ชั้นของบรรยากาศ

ชั้นของบรรยากาศ

ดวงอาทิตย์ ศูนย์กลางของระบบสุริยจักรวาล เป็นต้นกำเนิดของพลังงานอันมหาศาล ได้ส่งรังสี
แม่เหล็กไฟฟ้ามายังโลกของเรา แต่เนื่องจากมีบรรยากาศห่อหุ้มโลกอยู่หลายชั้น และมีองค์ประกอบต่าง ๆ โดยเฉพาะกลุ่มเมฆ และไอน้ำ รังสีดวงอาทิตย์ (solar radiation) ประมาณครึ่งหนึ่งเท่านั้น
ที่จะผ่านบรรยากาศ ลงมาถึงพื้นผิวโลกได้ 

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากดวงอาทิตย์ ประกอบด้วย รังสีที่อยู่ในช่วงคลื่นสั้นร้อยละ ๙๕-๙๙ ซึ่งได้แก่ รังสีคอสมิก รังสีแกมมา และรังสีเอกซ์ ส่วนรังสีคลื่นยาว ได้แก่ คลื่นวิทยุ รังสีที่อยู่ในช่วงคลื่นสั้น เป็นรังสีที่มองเห็นได้ (visible rays) ร้อยละ ๔๕ รังสีอินฟราเรด (infrared) ร้อยละ ๔๖ และรังสีอัลตราไวโอเลต (ultraviolet) ร้อยละ ๙ 
 

การที่บรรยากาศห่อหุ้มโลกอยู่หลายชั้นนั้น มีประโยชน์ต่อการดำรงชีพของสิ่งที่มีชีวิตเป็นอันมาก เช่น บรรยากาศชั้นบน ช่วยกรองรังสีหลายอย่างที่เป็นอันตราย เช่น รังสีเอกซ์ และรังสีอัลตราไวโอเลต ส่วนบรรยากาศชั้นล่าง จะดูดซึมรังสีอินฟราเรด ซึ่งโลกสะท้อนกลับ นอกจากนั้น ยังช่วยเก็บรักษาความร้อนที่ผิวโลกไว้ ไม่เช่นนั้น อากาศที่ผิวโลกจะเยือกเย็นถึง -๔๐ องศาเซลเซียส โดยเฉลี่ย แทนที่จะเป็น ๑๕ องศาเซลเซียส ดังที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน 

เมื่อโลกได้รับรังสีจากดวงอาทิตย์ โลกจะแผ่รังสีสะท้อนกลับสู่บรรยากาศเรียกว่า รังสีโลก (terrestrial radiation) ความยาวคลื่นจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ อุณหภูมิเฉลี่ยบนผิวโลก ๑๕ องศาเซลเซียส รังสีจากโลกเป็นรังสีอินฟราเรดในช่วงคลื่นยาว ซึ่งแตกต่างจากรังสีอินฟราเรดจากดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นช่วงคลื่นสั้น ตามปกติแล้วไอน้ำ และคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ จะมีปริมาณพอเหมาะ และสามารถดูดซึมพลังงานส่วนนี้ไว้ ทำให้โลกเก็บความร้อนไว้ อยู่ในระดับที่เหมาะสมต่อการดำรงชีวิตของคน สัตว์ และพืช

ชั้นของบรรยากาศ 

บรรยากาศที่ห่อหุ้มโลกมีอยู่หลายชั้น และไม่เป็นเนื้อเดียวกันตลอด จะแตกต่างกันตามเวลา ตำแหน่งสถานที่ หรือความสูง ตามอุณหภูมิ หรือตามความเข้มข้นขององค์ประกอบทางเคมี เนื่องจากอุณหภูมิมีความสำคัญต่อการเปลี่ยนแปลงทางภูมิอากาศ มากกว่าองค์ประกอบอื่น ๆ ฉะนั้นถ้าถืออุณหภูมิเป็นเกณฑ์ จะแบ่งบรรยากาศออกได้ เป็น ๔ ชั้น คือ 

ก. ชั้นโทรโพสเฟียร์ (troposphere) 

เป็นชั้นที่อยู่ประชิดผิวโลก ยิ่งระดับสูงขึ้น อุณหภูมิจะเย็นลงเป็นลำดับ คือ จะลดลงในอัตราประมาณ ๖.๕ องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตร อากาศที่เย็นลง เมื่ออยู่สูงขึ้นไป จะมีการกระจายตัว หรือเคลื่อนไหวในแนวดิ่ง จึงมีการผสมผสานกันเป็นอย่างดีพอสมควร บรรยากาศชั้นนี้ในแถบเส้นศูนย์สูตรมีความสูงประมาณ ๑๕ กิโลเมตร ส่วนบริเวณขั้วโลกทั้งสอง จะสูงเพียง ๑๐ กิโลเมตร

ข. ชั้นสตราโทสเฟียร์ (stratosphere)

เป็นชั้นบรรยากาศที่ ๒ ที่มีระดับความสูงประมาณ ๕๐ กิโลเมตร บรรยากาศชั้นนี้ยิ่งสูงขึ้น อุณหภูมิจะสูงขึ้นตามลำดับ จนกระทั่งถึง ๒๗๐ องศาเคลวิน หรือใกล้ศูนย์องศาเซลเซียส ในบรรยากาศช่วงนี้ มีก๊าซโอโซน (ozone) เกิดขึ้นตามธรรมชาติแผ่เป็นชั้น จึงนิยมเรียกส่วนนี้ว่า ชั้นโอโซน (ozone layer) ก๊าซนี้ทำหน้าที่ดูดซึมบางส่วนของรังสีดวงอาทิตย์ โดยเฉพาะบางส่วนของรังสีอัลตราไวโอเลต
จึงมีผลทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น อากาศในชั้นนี้ จึงไม่เคลื่อนที่ในแนวดิ่ง เป็นเหตุมิให้มีการผสมผสานในบรรยากาศตามควร 

ช่วงต่อระหว่างส่วนล่างของสตราโทสเฟียร์ และโทรโพสเฟียร์ เรียกว่า โทรโพพอส (tropopause) เป็นชั้นที่มีความสูงระยะสั้น ๆ ที่มีอุณหภูมิคงที่ 

ค. ชั้นเมโซสเฟียร์ (mesosphere) 

เป็นชั้น บรรยากาศที่เย็นที่สุด ยิ่งความสูงเพิ่มขึ้น อุณหภูมิ จะลดลง ในระดับความสูง ๘๕ กิโลเมตรโดยประมาณ อุณหภูมิจะลดลงถึง ๑๗๕ องศาเคลวิน หรือ -๙๘ องศาเซลเซียส ลูกอุกกาบาต (meteors) มักจะเริ่มลุกเป็นไฟ เมื่อเข้าสู่บรรยากาศชั้นนี้ ช่วงต่อระหว่างชั้นสตราโทสเฟียร์กับ
เมโซสเฟียร์จะมีชั้นย่อยเรียกว่า สตราโทพอส (stratopause) ซึ่งมีอุณหภูมิคงที่ตลอดความสูง เช่นเดียวกับโทรโพพอส 

ง. ชั้นเทอโมสเฟียร์ (thermosphere) 

หรือ บางครั้งเรียกชั้นไอโอโนสเฟียร์ (ionosphere) เป็นบรรยากาศชั้นสูงสุด ซึ่งอุณหภูมิจะสูงขึ้นตามระดับความสูง และจะมีอุณหภูมิเกิน ๑,๐๐๐ องศาเคลวิน รังสีเอกซ์ และรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ จะทำให้อิเล็กตรอนจากอะตอม และโมเลกุลหลุดออกเป็นอิสระ เกิดการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้า และเคมีต่อโมเลกุลของก๊าซในบรรยากาศชั้นนี้ จึงเกิดสมบัติในการนำไฟฟ้า และการสะท้อนคลื่นวิทยุเอเอ็ม กลับไปยังโลก