ใบความรู้เรื่อง บรรยากาศ

ใบความรูเ้ ร่อื ง บรรยากาศ 1. องค์ประกอบและการแบ่งชน้ั บรรยากาศ โลกมที ั้งส่วนทีเ่ ปน็ พื้นดนิ พื้นน้ำ และอากาศซ่งึ ห่อห้มุ โลกอยชู่ น้ั นอกสุด อากาศจะถกู ดึงดดู ไว้ดว้ ยแรง โนม้ ถว่ งของโลก เราเรียกอากาศทีอ่ ยู่รอบตวั เรา และหอ่ หมุ้ โลกของเราว่า บรรยากาศ อากาศหรอื บรรยากาศ (atmosphere) มีความสำคัญตอ่ ส่งิ มชี ีวิตบนโลก ดงั น้ี 1. ชว่ ยใหส้ ิง่ มีชวี ติ มีชีวิตอยไู่ ด้ เพราะอากาศจำเป็นตอ่ การหายใจของส่งิ มีชวี ิต 2. ช่วยให้โลกมอี ุณหภมู พิ อเหมาะสำหรับส่งิ มชี ีวิตที่จะอาศัยอยู่ได้ คือ ไม่รอ้ นจดั หรือเย็นจดั จนเกนิ ไป 3. ช่วยปอ้ งกนั รงั สแี ละอนุภาคตา่ ง ๆ ทแ่ี ผ่มาจากดวงอาทิตย์ เช่น รงั สอี ัลตราไวโอเลต ซ่ึง หากมนษุ ย์ไดร้ ับในปริมาณมาก ๆ หรือได้รบั ติดตอ่ กันเปน็ เวลานาน ๆ เซลลผ์ ิวหนงั จะถูกทำลาย เป็นสาเหตุ หนง่ึ ทที่ ำใหเ้ กดิ โรคมะเร็งผวิ หนงั ได้ 4. ชว่ ยปกป้องส่งิ มีชวี ิตจากส่ิงแปลกปลอมท่มี าจากนอกโลก ไดแ้ ก่ อุกกาบาต และรังสี คอสมิก 5. ช่วยใหเ้ กดิ ลมฟา้ อากาศ การเปลี่ยนแปลงของดนิ ฟา้ อากาศ เชน่ อากาศรอ้ น อากาศหนาว ลมแรง ฝนตก เกดิ พายุ มผี ลต่อการดำรงชีวติ ของสงิ่ มชี วี ติ บนโลก

5. ช่วยใหเ้ กิดลมฟ้าอากาศ การเปลยี่ นแปลงของดินฟ้าอากาศ เช่น อากาศรอ้ น อากาศหนาว ลมแรง ฝนตก เกิดพายุ มผี ลต่อการดำรงชวี ิตของสิ่งมีชวี ิตบนโลก 2. องคป์ ระกอบของอากาศ อากาศเป็นสว่ นผสมของแก๊สต่าง ๆ รวมท้ังไอนำ้ ที่ระเหยมาจากแหลง่ น้ำต่าง ๆ ด้วย นอกจากนยี้ งั พบว่าอากาศปะปนไปด้วยสารแขวนลอยต่าง ๆ ท้ังทเ่ี ป็นละอองของของเหลว และอนภุ าคของของแข็ง เช่น อนภุ าคของเกลือจากทะเลและมหาสมทุ ร ฝุ่นผง เขม่าและควนั จากการเผาไหม้ของเช้ือเพลิงในการปรุงอาหาร และไอเสียจากเครอ่ื งยนต์ นักวทิ ยาศาสตร์แบง่ อากาศออกเปน็ 2 ชนดิ คอื อากาศแห้ง หมายถึง อากาศที่ไม่มไี อนำ้ อยูด่ ว้ ย และ อากาศชื้น หมายถงึ อากาศที่มีไอน้ำอย่ดู ว้ ย แก๊สที่เป็นส่วนประกอบของอากาศ ปรมิ าณ (รอ้ ยละ โดยประมาณ) ไนโตรเจน 78 ออกซิเจน 21 อาร์กอน 0.93 คารบ์ อนไดออกไซด์ 0.03 แก๊สอน่ื ๆ 0.04 โดยปกติแลว้ จะไม่มีอากาศแห้งท่ีแท้จริง อากาศท่ัวไปเป็นอากาศช้ืน ถ้าอากาศชื้นมีนำ้ หนัก 1 กิโลกรัม ก็จะมไี อนำ้ ปนอยปู่ ระมาณ 40 กรัม ดังน้นั จำนวนสว่ นผสมของแกส๊ อืน่ ตามตารางขา้ งต้นกจ็ ะ เปลย่ี นแปลงไปบ้าง

ตามปกติในบรรยากาศมไี อน้ำอยปู่ ระมาณร้อยละ 0 ถึง 4 ของอากาศท้งั หมด ไอนำ้ เป็นสว่ นประกอบ ทีส่ ำคญั มากเน่ืองจากไอน้ำเป็นปัจจยั ที่ทำให้เกิดฝน พายุ ฟ้าแลบ และฟ้าร้อง รายละเอียดของแกส๊ ต่าง ๆ ท่เี ป็นองค์ประกอบสำคัญของอากาศมีดงั นี้ 1. แก๊สไนโตรเจน (N2) เปน็ แกส๊ ที่มีปรมิ าณมากทสี่ ดุ ในอากาศ มสี มบัติเป็นแก๊สเฉื่อย มี ประโยชน์คือ ชว่ ยเจอื จางออกซเิ จนในอากาศให้พอเหมาะสำหรบั สิง่ มชี ีวติ ท่ีจะนำไปใช้ไดโ้ ดยไมก่ ่อใหเ้ กดิ อันตราย นอกจากน้ี ไนโตรเจนยงั เปน็ ธาตุท่เี ปน็ อาหารของพืช โดยไนโตรเจนในดินจะช่วยใหพ้ ืชเจรญิ เตบิ โตได้ ดี ในปมรากของพชื ตระกลู ถ่วั มีแบคทเี รยี ทชี่ ่ือวา่ ไรโซเบยี ม อาศยั อยู่ ซึง่ จะชว่ ยตรงึ ไนโตรเจนจากอากาศไปไว้ ในดิน ทำใหด้ ินอุดมสมบรู ณเ์ หมาะท่จี ะทำการเพาะปลูกพืช 2. แกส๊ ออกซิเจน (O2) เปน็ แก๊สท่สี ิ่งมีชีวิตใช้ในการหายใจเข้าไป เพ่อื นำไปสันดาปกบั อาหารภายในเซลล์ แลว้ ใหพ้ ลังงานออกมา ซ่ึงจะถูกเซลล์นำไปใช้ในการดำรงชวี ิต นอกจากน้แี ก๊สออกซเิ จนใน อากาศยงั ชว่ ยในการสนั ดาปกับเชอ้ื เพลงิ แลว้ ใหพ้ ลังงานความรอ้ นและแสงสวา่ งออกมา และแก๊สออกซิเจน บางส่วนในอากาศจะถูกเปลี่ยนไปเปน็ แกส๊ โอโซนเพ่ือใช้ในการดูดกลนื รงั สอี ัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ 3. แก๊สคารบ์ อนไดออกไซด์ (CO2) เปน็ วตั ถุดิบในการสงั เคราะห์ด้วยแสงซึง่ เปน็ การสรา้ ง อาหารของพชื โดยทำการสงั เคราะหด์ ว้ ยแสงโดยอาศัยคลอโรฟิลล์ อาหารทไี่ ดจ้ าก ส่วนหนึง่ พชื จะนำไปใช้ อีก ส่วนหน่งึ จะถูกเกบ็ ไว้ เมื่อสตั ว์กินพชื เข้าไป อาหารท่ีเก็บไว้ก็จะกลายเป็นอาหารของสตั วต์ ่อไป 4. ไอน้ำ ไอนำ้ ในอากาศเกิดจากการระเหยของน้ำท่ีผวิ โลก โดยเฉพาะจากบรเิ วณ เช่น มหาสมุทร ทะเลสาบ แมน่ ้ำ ลำคลอง โดยจะมีปริมาณมากหรอื นอ้ ยตามแต่สถานท่ี การเปลี่ยนแปลงของไอน้ำ ในอากาศเป็นสาเหตุใหเ้ กิดเมฆ หมอก หมิ ะ ฝน และลูกเห็บ

นอกจากทก่ี ล่าวมานี้ องค์ประกอบอน่ื ๆ ในอากาศส่วนใหญจ่ ะเป็นพวกแกส๊ เฉือ่ ย เช่น แก๊สอาร์กอน นอี อน ฮีเลยี ม ไฮโดรเจน และสารแขวนลอยในอากาศ เชน่ ควนั ไฟ เขม่า และฝุน่ ผงต่าง ๆ ซึ่งสารแขวนลอย ต่าง ๆ เหล่านีอ้ าจมีการเปลย่ี นแปลงไดจ้ ากสาเหตแุ ละปัจจัยต่าง ๆ ท่เี กิดจากการกระทำของมนุษย์ เช่น การ เกิดมลพิษทางอากาศ การตัดไม้ทำลายปา่ และการเกดิ ไฟป่า ทำให้สัดส่วนขององค์ประกอบของอากาศ เปลี่ยนแปลงไป 3. การแบ่งชนั้ บรรยากาศ นกั วิทยาศาสตรไ์ ดจ้ ัดแบง่ ลกั ษณะของชั้นบรรยากาศออกเปน็ หลายลักษณะ โดยจำแนกตามลักษณะท่ี ปรากฏเดน่ ชัด ดงั น้ี

การแบง่ ชัน้ บรรยากาศตามเกณฑ์อุณหภูมิ 1. ชน้ั โทรโพสเฟยี ร์ (troposphere) เปน็ บรรยากาศที่อยตู่ ิดกบั พ้ืนโลก มีแกส๊ ท่จี ำเป็น สำหรับการดำรงชวี ติ ของสิง่ มีชีวติ บนโลก และปรากฏการณต์ ่าง ๆ ของอากาศเกือบทง้ั หมด เชน่ ฝน เมฆ และ พายุ เกิดอยู่ในบรรยากาศชนั้ น้ี ลักษณะเด่นของบรรยากาศช้ันน้ี คือ อณุ หภมู จิ ะค่อย ๆ ลดลงตามระดบั ความ สงู โดยเฉลีย่ จะลดลงประมาณ 6.5 องศาเซลเซยี สตอ่ 1 กิโลเมตร การลดลงของอุณหภูมิกับความสูงนเ้ี รียกว่า อัตราการเปลย่ี นของอุณหภูมติ ามความสูง เขตของช้นั โทรโพสเฟยี ร์ที่บริเวณเส้นศนู ย์สูตรสงู ประมาณ 16 ถึง 17 กโิ ลเมตร และทขี่ ้ัวโลก ประมาณ 8 ถึง 10 กโิ ลเมตร สดุ เขตของโทรโพสเฟยี รเ์ รียกว่า โทรโพพอส (tropopause) ในบริเวณเสน้ ศนู ย์ สตู ร อณุ หภูมิท่ีโทรโพพอสประมาณ 80 องศาเซลเซยี ส และบริเวณขัว้ โลก อุณหภมู ทิ โ่ี ทรโพพอส ประมาณ - 55 องศาเซลเซียส 2. ชน้ั สตราโตสเฟียร์ (stratosphere) เปน็ ชนั้ บรรยากาศท่ีอยู่สูงจากโทรโพพอสขึน้ ไป จนถึงระดับความสงู ประมาณ 50 กิโลเมตร เป็นบรรยากาศท่ีคอ่ นข้างเรยี บ และไม่ค่อยมีความปั่นป่วน จงึ เหมาะสำหรบั ใหเ้ คร่อื งบนิ ทำการบนิ บรรยากาศชน้ั นีอ้ ุณหภมู ไิ มล่ ดลงตามความสูง โดยอุณหภมู ใิ นระดบั ลา่ ง ของช้นั น้จี ะคงทจ่ี นถึงระดับความสูง 20 กโิ ลเมตร หลังจากน้ันอณุ หภูมิจะค่อย ๆ สูงข้นึ จนถงึ ระดบั 30–35 กโิ ลเมตร แตต่ ่อจากนน้ั ไปอณุ หภูมิกจ็ ะสงู ข้ึนอย่างรวดเรว็ ด้วยอัตรา 0.5 องศาเซลเซยี สต่อกิโลเมตร ลกั ษณะ เด่นของบรรยากาศชน้ั น้ี คือ เปน็ ชนั้ บรรยากาศท่ีมแี กส๊ โอโซนอยใู่ นปริมาณที่มคี วามเขม้ ขน้ มากกว่าชน้ั อ่ืน จึง สามารถดูดกลนื รงั สีอลั ตราไวโอเลตไว้ได้มาก นอกจากน้ีบรรยากาศชน้ั นม้ี ีความช้นื และผงฝนุ่ เพียงเล็กน้อย สดุ เขตของสตราโตสเฟียรเ์ รียกว่า สตราโตพอส (stratopause) ซึง่ อยู่สงู ในราว 50–55 กิโลเมตร จากพื้นดนิ

3. ชน้ั เมโซสเฟยี ร์ (mesosphere) เปน็ ชั้นบรรยากาศท่ีอยูเ่ หนอื สตราโตพอสข้ึนไปจนถึง ระดบั ความสูงประมาณ 80 กิโลเมตร อณุ หภูมิของบรรยากาศชั้นนีจ้ ะลดลงตามระดบั ความสูง สุดเขตของชน้ั น้ี เรียกวา่ เมโซพอส (mesopause) อณุ หภมู ขิ องเมโซพอสจะอยู่ท่ีประมาณ -140 องศาเซลเซยี ส จึงเป็นระดบั ที่ มีความหนาวเย็นของบรรยากาศมากที่สดุ วัตถทุ มี่ จี ากนอกโลก เช่น อุกกาบาตจะถูกเผาไหม้ในช้ันนี้ จากพนื้ ผิวโลกขนึ้ ไปถงึ ระดับสูงสดุ ของเมโซสเฟียร์ พอจะจัดได้วา่ เปน็ ระดับที่อากาศรวมเป็น เน้อื เดียวกนั ส่วนผสมของแก๊สต่าง ๆ เกือบคงที่ ยกเวน้ ไอนำ้ และโอโซนซึ่งมีปริมาณทแี่ ปรเปล่ียนได้ เราอาจ รวมเรยี กบรรยากาศช้นั โทรโพสเฟยี ร์ สตราโตสเฟยี ร์ และเมโซสเฟียรว์ ่า โฮโมสเฟียร์ (homosphere) 4. ช้นั เทอร์โมสเฟียร์ (thermosphere) เป็นชนั้ บรรยากาศท่ีอยเู่ หนือเมโซพอสขน้ึ ไปจนถงึ ระดับ 400–500 กิโลเมตร มีอณุ หภมู สิ ูงมากอยู่ในช่วง 227–1,727 องศาเซลเซยี ส เน่ืองจากมีแกส๊ ที่ดดู กลนื รังสีจากดวงอาทิตยไ์ ด้ดี ที่ระดบั ความสงู ประมาณ 100 ถงึ 300 กิโลเมตรของบรรยากาศชั้นน้ี พลังงานจำนวน มากจากดวงอาทิตยจ์ ะทำให้โมเลกุลหรอื อนุภาคส่วนใหญแ่ ตกตวั ออกเป็นไอออนหรือมีประจไุ ฟฟ้า อากาศท่ีมี ไอออนจะนำไฟฟ้าได้ดี จึงสามารถสะท้อนคลื่นวทิ ยคุ วามต่ำได้ ชว่ งนีม้ ีชือ่ เรียกวา่ ไอโอโนสเฟียร์ (ionosphere) การแบ่งชัน้ บรรยากาศตามเกณฑ์สมบตั ิของแกส๊ ในบรรยากาศ โครงสรา้ งของบรรยากาศท่ีแบง่ ชนั้ บรรยากาศ โดยพิจารณาจากส่วนผสมของแก๊ส หรือ ปฏิกิรยิ าเคมีในบรรยากาศ แบง่ ออกได้เป็น 4 ช้นั ดงั น้ี 1. โทรโพสเฟยี ร์ (troposphere) เป็นชั้นบรรยากาศที่อยตู่ ิดพ้นื ผิวโลกจนถึงระดบั ความสงู เฉลยี่ ประมาณ 10 กโิ ลเมตร สว่ นผสมของบรรยากาศท่สี ำคัญในช้นั นค้ี ือ ไอน้ำ 2. โอโซโนสเฟยี ร์ (ozonosphere) เปน็ ชั้นบรรยากาศทอ่ี ยเู่ หนอื ระดับโทรโพส เฟยี ร์ขึน้ ไปจนถึงระดบั ประมาณ 50–55 กิโลเมตร เป็นชัน้ ทีม่ ีปรมิ าณโอโซนทร่ี วมตวั กันมากกว่าชน้ั อนื่ ๆ 3. ไอโอโนสเฟียร์ (ionosphere) เปน็ ช้ันบรรยากาศที่แกส๊ เริ่มมีการแตกตัวเป็น อิเล็กตรอนและไอออนข้ึน ซึง่ ไอออนเปน็ อนภุ าคอิสระ มปี ระจไุ ฟฟา้ บวกหรอื ลบ บรรยากาศช้นั นม้ี อี เิ ล็กตรอน จำนวนมากและมากพอทีจ่ ะมีผลตอ่ การเคล่ือนทผ่ี ่านของคลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้า ส่ิงสำคญั ในการเกดิ การแตกตวั คอื ตอ้ งเป็นบริเวณทม่ี ีความกดอากาศต่ำ ระหว่างช้นั ไอโอโนสเฟียร์กับพนื้ ผิวโลกนคี้ ล่นื วิทยุจะถกู สะท้อนไปมาซ้ำ แลว้ ซำ้ อีก ทำให้สามารถส่งสัญญาณวิทยุจากสถานีหนง่ึ ไปยงั อีกสถานหี นงึ่ ได้เป็นระยะทางหลายพันกโิ ลเมตร 4. เอกโซสเฟยี ร์ (exosphere) เป็นชน้ั บรรยากาศท่ีอยเู่ หนือช้ันไอโอโนสเฟยี ร์ ความหนาแนน่ ของอะตอมต่าง ๆ ในบรรยากาศช้นั น้จี ะน้อยลง ๆ จนกระทั่งการชนกนั ระหว่างอนภุ าคต่าง ๆ เกดิ ได้ยากมาก ระดบั ความสูงจรงิ ของฐานเอกโซสเฟยี รน์ ั้นไม่แนน่ อน ช้นั บน ๆ ของบรรยากาศช้ันนี้มี ไฮโดรเจนและฮีเลียมมาก

การแบ่งชนั้ บรรยากาศตามเกณฑส์ มบัติทางอุตุนยิ มวทิ ยา โครงสรา้ งของบรรยากาศทแ่ี บ่งชัน้ บรรยากาศ โดยพิจารณาจากการใช้สมบัตทิ าง อตุ นุ ยิ มวทิ ยาเป็นเกณฑ์ แบ่งออกได้เป็น 5 ชน้ั ดงั นี้ 1. บรเิ วณท่ีมีอิทธพิ ลของความฝืด เปน็ ช้นั ทีน่ บั จากบรเิ วณพ้ืนผิวโลกข้ึนไปถึงระดับ ความสูงประมาณ 2 กิโลเมตร บริเวณน้กี ารไหลเวียนของมวลอากาศไดร้ ับอิทธพิ ลจากความฝืดและจาก ลกั ษณะของพน้ื ผวิ โลกน้นั ๆ โครงสร้างในชน้ั นจ้ี ะแปรเปล่ียนตามความสัมพันธข์ องการถ่ายเทความร้อน ระหว่างผิวของโลกกับอากาศในบริเวณน้ัน ๆ ซ่งึ การเปลีย่ นแปลงของโครงสร้างบรรยากาศขน้ึ อยู่กบั ละตจิ ูด และภูมปิ ระเทศเป็นสำคัญ 2. โทรโพสเฟยี ร์ช้ันกลางและชัน้ บน เป็นชั้นบรรยากาศท่ีความฝดื จะมีผลตอ่ การ ไหลเวียนของมวลอากาศนอ้ ยลงมาก อุณหภูมจิ ะลดลงอยา่ งสม่ำเสมอเมอื่ ความสงู เพิ่มขึ้น 3. โทรโพพอส เป็นชั้นบรรยากาศท่ีอยรู่ ะหว่างโทรโพสเฟียร์กับสตราโตสเฟียร์ เป็น

เขตของบรรยากาศที่แบง่ ช้ันท่ีมไี อน้ำและไมม่ ีไอน้ำ 4. สตราโตสเฟยี ร์ เป็นชน้ั บรรยากาศท่ีมีลักษณะเช่นเดยี วกับสตราโตสเฟียรท์ แี่ บง่ โดยใชอ้ ณุ หภูมเิ ป็นเกณฑ์ 5. บรรยากาศช้นั สูง เปน็ ช้นั บรรยากาศท่ีสูงขน้ึ ไปจากสตราโตสเฟียร์ จนถงึ ขอบ นอกสดุ ของบรรยากาศ