วัฏจักรน้ำ

กำเนิดทะเลและมหาสมุทร


โลกของเราเกิดขึ้นพร้อมๆ กับดวงอาทิตย์ และดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ ในระบบสุริยะเมื่อประมาณ 4,600 ล้านปีมาแล้ว ก๊าซและฝุ่นรวมตัวก่อกำเนิดเป็นดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ โลกในยุคแรกเป็นของเหลวหนืดร้อน ถูกกระหน่ำชนด้วยอุกกาบาตขนาดใหญ่ตลอดเวลา (ภาพที่ 1) องค์ประกอบซึ่งเป็นธาตุหนัก เช่น โลหะ จมตัวลงสู่แก่นกลางของโลก องค์ประกอบซึ่งเป็นธาตุเบา เช่น ซิลิกอน และก๊าซต่างๆ ลอยตัวขึ้นสู่พื้นผิว บรรยากาศส่วนใหญ่เป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ทำให้เกิดภาวะเรือนกระจก โลกจึงมีความอบอุ่นแม้ว่าดวงอาทิตย์จะยังมีขนาดเล็กก็ตาม

ภาพที่ 1 โลกในอดีต

ในเวลาต่อมาโลกเริ่มเย็นตัวลง ไอน้ำที่แทรกซึมขึ้นมาจากเปลือกโลก ลอยตัวสูงขึ้น และเกิดการควบแน่นเป็นหยดน้ำ ฝนในยุคแรกๆ ตกลงมาไม่ทันถึงพื้นก็ระเหยกลับเป็นไอน้ำไปหมด เนื่องจากพื้นโลกยังมีความร้อนสูงมาก จนกระทั่งโลกเย็นตัวลงอีกและเกิดฝนจำนวนมาก น้ำฝนละลายคาร์บอนไดออกไซด์ลงมาบนพื้นผิวโลก ทำให้ปริมาณของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลดลง น้ำฝนที่ตกลงมาสู่พื้นไหลรวมตัวกันกันในบริเวณที่ต่ำ เกิดเป็นแม่น้ำลำคลอง ไหลไปรวมกันในแอ่งที่ราบต่ำ กลายเป็นทะเลและมหาสมุทร ในช่วงเวลานั้นเริ่มเกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตในยุคแรกอาศัยอยู่ใต้ท้องมหาสมุทร ดำรงชีวิตด้วยพลังงานเคมี และความร้อนจากภูเขาไฟใต้ทะเล จนกระทั่ง 2,000 ล้านปีต่อมา สิ่งมีชีวิตในมหาสมุทรวิวัฒนาการให้มีการสังเคราะห์แสง เช่น แพลงตอน และสาหร่าย ดึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศและน้ำทะเล มาสร้างน้ำตาล และให้ผลผลิตเป็นก๊าซออกซิเจนออกมา องค์ประกอบของบรรยากาศโลกจึงเปลี่ยนแปลงไป ก๊าซออกซิเจนที่ทวีจำนวนมากขึ้น ลอยตัวสูง แตกตัวและรวมตัวเป็นก๊าซโอโซน ปกป้องมิให้รังสีอุลตราไวโอเล็ตจากดวงอาทิตย์แผ่ลงมาถึงพื้นโลกได้ สิ่งมีชีวิตที่เคยอยู่ในมหาสมุทร จึงขยายพันธุ์อพยพขึ้นบนบกได้



ดาวเคราะห์สีน้ำเงิน

โลกเป็นดาวเคราะห์ดวงเดียวของระบบสุริยะที่มีน้ำดำรงอยู่ครบทั้งสามสถานะคือ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ (ภาพที่ 2) โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ 150 ล้านกิโลเมตร ด้วยระยะห่างขนาดนี้โลกได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์เพียง 1,370 กิโลวัตต์/ตารางเมตร ซึ่งทำให้โลกมีอุณหภูมิ –180C แต่เนื่องจากบรรยากาศของโลกมีก๊าซเรือนกระจก เช่น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ โลกจึงมีอุณหภูมิเฉลี่ย 150C ทำให้น้ำสามารถดำรงอยู่ได้ทั้งสามสถานะ (รายละเอียดอยู่ในบทที่ 3 พลังงานจากดวงอาทิตย์)


 

ภาพที่ 2 โลก ดาวเคราะห์สีน้ำเงิน

พื้นที่ 2 ใน 3 ของโลกปกคลุมด้วยน้ำในมหาสมุทร แม้ว่าจะมีน้ำอยู่อย่างมากมายบนโลก แต่น้ำจืดซึ่งจำเป็นต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์กลับมีน้อยมาก หากสมมติว่าน้ำทั้งหมดบนโลกเท่ากับ 100 ลิตร จะเป็นน้ำทะเล 97 ลิตร ที่เหลืออีกเกือบ 3 ลิตรเป็นน้ำแข็ง มีน้ำจืดที่เราสามารถใช้บริโภคอุปโภคได้เพียง 3 มิลลิลิตร (ภาพที่ 3)

ภาพที่ 3 เปรียบเทียบแหล่งน้ำบนโลก

วัฏจักรน้ำ

แม้ว่าจะปริมาณน้ำส่วนใหญ่จะอยู่ในทะเลและมหาสมุทร แต่น้ำก็มีอยู่ในทุกหนแห่งของโลก ไม่ว่าจะเป็นน้ำแม่น้ำ น้ำใต้ดิน น้ำในบรรยากาศ รวมทั้งเมฆ และหมอก นอกจากนั้นในร่างกายของเรายังมีองค์ประกอบเป็นน้ำร้อยละ 65 ร่างกายของสัตว์น้ำบางชนิด เช่น แมงกะพรุน มีองค์ประกอบเป็นน้ำร้อยละ 98 ดังนั้นจึงสามารถกล่าวได้ว่า น้ำ คือ ปัจจัยที่สำคัญที่สุดของสิ่งมีชีวิต เนื่องด้วยน้ำมีคุณสมบัติที่โดดเด่นกว่าสารประกอบอื่นๆ และมีปริมาณน้ำอยู่มาก น้ำจึงมีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงบนเปลือกโลกเป็นอย่างมาก ไม่ว่าจะต่อหิน ดิน บรรยากาศ หรือสิ่งมีชีวิต

แม้ว่าพื้นผิวโลกส่วนใหญ่จะปกคลุมไปด้วยน้ำ แต่ถ้าเปรียบเทียบน้ำหนักของน้ำ กับน้ำหนักของโลกทั้งดวงแล้ว น้ำมีน้ำหนักเพียงร้อยละ 0.2 ของน้ำหนักโลก อย่างไรก็ตามการหมุนเวียนของน้ำเป็นวัฎจักรก็ถือเป็นเรื่องสำคัญที่สุดเรื่องหนึ่งในการศึกษาระบบโลก ดวงอาทิตย์แผ่รังสีทำให้พื้นผิวโลกได้รับพลังงาน ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ร้อยละ 22 ทำให้น้ำบนพื้นผิวโลกไม่ว่าจะในมหาสมุทร ทะเล แม่น้ำ หรือ ห้วย หนอง คลองบึง ระเหยเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซคือ ไอน้ำ ลอยขึ้นสู่บรรยากาศ อุณหภูมิที่ลดลงเมื่อลอยตัวสูงขึ้น ทำให้เกิดภาวะความชื้นสัมพันธ์ 100% จึงควบแน่นเป็นละอองน้ำเล็กๆ ที่เราเรียกว่า เมฆ หรือ หมอก เมื่อหยดน้ำเล็กๆ เหล่านี้รวมตัวกันจนมีขนาดใหญ่และมีน้ำหนักพอที่จะชนะแรงต้านทานอากาศ ก็จะตกลงมากลายเป็นหิมะหรือน้ำฝน หิมะที่ตกค้างอยู่บนยอดเขาพอกพูนกันเป็นธารน้ำแข็ง น้ำฝนที่ตกลงถึงพื้นรวมตัวเป็นลำธาร ห้วย หนอง คลองบึง หรือไหลบ่ารวมกันเป็นแม่น้ำ ธารน้ำแข็งที่ละลายเพิ่มปริมาณน้ำให้แก่แม่น้ำ น้ำบนพื้นผิวโลกบางส่วนแทรกซึมตามรอยแตกของหิน ทำให้เกิดน้ำใต้ดิน และไหลไปรวมกันในท้องมหาสมุทร เป็นอันครบรอบวัฏจักรตามภาพที่ 4

 

ภาพที่ 4 วัฎจักรน้ำ

วัฏจักรน้ำมิว่าจะเป็นส่วนที่อยู่ในบรรยากาศ บนพื้นผิว หรือใต้ดิน ล้วนเป็นกลไกที่สำคัญของระบบโลก ไอน้ำที่ระเหยออกจากน้ำในมหาสมุทร ทิ้งประจุแร่ธาตุต่างๆ ทำให้มหาสมุทรมีความเค็ม ไอน้ำที่ระเหยขึ้นไปนั้นเป็นน้ำจืดบริสุทธิ์ แต่เมื่อไอน้ำควบแน่นเป็นหยดน้ำและตกลงมาเป็นฝน น้ำฝนละลายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ จึงมีสภาพเป็นกรดคาร์บอนิคอ่อนๆ ซึ่งทำปฏิกิริยากับหินบางชนิดโดยเฉพาะหินปูน ซึ่งมีองค์ประกอบเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต ทำให้เกิดน้ำกระด้าง เนื่องจากน้ำเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นไปตามอุณหภูมิ น้ำจึงทำให้หินแตกได้ น้ำเป็นตัวละลายที่ดี จึงนำพาแร่ธาตุสารอาหารไปกระจายตามส่วนต่างๆ ของพื้นผิวโลก และสะสมตัวในดิน ทำให้พืชพรรณอุดมสมบูรณ์ และเป็นแหล่งอาหารของสรรพสัตว์ ต้นไม้สังเคราะห์แสงเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นอาหาร และปลดปล่อยออกซิเจนสู่บรรยากาศ พืชคายน้ำกลับคืนสู่บรรยากาศ สัตว์ควบคุมปริมาณต้นไม้ และปริมาณออกซิเจนโดยการหายใจคายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา แม่น้ำลำธารไหลพัดพาแร่ธาตุไปสะสมกันในท้องทะเลและมหาสมุทร ซึ่งเป็นแหล่งอาหารที่สำคัญของโลก กระบวนการเปลี่ยนสถานะของน้ำเป็นกระบวนการสมดุลพลังงานของโลก