บรรยากาศโลก(ตอนที่ ๑) พวงร้อย (94,496 views) first post: Fri 26 July 2002 last update: Fri 26 July 2002 สิ่งที่น่ารู้เกี่ยวกับบรรยากาศโลกของเรา องค์ประกอบ การศึกษาเปรียบเทียบกับบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงอื่นที่คล้ายๆกัน

บรรยากาศ เป็นส่วนที่ห่อหุ้มพื้นผิวของดวงดาว มนุษย์เรานั้นนับว่าอาศัยอยู่ ณ ก้นบึ้งของห้วงมหาสมุทรแห่งอากาศ อันเป็นสิ่งที่เราหายใจเข้าไปอยู่ตลอดเวลาเพื่อยังชีวิต เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตอื่นๆทั้งหลายบนโลกเรานี้ บรรยากาศเป็นปัจจัยสำคัญอันยิ่งยวดต่อการดำรงชีวิต ดุจดังปลาที่จะไม่รอดหากพ้นน้ำ มนุษย์เราก็จะขาดใจตายในเวลาเพียงไม่กี่นาทีที่ไม่ได้รับอากาศหายใจ บรรยากาศที่บนผิวนอกของพื้นดาว เป็นสิ่งที่ชี้บอกได้ว่า ชีวิตจะดำรงอยู่ได้หรือไม่บนพื้นผิวของดาวเคราะห์ดวงนั้น เพราะนอกจากเป็นปัจจัยยังชีพที่สำคัญที่สุดของสิ่งมีชีวิตบนพื้นผิวแล้ว บรรยากาศ ยังช่วยกรองซับรังสีจากดวงอาทิตย์ ในส่วนที่เป็นอันตรายอย่างยิ่งยวดต่อการดำรงชีวิตให้เราด้วย ถ้าโลกไร้บรรยากาศ เราก็จะไม่มี ทะเลสาบ หรือมหาสมุทร และก็คงไร้สรรพเสียงสำเนียงใดๆ ทั้งไร้เมฆ ไร้สีสันอันตระการยามตะวันตกดิน พื้นโลกจะร้อนรนจนไม่มีใครทนไหว ยามค่ำคืนอุณหภูมิก็จะลดลงให้หนาวเย็นยะเยือกจนเราทนไม่ได้เช่นกัน

(ภาพถ่ายโดยยานอวกาศ LEO ขณะกำลังโคจรรอบโลก แสดงให้เห็นบรรยากาศที่เป็นสีฟ้าขุ่นๆบางๆ เหนือพื้นโลกนิดเดียวเท่านั้น) บรรยากาศ เป็นส่วนหนึ่งที่เกิดขึ้นมาในกระบวนการวิวัฒนาของดวงดาว ก๊าซต่างๆและไอน้ำในบรรยากาศ ต่างมาจากวัตถุที่เป็นส่วนประกอบของดาวดวงนั้นเอง อาจกล่าวได้ว่า บรรยากาศของดาวเคราะห์ เกิดมาจากสาเหตุต่างๆกัน ๓ ประการ คือ ๑. จากเนื้อหินภายใต้เปลือกของดาวเคราะห์นั้นเอง ถ้าดาวเคราะห์มีขนาดใหญ่พอ ก็จะมีความร้อนที่หลงเหลือจากการก่อตัวแต่แรกเริ่ม และจากการสลายตัวของธาตุที่มีกัมมันตรังสีตามธรรมชาติ ที่ให้กำเนิดพลังงานความร้อนภายในของเนื้อดาว ยังเป็น หินที่หลอมเหลว ซึ่งทำให้ก๊าซละลายเป็นส่วนผสมอยู่ได้ เมื่อเนื้อดาวภายในที่หลอมเหลว ลอยขึ้นมาใกล้เปลือกผิวดาว ก็ประสบกับแรงกดอัดที่น้อยลง และการลดลงของอุณหภูมิ ทำให้ส่วนประกอบที่ไวต่อการแปรสภาพ(volatile) ของเนื้อดาวภายในที่เย็นตัวลง กลายเป็นไอหรือก๊าซ แยกตัวผุดขึ้นมาเหนือพื้นผิวของดวงดาว เช่น ออกมากับการระเบิดภูเขาไฟ หรือน้ำพุร้อน เป็นก๊าซไหลถ่ายเทขึ้นไปกลายเป็นบรรยากาศห่อหุ้มดวงดาวนั้น และคงอยู่ได้ด้วยแรงดึงดูดของดาว ที่พอจะยึดอากาศนั้นติดพื้นไว้ได้ชั่วขณะ บางส่วนก็หลุดหนีหายไปในอวกาศในที่สุด แต่หากดาวดวงนั้น ยังมีกลไกที่สร้างเสริม และส่งไอสารขึ้นมาอย่างต่อเนื่องกันแล้ว ดาวดวงนั้น ก็สามารถรักษาบรรยากาศให้คงอยู่ได้ ๒. จากการระเหยของส่วนประกอบพื้นผิวที่เป็นของเหลว หรือจากการระเหิดของของแข็งที่พื้นผิว กลายเป็นก๊าซขึ้นไปเป็นบรรยากาศเหนือพื้นผิวโดยตรง ๓. ที่มาจากส่วนประกอบของพื้นผิวดาว แยกตัวด้วยแรงปะทะของลมสุริยะ ให้ถูกโยนสาดขึ้นมาเป็นบรรยากาศ แม้จะมีจำนวนน้อยมากเพราะแรงกดดันของลมสุริยะนั้นนับว่าอ่อนมาก แต่ในดาวที่ไม่มีสารอื่นเหนือพื้นเลย นี่ก็เป็นส่วนเดียวที่นับได้ว่าเป็นบรรยากาศของดาวนั้น เช่นบนดวงจันทร์ จะมีไอโซเดียมและก๊าซฮีเลียมจำนวนเบาบางมากจนแทบจะวัดไม่ได้ แต่ก็มาจากดินและหินที่ได้ทำปฏิกิริยากับรังสีจากดวงอาทิตย์ ขึ้นมาลอยตัวเหนือพื้นผิวอยู่บ้าง

(ผังแสดงส่วนประกอบของบรรยากาศโลก) ในบรรดา ดาวเคราะห์ที่พื้นผิวกลายเป็นของแข็งแล้ว หรือ Terrestrial Planets ซึ่งเป็นดาวเคราะห์วงในของระบบสุริยะ ทั้ง ดาวศุกร์ โลก และ ดาวอังคาร ต่างก็มีบรรยากาศด้วยกันทั้งนั้น การที่เราได้ศึกษาเปรียบเทียบบรรยากาศของดาวเคราะห์ ก็ช่วยให้เราได้เปรียบเทียบ ให้เข้าใจวิวัฒนาการของบรรยากาศโลกเองได้ไม่น้อย โลกของเราห่อหุ้มด้วยบรรยากาศบางๆ ที่ไม่เพียงแต่เป็นสิ่งยังชีวิตให้เราได้หายใจไปหล่อเลี้ยงร่างกาย แต่ยังทำหน้าที่กรองรังสีที่เป็นอันตรายต่อชีวิตจากดวงอาทิตย์อีกด้วย ทำให้พื้นผิวโลก ปลอดภัยพอที่จะช่วยให้ชีวิตถือกำเนิดขึ้นมาได้

บรรยากาศของโลก มีองค์ประกอบที่เป็นเอกลักษณ์ของเราเอง ดวงจันทร์และดาวพุธนั้น แม้จะมีบางอะตอมและโมเลกุลในบรรยากาศจำนวนเล็กน้อยดังที่กล่าวมาข้างต้น เมื่อเปรียบเทียบกับดาวเคราะห์อื่นๆแล้ว ก็ถือกันว่าไม่มีบรรยากาศเลย เพราะต่างมีแรงดึงดูดน้อยมาก แล้วดาวพุธก็อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์เกินไป อุณหภูมิพื้นผิวขึ้นได้ถึง ๔๗๐ องศาเซลเซียส ก๊าซที่มีน้อยมากในบรรยากาศจึงมีพลังงานมากจนหนีไปได้อย่างรวดเร็ว ทั้งแรงดึงดูดก็น้อย ไม่สามารถยึดบรรยากาศของตัวเองไว้ได้นาน ส่วนดวงจันทร์ก็ตายสนิทไปแล้ว ไม่มีการสร้างอากาศมาทดแทนอากาศที่หนีหายไปอีกเลย จะมีก็แต่อาศัยแรงลมสุริยะมาปลดปล่อยอะตอมจำนวนเล็กน้อยจากพื้นผิว จนนับแทบจะไม่ได้ ในขณะที่ ดาวศุกร์ และ ดาวอังคาร ต่างมีบรรยากาศที่เป็นก๊าซคาร์บอนไดอ๊อกไซด์แทบจะทั้งหมด คือ ๙๖ และ ๙๕ % ตามลำดับ ซึ่งดูเผินๆ จะแตกต่างไปจากส่วนประกอบของบรรยากาศโลกไปมาก เพราะบรรยากาศบนโลกประกอบด้วย คาร์บอนไดออกไซด์ เพียง ๐.๐๓ % เท่านั้นเอง

ส่วนประกอบหลักอย่างคร่าวๆ ของบรรยากาศดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ


ดาวพุธ: ฮีเลียม, โซเดียม, อ๊อกซิเจนอะตอมอิสระ


ดาวศุกร์: คาร์บอนไดอ๊อกไซด์ ๙๖%, ก๊าซไนโตรเจน ๓%


โลก: ก๊าซไนโตรเจน ๗๗ %, ก๊าซอ๊อกซิเจน ๒๑%


ดวงจันทร์: ฮีเลียม, โซเดียม


ดาวอังคาร: คาร์บอนไดอ๊อกไซด์ ๙๕%, ก๊าซไนโตรเจน ๓%


ดาวเคราะห์ที่เป็นก๊าซ เช่น ดาวพฤหัส หรือ ดาวเสาร์: ไฮโดรเจนอะตอม, ฮีเลียม, สารประกอบอื่นๆของไฮโดรเจน

แต่หากเราทำความเข้าใจว่า ก๊าซบางอย่าง โดยเฉพาะคาร์บอนไดออกไซด์ สามารถวนเวียนขึ้นลง ถ่ายเทไปมาระหว่าง บรรยากาศ และพื้นผิวของดวงดาวได้ โดยเฉพาะก๊าซนี้สามารถละลายน้ำได้อย่างดี แล้วเรายังมี สัตว์น้ำในมหาสมุทร จำพวกที่ดึงคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ มาสร้างเปลือกให้ตัวเองอีก เราก็พอจะหาคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ที่เหลือได้ไม่ยาก บนโลกนั้น คาร์บอนไดออกไซด์ ส่วนใหญ่ จะละลายอยู่ในน้ำ ซึ่งเป็นองค์ประกอบถึง ๓ ใน ๔ ส่วนของเปลือกโลก ในที่สุด คาร์บอนไดอ๊อกไซด์ที่ละลายในน้ำ จะตกตะกอนลงก้นทะเล และมหาสมุทร กลายเป็นสารประกอบ เช่นหินปูนต่างๆ หากเรานับคาร์บอนไดออกไซด์ในหินปูนเหล่านี้เข้าด้วยกันกับก๊าซในบรรยากาศ เมื่อคิดเป็นเปอร์เซ็นต์แล้ว ก็จะได้อัตราส่วนพอๆกันกับที่มีอยู่ในบรรยากาศของดาวศุกร์ และดาวอังคาร ด้วยเช่นกัน บรรยากาศของดาวศุกร์ มีความหนาแน่นมากกว่าบรรยากาศโลกถึง ๑๐๐ เท่า ในขณะเดียวกัน บรรยากาศโลก ก็หนาแน่นกว่าของดาวอังคารถึง ๑๐๐ เท่าด้วย ถึงแม้ดาวเคราะห์ทั้งสามจะมีบรรยากาศ แต่ความแตกต่างกันของความหนาแน่นอย่างมากมายเช่นนี้ ก็ส่งผลให้มีลักษณะทางกายภาพแตกต่างกันไปอย่างมากมายไปด้วยเช่นกัน ประวัติความเป็นไปของบรรยากาศบน ดาวศุกร์ และ ดาวอังคาร เป็นตัวอย่างสองขั้ว ที่ช่วยเตือนให้เราได้ตระหนักถึงความไม่แน่นอนของบรรยากาศของโลกเราได้เป็นอย่างดี (ภาพวาดสภาพบนภาคพื้นดาวอังคาร โดย JPL)

ดาวอังคาร เคยมีบรรยากาศ และน้ำอุดมสมบูรณ์มาก่อนในอดีต แต่ในปัจจุบัน กลับมีบรรยากาศแสนจะเบาบาง ทั้งหนาวยะเยือก ทั้งแห้งแล้ง เพราะดาวอังคารเย็นตัวลงมาก ก๊าซต่างๆที่เคยถูกปล่อยออกมาก็แทบไม่เหลือแล้ว และไม่มีมาแทนที่ใหม่ เนื่องจากไม่มีการคายก๊าซมาเพิ่มจากภูเขาไฟที่ดับกันไปหมดแล้ว แรงดึงดูดอันน้อยนิดของดาวอังคาร ก็ไม่สามารถรักษาบรรยากาศไว้ได้มากเช่นที่บนโลก หรือบนดาวศุกร์ซึ่งใหญ่กว่า และมีมวลมากกว่า (ภาพวาด สภาพจากภาคพื้นดาวศุกร์ โดย JPL)

แต่บนดาวศุกร์ การณ์กลับเป็นไปในทางตรงกันข้าม เพราะบรรยากาศของดาวศุกร์ มีก๊าซคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ที่เป็นตัวช่วยดูดซับพลังงานความร้อนอยู่หนาแน่นมาก จึงกักเก็บพลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์ได้ดีเกินไป ไอน้ำที่เคยมีอยู่ จะยังคงอยู่ได้ก็แต่ในบรรยากาศอันหนาแน่นบนดาวศุกร์ เนื่องจาก ที่พื้นผิวดาวศุกร์นั้น ร้อนจนเกินไปที่น้ำจะคงสภาพเป็นของเหลวอยู่ได้ น้ำบนพื้นก็ระเหยหายขึ้นไปในบรรยากาศจนหมดสิ้น แถมไอน้ำนี้ ก็ยังเป็นตัวก๊าซเรือนกระจกที่ดีอีกชนิดหนึ่งด้วย เพราะสามารถอมความร้อนไว้ได้มาก ก็กลับไปช่วยซ้ำเติมสภาวะ เรือนกระจกบนดาวศุกร์ จนกลายเป็นขนาดสุดขีดไปได้ดังที่เป็นอยู่ในปัจจุบันนี้ (ภาพดาวศุกร์ ที่ถ่ายในแสงที่เรามองเห็นได้ภาพซ้ายมือด้วยแสงที่มองด้วยตาเปล่า เราจะไม่เห็นอะไรมากนอกจากเมฆชั้นบน แต่ในภาพขวามือที่ถ่ายในรังสีอุลตร้าไวโอเล็ตที่มีพลังงานสูงกว่า เราสามารถเห็นได้ถึงโครงสร้างของเมฆที่หนาแน่น และมีพลังงานสูงมากเพราะบรรยากาศของดาวศุกร์มีอุณหภูมิสูงมาก จึงต้องใช้กล้องพลังงานสูงๆมาถ่ายภาพจึงจะเห็นอะไรได้)

ไอน้ำในบรรยากาศของดาวศุกร์ได้รับรังสีเข้มข้นจากดวงอาทิตย์ ด้วยการที่ดาวศุกร์อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มาก พลังงานสูงๆจากดวงอาทิตย์ จึงมีมากพอที่จะแยกโมเลกุลของน้ำในบรรยากาศออกเป็น ไฮโดรเจน และอ๊อกซิเจนอยู่ตลอดเวลา แต่ไฮโดรเจนมีน้ำหนักเบามาก จึงหลุดหายไปจากสนามแรงดึงดูดได้ง่าย ดาวศุกร์ปัจจุบัน แม้จะมีก๊าซคาร์บอนไดอ๊อกไซด์เหลือเฟือ แต่ก็ไม่มีน้ำเหลืออยู่บนพื้นผิวดาว ให้สิ่งมีชีวิตใดได้พัฒนาเกิดขึ้นมาได้ สิ่งที่เกิดขึ้นบนดาวศุกร์ จึงเป็นข้อควรสังวรณ์ให้เราคำนึงถึงภัยของปรากฏการณ์จากผลของก๊าซเรือนกระจกให้มาก ว่าหากเกิดขึ้นแล้ว สิ่งมีชีวิตทั้งหลายบนโลกก็อาจถึงกาลดับสูญไปได้เช่นกัน (ผังปรากฏการณ์เรือนกระจก หรือ Greenhouse Effect เปรียบเทียบระหว่าง โลก กับ ดาวศุกร์ ที่แสดงให้เห็นว่า พื้นผิวของดาวศุกร์ ได้รับพลังงานความร้อนสะท้อนกลับมาจากเมฆหนาแน่นที่ปกคลุมทั่วทั้งดาวอยู่ตลอดเวลา ทำให้ร้อนเกินไป ในขณะที่บนโลกยังมีโอกาสให้พลังงานความร้อนส่วนหนึ่ง หนีหายไปในอวกาศได้)

(ผังแสดงข้อมูลจำนวนก๊าซคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ในบรรยากาศโลก ที่มีการวัดกันมาตั้งแต่ปี ค.ศ. ๑๙๕๘ จนถึง ๑๙๙๒ ข้อมูลจากนาซา) แต่จากการพัฒนาทางเทคโนโลยีของมนุษย์ในช่วงสองร้อยปีที่ผ่านมา มีการผลิตเครื่องจักรเครื่องยนต์ที่ใช้พลังงานจากการเผาเชื้อเพลิงที่มีสารคาร์บอนเป็นหลัก ทำให้อัตราก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศโลก มีเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆดังผังข้างบน และก็มีหลักฐานจากข้อมูลที่มีการวัดอุณหภูมิต่อเนื่องกันมาว่า อุณหภูมิเฉลี่ยของโลก เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แต่ความเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ เป็นไปอย่างช้าๆและต่อเนื่องกันเป็นเวลานาน หากจะเห็นผล ก็คงจะต้องติดตามกันเป็นเวลานาน อย่างไรก็ดี จากแนวโน้มของความเป็นไปที่เก็บข้อมูลกันมา ก็พอจะโน้มน้าวให้นักวิทยาศาสตร์เห็นว่า อัตราเพิ่มของก๊าซนี้ในบรรยากาศ มีผลเกี่ยวเนื่องต่อกัน และหากเราศึกษาความเป็นไปในดาวเคราะห์เช่นดาวศุกร์ ก็จะช่วยให้เราหาทางป้องกันไม่ให้เกิดความวิปริตต่อบรรยากาศของเรา ก่อนที่จะสายเกินแก้ไปได้ จบตอนที่ ๑ ตอนต่อไป - ประวัติการวิวัฒนาของบรรยากาศโลก

---

 

ขอบคุณผู้สนับสนุน