ภาวะโลกร้อน

        บรรยากาศของโลกประกอบด้วยไนโตรเจน 78%  ออกซิเจน 21%  อาร์กอน 0.9% นอกจากนั้นเป็น ไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนเล็กน้อย แม้ว่าไนโตรเจน ออกซิเจน และอาร์กอน จะเป็นองค์ประกอบหลักของบรรยากาศ แต่ก็มิได้มีอิทธิพลต่ออุณหภูมิของโลกในทางตรงกันข้ามแก๊สโมเลกุลใหญ่ 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

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)

        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 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