เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) เป็น 1 ใน 5 ชั้นหลักของ ชั้นบรรยากาศโลก (atmospheric layer) อยู่เหนือชั้น สตราโทสเฟียร์ (Stratosphere) และต่ำกว่าชั้น เทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere) โดยมีระดับความสูงประมาณ 50-85 กิโลเมตร จากพื้นผิวโลก ชั้นนี้มีบทบาทสำคัญในพลศาสตร์ของบรรยากาศ องค์ประกอบทางเคมี และการปกป้องโลกจากเศษวัตถุจากนอกโลก

เพิ่มเติม : บรรยากาศ (Atmosphere)

เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) มาจากคำในภาษากรีก “mesos” ซึ่งแปลว่า “กลาง” ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศลำดับที่ 3 เมื่อนับจากพื้นผิวโลกขึ้นไป อยู่ระหว่างชั้นสตราโตสเฟียร์และชั้นเทอร์โมสเฟียร์ โดยมีอุณหภูมิลดลงตามระดับความสูง ซึ่งทำให้ เป็นชั้นที่หนาวเย็นที่สุดในบรรยากาศโลก อุณหภูมิในชั้นนี้สามารถลดลงได้ถึง -90°C (-130°F) การศึกษาเมโซสเฟียร์มีความสำคัญต่อวิทยาศาสตร์บรรยากาศ เพราะเป็นช่วงเปลี่ยนผ่าน เชื่อมระหว่างการเปลี่ยนแปลงในบรรยากาศชั้นล่างและชั้นบน

โครงสร้างและองค์ประกอบ

เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) มีมวลรวมเพียงประมาณ 0.1% ของมวลทั้งหมดของชั้นบรรยากาศโลก ความหนาแน่นที่ต่ำเช่นนี้ทำให้เป็นพื้นที่สำหรับกระบวนการเฉพาะตัวที่ไม่เกิดในชั้นอื่น เมโซสเฟียร์มีองค์ประกอบดังนี้

• ก๊าซหลัก ประกอบด้วยไนโตรเจน (N₂) และออกซิเจน (O₂) เป็นหลัก คล้ายกับชั้นล่าง แต่ความหนาแน่นของก๊าซจะลดลงอย่างมากเมื่อความสูงเพิ่มขึ้น
• ก๊าซรอง เช่น โอโซน (O₃) คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และไอน้ำ (H₂O) มีความเข้มข้นในระดับต่ำมาก
• ไอออนและอนุภาค บริเวณส่วนบนของเมโซสเฟียร์มีอนุภาคที่มีประจุและไอออนที่เกิดปฏิกิริยาเคมี โดยเฉพาะในช่วงที่เกิดปรากฏการณ์เกี่ยวกับอุกกาบาต

โปรไฟล์อุณหภูมิ

เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) มีลักษณะเด่นในเรื่องอุณหภูมิที่ลดลงตามความสูง ซึ่งแตกต่างจากสตราโตสเฟียร์ที่อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตของโอโซน ในเมโซสเฟียร์ โดย 1) ชั้นล่างของเมโซสเฟียร์ อุณหภูมิเริ่มลดลงเมื่ออิทธิพลของชั้นสตราโตสเฟียร์หมดไป และ 2) ชั้นบนของเมโซสเฟียร์ ใกล้กับ เมโซพอส (Mesopause) ซึ่งเป็นขอบระหว่างเมโซสเฟียร์กับเทอร์โมสเฟียร์ อุณหภูมิจะลดลงถึงค่าต่ำสุดประมาณ -90°C (-130°F) ความหนาวเย็นในชั้นนี้ส่งผลสำคัญต่อการเกิดผลึกน้ำแข็งที่ก่อให้เกิด เมฆเรืองแสง (Noctilucent Clouds)

เพิ่มเติม : รวม เมฆแปลก บนท้องฟ้า

ปรากฏการณ์ทางอุตุนิยมวิทยา

เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) เป็นแหล่งกำเนิดของปรากฏการณ์ทางบรรยากาศที่แปลกๆ มากมาย ได้แก่

1) การสลายตัวของอุกกาบาต เมื่ออุกกาบาตเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลก มันจะพบกับความหนาแน่นของอากาศที่เพิ่มขึ้นและแรงเสียดทาน เมโซสเฟียร์มีบทบาทสำคัญในการทำให้อุกกาบาตส่วนใหญ่เผาไหม้จนหมด ส่งผลให้เกิด “ดาวตก (meteor)” ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้วัตถุเหล่านี้ตกถึงพื้นโลก

เพิ่มเติม : อุกกาบาต กับการโหม่งโลก

2) เมฆเรืองแสงกลางคืน (Noctilucent Clouds) เมฆเรืองแสงกลางคืนเป็นเมฆที่หายาก เกิดจากผลึกน้ำแข็งที่ระดับความสูง 76–85 กิโลเมตร โดยจะมองเห็นได้ในบริเวณขั้วโลกในช่วงเวลาใกล้ค่ำหรือรุ่งเช้า

3) ปรากฏการณ์สไปรท์และเอลฟ์ สไปรท์และเอลฟ์เป็นการปลดปล่อยพลังงานไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเหนือพายุฟ้าคะนอง โดยสไปรท์มีลักษณะเป็นแสงแดงคล้ายแมงกะพรุน ส่วนเอลฟ์มีลักษณะเป็นแสงรูปวงแหวนจาง ๆ ที่ขยายตัวออก

เพิ่มเติม : สไปร์ท (Sprites) : แสงประหลาดบนท้องฟ้า ปริศนาที่ชวนสงสัย

4) แสงเหนือ-แสงใต้ (Aurora) และการเรืองแสงในอากาศ การเรืองแสงในอากาศเกิดจากการปลดปล่อยพลังงานของอะตอมและโมเลกุลในเมโซสเฟียร์ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่สามารถมองเห็นได้จากอวกาศและมีบทบาทในการศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของบรรยากาศ

เพิ่มเติม : สนามแม่เหล็กโลก และการใช้ประโยชน์

กระบวนการทางเคมี

เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) เป็นแหล่งของปฏิกิริยาเคมีที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัว เนื่องจากอุณหภูมิต่ำ ความดันต่ำ และสภาพแวดล้อมที่อยู่ในระดับสูง

• ไดนามิกส์ของโอโซน ชั้นนี้มีโอโซนน้อยกว่าสตราโตสเฟียร์มาก แต่ยังมีอิทธิพลต่อการดูดกลืนรังสี UV และปฏิกิริยาเคมีอื่น ๆ
• ฝุ่นอุกกาบาต อนุภาคฝุ่นที่เกิดจากอุกกาบาตช่วยเป็นแหล่งรวมตัวสำหรับผลึกน้ำแข็งที่สร้าง เมฆเรืองแสงกลางคืน (Noctilucent Clouds)
• การระบายความร้อนด้วยรังสี คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ในเมโซสเฟียร์มีบทบาทสำคัญในการระบายความร้อนออกสู่อวกาศ ส่งผลต่อสมดุลพลังงานของบรรยากาศ

การวิจัยและการสำรวจ

การศึกษาชั้นเมโซสเฟียร์ทำได้ด้วยวิธีการดังนี้

1) ดาวเทียม อุปกรณ์จากดาวเทียมช่วยวัดอุณหภูมิ รูปแบบลม และความเข้มข้นของก๊าซต่าง ๆ โครงการเช่น TIMED ของ NASA มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มความเข้าใจในพลศาสตร์ของเมโซสเฟียร์

2) จรวดสำรวจ จรวดช่วยเก็บข้อมูลโดยตรงเกี่ยวกับอุณหภูมิ ความดัน และองค์ประกอบทางเคมี ซึ่งเป็นข้อมูลที่ยากต่อการรวบรวมจากดาวเทียมหรือระบบภาคพื้นดิน

3) การสังเกตจากพื้นดิน เทคนิค เช่น เรดาร์และไลดาร์ (Lidar) ถูกใช้เพื่อศึกษาคลื่นบรรยากาศ เมฆเรืองแสงกลางคืน และร่องรอยของดาวตก

เพิ่มเติม : ไลดาร์ (LiDAR) : เครื่องมือเทวดา สำหรับสแกนหนังหน้าโลก

บทบาทในระบบโลกและการวิจัยในอนาคต

เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) มีบทบาทสำคัญต่อการทำงานของบรรยากาศโลกในหลายด้าน ได้แก่ 1) ปกป้องโลก ด้วยการเผาไหม้อุกกาบาต เมโซสเฟียร์ช่วยลดความเสี่ยงจากการชนของวัตถุจากอวกาศ 2) การถ่ายโอนพลังงาน เป็นพื้นที่สำหรับการถ่ายโอนพลังงานระหว่างชั้นบรรยากาศล่างและชั้นบรรยากาศบนและ 3) ตัวชี้วัดการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ การเปลี่ยนแปลงในสภาพของเมโซสเฟียร์สามารถสะท้อนการเปลี่ยนแปลงในระดับภูมิอากาศที่กว้างขึ้น

การศึกษา เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) มีความท้าทายเนื่องจากเป็นชั้นที่เข้าถึงได้ยาก อยู่สูงเกินกว่าจะใช้เครื่องบินหรือบอลลูน และอยู่ต่ำเกินไปสำหรับดาวเทียม งานวิจัยในอนาคตจึงมักจะมุ่งเน้นไปที่ การพัฒนาดาวเทียมที่สามารถบันทึกภาพเมโซสเฟียร์ได้ละเอียดขึ้น การสร้างแบบจำลองคลื่นบรรยากาศที่ดีขึ้นและผลกระทบของคลื่น และการสำรวจความเชื่อมโยงระหว่างการเปลี่ยนแปลงในเมโซสเฟียร์และความแปรปรวนของภูมิอากาศ

โดยสรุป เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) เป็นชั้นบรรยากาศที่มีพลวัตและน่าสนใจ ด้วยคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ แม้จะยังเป็นชั้นที่เข้าใจได้น้อยที่สุด แต่มีบทบาทสำคัญต่อการปกป้องโลก การถ่ายโอนพลังงาน และระบบภูมิอากาศ การวิจัยอย่างต่อเนื่องจะช่วยเผยความลับของชั้นนี้ และแสดงให้เห็นถึงความสำคัญในโครงสร้างซับซ้อนของบรรยากาศโลก

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