โลกที่เราอาศัยอยู่นี้มีชั้นบรรยากาศ(atmosphere)ปกคลุมด้วยความสูงถึง 2,000 กิโลเมตร นับจากพื้นดิน ชั้นของบรรยากาศที่มีอากาศที่มนุษย์หายใจนั้นมีอยู่นับตั้งแต่พื้นโลกถึงชั้นสตราโตสเฟียร์เท่านั้น ยิ่งสูงขึ้นไปนั้นไม่ใช่ชั้นบรรยากาศที่มีอากาศหายใจ บรรยากาศที่มีอากาศไว้หายใจนี้ประกอบด้วย ก๊าซไนโตรเจนประมาณร้อยละ 78 ออกซิเจนประมาณร้อยละ 21 คาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซเฉื่อยร้อยละ 0.97 นอกจากก๊าซต่าง ๆ แล้วในบรรยากาศยังประกอบด้วยไอน้ำฝุ่น ละอองและจุลินทรีย์ต่าง ๆ ด้วยอุณหภูมิผิวโลกจะแปรผันตามความสูง จึงใช้เป็นเกณฑ์การแบ่งบรรยากาศออกเป็น 4 ชั้น ได้แก่
โทรโพสเฟียร์ (Troposphere)
เป็นบรรยากาศชั้นล่างสุดที่เราอาศัย มีความหนาประมาณ 10 – 15 กิโลเมตร ร้อยละ 80 ของมวลอากาศทั้งหมดอยู่ในบรรยากาศชั้นนี้ แหล่งกำเนิดความร้อนของโทรโพสเฟียร์คือ พื้นผิวโลกซึ่งดูดกลืนแสงแดดจากดวงอาทิตย์ แล้วแผ่รังสีอินฟราเรดออกมา ดังนั้นยิ่งสูงขึ้นไปอุณหภูมิจะยิ่งลดต่ำลงในอัตรา 6.5°C ต่อ 1 กิโลเมตร จนกระทั่งถึงระยะสูงประมาณ 12 กิโลเมตร อุณหภูมิจะคงที่ประมาณ -60°C ที่รอยต่อชั้นบนซึ่งเรียกว่า “โทรโพพอส” (Tropopause) เครื่องบินไอพ่นนิยมบินที่ระดับนี้ เนื่องจากสภาพอากาศสงบนิ่ง และบรรยากาศมีความหนาแน่นมากพอสำหรับการสันดาปภายในเครื่องยนต์
บรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์มีไอน้ำอยู่เป็นจำนวนมาก จึงทำให้เกิดปรากฏการณ์น้ำฟ้าต่างๆ เช่น เมฆ พายุ ฝน เป็นต้น บรรยากาศชั้นนี้มักปรากฏสภาพอากาศรุนแรง เนื่องจากมีมวลอากาศหนาแน่น การเปลี่ยนสถานะของน้ำ ทำให้เกิดการดูดและคายความร้อนแฝง นอกจากนั้นอิทธิพลทางภูมิศาสตร์ของพื้นผิวโลก เช่น ภูเขา ทะเลทราย มหาสมุทร ยังส่งผลกระทบต่อตัวแปรต่างๆ ของอากาศด้วย เช่น อุณหภูมิ ความชื่น กระแสลม และความกดอากาศ เป็นต้น
สตราโตสเฟียร์ (stratosphere)
ชั้นนี้มีระดับความสูงขึ้นไปจนถึง 50 กิโลเมตรจากพื้นโลก อุณหภูมิของบรรยากาศชั้นนี้จะเพิ่มสูงขึ้นเมื่อความสูงเพิ่มขึ้น ที่ความสูงประมาณ 50 กิโลเมตรจากผิวโลก มีอุณหภูมิประมาณ 10-20oC ซึ่งเหตุผลก็คือมีการ ดูดกลืนรังสีอุลตราไวโอเลต (UV) และรังสีอินฟราเรด (IR) โดยโอโซน (O3) ซึ่งพบว่าความเข้มข้นของโอโซนในชั้นนี้ ประมาณ 1-5 ppm โดยปริมาณโอโซนในชั้นนี้มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตเพราะช่วยกรองแสง UV ที่เป็นอันตรายจาก ดวงอาทิตย์ได้ถึง 99% ทำให้มนุษย์ รอดพ้นจากการเป็นมะเร็งที่ผิวหนังและการเป็นต้อที่ดวงตา รอยต่อระหว่าง stratosphere และชั้นต่อไปเป็นระดับที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่า stratopause ซึ่งสูงจากผิวโลกขึ้นไปประมาณ 50 กิโลเมตร ในชั้น สตราโตสเฟียร์ แทบจะไม่มีไอน้ำเลย บรรยากาศชั้นนี้ไม่แปรปรวน มีเสถียรภาพมากและทัศนวิสัยที่ เหมาะสมสำหรับ สำหรับการบิน
มีโซสเฟียร์ (Mesosphere)
เหนือบรรยากาศชั้นสตราโตรสเฟียรส์ขึ้นไป อุณหภูมิลดต่ำลงอีกครั้ง จนถึง -90°C ที่ระยะสูง 80 กิโลเมตร ทั้งนี้เนื่องจากห่างจากแหล่งความร้อนในชั้นโอโซนออกไป มวลอากาศในชั้นมีโซสฟียร์นี้มีไม่ถึงร้อยละ 0.1 ของมวลอากาศทั้งหมด แต่ก็มีความหนาแน่นมากพอที่จะสร้างความเสียดทานทำให้อุกกาบาตที่ตกลงมาจากอวกาศ เกิดการลุกไหม้ เป็นชั้นที่อยู่ตรงกลางของบรรยากาศทั้ง 4 ชั้นอยู่ต่อจากชั้น stratosphere และขึ้นไปอีก 40 กิโลเมตร เป็นชั้นที่มีโอโซนน้อยมาก อุณหภูมิจะลดลงตามลำดับ เมื่อเคลื่อนที่สูงขึ้นไปพบโมเลกุลของ ก๊าซในรูปของอิออนเช่น O2, NO+ ในบรรยากาศชั้นนี้อุณหภูมิจะลดลงต่ำเหลือ -100 oC ที่ระดับความสูง 90 กิโลเมตรจากผิวโลก อุณหภูมิจะเริ่มคงที่ บริเวณนี้ว่า mesopause ซึ่งจะเป็นรอยต่อระหว่างชั้นนี้กับชั้นต่อไป
เทอร์โมสเฟียร์ (Themosphere)
เหนือระดับ 80 กิโลเมตรขึ้นไป อุณหภูมิกลับสูงขึ้นอีก มวลอากาศในชั้นเทอร์โมสเฟียร์มิได้อยู่ในสถานะแก๊ส แต่อยู่ในสถานะพลาสมา (Plasma) เนื่องจากอะตอมของไนโตรเจนและออกซิเจนในบรรยากาศชั้นบน ได้รับรังสีคลื่นสั้นจากดวงอาทิตย์จึงแตกตัวเป็นประจุ (Ion) บรรยากาศชั้นนี้มีอุณหภูมิสูงมาก อย่างไรก็ตามการที่มีอุณหภูมิสูงมากขึ้นไม่ได้หมายความว่าจะต้องมีความร้อนมากขึ้นด้วย เนื่องจากโมเลกุลของอากาศในชั้นนี้อยู่ห่างกันมาก และมีอยู่เบาบางมาก อุณหภูมิคือระดับพลังงานของอะตอมหรือโมเลกุลแต่ละตัว แต่ปริมาณความร้อนขึ้นอยู่กับมวลทั้งหมดของสสาร
ที่ระดับความสูงประมาณ 80 – 400 กิโลเมตร โมเลกุลของแก๊สไนโตรเจนและออกซิเจนในบรรยากาศชั้นบนสุด ดูดกลืนรังสีแกมมาและรังสีเอ็กซ์ จนทำให้อะตอมของแก๊สมีอุณหภูมิสูงมากจนแตกตัวและสูญเสียอิเล็กตรอน กลายเป็นประจุ (Ion) บางครั้งเราเรียกบรรยากาศชั้นนี้ว่า “ไอโอโนสเฟียร์” (Ionosphere) มีสมบัติในการสะท้อนคลื่นวิทยุ ทำให้เกิดประโยชน์ในการสื่อสารโทรคมนาคมระยะไกล
เหนือชั้นไอโอโนสเฟียร์ขึ้นไป ไม่มีขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างบรรยากาศและอวกาศ เราเรียกเขตติดต่อระหว่างบรรยากาศและอวกาศ ที่ระดับความสูง 400 – 1000 กิโลเมตร ว่า “เอ็กโซสเฟียร์” (Exosphere) แม้ว่าโมเลกุลของอากาศจะมีอยู่เบาบางและอยู่ห่างกันมาก แต่ก็มีความหนาแน่นมากพอที่จะสร้างแรงเสียดทานให้กับดาวเทียมและยานอวกาศซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง
สภาพอากาศ
การเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ ขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติของโลกถ้าสภาพภูมิอากาศของโลกเปลี่ยนแปลงเร็วขึ้นก็จะทำให้เกิดความเสี่ยงที่จะเกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากยิ่งขึ้นเช่นอุณหภูมิของโลกสูงขึ้นทำให้ฤดูกาลต่างๆเปลี่ยนแปลงไปสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไปก็จะค่อยๆสูญพันธุ์ไปในที่สุด บางพื้นที่กลายเป็นทะเลทราย น้ำแข็งบริเวณขั้วโลกละลายและทำให้ระดับน้ำทะเลสูงขึ้นโดยคาดว่าจะมีระดับน้ำทะเลสูงถึง 9-88 ซม. และอุณหภูมิเฉลี่ยเพิ่มขึ้น 1.4-5.8 องศาเซลเซียสในปี ค.ศ.2100 จะทำให้เกิดน้ำท่วมเกาะเล็กๆ จมหายไป พื้นที่ที่อยู่อาศัยลดน้อยลงและสร้างความเสียหายกับชายฝั่ง เขตภูมิอากาศ เขตนิเวศและเขตเกษตร เขตอบอุ่นจะเคลื่อนไปอยู่ที่ละติจูดสูงขึ้นอีกประมาณ 150-550 กิโลเมตร ป่าไม้ทะเลทรายทุ่งหญ้าและพื้นที่ธรรมชาติต่างๆจะมีลักษณะอากาศชื้นแห้งแล้ง ร้อน หรือหนาวมากขึ้น ส่งผลกระทบต่อความหลากหลายทางชีวภาพอย่างกว้างขวางคุกคามขีดความสามารถในการผลิตอาหารของโลก ทำให้ทรัพยากรน้ำเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพื้นฐานทางกายภาพต่างๆจะเสียหาย (กรมอุตุนิยมวิทยา, มปป)
นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเกิดจากสาเหตุทางธรรมชาติและมนุษย์เป็นตัวการสำคัญ การเปลี่ยนแปลงโดยสาเหตุทางธรรมชาติต้องใช้ระยะเวลายาวนาน แต่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดขึ้นจากการกระทำของมนุษย์จะเห็นผลได้ในระยะเวลาที่สั้นกว่า
การเปลี่ยนด้วยการการหมุนรอบตัวเองของโลกและรอบดวงอาทิตย์
การเปลี่ยนแปลงแนววงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์มีผลต่อภูมิอากาศเนื่องจากการกระจายของพลังงานรังสีดวงอาทิตย์ที่ตกลงมายังผิวโลกตามละติจูดต่างๆเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย คือจะทำให้ฤดูกาลในภูมิอากาศต่างๆบนพื้นผิวโลกเปลี่ยนแปลงด้วยอย่างเป็นลูกโซ่ โดยที่ Milankovitch นักดาราศาสตร์ชาว ยูโกสลาเวียได้สร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์จากข้อมูลต่างๆ (ปานทิพย์, 2554) ประกอบด้วย
– การเปลี่ยนแปลงการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ทำให้เกิดความแตกต่างของระยะทางระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ซึ่งจะมีผลต่อความแตกต่างของอุณหภูมิตามฤดูกาลต่างๆน้อยมากแต่จะมีบทบาทที่สำคัญมากต่อการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลกในช่วงระยะเวลานับพันปี
– การเอียงของแกนโลกจากเส้นตั้งฉากกับระนาบวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงไปเป็นสาเหตุสำคัญที่สุดในการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตามฤดูกาลปัจจุบันมุมที่แกนโลกเอียงจากเส้นตั้งฉากกับระนาบวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์เท่ากับ 23.5 องศา มุมนี้จะเปลี่ยนแปลงไปในรอบประมาณ 42,000 ปีโดยจะผันแปรอยู่ระหว่าง 21.8-24.4 องศา เมื่อมุมเอียงนี้เปลี่ยนแปลงไปความรุนแรงของฤดูกาลจะเปลี่ยนแปลงตามไปด้วยถ้าเอียงน้อยความแตกต่างของอุณหภูมิในระหว่างฤดูหนาวกับฤดูร้อนจะน้อย
