วิทยาศาสตร์ อากาศ-องค์ประกอบและการแบ่งชั้นบรรยากาศ

องค์ประกอบและการแบ่งชั้นบรรยากาศ

บรรยากาศ(Atmosphere) หมายถึง อากาศที่อยู่รอบตัวเราและห่อหุ้มโลกไว้ทั้งหมด

อากาศ(Weather) หมายถึง บรรยากาศบริเวณใกล้ผิวโลก และที่อยู่รอบๆ ตัวเรา

• อากาศทำหน้าที่คล้ายผ้าห่มที่หุ้มห่อโลก จึงช่วยปรับอุณหภูมิโลกให้พอเหมาะที่สิ่งมีชีวิตจะ ดำรงชีวิตอยู่ได้ อากาศที่หุ้มห่อโลกทำให้โลกร้อนขึ้นอย่างช้าๆ ในเวลากลางวัน และทำให้โลกเย็นตัวลงช้าๆ ในเวลากลางคืน
• อากาศที่หุ้มห่อโลก ช่วยป้องกันอันตรายจากรังสีและอนุภาคต่างๆ ที่มาจากนอกโลกดังนี้
  • ดูดกลืนรังสีอัตราไวโอเลต ทำให้รังสีอุลตราไวโอเลตลงสู่พื้นโลกในปริมาณที่ไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต
  • ทำอุกกาบาตลุกไหม้จนหมดไปหรือมีขนาดเล็กลงเมื่อตกถึงพื้นโลก จึงไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต

ส่วนประกอบของอากาศ

• บรรยากาศ คือ อากาศที่อยู่รอบตัวเราและห่อหุ้มโลกเราอยู่
• อากาศที่อยู่รอบตัวเราเป็นของผสม เพราะประกอบด้วยไอน้ำ ควันไฟ ฝุ่นละออง และก๊าซ ต่างๆส่วนประกอบของอากาศแห้ง อากาศแห้ง คือ อากาศที่ไม่มีไอน้ำผสมอยู่เลย

ส่วนประกอบของอากาศ	ปริมาณ (ร้อยละโดยปริมาตร)
ก๊าซไนโตรเจน (N2) ก๊าซออกซิเจน (O2) ก๊าซอาร์กอน (Ar) ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ก๊าซอื่นๆ	78.08 20.95 0.93 0.03 0.01

ส่วนประกอบของอากาศชื้น อากาศชื้น คือ อากาศที่ไอน้ำผสมอยู่

ส่วนประกอบของอากาศชื้นจะเปลี่ยนแปลงไปตามสถานที่ 

เช่น ชายทะเล ภูเขา ป่าไม้ ชุมชน พื้นที่อุตสาหกรรม

• ส่วนประกอบของอากาศ ที่มีปริมาณมากที่สุดคือ ก๊าซไนโตรเจน
• อัตราส่วนของปริมาณก๊าซไนโตรเจนและก๊าซออกซิเจน ในอากาศมีค่าประมาณ 4 : 1 โดยปริมาตร

 การแบ่งชั้นบรรยากาศ

การแบ่งชั้นบรรยากาศที่ห่อหุ้มโลกอาจใช้เกณฑ์ต่าง ๆ ในการแบ่งได้หลายรูปแบบ เช่น
ใช้อุณหภูมิเป็นเกณฑ์ใช้สมบัติของแก๊สหรือส่วนผสมของแก๊สเป็นเกณฑ์หรือใช้สมบัติทาง
อุตุนิยมวิทยาเป็นเกณฑ์ซึ่งอาจมีชื่อเรียกชั้นบรรยากาศเหมือนกันหรือแตกต่างกัน

การแบ่งชั้นบรรยากาศโดยใช้อุณหภูมิเป็นเกณฑ์ แบ่งได้เป็น 5 ชั้น ดังนี้

1. โทรโพสเฟียร์ (Troposphere) วัดได้จากพื้นดินสูงขึ้นไปประมาณ 10 กิโลเมตรขอบเขตของบรรยากาศชั้นนี้ในแต่ละแห่งของโลกจะไม่เท่ากัน เช่น บริเวณเส้นศูนย์สูตรบรรยากาศชั้นนี้จะสูงจากพื้นดินขึ้นไปประมาณ 16-17 กิโลเมตร ส่วนบริเวณขั้วโลกจะมีระยะสูงจากพื้นดินขึ้นไปประมาณ 8-10 กิโลเมตร บรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ มีลักษณะดังนี้
1.1  อุณหภูมิจะลดลงตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ยจะลดลงประมาณ6.5°C
ต่อ  1  กิโลกรัม สุดเขตของบรรยากาศชั้นเรียกว่า โทรโพพอส (Tropopause) มีอุณหภูมิต่ำ มาก เช่น ในบริเวณเส้นศูนย์สูตร อุณหภูมิประมาณ –80°C และในบริเวณขั้วโลก ประมาณ –55°C
1.2  บรรยากาศชั้นนี้มีความแปรปรวนมากเนื่องจากเป็นบริเวณที่มีไอน้ำเมฆฝนพายุ
ต่าง ๆ ฟ้าแลบ ฟ้าร้องและฟ้าผ่า

2. สตราโสเฟียร์ (Stratosphere) มีความสูงจากพื้นดินตั้งแต่ 10-50 กิโลเมตร มีอากาศ
เบาบาง มีเมฆน้อยมาก เนื่องจากมีปริมาณไอน้ำน้อยอากาศไม่แปรปรวน นักบินจึงนำเครื่องบินบิน
อยู่ในชั้นนี้ บรรยากาศชั้นนี้มีแก๊สโอโซนมาก ซึ่งอยู่ที่ความสูงประมาณ 25 กิโลเมตร แก๊สโอโซน
นี้จะช่วยดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ไว้บางส่วน เพื่อไม่ให้รังสีอัลตราไวโอเลตผ่าน
ลงมาสู่พื้นผิวโลกมากเกินไป อุณหภูมิของบรรยากาศชั้นนี้จะเพิ่มขึ้นตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้น
สุดเขตของบรรยากาศชั้นนี้เรียกว่า สตราโตพอส (Stratospause)

3. มีโซสเฟียร์ (Mesosphere) อยู่สูงจากพื้นดินประมาณ 50-80 กิโลเมตร บรรยากาศชั้นนี้ อุณหภูมิจะลดลงตามระดับความสูงเพิ่มขึ้นสุดเขตของบรรยากาศชั้นนี้เรียกว่า มีโซพอส ( Mesopause) ซึ่งมีอุณหภูมิประมาณ –140°C เป็นบรรยากาศชั้นที่ส่งดาวเทียมขึ้นไปโคจรรอบโลก

4. เทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere) บรรยากาศชั้นนี้อยู่สูงจากพื้นดินประมาณ 80-500 กิโลเมตร ดาวตกและอุกกาบาตจะเริ่มลุกไหม้ ในบรรยากาศชั้นนี้ อุณหภูมิของบรรยากาศชั้นนี้ จะสูงขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วง 80-100 km จากนั้นอัตราการสูงขึ้นของอุณหภูมิจะค่อย ๆ ลดลง .โดยทั่วไปอุณหภูมิจะอยู่ในช่วง 227- 1727°C บรรยากาศชั้นนี้มีความหนาแน่นของอนุภาคต่าง ๆ จางมาก แต่แก๊สต่างๆ ในชั้นนี้ จะอยู่ในลักษณะที่เป็นอนุภาคที่เป็นประจุไฟฟ้าเรียกว่า ไอออน สามารถสะท้อนคลื่นวิทยุบางความถี่ได้ ดังนั้นบรรยากาศชั้นนี้จึงมีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ไอโอโนสเฟียร์ (Ionosphere)

5. เอกโซสเฟียร์ (Exosphere) คือบรรยากาศที่อยู่ใน ระดับความสูงจากผิวโลก 500 กิโลเมตรขึ้นไปไม่ มีแรงดึงดูดของโลก ดาวตกและอุกกาบาตจะไม่ลุกไหม้ในชั้นนี้ เนื่องจากมีแก๊สเบาบางมาก จนไม่ถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของบรรยากาศ

การแบ่งชั้นบรรยากาศโดยใช้สมบัติของแก๊สหรือส่วนผสมของแก๊สเป็นเกณฑ์    แบ่งได้เป็น 4 ชั้น ตามตารางต่อไปนี้

ชั้นบรรยากาศ	ความสูง(km)	ส่วนผสมบรรยากาศที่สำคัญ
1.โทรโพสเฟียร์ (troposphere)	0-10	ไอน้ำ
2.โอโซโนสเฟียร์ (ozonosphere)	10-55	โอโซน
3.ชั้นไอโอโนสเฟียร์ (ionosphere)	80-600	อากาศแตกตัวเป็นไอออน (Ion)
4.ชั้นเอกโซสเฟียร์ (exosphere)	600ขึ้นไป	ความหนาแน่นของอะตอมต่างๆ มีค่าน้อยลง

ระโยชน์ของบรรยากาศ ที่มีต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกมีหลายประการ กล่าวคือ

1. ทำให้สภาวะอากาศบนโลกเหมาะสมกับการดำรงชีวิตและป้องกันอันตรายจากรังสีต่าง ๆ โดยในช่วงเวลากลางวันดวงอาทิตย์แผ่รังสีความร้อนมายังโลก แก๊สโอโซนในบรรยากาศจะดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต ไว้บางส่วน เพื่อไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต เพราะถ้ารังสีอัลตราไวโอเลตที่ลงมาสู่โลกมีความเข้มมากเกินไปจะส่งผลให้มนุษย์มีผิวหนังไหม้ เซลล์ผิวหนังถูกทำลาย และอาจเป็นมะเร็งผิวหนังได้ นอกจากนี้   ไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน ไนตรัสออกไซด์  ถึงแม้จะมีอยู่ในบรรยากาศเพียงเล็กน้อย จะเป็นตัวดูดกลืนรังสีอินฟราเรด ทำให้อุณหภูมิพื้นผิวโลกอบอุ่นเหมาะแก่การดำรงชีวิต ส่วนช่วงกลางคืนที่ไม่มีแสงแดด โลกจะมีการคายความร้อน บรรยากาศจะช่วยกักเก็บความร้อนบางส่วนไว้ ไม่ให้เกิดการคายความร้อนเร็วเกินไป   จนทำให้โลกมีอุณหภูมิลดลงต่ำมากจนไม่เหมาะต่อการดำรงชีวิต  ถ้าไม่มีอากาศห่อหุ้มโลกไว้แล้วในช่วงกลางวันอุณหภูมิบนผิวโลกจะสูงถึงประมาณ 110 องศาเซลเซียส และในช่วงกลางคืนอุณหภูมิบนผิวโลกจะลดต่ำลงจนถึงประมาณ -180 องศาเซลเซียส
2. บรรยากาศช่วยป้องกันอันตรายจากอนุภาคต่าง ๆ ที่อยู่นอกโลก ได้แก่ อุกกาบาต สะเก็ดดาวต่าง ๆ เมื่อสิ่งเหล่านั้นหลุดเข้ามายังชั้นบรรยากาศของโลกด้วยความเร็วสูง  จะเกิดการเสียดสีและลูกไหม้ทำให้มีขนาดเล็กลง จึงเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกน้อยลง
3. บรรยากาศเป็นแหล่งแก๊สที่สำคัญต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ บนโลก ได้แก่ ประกอบด้วยแก๊สออกซิเจน ซึ่งเป็นแหล่งสำหรับการหายใจของสิ่งมีชีวิต เป็นแหล่งคาร์บอนไดออกไซด์ให้พืชใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ไอน้ำในบรรยากาศ ทำให้เกิดฝน ซึ่งจำเป็นต่อการดำรงชีวิตของทั้งพืชและสัตว์