บรรยากาศของโลกแบ่งออกเป็นชั้นต่าง ๆ ตามความแตกต่างของอุณหภูมิ โดย สตราโทสเฟียร์ (Stratosphere) เป็นชั้นที่ 2 ของบรรยากาศ ซึ่งอยู่เหนือชั้น โทรโพสเฟียร์ (Troposphere) และอยู่ใต้ชั้น มีโซสเฟียร์ (Mesosphere) สตราโทสเฟียร์เริ่มต้นที่ความสูงประมาณ 10–15 กิโลเมตร จากพื้นโลกในพื้นที่ละติจูดกลาง และยาวไปถึงความสูงประมาณ 50 กิโลเมตร ชั้นนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสภาพอากาศ การควบคุมภูมิอากาศ และชีวิตบนโลก เนื่องจาก เป็นชั้นที่มีบทบาทในการป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ที่เป็นอันตรายจากดวงอาทิตย์

เพิ่มเติม : บรรยากาศ (Atmosphere)

กายภาพของสตราโทสเฟียร์

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ต่างจากโทรโพสเฟียร์ที่อุณหภูมิลดลงตามความสูง ในชั้นสตราโทสเฟียร์อุณหภูมิกลับเพิ่มขึ้นตามความสูง สาเหตุนี้มาจากการดูดซับรังสี UV ของดวงอาทิตย์โดยโมเลกุลโอโซน ยิ่งอยู่สูงขึ้นในชั้นนี้ ยิ่งมีการดูดซับรังสี UV มากขึ้น ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นตามไปด้วย

ชั้นบรรยากาศที่เป็นชั้น (Stratified Layers) สตราโทสเฟียร์มีลักษณะเป็นชั้นที่เสถียรสูง มีการผสมกันของอากาศในแนวตั้งน้อยมาก เสถียรภาพนี้เกิดจากการที่อากาศร้อนอยู่ด้านบนซึ่งป้องกันไม่ให้อากาศเย็นด้านล่างลอยขึ้นไป ความแตกต่างนี้ทำให้สตราโทสเฟียร์แตกต่างจากโทรโพสเฟียร์ที่มักมีการปั่นป่วนและกิจกรรมสภาพอากาศเกิดขึ้นบ่อย

ความหนาแน่นและองค์ประกอบ แม้ว่าสตราโทสเฟียร์จะมีความหนาแน่นน้อยกว่าโทรโพสเฟียร์ แต่ยังคงมีมวลอากาศประมาณ 19% ของมวลรวมของบรรยากาศทั้งหมด อากาศในชั้นนี้ประกอบด้วยไนโตรเจน (78%) และ ออกซิเจน (21%) เป็นส่วนใหญ่ โดยมีปริมาณแก๊สอื่น ๆ ในระดับร่องรอย โอโซนซึ่งกระจุกตัวอยู่ในชั้นโอโซนเป็นคุณลักษณะเด่นของสตราโทสเฟียร์

ชั้นโอโซน เกราะป้องกันสำคัญ

การเกิดและหน้าที่ของโอโซน ชั้นโอโซนที่อยู่ในสตราโทสเฟียร์ชั้นล่างเป็นสิ่งสำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตบนโลก มันเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างรังสี UV ของดวงอาทิตย์กับออกซิเจนโมเลกุล (O₂) ซึ่งทำให้โมเลกุลออกซิเจนแตกออกเป็นอะตอมเดี่ยว ออกซิเจนอะตอมเหล่านี้จะรวมตัวกับ O₂ เพื่อสร้างโอโซน (O₃) ชั้นโอโซนทำหน้าที่ดูดซับรังสี UV-B และ UV-C ส่วนใหญ่จากดวงอาทิตย์ ป้องกันไม่ให้รังสีเหล่านี้มาถึงพื้นโลก

การทำลายโอโซน กิจกรรมของมนุษย์ โดยเฉพาะการปล่อยสาร คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs) ได้ส่งผลให้เกิดการทำลายชั้นโอโซน CFCs ปล่อยอะตอมของคลอรีนในสตราโทสเฟียร์ ซึ่งสามารถทำลายโมเลกุลโอโซนได้อย่างต่อเนื่อง การค้นพบ “หลุมโอโซน” เหนือแอนตาร์กติกาในช่วงทศวรรษ 1980 ได้ชี้ให้เห็นถึงความรุนแรงของปัญหานี้ ข้อตกลงระหว่างประเทศอย่าง พิธีสารมอนทรีออล ช่วยลดการปล่อย CFC ลงอย่างมาก ซึ่งส่งผลให้ชั้นโอโซนเริ่มฟื้นตัว

เพิ่มเติม : พิธีสารมอนทรีออล (Montreal Protocol)

บทบาทต่อสภาพอากาศ

ผลกระทบต่อสภาพอากาศ แม้ว่าสตราโทสเฟียร์จะมีความเสถียรโดยรวม แต่ก็สามารถส่งผลกระทบต่อรูปแบบสภาพอากาศในโทรโพสเฟียร์ได้ ตัวอย่างเช่น เหตุการณ์ Sudden Stratospheric Warming (SSW) ซึ่งอุณหภูมิในสตราโทสเฟียร์ขั้วโลกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว อาจทำให้เกิดปรากฏการณ์ โพลาร์ วอร์เท็กซ์ (Polar Vortex) และนำไปสู่สภาพอากาศหนาวจัดในพื้นที่ละติจูดกลาง

เพิ่มเติม : สภาพอากาศสุดขั้ว (extreme weather) : คลื่นความร้อน – โพลาร์ วอร์เท็กซ์

เพิ่มเติม : 10 เหตุการณ์ หนาวสุดขั้ว ที่เคยเกิดขึ้นกับมนุษย์

โพลาร์ วอร์เท็กซ์ (Polar Vortex) หมายถึง ระบบความกดอากาศต่ำขนาดใหญ่ที่มีอากาศเย็นล้อมรอบขั้วโลกของโลก โดยทั่วไปแล้ว โพลาร์ วอร์เท็กซ์จะอยู่ในพื้นที่ขั้วโลก แต่ในบางครั้งมันสามารถขยายออกมา และเคลื่อนที่ไปยังพื้นที่อื่น ๆ ที่ละติจูดต่ำลง ทำให้เกิดเหตุการณ์อากาศสุดขั้ว เช่น อุณหภูมิที่หนาวจัด พายุหิมะ และแม้กระทั่งการสูญเสียชีวิต

การควบคุมภูมิอากาศ สตราโทสเฟียร์มีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ ความผันแปรในระดับโอโซนและไอน้ำในชั้นนี้สามารถส่งผลกระทบต่ออุณหภูมิพื้นผิวโลกและรูปแบบการหมุนเวียนของบรรยากาศ ตัวอย่างเช่น การเพิ่มขึ้นของก๊าซเรือนกระจกอาจทำให้สตราโทสเฟียร์เย็นลง ซึ่งจะส่งผลต่อพลศาสตร์ของชั้นบรรยากาศและปฏิสัมพันธ์กับโทรโพสเฟียร์

สตราโทสเฟียร์กับการบิน

1) การบินเชิงพาณิชย์ เครื่องบินโดยสารส่วนใหญ่บินในระดับความสูงของสตราโทสเฟียร์ตอนล่าง ซึ่งอยู่ระหว่าง 10–12 กิโลเมตร (33,000–39,000 ฟุต) ความสูงนี้ถูกเลือกเพื่อหลีกเลี่ยงความปั่นป่วนและสภาพอากาศที่เกิดขึ้นในโทรโพสเฟียร์ ทำให้การบินราบรื่นยิ่งขึ้น

2) เครื่องบินความเร็วเหนือเสียงและความสูง เครื่องบินความเร็วเหนือเสียง เช่น Concorde และเครื่องบินทดลองที่บินสูง ปฏิบัติการในสตราโทสเฟียร์ตอนบน ชั้นนี้มีความหนาแน่นของอากาศต่ำ ช่วยลดแรงต้านอากาศและทำให้บินด้วยความเร็วสูงขึ้นได้ แต่การปฏิบัติการในชั้นบรรยากาศนี้มีความท้าทาย เช่น อุณหภูมิที่แปรปรวน และผลกระทบจากรังสี UV ต่อวัสดุและร่างกายมนุษย์

ปรากฏการณ์ในสตราโทสเฟียร์

1) เมฆขั้วโลกในสตราโทสเฟียร์ (Polar Stratospheric Clouds – PSCs) เมฆชนิดนี้ หรือที่เรียกว่า เมฆนาคเรอัส (Nacreous Clouds) เกิดขึ้นในสตราโทสเฟียร์ขั้วโลกในช่วงฤดูหนาวที่อุณหภูมิต่ำมาก เมฆเหล่านี้มีบทบาทในการทำลายโอโซน โดยทำหน้าที่เป็นพื้นผิวสำหรับปฏิกิริยาเคมีที่ปลดปล่อยสารทำลายโอโซน

เพิ่มเติม : รวม เมฆแปลก บนท้องฟ้า

2) ละอองในสตราโทสเฟียร์ การปะทุของภูเขาไฟสามารถปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO₂) เข้าสู่สตราโทสเฟียร์ ซึ่งจะกลายเป็นละอองซัลเฟต ละอองเหล่านี้สะท้อนรังสีดวงอาทิตย์ออกไป ทำให้อุณหภูมิพื้นผิวโลกเย็นลงชั่วคราว เหตุการณ์นี้เรียกว่า ฤดูหนาวภูเขาไฟ (volcanic winter) ตัวอย่างเช่น การปะทุของภูเขาไฟปินาตูโบในปี ค.ศ. 1991 ทำให้อุณหภูมิโลกลดลงประมาณ 0.5°C

การสำรวจสตราโทสเฟียร์

1) ภารกิจวิจัย ภารกิจวิทยาศาสตร์ที่ใช้บอลลูน จรวด และดาวเทียมช่วยให้เราได้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับสตราโทสเฟียร์ เครื่องมืออย่างไลดาร์และสเปกโตรมิเตอร์ถูกนำมาใช้ในการวัดความเข้มข้นของโอโซน โปรไฟล์อุณหภูมิ และการกระจายตัวของละออง

2) หอดูดาวในสตราโทสเฟียร์ หอดูดาวสตราโทสเฟียร์สำหรับดาราศาสตร์อินฟราเรด (SOFIA) ใช้เครื่องบินโบอิ้ง 747 ที่ดัดแปลงเพื่อติดตั้งกล้องโทรทรรศน์ในสตราโทสเฟียร์ ช่วยให้นักดาราศาสตร์ศึกษาจักรวาลในช่วงคลื่นอินฟราเรดได้โดยมีการรบกวนจากบรรยากาศน้อยที่สุด

โอกาสในอนาคต

1) การฟื้นตัวของโอโซน แม้ว่าชั้นโอโซนจะฟื้นตัวขึ้นจากความสำเร็จของ พิธีสารมอนทรีออล (Montreal Protocol) การฟื้นตัวอย่างสมบูรณ์ยังต้องใช้เวลาอีกหลายทศวรรษ การติดตามตรวจสอบอย่างต่อเนื่องและความร่วมมือระหว่างประเทศเป็นสิ่งสำคัญเพื่อรักษาความก้าวหน้านี้

2) วิทยาศาสตร์สตราโทสเฟียร์ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการสร้างแบบจำลองเปิดโอกาสใหม่ ๆ สำหรับการวิจัยสตราโทสเฟียร์ การทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ระหว่างชั้น สตราโทสเฟียร์และโทรโพสเฟียร์ ให้ดียิ่งขึ้นเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการคาดการณ์และบรรเทาผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ

การท่องเที่ยวอวกาศ อุตสาหกรรมการท่องเที่ยวอวกาศที่กำลังเติบโต จะเกี่ยวข้องกับการบินผ่านสตราโทสเฟียร์บ่อยครั้ง การรักษาความยั่งยืนทางสิ่งแวดล้อมสำหรับกิจกรรมเหล่านี้จะเป็นความท้าทายสำคัญ

สรุป สตราโทสเฟียร์เป็นส่วนสำคัญของบรรยากาศโลก มีบทบาททั้งในการปกป้องโลกจากรังสีดวงอาทิตย์ที่เป็นอันตรายและส่งผลต่อสภาพอากาศและภูมิอากาศ การวิจัยและการอนุรักษ์สตราโทสเฟียร์อย่างต่อเนื่องมีความสำคัญต่อการแก้ไขปัญหาระดับโลก และช่วยให้เราสามารถใช้ศักยภาพของมันในเชิงวิทยาศาสตร์และนวัตกรรมได้

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