บรรยากาศวิทยา

สรรพสิ่งทุกชนิดบนโลกตกอยู่ใต้อิทธิพลของบรรยากาศ เช่นผู้คนได้รับผลกระทบจากภาวะอากาศเปลี่ยนแปลง และอาคารสถานบ้านเรือนถูกมลพิษของอากาศรบกวน เป็นต้น ชีวิตสัตว์น้ำขึ้นกับสภาพของน้ำฉันใด ชีวิตของสัตว์บกก็ขึ้นกับสภาพของอากาศฉันนั้น

ณ วันนี้ วิทยาการด้านบรรยากาศวิทยากำลังเป็นสาขาวิชาหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์ให้ความสนใจมาก โดยได้ใช้ดาวเทียม เครื่องบิน เรดาร์ บอลลูน จรวด และคอมพิวเตอร์ วิจัยและศึกษาธรรมชาติด้านนี้ เพื่อให้สามารถพยากรณ์และเปลี่ยนสภาพอากาศที่ไม่เหมาะสม ให้เหมาะและสมควรแก่การดำรงชีพของมนุษย์มากที่สุด

อันที่จริงวิทยาการสาขานี้ได้ถือกำเนิดเมื่อ 350 ปีมาแล้ว ตั้งแต่ครั้งที่ Robert Boyle ได้เสนอแนวคิดว่า บรรยากาศของโลกเกิดจากการเน่าสลายของสิ่งมีชีวิต และจากการระเบิดของภูเขาไฟ และอีก 100 ปีต่อมา Joseph Black ได้พบว่า ในอากาศมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ การวิเคราะห์หาองค์ประกอบของอากาศในปี พ.ศ. 2315 ได้ทำให้ Daniel Rutherford พบว่า นอกจากคาร์บอนไดออกไซด์แล้ว อากาศยังมีก๊าซไนโตรเจนด้วย ส่วน Carl Scheele และ Joseph Priestley นั้น ก็ได้ชื่อว่าเป็นผู้พบก๊าซออกซิเจนในปี พ.ศ. 2318 และ Henry Cavendish ได้พบว่า บรรยากาศในสถานที่ทุกหนแห่งของโลก มีไนโตรเจนประมาณ 79.16% และออกซิเจน 20.84% และในปี พ.ศ. 2437 Lord Raleigh และ William Ramsay ก็ได้พบว่า ในอากาศมีก๊าซอาร์กอนด้วย ณ วันนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้รู้แล้วว่า นอกจากก๊าซสำคัญๆ เหล่านี้แล้ว บรรยากาศโลกยังมีสารประกอบเคมีอื่นๆ อีกนับพันชนิด ซึ่งก๊าซบางชนิดนั้นมีปริมาณที่น้อยนิดประมาณ 1:1012 เมื่อเปรียบเทียบกับก๊าซไนโตรเจน เป็นต้น

ในปี พ.ศ. 2382 Christian Schoenbein ได้พบว่า เวลาน้ำถูกแยกด้วยกระแสไฟฟ้าเป็นออกซิเจนกับไฮโดรเจนนั้น เขามักได้กลิ่นเน่าในก๊าซออกซิเจนที่แยกได้ เขาจึงเรียกก๊าซที่ปนอยู่ในออกซิเจนว่า โอโซน ซึ่งเป็นคำในภาษากรีกที่แปลว่า กลิ่นเน่า การวิเคราะห์องค์ประกอบของโอโซนในอีก 25 ปี ต่อมาทำให้ Jacques Soret พบว่า โอโซนประกอบอะตอมของออกซิเจน แต่มิใช่ก๊าซออกซิเจน

ในปี พ.ศ. 2421 Alfred Cornu ได้พบว่า ขณะแสงอาทิตย์ส่องผ่านชั้นบรรยากาศของโลกลงมานั้น เขาไม่พบแสงใดๆ ที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า 310 นาโนเมตรเลย (1 นาโนเมตร = 0.000000001 เมตร) Cornu จึงตั้งสมมติฐานว่า บรรยากาศโลกมีก๊าซบางชนิดที่สามารถดูดกลืนแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า 310 นาโนเมตรได้หมด ในช่วงเวลาเดียวกันนั้น Sydney Chapman ก็ได้พบว่า ก๊าซโอโซนที่มีในบรรยากาศโลกเกิดจากปฏิกิริยาเคมีระหว่างก๊าซออกซิเจนกับแสงอาทิตย์ที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า 240 นาโนเมตร ทำให้สูตรเคมีของโอโซนคือ O3 และในขณะเดียวกัน เวลาโอโซนได้รับแสงอาทิตย์ มันก็สามารถแตกตัวเป็นก๊าซออกซิเจน และอะตอมของออกซิเจนได้เช่นกัน ดังนั้น แสงอาทิตย์จึงมีอิทธิพลต่อการสร้างและทำลายโอโซนในบรรยากาศโลก

ในปี พ.ศ. 2515 Paul Crutzen (ผู้พิชิตรางวัลโนเบลสาขาเคมี) ประจำปี 2538 จากผลการค้นพบเรื่องการผลิตและทำลายโอโซนในบรรยากาศของโลก) ได้แสดงให้โลกประจักษ์ว่า บรรยากาศโลกชั้น troposphere ซึ่งอยู่ที่ระดับ 0-8 กิโลเมตร จากผิวโลกคือ แหล่งกำเนิดที่สำคัญของโอโซน และสรรพกิจกรรมทุกรูปแบบที่มนุษย์กระทำมีอิทธิพลต่อปริมาณและคุณภาพของโอโซนที่โลกมี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Crutzen ได้พบว่า เวลาเครื่องบิน Concorde ความเร็วเหนือเสียงบิน ก๊าซ NO (nitric oxide) ที่มันปลดปล่อยออกมาจะทำลายโอโซนที่มีบรรยากาศชั้น stratosphere (เหนือดินที่ระดับ 8-10 กิโลเมตร) ได้ เมื่อโอโซนสามารถปกป้องมนุษย์มิให้รับแสงอัลตราไวโอเล็ตมากจนเป็นอันตรายได้ ดังนั้น การทำลายโอโซนจะทำให้มนุษย์เป็นมะเร็งมากขึ้น เมื่อเหตุและผลเป็นเช่นนี้ การสร้างเครื่องบิน concorde จำนวนมาก จึงได้ยุติ

 ภาพจาก : http://liftoff.msfc.nasa.gov/academy/space/atmosphere.html

ความจริงกระบวนการทำลายคุณภาพของบรรยากาศโลกนั้น มนุษย์ได้เริ่มดำเนินการมานานนับแสนปีแล้ว ตั้งแต่วันที่มนุษย์เริ่มรู้จักจุดไฟ และใช้ไฟหุงหาอาหารและให้ความอบอุ่นแก่ร่างกายและบ้านเรือน พอในสมัยต่อมาการรู้จักถลุงแร่ ก็ทำให้บรรยากาศโลกมีกำมะถันและมีคาร์บอนไดออกไซด์มากขึ้น ซึ่งนี่ก็คือที่มาของฝนกรด และเมื่อ Haagensmit ได้พบว่า ควันเสียที่รถยนต์ปลดปล่อยออกมานั้น จะแปรสภาพเป็น smog ที่เป็นพิษการตื่นตัวในเรื่องการอนุรักษ์บรรยากาศก็ได้เกิดขึ้นทันที

ความก้าวหน้าทางอุตสาหกรรมได้ทำให้นักเคมีรู้จักสังเคราะห์สารประกอบพวก CF2CL2 และ CFCL3 ซึ่งเป็นสารประกอบประเภท chloro fluoro carbon (CFC) สำหรับใช้ในเครื่องปรับอากาศ และตู้เย็น แต่เมื่อ Mario Molina และ F. Sherwood Rowland (สองนักเคมีผู้รับรางวัลโนเบลร่วมกับ Crutzen) ได้พบว่า ก๊าซ CFC สามารถทำลายโอโซนได้เร็วยิ่งกว่า nitric oxide และ nitrogen dioxide เสียอีก การค้นพบนี้ได้ทำให้ประเทศต่างๆ ทั่วโลกหยุดใช้ก๊าซ CFC ในการทำเครื่องปรับอากาศอย่างถาวร

ในอนาคตอีก 50 ปี เมื่อประชากรโลกมีมากขึ้นถึงหนึ่งหมื่นล้านคน การทำอุตสาหกรรมก็จะเพิ่มมากขึ้นด้วย ถ้าผู้คนใช้ชีวิตอย่างคนตะวันตก คือมีรถยนต์ ตู้เย็นและเครื่องปรับอากาศ เราก็มั่นใจว่าอากาศจะมีมลพิษมากขึ้น และอุณหภูมิของบรรยากาศโลกก็จะสูงขึ้นด้วย ณ วันนี้นักวิทยาศาสตร์จึงกำลังคิดหาวิธีลดความรุนแรง เนื่องจากภัยพิบัตินี้เช่น ลำเลียงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศไปถ่ายทิ้งในทะเล โดยให้สาหร่ายทะเลดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศไปถ่ายทิ้งในทะเล

โดยให้สาหร่ายทะเลดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ไป และอีกวิธีหนึ่งก็คือ โปรยอนุภาคโลหะให้ลอยเหนือบรรยากาศโลก เพื่อให้ละอองโลหะเหล่านั้น สะท้อนแสงอาทิตย์ออกไปจากโลก ซึ่งนักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่า กระบวนการเหล่านี้คงทำให้โลกเย็นลงบ้าง นั่นคือเรื่องของอนาคต แต่ก็มีนักวิทยาศาสตร์อีกหลายคนที่สนใจศึกษาสภาพของบรรยากาศในสมัยดึกดำบรรพ์ เพราะคิดว่าการเข้าใจอดีตจะช่วยให้การพยากรณ์อนาคตถูกต้องขึ้น

ในวารสาร Science ฉบับวันที่ 30 สิงหาคม พ.ศ. 2545 Tas van Ommen แห่ง Australian Antarctic Division and the Antarctic Cooperative Research Centre ได้รายงานว่า ในการขุดเจาะน้ำแข็งลงไปลึก 1.2 กิโลเมตร ที่ Placer Dome ในทวีปแอนตาร์กติกาเป็นเวลานาน 15 ปี เขาและคณะได้พบว่า น้ำแข็งที่ขุดได้มีข้อมูลบรรยากาศย้อนหลังไปถึง 90,000 ปี การวิเคราะห์ฟองอากาศที่แฝงอยู่ในเกล็ดน้ำแข็ง ทำให้เขารู้ว่า บรรยากาศเหนือทวีปแอนตาร์กติกาได้เปลี่ยนไปมาก ก้อนที่จะเกิดการเปลี่ยนแปลงของบรรยากาศเหนือ Greenland ทางขั้วโลกเหนือถึง 500 ปี ซึ่งนับว่าขัดแย้งกับความเชื่อเก่าๆ ที่ว่า ได้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศแถบขั้วโลกเหนือก่อน แล้วเหตุการณ์เปลี่ยนแปลงนั้น จึงได้เหนี่ยวนำให้บรรยากาศเหนือขั้วโลกใต้เปลี่ยนแปลงบ้าง

ดังนั้น ข้อมูลที่คณะนักวิทยาศาสตร์ ซึ่งประกอบด้วยชาวออสเตรเลียน และชาวฝรั่งเศสชุดนี้ได้ จึงพิสูจน์ว่าทวีปแอนตาร์กติกามีบทบาทในการควบคุมสภาพความเป็นอยู่ของบรรยากาศโลก หรือไม่นั้นก็บรรยากาศเหนือทวีปทั้งสอง มิได้มีอิทธิพลใดๆ ต่อกันและกันเลย

ในอดีตเมื่อ 2,340 ปีก่อนนี้ Aristotle ได้เคยเขียนตำราชื่อ Meteorlogica เกี่ยวกับลมและเมฆ และมนุษย์ได้ใช้ตำราเล่มนี้นานร่วม 2,000 ปี จึงรู้ในเวลาต่อมาว่าผิด ณ วันนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามเข้าใจธรรมชาติของบรรยากาศให้ดีขึ้น และก็ได้รู้ว่าการจะรู้จริงเกี่ยวกับเรื่องนี้ เขาต้องอาศัยความรู้ด้านทะเล ทวีปน้ำแข็งและพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลก เขาจึงจะสามารถทำนายและขจัดภัยที่บรรยากาศโลกจะสร้างขึ้นได้


22 ตุลาคม พ.ศ. 2545

  หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ 

ฟิสิกส์ 1(ภาคกลศาสตร์) 

 ฟิสิกส์ 1 (ความร้อน)

ฟิสิกส์ 2  กลศาสตร์เวกเตอร์
โลหะวิทยาฟิสิกส์ เอกสารคำสอนฟิสิกส์ 1
ฟิสิกส์  2 (บรรยาย) แก้ปัญหาฟิสิกส์ด้วยภาษา c  
ฟิสิกส์พิศวง สอนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
ทดสอบออนไลน์ วีดีโอการเรียนการสอน
หน้าแรกในอดีต แผ่นใสการเรียนการสอน
เอกสารการสอน PDF

กิจกรรมการทดลองทางวิทยาศาสตร์

แบบฝึกหัดออนไลน์

สุดยอดสิ่งประดิษฐ์

   การทดลองเสมือน 

บทความพิเศษ  ตารางธาตุ(ไทย1)   2  (Eng)
พจนานุกรมฟิสิกส์ 

 ลับสมองกับปัญหาฟิสิกส์

ธรรมชาติมหัศจรรย์ 

 สูตรพื้นฐานฟิสิกส์

การทดลองมหัศจรรย์  ดาราศาสตร์ราชมงคล

  แบบฝึกหัดกลาง 

แบบฝึกหัดโลหะวิทยา  

 แบบทดสอบ

ความรู้รอบตัวทั่วไป 

 อะไรเอ่ย ?

ทดสอบ(เกมเศรษฐี) 

คดีปริศนา

ข้อสอบเอนทรานซ์ เฉลยกลศาสตร์เวกเตอร์
คำศัพท์ประจำสัปดาห์  

  ความรู้รอบตัว

การประดิษฐ์แของโลก ผู้ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์
นักวิทยาศาสตร์เทศ นักวิทยาศาสตร์ไทย
ดาราศาสตร์พิศวง  การทำงานของอุปกรณ์ทางฟิสิกส์
การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ  

  การเรียนการสอนฟิสิกส์ 1  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

1. การวัด 2. เวกเตอร์
3.  การเคลื่อนที่แบบหนึ่งมิติ 4.  การเคลื่อนที่บนระนาบ
5.  กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 6. การประยุกต์กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
7.  งานและพลังงาน  8.  การดลและโมเมนตัม
9.  การหมุน   10.  สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง
11. การเคลื่อนที่แบบคาบ 12. ความยืดหยุ่น
13. กลศาสตร์ของไหล   14. ปริมาณความร้อน และ กลไกการถ่ายโอนความร้อน
15. กฎข้อที่หนึ่งและสองของเทอร์โมไดนามิก  16. คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร
17.  คลื่น 18.การสั่น และคลื่นเสียง

   การเรียนการสอนฟิสิกส์ 2  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต  

1. ไฟฟ้าสถิต 2.  สนามไฟฟ้า
3. ความกว้างของสายฟ้า  4.  ตัวเก็บประจุและการต่อตัวต้านทาน 
5. ศักย์ไฟฟ้า 6. กระแสไฟฟ้า 
7. สนามแม่เหล็ก  8.การเหนี่ยวนำ
9. ไฟฟ้ากระแสสลับ  10. ทรานซิสเตอร์ 
11. สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเสาอากาศ 

12. แสงและการมองเห็น

13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตร์ควอนตัม
15. โครงสร้างของอะตอม 16. นิวเคลียร์ 

   การเรียนการสอนฟิสิกส์ทั่วไป  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

1. จลศาสตร์ ( kinematic)

   2. จลพลศาสตร์ (kinetics) 

3. งานและโมเมนตัม 4. ซิมเปิลฮาร์โมนิก คลื่น และเสียง
5.  ของไหลกับความร้อน 6.ไฟฟ้าสถิตกับกระแสไฟฟ้า 
7. แม่เหล็กไฟฟ้า  8.    คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับแสง
9.  ทฤษฎีสัมพัทธภาพ อะตอม และนิวเคลียร์ 

กลับเข้าหน้าแรกบทความพิเศษ

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

บทความพิเศษ