ภาวะโลกร้อน

        บรรยากาศของโลกประกอบด้วยไนโตรเจน 78%  ออกซิเจน 21%  อาร์กอน 0.9% นอกจากนั้นเป็น ไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนเล็กน้อย แม้ว่าไนโตรเจน ออกซิเจน และอาร์กอน จะเป็นองค์ประกอบหลักของบรรยากาศ แต่ก็มิได้มีอิทธิพลต่ออุณหภูมิของโลก ในทางตรงกันข้ามแก๊สโมเลกุลใหญ่ เช่น ไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน ไนตรัสออกไซด์ และโอโซน แม้จะมีอยู่ในบรรยากาศเพียงเล็กน้อย แต่มีความสามารถในการดูดกลืนรังสีอินฟราเรด ทำให้อุณหภูมิพื้นผิวโลกอบอุ่นเหมาะแก่การดำรงชีวิต เราเรียกแก๊สจำพวกนี้ว่า “แก๊สเรือนกระจก” (Greenhouse gas) เนื่องจากคุณสมบัติในการเก็บกักความร้อน หากปราศจากแก๊สเรือนกระจกแล้ว พื้นผิวโลกจะมีอุณหภูมิเพียง -18°C ซึ่งนั่นก็หมายความว่า น้ำทั้งหมดบนโลกนี้จะกลายเป็นน้ำแข็ง (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมในเรื่อง  "ภาวะเรือนกระจก")



ภาพที่ 1 อิทธิพลของภาวะเรือนกระจก


ไอน้ำ (H2O)


        ไอน้ำ
เป็นแก๊สเรือนกระจกที่มีมากที่สุดบนโลก มีอยู่ในอากาศประมาณ 0 – 4% ขึ้นอยู่กับลักษณะภูมิประเทศ ภูมิอากาศ และอุณหภูมิ   ในบริเวณเขตร้อนใกล้เส้นศูนย์สูตรและชายทะเลมีไอน้ำอยู่มาก ส่วนบริเวณเขตหนาวแถบขั้วโลกมีไอน้ำในบรรยากาศเพียงเล็กน้อย  ไอน้ำเป็นสิ่งจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิต ไอน้ำเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรน้ำในธรรมชาติ  อุณหภูมิพื้นผิวโลกทำให้น้ำเปลี่ยนสถานะไปมาทั้งสามสถานะ น้ำจึงเป็นตัวถ่ายเทความร้อนแก่บรรยากาศและพื้นผิว   ไอน้ำเกิดขึ้นโดยฝีมือมนุษย์ได้ 2 วิธี คือ จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงหรือแก๊สธรรมชาติ และจากการคายน้ำของพืชและการหายใจของสัตว์ในการทำเกษตรกรรมและปศุสัตว์ ดังตารางที่ 1 


ตารางที่ 1 การเกิดไอน้ำและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์


CH4 + 2O2  ->  CO2 + 2H2O
มีเทน + ออกซิเจน  ->  คาร์บอนไดออกไซด์ + ไอน้ำ

การสันดาปของเชื้อเพลิง

CH2O + O2  ->  CO2 + H2O
คาร์โบไฮเดรต + ออกซิเจน  ->  คาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ
การคายน้ำของพืชและการหายใจของสัตว์


        ไอน้ำเป็นแก๊สเรือนกระจกที่มีอยู่ในบรรยากาศโลกมากที่สุด รองลงมาคือ คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน และโอโซน ดังข้อมูลในตารางที่ 2

ตารางที่ 2 ปริมาณแก๊สเรือนกระจกในบรรยากาศ
 แก๊ส สูตร ปริมาณ (%)
 ไอน้ำ H2O 36 - 72%
คารบอนไดออกไซด์ CO2  9 - 26%
 มีเทนCH4  4 - 9%
 โอโซนO3  3 - 7%
 


คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)


        ในยุคเริ่มแรกของโลก บรรยากาศของโลก
มีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศถึง 98%  เนื่องจากดวงอาทิตย์ยังมีขนาดเล็กและแสงอาทิตย์ยังไม่สว่างเท่าทุกวันนี้  คาร์บอนไดออกไซด์ได้ช่วยทำให้โลกอบอุ่นเหมาะสำหรับเป็นถิ่นที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต  ครั้นกาลเวลาผ่านไปดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่ขึ้น น้ำฝนละลายคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ ลงมายังพื้นผิว แพลงตอนบางชนิดและพืชตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ มาสร้างเป็นอาหารโดยการสังเคราะห์ด้วยแสง ทำให้ภาวะเรือนกระจกลดลง    คาร์บอนไดออกไซด์ในธรรมชาติเกิดขึ้นจากการหลอมละลายของหินปูน ซึ่งโผล่ขึ้นมาจากปล่องภูเขาไฟและการหายใจของสิ่งมีชีวิต  คาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศมีปริมาณเพิ่มขึ้น
 ในยุคอุตสาหกรรม เนื่องจากการเผาไหม้ในรูปแบบต่างๆ เช่น การเผาไหม้เชื้อเพลิง โรงงานอุตสาหกรรม การเผาป่าเพื่อใช้พื้นที่สำหรับอยู่อาศัยและการทำปศุสัตว์  ในบรรดานี้การเผาป่าเป็นการปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศได้โดยเร็วที่สุด เนื่องจากต้นไม้มีองค์ประกอบหลักเป็นคาร์บอน  การเผาป่าจึงเป็นการส่งคาร์บอนไดออกไซด์กลับคืนสู่บรรยากาศ  ทำให้พลังงานความร้อนสะสมบนผิวโลกและในบรรยากาศเพิ่มขึ้นประมาณ 1.56 วัตต์/ตารางเมตร (ปริมาณนี้ยังไม่คิดรวมผลกระทบที่เกิดขึ้นทางอ้อม)


ภาพที่ 2 กราฟแสดงปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นในแต่ละปี

        กราฟในภาพที่ 2 แสดงให้เห็นปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นตั้งแต่ปี ..2500 เป็นต้นมา  เส้นกราฟเป็นลักษณะฟันปลา สูงต่ำสลับกันในแต่ละรอบปี มีค่าต่างกันประมาณ 5 - 6 ppm (part per million: อัตราส่วนของแก๊สต่ออากาศหนึ่งล้านส่วน)   ในฤดูร้อนคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศมีปริมาณลดลง เนื่องจากพืชตรึงแก๊สเอาไว้สร้างอาหารมากกว่าใช้หายใจ  ส่วนในฤดูหนาวมีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์มากขึ้น  เนื่องจากพืชคายแก๊สออกมาจากการหายใจมากกว่าการตรึงแก๊สเพื่อสร้างอาหาร   อย่างไรก็ตามเมื่อพิจารณาโดยภาพรวมแล้ว อุณหภูมิมีแนวโน้มสูงขึ้นในแต่ละปี



มีเทน (CH4)


        มีเทนเกิดขึ้นจากการย่อยสลายของซากสิ่งมีชีวิต
แม้ว่ามีแก๊สมีเทนอยู่ในอากาศเพียง 1.7 ppm แต่มีเทนมีคุณสมบัติของแก๊สเรือนกระจกสูงกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีปริมาตรที่เท่ากัน  มีเทนมีความสามารถในการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดได้ดีกว่าคาร์บอนไดออกไซด์  มีเทนในบรรยากาศมีปริมาณเพิ่มขึ้นเนื่องจากการทำนาข้าว ปศุสัตว์ การเผาไหม้มวลชีวภาพ และการเผาไหม้เชื้อเพลิงประเภทถ่านหิน น้ำมัน และแก๊สธรรมชาติ  การเพิ่มขึ้นของมีเทนส่งผลกระทบโดยตรงต่อภาวะเรือนกระจกมากเป็นอันดับ 2 รองจากคาร์บอนไดออกไซด์ พลังงานรวมที่เกิดขึ้นโดยเฉลี่ย 0.47 วัตต์/ตารางเมตร  ภาพที่ 3 แสดงให้เห็นไฟไหม้ป่าพรุโต๊ะแดงที่จังหวัดนราธิวาส เกิดจากการระบายน้ำในพรุออกเพื่อสร้างพื้นที่ทำกิน  จนแก๊สมีแทนที่เคยถูกขังอยู่ใต้น้ำลอยตัวขึ้นแล้วติดไฟ จนกลายเป็นไฟป่าขนาดใหญ่ 

 

ภาพที่ 3 ไฟไหม้ป่าพรุโต๊ะแดง 


ไนตรัสออกไซด์ (N2O) 


         
ไนตรัสออกไซด์ในธรรมชาติเกิดจากการย่อยสลายซากสิ่งมีชิวิตโดยแบคทีเรีย ไนตรัสออกไซด์มีปริมาณเพิ่มขึ้นเนื่องจากอุตสาหกรรมที่ใช้กรดไนตริกในกระบวนการผลิต เช่น อุตสาหกรรมผลิตเส้นใยไนลอน อุตสาหกรรมเคมีและพลาสติกบางชนิด  ไนตรัสออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นส่งผลกระทบโดยตรงต่อการเพิ่มพลังงานความร้อนสะสมบนพื้นผิวโลกประมาณ 0.14 วัตต์/ตารางเมตร   นอกจากนั้นเมื่อไนตรัสออกไซด์ลอยขึ้นสู่บรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ มันจะทำลายโอโซน ทำให้เกราะป้องกันรังสีอัลตราไวโอเล็ตของโลกลดน้อยลง



สารประกอบคลอโรฟลูออโรคาร์บอน
(CFC) 


        มีแหล่งกำเนิดจากโรงงานอุตสาหกรรม และอุปกรณ์เครื่องใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ แม้ว่าจะมีการจำกัดการใช้แก๊สประเภทนี้ให้น้อยลง 40% เมื่อเทียบกับสิบกว่าปีก่อน อย่างไรก็ตามปริมาณสารคลอโรฟลูออโรคาร์บอนที่ยังคงสะสมอยู่ในชั้นบรรยากาศ ยังเป็นต้นเหตุที่ทำให้มีพลังงานความร้อนสะสมบนพื้นผิวโลกประมาณ 0.28 วัตต์ต่อตารางเมตร  นอกจากนี้สารคลอโรฟลูออโรคาร์บอนยังทำลายชั้นโอโซนในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ ทำให้เกิดภาวะรูโอโซน 



โอโซน (O3) 


        
โอโซนเป็นแก๊สที่มีคุณสมบัติความเป็นแก๊สเรือนกระจกมากที่สุด
ทำให้เกิดพลังงานความร้อนสะสมบนพื้นผิวโลกประมาณ 2.85 วัตต์/ตารางเมตร   โอโซนเกิดขึ้นจากการเผาไหม้มวลชีวภาพและการสันดาปของเครื่องยนต์ มีอยู่ในหมอกควันซึ่งเกิดจากการจราจรและโรงงาน  โอโซนที่อยู่ในบรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ (บนพื้นผิวโลก) เป็นพิษต่อร่างกาย   แต่โอโซนในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ช่วยดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเล็ต ไม่ให้ส่องลงมาทำอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บนพื้นโลก



ภาพที่ 4 กราฟแสดงอัตราการเพิ่มพลังงานของก๊าซเรือนกระจก


        กราฟในภาพที่ 4 แสดงอัตราการเพิ่มปริมาณของแก๊สเรือนกระจกแต่ละชนิดตั้งแต่ปี ..2400 เป็นต้นมา จะเห็นได้ว่าแก๊สเรือนกระจกในบรรยากาศมีปริมาณเพิ่มขึ้นตั้งแต่การเติบโตทางอุตสาหกรรมในปี ..2443 และปริมาณของสารประกอบคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC) ลดลงตั้งแต่ ..2530 เนื่องจากการประชุมนานาชาติที่เมืองมอนทรีล ประเทศแคนนาดา (Montreal Protocol) อย่างไรก็ตามยังมีสารนี้ตกค้างในบรรยากาศอีกนับร้อยปี ดังรายละเอียดในตารางที่ 3



ตารางที่เปรียบเทียบปริมาณก๊าซเรือนกระจก (ไม่รวมไอน้ำ)
-
คาร์บอนไดออกไซด์
(CO2)
มีเทน
(CH4)
ไนตรัสออกไซด์
(N2O)
คลอโรฟลูออคาร์บอน 
(CFC)
โอโซน
(O3)
แหล่งกำเนิดตามธรรมชาติ
วัฏจักรธรรมชาติ
การหายใจ
พื้นที่ชุ่มน้ำ
ดิน ป่าเขตร้อน
-
สารไฮโดรคาร์บอน
แหล่งกำเนิดโดยมนุษย์
การเผาป่า ถ่านหิน น้ำมัน แก๊สเชื้อเพลิง
นาข้าว ปศุสัตว์
การเผาไหม้เชื้อเพลิง
มวลชีวภาพ
ปุ๋ย การใช้ประโยชน์ที่ดิน
เครื่องทำความเย็น
ละอองอากาศ
โรงงานอุตสาหกรรม
การเผาไหม้เชื้อเพลิง
มวลชีวภาพ
อายุ
50 – 200 ปี
8 – 10 ปี
120 ปี
60 – 100 ปี
30 – 40 สัปดาห์
ปริมาณก่อนยุคอุตสาหกรรม (ตรวจวัดที่ระดับพื้นผิว)
280,000 ppm
(ppm = ส่วน ต่ออากาศล้านส่วน)
790 ppm
288 ppm
0 ppm
10 ppm
ปริมาณในปัจจุบัน
370,000 ppm
1,752 ppm
317 ppm
0.1 ppm
20 – 40 ppm
อัตราการเพิ่ม
0.4%
0.4%
0.3%
1%
0.5 – 2.0%
สะสมความร้อน 
(วัตต์/ตารางเมตร)
1.56
0.47
0.14
0.28
2.85
อิทธิพลต่อภาวะเรือนกระจก
55%
16%
5%
10%
14%


        นักวิทยาศาสตร์ทำการศึกษาอุณหภูมิของโลกย้อนกลับไปในอดีตสี่แสนปี โดยการวิเคราะห์ฟองอากาศในแท่งน้ำแข็ง ซึ่งทำการขุดเจาะที่สถานีวิจัยวอสต็อก ทวีปแอนตาร์คติก พบว่าอุณหภูมิของโลกแปรผันตามปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ดังกราฟในภาพที่ 5 นั่นหมายความว่า การเพิ่มปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่บรรยากาศของโลกยุคปัจจุบัน ย่อมทำให้อุณหภูมิของพื้นผิวโลกสูงขึ้นตามไปด้วย



ภาพที่ 5 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์



การเพิ่มขึ้นของระดับน้ำในมหาสมุทร


          อุณหภูมิของบรรยากาศมีความสัมพันธ์ต่อการเปลี่ยนสถานะของน้ำบนโลก อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะทำให้อัตราการระเหยของน้ำมากขึ้น รวมถึงอัตราการหลอมละลายของแผ่นน้ำแข็งขั้วโลกก็จะมากขึ้นตามไปด้วย ถ้าหากอุณหภูมิของบรรยากาศลดต่ำลง อัตราการควบแน่นของไอน้ำในบรรยากาศก็จะมากขึ้น รวมถึงอัตราการเยือกแข็งของน้ำในมหาสมุทรก็จะมากขึ้นเช่นกัน กราฟในภาพที่ 6 แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ของอุณหภูมิของบรรยากาศและระดับน้ำทะเลในมหาสมุทรในช่วงศตวรรษที่แล้ว จะเห็นได้ว่าระดับน้ำทะเลสูงขึ้นนับตั้งแต่ปี ..2450 เป็นต้นมา ซึ่งเป็นผลมาจากอุณหภูมิของบรรยากาศที่สูงขึ้น เนื่องจากการเพิ่มปริมาณของแก๊สเรือนกระจก


ภาพที่ 6 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและระดับน้ำทะเล


          

        เมื่อประมาณ 2 หมื่นปีมาแล้วโลกอยู่ในยุคน้ำแข็ง ร้อยละ 30 ของพื้นทวีปทั้งหมดถูกปกคลุมด้วยแผ่นน้ำแข็ง ตั้งแต่ขั้วโลกเหนือลงมาจรดตอนกลางของทวีปอเมริกาเหนือ ยุโรป และเอเชีย ระดับน้ำทะเลในยุคนั้นต่ำกว่าปัจจุบันประมาณ 110 – 140 เมตร  ในเอเชียอาคเนย์ บริเวณทะเลอันดามันและทะเลจีนใต้เกือบทั้งหมด เคยแห้งกลายเป็นแผ่นดิน ทั้งนี้เนื่องจากน้ำทะเลที่ระเหยขึ้นไปเป็นไอน้ำในบรรยากาศควบแน่นเป็นหิมะ แล้วตกลงมาสะสมตัวกันบนยอดเขาและพื้นที่ตอนเหนือกลายเป็นแผ่นน้ำแข็ง  ต่อมาเมื่อโลกอุ่นขึ้นเนื่องจากปริมาณแก๊สเรือนกระจกที่ปรับตัวเองตามธรรมชาติ ระดับน้ำทะเลจึงสูงขึ้นจนมีระดับใกล้เคียงกับทุกวันนี้ แต่ทว่าในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา ได้มีการตัดไม้ทำลายป่าและทำอุตสาหกรรมหนัก ทำให้ปริมาณแก๊สเรือนกระจกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนเกิด "ภาวะโลกร้อน" (Global warming) และหากอัตราการเพิ่มขึ้นของแก๊สเรือนกระจกยังคงเป็นเช่นนี้  แผ่นน้ำแข็งขั้วโลกจะละลายทำให้ระดับน้ำทะเลสูงขึ้น



ภาพที่ 7 ระดับน้ำทะเลในอดีต ปัจจุบัน และอนาคต

        การละลายของแผ่นน้ำแข็งขั้วโลกนอกจากจะส่งผลให้ระดับน้ำทะเลสูงขึ้นแล้ว ยังทำให้อัลบีโดของโลกลดลงอีกด้วย กล่าวคือ พื้นที่สีขาวซึ่งทำหน้าที่สะท้อนรังสีจากดวงอาทิตย์คืนสู่อวกาศลดน้อยลง (น้ำทะเลมีอัลบีโดยน้อยกว่าก้อนน้ำแข็งพื้นที่สีเข้มเช่นน้ำทะเล ดูดความร้อนได้ดีและส่งผลซ้ำเติม ทำให้อุณหภูมิของโลกและระดับน้ำทะเลสูงขึ้นไปอีกอย่างรวดเร็ว  บริเวณพื้นที่เกาะและที่ราบลุ่มชายฝั่งทะเล เช่น ตอนใต้ของประทศเวียดนามและประเทศกัมพูชาจะถูกน้ำท่วม ดังภาพที่ 7 ความเค็มของน้ำทะเลซึ่งเจือจางลงเนื่องจากการละลายของน้ำแข็ง จะส่งผลให้การไหลเวียนของกระแสน้ำในมหาสมุทรเปลี่ยนทิศทาง และความจุความร้อนเปลี่ยนไป ส่งผลกระทบให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกอย่างรุนแรง