แกนควบแน่น

อากาศเย็นมีความสามารถเก็บไอน้ำได้น้อยกว่าอากาศร้อน เมื่ออุณหภูมิของอากาศลดลงจนถึงจุดน้ำค้าง อากาศจะอิ่มตัวและไม่สามารถเก็บไอน้ำได้มากกว่านี้ หากอุณหภูมิยังคงลดต่ำไปอีก ไอน้ำจะควบแน่นเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว อย่างไรก็ตามนอกจากปัจจัยทางด้านอุณหภูมิและความกดอากาศแล้ว การควบแน่นของไอน้ำยังจำเป็นต้องมี “พื้นผิว” ให้หยดน้ำ (Droplet) เกาะตัว ยกตัวอย่าง เมื่ออุณหภูมิของอากาศบนพื้นผิวลดต่ำกว่าจุดน้ำค้าง ไอน้ำในอากาศจะควบแน่นเป็นหยดน้ำเล็กๆ เกาะบนใบไม้ใบหญ้าเหนือพื้นดินบนอากาศก็เช่นกัน ไอน้ำต้องการอนุภาคเล็กๆ ที่แขวนลอยอยู่ในอากาศเป็น “แกนควบแน่น” (Condensation nuclei) แกนควบแน่นเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติในการดูดซับน้ำ (Hygroscopic) ได้แก่ ฝุ่น ควัน เกสรดอกไม้ ไอเกลือ เป็นต้น ซึ่งมีขนาดประมาณ 0.0002 มิลลิเมตร ดังที่แสดงในภาพที่ 1 หากปราศจากแกนควบแน่น ไอน้ำบริสุทธิ์ไม่สามารถควบแน่นเป็นของเหลวได้ แม้ว่าจะมีความชื้นสัมพัทธ์ 100% ก็ตาม

ภาพที่ 1 แกนควบแน่น

หยดน้ำหรือละอองน้ำในก้อนเมฆ (Cloud droplet) ที่เกิดขึ้นครั้งแรกมีขนาดเพียง 0.02 มิลลิเมตร (เล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมซึ่งมีขนาด 0.075 มิลลิเมตร) ละอองน้ำขนาดเล็กตกลงอย่างช้าๆ ด้วยแรงต้านของอากาศ และระเหยกลับเป็นไอน้ำเมื่ออยู่ใต้ระดับควบแน่นลงมา ไม่ทันตกถึงพื้นโลก อย่างไรก็ตามในกรณีที่มีกลุ่มอากาศยกตัวอย่างรุนแรง หยดน้ำเหล่านี้สามารถรวมตัวกันภายในก้อนเมฆ จนมีขนาดใหญ่ประมาณ 0.05 มิลลิเมตร ถ้าหยดน้ำมีขนาด 2 มิลลิเมตร มันจะมีน้ำหนักมากกว่าแรงพยุงของอากาศ และตกลงมาด้วยแรงโน้มถ่วงของโลกสู่พื้นดินกลายเป็นฝน

ภาพที่ 2 น้ำค้าง

ปัจจัยที่เป็นแกนควบแน่น

ใบไม้ใบหญ้า
ก่อนรุ่งเช้าเป็นช่วงเวลาที่พื้นผิวโลกคายความร้อนออกมาในรูปของการแผ่รังสีอินฟราเรด จนกระทั่งอุณหภูมิลดต่ำลงกว่าจุดน้ำค้าง (Dew point) ไอน้ำในอากาศซึ่งอยู่รอบๆ จึงควบแน่นเป็นหยดน้ำค้าง (Dew) เกาะอยู่ตามใบไม้ใบหญ้ามากกว่าพื้นดินหรือพืิ้นคอนกรีต ทั้งนี้เนื่องจากขนและกิ่งก้านของใบไม้ใบหญ้าทำหน้าที่เป็นแกนควบแน่น ดังในภาพที่ 2 เหตุผลอีกประการหนึ่งซึ่งทำให้น้ำค้างมักเกิดขึ้นบนใบไม้ใบหญ้าก็คือ ใบของพืชคายไอน้ำออกมา ทำให้อากาศบริเวณนั้นมีความชื้นสูง
ละอองอากาศ (Aerosols)
เป็นชื่อเรียกโดยรวมของอนุภาคเล็กที่แขวนลอยในอากาศ เช่น ฝุ่น เกสรดอกไม้ ไอเกลือทะเล เขม่าควัน เป็นต้น ละอองอากาศมีอิทธิพลต่อสภาพลมฟ้าอากาศและระบบภูมิอากาศเป็นอย่างมาก เนื่องจากละอองอากาศเปรียบเสมือนเป็นแผ่นกรองแสงอาทิตย์ ทำให้อุณหภูมิพื้นผิวโลกลดลง และละอองอากาศทำหน้าที่เป็นแกนควบแน่นให้กับไอน้ำในอากาศ ไดเมทิลซัลไฟด์ (Dimethylsulfide หรือ DMS) เป็นละอองอากาศซึ่งเกิดจากแพลงตอนพืชและสาหร่ายบางชนิดย่อยสลายธาตุอาหารในมหาสมุทรแล้วปล่อยไดเมทิลซัลไฟด์ (DMS) สู่บรรยากาศ หากปราศจากสิ่งมีชีวิตเล็กๆ เหล่านี้ ปริมาณน้ำฝนที่ตกบนโลกจะลดลง
ไฟป่าและภูเขาไฟระเบิด
การเกิดไฟป่าและภูเขาไฟระเบิด (รวมทั้งระเบิดปรมาณู) ทำให้อากาศบนพื้นผิวมีอุณหภูมิสูง และปลดปล่อยละอองอากาศจำนวนมหาศาลขึ้นสู่บรรยากาศ เมื่อไอน้ำในอากาศร้อนลอยตัวขึ้นไปกระทบอากาศเย็นที่อยู่เบื้องบน ก็จะเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว โดยใช้ละอองอากาศเหล่านี้เป็นแกนควบแน่น เกิดเป็นหยดน้ำฝนตกลงมาภายหลังปรากฏการณ์เหล่านี้ทุกครั้งไป
คอนเทรล (Contrail)
เป็นเมฆที่สร้างขึ้นโดยฝีมือมนุษย์ เมื่อเครื่องบินไอพ่นบินอยู่ในระดับสูงเหนือระดับควบแน่น ไอน้ำซึ่งอยู่ในอากาศร้อนที่พ่นออกมาจากเครื่องยนต์ ปะทะเข้ากับอากาศเย็นซึ่งอยู่ภายนอก เกิดการควบแน่นเป็นหยดน้ำ โดยการจับตัวกับเขม่าควันจากเครื่องยนต์ซึ่งทำหน้าที่เป็นแกนควบแน่น เราจึงมองเห็นละอองน้ำเป็นเส้นสีขาวถูกพ่นออกมาทางท้ายของเครื่องยนต์เป็นทางยาว ดังแสดงในภาพที่ 3
ฝนเทียมและบั้งไฟอีสาน
ในการสร้างฝนเทียม เครื่องบินโปรยสารเคมี “ซิลเวอร์ไอโอไดด์” (Silver Iodide) ในอากาศที่มีความชื้นสัมพัทธ์สูง เพื่อทำหน้าที่เป็นแกนควบแน่น ให้ไอน้ำในอากาศมาจับตัว และควบแน่นเป็นหยดน้ำและก้อนเมฆ ประเพณีแห่นางแมวยิงบั้งไฟของภาคอีสานก็เช่นกัน เป็นภูมิปัญญาชาวบ้าน ซึ่งพยายามจะเพิ่มโอกาสให้เกิดฝนตก โดยการปล่อยเขม่าควันซึ่งเกิดจากการเผาไหม้ดินปืนในอากาศ เพื่อสร้างเป็นแกนควบแน่นให้แก่ไอน้ำในอากาศ

ภาพที่ 3 คอนเทรล ซึ่งเกิดขึ้นจากไอพ่นเครื่องบิน