วัฏจักรของน้ำกับการถ่ายเทความร้อนของโลก

 ภาพประกอบจาก http://cdn.wn.com

น้ำสามารถมีอยู่ได้ด้วยกันสามสถานะ คือ ของแข็ง ของเหลวและแก็ส โลกของเราเป็นดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวในระบบสุริยะจักรวาลที่มีน้ำอยู่ครบทั้งสามสถานะ โดยน้ำจะเปลี่ยนสถานะไปมาได้ในรูปแบบต่างๆขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของบริเวณรอบๆนั้น ซึ่งเมื่อน้ำนั้นเปลี่ยนสถานะ สิ่งที่จะเกิดควบคู่ไปด้วยก็คือการดูดหรือคายพลังงานความร้อนนั่นเอง

การระเหยของน้ำนั้นนำเอาความชื้นขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งนอกจากความชื้นแล้วอีกสิ่งหนึ่งซึ่งไอน้ำได้นำพาขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศด้วยก็คือความร้อน โดยความร้อนที่ไอน้ำพาขึ้นไปนั้นยังทำให้เกิดการถ่ายเทความร้อนจากเส้นศูนย์สูตรไปยังขั้วโลกด้วย ซึ่งถ้าปราศจากการพาความร้อนจากไอน้ำนี้แล้ว ไม่มีทางที่จะมีสภาพอากาศเกิดขึ้นในโลกเลย

เมื่อมหาสมุทรได้รับพลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์ โมเลกุลของน้ำที่ผิวด้านบนจะดูดซับความร้อนนั้นไว้และเกิดการสั่นสะเทือนขึ้น บางโมเลกุลจะสั่นสะเทือนด้วยความถี่มากพอที่จะทำให้สามารถชนะแรงยึดเหนี่ยวทางเคมีระหว่างน้ำด้วยกันได้และหลุดออกมาเป็นไอน้ำระเหยลอยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งการกลายเป็นไอนั้นก็จะนำพาความร้อนจากมหาสมุทรขึ้นไปกับมันด้วย ความร้อนที่ติดไปกับโมเลกุลของน้ำนี่เองที่เราเรียกมันว่าความร้อนแฝงเนื่องจากการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวกลายเป็นไอ

การถ่ายเทความร้อนข้างต้นทำให้เกิดเหตุการณ์สำคัญขึ้นสองอย่าง อย่างแรกคือมันจะทำให้อุณหภูมิของผิวน้ำทะเลเย็นลง เหมือนกับเหงื่อที่ระเหยออกจากร่างกายของเราเพื่อลดอุณหภูมินั่นเอง ถ้าปราศจากกระบวนการลดอุณหภูมิด้วยการระเหยของน้ำทะเลนี้แล้ว อุณหภูมิเฉลี่ยของโลกจะต้องสูงขึ้นจากที่เป็นอยู่คือจาก 15 องศาเซลเซียสมาเป็น 19 องศาเซลเซียสเลยทีเดียว

ความสำคัญอีกอย่างของกระบวนการระเหยกลายเป็นไอนี้ก็คือ ความร้อนที่ถูกไอน้ำนำพาจากพื้นผิวทะเลขึ้นไปสู่ชั้นบรรยากาศนั้นจะมุ่งตรงเข้าสู่บริเวณขั้วโลกผ่านกระบวนการหมุนเวียนของ Hadley cell, Ferrell cell และ Polar cell   ความร้อนที่ว่านี้จะถูกปลดปล่อยออกจากไอน้ำก็ต่อเมื่อไอน้ำนั้นได้ควบแน่นกลับมาเป็นของเหลวหรือของแข็งเท่านั้น และที่บริเวณไกลออกไปจากเส้นศูนย์สูตร ที่บริเวณละติจูดสูงๆใกล้ขั้วโลก ความร้อนแฝงซึ่งแฝงอยู่กับกับไอน้ำนั้นจะถูกคายกลับสู่ชั้นบรรยากาศเมื่อไอน้ำนั้นได้ควบแน่นกลายเป็นน้ำแข็งหรือหิมะ และจากนั้นน้ำแข็งหรือหิมะนั้นก็จะค่อยๆละลายไหลลงสู่ลำธาร แม่น้ำ และกลับคืนสู่ทะเลในที่สุด อาจพูดได้ว่ากระบวนการระเหยของน้ำทะเลนี้เองที่เป็นแรงขับดันให้เกิดการหมุนเวียนในบรรยากาศของโลก

พูดกันอย่างสั้นๆก็คือน้ำนั้นดูดซับเอาพลังงานแสงอาทิตย์และเปลี่ยนสถานะของตนเองจากน้ำแข็งเป็นน้ำโดยกระบวนการละลาย จากของเหลวเป็นไอด้วยกระบวนการระเหย และในทางกลับกันน้ำก็จะปลดปล่อยพลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับออกมาเมื่อไอนั่นควบแน่นกลับมาเป็นของเหลวและของแข็งตามลำดับ

กระบวนการดูดซับพลังงาน ส่งถ่ายพลังงาน และการปลดปล่อยความร้อนแฝงกลับคืนมานั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสภาพภูมิอากาศ โดยปริมาณของความร้อนจากเส้นศูนย์สูตรสู่ขั้วโลกที่ถูกส่งผ่านกระบวนการระเหยและแฝงไปกับความร้อนแฝงของน้ำนั้นมีปริมาณมากเกือบสามเท่าของปริมาณความร้อนที่ถูกพาไปโดยอากาศแห้งที่ปราศจากความชื้น

 

………………………………………………….

แหล่งข้อมูลอ้างอิงจาก Science101 – Weather , TE Bell - 2007 - Harper Paperbacks

แปลและเรียบเรียง โดย อนุชา ศรีเริงหล้า นักอุตุนิยมวิทยาปฏิบัติการ

ตรวจทานและแก้ไข โดย ดร.วัฒนา กันบัว (ผู้อำนวยการศูนย์อุตุนิยมวิทยาทะเล)