บัญชา ธนบุญสมบัติ
buncha2509@gmail.com, www.facebook.com/buncha2509
เมื่อพูดถึงสาเหตุของโลกร้อน เรามักจะนึกถึงก๊าซเรือน-กระจก โดยเฉพาะอย่างยิ่งคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากฝีมือมนุษย์ แต่จากการศึกษาพบว่า ระบบภูมิอากาศโลกมีกลไกป้อนกลับ (climate feedback) หลายรูปแบบที่ทั้งช่วยเร่งและหน่วงการเพิ่มอุณหภูมิเฉลี่ยของโลก ซึ่งรูปแบบหลักๆ เกี่ยวข้องกับปัจจัยสี่อย่าง ได้แก่ ไอน้ำ หิมะและน้ำแข็ง เมฆ และวัฏจักรคาร์บอน ผมขอสรุปประเด็นเหล่านี้ให้รับทราบ จะได้เข้าใจชัดเจนยิ่งขึ้นเมื่อฟังนักวิชาการพูดถึงครับ
ไอน้ำ
ไอน้ำเป็นส่วนประกอบที่มีมากที่สุด คิดเป็นสองในสามของปริมาณก๊าซเรือนกระจกทั้งหมด ภาพอย่างง่ายๆ คือ เมื่อโลกร้อนขึ้น บรรยากาศจะมีปริมาณไอน้ำมากขึ้นด้วย จึงซ้ำเติมให้โลกร้อนยิ่งขึ้นอีก ลักษณะเช่นนี้เรียกว่า กลไกการป้อนกลับแบบบวก (positive feedback)
ไม่เพียงไอน้ำในบรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ (troposphere) ซึ่งอยู่ติดผิวโลกที่มีผลต่อโลกร้อน แต่เราต้องสนใจไอน้ำในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ (stratosphere) ซึ่งอยู่สูงขึ้นไปด้วยเช่นกัน ค.ศ. ๒๐๑๐ ทีมวิจัยนำโดย ซูซาน โซโลมอน (Susan Solomon) นักวิทยาศาสตร์อาวุโสของ NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) พบว่า หลัง ค.ศ. ๒๐๐๐ ชั้นสตราโตสเฟียร์มีปริมาณไอน้ำลดลง ซึ่งอาจใช้อธิบายว่า เหตุใดโลกจึงร้อนขึ้นด้วยอัตราที่ช้ากว่าในช่วงทศวรรษที่ ๑๙๘๐ และ ๑๙๙๐ (ซึ่งชั้นสตรา-โตสเฟียร์มีปริมาณไอน้ำมากกว่า)
แผนภาพเปรียบเทียบการสะท้อนรังสีของพื้นผิวที่เป็นหิมะ น้ำแข็ง และน้ำทะเล
http://d3tt741pwxqwm0.cloudfront.net/WGBH/ipy07/ipy07_int_albedo/ipy07_ int_albedo.html
หิมะและน้ำแข็ง
กลไกป้อนกลับที่เกิดจากหิมะและน้ำแข็ง (โดยเฉพาะน้ำแข็งขั้วโลก) เข้าใจได้ไม่ยาก เพราะทั้งหิมะและน้ำแข็งสะท้อนรังสีจากดวงอาทิตย์ได้ดี เช่น หากรังสีจากดวงอาทิตย์ ๑๐๐ เปอร์เซ็นต์ตกกระทบหิมะ จะสะท้อนกลับถึง ๙๐ เปอร์เซ็นต์ หากตกกระทบน้ำแข็ง จะสะท้อนกลับ ๕๐ เปอร์เซ็นต์ หรือหากตกกระทบผิวน้ำทะเล จะสะท้อนกลับเพียง ๖ เปอร์เซ็นต์ (อีก ๙๔ เปอร์เซ็นต์ถูกน้ำทะเลดูดกลืน)
สัดส่วนพลังงานรังสีที่สะท้อนกลับต่อรังสีตกกระทบ เรียกว่า แอลบีโด (albedo) และอาจใช้สัญลักษณ์ดังแสดงในรูป ๑
เมื่อโลกร้อนขึ้น หิมะและน้ำแข็งละลายมากขึ้น ผลคือรังสีสะท้อนกลับสู่อวกาศน้อยลง หรือถูกโลกดูดกลืนไว้มากขึ้น จึงเกิดกลไกป้อนกลับแบบบวกซ้ำให้โลกร้อนยิ่งขึ้น
แผนภาพแสดงผลกระทบของเมฆระดับต่ำและเมฆระดับสูงต่อการสะท้อนและเก็บกักพลังงานของรังสี
http://www.climate4you.com/ClimateAndClouds.htm
เมฆ
หากมองจากที่สูงลงมา เมฆจะช่วยสะท้อนรังสีกลับสู่อวกาศ แต่ขณะเดียวกันหากเรามองจากพื้น รังสีต่างๆ ที่ปลดปล่อยจากพื้น (โดยเฉพาะรังสีอินฟราเรด) จะถูกเมฆกีดขวางและเก็บกักไว้ในบรรยากาศด้วย นั่นคือเมฆทำหน้าที่คล้ายก๊าซเรือนกระจก
จากการศึกษาพบว่า เมฆแต่ละสกุลจะส่งผลต่อโลกร้อนต่างกัน เช่น เมฆสเตรโตคิวมูลัส (Stratocumulus) เมฆก้อนที่แผ่ตัวในแนวระดับและอยู่ระดับต่ำ (ประมาณ ๒ กิโลเมตรจากพื้น) จะสะท้อนรังสีได้ดีมาก แต่ไม่ค่อยมีผลกระทบด้านเรือนกระจก เมฆสเตรโตคิวมูลัสจึงทำให้โลกเย็นลง ส่วนเมฆซีร์รัส (Cirrus) เมฆน้ำแข็งซึ่งอยู่ระดับสูงนั้นสะท้อนรังสีไม่ดีนัก (เพราะมักมีลักษณะบาง) แต่ผลกระทบด้านเรือนกระจกมีมาก คือเก็บกักรังสีความร้อนได้ดี เมฆสกุลนี้จึงมีแนวโน้มทำให้โลกอุ่นขึ้น
หากเปรียบเทียบเมฆก้อนสองก้อนซึ่งมีปริมาณน้ำของเหลว (liquid water content, LWC) เท่ากัน แต่ก้อนหนึ่งมีขนาดหยดน้ำเล็กกว่าอีกก้อน ผลคือเมฆก้อนที่มีหยดน้ำขนาดเล็กกว่าจะสะท้อนรังสีได้ดีกว่า เรียกว่า ปรากฏการณ์ทูมีย์ (Twomey effect)
ขณะเดียวกันเมฆก้อนที่มีหยดน้ำขนาดเล็กนี้ หากหยดน้ำเติบโตช้าจะทำให้เมฆทั้งก้อนมีแนวโน้มคงตัวอยู่นานขึ้น เนื่องจากน้ำในเมฆไม่ตกลงมาเป็นฝน เรียกว่า ปรากฏการณ์อัลเบรชท์ (Albrecht effect)
แล้วอะไรล่ะที่ทำให้หยดน้ำในเมฆมีขนาดเล็กหรือใหญ่ ?
คำตอบหนึ่งคือ ละอองลอย (aerosol) ซึ่งทำหน้าที่เป็นแกนกลั่นตัวของเมฆ (cloud condensation nuclei, CCN) หากมีปริมาณละอองลอยมาก จะทำให้หยดน้ำในเมฆมีขนาดเล็ก ตัวอย่างละอองลอย เช่น ฝุ่น เกลือทะเล คาร์บอนอินทรีย์ในธรรมชาติ ละอองลอยจากไดเมทิลซัลไฟด์หรือจากสารประกอบไอโอดีน
แผนภาพอย่างง่ายแสดงวัฏจักรคาร์บอน
http://www.scifun.ed.ac.uk/pages/about_us/shows/images/CCS/Carbon-cycle.jpg
วัฏจักรคาร์บอน
เมื่อมีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศเพิ่มและอุณหภูมิเฉลี่ยของชั้นบรรยากาศสูงขึ้น จะส่งผลกระทบต่อวัฏจักรคาร์บอน (carbon cycle) ผลกระทบนี้ซับซ้อนเพราะมีปัจจัยเกี่ยวข้องหลายอย่าง
ลองดูมหาสมุทรก่อน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลและชีวมวลนั้นจะละลายในน้ำประมาณครึ่งหนึ่ง กลไกนี้ช่วยชะลอโลกร้อนได้บ้างเนื่องจากลดอัตราการเพิ่มปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศแต่แนวโน้มนี้จะไม่คงอยู่ตลอดไป เพราะเมื่ออุณหภูมิเฉลี่ยของน้ำในมหาสมุทรเพิ่มขึ้น จะทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ละลายน้อยลง
ส่วนบนพื้นดินการเปลี่ยนแปลงวัฏจักรคาร์บอนยิ่งซับซ้อนกว่า ตัวอย่างเช่น เมื่อโลกร้อนขึ้น น้ำแข็งในบริเวณที่มีภูมิอากาศแบบทุนดราแถบขั้วโลกเหนือ (Arctic tundra) จะละลายมากขึ้นพร้อมปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซมีเทน หรือหากเกิดไฟป่าบ่อย คาร์บอนที่เก็บกักอยู่ในต้นไม้จะถูกปล่อยสู่บรรยากาศในรูปของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
ในทางกลับกัน ปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นอาจกระตุ้นให้พืชบางชนิดในระบบนิเวศเติบโตได้ดี ส่งผลให้พืชเหล่านี้ดูดซับคาร์บอนจากบรรยากาศได้มากขึ้น แต่ปรากฏการณ์นี้ก็อาจส่งผลน้อยลงหากมีปริมาณน้ำและก๊าซไนโตรเจนจำกัด รวมทั้งอุณหภูมิที่ไม่เหมาะสม นอกจากนี้พืชยังสามารถรับปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ได้สูงสุดค่าหนึ่งเพื่อใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสง
จะเห็นว่า กลไกป้อนกลับเรื่องโลกร้อนมีปัจจัยต่างๆ ซับซ้อนมากมาย นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องศึกษาเพื่อเข้าใจแง่มุมต่างๆ อย่างถ่องแท้ ซึ่งจะช่วยให้เรารับมือและปรับตัวเข้ากับการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นอย่างเหมาะสมที่สุดนั่นเอง
