Chapter 1 Introduction

ความหมายของขอบข่ายของภูมิศาสตร์กายภาพ

ภูมิศาสตร์กายภาพ หมายถึง วิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับลักษณะการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมทางกายภาพ (Physical Environment) ที่อยู่รอบตัวมนุษย์ ทั้งส่วนที่เป็นธรณีภาค อุทกภาค บรรยากาศภาค และชีวภาค ตลอดจนความสัมพันธ์ทางพื้นที่ (spatial Relation) ของสิ่งแวดล้อมทางกายภาพต่างๆดังกล่าวข้างต้น

ดังนั้นภูมิศาสตร์ทางกายภาพจึงเป็นวิชาหลักพื้นฐานที่สามารถวิเคราะห์เหตุผลประกอบกับการสังเกตพิจารณาสิ่งที่ผันแปรเปลี่ยนแปลงในภูมิภาคต่างๆ ของโลกได้เป็นอย่างดี การศึกษาภูมิศาสตร์กายภาพแผนใหม่ต้องศึกษาอย่างมีเหตุผล โดยอาศัยหลักเกณฑ์ทางภูมิศาสตร์ หรือหลักเกณฑ์สถิติซึ่งเป็นข้อเท็จจริง จากวิชาในแขนงที่เกียวข้องกัน มาพิจารณาโดยรอบคอบ



ภูมิศาสตร์กายภาพมีขอบข่าย หรือมีความเกี่ยวข้องสัมพันธ์กับศาสตร์ต่างๆดังนี้

1. ยีออเดซี (Geodesy) คือ ศาสตร์ที่ว่าด้วยการหารูปทรงสัณฐานและขนาดของพิภพโดยการคำนวณหรือจากการรังวัดโดยตรง
2. ดาราศาสตร์ (Astronomy) คือ ศาสตร์ที่ว่าด้วยธรรมชาติอันเกี่ยวกับองค์ประกอบของการเคลื่อนที่ ตำแหน่งสัมพันธ์ และลักษณะที่ปรากฎของเทห์ ฟากฟ้าต่างๆของโลก
3. การเขียนแผนที่ (Cartography) คือ ศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการทำแผนที่ ซึ่งมีความหมายคลุม ทั้งวิชาการที่เป็นมูลฐานในการทำแผนที่ และศิลปะในการเขียน แผนที่ชนิดต่างๆ
4. อุตุนิยมวิทยาและภูมิอากาศวิทยา (Meteorology and Climatology) คือ ศาสตร์ที่กล่าวถึงเรื่องราวของบรรยากาศและองค์ประกอบของภูมิอากาศ และกาลอากาศ
5. ปฐพีวิทยา (Pedology) คือ ศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับเรื่องดิน
6. ภูมิศาสตร์พืช (Plant GeoGraphy) คือ ภูมิศาสตร์แขนงหนึ่งในสาขาวิชาภูมิศาสตร์การเกษตร เน้นหนักเรื่องพืชพรรณในถิ่นต่าง ๆ ของโลก โดยพิจารณา สภาพภูมิศาสตร์ที่เกี่ยวข้องหรือ มีผลต่อพืชนั้นๆ
7. สมุทรศาสตร์กายภาพ (Physical Oceanography) คือ ศาสตร์ที่ศึกษาทางด้านกายภาพ เกี่ยวข้องกับท้องทะเลและมหาสมุทร
8. ธรณีสัณฐานวิทยา (Geomorphology) คือ ศาสตร์ที่ว่าด้วยพื้นผิวโลก ซึ่งประมวล เอาทั้งรูปร่างธรรมชาติ กระบวนการกำเนิดและพัฒนาตัว ตลอดจน ความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในปัจจุบัน
9. ธรณีวิทยา (Geology) คือ ศาสตร์ที่ด้วยความรู้เกี่ยวกับโลกทั้งภายในและภายนอก เรียกอย่างสามัญว่า วิทยาศาสตร์โลก (Earth Science)
10. อุทกวิทยา (Hydrology) คือ ศาสตร์เกี่ยวกับน้ำที่มีอยู่ในโลก เช่น ศึกษาสาเหตุการเกิดการหมุนเวียน การทรงอยู่ คุณสมบัติทางเคมีและฟิสิกส์ ตลอดจน คุณลักษณะของน้ำในลำน้ำ ทะเลสาบ และน้ำในดิน รวมทั้งการนำมาใช้ให้เป็นประโยชน์ การควบคุมและการอนุรักษ์น้ำ

Chapter 2 Earth & Solar System

เอกภพ (Universe) คืออะไร ?

เอกภพ เป็นที่ว่างที่มีอาณาเขตกว้างใหญ่ไพศาลจนไม่สามารถกำหนดขอบเขตได้ ในเอกภพประกอบไปด้วยหลายๆ กลุ่มดาว หรือเรียกว่า กาแลคซี่ (Galaxy) ภายในกาแลคซี่ประกอบไปด้วยดวงดาวมากมายหลายร้อยล้านดวง ทั้งดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ ฝุ่นและกลุ่มเนบิวลา เช่นเดียวกับกลุ่มดาวที่โลกเราอยู่คือ กาแลคซี่ทางช้างเผือก(Milky Way) สาเหตุที่เราเรียกว่ากาแลคซี่ทางช้างเผือก เนื่องจากเมื่อเรามองจากโลกไปยังกาแลคซี่ดังกล่าวเราจะมองเห็นท้องฟ้าเป็นทางขาวคล้ายเมฆพาดยาวบนท้องฟ้าในเวลากลางคืน นักวิทยาศาสตร์คาดว่าทางช้างเผือกนี้มีดวงดาวอยู่ประมาณแสนล้านดวง สำหรับระบบสุริยะจักรวาลเป็นส่วนหนึ่งของทางช้างเผือก มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง มีดวงดาวต่าง ๆ หรือเทห์ฟากฟ้า ดวงดาวทุกดวงจะมีความเกี่ยวพันกันอยู่กับดวงดาวดวงหนึ่งโดยเฉพาะ เช่น ดวงจันทร์กับโลก โลกกับดวงอาทิตย์ เทห์ฟากฟ้าที่ประกอบกันอยู่ในระบบสุริยะจักรวาล ได้แก่ ดาวเคราะห์ ดาวบริวาร ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง ดาวตก อุกกาบาต เป็นต้น

เกี่ยวกับโลก (Earth) ของเรา

ลักษณะรูปทรงของโลก จากการศึกษาของนักดาราศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ และนักสำรวจ พบว่าโลกมีรูปทรงแบบ ทรงรีที่ขั้วทั้งสองยุบตัวลง (Oblate Ellipsoid) หรือเราเรียกว่าทรงรีแห่งการหมุน เนื่องมาจากสภาวะของโลกที่หนืด เมื่อโลกหมุนรอบตัวเองทำให้เกิดแรงเหวี่ยง และทำให้เกิดการยุบตัวบริเวณขั้วโลกเหนือ และขั้วโลกใต้ และป่องตัวออกบริเวณส่วนกลางหรือเส้นศูนย์สูตร สามารถสังเกตได้จากความยาวของเส้นศูนย์สูตร ที่มีความยาว 12,757 กิโลเมตร (7,927 ไมล์) และระยะทางจากขั้วโลกเหนือมาขั้วโลกใต้มีความยาว 12,714 กิโลเมตร (7,900 ไมล์) ซึ่งมีความแตกต่างกัน 43 กิโลเมตร (27 ไมล์) รูปทรงแบบ ยีออยด์ (Geoid) เป็นไปตามสภาพพื้นผิวโลกที่มีความขรุขระสูงต่ำดังนั้นส่วนที่เป็นภาคพื้นทวีปจะมีลักษณะนูนสูงจึงต้องมีการปรับลักษณะพื้นผิวโลกเสียใหม่ โดยใช้แนวของพื้นผิวของระดับน้ำทะเลตัดผ่านเข้าพื้นดินที่มีระดับเท่ากันกับรูปทรงโลก เรียกว่า รูปทรงของโลกแบบยีออด์

โลกหมุน โลกโคจร ต่างกันอย่างไร ? การเคลื่อนไหวของโลก มี “การหมุน” และ “การโคจร" การหมุนของโลก เป็นการเคลื่อนไหวของโลกรอบแกนของตัวเอง ทำให้เกิดกลางวัน และกลางคืน ซึ่งเรียกว่า “วัน” แต่ละวันใช้เวลาแตกต่างกัน ได้แก่ วันดาราคติ (Sidereal Day) ยึดหลักการหมุนรอบแกนตัวเองของโลกครบ 1 รอบ โดยใช้เวลา 23 ชั่วโมง 56 นาที 4.09 วินาที วันสุริยคติ (Solar Day) ยึดหลักช่วงระยะเวลาที่ดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ผ่านแนวเส้นเมอริเดียนครบ 1 รอบ (เที่ยงวันหนึ่งไปยังอีกเที่ยงวันหนึ่ง) ซึ่งจะกำหนดเวลาเท่ากับ 24 ชั่วโมง
โลกหมุนรอบตัวเองเร็วเท่าไหร่ ? มีความแตกต่างกันอย่างชัดเจน โดยบริเวณเส้นศูนย์สูตร ความเร็วในการ หมุนรอบตัวเองของโลกเท่ากับ 1,700 กิโลเมตร / ชั่วโมง ส่วนบริเวณละติจูดที่ 60 องศา ความเร็วของการหมุนรอบตัวเองของโลกจะมีค่าประมาณ 850 กิโลเมตร / ชั่วโมง หรือประมาณครึ่งหนึ่งของความเร็วที่ศูนย์สูตร แต่บริเวณขั้วโลกความเร็วในการหมุนรอบตัวเองของโลกมีค่าเป็นศูนย์ ผลจากการที่อัตราความเร็วของการหมุนรอบตัวเองของโลกต่างกัน จะมีผลตามมาที่สำคัญ คือ แรงเหวี่ยงของโลกมีผลต่อน้ำหนักของวัตถุ เพราะเป็นแรงหนีศูนย์กลาง ดังเช่น วัตถุชิ้นหนึ่งมีน้ำหนัก 250 กิโลกรัมที่ศูนย์สูตร ขณะที่โลกยังไม่มีแรงเหวี่ยง แต่ถ้าโลกมีแรงเหวี่ยงเกิดขึ้นจะทำให้น้ำหนักของวัตถุเท่ากับ 249 กิโลกรัม แสดงว่าแรงเหวี่ยงจากการหมุนรอบตัวเองของโลกมีผลต่อน้ำหนักของวัตถุ มีผลต่อทิศทางของลมและกระแสน้ำ โดยทิศทางของลมและกระแสน้ำบริเวณขั้ว โลกเหนือจะเบนไปทางขวามือ ส่วนซีกโลกใต้จะเบนไปทางซ้ายมือ เพราะโลกหมุนรอบตัวเองจากทิศตะวันตกไปทิศตะวันออก
โลกหมุนรอบตัวเองทำให้เกิดอะไรขึ้นบ้าง ? การหมุนรอบตัวเองของโลกทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่สำคัญ คือ การเกิดกลางวันและกลางคืน (Day and Night) เมื่อโลกหมุนรอบตัวเองด้านที่หันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์จะทำให้เกิดกลางวันส่วนด้านที่หันหลังให้ดวงอาทิตย์จะเป็นเวลากลางคืน ในขณะที่โลกหมุนรอบตัวเองจากทิศตะวันตกไปยังทิศตะวันออก จะทำให้เราเห็นดวงอาทิตย์ขึ้นมาจากขอบฟ้าทางด้านทิศตะวันออก และตกทางขอบฟ้าด้านทิศตะวันตกเสมอ ณ บริเวณเส้นศูนย์สูตรเวลาในช่วงกลางวันและกลางคืนจะเท่ากัน คือ 12 ชั่วโมง และเนื่องจากการเอียงของแกนโลกทำให้บริเวณต่างๆ มีระยะเวลาในการรับแสงอาทิตย์ไม่เท่ากัน ทำให้ระยะเวลาในช่วงกลางวันและกลางคืนต่างกัน เช่น ซีกโลกเหนือระยะเวลากลางวันในฤดูร้อนจะยาวนานมาก และในบริเวณขั้วโลกเหนือ และขั้วโลกใต้จะมีเวลากลางวันตลอด 24 ชั่วโมง เกิดรุ่งอรุณและสนธยา (Dawn and Twilight) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากโมเลกุลหรือนุภาคต่าง ๆ ในบรรยากาศ เช่น ฝุ่นละออง ความชื้น เกิดการสะท้อนแสงของดวงอาทิตย์กลับมายังพื้นโลก ซึ่งจะเกิดก่อนดวงอาทิตย์ขึ้น และหลังดวงอาทิตย์ตกดิน เราจะเห็นเป็นแสงสีแดงเนื่องจากแสงที่ส่องมาจากดวงอาทิตย์อยู่ในลักษณะเอียงลาด ไม่ได้ตั้งฉากเหมือนตอนกลางวัน แสงสีน้ำเงินและสีเหลืองมีการหักเหของแสงมาก แต่แสงสีแดงมีการหักเหน้อยที่สุด ทำให้เรามองเห็นท้องฟ้าเป็นสีแดงในช่วงเวลาดังกล่าว

Chapter 3 Atmosphereic of Earth

เราแบ่งชั้นบรรยากาศของโลกเป็นกี่ชั้น ?

การแบ่งชั้นบรรยากาศของโลกพิจารณาโดยการใช้อุณหภูมิเป็นเกณฑ์ในการจำแนก ศึกษาโดยการส่ง บอลลูน การตรวจสอบโดยการใช้คลื่นวิทยุ หรือการศึกษาจากดาวเทียม บรรยากาศที่ห่อหุ้มโลกส่วนใหญ่ประมาณร้อยละ 97 อยู่สูงจากผิวโลกขึ้นไปประมาณไม่เกิน 29 กิโลเมตร และอีกประมาณร้อยละ 3 เป็นลักษณะของบรรยากาศที่มีการฟุ้งกระจาย ณ ความสูงที่มากขึ้นบรรยากาศจะเบาบางลงมาก ดังนั้นการกำหนดขอบเขตของบรรยากาศโลกจึงเป็นเรื่องที่ค่อนข้างยาก อย่างไรก็ตามเมื่อพิจารณาจากเกณฑ์ดังกล่าวข้างต้น เราแบ่งชั้นบรรยากาศออกได้เป็น ดังนี้

บรรยากาศชั้นโฮโมสเฟียร์ (Homosphere) เป็นชั้นบรรยากาศที่อยู่สูงจากพื้นโลกขึ้นไปไม่เกิน 90 กิโลเมตร เมื่อพิจารณาจากความ แตกต่างด้านอุณหภูมิสามารถแบ่งย่อยเป็น 3 ชั้นย่อย ได้แก่ บรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ (Troposphere) เป็นชั้นที่อยู่ติดกับพื้นโลก มีความหนาไม่เท่ากัน บรรยากาศชั้นนี้อยู่ใกล้ ชิดกับมนุษย์มากที่สุด มีระดับความสูงไม่เกิน 14 กิโลเมตร จากผิวดิน ความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงเป็นไปในลักษณะ "ยิ่งสูงยิ่งหนาว" โดยที่อุณหภูมิจะลดลงทุก 0.6 องศาเซลเซียส ต่อความสูงที่เพิ่มขึ้นทุก 100 เมตร บรรยากาศชั้นนี้เป็นชั้นที่มีการเปลี่ยนแปลงของลมฟ้าอากาศ และปรากฏการณ์ทางลมฟ้าอากาศ เช่น ฝน เมฆ ลม พายุ เป็นต้น บรรยากาศชั้นนี้มีแนวสูงสุดของชั้นบรรยากาศเรียกว่า โทรโพพอส (Tropopause) บรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ (Stratosphere) เป็นชั้นบรรยากาศที่อยู่เหนือชั้นโทรโพพอสขึ้นไป เป็นชั้นบรรยากาศที่มี ความสูงตั้งแต่ 14 - 50 กิโลเมตร โดยถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนคือ ส่วนที่อยู่ชิดกับบรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ เป็นส่วนล่าง มีโอโซนอยู่อย่างหนาแน่น ซึ่งเป็นรอยต่อของชั้น โทรโพพอส แนวโอโซนดังกล่าวทำหน้าที่ในการป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ และส่วนที่สองอยู่ถัดจากแนวโอโซนขึ้นไปจนถึง 50 กิโลเมตร ช่วงนี้อากาศจะเบาบางมาก มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิคือ "ยิ่งสูงอากาศยิ่งร้อน " บรรยากาศชั้นนี้มีแนวสูงสุดเรียกว่า สตราโตพอส (Stratopause) เป็นชั้นที่มีอุณหภูมิคงที่ บรรยากาศชั้นมีโซเฟียร์ (Mesosphere) เป็นชั้นบรรยากาศที่มีระดับความสูงจากพื้นดิน 50 – 90 กิโลเมตร มี อากาศเบาบางมาก การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิคือ " ยิ่งสูงอุณหภูมิยิ่งลดต่ำลง " ชั้นบรรยากาศนี้สามารถสะท้อนคลื่นวิทยุได้ดี และขณะเดียวกันด้วยคุณสมบัติทางด้านอุณหภูมิจึงเป็นเสมือนเกราะป้องกันหรือลดความรุนแรงของอุกาบาตที่จะตกมากระทบพื้นโลก โดยจะช่วยทำลายอุกาบาตให้ลุกไหม้ก่อนที่จะตกลงมาสู่พื้นโลก บรรยากาศชั้นนี้มีแนวสูงสุดเรียกว่า มีโซพอส (Mesopause)

บรรยากาศชั้นเฮเทอโรสเฟียร์ (Heterosphere) เป็นชั้นบรรยากาศที่อยู่สูงระหว่าง 90 กิโลเมตร ถึง 10,000 กิโลเมตร เป็นเขตบรรยากาศ สุดท้ายที่มีอากาศเบาบาง ว่างเปล่า จนเข้าสู่ลักษณะสุญญากาศ แบ่งออกเป็น 2 ชั้นย่อย คือ บรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ (Ionosphere) อยู่สูงจากระดับพื้นดินไม่เกิน 90 - 350 กิโลเมตร มีแนวสูงสุด เรียกว่า ไอโอโนพอส (Ionospuase) เนื่องจากสภาพของบรรยากาศเบาบางมาก อนุภาคโปรตอนและอิเลคตรอนจึงหลุดออกสู่อวกาศได้อย่างง่ายดาย นอกจากนั้นบรรยากาศชั้นนี้เป็นสื่อไฟฟ้าได้เป็นอย่างดี เนื่องจากความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้าต่างๆ ที่เป็นองค์ประกอบ และอะตอมของก๊าซต่างๆ มีประจุไฟฟ้าลบน้อยเกินไป ลักษณะอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศนี้เป็นแบบ " ยิ่งสูงยิ่งร้อน " บรรยากาศชั้นนี้แยกย่อยได้ดังนี้ บรรยากาศชั้น D (D Layer) เกิดจากรังสีอัลตราไวโอเลต (Ultra Violet) ของดวงอาทิตย์ ทำให้ก๊าซไนตริกออกไซด์กลายเป็นประจุไฟฟ้า มีระดับความสูง 97 กิโลเมตร จากพื้นดิน ช่วยในการสะท้อนระบบคลื่นวิทยุคลื่นยาวกลับมายังพื้นโลก ตอนล่างของบรรยากาศชั้นนี้จะอยู่ในชั้นบรรยากาศ มีโซเฟียร์ บรรยากาศชั้น E (E Layer) เกิดจากการกระทำของรังสีเอกซ์ (X - Ray) จากดวงอาทิตย์ ทำให้ก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศกลายเป็นประจุไฟฟ้า มีระดับความสูงจากพื้นดินระหว่าง 110 - 150 กิโลเมตร ช่วยสะท้อนระบบคลื่นวิทยุคลื่นปานกลางกลับมายังพื้นโลก บรรยากาศชั้น F (F Layer) เป็นชั้นบรรยากาศที่เกิดจากรังสีอัลตราไวโอเลต (Ultra Violet) ของดวงอาทิตย์ ทำให้ก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ กลายเป็นประจุไฟฟ้า มีระดับความสูงจากพื้นดินระหว่าง 150 - 300 กิโลเมตร ช่วยสะท้อนระบบคลื่นวิทยุคลื่นสั้นกลับมายังพื้นโลก
บรรยากาศชั้นเอกโซเฟียร์ (Exosphere) คำว่า " เอกโซ " มาจากภาษากรีก แปลว่า " ชั้นนอก " เป็นบรรยากาศ ที่ห่อหุ้มโลกภายนอกสุด และจะกลืนเข้ากับห้วงอวกาศในที่สุด ไม่สามารถกำหนดได้ว่ามีขอบเขตเท่าใด ชั้นบรรยากาศมีอุณหภูมิสูงเนื่องจากความร้อนจากแสงอาทิตย์ ส่วนใหญ่คือก๊าซฮีเลียมและไฮโดรเจนที่ซ้อนกันอยู่

ชั้นบรรยากาศแมกนิโตสเฟียร์ (Magnetosphere) เป็นปรากฏการณ์ของสนามแม่เหล็กโลก เราเรียกว่าสนามแม่เหล็กภายนอก โดยอยู่สูงจาก ระดับพื้นดินไปประมาณ 13,000 กิโลเมตร ซึ่งนับว่าอยู่สูงจากชั้นบรรยากาศ เราจึงเรียกสนามแม่เหล็กภายนอกนี้ว่า แมกนิโตสเฟียร์ มีแนวสูงสุดเรียกว่า แมกนิโตพอส (Magnetopause) ลักษณะของสนามแม่เหล็กคล้ายกับวงแหวนล้อมรอบโลกเอาไว้ รูปร่างของแมกนิโตสเฟียร์จะเปลี่ยนไปตามอำนาจของพายุแม่เหล็กที่เราเรียกว่า ลมสุริยะ (Solar wind) และประจุไฟฟ้าโปรตอน อิเล็กตรอน จากดวงอาทิตย

Chapter 4 Air mass & frontal

แนวอากาศ (Air Front) หรือแนวปะทะของมวลอากาศ เกิดขึ้นได้อย่างไร ?

แนวอากาศ หรือ แนวปะทะมวลอากาศ เกิดจากสภาวะที่อากาศที่แตกต่างกันมาก โดยมีอุณหภูมิและความชื้นต่างกันมากมาพบกัน จะไม่ผสมกลมกลืนกันแต่จะแยกจากกัน โดยที่ส่วนหน้าของมวลอากาศจะมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ลักษณะของมวลอากาศที่อุ่นกว่าจะถูกดันตัวให้ลอยไปอยู่เหนือลิ่มมวลอากาศเย็น เนื่องจากมวลอากาศอุ่นมีความหนาแน่นน้อยกว่ามวลอากาศเย็น แนวที่แยกมวลอากาศทั้งสองออกจากกันเราเรียกว่า แนวอากาศ โดยทั่วไปแล้วตามแนวอากาศหรือแนวปะทะอากาศจะมีลักษณะของความแปรปรวนลมฟ้าอากาศเกิดขึ้น เราสามารถจำแนกแนวอากาศหรือแนวปะทะอากาศของมวลอากาศได้ 4 ชนิด ได้แก่ แนวปะทะของมวลอากาศอุ่น (Warm Front) เกิดจากการที่มวลอากาศอุ่นเคลื่อนที่เข้ามายังบริเวณที่มีมวลอากาศเย็นกว่า โดยมวลอากาศเย็นจะยังคงตัวบริเวณพื้นดิน มวลอากาศอุ่นจะลอยตัวสูงขึ้น ซึ่งแนวของอากาศอุ่นจะมีความลาดชันน้อยกว่าแนวอากาศเย็น ซึ่งจากปรากฏการณ์แนวปะทะมวลอากาศอุ่นดังกล่าวนี้ลักษณะอากาศจะอยู่ในสภาวะทรงตัว แต่ถ้าลักษณะของมวลอากาศอุ่นมีการลอยตัวขึ้นในแนวดิ่ง (มีความลาดชันมาก) จะก่อให้เกิดฝนตกหนักและพายุฝนฟ้าคะนอง สังเกตได้จากการเกิดเมฆฝนเมฆนิมโบสเตรตัส หรือการเกิดฝนซู่ หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าฝนไล่ช้าง แนวปะทะของมวลอากาศเย็น (Cold Front) เมื่อมวลอากาศเย็นเคลื่อนตัวลงมายังบริเวณที่มีละติจูดต่ำ มวลอากาศเย็นจะหนัก จึงมีการเคลื่อนตัวติดกับผิวดิน และจะดันให้มวลอากาศอุ่นที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า ลอยตัวขึ้นตามความลาดเอียง ซึ่งมีความลาดชันมากถึง 1:80 ซึ่งปรากฏการณ์ดังกล่าวตามแนวปะทะอากาศเย็นจะมีสภาพอากาศแปรปรวนมาก มวลอากาศร้อนถูกดันให้ลอยตัวยกสูงขึ้น เป็นลักษณะการก่อตัวของเมฆ คิวมูโลนิมบัส (Cumulonimbus) ท้องฟ้าจะมืดครึม เกิดพายุฝนฟ้าคะนองอย่างรุนแรง เราเรียกบริเวณดังกล่าวว่า “แนวพายุฝน” (Squall Line) แนวปะทะของมวลอากาศซ้อน (Occluded Front) เมื่อมวลอากาศเย็นเคลื่อนที่ในแนวทางติดกับแผ่นดิน จะดันให้มวลอากาศอุ่นใกล้กับผิวโลกเคลื่อนที่ไปในแนวเดียวกันกับมวลอากาศเย็น มวลอากาศอุ่นจะถูกมวลอากาศเย็นซ้อนตัวให้ลอยสูงขึ้น และเนื่องจากมวลอากาศเย็นเคลื่อนตัวได้เร็วกว่าจึงทำให้มวลอากาศอุ่นช้อนอยู่บนมวลอากาศเย็น เราเรียกลักษณะดังกล่าวได้อีกแบบว่าแนวปะทะของมวลอากาศปิด ลักษณะของปรากฏการณ์ดังกล่าวจะทำให้เกิดเมฆคิวมูโลนิมบัส (Cumulonimbus) และทำให้เกิดฝนตก หรือพายุฝนได้เช่นกัน แนวปะทะมวลอากาศคงที่ (Stationary Front) นอกจากแนวปะทะอากาศดังกล่าวมาแล้วนั้นจะมีลักษณะแนวปะทะอากาศของมวลอากาศคงที่อีกชนิดหนึ่ง (Stationary Front) ซึ่งเป็นแนวปะทะของมวลอากาศที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของมวลอากาศอุ่นและมวลอากาศเย็นเข้าหากัน และจากสภาพที่ทั้งสองมวลอากาศมีแรงผลักดันเท่ากัน จึงเกิดภาวะสมดุลของแนวปะทะอากาศขึ้น แต่จะเกิดในชั่วระยะเวลาใดเวลาหนึ่งเท่านั้น เมื่อมวลอากาศใดมีแรงผลักดันมากขึ้นจะทำให้ลักษณะของแนวปะทะอากาศเปลี่ยนไปเป็นแนวปะทะอากาศแบบอื่น ๆ ทันที

การเกิดพายุหมุน

พายุหมุนเกิดจากศูนย์กลางความกดอากาศต่ำ ทำให้บริเวณโดยรอบศูนย์กลางความกดอากาศต่ำ ซึ่งก็คือ ความกดอากาศสูงโดยรอบจะพัดเข้าหาศูนย์กลางความกดอากาศต่ำ ขณะเดียวกันศูนย์กลางความกดอากาศต่ำจะลอยตัวสูงขึ้น และเย็นลงด้วยอัตราอะเดียเบติก (อุณหภูมิลดลงเมื่อความสูงเพิ่มขึ้น) ทำให้เกิดเมฆและหยาดน้ำฟ้า พายุหมุนจะมีความรุนแรงหรือไม่ขึ้นอยู่กับอัตราการลดลงของความกดอากาศ ถ้าอัตราการลดลงของความกดอากาศมีมากจะเกิดพายุรุนแรง เราสามารถแบ่งพายุหมุนออกเป็น 3 กลุ่ม ดังนี้

พายุหมุนนอกเขตร้อน ได้แก่ พายุหมุนที่เกิดขึ้นในเขตละติจูดกลางและเขตละติจูดสูง ซึ่งในเขตละติจูดดังกล่าวจะ มีแนวมวลอากาศเย็นจากขั้วโลกหรือมหาสมุทรอาร์กติก เคลื่อนตัวมาพบกับมวลอากาศอุ่นจากเขตกึ่งโซนร้อน มวลอากาศดังกล่าวมีคุณสมบัติต่างกัน แนวอากาศจะเกิดการเปลี่ยนโดยเริ่มมีลักษณะโค้งเป็นรูปคลื่น อากาศอุ่นจะลอยตัวสูงขึ้นเหนืออากาศเย็น ซึ่งเช่นเดียวกับแนวอากาศเย็นซึ่งจะเคลื่อนที่เข้าแทนที่แนวอากาศอุ่น ทำให้มวลอากาศอุ่นลอยตัวสูงขึ้น และจากคุณสมบัติการเคลื่อนที่ของมวลอากาศเย็นที่เคลื่อนตัวได้เร็วกว่า แนวอากาศ อย่างไรก็ตามเวลาที่เกิดพายุหมุนนั้นจะเกิดลักษณะของศูนย์กลางความกดอากาศขึ้น ซึ่งก็คือ ศูนย์กลางความกดอากาศต่ำ ลมจะพัดเข้าหาศูนย์กลาง (ความกดอากาศสูงเคลื่อนที่เข้าหาศูนย์กลางความกดอากาศต่ำ) ซึ่งลมพัดเข้าหาศูนย์กลางดังกล่าวในซีกโลกเหนือ มีทิศทางการพัดวนทวนเข็มนาฬิกา ส่วนในซีกโลกใต้มีทิศทางตามเข็มนาฬิกา ซึ่งเป็นผลมาจากการหมุนของโลกนั่นเอง

พายุทอร์นาโด (Tornado) เป็นพายุขนาดเล็กแต่มีความรุนแรงมากที่สุด มักเกิดในประเทศสหรัฐอเมริกา และนอกนั้นเกิดที่แถบประเทศออสเตรเลีย พายุดังกล่าวเกิดจากอากาศเคลื่อนที่เข้าหาศูน์กลางความกดอากาศต่ำอย่างรวดเร็ว ลักษณะพายุคล้ายปล่องไฟสีดำห้อยลงมาจากเมฆคิวมูโลนิมบัส (Cumulonimbus) ในมวลพายุมีไอน้ำและฝุ่นละออง ตลอดจนวัตถุต่าง ๆ ที่ถูกลมพัดลอยขึ้นไปด้วยความเร็วลมกว่า 400 กิโลเมตร / ชั่วโมง เมื่อพายุเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดฐานของมันจะกวาดทุกอย่างบนพื้นดินขึ้นไปด้วย ก่อให้เกิดความเสียหายมาก พายุทอร์นาโดจะเกิดในช่วงฤดูใบไม้ผลิ และฤดูร้อน เนื่องจากมวลอากาศขั้วโลกภาคพื้นสมุทรมาเคลื่อนที่พบกับมวลอากาศเขตร้อนภาคพื้นสมุทร และถ้าเกิดขึ้นเหนือพื้นน้ำเราเรียกว่า "นาคเล่นน้ำ" (Waterspout)

พายุหมุนเขตร้อน เป็นพายุหมุนที่เกิดขึ้นในเขตร้อนบริเวณเส้นศูนย์สูตรระหว่าง 8 - 12 องศา เหนือและใต้ โดยมากมักเกิดบริเวณพื้นทะเลและมหาสมุทรที่มีอุณหภูมิของน้ำสูงกว่า 27 องศาเซลเซียส พายุหมุนเขตร้อนเป็นลักษณะของบริเวณความกดอากาศต่ำ ศูนย์กลางพายุเป็นบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำมากที่สุด เรียกว่า "ตาพายุ" (Eye of Storm) มีลักษณะกลม และกลมรี มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางตั้งแต่ 50 - 200 กิโลเมตร บริเวณตาพายุจะเงียบสงบ ไม่มีลม ท้องฟ้าโปร่ง ไม่มีฝนตก ส่วนรอบๆ ตาพายุจะเป็นบริเวณที่มีลมพัดแรงจัด มีเมฆครึ้ม มีฝนตกพายุรุนแรง พายุหมุนเขตร้อนจัดเป็นพายุที่มีความรุนแรงมาก เกิดจากศูนย์กลางความกดอากาศต่ำ ที่มีลมพัดเข้าหาศูนย์กลาง ในซีกโลกเหนือทิศทางการหมุนของลมมีทิศทางทวนเข็มนาฬิกา ส่วนซีกโลกใต้มีทิศทางตามเข็มนาฬิกา ความเร็วลมเข้าสู่ศูนย์กลางอยู่ระหว่าง 120 - 200 กิโลเมตร/ชั่วโมง พายุในเขตนี้จะมีฝนตกหนัก องค์การอุตุนิยมวิทยาโลกแบ่งประเภทพายุหมุนตามความเร็วใกล้ศูนย์กลางพายุ โดยแบ่งตามระดับความรุนแรง ได้ดังนี้

พายุดีเปรสชั่น (Depression) ความเร็วลมน้อยกว่า 63 กิโลเมตร / ชั่วโมง เป็นพายุอ่อนๆ มี ฝนตกบาง ถึงหนัก
พายุโซนร้อน (Tropical Storm) ความเร็วลม 64 - 115 กิโลเมตร / ชั่วโมง มีกำลังปานกลาง มีฝนตกหนัก
พายุหมุนเขตร้อน หรือพายุไซโคลนเขตร้อน (Tropical Cyclone) ความเร็วลม มากกว่า 115 กิโลเมตร / ชั่วโมง เป็นพายุที่มีกำลังแรงสูงสุดมีฝนตกหนักมาก บางครั้งจะมีพายุฝนฟ้าคะนองด้วย

พายุหมุนเขตร้อนมีชื่อเรียกต่าง ๆ กันตามแหล่งกำเนิด ดังนี้

ถ้าเกิดในมหาสมุทรแปซิฟิก และทะเลจีนใต้ เรียกว่า ใต้ฝุ่น (Typhoon)
ถ้าเกิดในอ่าวเบงกอล และทะเลอาหรับ เรียกว่า พายุไซโคลน (Cyclone)
ถ้าเกิดในแอตแลนติก และทะเลแคริบเบียน เรียกว่า พายุเฮอร์ริเคน (Hurricane)
ถ้าเกิดในทะเลประเทศฟิลิปปินส์ เรียกว่า พายุบาเกียว (Baguio)
ถ้าเกิดที่ทะเลออสเตรเลีย เรียกว่า พายุวิลลี วิลลี่ (Willi-Willi)

Chapter 5 Global Climate System

ภูมิอากาศ" ต่างจาก "ลมฟ้าอากาศ" อย่างไร ?

ภูมิอากาศ (Climate) หมายถึง สภาวะอากาศของทวีป ประเทศ เมือง หรือท้องถิ่นแห่งหนึ่งแห่งใดในช่วงระยะเวลาหนึ่ง เป็นลักษณะอากาศที่เกิดขึ้นในช่วงระยะเวลายาวนาน จึงจัดได้ว่าเป็นตัวแทนของลักษณะอากาศเฉลี่ยของภูมิภาคใดภูมิภาคหนึ่งในช่วงระยะเวลาหนึ่ง ในบางครั้งเราเรียกว่า “ภูมิอากาศประจำถิ่น“(Topoclimate) ข้อมูลภูมิอากาศได้มาจากการตรวจอากาศประจำวันและนำข้อมูลที่ได้มาทำการบันทึกติดต่อกันเป็นเวลานาน และจึงนำมาหาค่าเฉลี่ยอีกครั้งหนึ่ง โดย ข้อมูลที่จัดเก็บได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้น ปริมาณน้ำฝน เมฆ และลม ร่วมกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ อันได้แก่ ทัศนวิสัย แสงแดด พายุหมุน เป็นต้น ข้อมูลดังกล่าวเราเรียกว่า “ ธาตุประกอบอุตุนิยมวิทยา ” (Meteorological Element)

“ลมฟ้าอากาศ”(Weather) หมายถึง สภาวะอากาศที่เกิดขึ้นในช่วงระยะเวลาหนึ่งในพื้นที่แห่งหนึ่ง ต่างจากภูมิอากาศที่มีสภาวะอากาศเปลี่ยนแปลงไปตามช่วงระยะเวลาต่างๆ ในรอบปี โดย ภูมิอากาศเป็นสภาวะอากาศเฉลี่ย หรือลมฟ้าอากาศเฉลี่ยในระยะเวลาหลายๆ ปีของพื้นที่แห่งใดแห่งหนึ่งนั่นเอง

อะไรเป็นตัวการทำให้ภูมิอากาศบนโลกของเรามีความแตกต่างกัน ?

จากลักษณะสภาพทั่วไปของพื้นผิวโลกที่มีความแตกต่างกัน มีผลทำให้ลักษณะภูมิอากาศแตกต่างกันไป หรือแม้แต่พื้นที่ตำแหน่งละติจูดเดียวกันบนพื้นโลก แต่ถ้าหากอยู่กันคนละพื้นที่ก็ทำให้มีลักษณะภูมิอากาศแตกต่างกันได้ โดยขึ้นอยู่กับตัวการหรือปัจจัยที่ควบคุมลมฟ้าอากาศที่แตกต่างกัน ปัจจัยดังกล่าว ได้แก่ ละติจูด (Latitude) พื้นที่แต่ละแห่งบนพื้นโลกอยู่แตกต่างกันไปในแต่ละเขตละติจูดซึ่งมีผลต่อการได้รับแสงหรือมุมของรังสีตกกระทบจากดวงอาทิตย์ ระยะเวลาในการได้รับแสง ทำให้เกิดการแปรผันของลมฟ้าอากาศตามมา และทำให้เกิดความแตกต่างกันในพิสัยของอุณหภูมิของแต่ละพื้นที่บนโลก เช่น ในเขตละติจูดต่ำมักมีอากาศร้อน และกึ่งโซนร้อน ส่วนบริเวณละติจูดสูงมีอากาศหนาวเย็นกว่า ลักษณะของพื้นดินและพื้นน้ำ (Land and Water Area) ลักษณะการกระจายตัวของพื้นดินและพื้นน้ำบนผิวโลก มีผลต่อการรับและคายความร้อน ของพื้นดินและพื้นน้ำที่มีความแตกต่างกัน เช่น พื้นดินจะรับและคายความร้อนได้เร็วกว่าพื้นน้ำ ทำให้พื้นดินเย็นเร็วกว่าพื้นน้ำ ทำให้อุณหภูมิของอากาศบนพื้นดินมีการเปลี่ยนแปลงเร็วกว่าพื้นน้ำ และมีผลทำให้สภาพภูมิอากาศภาคพื้นดินที่อยู่ลึกจากชายฝั่งทะเลเข้าไปมากมีลักษณะอากาศที่แตกต่างกันมาก ได้แก่ ในฤดูหนาวอากาศหนาวจัด และในฤดูร้อนอากาศร้อนอบอ้าวมากกว่าลักษณะภูมิอากาศชายฝั่งทะเล ความกดอากาศและลม (Wind and Pressure) จากความแตกต่างระหว่างที่ตั้งในละติจูดต่างกัน ความแตกต่างระหว่างพื้นดินและพื้นน้ำ ทำให้มีผลต่อการถ่ายเทอากาศและการเคลื่อนที่ของอากาศแตกต่างกัน อากาศที่เคลื่อนที่มีผลต่อการถ่ายเทความร้อนเย็น การควบคุมอุณหภูมิของพื้นโลก โดยการพาความร้อนจากบริเวณหนึ่งไปยังบริเวณหนึ่ง พื้นผิวโลกมีขนาดที่แตกต่างกันจึงได้รับความร้อนและความเย็นไม่เท่ากัน นาดของพื้นที่จึงสัมพันธ์กับความกดอากาศ เช่น ในเขตละติจูดกลางจะมีลมฝ่ายตะวันตกพัดอยู่เป็นประจำ ส่วนในเขตละติจูดต่ำจะมีลมฝ่ายตะวันออกพัดอยู่เป็นประจำเช่นกัน กระแสน้ำในมหาสมุทร (Ocean Current) กระแสน้ำในมหาสมุทรทั้งกระแสน้ำอุ่นและกระแสน้ำเย็น มีผลต่อการนำพาความร้อนและความเย็น ซึ่งมีผลต่ออุณหภูมิและปริมาณน้ำฝนของพื้นที่ชายฝั่งทะเลเป็นอันมาก เช่น พื้นที่บริเวณใดที่มีกระแสน้ำอุ่นไหลผ่านลักษณะภูมิอากาศจะมีความชุ่มชื้น หรือบริเวณใดที่มีกระแสน้ำเย็นไหลผ่านลักษณะอากาศจะมีอุณหภูมิลดต่ำลงและมีความแห้งแล้งกว่า ดังนั้นลักษณะภูมิอากาศของพื้นที่ที่มีกระแสน้ำอุ่นหรือกระแสน้ำเย็นไหลผ่านจึงมีความแตกต่างไปจากบริเวณอื่นที่ตั้งอยู่ในเขตละติจูดเดียวกัน หรือบริเวณพื้นที่ที่อยู่ลึกเข้าไปในพื้นแผ่นดิน ตำแหน่งที่ตั้งทางภูมิศาสตร์และลมประจำที่พัดผ่าน (Location) ที่ตั้งทางภูมิศาสตร์และลมประจำที่พัดผ่าน มีความเกี่ยวข้องกับพื้นดินและพื้นน้ำดังที่ได้กล่าวมาแล้วคือ ลมประจำที่พัดจากภาคพื้นสมุทรเข้าไปยังภาคพื้นทวีปจะทำให้บริเวณที่ตั้งรับลมมีลักษณะอากาศชุ่มชื้น ในทางตรงกันข้ามถ้าที่ตั้งอยู่ในบริเวณที่ลมประจำที่พัดผ่านจากภาคพื้นทวีปออกไปยังภาคพื้นสมุทรจะทำให้พื้นที่ดังกล่าวมีสภาพที่แห้งแล้งมากกว่า และนอกจากนั้นในด้านตำแหน่งที่ตั้งที่เกี่ยวข้องกับความสูงต่ำของลักษณะภูมิประเทศ เช่น การทอดตัวของแนวเทือกเขาสูงที่ขวางกั้นทิศทางลมประจำ จะมีผลต่อลักษณะภูมิอากาศทางด้านต้นลมของภูเขาและด้านปลายลมของภูเขาแตกต่างกันไป กล่าวคือ ด้านต้นลมของภูเขาที่ได้รับอิทธิพลจากลมประจำถิ่นภาคพื้นสมุทรจะมีลักษณะภูมิอากาศอบอุ่นและชุ่มชื้นมากกว่าด้านปลายลมซึ่งมักมีอากาศร้อนและแห้งแล้ง ส่วนที่ตั้งที่มีระดับความสูงต่ำต่างกัน แม้ว่าจะอยู่ในเขตละติจูดเดียวกันก็ตามจะมีลักษณะภูมิอากาศที่ไม่เหมือนกัน โดยที่ตั้งที่มีระดับความสูงมากกว่าจะมีลักษณะอากาศหนาวเย็นมากกว่าที่ตั้งที่มีระดับความสูงน้อยกว่า

Chapter 6 Earth Dynamic Lithosphere

โครงสร้างของเปลือกโลก

เราทราบมาแล้วว่าโลกมีสัณฐานเกือบกลม หรือทรงรีแห่งการหมุน โดยขั้วทั้งสองมีการยุบตัวลงอันเนื่องมาจากแรงเหวี่ยงจากการหมุนของโลก และพื้นผิวของเปลือกโลกยังมีระดับความสูงที่แตกต่างกันรวมถึงพื้นมหาสมุทร จุดที่สูงที่สุดของโลกอยู่บริเวณเทือกเขาหิมาลัยที่ยอดเขาเอเวอร์เรสต์ ที่มีความสูงประมาณ 8,848 เมตร จากระดับน้ำทะเลปานกลาง1 และจุดที่ลึกที่สุดของพื้นมหาสมุทรอยู่ที่ร่องลึกมาเรียนา ความลึกประมาณ 10,997 เมตร จากระดับน้ำทะเลปานกลาง นักวิทยาศาสตร์สามารถสันนิษฐานโครงสร้างและองค์ประกอบของเปลือกโลกได้จากการศึกษาทางด้านคลื่นความสั่นสะเทือนที่เกิดจากแผ่นดินไหว การทดลองในท้องปฏิบัติการโดยการศึกษาถึงคุณสมบัติของคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านหินต่าง ๆ ตลอดจนกิจกรรมการทำเหมืองแร่ของมนุษย์ การขุดเจาะเปลือกโลกในระดับลึก โดยใช้วิธีการศึกษาทางธรณีฟิสิกส์ ทำให้มนุษย์ได้รับความรู้อย่างยิ่งเกี่ยวกับโครงสร้างของโลก ว่าโลกประกอบด้วยชั้นโครงสร้างที่มีคุณสมบัติทางฟิสิกส์ และเคมีเฉพาะในแต่ละชั้น โดยแบ่งออกเป็น 3 ชั้น คือ เปลือกโลก (Crust) คือส่วนของแข็งชั้นนอกสุด มีความหนาประมาณ 16 - 40 กิโลเมตร ได้แก่ ส่วนที่เป็นทวีปทั้งหมด ซึ่งแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ได้แก่ ไซอัล (Sial) เป็นส่วนที่แข็งโครงสร้างของหินเปลือกโลก ได้แก่ หินแกรนิต มีแร่ธาตุประเภท ซิลิคอน และอลูมิเนียม เป็นส่วนประกอบหลัก พบได้ทั่วไปบริเวณเปลือกโลกส่วนที่เป็นทวีป มีความหนาประมาณ 16 - 40 กิโลเมตร และไซมา (Sima) เป็นส่วนที่มีความหนาประมาณ 8 กิโลเมตร ถัดจากไซอัลลงมามีหินบะชอลต์เป็นองค์ประกอบหลัก และประกอบไปด้วยแร่ซิลิคอน เหล็ก และแมกนีเซียม พบทั่วไปบริเวณเปลือกโลกที่เป็นพื้นมหาสมุทรตอนล่าง และบริเวณรอยแยกของเปลือกโลกส่วนที่เป็นภูเขาไฟ เปลือกโลกชั้นใน หรือชั้นของหินหลอมละลาย (Intermediate Zone) เป็นชั้นที่อยู่ถัดจากเปลือกโลกลงไป มีความร้อน ความกดดันและความหนาแน่นสูง ความหนาประมาณ 2,895 กิโลเมตร เป็นชั้นของหินหลอมละลาย เนื่องจากเราพบแร่ประเภทออลิวัน ซึ่งเป็นแร่ที่มีซิลิเกตของเหล็กและแมกนีเซียมรวมตัวกัน เป็นองค์ประกอบอยู่ในหินดูไนต์ เรามักพบหินประเภทนี้ปะปนออกมากับการระเบิดของภูเขาไฟ ซึ่งหินชนิดนี้โดยมากเราไม่พบบนเปลือกโลก เปลือกโลกในชั้นนี้มีการเคลื่อนตัวของหินหลอมเหลวตลอดเวลาอันเนื่องมาจากการพาความร้อน แก่นโลก (Core) เป็นส่วนที่อยู่ภายในสุดของโลก มีรัศมีประมาณ 3,475 กิโลเมตร เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า "แก่นพิภพ" แบ่งออกเป็น 2 ส่วน ได้แก่ ชั้นนอกสุดของแก่นโลก (Outer Core) มีคุณสมบัติเป็นของเหลวของหินหลอมละลายคล้ายคลึงกับชั้นกลาง แต่องค์ประกอบหลักของแร่ธาตุ ได้แก่ เหล็ก และนิเกิล เป็นส่วนประกอบ ชั้นในสุดของแก่นโลก (Inner Core) มีคุณสมบัติเป็นของแข็งที่มีสภาพเป็นผลึก เนื่องมาจากภายใต้อุณหภูมิและความกดดันที่สูงมาก ประมาณ 3 - 4 ล้านเท่าของความกดอากาศ ณ ระดับน้ำทะเล จากโครงสร้างดังกล่าวของเปลือกโลกที่ประกอบไปด้วยส่วนต่างๆ ซึ่งจัดเป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่รวมกันเป็นมวลของโลก ส่วนประกอบของเปลือกโลกนับเป็นแหล่งกำเนิดของสิ่งมีชีวิต ทรัพยากรธรรมชาติ และปรากฏการณ์ต่าง ๆ โดยมีส่วนประกอบที่สำคัญ ได้แก่ ดิน (Soil) เป็นวัตถุที่ปกคลุมผิวโลกชั้นบาง ๆ ประกอบด้วย อินทรีย์วัตถุ และอนินทรียวัตถุ หิน (Rock) แบ่งเป็น หินอัคนี หินชั้น และหินแปร มีลักษณะเป็นมวลของแข็ง ประกอบด้วย แร่ธาตุชนิดต่างๆ มากมาย แร่ธาตุ (Mineral) เป็นอนินทรียวัตถุ ที่มีส่วนผสมทางเคมีคงที่ แร่ธาตุส่วนมากเป็นสารประกอบทั้งสิ้น ในแต่ละบริเวณของเปลือกโลกจะมีส่วนประกอบเหล่านี้แตกต่างกันไปตามสภาพการเกิดและการเปลี่ยนแปลงจากปัจจัยต่างๆ ภายนอกโลก

Chapter 7 Weathering & Mass Wasting

การผุพังอยู่กับที่ และปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการผุพังสลายตัวของมวลสาร

ความหมายของการผุพังสลายตัว

ราชบัณฑิตยสถาน,2519 การผุพังอยู่กับที่ (Weathering) เป็นกระบวนการทางธรณีวิทยาที่กระทำต่อพื้นที่ ทั้งส่วนที่อยู่ใต้ระดับน้ำจนขึ้นมาในอากาศ ตามความหมายของราชบัณฑิตยสถาน การผุพังอยู่กับที่ หมายถึง หินที่ผุพังลงด้วยกรรมวิธีทางเคมี จากลมฟ้าอากาศ น้ำฝน และรวมถึงการกระทำของต้นไม้กับแบคทีเรีย ตลอดจนการแตกตัวทางกลศาสตร์ มีการเพิ่มอุณหภูมิและลดอุณหภูมิสลับกันไป

Jackson และ Sherman (1953) ให้ความหมายของการผุพังอยู่กับที่ว่า หมายถึง การเปลี่ยนแปลงส่วนของของแข็งและส่วนประกอบที่เกิดขึ้นในเปลือกโลก ภายใต้อิทธิพลของน้ำและอากาศ

Riche (1945) การผุพังอยู่กับที่ หมายถึง การตอบสนองของวัสดุที่อยู่ในสภาวะสมดุลของธรรมชาติส่วนผิวโลก โดยเฉพาะส่วนใกล้ผิวโลกที่ติดกับบรรยากาศ น้ำ และสิ่งมีชีวิต สมดุลของการผุพังมักเกิดขึ้นแค่ชั่วขณะเท่านั้น เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลานั่นเอง

โดยสรุปแล้ว การผุพังอยู่กับที่ หมายถึง การที่หินเปลือกโลกมีการเปลี่ยนแปลงเพื่อให้มีความสมดุลกับสภาพแวดล้อมใหม่ เป็นกระบวนการทั้งหมดที่ทำให้หินที่ปราศจากสิ่งปกคลุมแตกออกอยู่กับที่โดยการที่หินนั้นกระทบกับน้ำและอากาศ และเกิดการทำปฏิกิริยาทำให้หินนั้นเปลี่ยนสภาพไป อาจมีการแตกออกเป็นก้อนเล็กๆ ซึ่งเป็นกระบวนการเตรียมตะกอนให้กับธรรมชาติที่รอการพัดพาไปตามตัวกระทำอื่นๆ นอกจากนั้นตะกอนที่เกิดจากการผุพังสลายตัวยังมีการเคลื่อนที่เป็นมวลสารไปตามความลาดเอียงของพื้นที่ในรูปแบบของการกลิ้ง การไหล เป็นการเสื่อมสลายตัวของมวลสาร (Mass Wasting)

ความแตกต่างระหว่างการผุพังและการกร่อน มีความแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงโดยการผุพังเป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและขนาดของหินต้นกำเนิดในอันที่จะตอบสนองต่อเงื่อนไขตามสภาพแวดล้อม มีสาเหตุมาจากสภาพทางด้านกายภาพ (Physical) และสภาพทางด้านเคมี (Chemical) โดยอาจเกิดจากสาเหตุใดสาเหตุหนึ่ง หรือเกิดร่วมกันก็ได้ และเป็นกระบวนการผุพังอยู่กับที่ที่ไม่มีการเคลื่อนที่ของมวลสาร เราจึงเรียกว่า การผุพังอยู่กับที่ (Weathering) ส่วนการสึกกร่อน (Erosion) มีเรื่องของการเคลื่อนที่ การเคลื่อนย้ายเข้ามาเกี่ยวข้อง โดยมีการนำพาดินตะกอน เศษชิ้นส่วน หรือการละลายเอาสารละลายต่างๆ ที่ละลายน้ำได้ ออกไปจากแหล่งที่เป็นต้นกำเนิด ซึ่งตัวการในการนำพาไป ได้แก่ การเคลื่อนที่ไปตามแรงโน้มถ่วงของโลก ลม น้ำ เป็นต้น

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการผุพังสลายตัว

ชนิดของหินต้นกำเนิด (Rocks) หินแต่ละชนิดมีกระบวนการเกิดที่แตกต่างกัน และมีแร่ที่เป็นองค์ประกอบหินต่างกันไป มีผลต่อการสลายตัวของมวลสาร (Decomposition) เช่น แร่ควอตซ์ เป็นแร่ที่อยู่ในหินแกรนิต มีการสลายตัวได้ยาก หินแกรนิตจึงมีความทนทานต่อการผุพังมาก นอกจากแร่ที่เป็นส่วนประกอบแล้ว ยังพบว่าโครงสร้างของหินก็มีผลต่อการผุพังเช่นเดียวกัน เช่น หินทราย เกิดจากการตกตะกอนทับถมกันของเศษตะกอนต่างๆ จะมีการผุพังสลายตัวได้เร็วกว่าหินแกรนิตที่เกิดจากมวลหินหนืด เป็นต้น

ความลาดชันของพื้นที่ (Slope) สภาพความลาดชันของพื้นที่ที่มีมาก ประกอบกับสภาพเงื่อนไขทางด้านกายภาพและทางด้านเคมี ส่งผลให้มวลสารมีการผุพัง การเลื่อนหลุด และเคลื่อนตัวออกจากกัน ได้ง่ายและเคลื่อนที่ลงไปตามแรงโน้มถ่วงของโลก แต่ในทางกลับกัน ถ้าสภาพความลาดชันของพื้นที่มีน้อย การผุพังและการเคลื่อนที่มักเกิดได้ช้า ทำให้บริเวณดังกล่าวมีการตกทับถมมากกว่าปกติ เนื่องจากการเคลื่อนตัวมีน้อย

>สภาพภูมิอากาศ (Climate) สภาพภูมิอากาศ ได้แก่ ความร้อน หนาว ความชื้น และอื่นๆ มีผลโดยตรงต่อการเปลี่ยนแปลง โดยเฉพาะเป็นปัจจัยสำคัญในการเร่งให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมี โดยสภาพการผุพังอยู่กับที่ในเขตร้อนชื้นมักเกิดได้ดีกว่าในเขตหนาวเย็น เช่น เขตภูมิอากาศร้อนชื้นที่มีลักษณะภูมิประเทศแบบหินปูน มักเกิดการผุพังอันเนื่องมาจากปฏิกริยาทางเคมีที่น้ำฝนรวมตัวกับก๊าซในบรรยากาศมีสภาพเป็นกรด สามารถละลายหินปูนได้ดี เป็นต้น

พืช (Vegetation) บริเวณที่มีพืชพรรณหนาแน่นจะเกิดการผุพังจากรากของพืชที่ชอนไชไปตามรอยแยกและใน ขณะเดียวกันพืชจะดูดความชื้นและแร่ธาตุจากดิน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง โครงสร้างทางเคมีในเนื้อดิน ในขณะเดียวกันเศษใบไม้ต่างๆ ที่ตกทับถมจะถูกสิ่งมีชีวิตเล็กๆ ย่อยสลายกลายเป็นอินทรีย์สาร เป็นการเพิ่มกรดอินทรีย์ให้แก่ดินได้

ระยะเวลา (Time) ระยะเวลามีผลต่อการผุพังอยู่กับที่เนื่องจากสาเหตุการผุพังอยู่กับที่ทางด้านกายภาพและทาง ด้านเคมี จำเป็นต้องอาศัยระยะเวลา ประกอบกับโครงสร้างและองค์ประกอบของวัตถุต้นกำเนิดที่ต้องการระยะเวลาในการผุพังที่แตกต่างกันไปในแต่ละสภาพแวดล้อม อย่างไรก็ตามความรวดเร็วและความรุนแรงของการผุพังนี้ นอกจากจะขึ้นอยู่กับปัจจัยที่กล่าวมาแล้วข้างต้น ยังเกี่ยวเนื่องกับ ชนิด และขนาดของอนุภาคหิน แร่ ความสามารถในการยอมให้น้ำซึมผ่านได้ และอัตราเร่งในธรรมชาติของแต่ละพื้นที่ในโลกที่แตกต่างกัน ล้วนเป็นปัจจัยที่มีผลต่อกันทั้งสิ้น

กระบวนการผุพังสลายตัว (Weathering Process) และรูปแบบการผุพังสลายตัว

การผุพังทางกลศาสตร์ (Mechanical Weathering) เรียกอีกอย่างว่าการผุพังทางกายภาพ (Physical Weathering) หรือบางครั้งเรียกว่าการ แตกสลาย (Disintegration) เป็นกระบวนการผุพังสลายตัวอยู่กับที่ที่ทำให้หินแตกหักกลายเป็นเศษหินขนาดเล็ก และหลุดออกจากมวลหิน ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของหินและแร่ธาตุ เกิดจากปัจจัยที่มากระทำ ดังนี้

น้ำค้างแข็ง (Frost) มักเกิดบริเวณที่มีสภาพอากาศเย็น โดยผลึกน้ำแข็งจะตกลงมาทับถมและละลายตัวสลับกันตลอดเวลา ทำให้เกิดการหดและขยายตัวอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนสถานะระหว่างน้ำและน้ำแข็ง มักพบบริเวณที่มีสภาพภูมิอากาศหนาวเย็นสามารถทำให้หินแตกออกจากกันได้

อุณหภูมิ (Temperature) อุณหภูมิร้อนหรือเย็นจะมีผลต่อการยืดและหดตัวของหิน โดยเมื่อได้รับความร้อนจะมีการขยายตัว ขณะเดียวกันความเย็นจะทำให้เกิดการหดตัว หินที่เกิดการขยายตัวและหดตัวสลับกันไปเช่นนี้จะทำให้หินเตกออกเป็นกาบหรือเป็นเม็ดได้ เช่น กรณีเกิดไฟไหม้ป่า และต่อมาเกิดฝนตก จะทำให้หินผุพังได้เร็วมากขึ้นกว่าสภาพปกติ

ความไม่สมดุลของแรงกดดัน (Unloading) จากการศึกษาของนักธรณีวิทยา พบว่าหินอัคนี หรือหินแปรที่อยู่ลึกจากเปลือกโลกลงไปจะอยู่ในสภาวะที่ยืดหรือหดตัวอยู่ตลอดเวลา เมื่อเมื่อภาวะความไม่สมดุลระหว่างหินด้านบนและด้านล่างมีความไม่สมดุลกันจะทำให้มวลของหินด้านบนถูกดันออกเป็นแผ่น (Sheeting Form) โดยกาบของหินที่แตกออกมาจะเป็นแนวขนานกับระนาบผิวโลก ซึ่งการแตกของหินเป็นการปรับตัวเพื่อลดแรงกดดันดังกล่าว

การงอกของผลึกแร่ใหม่ (Crystal Growth) เกิดสืบเนื่องมาจากผลของแรงกดดันทำให้แร่บางชนิดมีสภาพไม่เสถียร เช่น การแตกร่วนของเม็ดแร่บางชนิดกลายเป็น ยิปซั่ม เป็นลักษณะการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรไปเป็นแร่ชนิดใหม่ จะเกิดขึ้นในอัตราที่แตกต่างกันตามชนิดของแร่ สุดท้ายจะทำให้เม็ดแร่หลุดหลวมและทำให้มวลแตกออกจากกัน

กิจกรรมของสิ่งมีชีวิต (Activity) เช่น การชอนไชของรากพืช สัตว์ประเภทต่างๆ ที่ขุดรูอยู่ ทำให้ดินแตกร่วน ผสมคลุกเคล้ากัน และทำให้แร่ธาตุต่างๆ มีการผุพัง เป็นต้น และกิจกรรมของมนุษย์ เช่น การขุดอุโมงค์ การตัดถนน การทำเหมืองแร่ และการเพาะปลูก เป็นต้น