ความชื้น และเสถียรภาพของอากาศ

ความชื้น และเสถียรภาพของอากาศ

          แม้ว่าองค์ประกอบส่วนใหญ่ของบรรยากาศจะเป็น ก๊าซไนโตรเจน และก๊าซออกซิเจน แต่ก๊าซทั้งสองก็มิได้มีอิทธิพลต่อในการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ ทั้งนี้เนื่องจากก๊าซทั้งสองมีจุดควบแน่น และจุดเยือกแข็งต่ำมาก อุณหภูมิของอากาศมิได้ต่ำพอที่จะทำให้ก๊าซทั้งสองเปลี่ยนสถานะได้ ยกตัวอย่างเช่น หากจะทำให้ก๊าซไนโตรเจนในอากาศเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว อุณหภูมิอากาศจะต้องลดต่ำลงถึง -196°C ซึ่งก็เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากโลกอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากเกินไป
          ในทางตรงข้ามแม้บรรยากาศจะมีไอน้ำอยู่เพียงเล็กน้อยประมาณ 0.1 - 4% แต่ก็มีอิทธิพลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศได้อย่างรุนแรง ทั้งนี้เนื่องจากน้ำในอากาศสามารถเปลี่ยนสถานะกลับไปกลับมาได้ทั้งสามสถานะ เนื่องเพราะอุณหภูมิ ณ จุดควบแน่น และจุดเยือกแข็ง มิได้แตกต่างกันมาก การเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ำอาศัยการดูดและคายพลังงาน ซึ่งเป็นกลไกในการขับเคลื่อนให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพลมฟ้าอากาศ

การเปลี่ยน สถานะของน้ำ
          ไอน้ำ เป็นน้ำที่อยู่ในสถานะก๊าซ ไอน้ำไม่มีสี ไม่มีกลิ่น น้ำในอากาศสามารถเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปสู่อีกสถานะหนึ่ง หรือแปรเปลี่ยนกลับไปมาได้ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดันอากาศ การเปลี่ยนสถานะของน้ำมีการดูดกลืนหรือการคายความร้อน โดยที่ไม่ทำให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง เราเรียกว่า “ความร้อนแฝง” (Latent heat)

ความร้อนแฝงมีหน่วยวัดเป็น แคลอรี
          1 แคลอรี = ปริมาณความร้อนซึ่งทำให้น้ำ 1 กรัม มีอุณหภูมิสูงขึ้น 1°C (ดังนั้นหากเราเพิ่มความร้อน 10 แคลอรี
ให้กับน้ำ 1 กรัม น้ำจะมีอุณหภูมิสูงขึ้น 10°C)

ภาพที่ 1 พลังงานที่ใช้ในการเปลี่ยนสถานะของน้ำ

การหลอมเหลว - การแข็งตัว
          ถ้าเราต้องการให้น้ำแข็งเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว เราจะเพิ่มความร้อนให้แก้วซึ่งบรรจุน้ำแข็ง น้ำแข็งดูดกลืนความร้อนนี้ไว้ โดยยังคงรักษาอุณหภูมิ 0°C คงที่ไม่เปลี่ยนแปลงจนกว่าน้ำแข็งจะละลายหมดก้อน ความร้อนที่ถูกดูดกลืนเข้าไปจะทำลายโครงสร้างผลึกน้ำแข็ง ทำให้น้ำแข็งเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว เราเรียกว่า “การหลอมเหลว” (Melting) ซึ่งต้องการการดูดกลืนความร้อนแฝง 80 แคลอรี/กรัม
          ในทางกลับกัน เมื่อน้ำเปลี่ยนสถานะจากของเหลวกลายเป็นน้ำแข็ง เราเรียกว่า “การแข็งตัว” (Freezing) น้ำจะคายความร้อนแฝงออกมา 80 แคลอรี/กรัม
การระเหย – การควบแน่น
          เมื่อน้ำเปลี่ยนสถานะเป็นไอน้ำ เราเรียกว่า “การระเหย” (Evaporation) ซึ่งต้องการดูดกลืนความร้อนแฝง 600 แคลอรี เพื่อที่จะเปลี่ยน น้ำ 1 กรัมให้กลายเป็นไอน้ำ
ในทางกลับกัน เมื่อไอน้ำกลั่นตัวกลายเป็นหยดน้ำ “การควบแน่น” (Condensation) น้ำจะคายความร้อนแฝงออกมา 600 แคลอรี/กรัม เช่นกัน
การระเหิด – การระเหิดกลับ
          ในบางครั้งน้ำแข็งสามารถเปลี่ยนสถานะเป็นไอน้ำได้โดยตรง โดยที่ไม่จำเป็นต้องละลายเป็นของเหลวแล้วระเหยเป็นก๊าซ การเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นก๊าซโดยตรงนี้เราเรียกว่า “การระเหิด” (Sublimation) ซึ่งต้องการดูดกลืนความร้อนแฝง 680 แคลอรี เพื่อที่จะเปลี่ยน น้ำแข็ง 1 กรัมให้กลายเป็นไอน้ำ
          ในทางกลับกัน เมื่อไอน้ำจะเปลี่ยนสถานะเป็นน้ำแข็งโดยตรง เราเรียกว่า “การระเหิดกลับ” (Deposition) ไอน้ำจะคายความร้อนแฝงออกมา 680 แคลอรี/กรัม เช่นกัน

ไอน้ำในอากาศ

ภาพที่ 2 โมเลกุลน้ำในภาชนะ

          หากมีกล้องวิเศษที่สามารถมองถังน้ำ ในภาพที่ 2 ด้วยกำลังขยายหนึ่งพันล้านเท่า เราจะมองเห็นโมเลกุลของน้ำอยู่เบียดเสียด วิ่งไปวิ่งมา โดยที่โมเลกุลแต่ละโมเลกุลเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแตกต่างกัน ช้าบ้าง เร็วบ้าง ซึ่งค่าเฉลี่ยของความเร็วในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลก็คือ “อุณหภูมิ” ของน้ำ (พลังงานจลน์) ถ้าโมเลกุลที่อยู่บริเวณผิวน้ำมีความเร็วมากพอ ที่จะทำให้โมเลกุลเคลื่อนที่หลุดออกไปสู่อากาศ โมเลกุลเหล่านี้จะเปลี่ยนสถานะจากน้ำเป็นไอน้ำ ซึ่งก็คือ “การระเหย” นั่นเอง
          เมื่อเราปิดฝาถังและดันเข้าไปดังเช่นในภาพขวามือ น้ำที่เคยระเหยเป็นไอน้ำ จะถูกควบแน่นกลับเป็นของเหลวอีกครั้งหนึ่ง หาก “จำนวนโมเลกุลของน้ำที่ ระเหยกลายเป็นไอน้ำ จะเท่ากับจำนวนโมเลกุลของไอน้ำที่ควบแน่นกลับเป็นน้ำพอดี” เราจะเรียกว่า “อากาศอิ่มตัวด้วยไอ น้ำ” ในทางกลับกันหากเราดึงฝาเปิดออก ไอน้ำในอากาศซึ่งเคยอยู่ในถังจะหนีออกมาก ทำให้จำนวนโมเลกุลของไอน้ำที่มีอยู่ในน้อยกว่าจำนวนโมเลกุลของไอน้ำที่ทำให้ อากาศอิ่มตัว อากาศจึงไม่เกิดการอิ่มตัว (ปัจจัยในธรรมชาติที่ช่วยให้อากาศไม่เกิดการอิ่มตัวคือ กระแสลม )
          นอกจากความดันแล้ว ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการระเหยของน้ำคือ อุณหภูมิ น้ำร้อนระเหยได้ง่ายกว่าน้ำเย็น เนื่องจากความร้อนทำให้โมเลกุลของน้ำเคลื่อนที่เร็วขึ้น และหลุดหนีจากสถานะของเหลวไปเป็นก๊าซ ในทำนองกลับกัน อากาศเย็นทำให้เกิดการควบแน่นได้ดีกว่าอากาศร้อน เนื่องจากโมเลกุลของไอน้ำเย็นมีพลังงานน้อยกว่า จึงสูญเสียความเร็วและเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวได้ง่าย

ภาพที่ 3 กราฟแสดงปริมาณไอน้ำที่ทำให้อากาศ 1 กิโลกรัม เกิดการอิ่มตัว

กราฟในภาพที่ 3 แสดงให้เห็นว่า ปริมาณไอน้ำที่จะทำให้เกิดอากาศอิ่มตัวภายใต้อุณหภูมิต่างๆ เราจะเห็นได้ว่า อุณหภูมิสูงขึ้นทุกๆ 10°C อากาศจะต้องการปริมาณไอน้ำเพิ่มขึ้น 2 เท่า เพื่อทำให้เกิดการอิ่มตัว
           ณ อุณหภูมิ 10ฐC อากาศ 1 กิโลกรัม ต้องการไอน้ำ 7 กรัม
           ณ อุณหภูมิ 20ฐC อากาศ 1 กิโลกรัม ต้องการไอน้ำ 14 กรัม
           ณ อุณหภูมิ 30ฐC อากาศ 1 กิโลกรัม ต้องการไอน้ำ 28 กรัม
เราจึงสรุปได้ว่า “อากาศร้อนมีความ สามารถในการเก็บจำนวนโมเลกุลของไอน้ำได้มากกว่าอากาศเย็น”

ความดันไอน้ำ

ภาพที่ 4 โมเลกุลของก๊าซต่างๆ ในกลุ่มอากาศ

          อากาศมีแรงดันออกทุกทิศทุกทาง ความดันนี้เกิดขึ้นจากการพุ่งชนกันของโมเลกุลของก๊าซ ถ้าสมมติให้กลุ่มอากาศ (Air parcel) ในภาพที่ 4 มีความกดอากาศ 1,000 mb (มิลลิบาร์) มีองค์ประกอบเป็นก๊าซไนโตรเจน 78% ก๊าซออกซิเจน 21% และไอน้ำประมาณ 1% ด้วยสัดส่วนนี้ ก๊าซไนโตรเจนทำให้เกิดแรงดัน 780 mb ก๊าซไนโตรเจนทำให้เกิดแรงดัน 210 mb
และไอน้ำทำให้เกิดแรงดัน 10 mb จะเห็นได้ว่า “ความดันไอน้ำ” (Vapor pressure) มีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับความดันก๊าซทั้งหมด อย่างไรก็ตามหากเราเพิ่มความดันให้กับกลุ่มอากาศ โดยการเพิ่มปริมาณอากาศในลักษณะเดียวกับการเป่าลูกโป่ง “จำนวนโมเลกุลของไอน้ำที่มากขึ้น จะทำให้ความดันไอน้ำมากขึ้นตามไปด้วย” นอกจากนั้นตามกฎของก๊าซ “อุณหภูมิจะ แปรผันตามความดัน” กล่าวคือเมื่อความดันเพิ่มขึ้น อุณหภูมิก็จะเพิ่มตามไปด้วย

ภาพที่ 5 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอน้ำอิ่มตัวกับอุณหภูมิ

          กราฟในภาพที่ 5 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอน้ำอิ่มตัวกับอุณหภูมิของอากาศ
           ความดันไอน้ำอิ่มตัว 12 มิลลิบาร์ ทำให้อากาศมีอุณหภูมิ 10°C
           ความดันไอน้ำอิ่มตัว 42 มิลลิบาร์ ทำให้อากาศมีอุณหภูมิ 30°C
          หากมีจำนวนไอน้ำในอากาศมากขึ้น ความดันไอน้ำจะเพิ่มขึ้น และอุณหภูมิของอากาศก็จะสูงตามไปด้วย เราจึงสรุปได้ว่า “อุณหภูมิของอากาศแปรผันตามความดัน ไอน้ำ (ปริมาณของไอน้ำในอากาศ)” และ “อากาศชื้นย่อมจะมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศแห้ง”

ความชื้น
          ความชื้น (Humidity) หมายถึง จำนวนไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศ ความชื้นของอากาศมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา
จะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับความดัน และอุณหภูมิ
          ความชื้นสัมพัทธ์ (Relativety humidity) หมายถึง “อัตรา ส่วนของปริมาณไอน้ำที่มีอยู่จริงในอากาศ ต่อ ปริมาณไอน้ำที่จะทำให้อากาศอิ่มตัว ณ อุณหภูมิเดียวกัน” หรือ “อัตราส่วนของความดันไอน้ำ ที่มีอยู่จริง ต่อ ความดันไอน้ำอิ่มตัว” ค่าความชื้นสัมพัทธ์แสดงในรูปของร้อยละ (%)

ความชื้นสัมพัทธ์ = (ปริมาณไอน้ำที่อยู่ในอากาศ / ปริมาณไอน้ำที่ทำให้อากาศอิ่มตัว ) x 100%

หรือ

ความชื้นสัมพัทธ์ = (ความดันไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศ / ความดันไอน้ำของอากาศอิ่มตัว) x 100%

           ปริมาณของไอน้ำในอากาศขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอากาศ อากาศร้อนสามารถเก็บไอน้ำได้มากกว่า อากาศเย็น ดังนั้นหากเราลดอุณหภูมิของอากาศจนถึงจุดๆ หนึ่ง จะเกิด “อากาศอิ่มตัว” (Saturated air) อากาศไม่สามารถเก็บกักไอน้ำไว้ได้มากกว่านี้ หรือกล่าวได้ว่า อากาศมีความชื้นสัมพัทธ์ 100% ดังนั้นหากอุณหภูมิยังคงลดต่ำลงอีก ไอน้ำจะเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว อุณหภูมิที่ทำให้เกิดการควบแน่นนี้เรียกว่า “จุดน้ำค้าง” (Dew point)

ภาพที่ 6 ความสามารถในการเก็บไอน้ำในอากาศ ณ อุณหภูมิต่างๆ

          จากที่กล่าวมาแล้วในข้างต้น เราสามารถสรุปได้ว่า “จุดน้ำค้างของ อากาศชื้นมีอุณหภูมิสูงกว่าจุดน้ำค้างของอากาศแห้ง” การควบแน่นของไอน้ำในอากาศ ทำให้เกิดการคายความร้อนแฝง ส่งผลให้อากาศโดยรอบมีอุณหภูมิสูงขึ้น เราเรียกการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ โดยที่ไม่ต้องมีการเพิ่มพลังงานความร้อนจากภายนอกระบบเช่นนี้ว่า “การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบ
อะเดรียแบติก” (Adiabatic temperature change)

ตัวอย่าง:
           เมื่อเราใส่น้ำแข็งไว้ในแก้ว จะเกิดละอองน้ำเล็กๆ เกาะอยู่รอบๆ แก้ว ละอองน้ำเหล่านี้เกิดจากอากาศรอบๆ แก้ว มีอุณหภูมิลดต่ำลงจนเกิดการอิ่มตัว และไม่สามารถเก็บไอน้ำได้มากกว่านี้ ไอน้ำจึงควบแน่นเปลี่ยนสถานะเป็นหยดน้ำ
           ในวันที่มีอากาศหนาว เมื่อเราหายใจออกจะมีควันสีขาว ซึ่งเป็นละอองน้ำเล็กๆ เกิดจากอากาศอบอุ่นภายในร่างกายปะทะกับอากาศเย็นภายนอก ทำให้ไอน้ำซึ่งออกมากับอากาศภายในร่างกาย ควบแน่นกลายเป็นหยดน้ำเล็กๆ มองเห็นเป็นควันสีขาว
           กาต้มน้ำเดือดพ่นควันสีขาวออกจากพวยกา ควันสีขาวนั้นที่จริงเป็นหยดน้ำเล็กๆ ซึ่งเกิดจาก อากาศร้อนภายในกาพุ่งออกมาปะทะอากาศเย็นภายนอก แล้วเกิดการอิ่มตัว ควบแน่นเป็นละอองน้ำเล็กๆ ทำให้เรามองเห็น (ไอน้ำในสถานะของก๊าซนั้น ไม่มีสี เราไม่สามารถมองเห็นได้)

ภาพที่ 7 สลิงไซโครมิเตอร์ (Sling psychrometer)

          ในการวัดความชื้นสัมพัทธ์ เราใช้เครื่องมือซึ่งเรียกว่า “ไฮ โกรมิเตอร์” (Hygrometer) ซึ่งมีอยู่หลายหลากชนิด มีทั้งทำด้วยกระเปาะเทอร์มอมิเตอร์ และเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไฮโกรมิเตอร์ซึ่งสามารถทำได้เองและมีความน่าเชื่อถือเรียกว่า “สลิงไซโครมิเตอร์” (Sling psychrometer) ประกอบด้วยเทอร์มอมิเตอร์จำนวน 2 อันอยู่คู่กัน โดยมีเทอร์มอมิเตอร์อันหนึ่งมีผ้าชุบน้ำหุ้มกระเปาะไว้ เรียกว่า “กระเปาะเปียก” (Wet bulb) ส่วนกระเปาะเทอร์มอมิเตอร์อีกอันหนึ่งไม่ได้หุ้มอะไรไว้ เรียกว่า “กระเปาะแห้ง” (Dry bulb) เมื่อหมุนสลิงไซโครมิเตอร์จับเวลา 3 นาที แล้วอ่านค่าแตกต่างของอุณหภูมิกระเปาะทั้งสองบนตารางเปรียบเทียบ ก็จะได้ค่าความชื้นสัมพัทธ์ มีหน่วยเป็นเปอร์เซ็นต์

ไอน้ำ เป็นน้ำในสถานะก๊าซ ไอน้ำเป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และมองไม่เห็น เมฆ ที่เรามองเห็นเป็นหยดน้ำในสถานะของเหลว หรือเกล็ดน้ำแข็งในสถานะของแข็ง

การยกตัวของ อากาศ
          พื้นผิวโลกได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์ ทำให้อากาศซึ่งอยู่บนพื้นผิวมีอุณหภูมิสูงขึ้นและลอยตัวสูงขึ้น เมื่อกลุ่มอากาศร้อนยกตัว ปริมาตรจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากความกดอากาศน้อยลง มีผลทำให้อุณหภูมิลดลงด้วยอัตรา 10°C ต่อ 1,000 เมตร จนกระทั่งกลุ่มอากาศมีความอุณหภูมิเท่ากับสิ่งแวดล้อมมันก็จะหยุดลอยตัว และเมื่อกลุ่มอากาศมีอุณหภูมิต่ำกว่าสิ่งแวดล้อม มันก็จะจมตัวลง และมีปริมาตรน้อยลงเนื่องจากความกดอากาศที่เพิ่มขึ้น และส่งผลทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นด้วย ดังภาพที่ 8

ภาพที่ 8 เสถียรภาพของอากาศ

          เมื่อกลุ่มอากาศยกตัว ปริมาตรจะเพิ่มขึ้น ทำให้อุณหภูมิลดต่ำลงด้วยอัตรา 10°C ต่อ 1,000 เมตร จะกระทั่งถึงระดับการควบแน่น อากาศจะอิ่มตัวเนื่องจากอุณหภูมิลดต่ำจนถึงจุดน้ำค้าง หากอุณหภูมิยังคงลดต่ำไปอีก ไอน้ำในอากาศจะควบแน่นเปลี่ยนสถานะเป็นหยดน้ำขนาดเล็ก (ซึ่งก็คือเมฆที่เรามองเห็น) และคายความร้อนแฝงออกมา ทำให้อัตราการลดลองของอุณหภูมิเหลือ 5°C ต่อ 1,000 เมตร ดังภาพที่ 9

ภาพที่ 9 การควบแน่นเนื่องจากการยกตัวของอากาศ

          เราจะเห็นได้ว่า “เมฆ” เกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีการยกตัวของอากาศเท่านั้น กลไกที่ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของอากาศ
ในแนวดิ่งเช่นนี้ มี 4 กระบวนการ ดังนี้
           สภาพภูมิประเทศ เมื่อกระแสลมปะทะภูเขา อากาศถูกบังคับให้ลอยสูงขึ้น (เนื่องจากไม่มีทางออกทางอื่น) จนถึงระดับควบแน่นก็จะกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ ดังเราจะเห็นได้ว่า บนยอดเขาสูงมักมีเมฆปกคลุมอยู่ ทำให้บริเวณยอดเขามีความชุ่มชื้นและอุดมไปด้วยป่าไม้ และเมื่อกระแสลมพัดผ่านยอดเขาไป อากาศแห้งที่สูญเสียไอน้ำไป จะจมตัวลงจนมีอุณหภูมิสูงขึ้น ภูมิอากาศบริเวณหลังภูเขาจึงเป็นเขตที่แห้งแล้ง เรียกว่า “เขตเงาฝน” (Rain shadow)

ภาพที่ 10 อากาศยกตัวเนื่องจากสภาพภูมิประเทศ

           แนวปะทะ อากาศร้อนมีความหนาแน่นต่ำกว่าอากาศเย็น เมื่ออากาศร้อนปะทะกับอากาศเย็น อากาศร้อนจะเสยขึ้น และอุณหภูมิลดต่ำลงจนถึงระดับควบแน่น ทำให้เกิดเมฆและฝน ดังเราจะเคยได้ยินข่าวพยากรณ์อากาศที่ว่า ลิ่มความกดอากาศสูง (อากาศเย็น) ปะทะกับลิ่มความกดอากาศต่ำ (อากาศร้อน) ทำให้เกิดพายุฝน

ภาพที่ 11 อากาศยกตัวเนื่องจากแนวปะทะอากาศ

           อากาศบีบตัว เมื่อกระแสลมพัดมาปะทะกัน อากาศจะยกตัวขึ้น ทำให้อุณหภูมิลดต่ำลงจนเกิดอากาศอิ่มตัว ไอน้ำในอากาศควบแน่นเป็นหยดน้ำ กลายเป็นเมฆ

ภาพที่ 12 อากาศยกตัวเนื่องจากอากาศบีบตัว

           การพาความร้อน พื้นผิวของโลกมีความแตกต่างกัน จึงมีการดูดกลืนและคายความร้อนไม่เท่ากัน จึงมีผลทำให้กลุ่มอากาศที่ลอยอยู่เหนือมัน มีอุณหภูมิแตกต่างกันไปด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงฤดูร้อน (ตัวอย่างเช่น กลุ่มอากาศที่ลอยอยู่เหนือพื้นคอนกรีตจะมีอุณหภูมิสูงกว่ากลุ่มอากาศที่ลอย อยู่เหนือพื้นหญ้า) กลุ่มอากาศที่มีอุณหภูมิสูงมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศในบริเวณโดยรอบ จึงลอยตัวสูงขึ้น
ดังเราจะเห็นว่า ในวันที่มีอากาศร้อน นกเหยี่ยวสามารถลอยตัวอยู่เฉยๆ โดยไม่ต้องขยับปีกเลย

ภาพที่ 13 อากาศยกตัวเนื่องจากการพาความร้อน

เสถียรภาพของ อากาศ

ภาพที 14 เสถียรภาพของอากาศ

          เมื่อกลุ่มอากาศยก ตัว มันจะขยายตัว และมีอุณหภูมิลดต่ำลง ถ้ากลุ่มอากาศมีอุณหภูมิต่ำกว่าสภาวะแวดล้อม มันจะจมตัวกลับสู่ที่เดิม เนื่องจากมีความหนาแน่นกว่าอากาศโดยรอบ เราเรียกสภาวะเช่นนี้ว่า “อากาศมี เสถียรภาพ” (Stable air) ถ้ากลุ่มอากาศยกตัวสูงจนเหนือระดับควบแน่นก็จะเกิดเมฆในแนวราบ และไม่สามารถยกตัวต่อไปได้อีก อากาศมีเสถียรภาพมักเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่มีอุณหภูมิต่ำ เช่น เวลาเช้า
          ในวันที่มีอากาศร้อน กลุ่มอากาศจะยกตัวขึ้นอย่างรวดเร็ว แม้จะมีความสูงเลยระดับควบแน่นไปแล้วก็ตาม แต่ก็ยังมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศโดยรอบ จึงลอยตัวสูงขึ้นไปอีก ทำให้เกิดเมฆก่อตัวในแนวตั้ง เช่น เมฆคิวมูลัส เมฆคิวมูโลนิมบัส
เราเรียกสภาวะเช่นนี้ว่า “อากาศไม่ มีเสถียรภาพ” (Unstable air) อากาศไม่มีเสถียรภาพมักเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่มีอุณหภูมิสูง เช่น เวลาบ่ายของฤดูร้อน

          หมายเหตุ: การที่เราเห็นฐานของเมฆแบนเรียบเป็นระดับเดียวกันนั้น เป็นเพราะเมื่อกลุ่มอากาศ (ก้อนเมฆ) จมตัวลงต่ำกว่าระดับควบแน่น อากาศด้านล่างมีอุณหภูมิสูงกว่าจุดน้ำค้าง และยังไม่อิ่มตัว ละอองน้ำที่หล่นลงมาจึงระเหยเปลี่ยนในสถานะเป็นก๊าซ (ไอน้ำ) เราจึงมองไม่เห็น

แหล่ง ข้อมูล

http://www.kanta.ac.th

ฝนกรด

ฝนกรด (อังกฤษ: acid rain) เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติอันเกิดเนื่องมาจากมลภาวะทางอากาศ ซึ่งส่วนใหญ่เกิดมาจากการกระบวนการผลิตไฟฟ้าและอุตสาหกรรมทั่วไปของมนุษย์ โดยฝนกรดก่อให้เกิดปัญหาต่าง ๆ ต่อสภาพแวดล้อมมากมาย
ฝนกรด หมายถึง น้ำฝนที่มีค่า pH ต่ำกว่า 5.6 โดยส่วนมากเกิดจากก๊าซ 2 ชนิด คือ
1. ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ( SO 2) ทำให้เกิดกรด ซัลฟุริก (H 2SO 4)
2. ออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx) ทำให้เกิดกรด ไนตริก (HN O 3)
ฝนกรดเป็นผลมาจากก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (sulfur dioxide: SO2) และไนโตรเจนออกไซด์ (nitrogen oxide: NO) โดยก๊าซทั้งสองชนิดนี้มักจะเกิดจากการเผาผลาญเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ และน้ำมัน ก๊าซทั้งสองชนิดนี้จะทำปฏิกิริยากับน้ำ (water: H2O) และสารเคมีอื่น ๆ ในชั้นบรรยากาศเพื่อก่อให้เกิดกรดซัลฟิวริก (sulfuric acid: H2SO4) , กรดไนตริก (nitric acid: HNO3) และสารมลพิษอื่น ๆ ก๊าซเหล่านี้มักจะทำปฏิกิริยากับสารเคมีจะส่งผลทำให้อากาศอบอ้าวอากาศร้อนชื้นทำให้เกิดมลพิษทางอากาศเมื่อไปโดนกับออกซิเจนอาจถูกกระแสลมพัดพาไปหลายร้อยกิโลเมตร และมักจะกลับสู่พื้นโลกโดยฝน หิมะ หมอก หรือแม้แต่ในรูปฝุ่นผงละออง
ความเสียหายอันเกิดมาจากฝนกรดได้แพร่ขยายไปทั่วอเมริกาเหนือ ยุโรป ญี่ปุ่น จีน และเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ฝนกรดจะละลายปุ๋ยในดิน ทำให้พืชเติบโตช้า เมื่อไหลลงแหล่งน้ำ ก็จะทำให้แหล่งน้ำนั้น ๆ ไม่เอื้ออำนวยให้สิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ได้ หรือแม้แต่ในเมืองเอง ฝนกรดก็ก่อให้เกิดปัญหากับสิ่งก่อสร้างต่าง ๆ หรืออาจจะจับตัวรวมกับหมอกก่อให้เกิดหมอกควันพิษ (smog) ที่ทำอันตรายกับระบบทางเดินหายใจ และอาจรุนแรงถึงชีวิตได้หากมีมากถึงระดับหนึ่ง

การเกิดฝนกรด
กระบวนการที่ก่อให้เกิดฝนกรดนั้น เริ่มต้นจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลต่าง ๆ การเผาไหม้คือปฏิกิริยาเคมีที่ออกซิเจน (oxygen: O2) ในอากาศรวมตัวกับคาร์บอน (carbon: C) , ไนโตรเจน (nitrogen: N) , ซัลเฟอร์ (sulfur: S) และสารอื่น ๆ ที่ประกอบอยู่ในสารที่เกิดการเผาไหม้ โดยผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นเป็นก๊าซนั้นเราเรียกว่าก๊าซออกไซด์ โดยเมื่อใดก็ตามสิ่งที่ถูกเผาไหม้นั้น มีไนโตรเจนหรือซัลเฟอร์เป็นส่วนประกอบด้วยแล้ว ก็จะเป็นผลทำให้สารออกไซด์เหล่านี้ก่อกำเนิดขึ้นมาได้ ในประเทศอเมริกา 70% ของซัลเฟอร์ไดออกไซด์เกิดมาจากโรงงานไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งแหล่งที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง ในแคนาดา อุตสาห์กรรมบางอย่าง เช่นการกลั่นน้ำมัน การหลอมโลหะ ก่อสารซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบรรยากาศสูงถึง 61% ส่วนไนโตรเจนออกไซด์นั้น เกิดได้จากมากมายหลายแหล่ง เนื่องจากสารอินทรีย์หลาย ๆ ชนิดมักจะมีไนโตรเจนประกอบอยู่ โดยควันพิษจากรถยนต์นั้นกินส่วนแบ่งเยอะที่สุด อย่างไรก็ตามแหล่งการเกิดไนโตรเจนออกไซด์ที่สำคัญอีกแหล่งก็คือ การเผาศพ
เมื่อก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์และไนโตรเจนออกไซด์เข้าสู่บรรยากาศแล้ว จะทำปฏิกิริยากับไอน้ำและสารเคมีอื่น ๆ ในบรรยากาศ ก่อให้เกิดกรดซัลฟูริก กรดไนตริกและสารผลพิษอื่น ๆ ประเภทไนเตรดและซัลเฟต โดยสารเหล่านี้อาจละลายตัวลงไปในฝน แล้วตกลงมาพร้อมกัน
กลไกการเปลี่ยนจากก๊าซ SO2 และ NOx เป็นตะกอนกรด

เกิดได้ ทั้งในสถานะก๊าซและของเหลว

1.ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2)

สถานะก๊าซ

เกิด ทั้งหมด 2 ปฎิกิริยาด้วย กัน

1.1 โฟโต้ออกซิเดชั่นของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ โดย UV ซึ่ง มีศักยภาพสูงในการกระตุ้นโมเลกุลและนำไปสู่ออกซิเดชัน

1.2 ปฎิกิริยาของซัลเฟอร์ไดออกไซด์กับออกซิเจนใน บรรยากาศ ดังนี้

SO2 + O2 ---> 2SO3

SO3+H2O ---> H2SO4

แต่พบ ว่าปฎิกิริยาทั้ง 2 ปฎิ กิริยา ไม่มีความสำคัญมากนัก เนื่องจากเกิดได้ช้ามาก ปฎิกิริยาที่มีความ สำคัญ คือ

HO + SO2 (+M) ---> H2SO4

สถานะของเหลว

ในสถานะนี้ SO2 จะมี 3 รูป

[S (IV)] ---> [SO2 (aq)] + [HSO3-] + [SO3 2-]

ซึ่ง เกิดการแตกตัว โดย 2 กระบวน การนี้

SO2 (aq) --> H+ + HSO3 2-

HSO3- (aq)---> H+ + SO3 2-

การเกิด ออกซิเดชั่นของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ เกิดโดยโมเลกุลของออกซิเจนกับตัวกระตุ้นจำพวกโลหะเช่น Fe3+ หรือ Mn2+ หรือทั้ง 2 อย่างรวมกัน อย่างไรก็ตามการเกิดออกซิเดชั่นโดย โอโซนเป็นกระบวนการที่น่าสนใจเนื่องจากไม่ต้องมีตัวกระตุ้นและมีปริมาณใน บรรยากาศมาก เช่น ปฎิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับตัวกลาง(Intermediate) และไอออนของกรด peroxymonosulfurous ดังสมการ

HSO3- + H2O2--->A- + H2O

A- + H+ ---> H2SO4

2. ออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx)

สถานะก๊าซ

ตัวการ หลักในการเกิดกรดไนตริก คือ อนุมูลของไฮโดรเจน

HO + NO2 [+M] ----> HONO2 (+M)

จากนั้น จะเกิดออกซิเดชันโดยออกซิเจนในบรรยากาศอีกมาก แต่ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างเป็นตัวการหลักของการเกิดกรดไนตริ ก

สถานะของเหลว มี 3 รูป

2N2O(g) + H2O (l) ---->2H+ + NO3- + NO2-

NO (g) + H2O (l) -----> 2H+ + 2NO3- + NO (g)

3N2O(g) + H2O (l) ----> 2H+ + 2NO3- + NO (g)

ปฎิกิริยาออกไซด์ของไนโตรเจน เหล่านี้เกิดที่ความกดบางระดับและมีเสถียรภาพต่ำ การเพิ่มขึ้นของปฎิกิริยาเกิดเมื่อมีตัวกระตุ้นจำพวกโลหะ





ภาพแสดงกระบวนการเกิดฝนกรด

ผลกระทบจากฝนกรด
ฝนกรดจะทำปฏิกิริยาเคมีกับวัตถุใด ๆ ที่มันสัมผัส กรดคือสารเคมีใด ๆ ที่ทำปฏิกิริยากับสารอื่น ๆ โดยจะจ่ายอะตอมไฮโดรเจน (hydrogen: H) ออกไป ความเป็นกรดของสารใด ๆ เกิดจากการที่มีอะตอมไฮโดรเจนอิสระมากมายเกิดขึ้นจากการละลายสารนั้น ๆ ในน้ำ การวัดค่าสารที่เป็นกรดเราใช้มาตรา pH เป็นหน่วยในการวัด โดยจะมีค่าเป็นไปได้ตั้งแต่ 0 ถึง 14 การที่สารใด ๆ นั้นจะเป็นกรดได้ นั้นหมายถึงสารนั้น ๆ จะต้องมีค่า pH ตั้งแต่ 1 ถึง 6 โดยค่ายิ่งน้อยเท่าไหร่ หมายถึงยิ่งเป็นกรดแก่มากเท่านั้น ในทางกลับกัน สารที่มีค่า pH ตั้งแต่ 8 ถึง 14 เราจะเรียกว่าเบส (bases หรือ alkalis) โดยสารเหล่านี้จะทำการรับอะตอมไฮโดรเจนแทน น้ำบริสุทธิ์มีค่า pH เป็น 7 กล่าวคือไม่ได้เป็นกรด และเป็นเบส เราเรียกสารแบบนี้ว่า สารที่เป็นกลาง โดยทั่วไปแล้วถ้าฝน หิมะ หรือหมอกที่มีค่า pH น้อยกว่า 5.6 เราจะถือว่าฝน หิมะ หรือหมอกเหล่านี้เป็นพิษ เมื่อใดก็ตามที่กรดรวมตัวกับเบส เบสจะทำให้ความเป็นกรดลดน้อยลงมาได้ ซึ่งฝนในบรรยากาศปกติจะมีฤทธิ์เป็นกรดอ่อน ๆ อยู่แล้ว มักจะทำปฏิกิริยากับเบสอื่น ๆ ในธรรมชาติทำให้เกิดสมดุลขึ้น แต่เมื่อใดก็ตามที่ปริมาณกรดในบรรยากาศเพิ่มขึ้น จึงทำให้สมดุลตรงนี้เสียหายไป จึงทำให้เกิดความเสียหายต่าง ๆ กับสภาพแวดล้อมมากมาย ตั้งแต่ดิน น้ำฝสัตว์ต่าง ๆ รวมไปถึงสิ่งก่อสร้างของมนุษย์เอง


ผลกระทบที่มีต่อดิน
ฝนกรดจะทำการละลายและพัดพาปุ๋ยและสารอาหารที่จำเป็นในการเจริญเติบโตของต้นไม้ไป นอกจากนี้แล้วอาจจะยังละลายสารพิษอื่น ๆ ที่มีอยู่ทั่วไปในดิน เช่นอะลูมิเนียม (aluminum: Al) และปรอท (mercury: Hg) โดยพัดพาสารเหล่านี้ลงไปในแหล่งน้ำ ก่อให้เกิดอันตรายกับระบบนิเวศน์ในน้ำต่อไป



ผลกระทบที่มีต่อต้นไม้
นอกจากต้นไม้จะได้รับผลกระทบจากการที่สารอาหารในดินถูกชะล้างไปแล้ว ฝนกรดเหล่านี้ยังเป็นอันตรายต่อใบของพืชด้วย โดยการกัดกร่อนใบ ทำให้เกิดรูโหว่ ทำให้พืชขาดความสามารถในการผลิตอาหารจากการสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis: ความสามารถในการสร้างอาหารของพืชโดยใช้น้ำ ออกซิเจน และแสงเป็นวัตถุดิบ) นอกจากนี้แล้วเชื้อโรคต่าง ๆ อาจทำอันตรายกับพืชได้โดยเข้าผ่านทางแผลที่ใบ ทำให้ต้นไม้อ่อนแอต่อสภาวะอื่นๆ อีกมากมาย ไม่ว่าจะเป็นความร้อน ความเย็น หรือความแห้งแล้ง และสามารถทำให้ต้นไม้ยืนต้นตายจากรากขึ้นไปถึงใบ เพราะแร่ธาตุในดิน เช่น แคลเซียม ฟอสฟอรัส เป็นต้น โดนชะล้างจากฝนกรด ทำให้ต้นไม้ไม่มีแร่ธาตุจะใช้



ผลกระทบต่อแหล่งน้ำ
เมื่อฝนกรดตกลงมาและถูกดูดซึมลงสู่แหล่งน้ำต่าง ๆ ได้โดยง่าย น้ำบริสุทธิ์ในธรรมชาติทั่วไป มักเป็นกรดอ่อน ๆ หรือเบสอ่อน ๆ โดยค่า pH จะอยู่ที่ประมาณ 6 – 8 อย่างไรก็ตามฝนกรดอาจทำให้ค่า pH ในแหล่งน้ำบางแหล่งลดลงต่ำกว่านั้น ก่อให้เกิดปัญหาต่อสิ่งมีชีวิตในแหล่งน้ำนั้น ๆ รวมไปถึงความสามารถในการละลายออกซิเจนในน้ำที่ลดน้อยลง เมื่อน้ำไม่สามารถละลายออกซิเจนไว้ได้ สิ่งมีชีวิตใต้น้ำก็ไม่สามารถหายใจได้ตามปกติจึงต้องล้มตายไป ก่อให้เกิดผลกระทบโดยตรงกับระบบนิเวศน์ โดยสิ่งมีชีวิตทั่วไปจะเริ่มล้มตายเมื่อค่า pH เริ่มลดลงต่ำกว่า 6.0 ไข่ปลาจะไม่สามารถฟักออกเป็นตัวได้เมื่อค่า pH ลดลงถึง 5.0 และเมื่อใดก็ตามที่ค่า pH ของน้ำลดลงต่ำกว่า 4.5 แหล่งน้ำนั้นจะไม่สามารถค้ำจุนสิ่งมีชีวิตใด ๆ ได้อีก
สัตว์บกเองก็ใช่ว่าจะไม่ได้รับผลกระทบจากแหล่งน้ำที่เป็นกรด หอยทากที่อาศัยอยู่ใกล้แหล่งน้ำที่เป็นกรดจะเกิดปัญหากับเปลือกหอยของมัน ทำให้เปลือกไม่แข็งแรง และเมื่อนกกินหอยทากเหล่านี้เข้าไป ส่งผลให้นกขาดสารแคลเซียม ก่อให้เกิดปัญหาเปลือกไข่บางในนกบางชนิดอีกด้วย



ผลกระทบที่มีต่อสิ่งปลูกสร้างของมนุษย์


ภาพความเสียหายจากฝนกรดที่ปราสาทลินคอล์นในอังกฤษ ทำให้เกิดก้อนปูนปูดขึ้นมาจากเนื้อหิน
และปัญหาตามมาคือเกิดปลวกขึ้นตามไม้จากสิ่งปลูกสร้างของมนุษย์
ฝนกรดอาจทำความเสียหายอย่างรุนแรงกับสิ่งปลูกสร้างต่าง ๆ ของมนุษย์ โดยสิ่งที่เห็นได้ชัดที่สุดคือปูนที่ถูกฝนกรดละลายออกมา ทำให้เกิดความเสียหายที่ยากจะซ่อมแซมได้ในบางกรณี ซึ่งสิ่งนี้กำลังเป็นปัญหาใหญ่ในการปกป้องสิ่งปลูกสร้างเก่า ๆ และสถานที่สำคัญของประวัติศาสตร์ของมนุษย์ชาติ เช่น วิหารพาร์เธนอน (Parthenon) เป็นต้น
ผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์
แหล่งน้ำที่เป็นกรดไม่ก่อให้เกิดปัญหากับมนุษย์เท่าไรนัก ไม่มีปัญหาอะไรถ้าเราจะว่ายน้ำในทะเลสาบที่เป็นกรด แต่อย่างไรก็ตาม ปัญหาที่สำคัญไม่ได้อยู่ที่ความเป็นกรดของน้ำ หากแต่เป็นเพราะสารพิษที่ละลายมาจากดินลงสู่แหล่งน้ำต่างหาก ในสวีเดน มีทะเลสาบมากกว่าหนึ่งหมื่นแห่งที่ได้รับผลกระทบจากฝนกรด ทำให้มีสารปรอทละลายอยู่เป็นจำนวนมาก ประชาชนบริเวณแถบนั้นได้รับการเตือนโดยทางการไม่ให้รับประทานปลาที่จับมาจากแหล่งน้ำเหล่านั้น
สำหรับในอากาศ กรดเหล่านี้อาจรวมตัวกับสารเคมีอื่น ๆ ก่อให้เกิดหมอกควันที่เป็นอันตรายต่อระบบทางเดินหายใจและทำให้หายใจได้ลำบาก โดยเฉพาะกับคนที่มีโรคหอบหืด หรือโรคทางเดินหายใจอื่น ๆ อยู่แล้ว อาการอาจกำเริบรุนแรงจนถึงแก่ชีวิตได้



ฝนกรด และสภาวะโลกร้อน
เป็นที่น่าแปลกใจที่ฝนกรดกลับมีประโยชน์ให้กับสิ่งแวดล้อมในจุดนี้ สารซัลเฟตที่ละลายอยู่ในบรรยากาศสามารถที่จะสะท้อนแสงอาทิตย์ออกไปจากโลกได้ ทำให้ความร้อนของโลกนั้นเพิ่มขึ้นช้าลง นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามลภาวะฝนกรดสามารถช่วยชะลอจุดวิกฤตของสภาวะโลกร้อนออกไปได้หลายสิบปีเลยทีเดียว

การร้อนขึ้นของโลก


ผลกระทบจากฝนกรด อาจสรุปได้ดังนี้คือ
1. ฝนกรดจะทำลายธาตุอาหารบางชนิดในดิน เช่น ไนเตรต ฟอสเฟต ทำให้ดินเป็นกรดเพิ่มขึ้น มีผลต่อการ เพาะปลูก เช่นผลผลิตของพิชน้อยกว่าปกติ เพราะฝนกรดทำให้ดินเปรี้ยวจุลินทรีย์หลายชนิดในดินที่มีประโยชน์ต่อ การเจริญเติบโตของพืชถูกทำลาย ซึ่งจะมีผลกระทบในแง่การย่อยสลายในดินและการเจริญเติบโตของพืช
2. ฝนกรดทำลายวัสดุสิ่งก่อสร้างและอุปกรณ์บางชนิด คือ จะกัด กร่อนทำลายพวกโลหะ เช่น เหล็กเป็นสนิม เร็วขึ้น สังกะสีมุงหลังคา ที่ใกล้ ๆ โรงงานจะ ผุกร่อนเร็ว สังเกตได้ง่าย นอกจากนี้ยังทำให้ แอร์ ตู้เย็น หรือวัสดุอื่น ๆ เช่นปูนซีเมนต์หมดอายุเร็วขึ้น ผุกร่อนเร็วขึ้น เป็นต้น
3. ฝนกรดจะทำลายทรัพยากรธรรมชาติ เช่น ปู หอย กุ้ง อาจมีจำนวนลดลงหรือสูญพันธุ์ไปได้เพราะ ฝนกรดที่เกิดจากก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์และเกิด จากก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ จะทำให้น้ำในแม่น้ำทะเลสาบ มีความเป็นกรดเพิ่มขึ้น ถ้าเกิดอย่างรุนแรงอาจทำให้สัตว์น้ำดังกล่าวตาย เช่น อเมริกาตอนกลาง ค่า pH ของน้ำในทะเลสาบลดลง ทำให้ทะเลสาบ 85 แห่ง ไม่มีปลาซึ่งเหตุการณ์ทำนองนี้เกิดขึ้นในทะเลสาบ ในประเทศ สวีเดน ทะเลสาบบางแห่ง ป้องกัน ตัวเองจาก ฝนกรดได้เพราะในทะเลสาบนั้นมีสารพวกไบคาร์บอเนต หรือแร่ธาตุอื่นละลายอยู่.



การแก้ไขและป้องกันปัญหาฝนกรด
สามารถทำได้โดยการลดตัวการที่จะทำให้เกิดฝนกรด โดยลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลให้น้อยลง จะสามารถทำให้ค่าความเป็นกรดในน้ำฝนลดลงได้ สำหรับพวกเราควรระมัดระวัง การดื่มน้ำฝนที่เป็นกรดและสารพิษอื่นๆ ซึ่งตกลงมาผ่านอากาศที่เป็นมลพิษในเมืองใหญ่เช่น กรุงเทพฯ พบว่าน้ำฝนมีความเป็นกรดสูง คือ pH อยู่ระหว่าง 3.5-5.0 โดยเฉพาะช่วงที่ฝนตกใหม่ๆ น้ำฝนจะไม่สะอาด ส่วนในชนบทที่อากาศสะอาด เราจะสามารถดื่มน้ำฝนได้อย่างปลอดภัย


แหล่งข้อมูลอื่น
• National Acid Precipitation Assessment Program Report - a 98-page report to Congress
• Acid rain for schools
• Acid rain for schools - Hubbard Brook
• U.S. Environmental Protection Agency - New England Acid Rain Program (superficial)
• Acid Rain (more depth than ref. above)
• U.S. Geological Survey - What is acid rain?
• Acid rain analysis - freeware for simulation and evaluation of titration curves and pH calculations
• CBC Digital Archives – Acid Rain: Pollution and Politics
1. http://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B8%9D%E0%B8%99%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%94".
2. nakhamwit.ac.th/pingpong_web/env.htm
3. http://ozone.tmd.go.th/acid.htm

วิทยาศาสตร์

วิทยาศาสตร์ ^{[note 1]} หมายถึง ความรู้เกี่ยวกับสิ่งต่างๆในธรรมชาติทั้งที่มีชีวิตและไม่มีชีวิต รวมทั้งกระบวนการประมวลความรู้เชิง ประจักษ์ ที่เรียกว่ากระบวนการทางวิทยา ศาสตร์ และกลุ่มขององค์ความรู้ที่ได้จากกระบวนการดังกล่าว
การศึกษาในด้านวิทยาศาสตร์ยังถูกแบ่งย่อยออกเป็น วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ และ วิทยาศาสตร์ประยุกต์คำว่า science ในภาษาอังกฤษ ซึ่งแปลว่า วิทยาศาสตร์นั้น มาจากภาษาลาติน คำว่า scientia ซึ่งหมายความว่า ความรู้ ในคริสต์ศตวรรษที่ 17 ฟรานซิส เบคอนได้ พยายามคิดค้นวิธีมาตรฐานในการอุปนัย เพื่อนำมาใช้สร้างทฤษฎีหรือกฎต่างๆ ทางวิทยาศาสตร์จากข้อมูลที่ทดลองหรือสังเกตได้จากธรรมชาติ
โดยทั่วไปเราถือกันว่า วิทยาศาสตร์สมัย ใหม่ เริ่มต้นในยุคฟื้นฟู ศิลปะวิทยาการ โดยมี "บิดาแห่งวิทยาศาสตร์สมัยใหม่" คือ กาลิเลโอ กาลิเลอี เป็นผู้ถอนรื้อและปรับปรุงแนวความคิดเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์สมัยเก่า ที่ยึดกับแนวความคิดของอริสโตเติลทิ้งไป. ณ ขณะนั้น กาลิเลโอได้กำหนดลักษณะสำคัญของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ไว้ดังนี้

• ทำนายสิ่งที่เกิดขึ้นในปรากฏการณ์ธรรมชาติได้ โดยที่ไม่จำเป็นต้องอธิบายสาเหตุได้ เช่น ในขณะที่ยังไม่มีความรู้เรื่องแรงโน้มถ่วงนั้น กาลิเลโอไม่สนใจที่จะอธิบายว่า "ทำไมวัตถุถึงตกลงสู่พื้นดิน ?" แต่สนใจคำถามที่ว่า "เมื่อมันตกแล้ว มันจะถึงพื้นภายในเวลาเท่าใด ?"
• ใช้คณิตศาสตร์เพื่อเป็นภาษาหลักของวิทยาศาสตร์ (ดูหัวข้อ คณิตศาสตร์ และวิทยาศาสตร์)

ในเวลาต่อมา ไอแซก นิวตันได้ต่อเติมรากฐานและระบบระเบียบของ แนวคิดเหล่านี้ และเป็นต้นแบบสำหรับสาขาด้านอื่นๆ ของวิทยาศาสตร์
ก่อนหน้านั้น, ในปี ค.ศ. 1619 เรอเน เดส์การตส์ ได้เริ่มเขียนความเรียงเรื่อง Rules for the Direction of the Mind (ซึ่งเขียนไม่เสร็จ). โดยความเรียงชิ้นนี้ถือเป็นความเรียงชิ้นแรกที่เสนอกระบวนการคิดเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์สมัย ใหม่และปรัชญาสมัยใหม่. อย่างไรก็ตามเนื่องจากเดส์การตส์ได้ทราบเรื่องที่กาลิเลโอ ผู้มีความคิดคล้ายกับตนถูกเรียกสอบสวนโดย โป๊ปแห่งกรุงโรม ทำให้เดส์การตส์ไม่ได้ตีพิมพ์ผลงานชิ้นนี้ออกมาในเวลานั้น
การพยายามจะทำให้ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์เป็นระบบนั้น ต้องพบกับปัญหาของการอุปนัย ที่ชี้ให้เห็นว่าการคิดแบบอุปนัย (ซึ่งเริ่มต้นโดยฟรานซิส เบคอน) นั้น ไม่ถูกต้องตามหลักตรรกศาสตร์. เดวิด ฮูมได้อธิบายปัญหาดังกล่าวออกมาอย่างละเอียด คาร์ล พอพเพอร์ใน ความคิดลักษณะเดียวกับคนอื่นๆ ได้พยายามอธิบายว่าสมมติฐานที่จะใช้ได้นั้นจะต้องทำให้เป็นเท็จได้ (falsifiable) นั่นคือจะต้องอยู่ในฐานะที่ถูกปฏิเสธได้ ความยุ่งยากนี้ทำให้เกิดการปฏิเสธความเชื่อพื้นฐานที่ว่ามีระเบียบวิธี 'หนึ่งเดียว' ที่ใช้ได้กับวิทยาศาสตร์ทุกแขนง และจะทำให้สามารถแยกแยะวิทยาศาสตร์ ออกจากสาขาอื่นที่ไม่เป็นวิทยาศาสตร์ได้
ปัญหาเกี่ยวกระบวนการปฏิบัติของวิทยาศาสตร์มี ความสำคัญเกินขอบเขตของวงการวิทยาศาสตร์ หรือวงการวิชาการ ในระบบยุติธรรมและในการถกเถียงปัญหาเกี่ยวกับนโยบายสาธารณะ การศึกษาที่ใช้วิธีการนอกเหนือจาก แนวปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นที่ ยอมรับ จะถูกปฏิเสธ และถูกจัดว่าเป็น "วิทยาศาสตร์ขยะ" หรือศาสตร์ปลอม^{[ต้องการอ้างอิง]}

 กู ปิยพัฒน์ แสงประไพ เองผู้คิดค้นวิทยาศาสตร์

บทความหลัก: ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์

โมเดลอะตอมของ บอห์ร เป็นหนึ่งในโมเดลทางวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียง มาก ได้ผ่านกระบวนการทางวิทยา ศาสตร์เพื่อทดสอบความถูกต้องหลายต่อหลายครั้ง ดังจะเห็นได้จากการถูกเสนอขึ้นเป็นโมเดลที่แท้จริงของอะตอมเนื่องจากอธิบายปรากฏการณ์เส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนได้ และในเวลาต่อมาก็ถูกคัดค้านเนื่องจากอธิบายปรากฏการณ์อื่นๆ อีกหลายอย่างไม่ได้

คำว่า "โมเดล", "สมมติฐาน", "ทฤษฎี", และ"กฎทางกายภาพ" มีความหมายในทางวิทยาศาสตร์ไม่เหมือนกับที่ใช้กันทั่วไป นักวิทยาศาสตร์ใช้คำว่า โมเดล เพื่อหมายถึงคำอธิบายปรากฏการณ์บางอย่าง ที่สามารถนำไปใช้สร้างคำทำนายซึ่งตรวจสอบความถูกต้องได้ด้วยการทดลองหรือการสังเกต ในขณะที่ สมมติฐาน คือความเชื่อที่ยังไม่ได้รับการสนับสนุนที่มากพอ และยังไม่ถูกพิสูจน์ว่าผิดพลาดด้วยการทดลอง ส่วน กฎทางกายภาพ หรือ กฎ ธรรมชาติ นั้น คือคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ที่มีนัยทั่วไป ที่วางรากฐานอยู่บนผลของการสังเกตเชิงประจักษ์
ผู้คนทั่วไปมักเข้าใจว่า ทฤษฎี นั้นหมายถึงแนวคิดที่ยังไม่มีบทพิสูจน์หรือข้อสนับสนุนที่ชัดเจน อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์มักใช้คำว่าทฤษฎี เพื่อกล่าวถึงกลุ่มก้อนของแนวคิดที่ทำนายผลบางอย่าง การกล่าวว่า "ผลแอปเปิลหล่น" คือการระบุความจริง ในขณะที่ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันคือ กลุ่มของแนวคิดที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถอธิบายได้ว่าทำไมผลแอปเปิลถึง หล่น และทำนายการหล่นของวัตถุอื่นๆ ได้
ทฤษฎีที่ผ่านการทดสอบอย่างละเอียดถี่ถ้วนเป็นเวลานาน พร้อมกับมีหลักฐานจำนวนมากรองรับ จะถูกพิจารณาว่า "พิสูจน์แล้ว" ในความหมายทางวิทยาศาสตร์ โมเดลที่ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปเช่น ทฤษฎี อาทิตย์เป็นศูนย์กลางและทฤษฎีอะตอมนั้น มีหลักฐานที่มั่นคงจนยากจะเชื่อได้ว่าจะทฤษฎีจะผิดได้อย่างไร ส่วนทฤษฎีอื่นๆ เช่น ทฤษฎีสัมพัทธภาพ, คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หรือทฤษฎีวิวัฒนาการนั้น ผ่านการทดสอบที่เคร่งครัดอย่างมากมายโดยไม่พบข้อขัดแย้ง แต่ก็ยังเป็นไปได้ที่สักวันหนึ่งทฤษฎีเหล่านี้อาจถูกล้มล้างลง ทฤษฎีใหม่ๆ เช่นทฤษฎีสตริงอาจจะเป็นแนวคิดที่น่าเชื่อถือ แต่ก็ยังคงต้องผ่านกระบวนการตรวจสอบที่หนักหน่วงเช่นเดียวกัน
นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยกล่าวอ้างถึงความรู้สัมบูรณ์ ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์แม้จะถูกพิสูจน์แล้ว แต่ก็ยังมีโอกาสที่จะถูกปฏิเสธได้ ถ้าพบหลักฐานเพิ่มเติม แม้กระทั่งทฤษฎีพื้นฐานเอง วันหนึ่งก็อาจกลายเป็นทฤษฎีที่ไม่สมบูรณ์ได้ ถ้ามีผลการสังเกตใหม่ๆ นั้นขัดแย้งกับทฤษฎีเหล่านั้น
กลศาสตร์นิวตันที่ค้นพบ โดยไอแซก นิวตันเป็นตัวอย่างที่โด่งดัง ของกฎที่ถูกพบในภายหลังว่าอาจไม่ผิดพลาด ในกรณีที่การเคลื่อนที่นั้นมีความเร็วเข้าใกล้ความเร็วแสง หรือวัตถุอยู่ใกล้กับสนามแรงโน้มถ่วงที่แรงมากๆ ในกรณีที่นอกเหนือจากนี้ กฎของนิวตันยังคงเป็นโมเดลที่เยี่ยมยอดของเคลื่อนที่และแรงโน้มถ่วง เนื่องจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั้นครอบคลุม ปรากฏการณ์ทั้งหมดที่กฎของนิวตันสามารถใช้ได้ และยังสามารถใช้ในกรณีอื่นๆ ได้อีก ทฤษฎีนี้จึงถูกจัดว่าเป็นทฤษฎีที่มีความถูกต้องมากกว่า

• มีอีกความเชื่อว่าวิทยาศาสตร์พัฒนามาจากเวทมนตร์

ความสำเร็จอันยิ่งใหญ่ของวิทยาศาสตร์ในประวัติศาสตร์มนุษย์ ได้สร้างประเด็นคำถามทางปรัชญาไว้มากมาย. โดยนักปรัชญาวิทยา ศาสตร์ได้ตั้งคำถามทางปรัชญาที่สำคัญดังนี้

• สิ่งใดเป็นตัวแบ่งแยกความรู้ทางวิทยาศาสตร์กับความรู้ประเภทอื่นๆ เช่น โหราศาสตร์
• ความรู้ทางวิทยาศาสตร์เป็นความจริงหรือไม่
• ความรู้ทางวิทยาศาสตร์เชื่อถือได้แค่ไหน
• วิทยาศาสตร์มีประโยชน์จริงๆ หรือไม่
• ศีลธรรมของวิทยาศาสตร์ที่เหมาะสม คือรูปแบบใด

ประเด็นเหล่านี้ยังเป็นที่ถกเถียงในหมู่นักปรัชญาวิทยา ศาสตร์อย่างมากในปัจจุบัน และไม่มีความเห็นใดที่ได้รับการยอมรับทั่วไปอีกเลยทีเดียว

สาขา ของวิทยาศาสตร์

] วิทยา ศาสตร์ธรรมชาติ

ฟิสิกส์

ฟิสิกส์เชิงทฤษฎี(en: theoretical physics) ฟิสิกส์เชิงคำนวณ (eng) สวนศาสตร์ (Acoustics) Astrodynamics (eng) ดาราศาสตร์ (Astronomy) ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ (Astrophysics) Atomic, Molecular, and Optical physics eng ชีวฟิสิกส์ (Biophysics) Condensed matter physics (eng) จักรวาลวิทยา (Cosmology) อติสีตศาสตร์ (Cryogenics)

พลศาสตร์ (Dynamics) พลศาสตร์ของไหล (Fluid dynamics) Materials physics (eng) Mathematical physics (eng) กลศาสตร์ (Mechanics) นิวเคลียร์ฟิสิกส์ (Nuclear physics) ทัศนศาสตร์ (Optics) Particle physics (eng) (or High Energy Physics) พลาสมาฟิสิกส์ (eng) พอลิเมอร์ฟิสิกส์ (eng) Vehicle dynamics (eng)

เคมี

เคมีวิเคราะห์ (Analytical chemistry) ชีวเคมี (Biochemistry) เคมีการคำนวณ(Computational chemistry) เคมีไฟฟ้า(Electrochemistry) เคมีอนินทรีย์ (Inorganic chemistry) วัสดุศาสตร์(Materials science)

เคมีอินทรีย์ (Organic chemistry) เคมีฟิสิกส์(Physical chemistry) เคมีควอนตัม (Quantum chemistry) สเปกโตรสโคปี(Spectroscopy) สเตอริโอเคมิสตรี(Stereochemistry) เคมีความร้อน (Thermochemistry)

วิทยาศาสตร์โลก

ภูมิมาตรศาสตร์ (Geodesy) ภูมิศาสตร์ (Geography) ธรณีวิทยา (Geology) อุตุนิยมวิทยา (Meteorology)

สมุทรศาสตร์ (Oceanography) บรรพชีวินวิทยา (Paleontology) ชลธารวิทยา (Limnology) ธรณีพิบัติวิทยา (Seismology)

ชีววิทยา

กายวิภาคศาสตร์ (Anatomy) ชีววิทยาดารา ศาสตร์ (Astrobiology) ชีวเคมี (Biochemistry) ชีวสารสนเทศศาสตร์ (Bioinformatics) ชีวฟิสิกส์ (Biophysics) พฤกษศาสตร์ (Botany) ชีววิทยาของเซลล์(Cell biology) (eng) Cladistics (eng) วิทยาเซลล์ (Cytology) Developmental biology (eng นิเวศวิทยา (Ecology) กีฏวิทยา (Entomology) วิทยาการระบาด (Epidemiology) Evolutionary biology (en:Evolutionary biology) Evolutionary developmental biology (eng) Freshwater Biology (eng) พันธุศาสตร์ (Genetics) (Population genetics), (Genomics), (Proteomics)

มิญชวิทยา (Histology) มีนวิทยา (Ichtyology) วิทยาภูมิคุ้มกัน (Immunology ชีววิทยา ทางทะเล Marine biology (eng) จุลชีววิทยา (Microbiology) อณูชีววิทยา (Molecular Biology) สัณฐานวิทยา (Morphology) ประสาทวิทยาศาสตร์ (Neuroscience) พัฒนาการของพืช (eng) ปักษิณวิทยา (Ornithology) บรรพชีววิทยา (Palaeobiology) สาหร่ายวิทยา Phycology (eng) หรือ (Algology) วิวัฒนาการ ชาติพันธุ์ (eng) Physical anthropology (eng สรีรวิทยา (Physiology) Structural biology (eng) อนุกรมวิธาน (Taxonomy) พิษวิทยา (Toxicology) วิทยาไวรัส (Virology) สัตววิทยา (Zoology)

วิทยา ศาสตร์ประยุกต์

• วิศวกรรมศาสตร์
  • สาขาของวิศวกรรมศาสตร์
• วิทยา การคอมพิวเตอร์และสารสนเทศ
  • วิทยาการคอมพิวเตอร์
  • วิทยาการสารสนเทศ หรือ สารสนเทศศาสตร์
  • วิทยาศาสตร์พุทธิปัญญา (Cognitive science)
  • วิชาเกี่ยวกับการติดต่อและควบคุมของสัตว์และเครื่องจักร (eng)
  • บรรณารักษศาสตร์และสารนิเทศ ศาสตร์
  • Systemics

วิทยาศาสตร์สุขภาพ (Health Science)

เภสัชกรรม (เภสัชศาสตร์) ทันตแพทยศาสตร์ (Dentistry) ทัศนมาตรศาสตร์ (Optometry) แพทยศาสตร์ (Medicine) เนื้องอกวิทยา (Oncology) พยาธิวิทยา (Pathology) อายุรเวช เวชศาสตร์ เภสัชวิทยา (Pharmacology) พิษวิทยา (Toxicology)

สัตวแพทยศาสตร์ (Veterinary medicine) เทคนิคการแพทย์ เคมีคลินิค จุลทรรศน์ ศาสตร์คลินิค เวชศาสตร์การ ธนาคารเลือด กายภาพบำบัด กิจกรรมบำบัด รังสีเทคนิค

วิทยา ศาสตร์สังคม

• วิทยาศาสตร์สังคม (en:Social sciences)
• มนุษยวิทยา (en:Anthropology)
  • โบราณคดีวิทยา (en:Archaeology)
• เศรษฐศาสตร์ (en:Economics)
• ภูมิศาสตร์ (en:Geography)
• ภาษาศาสตร์ (en:Linguistics)
  • สัณฐานวิทยา (en:Morphology)
  • สัทศาสตร์ (en:Phonetics)
  • Phonology
  • อรรถศาสตร์ (en:Semantics)
  • วากยสัมพันธ์ (en:Syntax)
• ปรัชญา (en:Philosophy)
• รัฐศาสตร์ (en:Political Science)
• จิตวิทยา (en:Psychology)
  • Behavior analysis
  • Biopsychology
  • Cognitive psychology
  • Clinical psychology
  • Developmental psychology
  • Educational psychology
  • Experimental psychology
  • Forensic psychology
  • Health psychology
  • Humanistic psychology
  • Industrial and organizational psychology
  • Neuropsychology
  • Personality psychology
  • Psychometrics
  • Psychology of religion
  • Psychophysics
  • Sensation and perception psychology
  • Social psychology
• สังคมศาสตร์ (en:Sociology)

วิทยา ศาสตร์การทหาร

• วิทยาศาสตร์การท หาร (eng)

วิทยา ศาสตร์สิ่งแวดล้อม

• วิทยาศาสตร์ สิ่งแวดล้อม
• เคมีสิ่งแวดล้อม 

อ้าง อิง

1. บทความ Epilogue ใน "Judea Pearl: Causality, Cambridge University Press, ISBN 0-521-77362-8" เล่าเรื่องประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ไว้อย่างเรียบง่าย และน่าติดตาม
2. Feynman Richard. The Feynman Lecture Notes on Physics. Addison-wesley, 1971.
3. Morris Kilne. Mathematics for the Non-mathematician. Dover Publication, 1985.