ* ส*งผลให2มวลสารแพร*กระเด็นกระจายออกไป จุดศูนยGกลางที่ร2อนที่สุด คือ ดวงอาทิตยG (มีเส2นผ*านศูนยGกลาง 1,400,000 กิโลเมตร และมี อณุ หภูมิ 15 ลา2 นองศาเซลเซยี ส)

ทฤษฎีบิ๊กแบง (Big Bang Theory) คือ แบบจำลองในจักรวาล วิทยาที่ใชIอธิบายถึงการกำเนิดและวิวัฒนาการของเอกภพ (Universe) ซึ่งเปYนทฤษฎีที่ไดIรับการยอมรับและกล\\าวถึงมากที่สุด จากหลักฐานทาง วิทยาศาสตรcหลายชิ้นและการสังเกตการณcของเหล\\านักดาราศาสตรc ทำ ใหIเกิดขIอสรุปร\\วมกันว\\า ขณะนี้ เอกภพ หรือจักรวาล กำลังขยายตัว ออกไป ดวงดาวและกาแล็กซีกำลงั เคลือ่ นทอ่ี อกห\\างจากกนั ทกุ วินาที

แนวคิดในทฤษฎีบิ๊กแบงถูกเสนอขึ้นครั้งแรก ในป= 1927 โดย บาทหลวง ฌอรฌH เลอแม็ทรH (Georges Lemaître) ซง่ึ เปนZ ท้ังนกั ดารา ศาสตรHและศาสตราจารยHชาวเบลเยียม ด`วยความเชื่อที่วbา เอกภพมี จุดเริ่มต`นจากจุดเพียงจุดเดียว จุดเล็ก ๆ ที่มีความหนาแนbนสูง หรือที่ เรียกวbา “อะตอมดึกดำบรรพH” (Primeval Atom) กbอนจะเกิดการ ระเบิดและขยายตัวจนมีขนาดใหญbอยbางเชbนในปpจจุบันนี้ และจาก ความก`าวหน`าทางวิทยาศาสตรHและเทคโนโลยี ทฤษฎีบิ๊กแบงได`รับการ ยอมรบั และการสนบั สนนุ จากหลกั ฐานทางวิทยาศาสตรมH ากมาย

การเกิดของเมฆและมหาสมทุ ร • โลกยคุ แรกเริ่มกำเนดิ จากการถกู ชน โลกคอ> ย ๆ ใหญ>ข้ึนจากแรงชนและการ หลอมรวมของเทหวตั ถุ ยง่ิ ชนมากยง่ิ โตมาก แรงดึงดดู ย่งิ มาก หลอมรวมกนั จน ขนาดใหญข> ้นึ เรอื่ ย ๆ • พ้นื ผวิ โลกเริ่มเปลย่ี นแปลง การชนหนัก ๆ เกิดพลังงานความรLอนสงู มากทำใหL ผิวโลกเริ่มหลอมละลายกลายเปนM หินหนืด จดุ หลอมเหลวของหินหนดื อย>ูท่ี อณุ หภูมิ 1,300 องศาเซลเซยี ส • กว>าจะเยน็ ลงไดตL อL งใชเL วลานาน ดงั นนั้ โลกเราจงึ เกดิ เปMนดาวเยน็ เกดิ เปMนหลมุ มหาสมุทรใหญ>จากแรงปะทะ เปนM มหาสมทุ รหินหนืด • ดาวเคราะหXนอL ยทลี่ อยเควLงควาL งไปมายงั คงพง>ุ ชนโลกไม>หยดุ หย>อน ดาว เคราะหXเหลา> นี้ประกอบดวL ยธาตชุ นดิ ตา> ง ๆ ซ่งึ ธาตุเหล>าน้หี ลอมละลาย กลายเปMนธาตุที่เปMนองคปX ระกอบของโลกในทกุ วันนี้

นักวิทยาศาสตรพ- บว0า ไอนำ้ ถกู เกบ็ ไว:ในอกุ กาบาตเม่อื ระบบ สุริยะเย็นลง จากการทดลองเอาสะเก็ดดาวทีค่ งหลงเหลอื พบอยู0บน พื้นโลกในปJจจุบันมาเผาด:วยอุณหภมู ิสงู 800 องศาเซลเซยี ส ไดไ: อ น้ำออกมาภายใน 1 นาที กลนั่ ออกมาเปRนหยดน้ำได: จึงอธบิ ายได:ว0า ขณะทอ่ี กุ กาบาตชนโลก เกดิ ความร:อนขึ้น นำ้ ในสะเก็ดดาวจงึ ระเหย ขึน้ ไปในบรรยากาศของโลก รวมตวั กนั เปRนเมฆลอยปกคลมุ โลกอยู0 เบอื้ งบน

การเกิดแผ)นดินและทวปี • ในขณะท่ีโลกเกดิ การเย็นตัวลง สารทเ่ี ปน= ส)วนประกอบที่มคี วามหนาแนน) มากกว)าจะจมลงไปอย)ใู นใจกลาง ส)วนที่เบากวา) จะเปน= องคปF ระกอบอยู) ภายนอก และจากภายในจะมีไอน้ำและกาJ ซคารFบอนไดออกไซดพF )ุงขึ้นมา พรอO มกบั กJาซอยา) งอ่นื ทำใหเO กดิ บรรยากาศห)อหOมุ โลก • วตั ถทุ ่หี ลอมละลายอยขู) Oางในก็พวยพ)งุ ออกมาภายนอกในขณะที่มันเยน็ ตัว ลงไปอีก แต)เพราะมีน้ำหนักมากจงึ เล่อื นตกกลบั ลงไปในส)วนลึกอีกคร้งั • ดังนน้ั ภายในโลกจึงอาจจะเปน= แร)ธาตุท่หี ลอมเหลวและรOอนระออุ ย)ู ธาตทุ ี่ หลอมเหลวนจ้ี ัดเป=นผวิ โลกชัน้ ในทเ่ี รียกวา) เส้อื คลมุ ช้นั ใน • โดยรอบเสอ้ื คลุมชั้นในน้ี กลายเปน= ชน้ั บาง ๆ ของผิวโลก ชนั้ ลา) งของชัน้ หนิ น้เี ปน= หนิ ท่ีพบในลักษณะของลาวา ซึ่งภเู ขาไฟปะทุออกมา ชั้นล)างสดุ ของ ผวิ น้เี ปน= ทอO งมหาสมุทรและทะเล สว) นท่ีสงู ข้ึนมาเปน= พ้ืนผิวของทวปี ซ่ึง กลายเปน= ภูเขา แผน) ดนิ และเนือ้ เปลือกโลกชั้นนอกสดุ

เริ่มแรกที่ทวีปเกิดขึ้นนั้น มีลักษณะไม8เหมือนในป=จจุบันนี้ เพราะขณะนั้นผิวโลกและภายในยังคงรIอนระอุอยู8 จึงมีเปลวไฟ กลุ8ม แกLสที่รIอนจัด และหมอกควันระเบิดพวยพุ8งขึ้นมาเปNนแห8ง ๆ บางครั้งมีลาวาที่ประกอบดIวยหินละลายเหลวไหลขึ้นมาเปNนทะเล เพลิง ซึ่งในทะเลเพลิงของลาวานี้มีหินแกรนิตมหึมาผุดลอยขึ้นมา ดวI ย เมอ่ื เย็นลงจึงมหี ินละลายส8วนอ่ืน ๆ เกาะเพิ่มเติมใหIหนาออกไป เรื่อย ๆ และในบางส8วนของผิวนอกเย็นตัวเกาะกันเปNนของแข็ง แต8 บางสว8 นภายในทย่ี งั เดอื ดอยก8ู ผ็ ลักดนั ใหปI ดู นูนข้ึนภายนอก

ทแี่ บ&งชนั้ แกน& โลก เปน2 แก&นโลกชนั้ นอก (outer core) และแกน& โลกชัน้ ใน (inner core) ทา& นคิดว&าเขานำเกณฑI อะไรมาแบง&

การศกึ ษาโครงสร้างของโลก การศกึ ษาโครงสร+างภายในของโลก โดยศกึ ษาการเดนิ ทางของ “คลนื่ ซิสมิค” (Seismic waves) ซง่ึ มี 2 ลักษณะ คอื 1. คลื่นปฐมภูมิ (P wave) เปนT คล่ืนตามยาวทเ่ี กิดจากความไหวสะเทอื นในตวั กลาง 2. คลน่ื ทตุ ิยภมู ิ (S wave) เปนT คล่นื ตามขวางทเ่ี กดิ จากความไหวสะเทือนในตวั กลาง

โครงสร้ างภายในของโลก

โครงสร้ างภายในของโลก การแบง& โครงสรา+ งโลกตามลักษณะทางกายภาพ นกั ธรณีวทิ ยาแบง& โครงสร+างภายในของโลกออกเปBน 5 สว& น โดยพจิ ารณาจากความเรว็ ของ คลื่นปฐมภูมิ (P wave) และคลน่ื ทุตยิ ภูมิ (S wave) ดังน้ี 1) ธรณภี าค (Lithosphere) คือ ประกอบด+วยเปลอื กโลกทวปี (Continental crust) และ เปลอื กโลกมหาสมทุ ร (Oceanic crust) คล่นื ปฐมภมู ิ (P wave) และคล่ืนทตุ ิยภูมิ (S wave) เคล่ือนทชี่ +า ลงจนถงึ แนวแบง& เขตโมโฮโรวซิ กิ (Mohorovicic discontinuity) ซึง่ อย&ู ทรี่ ะดับความลกึ ประมาณ 100 กิโลเมตร

2) ฐานธรณีภาค (Asthenosphere) อยใู: ต=แนวแบ:งเขตโมโฮโรวซิ กิ ลงไป จนถงึ ระดบั 700 กิโลเมตร เปนU บริเวณท่คี ลืน่ ไหวสะเทือนมคี วามเรว็ เพิม่ ขึน้ ตาม ระดบั ความลกึ โดยแบง: ออกเปนU 2 เขต ดังนี้ (1) เขตทคี่ ลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วตำ่ (Low velocity zone หรือ LVZ) ท่ีระดับลกึ 100 – 400 กโิ ลเมตร คลื่นปฐมภูมิ (P wave) และคลื่นทุติย ภูมิ (S wave) มีความเรว็ เพิม่ ขึ้นอยา: งไม:คงท่ี เนอ่ื งจากบรเิ วณนีเ้ ปUนของแข็ง เนือ้ ออ: น อุณหภูมทิ ่ีสงู มากทำใหแ= รบ: างชนิดเกดิ การหลอมละลายเปUนหนิ หนืด (Magma) (2) เขตทม่ี ีการเปลยี่ นแปลง (Transitional zone) อยบ:ู รเิ วณเนื้อ โลกตอนบน (Upper mantle) ระดบั ลกึ 400 – 700 กิโลเมตร คลนื่ ปฐมภูมิ (P wave) และคลนื่ ทตุ ยิ ภูมิ (S wave) มคี วามเร็วเพิ่มขึ้นมากในอตั ราไม: สม่ำเสมอ เน่ืองจากบรเิ วณนีม้ ีการเปลีย่ นแปลงโครงสร=างของแร:

3) เมโซสเฟ*ยร- (Mesosphere) อยู8บริเวณเนอื้ โลกชนั้ ลา8 ง (Lower Mantle) ทค่ี วามลึก 700 – 2,900 กิโลเมตร เปYนบริเวณท่คี ลน่ื ไหวสะเทือนมีความเร็วสม่ำเสมอ เนื่องจากเปYนของแขง็ 4) แก8นชั้นโลกนอก (Outer core) ทีร่ ะดบั ความลกึ 2,900 – 5,150 กิโลเมตร คลน่ื ปฐมภมู ิ (P wave) ลดความเรว็ ลงฉับพลนั ขณะท่ี คลื่นทตุ ิยภมู ิ (S wave) ไมป8 รากฏ ท้งั น้ีเนื่องจากบริเวณน้เี ปYนเหลก็ หลอมละลาย 5) แกน8 โลกชน้ั ใน (Inner core) ทีร่ ะดบั ความลกึ 5,150 กิโลเมตร จนถึงความลกึ 6,371 กโิ ลเมตร ท่ีจุดศนู ย-กลางของโลก คลืน่ ปฐมภูมิ (P wave) ทวีความเร็วข้นึ เนอ่ื งจากความกดดัน ภายในทำใหwเหล็กเปล่ียนสถานะเปนY ของแข็ง

โครงสร้ างภายในของโลก จากการศกึ ษาคล5ืนแผ่นดนิ ไหว ทาํ ให้นักวทิ ยาศาสตร์สามารถแบ่งโลก โดย พจิ ารณาองค์ประกอบทางเคมี ออกเป็ นชันO ต่าง ๆ จากผิวโลกถงึ ชันO ในสุดได้ 3 ชันO ใหญ่ ๆ ดงั นีO

• เปลือกโลก (Crust) เป็ นชัน4 นอกสุดมีความหนาระหว่าง 6-35 กโิ ลเมตร แบ่งออกเป็ น 2 ส่วน โดยส่วนหนาทMสี ุดของเปลือกโลก เรียก เปลือกโลกส่วนบน (Upper crust) มีความหนาแน่นตMาํ ประกอบด้วย โปแตสเซียม อะลูมเิ นียม และซลิ เิ กตเป็ นส่วนใหญ่ ทาํ ให้มีชMือเรียกว่า ชัน4 ไซอัล (sial) ส่วนบางทMสี ุดเรียกเปลือกโลกส่วนล่าง (Lower crust) มี ความหนาแน่นมากกว่าส่วนบน ประกอบด้วยแมกนีเซียม เหล็ก แคลเซียม และซลิ เิ กตเป็ นส่วนใหญ่ เรียกอีกชMือหนMึงว่า ชัน4 ไซมา (Sima) ส่วนของเปลือกโลกภาคพนื4 ทวีปนัน4 ประกอบด้วยชัน4 ไซอัลและไซมา ทาํ ให้มีความหนามากกว่าส่วนทMอี ยู่ใต้มหาสมุทร ซMงึ จะประกอบด้วยชัน4 ไซ มาเท่านัน4

•แมนเทลิ (Mantle) เป็ นชัน5 ท7อี ยู่ระหว่างเปลือกโลกกับแก่นโลก มีความหนา ประมาณ 2,885 กโิ ลเมตร มีส่วนประกอบของแมกนีเซียมและเหลก็ เป็ นส่วนใหญ่ แมนเทลิ เกือบทงั5 หมดเป็ นของแขง็ ยกเว้นท7คี วามลกึ ประมาณ 70-260 กโิ ลเมตร หรือท7เี รียกว่า ชัน5 แอสทโี นสเฟี ยร์ (Asthenosphere) ในชัน5 นีม5 ีการหลอมละลาย ของหนิ เป็ นบางส่วน •แก่นโลก (Core) เป็ นส่วนชัน5 ในสุดของโลกท7มี ีความหนาแน่นมาก มีรัศมียาว ประมาณ 3,486 กโิ ลเมตร ประกอบด้วยโลหะผสมระหว่างเหลก็ และนิกเกลิ และ แบ่งออกเป็ น 2 ชัน5 คือ แก่นโลกชัน5 นอก (outer core) ส่วนใหญ่ประกอบด้วยโลหะ หลอมเหลว ชัน5 นีม5 ีอุณหภมู สิ ูงประมาณ 2,200 องศาเซลเซียส และแก่นโลกชัน5 ใน (inner core) มีสภาพเป็ นโลหะแขง็ เน7ืองจากได้รับแรงดนั ท7กี ดลงจากด้านบนมาก ท7สี ุด ซ7งึ มีความหนาแน่นมากกว่าหนิ ท7วั ไปถงึ 5 เท่า และมีความร้อนสูงถงึ 7,000 องศาเซลเซียส

• สถานะของสสารในโลก โลกประกอบด้วยสสารต่าง ๆ มากมาย ม:ีทงั= ของแขง็ ของเหลว และก๊าซ นักศกึ ษาคดิ ว่าเหตุใดสสารเหล่านีจ= งึ มีสถานะต่างกัน และอนุภาคของสสารแต่ละ สถานะอยู่รวมกันอย่างไร ? กจิ กรรม : เกาะกันไว้ 1. แบ่งกลุ่ม กลุ่มละ 3 – 4 คน 2. ให้แต่ละคนใช้แขนทงั= สองของตนเองโอบไหล่เพ:อื นอีก 2 คน ไว้ให้แน่นท:สี ุด เท่าท:ที าํ ได้ แล้วให้แต่ละกลุ่มเคล:ือนท:ี 3. ทาํ ซาํ= ข้อ 2 แต่เปล:ียนจากการโอบไหล่เป็ นจบั มือกันไว้ให้แน่น และการปล่อย มือ

ถ้าแต่ละคนเปรียบเสมือนแต่ละอนุภาคของสสาร จะเหน็ ว่า เม>ืออนุภาค ของสสารอยู่กันอย่างหนาแน่นอนุภาคจะเคล>ือนตวั เองได้ยาก เทยี บได้กับขณะท>ี เราโอบไหล่กันน>ันเอง แต่ถ้าอนุภาคของสสารอยู่กันอย่างหลวม ๆ กจ็ ะเคล>ือน ตวั เองง่ายขนึI เหมือนเม>ือเราจบั มือกัน นอกจากนีI สสารท>แี ต่ละอนุภาคอยู่รวมกัน อย่างหนาแน่นนีกI จ็ ะถกู ทาํ ให้เปล>ียนรูปร่างได้ยากกว่าสสารท>แี ต่ละอนุภาคอยู่กัน อย่างหลวม ๆ อีกด้วย ของแขง็ ของเหลว และก๊าซ กม็ ีลักษณะการอยู่รวมกันของอนุภาคคล้าย กับท>กี ล่าวมา คือ ของแขง็ จะมีอนุภาคอยู่กันอย่างหนาแน่น อนุภาคของ ของเหลวจะอยู่กันอย่างหลวม ๆ ของเหลวจงึ เปล>ียนแปลงรูปร่างได้ตามภาชนะ ท>ใี ส่ ส่วนอนุภาคของก๊าซกจ็ ะอยู่กันอย่างกระจดั กระจายและเคล>ือนไปมาได้ อย่างอสิ ระ จงึ ทาํ ให้ก๊าซฟุ้งกระจายได้เตม็ ภาชนะ

คาํ ถาม ? 1. เราสามารถทาํ ให้สสารสถานะหน4ึงเปล4ียนสถานะได้หรือไม่ ลองยกตวั อย่าง 2. ในชีวติ ประจาํ วัน เราใช้ประโยชน์จากการเปล4ียนสถานะของส4งิ ต่าง ๆ ได้ อย่างไรบ้าง ลองยกตวั อย่างแล้วช่วยกันอภปิ ราย 3. ถ้าสสารทกุ ชนิดไม่สามารถเปล4ียนสถานะได้เลย คดิ ว่ามนุษย์และส4งิ มีชีวติ ต่าง ๆ จะมีชีวติ อยู่ได้หรือไม่ เหตุใดจงึ คดิ เช่นนันR

สสารสามารถเปล*ียนสถานะได้เม*ืออยู่ในภาวะแวดล้อมท*ี เหมาะสม เช่น นํา> แขง็ เม*ือได้รับความร้อนเพยี งพอกส็ ามารถเปล*ียน สถานะเป็ นนํา> ได้ และในทาํ นองเดยี วกันเรากส็ ามารถต้มนํา> ให้เดอื ด กลายเป็ นไอนํา> ได้ สสารต่าง ๆ สามารถเปล*ียนสถานะได้และเราสามารถนํา ความรู้เร*ืองการเปล*ียนสถานะของสสารมาใช้ประโยชน์ได้หลาย อย่างเช่น การนําแท่งเหล็กมาหลอมแล้วเทลงแม่พมิ พ์ทาํ ให้ได้ภาชนะ เหลก็ หล่อ มีรูปร่างตามต้องการ การนําแก้วมาหลอมเหลวแล้วเป่ าให้ เป็ นรูปสัตว์ส*งิ ของต่าง ๆ นอกจากนีเ> รายังสามารถสร้างเคร*ืองมือและ เคร*ืองใช้ต่าง ๆ ตลอดจนเคร*ืองอาํ นวยความสะดวกอีกมากมาย

นอกจากสสารจะสามารถเปล/ียนสถานะได้แล้ว มนุษย์ยังได้พยายามศกึ ษา ค้นคว้าเก/ียวกับลักษณะโครงสร้างและองค์ประกอบของสสารด้วย จนในท/สี ุด จอห์น ดอลตนั นักวทิ ยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้เสนอแนวคดิ ว่า ถ้าแบ่งสสารออก เป็ นหน่วยย่อยท/สี ุด โดยแต่ละหน่วยยังคงสมบตั เิ ดมิ ของสสารไว้ เรียกหน่วยย่อย ท/สี ุดนีวM ่า “อะตอม” จอห์น ดอลตนั (John Dalton พ.ศ. 2309 – 2387) นักวทิ ยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เป็ นผู้ พฒั นาทฤษฎีอะตอมของสสาร เขามีผลงาน ทางวทิ ยาศาสตร์มากโดยเฉพาะทางด้านเคมี

ถ้านําสสารชนิดหน$ึงมาศกึ ษาสมบตั ขิ องแต่ละอะตอมแล้ว หากปรากฏว่า อะตอมทงัM หมดของสสารเป็ นชนิดเดยี วกัน กเ็ รียกสสารดงั กล่าวนีวM ่า “ธาตุ” เน$ืองจากธาตุมีอยู่หลายชนิด จอห์น ดอลตนั จงึ เสนอให้มีการใช้รูปภาพ เป็ นสัญลักษณ์แทนช$ือธาตุ ต่อมาได้ค้นพบธาตุใหม่ ๆ ขนึM เป็ นจาํ นวนมาก การใช้ รูปภาพจงึ ไม่สะดวก จาคอบ เบอร์ซีเลียส นักวทิ ยาศาสตร์ชาวสวีเดน ได้เสนอให้ ใช้ตวั อักษรแทนช$ือธาตุ และเป็ นท$ยี อมรับกันจนถงึ ทุกวันนีM ชอ#ื ธาตุ สญั ลกั ษณข์ อง สญั ลกั ษณข์ อง เหล็ก ธาตุ ชอ#ื ธาตุ ธาตุ ตะกว#ั Fe คารบ์ อน C ทองแดง Pb ไนโตรเจน N เงนิ Cu ออกซเิ จน O ดบี กุ Ag ไฮโดรเจน H ปรอท Sn คลอรนี Cl อะลมู เิ นยี ม Hg กาํ มะถนั S Al ฟอสฟอรสั P

โดยท&วั ไปอะตอมจะไม่อยู่ตามลาํ พงั แต่จะรวมกันอยู่กับอะตอมอ&ืน อย่างมีระบบ ถ้าอะตอมของธาตุชนิดเดยี วกันมาเกาะรวมอยู่ด้วยกัน ก็ จะเกดิ เป็ นโมเลกุลของธาตุ เช่นโมเลกุลของออกซเิ จน ประกอบด้วย อะตอมของธาตุออกซเิ จน 2 อะตอม แต่ถ้าอะตอมของธาตุต่างชนิด กันมาเกาะอยู่ด้วยกันกจ็ ะเกดิ เป็ นโมเลกุลของสารประกอบ เช่น โมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ ประกอบด้วยอะตอมของธาตุ คาร์บอน 1 อะตอม และอะตอม ของธาตุออกซเิ จน 2 อะตอม

การเปลี่ยนสถานะของสาร รปู แบบการเปลย่ี นสถานะของสารสามารถจำแนกได9ดังนี้ 1) การหลอมเหลว (Melting) 2) การกลายเปนJ ไอ (Evaporation) 3) การแขง็ ตัว (Freezing) 4) การควบแนXน (Condensation) 5) การระเหิด (Sublimation) 6) ความรอ9 นแฝง (Latent heat)

• แม่เหลก็ และแม่เหลก็ โลก แม่เหลก็ (Magnet) เป็ นของแขง็ ชนิดหน=ึงท=มี ี คุณสมบตั พิ เิ ศษ สามารถดงึ ดดู สารบางชนิดได้ โดยท=วั ไป แม่เหลก็ มี R ขัวS คือ ขัวS เหนือ กับขัวS ใต้ เม=ือนําแม่เหลก็ มาผูกห้อยในแนวด=งิ แล้ว ปล่อยให้หมุนได้อย่างอสิ ระ จะพบว่าแม่เหลก็ จะหยุดน=ิงและวางตวั ในแนวทศิ เหนือใต้เสมอ จงึ เรียกด้านท=ชี ีไS ปทางทศิ เหนือว่าขัวS เหนือ และด้านท=ชี ีไS ปทางทศิ ใต้ว่าขัวS ใต้ หลักการนีถS กู นํามาใช้ในการสร้างเขม็ ทศิ การท=แี ท่งแม่เหลก็ วางตวั ในแนวเดมิ เสมอนีS เกดิ ขนึS เน=ืองจากการท=โี ลกประพฤตติ วั เป็ นเสมือนแท่ง แม่เหลก็ ขนาดใหญ่ และสร้างสนามแม่เหลก็ ครอบคลุมโลกไว้ เน=ืองจาก โดยท=วั ไปแล้วสนามแม่เหลก็ เกดิ ขนึS จากการเคล=ือนท=ขี องประจุ ดงั นันS สนามแม่เหล็กโลก (Earth’s Magnetic Field) กน็ ่าจะเกดิ ขนึS จากการเคล=ือนท=ขี อง ประจุเช่นกัน

ท#แี กนโลก (core) ซ#งึ ประกอบไปด้วยเหลก็ และนิเกลิ เหลว มีการหมุนอยู่ ตลอดเวลา การหมุนนีทG าํ ให้เกดิ กระแสของอเิ ลก็ ตรอนเหมือนกับเป็ นไดนาโม หรือเคร#ืองกาํ เนิดไฟฟ้า และน#ีเองท#นี ่าจะเป็ นสาเหตุท#ที าํ ให้โลกมีสนามแม่เหลก็ อย่างไรกด็ ี ในปัจจุบนั เรากย็ ังไม่เข้าใจกระบวนการเกดิ สนามแม่เหลก็ โลกดี นัก ทงัG นีเG น#ืองจาก เราพบว่า หนิ อัคนี (Igneous rock) ซ#งึ เกดิ จากการแขง็ ตวั ของ ลาวา ท#มี ีองค์ประกอบของโลหะอยู่ โลหะเหล่านีจG ะวางตวั ตามแนวเส้นแรง แม่เหลก็ ขณะท#คี ่อยๆเยน็ ตวั ลง จงึ เป็ นเสมือนเขม็ ทศิ ท#ชี ีแG สดงทศิ ทางของสนาม แม่เหลก็ โลก เราเรียกหนิ เหล่านีวG ่าเป็ น ฟอสซลิ แม่เหลก็ (Magnetic fossils) ฟอสซลิ แม่เหลก็ ท#เี กดิ ขนึG ในช่วงเวลาต่างๆกันตลอดหลายล้านปี ท#ผี ่านมา ชีG ทศิ ทางสนามแม่เหลก็ ท#แี ตกต่างกันไป บางครังG กส็ ลับกับทศิ ทางในปัจจุบนั ซ#งึ จะ เกดิ การสลับเช่นนีตG ลอดเวลา สนามแม่เหลก็ โลกมีลักษณะเหมือนกับสนามแม่ เหลก็ ท#วั ๆไป คือ ประกอบไปด้วยขัวG แม่เหลก็ สองขัวG คือ ขัวG เหนือและขัวG ใต้ และ มีเส้นแรงแม่เหล็กชีจG ากขัวG เหนือไปขัวG ใต้ โดยท#ขี ัวG แม่เหลก็ โลกจะสลับกับขัวG โลก ทางภมู ศิ าสตร์ หรือขัวG โลกตามแกนหมุน คือ ขัวG ใต้ของแม่เหลก็ จะอยู่ทางซีกโลก เหนือ ในขณะท#ขี ัวG เหนืออยู่ทางซีกโลกใต้ (ทาํ ให้ขัวG เหนือของแม่เหลก็ ในเขม็ ทศิ ชีG ไปยังทางเหนือ)

ในโลกเรานัน* มีสนามแม่เหลก็ อยู่ด้วย ซ;งึ สนามแม่เหลก็ ท;มี ีนัน* เหมือนกับ เกดิ มาจากมีแม่เหลก็ ขนาดใหญ่วางตวั อยู่ท;ี ใจกลางโลก โดยเอาฝ;ังท;เี ป็ นขัว* เหนือชีไ* ปทางทศิ ใต้ และเอาขัว* ใต้ชีไ* ปทางทศิ เหนือ มุมท;ที าํ กันระหว่างเส้นแนว ระดบั บนผิวโลกกับเส้นแรงแม่เหลก็ นัน* จะเรียกว่า มุมเอียงหรือมุมเท (Inclination or dip) เม;ือลองนําแม่เหลก็ มาแขวนไว้ในสนามแม่เหลก็ โลก ระนาบของแม่เหลก็ ท;ชี ีน* ัน* เรียกว่า เส้นเมอริเดยี นแม่เหลก็ (Magnetic meridian) โดยเส้นนีจ* ะทาํ มุม บ่ายเบน (Declination) กับเส้นตรงท;ลี ากจากทศิ เหนือจริงอยู่ห่างออกมา ประมาณ ab องศา น;ันหมายถงึ ถ้าเราเดนิ ตามทศิ เหนือของเขม็ ทศิ ไปเร;ือยๆ เรา จะเดนิ ไปไม่ถงึ ขัว* โลกเหนือ แต่จะหยุดอยู่ห่างจากขัว* โลกเหนือถงึ ab องศาหรือ ประมาณ a,ffg กโิ ลเมตรเลยทเี ดยี ว โดยขัว* ใต้แม่เหลก็ จะอยู่ในพนื* ท;ที าง ตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศแคนาดา ส่วนขัว* เหนือแม่เหลก็ จะอยู่ในทวีป แอนตาร์กตกิ า

สนามแม่เหลก็ โลก

สนามแม่เหลก็ โลกมีความสาํ คัญอย่างมากในการปกป้องโลกนีไ: ว้จากการถกู ทาํ ลายจากอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยFงิ จากดวงอาทติ ย์ ทงั: นีเ: นFืองจาก ดวงอาทติ ย์ ไม่ได้ปลดปล่อยพลังงานออกมาเฉพาะในช่วงคลFืนแสงทFมี องเหน็ (Visible light) เท่านัน: แต่ยังปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอนในทกุ ความยาวคลFืน รวมทงั: อนุภาคทFมี ีประจุในรูปของลมสุริยะ(Solar Wind) ตลอดเวลา ลมสุริยะจะมีอนุภาค ประมาณ b-de อนุภาคต่อลูกบาศก์เซนตเิ มตร และมีความเร็วสูงกว่า bee กโิ ลเมตร ต่อวนิ าที อนุภาคพลังงานสูงเหล่านีอ: าจทาํ ลายอุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกส์ต่างๆ และทาํ ความเสียหายให้กับโลกได้เมFือตกกระทบลงบนพนื: โลก แต่อนุภาคเหล่านีไ: ม่สามารถ มาถงึ โลกได้ เพราะสนามแม่เหลก็ โลกจะจบั และกักอนุภาคเหล่านีไ: ว้ เมFือลมสุริยะ เข้ามาปะทะกับสนามแม่เหลก็ โลก จะเกดิ การเบFยี งเบนออกคล้ายกับนํา: ทFปี ะทะกับ หวั เรือ เราจงึ เรียกพนื: ผิวทFลี มสุริยะเบFยี งเบนออกนีว: ่า Bow shock ในแนวหลัง Bow shock นี: จะเรียกว่า แมกนีโทสเฟี ยร์ (Magnetosphere) ในแมกนีโทสเฟี ยร์ นี: อนุภาคต่าง ๆ ทFที ะลุผ่านแนว Bow shock มาได้จะถกู กักไว้ ด้วยคุณสมบตั ทิ าง แม่เหลก็ ไฟฟ้า

อนุภาคท)มี ีประจุจะถกู แรงกระทาํ จากสนามแม่เหลก็ ให้เคล)ือนท)หี มุนวนไป ตามเส้นแรงแม่เหลก็ กลับไปมาระหว่างขัวD เหนือและขัวD ใต้แม่เหล็ก บริเวณท)ี อนุภาคถกู กักไว้นีเD รียกว่า วงแหวนแวนอัลเลน (van Allen’s belt) ตามช)ือ เจมส์ แวน อัลเลน (James van Allen) นักวทิ ยาศาสตร์ท)ที าํ วจิ ยั เก)ียวกับสนามแม่เหล็ก โลกร่วมกับโครงการแอก็ พลอเลอร์วัน (Explorer 1) ซ)งึ เป็ นดาวเทยี มดวงแรกของ ประเทสหรัฐอเมริกา ในปี ค.ศ.ghij และได้ค้นพบวงแหวนนีD ซ)งึ มีทงัD สนิD สอง บริเวณอยู่ภายในแมกนีโทสเฟี ยร์ ล้อมอยู่รอบโลกคล้ายกับโดนัทสองชนิD ซ้อนกัน โดยมีโลกอยู่ท)รี ูตรงกลาง วงแหวนชันD ใน (Inner belt) มีศูนย์กลางอยู่ท)ี ประมาณ m,ooo กโิ ลเมตรจากพนืD ดนิ และหนาประมาณ i,ooo กโิ ลเมตร ส่วนวง แหวนชันD นอก (Outer belt) จะอยู่สูงจากพนืD โลก gi,ooo-so,ooo กโิ ลเมตร และ หนาประมาณ t,ooo-go,ooo กโิ ลเมตร

ภาพจาํ ลองสนามแม่เหลก็ โลกเม4ือถกู ปะทะด้วยลมสุริยะ

ปรากฏการณ์ทางธรรมชาตทิ 0เี กดิ ขนึ5 จากการท0อี นุภาคจากลม สุริยะปะทะเข้ากับแมกนีโทสเฟี ยร์ กค็ ือ ออโรรา (Aurora) หรือ แสง เหนือแสงใต้ (Northern and Southern light) โดยเกดิ จากการท0อี นุภาค จากลมสุริยะปะทะกับไอออนของธาตุในบรรยากาศชัน5 ไอโอโนส เฟี ยร์ (Ionosphere) เม0ืออนุภาคเหล่านีช5 นกันกจ็ ะเกดิ การถ่ายเท พลังงาน และปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอน ซ0งึ รวมทงั5 แสงในช่วงท0มี องเหน็ ปรากฏให้เหน็ เป็ นแถบสีสวยงามบนท้องฟ้า ท0ี ระดบั ความสูง gh-jkh กโิ ลเมตร แต่เราไม่สามารถมองเหน็ ออโรราได้ ในประเทศไทย เพราะอนุภาคจากลมสุริยะจะสามารถผ่านเข้ามาถงึ บรรยากาศชัน5 ไอโอโนสเฟี ยร์ได้เฉพาะในบริเวณสนามแม่เหลก็

ภาพถ่ายออโรรา ท-เี กดิ ขนึ4 ในวันท-ี 9: ตุลาคม ค.ศ. :BBB จากคอนเนกตคิ ัตฮลิ ล์ นิวยอร์ก

สนามแม&เหล็กโลกเคยกลบั หวั มาแลว2 !!! เมื่อเกอื บ 50 ปท; แ่ี ล2ว ทีมนักวทิ ยาศาสตรB จากมหาวทิ ยาลยั แคลิฟอรเB นยี เบริ BกลียB สหรัฐอเมรกิ า ค2นพบวา& ตลอดช&วงอายขุ องโลก สนามแม&เหลก็ โลก เคยกลบั ขัว้ ไป-มาหลายครัง้ (magnetic reversal) และหินที่เกดิ ขน้ึ ในแต&ละยคุ ก็สามารถกกั เกบ็ สภาวะที่แตกตา& งกนั ของ สนามแมเ& หลก็ โลกในขณะนั้นได2 (remnant magnetization) ซงึ่ เม่อื นกั วทิ ยาศาสตรนB ำตวั อยา& งหนิ มาวิเคราะหB กส็ ามารถสกัด สัญญาณของสนามแมเ& หล็กโลกได2ว&า เปhนแบบภาวะปกติหรอื ตรงกนั ขา2 ม ซง่ึ การบอกวา& หินก2อนหนง่ึ ๆ นัน้ มสี ภาพของงสนามแม&เหลก็ โลกเปนh ยงั ไง สามารถตอ& ยอดไปอธิบาย การเคลือ่ นที่ของแผน& เปลอื กโลกได2 และยังเอาไป หาอายทุ างโบราณคดีและธรณีวิทยาได2ดว2 ย

สนามแมเ& หลก็ โลกในป/จจบุ นั เส4นแรงแมเ& หล็กวง่ิ จากข้วั แมเ& หลก็ โลกใต4 อ4อมไป ยงั ข้วั แม&เหล็กโลกเหนือ เรยี กวา& ขั้วแมเ& หล็กโลกปกติ (normal polarity) ส&วนใน อดีตเสน4 แรงแม&เหล็กโลกเคยวิ่งจากข้ัวแมเ& หลก็ โลกเหนอื ไปยงั ขวั้ แม&เหล็กโลกใต4 เรยี กว&า ขัว้ แม&เหล็กโลกยอ4 นกลบั (reverse polarity)