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
ไอน้ำเป็นแก๊สเรือนกระจกที่มีอยู่ในบรรยากาศโลกมากที่สุด รองลงมาคือ คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน และโอโซน ดังข้อมูลในตารางที่ 2 ตารางที่ 2 ปริมาณแก๊สเรือนกระจกในบรรยากาศ
คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ในยุคเริ่มแรกของโลก บรรยากาศของโลกมีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศถึง 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 พ.ศ.2500 เป็นต้นมา เส้นกราฟเป็นลักษณะฟันปลา สูงต่ำสลับกันในแต่ละรอบปี มีค่าต่างกันประมาณ 5 - 6 ppm (part per million: อัตราส่วนของแก๊สต่ออากาศหนึ่งล้านส่วน) ในฤดูร้อนคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศมีปริมาณลดลง เนื่องจากพืชตรึงแก๊สเอาไว้สร้างอาหารมากกว่าใช้หายใจ ส่วนในฤดูหนาวมีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์มากขึ้น เนื่องจากพืชคายแก๊สออกมาจากการหายใจมากกว่าการตรึงแก๊สเพื่อสร้างอาหาร อย่างไรก็ตามเมื่อพิจารณาโดยภาพรวมแล้ว อุณหภูมิมีแนวโน้มสูงขึ้นในแต่ละปี มีเทน (CH4)
 ภาพที่ 3 ไฟไหม้ป่าพรุโต๊ะแดง ไนตรัสออกไซด์ (N2O)
มีแหล่งกำเนิดจากโรงงานอุตสาหกรรม และอุปกรณ์เครื่องใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ แม้ว่าจะมีการจำกัดการใช้แก๊สประเภทนี้ให้น้อยลง 40% เมื่อเทียบกับสิบกว่าปีก่อน อย่างไรก็ตามปริมาณสารคลอโรฟลูออโรคาร์บอนที่ยังคงสะสมอยู่ในชั้นบรรยากาศ ยังเป็นต้นเหตุที่ทำให้มีพลังงานความร้อนสะสมบนพื้นผิวโลกประมาณ 0.28 วัตต์ต่อตารางเมตร นอกจากนี้สารคลอโรฟลูออโรคาร์บอนยังทำลายชั้นโอโซนในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ ทำให้เกิดภาวะรูโอโซน โอโซน (O3)
 ภาพที่ 4 กราฟแสดงอัตราการเพิ่มพลังงานของก๊าซเรือนกระจก กราฟในภาพที่ 4 แสดงอัตราการเพิ่มปริมาณของแก๊สเรือนกระจกแต่ละชนิดตั้งแต่ปี พ.ศ.2400 เป็นต้นมา จะเห็นได้ว่าแก๊สเรือนกระจกในบรรยากาศมีปริมาณเพิ่มขึ้นตั้งแต่การเติบโตทางอุตสาหกรรมในปี พ.ศ.2443 และปริมาณของสารประกอบคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC) ลดลงตั้งแต่ พ.ศ.2530 เนื่องจากการประชุมนานาชาติที่เมืองมอนทรีล ประเทศแคนนาดา (Montreal Protocol) อย่างไรก็ตามยังมีสารนี้ตกค้างในบรรยากาศอีกนับร้อยปี ดังรายละเอียดในตารางที่ 3 ตารางที่ 3 เปรียบเทียบปริมาณก๊าซเรือนกระจก (ไม่รวมไอน้ำ)
นักวิทยาศาสตร์ทำการศึกษาอุณหภูมิของโลกย้อนกลับไปในอดีตสี่แสนปี โดยการวิเคราะห์ฟองอากาศในแท่งน้ำแข็ง ซึ่งทำการขุดเจาะที่สถานีวิจัยวอสต็อก ทวีปแอนตาร์คติก พบว่าอุณหภูมิของโลกแปรผันตามปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ดังกราฟในภาพที่ 5 นั่นหมายความว่า การเพิ่มปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่บรรยากาศของโลกยุคปัจจุบัน ย่อมทำให้อุณหภูมิของพื้นผิวโลกสูงขึ้นตามไปด้วย  ภาพที่ 5 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ การเพิ่มขึ้นของระดับน้ำในมหาสมุทร อุณหภูมิของบรรยากาศมีความสัมพันธ์ต่อการเปลี่ยนสถานะของน้ำบนโลก อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะทำให้อัตราการระเหยของน้ำมากขึ้น รวมถึงอัตราการหลอมละลายของแผ่นน้ำแข็งขั้วโลกก็จะมากขึ้นตามไปด้วย ถ้าหากอุณหภูมิของบรรยากาศลดต่ำลง อัตราการควบแน่นของไอน้ำในบรรยากาศก็จะมากขึ้น รวมถึงอัตราการเยือกแข็งของน้ำในมหาสมุทรก็จะมากขึ้นเช่นกัน กราฟในภาพที่ 6 แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ของอุณหภูมิของบรรยากาศและระดับน้ำทะเลในมหาสมุทรในช่วงศตวรรษที่แล้ว จะเห็นได้ว่าระดับน้ำทะเลสูงขึ้นนับตั้งแต่ปี พ.ศ.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 (น้ำทะเลมีอัลบีโดยน้อยกว่าก้อนน้ำแข็ง) พื้นที่สีเข้มเช่นน้ำทะเล ดูดความร้อนได้ดีและส่งผลซ้ำเติม ทำให้อุณหภูมิของโลกและระดับน้ำทะเลสูงขึ้นไปอีกอย่างรวดเร็ว บริเวณพื้นที่เกาะและที่ราบลุ่มชายฝั่งทะเล เช่น ตอนใต้ของประทศเวียดนามและประเทศกัมพูชาจะถูกน้ำท่วม ดังภาพที่ 7 ความเค็มของน้ำทะเลซึ่งเจือจางลงเนื่องจากการละลายของน้ำแข็ง จะส่งผลให้การไหลเวียนของกระแสน้ำในมหาสมุทรเปลี่ยนทิศทาง และความจุความร้อนเปลี่ยนไป ส่งผลกระทบให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกอย่างรุนแรง |
วิทยาศาสตร์โลก > การเปลี่ยนแปลงสภาวะโลก >