"กบเอย ทำไมจึงร้อง ? จำเป็นต้องร้อง เพราะว่าท้องมันปวด"
"ท้องเอย ทำไมจึงปวด ? จำเป็นต้องปวด เพราะว่ากินข้าวดิบ"
"ข้าวเอย ทำไมจึงดิบ ? จำเป็นต้องดิบ เพราะว่าไฟมันดับ"
"ไฟเอย ทำไมจึงดับ ? จำเป็นต้องดับ เพราะว่าฟืนมันเปียก"
"ฟืนเอย ทำไมจึงเปียก ? จำเป็นต้องเปียก เพราะว่าฝนมันตก"
"ฝนเอย ทำไมจึงตก ? ....."
เราคงจะจำเพลงสมัยเรียนประถมเพลงนี้ได้ แต่แน่นอนว่าจริงๆ แล้วฝนไม่ได้ตกเพราะกบมันร้อง...เหมือนในเพลง แต่ฝนเกิดจากไอน้ำในอากาศ ซึ่งไอน้ำเหล่านี้อาจจะระเหยจากความร้อน ระเหยจากลมพัด หรือเป็นไอน้ำจากขบวนการหายใจของมนุษย์และสัตว์ รวมทั้งการคายน้ำจากพืช ซึ่งไอน้ำในอากาศมักจะถูกวัดเป็นความชื้นสัมบูรณ์ (Absolute Humidity) คือ อัตราส่วนระหว่างมวลของไอน้ำในอากาศกับปริมาตรของอากาศนั้นหน่วยวัดความชื้นสัมบูรณ์คือ g/m^3 (กรัมต่อลบ.ม.) หรือ อาจจะวัดเป็น ความชื้นสัมพัทธ์ (Relative Humidity) คือ ปริมาณเปรียบเทียบระหว่างระหว่างมวลของไอน้ำที่มีอยู่จริงในอากาศขณะนั้นกับมวลของไอน้ำในอากาศอิ่มตัวที่อุณหภูมิและปริมาตรเดียวกัน พูดง่ายๆ ก็คือเปอร์เซ็นต์ความหนาแน่นของไอน้ำก่อนที่จะถึงจุดควบแน่นเป็นหยดน้ำ
โดยบริเวณที่มีไอน้ำมีอยู่ในอากาศมากจะเห็นเป็นก้อนเมฆ ซึ่งปกติอากาศจะมีความสามารถในการจุไอน้ำก่อนจะอิ่มตัวและควบแน่นเป็นหยดน้ำแตกต่างกันตามอุณหภูมิของอากาศ โดยอากาศที่ร้อนกว่าจะสามารถจุไอน้ำได้มากกว่าอากาศเย็น ดังนั้นวิธีการหนึ่งที่จะทำให้เมฆควบแน่นเป็นหยดน้ำฝนคือการทำให้เมฆเย็นลง ความสามารถในการจุไอน้ำก็ลดลง ทำให้ไอน้ำมีความหนาแน่นมากพอที่จะควบแน่นเป็นหยดน้ำฝน
ขบวนการที่จะทำให้เมฆเย็นลงจนถึงจุดควบแน่นแบ่งออกเป็น 4 วิธีคือ adiabatic cooling, conductive cooling, radiational cooling, และ evaporative cooling
1. Adiabatic Cooling เกิดขึ้นเมื่ออากาศยกตัวสูงขึ้น และขยายตัว โดยการยกตัวของเมฆอาจจะเกิดจากการพาความร้อน (convection) ซึ่งจะทำให้อากาศที่ร้อนกว่าลอยตัวสูงขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งอากาศที่ด้านบนจะอุ่นกว่าอากาศบริเวณพื้นดิน ฝนที่เกิดขึ้นในลักษณะนี้จะมักจะตกไม่นาน และตกในพื้นที่เล็กๆ มักจะพบได้บ่อยในเขตร้อนอย่างประเทศไทย
อีกสาเหตุหนึ่งคือการยกตัวของอากาศอย่างรุนแรงอย่างในพายุไซโคลน แต่ไม่ค่อยเกิดขึ้นในประเทศไทยบ่อยนัก
และอีกสาเหตุหนึ่งคือการยกตัวเมื่อเมฆลอยไปปะทะกับสิ่งขีดขวางขนาดใหญ่อย่างภูเขา ทำให้เกิดการยกตัวของเมฆ (orographic lift) ขึ้นสูงทำให้เมฆเย็นตัวลงจึงกลั่นเป็นฝน ฝนในลักษณะนี้มักจะพบในแนวเขาขวางลมมรสุมที่พัดผ่านทะเลมา เช่น แถบทะลฝั่งตะวันตกอย่างจังหวัดพังงา ระนอง หรือ ทะเลฝั่งตะวันออกอย่างจันทบุรี ตราด เป็นต้น ซึ่งฝนในลักษณะนี้มักจะตกหนักและตกนาน ส่วนพื้นที่หลังเขาไม่ต้องพูดถึง จะกลายเป็นเขต "เงาฝน" เนื่องเมฆที่พัดผ่านส่วนใหญ่จะตกเป็นฝนไปที่ด้านหน้าของภูเขาแล้ว (ยกเว้นเมฆอยู่ในระดับสูงกว่าภูเขามากๆ จะลอยข้ามมาได้)
อีกปรากฎการณ์หนึ่งที่เรามักจะพบในปัจจุบันคือ Urban Heat Island ซึ่งเกิดจากการพัฒนาเมืองที่ผิดธรรมชาติไปอย่างมาก ทำให้มีต้นไม้น้อยลง และปรับเปลี่ยนมาเป็นวัสดุที่มีมักจะแผ่รังสีความร้อนออกมาได้มากกว่าต้นไม้ เช่น คอนกรีต ถนน กระจก เป็นต้น รวมทั้งการใช้แอร์กันอย่างกว้างขวางโดยการนำเอาความร้อนภายในอาคารมาปล่อยที่ด้านนอก และการใช้พลังต่างๆ ทั้งในเครื่องใช้ไฟฟ้า และรถยนต์ทำให้อากาศในเมืองมีอุณหภูมิสูงกว่าพื้นที่รอบนอกของเมือง
ปรากฎการณ์ Urban Heat Island ทำให้เกิดการยกตัวของอากาศร้อนในกลางเมือง เมื่อเมฆเคลื่อนตัวผ่านเมืองก็จะถูกแรงยกให้ขึ้นสูงขึ้น ทำให้อุณหภูมิของเมฆเย็นลงและตกมาเป็นฝน ลักษณะของฝนแบบนี้มักจะโดนยกตัวจากความร้อนสูงในช่วงบ่ายๆ และมักจะตกเป็นฝนในช่วงเลิกงาน ซึ่งฝนลักษณะนี้มีส่วนทำให้เกิดปัญหาภัยแล้งในประเทศไทย เนื่องจากถ้าไม่มีปรากฎการณ์นี้เมฆจะเคลื่อนตัวเข้ามาในแผ่นดินลึกมากขึ้นโดยไม่ตกเป็นฝนในกรุงเทพฯ ก่อน ส่วนฝนที่ตกในกรุงเทพฯ กลับไม่ค่อยได้ถูกใช้งานเนื่องจากแทบไม่มีพื้นที่เกษตรกรรมเหลือแล้ว และฝนที่ตกในกรุงเทพฯ ซึ่งอยู่ใกล้ทะเลมาก และไม่มีพื้นดินจะให้น้ำซึมลงใต้ดินเท่าไหร่ (เราห่มดินด้วยคอนกรีต และยางมะตอยหมดแล้ว) น้ำก็จะไหลเป็นน้ำ Run off ลงแม่น้ำไปสู่ทะเลแทบทั้งหมด (อ่านเพิ่มเติมใน "น้ำฝนหายไปไหน?" และใน "ต้นไม้สายฝน") น้ำฝนจึงไม่ได้ผ่านพื้นที่เกษตรกรรมอื่นๆ ให้สามารถใช้ประโยชน์หรือจัดเก็บน้ำจากฝนที่ตกซักเท่าไหร่ ผมคิดเล่นๆ ว่าถ้าเราสามารถย้ายเมืองหลวงขึ้นไปทางเหนือขึ้นมาสัก 300-500 กิโลเมตรก็น่าจะทำให้ฝนตกเข้ามาในแผ่นดินมากขึ้นกว่านี้ ถ้าจะมีใครคิดย้ายเมืองหลวงผมคงจะยกมือสนับสนุนให้หนึ่งเสียง
อีกหนึ่งลักษณะที่จะเกิด Adiabatic Cooling คือการยกตัวเมื่อคลื่นอากาศร้อนมาปะทะกับอากาศเย็น โดยจะเราจะแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะคือ :
แบบแรกคลื่นอากาศอุ่น (Warm Front) เคลื่อนตัวไปยังบริเวณที่มีมวลอากาศเย็นกว่า โดยมวลอากาศเย็นจะยังคงตัวบริเวณพื้นดิน มวลอากาศอุ่นจะลอยตัวสูงขึ้น ซึ่งแนวของอากาศอุ่นจะมีความลาดชันน้อยกว่าแนวอากาศเย็น ซึ่งจากปรากฏการณ์แนวปะทะมวลอากาศอุ่นดังกล่าวนี้ลักษณะอากาศจะอยู่ในสภาวะทรงตัว แต่ถ้าลักษณะของมวลอากาศอุ่นมีการลอยตัวขึ้นในแนวดิ่ง (มีความลาดชันมาก) จะก่อให้เกิดฝนตกหนักและพายุฝนฟ้าคะนอง สังเกตได้จากการเกิดเมฆฝนเมฆนิมโบสเตรตัส หรือการเกิดฝนซู่ หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าฝนไล่ช้าง และหากยกตัวขึ้นไปสูงมากจนเมฆเจออากาศเย็นจนกลายเป็นน้ำแข็ง ตกลงมาเป็นลูกเห็บ มักจะเกิดขึ้นในช่วงปลายฤดูร้อนต้นฤดูฝน
แบบที่สองคลื่นอากาศเย็น (Cold Front) เคลื่อนตัวลงมายังบริเวณที่มีละติจูดต่ำ มวลอากาศเย็นจะหนัก จึงมีการเคลื่อนตัวติดกับผิวดิน และจะดันให้มวลอากาศอุ่นที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า ลอยตัวขึ้นตามความลาดเอียง ซึ่งมีความลาดชันมาก ซึ่งปรากฏการณ์ดังกล่าวตามแนวปะทะอากาศเย็นจะมีสภาพอากาศแปรปรวนมาก มวลอากาศร้อนถูกดันให้ลอยตัวยกสูงขึ้น เป็นลักษณะการก่อตัวของเมฆ คิวมูโลนิมบัส (Cumulonimbus) ท้องฟ้าจะมืดครึม เกิดพายุฝนฟ้าคะนองอย่างรุนแรง เราเรียกบริเวณดังกล่าวว่า “แนวพายุฝน” (Squall Line) จึงมักจะทำให้ฝนตกในปริมาณมากกว่าแบบ warm front ปรากฏการณ์ลักษณะนี้มักจะพบในช่วงปลายฤดูฝนต้นฤดูหนาว
2. Conductive cooling เกิดขึ้นเมื่ออากาศสัมผัสกับผิวโลกที่เย็นกว่า มักจะเกิดขึ้นเมื่อเมฆถูกลมพัดจากผิวน้ำเข้ามาในแผ่นดินที่เย็นกว่า โดยเฉพาะในตอนกลางคืน การเย็นตัวในลักษณะนี้จะชัดเจนในตอนเหนือมากกว่า เราจึงมักพบปรากฎการณ์ฝนตกในตอนกลางคืนในประเทศที่อยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรบ่อยกว่า
3. Radiational cooling เกิดขึ้นเมื่อมีการแผ่รังสีความร้อน (รังสีอินฟราเรด) จากเมฆในอากาศ มักจะเกิดขึ้นในตอนกลางคืน
4. Evaporative cooling เกิดขึ้นเมื่อความชื้นในเมฆถูกเพิ่มขึ้นจากการระเหยทำให้อากาศเย็นตัวลง หรือมีความื้นสูงมากจนเกิดการควบแน่นเป็นหยดน้ำ
ฝนเทียม
การทำฝนเทียม คือ กรรมวิธีดัดแปรสภาพอากาศเพื่อให้เกิดฝน เป็นกรรมวิธีเลียนแบบธรรมชาติ โดยทำจากเมฆซึ่งมีลักษณะพอเหมาะที่จะเกิดฝนได้ จากนั้นจึงเร่งให้เกิดการควบแน่นของเมฆโดยการโปรยสารเคมีที่ทำให้เมฆเย็นลง เร่งให้เกิดการควบแน่นการเป็นฝน สารเคมีที่มักจะใช้ได้แก่ silver iodide, potassium iodide, liquid propane, น้ำแข็งแห้ง(CO2) หรือเกลือ(NaCl)
อีกปัจจัยหนึ่งซึ่งทำให้เกิดฝนคืออิออนลบ ซึ่งในสภาวะปกติอิออนลบจะเกิดจากแบคทีเรียซึ่งอยู่ร่วมกับต้นไม้อยู่แล้ว ( http://activeremedy.org.uk/pages/files/other/Ice_nucleation_active_bacteria.pdf ) โดยแบคทีเรียตามต้นไม้จะทำให้ฝุ่นในอากาศรอบๆ ต้นไม้กลายเป็นประจุลบ เมื่อลมพัดพาฝุ่นจากบริเวณผิวดินตามอากาศร้อนขึ้นไปหาก้อนเมฆก็จะเร่งให้เกิดการจับตัวของไอน้ำได้มากขึ้น ทำให้มีโอกาสที่จะควบแน่นกลายเป็นฝนมากขึ้น ดังนั้นเมฆฝนซึ่งลอยตัวอยู่เหนือบริเวณที่มีต้นไม้ขึ้นหนาแน่นมากจึงมีโอกาสที่จะมีฝนตกมากกว่าบริเวณที่มีต้นไม้น้อยกว่า เหมือนที่ปู่ฟูเคยบอกไว้ว่า "คนมักจะพูดว่าไม่ค่อยมีต้นไม้แถบนี้เพราะไม่ค่อยมีฝน แต่ความจริงแล้วการไม่มีต้นไม้มากพอต่างหากที่ทำให้ไม่ค่อยมีฝน"
หลังจากที่มนุษย์ค้นพบความจริงเรื่องนี้เจ้าชายของประเทศสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ ทุ่มเงินจำนวนมหาศาลให้นักวิทยาศาสตร์ทำโครงการลับ สร้างหอคอยผลิตอิออนขนาดมหึมาเพื่อจะสามารถบังคับให้เมฆตกลงมาเป็นฝนได้ ต่อมาความลับนี้ถูกเปิดเผย จีน และรัสเซียก็พากันสร้างเทคโนโลยีเดียวกันในการทำฝนเทียมด้วยประจุไฟฟ้า โดยแนวคิดนี้มีการประยุกต์ใช้ 2 แบบคือในบริเวณที่พอจะมีต้นไม้อยู่บ้างแล้ว ก็จะมีการสร้างหอคอยเหล่านี้เสริมเข้าไป เพื่อเพิ่มปริมาณอิออนลบให้มีฝนตกมากยิ่งขึ้น
ในแบบที่ 2 คือพื้นที่ที่มีต้นไม้น้อยมาก อย่างเช่นในบริเวณทะเลทรายก็จะต้องสร้างหอคอยแบบนี้อย่างน้อย 5 -10 หอคอยในการเร่งให้ฝนตกถ้ามีความชื้นสัมพัทธ์มากกว่า 30 %
ฝนตกเป็นเพียงหนึ่งในกระบวนการเปลี่ยนแปลงในวัฏจักรน้ำ สนใจอ่านรายละเอียดเรื่องกระบวนการอื่นๆ ในวัฏจักรน้ำได้ที่ http://my-experimental-farm.blogspot.com/2013/11/WaterCycle.html
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น