องค์ประกอบและการแบ่งชั้นบรรยากาศ

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

 

 

 

 

ข้อสอบที่เกี่ยวข้อง