ชั้นบรรยากาศ: รู้ว่ามันคืออะไรและมีลักษณะอย่างไร

ชั้นบรรยากาศของโลกเกิดจากก๊าซหลายชั้นที่ล้อมรอบโลกอันเนื่องมาจากผลกระทบของสนามโน้มถ่วง

แต่ละชั้นมีองค์ประกอบเฉพาะของก๊าซที่จัดตามความหนาแน่น ก๊าซที่มีความหนาแน่นมากขึ้นจะถูกดึงเข้าไปใกล้พื้นผิวโลกมากขึ้น ในขณะที่ก๊าซอื่นๆ ยังคงอยู่ห่างจากโลกมากขึ้น

เนื่องจากคุณลักษณะต่างๆ ของก๊าซ ชั้นบรรยากาศจึงมีลักษณะเฉพาะและมีบทบาทเฉพาะในความสัมพันธ์กับโลก

ที่ ห้าชั้นที่ประกอบขึ้นเป็นชั้นบรรยากาศของโลก ได้แก่ โทรโพสเฟียร์ สตราโตสเฟียร์ มีโซสเฟียร์ เทอร์โมสเฟียร์ และเอกโซสเฟียร์

โทรโพสเฟียร์

โทรโพสเฟียร์เป็นชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นที่สุด ดังนั้นจึงอยู่ใกล้พื้นผิวโลกมากที่สุด คาดว่ามวลบรรยากาศรวมจะเท่ากับ 5x10¹⁸ กก. และ 75% ของจำนวนนี้อยู่ในชั้นโทรโพสเฟียร์

ความหนาของชั้นโทรโพสเฟียร์แตกต่างกันไปตั้งแต่ 8 กม. ถึง 14 กม. ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของโลก จุดที่บางที่สุด (ซึ่งมีความหนาถึง 8 กม.) อยู่ที่ขั้วเหนือและใต้

ชั้นบรรยากาศชั้นที่ต่ำที่สุดนั้น ชั้นโทรโพสเฟียร์มีหน้าที่สร้างที่อยู่อาศัยบนโลก และเป็นที่ซึ่งปรากฏการณ์สภาพอากาศเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นด้วย คำว่าโทรโพสเฟียร์มาจากภาษากรีก tropes (เปลี่ยนแปลง) เพื่อสะท้อนธรรมชาติแบบไดนามิกของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและพฤติกรรมของชั้นบรรยากาศนี้

บริเวณของโทรโพสเฟียร์ที่กั้นจุดสิ้นสุดและจุดเริ่มต้นของสตราโตสเฟียร์เรียกว่าโทรโพพอส Tropopause สามารถระบุได้ง่ายผ่านรูปแบบความดันและอุณหภูมิที่แตกต่างกันของแต่ละชั้น

องค์ประกอบของโทรโพสเฟียร์

ในแง่ของปริมาตร โทรโพสเฟียร์ประกอบด้วยไนโตรเจน 78.08% ออกซิเจน 20.95% อาร์กอน 0.93% และคาร์บอนไดออกไซด์ 0.04% อากาศยังประกอบด้วยเปอร์เซ็นต์ของไอน้ำที่แปรผันได้ซึ่งเข้าสู่ชั้นโทรโพสเฟียร์ผ่านปรากฏการณ์การระเหย

อุณหภูมิโทรโพสเฟียร์

เช่นเดียวกับความดัน อุณหภูมิในโทรโพสเฟียร์ก็ลดลงเช่นกันเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น เนื่องจากพื้นดินดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่และทำให้ชั้นโทรโพสเฟียร์ร้อนขึ้น ดังนั้น เมื่อพิจารณาว่าการระเหยจะมากขึ้นในพื้นที่ที่อุ่นกว่า ไอระเหยของน้ำจะมีมากขึ้นที่ระดับน้ำทะเลและหายากกว่าที่ระดับความสูงที่สูงขึ้น

สิ่งที่สามารถพบได้ในโทรโพสเฟียร์?

ตัวอย่างบางส่วนของสิ่งที่สามารถพบได้ในโทรโพสเฟียร์ ได้แก่

• ภูมิอากาศ
• ปริมาณน้ำฝน เช่น ฝน หิมะ และลูกเห็บ
• ก๊าซ เช่น ไนโตรเจน ออกซิเจน อาร์กอน และคาร์บอนไดออกไซด์
• เมฆ
• นก

สตราโตสเฟียร์

สตราโตสเฟียร์เป็นชั้นบรรยากาศที่ใหญ่เป็นอันดับสองและเป็นชั้นที่สองที่อยู่ใกล้พื้นผิวโลกมากที่สุด คาดว่ามีมวลประมาณ 15% ของมวลรวมของชั้นบรรยากาศโลก

ความหนาของสตราโตสเฟียร์อยู่ห่างจากโทรโพพอส 35 กม. ซึ่งหมายความว่าตั้งอยู่ระหว่างโทรโพสเฟียร์กับมีโซสเฟียร์ คำว่าสตราโตสเฟียร์มาจากภาษากรีก ชั้น (เลเยอร์) เพื่อกำหนดความจริงที่ว่าสตราโตสเฟียร์นั้นแบ่งออกเป็นชั้นอื่น ๆ ที่เล็กกว่า

ชั้นของสตราโตสเฟียร์ก่อตัวขึ้นเนื่องจากไม่มีปรากฏการณ์ทางภูมิอากาศที่ผสมอากาศ ดังนั้นจึงมีการแบ่งแยกที่ชัดเจนระหว่างอากาศเย็นกับอากาศหนักซึ่งอยู่ด้านล่างและอากาศอบอุ่นและเบาซึ่งอยู่ด้านบน ดังนั้นในแง่ของอุณหภูมิ สตราโตสเฟียร์จะทำงานตรงกันข้ามกับโทรโพสเฟียร์

เนื่องจากเป็นภูมิภาคที่มีความเสถียรสูง (เนื่องจากไม่มีการแลกเปลี่ยนอากาศ) นักบินเครื่องบินจึงมักจะอยู่ที่จุดเริ่มต้นของสตราโตสเฟียร์เพื่อหลีกเลี่ยงความปั่นป่วน ที่ระดับความสูงนี้เองที่เครื่องบินและบอลลูนมีประสิทธิภาพสูงสุด

เครื่องบินบางลำ โดยเฉพาะเครื่องบินเจ็ต ปีนขึ้นไปในสตราโตสเฟียร์เพื่อหลีกเลี่ยงการเสียดสีและการแลกเปลี่ยนอากาศ

สตราโตสเฟียร์ยังประกอบด้วย ชั้นโอโซนมีหน้าที่ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตส่วนใหญ่ที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ หากไม่มีชั้นโอโซน ชีวิตบนโลกอย่างที่เราทราบคงเป็นไปไม่ได้

เช่นเดียวกับโทรโพสเฟียร์ สตราโตสเฟียร์ยังมีบริเวณที่กำหนดจุดสิ้นสุดและเป็นจุดเริ่มของมีโซสเฟียร์ที่เรียกว่าสตราโตพอส

องค์ประกอบของสตราโตสเฟียร์

ธาตุส่วนใหญ่ที่พบบนพื้นผิวโลกและในชั้นโทรโพสเฟียร์ไม่ถึงชั้นสตราโตสเฟียร์ เป็นเรื่องปกติสำหรับพวกเขาที่จะ:

• สลายตัวในชั้นโทรโพสเฟียร์
• ถูกแสงแดดแผดเผา
• กลับคืนสู่ผิวโลกด้วยฝนหรือหยาดน้ำฟ้าอื่นๆ

เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิระหว่างชั้นโทรโพสเฟียร์และสตราโตสเฟียร์ แทบไม่มีการแลกเปลี่ยน อากาศระหว่างชั้นทั้งสองทำให้ไอน้ำมีอยู่ในปริมาณเพียงเล็กน้อยใน สตราโตสเฟียร์ ด้วยเหตุนี้ การก่อตัวของเมฆในชั้นนี้จึงเป็นเรื่องยากมาก

ในแง่ของก๊าซ สตราโตสเฟียร์ส่วนใหญ่เกิดจากโอโซนที่มีอยู่ในชั้นโอโซน เชื่อกันว่า 90% ของโอโซนในชั้นบรรยากาศพบได้ในภูมิภาคนี้ นอกจากนี้ สตราโตสเฟียร์ยังมีองค์ประกอบที่พัดพาผ่านการปะทุของภูเขาไฟ เช่น ไนโตรเจนออกไซด์ กรดไนตริก ฮาโลเจน เป็นต้น

อุณหภูมิในชั้นสตราโตสเฟียร์

อุณหภูมิในสตราโตสเฟียร์จะเพิ่มขึ้นเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น ตั้งแต่ -51°C ที่จุดต่ำสุด (tropopause) ถึง -3°C ที่จุดสูงสุด (stratopause)

สิ่งที่สามารถพบได้ในสตราโตสเฟียร์?

ตัวอย่างบางส่วนของสิ่งที่สามารถพบได้ในสตราโตสเฟียร์ ได้แก่ :

• ชั้นโอโซน
• เครื่องบินและบอลลูนอากาศ
• นกบางตัว

มีโซสเฟียร์

มีโซสเฟียร์เป็นชั้นบรรยากาศสุดท้ายที่ก๊าซยังคงปะปนอยู่ในอากาศและไม่ถูกจัดเรียงตามมวลของพวกมัน วิทยาศาสตร์ถือเป็นชั้นที่ยากที่สุดในการศึกษา ดังนั้นจึงไม่มีข้อมูลที่ยืนยันได้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับเรื่องนี้

ความหนาของมีโซสเฟียร์นั้นอยู่ที่ 35 กม. นับจากสตราโตพอส ซึ่งหมายความว่ามันตั้งอยู่ระหว่างสตราโตสเฟียร์กับเทอร์โมสเฟียร์ คำว่ามีโซสเฟียร์มาจากภาษากรีก เดือน (กลาง) เนื่องจากเป็นชั้นที่สามในชั้นบรรยากาศโลกทั้งห้าชั้น

ลูกโป่งและเครื่องบินตรวจอากาศไม่สามารถเอื้อมถึงชั้นบรรยากาศมีโซสเฟียร์ได้ ในเวลาเดียวกัน ดาวเทียมสามารถโคจรเหนือมันได้เท่านั้น ดังนั้นจึงไม่สามารถวัดลักษณะของชั้นได้อย่างเหมาะสม วิธีเดียวที่จะศึกษามีโซสเฟียร์ในปัจจุบันคือการใช้จรวดโซนิคที่รวบรวมข้อมูลเพียงเล็กน้อยต่อภารกิจ

มันอยู่ในชั้นบรรยากาศมีโซสเฟียร์ที่เกิดการเผาไหม้วัตถุท้องฟ้าที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก ทำให้เกิดปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น ฝนดาวตก

ฝนดาวตกเกิดขึ้นเมื่อวัตถุท้องฟ้าเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก เนื่องจากอุณหภูมิที่สูงมาก เทห์ฟากฟ้าจึงเผาไหม้และมักจะสลายเป็นชิ้นเล็กๆ หลายชิ้น

องค์ประกอบของมีโซสเฟียร์

เปอร์เซ็นต์ของออกซิเจน ไนโตรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ในมีโซสเฟียร์นั้นโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกับในชั้นด้านล่าง ไอระเหยของน้ำนั้นหายากกว่าในสตราโตสเฟียร์ซึ่งจะถ่ายโอนโอโซนส่วนหนึ่งไปยังมีโซสเฟียร์

มีโซสเฟียร์ประกอบด้วยวัสดุจากอุกกาบาตที่ระเหยกลายเป็นไอเมื่อเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ดังนั้นชั้นมีโซสเฟียร์จึงประกอบด้วยเหล็กและโลหะอื่นๆ ในสัดส่วนที่ค่อนข้างสูง

อุณหภูมิในชั้นมีโซสเฟียร์

อุณหภูมิในมีโซสเฟียร์จะลดลงเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น ตั้งแต่ -3°C ที่จุดต่ำสุด (stratopause) และ -143ºC ที่จุดสูงสุด ช่วงวัยหมดประจำเดือน ซึ่งเป็นบริเวณที่หนาวที่สุดในบรรยากาศทั้งหมด บนบก

สิ่งที่สามารถพบได้ในสตราโตสเฟียร์?

ตัวอย่างบางส่วนของสิ่งที่สามารถพบได้ในสตราโตสเฟียร์ ได้แก่ :

• อุกกาบาตที่เผาไหม้
• Noctilucent clouds (เมฆชนิดพิเศษที่เรืองแสงในเวลากลางคืน)

เทอร์โมสเฟียร์

เทอร์โมสเฟียร์ตั้งอยู่เหนือมีโซสเฟียร์และอยู่ใต้เอกโซสเฟียร์ ความหนาของมันคือประมาณ 513 กม. ซึ่งใหญ่กว่าชั้นล่างทั้งหมดรวมกันมาก

แม้ว่าเทอร์โมสเฟียร์จะถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของชั้นบรรยากาศของโลก แต่ความหนาแน่นของอากาศนั้นต่ำมากจนทำให้ชั้นส่วนใหญ่เข้าใจผิดว่าเป็นอวกาศ แนวคิดนี้เสริมด้วยความจริงที่ว่าชั้นไม่มีโมเลกุลเพียงพอสำหรับคลื่นเสียงที่จะเดินทาง

ในเทอร์โมสเฟียร์ รังสีอัลตราไวโอเลตทำให้เกิดปรากฏการณ์โฟโตอิออไนเซชันของโมเลกุล กล่าวคือ การสร้างไอออนผ่านการสัมผัสระหว่างโฟตอนกับอะตอม ปรากฏการณ์นี้มีหน้าที่ในการสร้างบรรยากาศรอบนอกซึ่งอยู่ภายในเทอร์โมสเฟียร์ ไอโอสเฟียร์มีบทบาทสำคัญในการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุไปยังพื้นที่ห่างไกลของโลก

มันอยู่ในเทอร์โมสเฟียร์ที่ดาวเทียมและสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) โคจรอยู่ นอกจากนี้ ในเทอร์โมสเฟียร์ยังมีแสงออโรร่าเหนือเกิดขึ้นอีกด้วย

แสงออโรร่าเหนือเกิดขึ้นจากการชนกันของอนุภาคสุริยะกับความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศของโลก

คำว่าเทอร์โมสเฟียร์มาจากภาษากรีก กระติกน้ำร้อน (ความร้อน) สะท้อนให้เห็นถึงความจริงที่ว่าอุณหภูมิในชั้นนี้สูงมาก

ขอบเขตระหว่างเทอร์โมสเฟียร์กับเอกโซสเฟียร์เรียกว่าเทอร์โมพอส

องค์ประกอบเทอร์โมสเฟียร์

อนุภาคในเทอร์โมสเฟียร์ไม่ค่อยชนกัน ซึ่งแตกต่างจากชั้นด้านล่างซึ่งก๊าซผสมกัน ส่งผลให้มีการแบ่งองค์ประกอบที่สม่ำเสมอ นอกจากนี้ โมเลกุลส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในเทอร์โมสเฟียร์ยังถูกทำลายโดยแสงแดด

ส่วนบนของเทอร์โมสเฟียร์ประกอบด้วยออกซิเจนอะตอมมิก อะตอมไนโตรเจนและฮีเลียม

อุณหภูมิเทอร์โมสเฟียร์

อุณหภูมิในเทอร์โมสเฟียร์สามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 500 °C ถึง 2000 °C นี่เป็นเพราะแสงแดดส่วนใหญ่ไร้สาระในชั้นนี้

สิ่งที่สามารถพบได้ในเทอร์โมสเฟียร์?

ตัวอย่างบางส่วนของสิ่งที่สามารถพบได้ในเทอร์โมสเฟียร์ ได้แก่

• ดาวเทียม
• ก่อนหน้านี้กระสวยอวกาศ
• ISS
• แสงเหนือ
• ไอโอโนสเฟียร์

เอกโซสเฟียร์

เอกโซสเฟียร์เป็นชั้นบรรยากาศที่ใหญ่ที่สุดและอยู่นอกสุดของโลก มันทอดยาวไป 600 กม. จนบางและกลมกลืนกับอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ ทำให้มีความหนา 10,000 กม. ขอบเขตที่ไกลที่สุดของเอกโซสเฟียร์ถึงครึ่งทางของดวงจันทร์

คำว่า exosphere มาจากภาษากรีก the exo (ชั้นนอก) แสดงว่าชั้นบรรยากาศนี้เป็นชั้นสุดท้ายก่อนสูญญากาศของอวกาศ

องค์ประกอบของเอกโซสเฟียร์

อนุภาคในเอกโซสเฟียร์อยู่ห่างกันมาก ดังนั้นจึงไม่จัดประเภทเป็นก๊าซเนื่องจากความหนาแน่นต่ำเกินไป เป็นไปได้ที่อนุภาคหนึ่งจะเดินทางหลายร้อยกิโลเมตรก่อนที่จะชนกับอีกอนุภาคหนึ่ง นอกจากนี้ยังไม่ถือว่าเป็นพลาสมาเนื่องจากไม่มีประจุไฟฟ้า

ในบริเวณด้านล่างของเอกโซสเฟียร์ เป็นไปได้ที่จะพบไฮโดรเจน ฮีเลียม คาร์บอนไดออกไซด์ และออกซิเจนอะตอมมิก โดยสนามโน้มถ่วงยังคงติดอยู่กับโลกเพียงเล็กน้อย

อุณหภูมิในชั้นนอกสุด

เนื่องจากความจริงที่ว่าชั้นนอกเกือบจะเป็นสุญญากาศ (เนื่องจากไม่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล) อุณหภูมิในชั้นจะคงที่และเย็น

สิ่งที่สามารถพบได้ในชั้นนอกสุด?

ตัวอย่างบางส่วนของสิ่งที่สามารถพบได้ในชั้นนอก ได้แก่:

• กล้องโทรทรรศน์อวกาศ ฮับเบิล
• ดาวเทียม

ดูด้วย:

• บรรยากาศ
• โทรโพสเฟียร์
• สตราโตสเฟียร์
• ดาวเทียม
• เครื่องดูดฝุ่น