การหมุนเวียนของน้ำทะเล
13 มกราคม 2562

ผ่านพ้นนาทีใจหายใจคว่ำ ลุ้นระทึกกับพายุปาบึกที่ได้ชื่อจากลาว ด้วยความโล่งอก ที่มันไม่ได้ก่อความเสียหายมากมายสักเท่าไหร่ หลังจากที่มุ่งตรงมาทางทิศตะวันตก ตะลุยขึ้นฝั่งแหลมทองของไทย แล้วข้ามไปกระโดดลงน้ำฝั่งทะเลอันดามันเป็นที่เรียบร้อย


จบเรื่องลมแล้ว มาคุยเรื่องน้ำกันต่อนะครับ


อย่างที่รู้กันอยู่ว่า ทั้งลมทั้งน้ำซึ่งเป็นของไหลทั้งคู่ ปกติจะวิ่งไปทางตะวันตกเสมอ อันเนื่องมาจากการหมุนของโลก แต่น้ำจะต้องวิ่งซิกแซกหน่อย ไม่ค่อยตรงไปตรงมาเหมือนลม เพราะน้ำมีสิ่งกีดขวางคือแผ่นดิน ส่วนลมบินข้ามตรงไปได้ตลอด


น้ำในที่นี้คือน้ำอุ่น ที่เราเรียกว่ากระแสน้ำอุ่นนั่นเอง เมืองไทยจึงไม่มีทางหนาวไปกว่าอย่างที่เคย เพราะมีกระแสน้ำอุ่นวิ่งเข้ามาชนโดยตลอด


เช่นเดียวกับที่ฟลอริดา ซึ่งมีกระแสน้ำอุ่นของมหาสมุทรแอตแลนติกวิ่งเข้าไปชน อากาศจึงดี ไม่หนาวมาก เหมาะกับคนไทย จึงมีพรรคพวกเพื่อนฝูงบางท่าน หนีร้อน (ตับแลบ) ของเมืองไทย ไปอยู่ที่นั่นกัน


น้ำ เมื่อเจอแผ่นดินขวาง ก็ต้องหาทางไป เช่น ลอดช่องแคบ ทางใต้ของเราก็มีช่องแคบมะละกา เจอเกาะแก่งก็ต้องอ้อมไป ถ้าทางตันจริงๆ เช่นทวีปอเมริกา มีคลองปานามา ก็เล็กเหลือเกิน น้ำจึงต้องชิ่งขึ้นเหนือบ้าง ลงใต้บ้าง จนไปถึงขั้วโลกเหนือ กับขั้วโลกใต้


ขอย้ำอีกทีว่า นี่คือกระแสน้ำอุ่น จากตะวันออกไปตะวันตกเหมือนสายเข็มขัดรัดพุง ตามแนวเส้นศูนย์สูตร หรือเอวของโลกที่อ้วนกลมพุงป่อง (ocean conveyor belt) โลกจึงเหมือนหม้อต้มน้ำยักษ์ โดยมีแหล่งต้นพลังงาน คือ ดวงอาทิตย์ เจ้าเก่านี่เอง


พูดถึงหม้อต้มน้ำ น้ำร้อนที่อยู่ในหม้อก็จะวิ่งไปวิ่งมาจนทั่วทั้งหม้อเช่นเดียวกัน อันเนื่องมาจากน้ำที่ได้รับความร้อน จะขยายตัว ความหนาแน่นต่ำลง ก็จะลอยขึ้นมา น้ำส่วนที่เย็นกว่าความหนาแน่นสูงกว่า จะไหลเข้าไปแทนที่ ถ้าไฟที่ต้มมันเลื่อนไปอยู่ที่ขอบหม้อ คราวนี้น้ำจะวิ่งเป็นวงกลมเลย คือลอยขึ้นมาด้านมีไฟ และไหลลงด้านที่ไม่มีไฟ


โรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่มีหม้อต้มน้ำ (boiler) เพื่อเอาไอน้ำไปหมุนกังหันปั่นไฟ ก็ใช้หลักการเดียวกันนี้ คือเอาไฟเผาท่อเพื่อต้มน้ำด้านหนึ่ง ส่วนอีกด้านหนึ่งปล่อยให้น้ำที่ร้อนน้อยกว่าไหลตกลงมา ผ่านท่อที่เรียกว่า “down comer” เพื่อไหลวนกลับเข้าไปก้นเตาใหม่ เรียกได้ว่าเป็น “การไหลเวียนด้วยความร้อน” เตาจะได้ร้อนถ้วนทั่ว ไม่ร้อนเป็นจุดๆ เตาจะได้ไม่แตก


แต่น้ำทะเลที่ต้มด้วยแสงอาทิตย์ มันเป็นการทำให้ร้อนที่ผิวน้ำ ไม่ใช่ให้ความร้อนที่ก้นหม้อ จนน้ำร้อนลอยขึ้นมาที่ผิวน้ำเหมือนที่เราต้มน้ำกันนี่นา


ตัว “ปั๊ม” ที่ขับเคลื่อนให้น้ำไหลเวียนของโลกเรา กลับกับหม้อต้มน้ำครับ เพราะมัน “ไหลเวียนด้วยความเย็น” แปลกดีไหมล่ะครับ


และต้นตอของความเย็นของโลกเรา ก็อยู่ที่ขั้วโลกทั้งสองนั่นเอง น้ำเย็นมีความหนาแน่นมากกว่า จะจมลงก้นทะเล ดันให้มวลน้ำกลางทะเลลอยกลับขึ้นมาบนผิวน้ำ


ถ้าครูวิทยาศาสตร์สอนเด็กถึงตรงนี้ อาจจะมีเด็กเจ้าปัญหาถามครูว่า “ที่ขั้วโลกมันหนาวมาก จนน้ำกลายเป็นน้ำแข็งหมดไม่ใช่หรือครับ”


ครูก็จะได้โอกาสอธิบายต่อไปว่า ใช่แล้ว ก็เพราะเหตุนี้แหละ น้ำส่วนยังไม่เป็นน้ำแข็ง ก็จะยิ่งมีความหนาแน่นมากขึ้น จมดิ่งลงไปอีก


ถ้าครูอธิบายแค่นี้ แล้วหมดเวลาพอดี ให้ทุกคนกลับบ้านได้ เด็กเจ้าปัญหา คงจะงงเป็นไก่ตาแตก พาลจะนอนไม่หลับเอา เพราะคิดไม่ออกว่า น้ำบางส่วนเป็นน้ำแข็ง จะทำให้น้ำรอบๆ มีความหนาแน่นมากขึ้นได้อย่างไร


ที่เป็นเช่นนี้ เพราะน้ำทะเลไม่ใช่น้ำก๊อก แต่เป็นเพราะมัน “เค็ม” ครับ และเจ้า “เกลือ” ที่มันละลายแทรกอยู่ในน้ำทะเลนั่นแหละ คือตัวการที่ทำให้น้ำทะเลมีความหนาแน่นมากขึ้น ใครที่ชอบว่ายน้ำ ถ้าได้ไปว่ายในทะเล จะรู้สึกว่าตัวลอยได้


เมื่อน้ำทะเลเปลี่ยนสถานะ ไม่ว่าจะร้อนระเหยเป็นไอ หรือเย็นจับตัวเป็นน้ำแข็งเช่นที่ขั้วโลก เกลือไม่ได้เปลี่ยนสถานะไปด้วย จึงถูกสลัดหลุด และไปละลายอยู่ในน้ำที่อยู่รอบๆ ทำให้มีความเข้มข้นมากขึ้น หรือเค็มมากขึ้น ความหนาแน่นจึงมากขึ้นด้วย ทำให้จมลงก้นทะเลได้ง่าย


น้ำ มีความแปลกอยู่บ้าง ไม่ใช่แค่น้ำแข็งลอยน้ำ เพราะมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ แต่น้ำ 0 องศาเซลเซียส ก็ยังมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำที่อุณหภูมิสูงขึ้นไป จนไปเจอว่า น้ำมีความหนาแน่นสูงสุดที่อุณหภูมิ 4 องศา ความแปลกของน้ำอย่างนี้ส่งผลไปถึงน้ำทะเลด้วย แต่เพราะมีเกลือละลายเข้ามา ค่าต่างๆมันจึงเปลี่ยนไปจากเดิม ไม่หนาแน่นที่สุดที่ 4 องศาอีกแล้ว แต่จะต่ำลงเรื่อยๆเมื่อมีเกลือละลายอยู่มากขึ้น


คุณสมบัติอีกอย่างหนึ่งของน้ำที่เปลี่ยนไปเมื่อมีเกลือละลายเพิ่มเข้ามา คือจุดเยือกแข็งจะเปลี่ยน แทนที่มันจะกลายเป็นน้ำแข็งที่ 0 องศา มันกลับต่ำลงไปอีก กลายเป็นค่าติดลบมากขึ้นเรื่อยๆ ตามปริมาณเกลือที่ละลาย คือยิ่งเค็มมากยิ่งติดลบมาก


คุณสมบัติข้อนี้ ฝรั่งเมืองหนาวเอาไปใช้ในการแก้ปัญหาจราจร โดยการโรยเกลือบนถนน ทำให้หิมะละลาย เพราะจุดเยือกแข็งจะลดลง


ส่วนบ้านเราเมืองร้อน ภูมิปัญญาชาวบ้านก็เอาเกลือมาช่วยทำไอติมโบราณ เพราะการลดจุดเยือกแข็งลงไปทำให้น้ำหวานแข็งตัวได้ง่าย


ใครที่เป็นพวกวิทย์สายฮาร์ดคอร์ อาจจะอยากรู้ละเอียดลงไปอีกว่า กราฟความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิกับความเค็มมันเป็นยังไงกัน โดยดูจากความหนาแน่น และจุดเยือกแข็ง


ถึงแม้ว่า ทั้งความหนาแน่นและจุดเยือกแข็ง จะแปรผกผันกับอุณหภูมิ แต่ความเอียง (slope) มันไม่เท่ากัน คือ เมื่อความเค็มมากขึ้น อุณหภูมิที่ความหนาแน่นสูงสุดจะต่ำลงมามาก (เส้นตรงชันกว่า) แต่จุดเยือกแข็งจะลงมาไม่มาก (เส้นตรงนอนกว่า)


ถ้าชอบเล่นตัวเลข (ที่ไม่ใช่หวย) ลองดูที่จุดตัดของเส้น 2 เส้นนี้


สมมุติลากเส้นกากบาทเป็นเส้นแกน แกนตั้งเป็นอุณหภูมิ เหนือศูนย์เป็นบวก ใต้ศูนย์เป็นลบ หน่วยเป็นองศาเซลเซียส แกนนอนเป็นความเค็ม มีแต่ค่าบวก (ความเค็มติดลบก็เพี้ยนแล้ว) คือปริมาณเกลือที่ละลายอยู่ในน้ำ หน่วยเป็น กรัมต่อน้ำหนึ่งกิโลกรัม (g/kg)


จุดที่น่าสนใจ ก็คือ (24.7 g/kg, -1.332 C)


ถ้าลากเส้นค่อนข้างนอน จาก (0 g/kg, 0 C) ไปทางขวา โดยเอียงต่ำลงมาหน่อย ผ่านจุดที่ว่านี้ไปเรื่อยๆ เส้นนี้คือเส้นจุดเยือกแข็งของน้ำทะเล ที่ความเค็มต่างๆ เหนือเส้นนี้เป็นน้ำ ใต้เส้นนี้เป็นน้ำแข็ง


ถ้าลากเส้นค่อนข้างตั้ง จาก (0 g/kg, 4 C) ลงมาชนเส้นจุดเยือกแข็ง ที่จุดดังกล่าว คือ (24.7 g/kg, -1.332 C) เส้นตั้งแบบเอียงๆนี้ ก็จะเป็นเส้นความหนาแน่นสูงสุดของน้ำทะเล ส่วนจุดที่มาชนนี้ มีความพิเศษคือ จุดเยือกแข็งและจุดความหนาแน่นสูงสุด เป็นจุดเดียวกัน


หมายความว่า น้ำธรรมดา (ความเค็ม 0 g/kg) มีอุณหภูมิที่ความหนาแน่นสูงสุด (4 องศา) สูงกว่าจุดเยือกแข็ง (0 องศา) เมื่อเติมเกลือเพิ่มความเค็มเข้าไปเรื่อยๆ ถึงแม้จุดเยือกแข็งจะลดลงตาม แต่อัตราการลด น้อยกว่าค่าอุณหภูมิที่ความหนาแน่นสูงสุด ที่ลงมามากกว่า ทำให้มันเข้าใกล้จุดเยือกแข็งเข้ามาเรื่อยๆ จนมาทันกันที่ค่าความเค็ม 24.7 g/kg ที่อุณหภูมิเยือกแข็ง และอุณหภูมิที่มีความหนาแน่น เท่ากัน เป็นจุดเดียวกัน คือ -1.332 องศา C


ดังนั้น ด้านซ้ายของเส้นตั้งนี้ จึงเกิดสามเหลี่ยมประหลาด (โบราณเรียกสามเหลี่ยมชายธง) เพราะเป็นบริเวณเดียวที่ ความหนาแน่นจะลดเมื่ออุณหภูมิลด ส่วนบริเวณอื่นนอกนั้น ที่อยู่นอกสามเหลี่ยมนี้ ความหนาแน่นจะเพิ่มเมื่ออุณหภูมิลด


คราวนี้เราก็รู้กันแล้วว่า ตัวการที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์เหมือน “ปั๊มน้ำ” เพื่อทำให้น้ำทะเลหมุนวนไปทั่วโลก เกิดที่ขั้วโลกนี่เอง คือ เมื่อมีน้ำเย็นกดน้ำทะเลลงที่ขั้วโลก มันก็จะไปปูดโผล่ขึ้นมา กลางทะเล เพื่อจะได้รับความร้อนจากแสงอาทิตย์ วนกลับไปขั้วโลกใหม่ การหมุนวนในลักษณะนี้ จึงมีชื่อเรียกที่สะท้อนให้เห็นว่า มันเป็นการหมุนเวียนที่เกิดจาก อุณหภูมิ (thermo) และความเค็ม (haline) คือ “ThermoHaline Circulation”


หลายคนคงตาโต เพราะตัวย่อมันคุ้นตามาก คือ THC เป็นตัวย่อตัวเดียวกันกับ TetraHydroCannabinol หรือสารที่อยู่ใน “กัญชา” (cannabis หรือ marijuana) นั่นเอง ดังนั้น อย่าสับสนนะครับ ไม่งั้นดูน้ำทะเลหมุนแล้วจะกลายเป็นเมากัญชาแทน


การไหลของผิวน้ำ ที่เจอแผ่นดิน จะเบนหนี ทำให้เกิดการหมุนวนที่ผิวน้ำด้วยเหมือนกัน


น้ำหมุนวน หลายคนอาจจะนึกเปรียบเทียบกับลมหมุนวน แต่มันมีความแตกต่างชนิดตรงกันข้ามเลย ก็คือ ลมด้านข้างวิ่งเข้าหาจุดศูนย์กลางเกิดเป็นพายุหมุน ทวนเข็มนาฬิกาในซีกโลกเหนือ (ซีกโลกใต้หมุนกลับกัน) อันเนื่องมาจากการ “เป๋ขวา” (ซีกโลกใต้เป๋ซ้าย) ซึ่งเป็นผลมาจาก “coriolis effect” ส่วนน้ำทะเล ไม่ได้วิ่งเข้าหาจุดศูนย์กลาง (ไม่ใช่การไหลลงท่อน้ำทิ้งของอ่าง) แต่ตรงกันข้าม มันจะวิ่งออกจากจุดศูนย์กลาง ทั้งนี้เพราะ น้ำทะเลเมื่อถูกแดดเผา มันจะร้อนลอยขึ้น และไหลกระจายออกไปข้างๆ ทุกทิศทุกทาง เมื่อเจออิทธิพลของ coriolis effect ทำให้เกิดการ “เป๋ขวา” ในซีกโลกเหนือ น้ำทะเลก็จะหมุนตามเข็มนาฬิกา สวนกับลม ที่หมุนทวนเข็มนาฬิกา (ส่วนซีกโลกใต้กลับกัน)


การหมุนวนของน้ำในมหาสมุทรขนาดใหญ่ (ocean gyre) ไม่ได้มีจำนวนมากมายเหมือนพายุหมุน ที่มีชื่อเรียกเป็นร้อยชื่อ ซึ่งเกิดขึ้นมาแล้วก็หายไป ส่วนน้ำ จะวนอยู่อย่างนั้น ไม่หายไปไหน และไม่วิ่งไปไหนด้วย เพราะถูกจำกัดด้วยพื้นที่ จึงเรียกชื่อตามพื้นที่นั้นไปเลย กล่าวคือ เรามีสามมหาสมุทร ที่รู้จักกันดีอยู่แล้ว คือ แปซิฟิก-แอตแลนติก-อินเดีย ซึ่งชนทั้งขั้วโลกเหนือ และขั้วโลกใต้ ยกเว้นมหาสมุทรอินเดีย ที่ชนขั้วโลกใต้อย่างเดียว เพราะทางเหนือ มีทิวเขาหิมาลัยขวางอยู่ วังวนยักษ์ของน้ำจึงมีอยู่ 5 วง โดยแต่ละวงชนขั้วโลกและวนกลับมาชนเส้นศูนย์สูตรทั้ง 5 วง คือ แปซิฟิกเหนือ-แปซิฟิกใต้-แอตแลนติกเหนือ-แอตแลนติกใต้-และอินเดีย


น่าเสียดายที่ มนุษย์เรา ทำให้ผิวน้ำวนขนาดยักษ์ของโลกนี้ กลายเป็นที่ทิ้งขยะขนาดยักษ์ไปเสียแล้ว ที่ใหญ่ที่สุดนั้น อยู่กลางมหาสมุทรแปซิฟิก ตรงกลางระหว่างฮาวายกับแคลิฟอร์เนีย เส้นรุ้ง 135°W ถึง 155°W และเส้นแวง 35°N ถึง 42°N มีชื่อเรียกเท่ๆ ทั้งๆที่ไม่ใช่เรื่องดีเลยว่า “great pacific garbage patch”


ประมาณการกันว่า ขยะพลาสติกที่ลอยตุ๊บป่องอยู่กลางทะเล อันเป็นผลงานของมนุษยชาติเรา ที่ไม่อาจมีใครเป็น กทม. กำจัดมันได้นี้ มีมากมายถึง 80,000 เมตริกตัน หรือ 1.8 ล้านล้านล้านชิ้น (trillion)


ทายกันซิว่า กองขยะพลาสติกกลางทะเลนี้ มันใหญ่โตแค่ไหน ?


1.6 ล้านตารางกิโลเมตรครับ ลองนึกเทียบกับขนาดของประเทศไทยทั้งประเทศ ซึ่งมีพื้นที่ครึ่งล้านตารางกิโลเมตร (เป๊ะๆคือ 513,120 ตร.กม.) ดูก็แล้วกัน


ก็สมควรอยู่หรอกที่มีการรณรงค์งดใช้ถุงพลาสติกกัน เพราะตอนนี้ กองขยะที่ลอยหมุนเวียนอยู่ในน้ำทะเล มันใหญ่กว่าประเทศไทยถึง 3 เท่าแล้วครับ !


... @_@ ...

Ref:
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Thermohaline_circulation