เขียนโดย พวงร้อย วิชาการ.คอม (www.vcharkarn.com)

 

 เป็นบทสรุป...เรื่องฟ้าผ่าครับ

                                  

ฟ้าผ่าก่อตัวขึ้นในระดับสูง ๑๕,๐๐๐ ถึง ๒๕,๐๐๐ ฟิตเหนือระดับน้ำทะเล และจะต้องมีการเคลื่อนตัวของอากาศให้วนผสมกันได้ในแนวดิ่ง โดยปกติอากาศในบรรยากาศจะอยู่แยกกันเป็นชั้นๆ ต่างมีแรงกดดันต่างกัน จึงจะไม่วนผสมกันในแนวดิ่ง การจะเกิดการเคลื่อนตัวในแนวดิ่งที่ฝืนกับแรงกดดันได้ ก็ต้องมีแรงจากภายนอกมากระทำ เช่น โดยมากมักจะมากับภาวะที่ กระแสอากาศอุ่นมาปะทะกับกระแสอากาศเย็นอย่างกระทันหัน แล้วด้วยความที่ธรรมชาติของอากาศต้องเกิดการไหลวนเพื่อเฉลี่ยพลังงานความร้อนให้เท่าๆกัน อากาศร้อนก็ถูกบีบพุ่งขึ้นสูง อากาศเย็นก็จะพยายามไหลลงมาแทนที่ การไหลวนนี้จะเกิดจากพลังงานด้วยแรงปะทะของกระแสอากาศจำนวนมาก จึงมีความไม่เสถียรในแนวดิ่งได้มากพอ แล้วไอน้ำก็กลั่นตัวรวมกันเป็นเมฆ การไหลวนของมวลในเมฆทำให้เมฆเช่นนี้ก่อตัวเป็นลำสูง ให้เกิดเมฆฝนที่เรียกว่า cumulonimbus clouds อันเป็นเมฆที่มีความสูงมาก พาดผ่านระดับต่างๆกันในบรรยากาศ ไอน้ำที่กลั่นตัวเป็นเม็ดฝนส่วนหนึ่ง จึงเคลื่อนตัวขึ้นไปยังที่สูง จนถึงที่อากาศเบื้องบนหนาวเย็นพอที่จะทำให้จับตัวเป็นเกล็ดน้ำแข็งได้

 

สำหรับสาเหตุอย่างละเอียดของการเกิดฟ้าผ่านั้น นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่อาจเห็นพ้องต้องกันได้ แต่เป็นที่ทราบกันว่า ฟ้าผ่ามักจะเกิดในระดับที่มีหยดน้ำฝนกับน้ำแข็งผสมอยู่ร่วมกัน ทำให้หยดน้ำและเกล็ดน้ำแข็งมาปะทะกันในกระแสวังวนภายในก้อนเมฆนั้น จะด้วยเหตุผลใดไม่เป็นที่ทราบกันแน่ชัด โปรตอนที่มีประจุไฟฟ้าบวกจะมารวมกันอยู่เฉพาะในหยดน้ำหรือเกล็ดน้ำแข็งขนาดเล็ก ที่มีขนาดเล็กกว่า ๑ มิลลิเมตร ที่มีชื่อเรียกรวมๆกันว่า hydrometeor ส่วนอีเลคตรอนจะแยกไปเกาะอยู่กับหยดน้ำที่มีขนาดใหญ่ ด้วยแรงดึงดูดของโลก ในที่สุดเม็ดใหญ่ที่หนักกว่า ก็เคลื่อนตัวลงมาอยู่ด้านล่าง ทำให้ในก้อนเมฆเดียวกันเกิดมีภาวะทางไฟฟ้าต่างกันไปในชั้นล่างกับชั้นบน แล้วประจุไฟฟ้าจะเดินทางลงมาเป็นห้วงๆเหมือนขั้นบันได ขั้นละประมาณ ๕๐-๑๐๐ เมตร เมื่อมันเจอสภาพบนพื้นที่ใดที่เป็นตัวนำไฟฟ้าได้ดี มันก็จะบรรจบวงจรได้ คือสามารถกระโดดลงมาหาตัวนำที่ทำให้ถ่ายเทกระแสไฟฟ้าจนเข้าสู่ภาวะสมดุลย์ได้

 

สภาวะที่อำนวยให้เกิดฟ้าผ่านี้ จึงมีไม่เท่ากันทุกแห่งบนโลก โดยมากจะเกิดเหนือพื้นทวีป(ดูแผนที่ข้างล่าง) เพราะความแตกต่างของกระแสอากาศมีสูง คืออากาศเหนือพื้นดินสามารถร้อนขึ้นได้มากจากการที่พื้นโลกดูดซับพลังงานของดวงอาทิตย์ แล้วคายออกมาสู่อากาศเหนือพื้นโดยตรง จึงเป็นเงื่อนไขสำคัญที่ก่อให้เกิดพายุฝน อันเป็นแหล่งกำเนิดของฟ้าผ่า และบนพื้นโลก ก็ยังมีสิ่งก่อสร้างสูงๆ ทั้งโดยธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้น มากกว่าที่จะหาได้ในท้องทะเลอันราบเรียบ อัตราการเกิดฟ้าผ่าจึงมีสูงมากในภาคพื้นทวีป ส่วนเหนือพื้นน้ำนั้น เนื่องจากน้ำอมความร้อนได้ดีมากจนคายออกมาน้อยมาก อากาศเหนือพื้นจึงไม่ได้ร้อนมากขึ้นเท่าใด เมื่อไม่มีกระแสอากาศร้อนติดพื้น ก็ไม่ค่อยมีการก่อเมฆฝน ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการทำให้เกิดฟ้าผ่า ประชากรในประเทศเกาะในมหาสมุทร มักจะไม่เจอปรากฏการณ์ฟ้าผ่ามากเท่าใด ภาษาพูดของประชากรเหล่านี้ จึงมีศัพท์เกี่ยวกับฟ้าผ่ากันไม่มากนัก

 


 (แผนที่แสดงการเกิดฟ้าผ่าทั่วโลก โดยข้อมูลจากอุปกรณ์ถ่ายภาพจากอวกาศ บนยานอวกาศของนาซ่า คือที่มีอยู่บนยาน Optical Transient Detector (OTD) และอุปกรณ์ the Lightning Imaging Sensor (LIS) บนยาน The Tropical Rainstorm Measuring Mission(TRMM) ที่ถูกส่งขึ้นไปบันทึกข้อมูลการเกิดฟ้าผ่าทั่วโลก ตั้งแต่ปี ค.ศ. ๑๙๙๕ และ ๑๙๙๗ ตามลำดับ จะเห็นได้อย่างชัดเจนว่า ฟ้าผ่าส่วนมากจะเกิดเหนือภาคพื้นทวีป โดยเฉพาะแถบทรอปิคส์เป็นส่วนใหญ่ ตัวอย่างเช่น ที่ฟลอริด้า จะมีกระแสพายุจากฝั่งมหาสมุทรแอตแลนติก และจากอ่าวเม็กซิโกมาปะทะกัน บีบดันให้อากาศพุ่งขึ้นในแนวดิ่ง จนเกิดภาวะอำนวยต่อการเกิดฟ้าผ่า ดังที่กล่าวมาแล้วข้างต้น ตัวเลขในแผนผัง บอกอัตราจำนวนฟ้าผ่าที่เกิดในพื้นที่ ๑ ตารางกิโลเมตรต่อปี)

                                            


จากการศึกษาด้วยภาพถ่ายและภาพยนต์ ที่จับภาพการพัฒนาตัวของฟ้าผ่าอย่างละเอียด ช่วยให้เราเข้าใจกลไกการเกิดฟ้าผ่าลงดินได้มาก เมื่อความต่างศักย์ระหว่างฐานก้อนเมฆ และพื้นดินใต้เมฆ มีสูงมากๆจนตัวกลางคืออากาศต้านไม่ไหวแล้ว ก็จะมีส่วนนำร่องแทรกตัวออกมาจากฐานเมฆ ที่เรียกว่า stepped leader เพราะการเคลื่อนตัวของสายฟ้า จะเป็นห้วงๆช่วงละ ๕๐-๑๐๐ เมตร ด้วยเวลาประมาณ ๐.๐๐๕๐ วินาที เท่านั้น ไม่ต่อเนื่องกัน แต่ด้วยความเร็วมากจนตาของเราแยกไม่ออก

สายฟ้านำร่องลงมาเป็นทีละขั้นๆ ด้วยการถ่ายพลังงานให้โมเลกุลของอากาศ เกิดการแตกตัวอย่างรวดเร็ว ดันให้อีเล็คตรอนของโมเลกุลอากาศ ถูกผลักออกไป จึงไม่มีแรงต้านจากอากาศในลำแคบๆรอบๆสายฟ้า เป็นลำกว้างเพียงประมาณสิบเซ็นติเมตร ทำให้กระแสไฟฟ้าพรั่งพรูลงมาได้อีกขั้นหนึ่ง เป็นอย่างนี้ทีละช่วงๆ

                                         
<table border="0" cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%"><tbody><tr><td>
<table border="0" cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%"><tbody><tr><td><h3>ขณะที่สายฟ้าเดินทางลงมาใกล้จะถึงพื้นแล้วนั้น หากมีอาคารสิ่งก่อสร้าง หรือต้นไม้สูงๆ โปรตอนภายในสิ่งสูงๆเหล่านั้นบนพื้นดิน ก็จะกระโดดข้ามอากาศเป็นทาง เรียกว่า streamer ขึ้นไปหาลำกระแสอีเลคตรอนที่ฐานเฆฆ ที่กำลังพุ่งตัวลงมาเป็นห้วงๆ ในที่สุดลำประจุบวกจากพื้นดิน ก็จะบรรจบกันกับลำประจุลบที่ลงมาจากก้อนเมฆ พอทั้งสองบรรจบกันแล้ว ประจุบวกจำนวนมหาศาลจากพื้นดินก็จะโดดขึ้นไปยังก้อนเมฆ ให้เรามองเห็น เป็นลำไฟฟ้าที่มาจากพื้นกลับคืนขึ้นไปยังก้อนเมฆ ที่เรียกว่า return stroke ในเวลาน้อยกว่าชั่วพริบตาเสียอีก ซึ่งเป็นแสงที่เราเรียกว่าฟ้าผ่า สายฟ้าจะเดินทางด้วยความเร็วประมาณ หกหมื่นไมล์ ต่อวินาที </h3></td></tr></tbody></table>


 


<table border="0" cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%"><tbody><tr><td>

 เมื่อลำไฟฟ้าลำแรกเปิดทางลงมาหาพื้นได้แล้ว ทางผ่านคือลำโมเลกุลอากาศที่แตกตัวเป็นไออ้อน เปิดให้สายฟ้าแทรกตัวชำแรกชั้นอากาศลงมาได้ ก็ยังเปิดตัวอยู่ชั่วขณะหนึ่ง อำนวยโอกาสให้ประจุไฟฟ้าในก้อนเมฆ เดินตามลงมาอีก เกิดเป็นฟ้าผ่าซ้อนๆกัน ๓-๔ ครั้ง ในเวลารวมกันแล้วแค่ ๐.๒ วินาทีเท่านั้น ด้วยความที่มันเกิดขึ้นเร็วมาก เราจึงมองไม่ออก

 

 

 

 

 

สรุปผลรวมของการเกิดฟ้าผ่าดังนี้......



ภาพแสดงการเกิดฟ้าผ่า โดย Dave Joly แห่ง National Geographic Society)




   เมื่อฟ้าผ่าเกิดขึ้นจากความต่างศักย์ ที่มีมากพอที่จะทำให้โมเลกุลของอากาศแตกตัวเป็นไออ้อน จนสามารถเป็นตัวนำไฟฟ้าได้ ความต่างศักย์นี้ เรียกว่า breakdown potential ซึ่งมีค่า B=3x109 โว้ลท์/กิโลเมตร ในอากาศแห้ง ถ้าเราสามารถวัดค่าความยาวของสายฟ้าผ่าก็จะหาค่าความต่างศักย์นี้ได้จาก


ความต่างศักย์ = Bxความยาวของสายฟ้า(หรือความสูงจากพื้นของฐานเมฆ)



ถ้าฐานเมฆอยูเหนือพื้น ๒ กิโลเมตร ความต่างศักย์จะมีค่า 6x10 Volt

ความต่างศักย์ขนาด หกพันล้านโว้ลท์ ก็สามารถทำให้หัวใจคนหยุดเต้นได้สนิท ในขณะที่สายไฟแรงสูงจะมีความต่างศักย์ประมาณ สามแสนห้าหมี่นโว้ลท์ ทางที่ดี เราจึงควรเลี่ยงไม่ให้ถูกฟ้าผ่า....

จากเหตุผลดังกล่าว...หนุ่มสาวที่อ่านบันทึกแล้ว...ควรงดเปล่งคำสาบาน...จะโดยตั้งใจหรือไม่ตั้งใจก็ตาม

                                       สวัสดีครับ

</td></tr></tbody></table> </td></tr></tbody></table><p> </p><p> </p><p> </p><p> </p>