วิชาการ
ความรู้ด้านอุตุนิยมวิทยา หนังสืออุตุนิยมวิทยา + เอกสารวิชาการ

FAQ
ความรู้อุตุนิยมวิทยา






ในบรรยากาศที่ห่อหุ้มโลกนั้นบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ นับว่าเป็นชั้นที่มีอิทธิพลต่อสิ่งมีชีวิตบนพื้นโลกมากที่สุด เพราะสามารถกรองรังสีอุลตราไวโอเลต (UV) ซึ่งเป็นอันตรายต่อชีวิตมนุษย์ และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ นอกจากนี้ยังมีส่วนสำคัญ ที่ทำให้อุณหภูมิของโลกอบอุ่นขึ้นอีกด้วย ดังนั้นการศึกษาสถานภาพของโอโซน และสารประกอบที่สามารถทำลายโอโซนในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ จึงมีความสำคัญมากโอโซนในบรรยากาศมีปริมาณน้อยมาก เฉลี่ยประมาณ 3 ใน 10 ล้านโมเลกุลอากาศ แม้ว่าจะมีปริมาณเล็กน้อยแต่มีบทบาทสำคัญในบรรยากาศมาก โดยปกติพบมากใน 2 บริเวณคือร้อยละ 90 พบในชั้นบรรยากาศ สตราโตสเฟียร์ที่ความสูงประมาณ 8 ถึง 50 กิโลเมตร พบโอโซนหนาแน่นที่ประมาณ 15 - 35 กิโลเมตร เรียกว่า ชั้นโอโซน ส่วนที่เหลือร้อยละ 10 พบที่บริเวณชั้นล่างลงมา คือชั้นโทรโพสเฟียร์ ดังภาพ

โอโซนในบรรยากาศ


ปริมาณโอโซน (ความกด, มิลลิ-ปาสคาล)

โมเลกุลของโอโซนใน 2 บริเวณ นี้มีลักษณะทางเคมีเหมือนกัน เพราะว่าประกอบด้วยอะตอมออกซิเจน 3 อะตอมรวมกันด้วยสูตรเคมี O3 แต่มีผลกระทบต่อความเป็นอยู่ของสิ่งมีชีวิตต่างกัน โอโซนในบรรยากาศสตราโตสเฟียร์มีบทบาทสำคัญ ในการดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตรายทางชีวภาพ ที่เรียกว่า UV-B ซึ่งมีเพียงส่วนน้อยที่ส่องถึงพื้นโลก การดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลต ทำให้เกิดความอบอุ่นในบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ ซึ่งมีลักษณะอุณหภูมิสูงขึ้นตามความสูง โอโซนจึงมีความสำคัญต่อระบบอุณหภูมิในบรรยากาศโลก หากปราศจากการกรองรังสีอัลตราไวโอเลต แล้วจะมีรังสีส่องถึงพื้นโลกมากขึ้น และส่งผลกระทบต่อมนุษย์ สัตว์ และพืชส่วนที่ผิวพื้นโลก โอโซนกลับเป็นอันตราย เพราะว่าทำปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่น และระดับโอโซนที่สูงจะเป็นพิษกับสิ่งมีชีวิตซึ่งเป็นผลกระทบเชิงลบ ตรงกันข้ามกับคุณประโยชน์ในการช่วยกรองรังสี UV-B

บทบาททั้งสองประการของโอโซนนำไปสู่เรื่องของสิ่งแวดล้อมที่แยกประเด็นกันชัดเจน คือความเป็นห่วงในโอโซนผิวพื้นที่เพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นส่วนประกอบในหมอกโฟโตเคมิคัลที่บริเวณผิวพื้นในเมืองใหญ่ และในชนบท และความเป็นห่วงเรื่องการสูญเสียโอโซนในบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ เครื่องมือต่างๆ ทั้งภาคพื้นดิน และดาวเทียมตรวจพบว่ามีโอโซนลดลงมากเหนือทวีปแอนตาร์กติกถึงร้อยละ 60 ระหว่างเดือนกันยายน-พฤศจิกายนของทุกปีที่เรียกปรากฏการณ์ "รูรั่วโอโซนในทวีปแอนตาร์กติก" (Antarctic Ozone Hole) และเกิดการลดลงทำนองเดียวกันในขั้วโลกเหนือคือทวีปอาร์กติก ในฤดูหนาวถึงฤดูใบไม้ผลิตามปกติคือเดือนมกราคม-มีนาคมในช่วงเวลากว่า 10 ปีที่ผ่านมา อัตราการลดลงของโอโชนเฉลี่ยถึงร้อยละ 20-25 และมีค่าสูงกว่านี้สำหรับช่วงสั้นๆ ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางอุตุนิยมวิทยา เช่นการเกิดของเมฆสตราโตสเฟียร์บริเวณขั้วโลกหรือ Polar Stratosphere Clouds (PSC) ซึ่งเป็นตัวการสำคัญในการนำสารประกอบ CFCs ไปสู่บรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ ถึงแม้อัตราการลดลงจะรุนแรงน้อยกว่าในขั้วโลกใต้แต่มีความสำคัญมาก เพราะว่าเป็นที่อยู่อาศัยของประชากรส่วนใหญ่ เพราะการเพิ่มขึ้นของรังสี UV-B ที่ตรวจพบนั้นสัมพันธ์กับการลดลงของโอโซนอย่างเห็นได้ชัด

จากการตรวจวัดภาคพื้นและดาวเทียมซึ่งได้ใช้เวลาศึกษามากกว่า 2 ทศวรรษโดยประชาคมผู้วิจัยจากนานาประเทศได้แสดงให้เห็นว่า สารเคมีที่มนุษย์สังเคราะห์ขึ้นทำให้ชั้นโอโซนบางลง สารประกอบที่ทำลายโอโซนประกอบด้วยคลอรีน (Cl) ฟลูออรีน (F) โบรมีน (Br) คาร์บอน (C) และไฮโดรเจน (H) มักเรียกรวมกันว่า ฮาโลคาร์บอน (Halocarbon) ส่วนสารที่ประกอบด้วยเพียง คลอรีน ฟลูออรีนและคาร์บอน เรียกว่า คลอโรฟลูออโรคาร์บอน หรือ CFCs(Chlorofluorocarbon) สารประกอบ CFCs คาร์บอนเตตระคลอไรด์(CCl4) และเมธิลคลอโรฟอร์ม(methyl Chloroform or 1,1,1-Trichloroethane) เป็นก๊าซสังเคราะห์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องทำความเย็นเช่น ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ การเป่าโฟม การใช้ทำความสะอาดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และใช้เป็นสารชะล้างอื่นๆ สามารถทำลายโอโซนได้เป็นอย่างมาก อีกกลุ่มหนึ่งคือ ฮาลอน (Halon) ประกอบด้วย C, Br, F และ Cl มักใช้เป็นสารดับเพลิง ประเทศต่างๆได้ตัดสินใจหยุดผลิตและบริโภค ยกเว้นเพื่อการใช้กรณีจำเป็น และในอุตสาหกรรมได้พัฒนาสารทดแทนที่ไม่ทำลายโอโซนขึ้นมาใหม่ ( Ozone-Friendly)

ปัญหาที่เกิดขึ้นกับโอโซน มี 2 ประเด็น คือ

1. เราสามารถฟื้นฟูโอโซนที่เสียไปได้หรือไม่
2. เราจะป้องกันปัญหาที่จะเกิดขึ้นในอนาคตได้อย่างไร

การเยียวยาแก้ไขมี 3 ทางเลือกคือ

1. หาทางเอา CFCs ออกจากบรรยากาศ
2. หยุดปล่อยคลอรีนที่ทำลายโอโซนก่อนที่จะเกิดความเสียหายมากกว่านี้
3. ทดแทนโอโซนที่สูญเสียไปในบรรยากาศ หรือ บางทีควรจะนำโอโซนมลพิษในเมืองที่มากเกินไปฉีดขึ้นไปชดเชยส่วนที่ขาดหาย หรือสร้างขึ้นใหม่

อย่างไรก็ตามเนื่องจากโอโซนทำปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่นได้ง่าย จึงไม่เสถียรพอที่จะถูกสร้างและส่งขึ้นไปในบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ได้ เมื่อพิจารณาปริมาตรของบรรยากาศและขนาดของโอโซนที่หายไป ที่มีขนาดมหาศาล จะเป็นการลงทุนที่สูง และใช้พลังงานมากจึงเป็นสิ่งปฏิบัติยากและเป็นการทำลายสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

การฟื้นฟูชั้นโอโซน ด้วยการมีพิธีสารมอนทรีออล และการแก้ไขต่างๆ ซึ่งเป็นข้อตกลงเรื่องการหยุดผลิต และบริโภคสารทำลายโอโซนต่างๆ โดยการหยุดผลิตอย่างสิ้นเชิงและการใช้กรณีวิกฤตเพียงเล็กน้อยเท่านั้น โดยกำหนดให้ปี ค.ศ. 1996 เป็นหมายกำหนดการเลิกผลิต และใช้สำหรับประเทศพัฒนาแล้ว และปี ค.ศ. 2000 เป็นหมายกำหนดการเลิกผลิตและใช้สำหรับประเทศกำลังพัฒนา ผลลัพธ์คือปริมาณคลอรีนในบรรยากาศชั้นล่างๆ ที่จะสามารถขึ้นไปถึงสตราโตสเฟียร์ได้ถึงจุดสูงสุดแล้ว และความเข้มข้นในชั้นสตราโตสเฟียร์จะถึงจุดสูงสุดในปลายศตวรรษที่ 20 และจะเริ่มลดลงอย่างช้าๆ โดยขบวนการธรรมชาติ และชั้นโอโซนจะกลับคืนมาเหมือนเดิมในอีกประมาณ 50 ปีข้างหน้า