องค์ประกอบและการแบ่งชั้นในบรรยากาศ
บรรยากาศ (atmosphere) หมายถึง อากาศในที่ต่าง ๆ ทั้งหมดซึ่งเป็นส่วนที่ห่อหุ้มโลกอยู่โดยรอบ จะอยู่สูงจากผิวโลกขึ้นไปประมาณ 800-1,000 กิโลเมตร บรรยากาศส่วนใหญ่จะหนาแน่นมากในระดับต่ำ ๆ และจะเจือจางลงเมื่อสูงขึ้นกล่าวคือบรรยากาศประมาณ 50% จะอยู่ในระยะไม่เกิน 5-6 กิโลเมตรจากผิวโลกอีก 25% อยู่สูงต่อขึ้นไปอีก 5 กิโลเมตร และต่อจากนั้นบรรยากาศจะเบาบางลง ประมาณครึ่งหนึ่งทุก ๆ 5 กิโลเมตรที่สูงขึ้นไป ถ้าจะประมาณน้ำหนักบรรยากาศที่ห่อหุ้มโลกไว้ทั้งหมดจะได้ประมาณ 5.1 x 1021 กิโลกรัม ซึ่งคิดเทียบเป็น 1 ในล้านส่วนของน้ำหนักทั้งหมดของโลก
อากาศ (Air) หมายถึง อากาศที่อยู่ในบริเวณจำกัด หรืออากาศที่ปกคลุมอยู่ในบริเวณเนื้อที่ซึ่งสามารถกำหนดขอบเขตได้ เป็นส่วนที่อยู่เหนือตำแหน่งบนผิวโลก เช่น อากาศที่อยู่รอบตัวเราอากาศในห้องเรียน อากาศบริเวณชายทะเล บนพื้นดิน บนภูเขา หรือบริเวณหุบเขา เป็นต้น
1. องค์ประกอบของอากาศ
อากาศมีอยู่ทั่ว ๆ ไปรอบตัวเรา ทั้งในแหล่งน้ำ พื้นดิน ภูเขา และในร่างกายสิ่งมีชีวิต ส่วนอากาศที่ห่อหุ้มโลกอยู่ได้เพราะมีแรงดึงดูดของโลกดึงดูดไว้ อากาศที่อยู่รอบ ๆ ตัวเราจะเรียกรวม ๆ ว่า บรรยากาศ (atmosphere) ทั้งนี้อากาศจัดเป็นของผสม โดยประกอบด้วยแก๊สต่าง ๆ ไอน้ำ เขม่า ควันไฟ และอนุภาคต่าง ๆ ปะปนกันอยู่ สำหรับอากาศที่ไม่มีไอน้ำอยู่เลยจะเรียกว่า อากาศแห้ง ส่วนอากาศที่มีไอน้ำเป็นส่วนผสมอยู่ด้วยเรียกว่า อากาศชื้น
แก๊สที่มีมากที่สุดในอากาศแห้งคือแก๊สไนโตรเจน ส่วนแก๊สที่มีรองลงมาคือแก๊สออกซิเจน โดยมีอัตราส่วนระหว่าง แก๊สไนโตรเจน:ออกซิเจน เท่ากับ 4:1 ดังตารางที่ 2
ตารางที่ 2 แสดงส่วนผสมของอากาศแห้ง
|
ชนิดของแก๊สและส่วนผสมอื่น |
ปริมาณ (ร้อยละโดยปริมาตร) |
|
ไนโตรเจน (N2) ออกซิเจน (O2) อาร์กอน (Ar) คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) นีออน (Ne) ฮีเลียม (He) อื่น ๆ |
78.084 20.946 0.924 0.033 0.00182 0.00520 0.000598 |
ที่มา : (ปิ่นศักดิ์ ชุมเกษียน 2546,60)
นอกจากแก๊สต่าง ๆ แล้วในอากาศยังประกอบด้วยฝุ่นละอองต่าง ๆ เช่น ละอองดิน ละอองหิน ละอองเกสรดอกไม้ รวมทั้งไอน้ำ และจุลินทรีย์ต่าง ๆ ซึ่งปะปนอยู่ในอากาศในปริมาณที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับช่วงเวลาและอากาศในแต่ละบริเวณด้วย ดังนั้นสภาพอากาศในที่ต่าง ๆ จึงมีความแตกต่างกันอยู่บ้าง แต่อย่างไรก็ตามอากาศในที่ต่าง ๆ ก็ยังคงมีส่วนประกอบหลักที่สำคัญเหมือนกัน แก๊สต่าง ๆ เช่น แก๊สออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน มีปริมาณที่แตกต่างกันในบริเวณต่าง ๆ กัน เช่น บริเวณป่าไม้ ในเวลากลางวัน จะมีแก๊สออกซิเจนมากกว่าแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ บริเวณย่านชุมชนที่มีการจราจรติดขัดจะมีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่าแก๊สอื่น ๆ เป็นต้น
จากตารางสรุปได้ดังนี้
1. แก๊สไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบของอากาศที่มีปริมาณมากที่สุด
2. อัตราส่วนระหว่างปริมาณแก๊สไนโตรเจนต่อปริมาณแก๊สออกซิเจนเป็น 4:1 โดยประมาณ ถ้าสัดส่วนของแก๊สออกซิเจนน้อยลงจะส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตแน่นอน เช่น ทำให้ร่างกายได้รับอันตรายน้อยลง ถ้าแก๊สออกซิเจนลดลงมาก ๆ อาจทำให้ถึงแก่ชีวิตได้
3. ส่วนประกอบบางอย่างของอากาศแตกต่างกันไปตามสถานที่และเวลา นักเรียน จะพบว่ามีฝุ่นละอองเล็ก ๆ มากมายปรากฏให้เห็นตรงส่วนที่ลำแสงส่องผ่านหรือเวลาที่นักเรียนก่อไฟหรือเผาขยะ จะสังเกตเห็นควันและเขม่าลอยขึ้นไปในอากาศ หรือเมื่อเอาน้ำแข็งใส่แก้วน้ำ จะสังเกตเห็นว่ามีหยดน้ำเล็ก ๆ เกาะที่ข้างแก้วจากปรากฏการณ์เหล่านี้ เป็นสิ่งบ่งชี้ได้ว่าอากาศประกอบด้วย แก๊ส ฝุ่นละออง ไอน้ำ ควัน ฯลฯ
อากาศประกอบด้วยส่วนประกอบต่าง ๆ ดังนี้
1. แก๊สไนโตรเจน (N2) มีปริมาณมากที่สุดในอากาศ ร้อยละ 78% มีประโยชน์ ต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก ดังนี้
1.1 ช่วยเจือจางความเข้มข้นของแก๊สออกซิเจน ทำให้แก๊สออกซิเจนมีความเข้มข้นพอเหมาะกับ สิ่งมีชีวิตที่จะนำไปใช้ในการหายใจ เพราะถ้าแก๊สออกซิเจนมีความเข้มข้นสูง จะทำให้การสันดาปภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเป็นไปอย่างรุนแรง ก่อให้เกิดอันตรายถึงชีวิตได้
1.2 แก๊สไนโตรเจนในดินช่วยให้พืชเจริญโตได้ดี แบคทีเรียไรโซเบียมในพืชตระกูลถั่ว จะช่วยตรึงแก๊สไนโตรเจนจากอากาศไปไว้ในดิน ทำให้ดินมีความสมบูรณ์เหมาะแก่การเพาะปลูก
2. แก๊สออกซิเจน (O2) เป็นแก๊สที่มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตมากที่สุด ดังนี้
2.1 ใช้ในการหายใจ สิ่งมีชีวิตจะหายใจเอาแก๊สออกซิเจนเข้าไปภายในเซลล์เพื่อไปสันดาปกับอาหารภายในเซลล์และให้พลังงานออกมาเพื่อนำไปใช้ในการดำรงชีวิต
2.2 ใช้สันดาปกับเชื้อเพลิงเพื่อให้พลังงานความร้อนและแสงสว่าง พลังงานที่ได้สามารถนำไปใช้ในการปรุงอาหาร ให้แสงสว่างในเวลากลางคืน เป็นต้น
3. แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) มีปริมาณไม่มากนักในอากาศ แต่มีความสำคัญ ต่อสิ่งมีชีวิต เนื่องจากเป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช
4. ไอน้ำ ในแต่ละพื้นที่จะมีปริมาณไอน้ำแตกต่างกันไป บริเวณแหล่งน้ำขนาดใหญ่จะมีไอน้ำในปริมาณมากกว่าบริเวณพื้นดิน เนื่องจากไอน้ำในอากาศเกิดจากการระเหยของน้ำที่ผิวโลก ไอน้ำมีผลต่อการเกิดปรากฏการณ์ทางธรรมชาติในแต่ละพื้นที่ เนื่องจากไอน้ำเป็นสาเหตุสำคัญของการเกิดเมฆและฝน
5. ส่วนประกอบอื่น ๆ ประกอบด้วย แก๊สอาร์กอน นีออน ฮีเลียม ไฮโดรเจน และ สารแขวนลอย เช่น ควันไฟ ฝุ่นผงต่าง ๆ ส่วนประกอบเหล่านี้ทำให้สัดส่วนของส่วนประกอบของอากาศเปลี่ยนแปลงไปในแต่ละท้องถิ่น
2. การแบ่งชั้นบรรยากาศ
บรรยากาศของโลกไม่ได้แบ่งเป็นชั้นที่มองเห็นได้ แต่จากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์สามารถแบ่งบรรยากาศออกเป็น 5 ชั้น ดังนี้
1) โทรโพสเฟียร์ (troposphere) คือ ชั้นบรรยากาศที่เราอาศัยอยู่ มีระยะความสูงจากผิวโลกขึ้นไปไม่เกิน 10 กิโลเมตร อุณหภูมิของบรรยากาศชั้นนี้จะค่อย ๆ ลดลงตามระดับความสูงโดยเฉลี่ยอุณหภูมิจะลดลงประมาณ 6.5 องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตร เป็นชั้นบรรยากาศที่มีอากาศหนาแน่นและ มีไอน้ำมาก มีการเคลื่อนที่ของอากาศทั้งแนวระดับและแนวดิ่ง ทำให้เกิดลักษณะลม ฟ้าอากาศต่าง ๆ เช่น มีหมอก เมฆ ฝน ลม พายุ เป็นบรรยากาศชั้นที่มีความสำคัญทางอุตุนิยมวิทยา
2) สตราโตสเฟียร์ (stratosphere) คือ ชั้นบรรยากาศที่อยู่เหนือชั้นโทรโพสเฟียร์ขึ้นไปจนถึงระดับความสูงประมาณ 50 กิโลเมตร อุณหภูมิบรรยากาศชั้นนี้ค่อนข้างจะคงที่หรือสูงขึ้นเล็กน้อยตามความสูง ที่เพิ่มขึ้น เป็นชั้นบรรยากาศที่มีความชื้นและผงฝุ่นเล็กน้อย แต่จะมีแก๊สโอโซนในปริมาณมากซึ่งแก๊สนี้จะช่วยดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต (UV)ไว้บางส่วนเพื่อไม่ให้รังสีอัลตราไวโอเลตลงมาสู่ผิวโลกมากเกินไป
3) มีโซสเฟียร์ (mesosphere) คือ ชั้นบรรยากาศที่อยู่เหนือชั้นสตราโตสเฟียร์ขึ้นไปจนถึงระดับความสูงประมาณ 80 กิโลเมตร อุณหภูมิของบรรยากาศชั้นนี้จะลดลงตามระดับความสูง
4) เทอร์โมสเฟียร์ (thermosphere) คือ ชั้นบรรยากาศที่อยู่เหนือชั้นมีโซสเฟียร์ขึ้นไปจนถึงระดับความสูง 500 กิโลเมตร อุณหภูมิของบรรยากาศชั้นนี้สูงขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงความสูง 100 กิโลเมตรแรก หลังจากนั้นอัตราการสูงขึ้นของอุณหภูมิจะลดลง บรรยากาศชั้นนี้ร้อนมาก คือ มีอุณหภูมิประมาณ 227-1,727 องศาเซลเซียส
5) เอกโซสเฟียร์ (exosphere) คือ ชั้นบรรยากาศชั้นนอกสุดที่ห่อหุ้มโลก เริ่มตั้งแต่ 500 กิโลเมตรจากผิวโลกขึ้นไป บรรยากาศในชั้นนี้จะค่อย ๆ กลืนกับอากาศจนยากจะกำหนดลงไปได้ว่ามีขอบเขตเท่าใด บรรยากาศชั้นนี้มีโมเลกุลของแก๊สน้อยมากและเป็นแก๊สที่เบา เช่น แก๊สไฮโดรเจน และแก๊สฮีเลียม
การแบ่งชั้นบรรยากาศตามเกณฑ์สมบัติของแก๊สในบรรยากาศ สามารถแบ่งออกได้เป็น4ชั้นดังนี้
1. โทรโพสเฟียร์ (troposphere) เป็นชั้นบรรยากาศที่อยู่ในระดับความสูงโดยเฉลี่ยประมาณ 10 กิโลเมตร จากระดับน้ำทะเล ประกอบด้วยส่วนผสมของแก๊สหลายชนิด และ ไอน้ำเป็นส่วนใหญ่ แก๊สดังกล่าวได้แก่ แก๊ส ไนโตรเจน ออกซิเจน อาร์กอน คาร์บอนไดออกไซด์ และ แก๊สอื่น ๆ เป็นต้น
2. โอโซโนสเฟียร์ (ozonosphere) เป็นชั้นบรรยากาศที่อยู่เหนือระดับโทรโพสเฟียร์ขึ้นไป คือในช่วงระยะความสูง 10-50 กิโลเมตรจากระดับน้ำทะเล มีแก๊สโอโซนอยู่อย่างหนาแน่น ทำหน้าที่ช่วยดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตที่มาจากดวงอาทิตย์ไว้ จึงช่วยลดอันตรายที่จะเกิดขึ้นแก่มวลมนุษย์ได้
3. ไอโอโนสเฟียร์ (ionosphere) เป็นชั้นบรรยากาศที่อยู่เหนือระดับโอโซโนสเฟียร์ขึ้นไปประมาณ 50-600 กิโลเมตรจากระดับน้ำทะเล ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ซึ่งเรียกว่า ไอออน (ion) สามารถสะท้อนคลื่นวิทยุความถี่ไม่สูงนักได้ เช่น วิทยุระบบ A.M. จึงเป็นประโยชน์ในการใช้วิทยุสื่อสารระยะไกลได้
4. เอกโซสเฟียร์ (exosphere) เป็นบรรยากาศชั้นนอกสุดของโลก มีอากาศเบาบางมากส่วนใหญ่เป็นก๊าซไฮโดรเจนและฮีเลียม
3. ประโยชน์ของชั้นบรรยากาศ
ชั้นบรรยากาศที่ห่อหุ้มโลกมีประโยชน์ต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก ดังนี้
1. ช่วยปรับอุณหภูมิของโลกให้เหมาะสมกับการดำรงชีวิต กล่าวคือ โดยปกติในช่วงกลางวันที่มีแสงแดด อากาศที่ห่อหุ้มโลกจะช่วยดูดกลืนความร้อนจากดวงอาทิตย์ไว้บางส่วนทำให้โลกมีความอบอุ่นขึ้น ส่วนช่วงกลางคืนที่ไม่มีแสงแดด อากาศจะช่วยระบายความร้อนทำให้โลกเย็นลง ถ้าไม่มีอากาศห่อหุ้มโลกไว้แล้วในช่วงกลางวันอุณหภูมิบนผิวโลกจะสูงถึงประมาณ 110 องศาเซลเซียส และในช่วงกลางคืนอุณหภูมิบนผิวโลกจะลดต่ำลงจนถึงประมาณ -180 องศาเซลเซียส
2. ช่วยป้องกันอันตรายจากรังสีต่าง ๆ จากดวงอาทิตย์ เช่น รังสีอัลตราไวโอเลต (รังสีเหนือม่วง) จะถูกแก๊สโอโซนในบรรยากาศดูดซับไว้บางส่วนและปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลต ลงมายังผิวโลกในปริมาณที่เหมาะสม สำหรับมนุษย์ถ้าร่างกายถูกรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความเข้ม มากเกินไป เซลล์ผิวหนังจะถูกทำลายและอาจทำให้เป็นมะเร็งที่ผิวหนังได้
3. ช่วยป้องกันอันตรายจากอนุภาคต่างๆ ที่มาจากนอกโลก เช่น อุกกาบาตหรือสะเก็ดจาก ดาวเคราะห์ต่าง ๆ เป็นต้น โดยอนุภาคเหล่านี้จะเสียดสีกับอากาศที่ห่อหุ้มโลกและเกิดการลุกไหม้จนหมด หรือ มีขนาดเล็กลงก่อนตกลงสู่ผิวโลก
4. ส่วนผสมของแก๊สต่าง ๆ ในอากาศ ช่วยให้เกิดกระบวนการบางอย่างที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต เช่น แก๊สออกซิเจนเป็นแก๊สที่ใช้ในกระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิตและ ช่วยให้ไฟติดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เป็นแก๊สที่ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช
(ผู้สนใจ สามารถดาวน์โหลด ชุดฝึกฉบับเต็มได้ที่ไฟล์ได้เลยค่ะ)
ความเห็น (2)
ขอถามอะไรหน่อยได้ไหมคะทำไมปริมาณของอากาศที่อยู่รอบโลกถึงมีค่าคงที่คะ
ขอถามอะไรหน่อยได้ไหมคะทำไมปริมาณของอากาศที่อยู่รอบโลกถึงมีค่าคงที่คะ
สุวิมล อยู่สุข
วิทยาศาสตร์