บรรยากาศ (atmosphere) หมายถึง อากาศที่ห่อหุ้มโลก ซึ่งประกอบด้วย 1) อากาศหรือก๊าซชนิดต่างๆ 2) ฝุ่นละออง และ 3) ไอน้ำ แรงโน้มถ่วงทำให้อากาศไม่หลุดออกไปสู่นอกโลก โดยบรรยากาศมีความดันและความหนาแน่นอากาศสูงที่ระดับน้ำทะเล เมื่อสูงขึ้นไปความดันและความหนาแน่นของบรรยากาศจะลดลงตามลำดับ โดยบรรยากาศเป็นตัวควบคุมคุณสมบัติทางกายภาพของภูมิอากาศแลัสภาพอากาศ เช่น อุณหภูมิ ความดัน ความชื้น ความเร็วลม ทิศทางลม ฯลฯ

แบบจำลองแสดงความแตกต่างของความดันอากาศ ความหนาแน่นอากาศ และโมเลกุลอากาศ ในแต่ละระดับความสูงจากระดับน้ำทะเลปานกลาง

การก่อตัวของบรรยากาศ

บรรยากาศโลกเริ่มก่อตัวครั้งแรกเมื่อประมาณ 4,570 ล้านปี โดยบรรยากาศปฐมภูมิในช่วงแรกมีองค์ประกอบของก๊าซไฮโดรเจน (H) และก๊าซฮีเลียม (He) ที่หลงเหลือมาจากเอกภพ ซึ่งต่อมาถูกพัฒนาและมีการเปลี่ยนแปลงโดยกระบวนการภูเขาไฟ โดยไอก๊าซจากภูเขาไฟ ซึ่งประกอบด้วยน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ไนโตรเจน แอมโมเนียและออกซิเจนอิสระ

ต่อมาบรรยากาศทุติยภูมิโดยเฉพาะน้ำเริ่มควบแน่นกลายเป็นฝนตกลงเป็นมหาสมุทร คาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศลดลงโดยละลายไปกับน้ำในมหาสมุทร ซึ่งในเชิงเปรียบเทียบทำให้ไนโตเจนดูเหมือนจะเพิ่มขึ้น (ก๊าซอื่นลดลง)

วิวัฒนาการการก่อตัวของบรรยากาศโลก

ในช่วง 3,500 ล้านปี เกิดกระบวนการสังเคราะห์แสงของ ไซยาโนแบคทีเรีย (cyanobacteria) เพิ่มออกซิเจนอิสระในบรรยากาศเพิ่มขึ้น โดย 2,000 ล้านปีก่อน ปริมาณออกซิเจนมีแค่1% ของที่มีอยู่ในปัจจุบัน ต่อมาเมื่อ 1,600 ล้านปี สาหร่ายเพิ่มปริมาณออกซิเจน จนเมื่อ 600 ล้านปี ออกซิเจนมีปริมาณ 10% ของความเข้มข้นปัจจุบัน และเมื่อ 400-250 ล้านปี นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าโลกในยุคนั้นมีออกซิเจนสูงสุดเท่าที่เคยมีมา โดยปัจจุบันความเข้มข้นออกซิเจน มีเพียง 20.9% เมื่อเปรียบเทียบกับเมื่อ 400-250 ล้านปีก่อน

การเพิ่มขึ้นของออกซิเจนทำให้เกิดความหลากหลายของกระบวนการหายใจแบบใช้ออกซิเจนมีมากขึ้น ซึ่งกระบวนการหายใจแบบใช้ออกซิเจนนี้ทำให้เกิดสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ และพัฒนาเป็นสิ่งมีชีวิตที่อยู่บนแผ่นดิน และออกซิเจนที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดการก่อตัวของชั้นโอโซนซึ่งเป็นตัวดูดซับรังสีอุลตร้าไวโอเลต ที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่รวมทั้งมนุษย์ในปัจจุบัน

องค์ประกอบบรรยากาศ

1) ก๊าซหลัก (permanent gas) ที่เป็นองค์ประกอบถาวรและมีความเข้มข้นคงที่ทั้งในช่วงเวลาและพื้นที่ ได้แก่ ไนโตรเจน 78% ออกซิเจน 21% คาร์บอนไดออกไซด์ 0.038 อาร์กอน ไอน้ำ และก๊าซอื่นๆ ก๊าซเหล่านี้จะซึมซับพลังงานจากโลก ความเข้มข้นของก๊าซนั้นแปรปรวนมากขึ้นอยู่กับว่าเราอยู่ที่ไหนและเมื่อไหร่ เช่น ไอน้ำ สูงสุดได้ถึงประมาณ 4% ของปริมาตรอากาศ ในกรณีของเมฆและ หยาดน้ำฟ้าที่ ดูดซับพลังงานความร้อนจากโลก

2) ละอองลอย หรือ แอโรซอล (aerosol) หมายถึง ของผสมประเภทคอลลอยด์ที่ประกอบด้วย อนุภาคของแข็งหรือของเหลว ที่เป็นละอองฟุ้งกระจายในก๊าซ (อากาศ) อนุภาคเหล่านี้ลอยในอากาศในลักษณะกึ่งสารละลายและกึ่งสารแขวนลอยเช่นเดียวกับคอลลอยด์ชนิดอื่นๆ เช่น หยดน้ำ ฝุ่น ละองเรณู แบคทีเรีย ไวรัส เป็นต้น ซึ่งละอองลอยนี้ เมื่อฝุ้งอยู่ในบรรยากาศ จะมีผลทำให้บรรยากาศนั้นมีความขุ่นมัวในระดับต่างๆ กัน

ชั้นบรรยากาศ

จากวิวัฒนาการของบรรยากาศโลก ทำให้โลกในปัจจุบันถูกห่อหุ้มด้วย ชั้นบรรยากาศ (atmospheric layer) ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ แยกชั้นบรรยากาศของโลกตามคุณสมบัติพื้นฐาน เช่น ความดัน อุณหภูมิและองค์ประกอบทางเคมีได้ 5 ชั้น ได้แก่

ลำดับชั้นบรรยากาศโลก

1) โทรโพสเฟียร์ (troposphere) เป็นชั้นบรรยากาศที่อยู่สูงจากพื้นดินขึ้นไปประมาณ 15 กิโลเมตร อุณหภูมิจะค่อยๆลดลงตามระดับความสูง และเป็นชั้นที่เกี่ยวข้องกับสภาพอากาศด้วย มีปรากฏการณ์ที่สำคัญ คือ ลม เมฆ พายุ หิมะ ซึ่งรอยต่อระหว่างชั้นโทรโปสเฟียร์ (troposphere) และชั้นต่อไปเรียกว่า โทรโปพอส (tropopause) ซึ่งเป็นโซนที่ที่มีอุณหภูมิคงที่

2) สตราโทสเฟียร์ (stratosphere) เป็นชั้นที่มีเสถียรภาพต่ำที่สุด มีความสูงตั้งแต่ 15-50 กิโลเมตร อุณหภูมิในระดับล่างของชั้นนี้จะคงที่จนถึงระดับความสูง 20 กิโลเมตร จากนั้นอุณหภูมิจะค่อยๆสูงขึ้น ชั้นนี้เป็นชั้นที่เครื่องบินจะใช้บินเพราะไม่มีความแปรปรวนของสภาพอากาศและเครื่องบิน รอยต่อระหว่างชั้นสตราโทสเฟียร์และชั้นต่อไปเป็นระดับที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่า สตาโทพอส (stratopause) ซึ่งสูงจากผิวโลกขึ้นไปประมาณ 50 กิโลเมตร

3) มีโซสเฟียร์ (mesosphere) เป็นช่วงบรรยากาศที่อยู่สูงจากพื้นดินในช่วง 50-80 กิโลเมตร อุณหภูมิลดลงตามระดับความสูง ที่ระดับความสูง 90 กิโลเมตรจากผิวโลก อุณหภูมิจะเริ่มคงที่ บริเวณนี้ว่า มีโซพอส (mesopause) ซึ่งจะเป็นรอยต่อระหว่างชั้นนี้กับชั้นต่อไป

ตั้งแต่ชั้นที่ 1-3 อากาศยังเป็นเนื้อเดียวกันอยู่ ทั้ง 3 ชั้นรวมทั้งหมดเรียกว่า โฮโมสเฟียร์ (homosphere) และมีโอโซนมากในปัจจุบัน

4) เทอร์โมสเฟียร์ (thermosphere) เป็นช่วงบรรยากาศที่มีระดับความสูง 80-500 กิโลเมตร อุณหภูมิจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว (เนื่องจากใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น) จนถึงระดับประมาณ 100 กิโลเมตร จากนั้นอัตราการสูงขึ้นของอุณหภูมิจะลดลง อุณหภูมิเฉลี่ยของชั้นนี้คือ 227-1,727°C ชั้นนี้ยังมีแก็สที่เป็นประจุไฟฟ้าเรียกว่า ไอออน สามารถสะท้อนคลื่นวิทยุบางชนิดได้ เราอาจเรียกชั้นนี้ว่า ไอโอโนสเฟียร์ (ionosphere) ก็ได้

หลักการอย่างง่ายของการส่งสัญญาณวิทยุโดยผ่านการสะท้อนสัญญาณที่ผ่านการสะท้อนสัญญาณที่ชั้นไอโอโนสเฟียร์

5) เอกโซสเฟียร์ (exosphere) เริ่มตั้งแต่ 500 กิโลเมตรจากผิวโลกขึ้นไป บรรยากาศชั้นนี้เจือจางมากจนไม่ถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของชั้นบรรยากาศ องค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นก๊าซไฮโดรเจนและฮีเลียม ไม่มีรอยต่อที่ชัดเจนระหว่างบรรยากาศกับอวกาศ มีอุณหภูมิประมาณ 726°C ซึ่งถึงแม้อุณหภูมิจะสูงแต่เนื่องจากอากาศเบาบางมาก จึงไม่ส่งผลกระทบต่อยานอวกาศ

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth

Share: