ชั้นบรรยากาศโอโซนนั้นเป็นชั้นบรรยากาศที่สำคัญยิ่ง เนื่องจากมันช่วยปกป้องสิ่งมีชีวิตบนโลกจากรังสีอันตรายในอวกาศ หากปราศจากชั้นนี้สิ่งมีชีวิตทุกชนิดคงไม่อาจอาศัยอยู่บนพื้นผิวโลกได้
อย่างไรก็ตามโอโซนเคย ‘แตกร้าว’ กลายเป็นเหมือนรูรั่วเหนือชั้นทวีปแอนตาร์กติกามาแล้วครั้งหนึ่ง ซึ่งเป็นผลมาจากก๊าซคลอรีนและฟลูออรีนปริมาณมหาศาลที่ถูกปล่อยออกมาจากสารทำความเย็นและละอองสเปร์ย ทว่าด้วยความตระหนักอย่างรวดเร็ว นักวิทยาศาสตร์สามารถแจ้งเตือนและสร้างข้อตกลง ‘พิธีสารมอนทรีออล’ ในปี 1987 เพื่อห้ามใช้สารดังกล่าว จนชั้นโอโซนฟื้นฟูกลับมาได้
แต่ในตอนนี้ชั้นบรรยากาศที่สำคัญกลับถูกคุกคามอีกครั้งและจากมนุษย์เช่นเดิมนั่นคือ ฝูงดาวเทียมปริมาณมหาศาลที่ทั้งปล่อยไปแล้วและมีกำหนดการจะปล่อยเพิ่มอีกนับหมื่นดวง ซึ่งก่อให้เกิดความกังวลว่าอนุภาคอะลูมิเนียมออกไซด์ขนาดเล็กจะเข้าไปทำร้ายชั้นโอโซนจนเป็นอันตราย
“บริษัทสื่อสารเช่น Starlink วางแผนที่จะส่งดาวเทียมอีกหลายหมื่นดวงขึ้นสู่วงโคจรรอบโลกภายในทศวรรษหน้า การเพิ่มจำนวนดาวเทียมขึ้นอย่างรวดเร็วนี้ได้สร้างปัญหาให้กับนักดาราศาสตร์แล้ว แต่การวิจัยใหม่ได้ตั้งคำถามอีกข้อว่า ‘จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อดาวเทียมเหล่านั้นเริ่มตกลงมา’” โรบิน สกอฟฟิลด์ (Robyn Schofield) รองศาสตราจารย์และรองคณบดีด้านสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยเมลเบิร์น กล่าว
ตามงานวิจัยที่เผยแพร่ไว้บนวารสาร Geophysical Research เผยว่าดาวเทียมที่สร้างจากอลูมิเนียมเหล่านี้อาจทิ้งอนุภาคโลหะขนาดเล็กราว 360 ตันไว้ในชั้นบรรยากาศทุกปี ซึ่งจะเข้าไปอยู่ที่ระดับความสูงของชั้นสตราโตสเฟียร์ จากนั้นก็อาจก่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ทำลายชั้นโอโซนได้
โดยทั่วไปแล้วชั้นโอโซนคือชั้นที่มีโมเลกุลออกซิเจน 3 อะตอม (O₃) อาศัยอยู่ ดังนั้นการสูญเสียชั้นโอโซนจึงหมายความว่าโมเลกุลดังกล่าวไม่จับตัวกันเหมือนเดิมอีกต่อไป ซึ่งมักจะมาจากอะตอมหรือโมเลกุล ‘อิสระ’ อื่น ๆ ที่เข้ามาแย่งอะตอมของออกซิเจนออกไป
ตัวอย่างที่ชัดเจนก็คือสารคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC) ที่ปล่อยสู่อากาศจะลอยขึ้นสู่ชั้นสตราโตสเฟียร์อย่างรวดเร็ว และเมื่อรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์กระทบกับโมเลกุลของสาร CFC จะทำให้โมเลกุลของคลอรีนแตกตัวออกมา
อะตอมคลอรีนอิสระเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของโอโซนและทำให้โอโซนแตกตัวเป็นก๊าซออกซิเจนที่มี 2 อะตอมปกติและคลอรีนโมโนออกไซด์ (ClO) นอกจากนี้ยังมีอะตอมธาตุอื่น ๆ ที่สามารถทำลายโอโซนได้แต่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าเช่น โบรมีน ไนโตรเจน และไฮโดรเจน
“ดังนั้นโดยทั่วแล้ว เมื่อมีละอองลอยในชั้นสตราโตสเฟียร์มากขึ้น เราก็มีแนวโน้มที่จะได้โอโซนเสียหายมากขึ้นเท่านั้น” สกอฟฟิลด์ กล่าว
ก่อนหน้านี้ในปี 2023 มีนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาอนุภาคละอองในชั้นสตราโตสเฟียร์และพบร่องรอยโลหะจากยานอวกาศที่กลับเข้ามายังโลก โดยระบุว่าปัจจุบันมีละอองอะลูมิเนียมอยู่ประมาณ 10% และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็น 50% ในอีก 10-30 ปีข้างหน้า (อนุภาคโลหะในชั้นสตราโตสเฟียร์ประมาณ 50% มาจากอุกกาบาต)
อย่างไรก็ตามงานวิจัยนั้นไม่ได้ระบุถึงผลกระทบที่ตาม แต่นักวิทยาศาสตร์ตนอื่น ๆ ก็ได้คาดคะเนเอาไว้ว่าอนุภาคอะลูมิเนียมอาจสร้างน้ำแข็งมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าจะมีอนุภาคสะท้อนแสงที่เล็กกว่าเดิม เย็นกว่าเดิม แต่มีพื้นที่ผิวมากขึ้นและทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีง่ายขึ้น
เพื่อตอบคำถามดังกล่าวให้ชัดเจน นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย (USC) ได้ทำการจำลองการก่อมลพิษเหล่านี้ในชั้นบรรยากาศเป็นครั้งแรก และประเมินถึงสิ่งที่จะเกิดขึ้นโดยอิงจากปริมาณดาวเทียมที่มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นในอนาคต
“การศึกษานี้ใช้การจำลองพลวัตระดับโมเลกุลในระดับอะตอมเพื่อวัดปริมาณของอะลูมิเนียมออกไซด์ในแบบจำลองดาวเทียมที่กลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ เพื่อคาดการณ์ปริมาณอะลูมิเนียมออกไซด์ที่จะเกิดขึ้นในอนาคต” โจเซฟ หว่อง (Joseph Wang) ศาสตราจารย์ด้านอวกาศและวิศวกรรมเครื่องกลแห่งมหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย และผู้เขียนงานวิจัยกล่าว
นักวิจัยพบว่าในปี 2022 มีดาวเทียมเก่าที่หมดอายุขัยประมาณ 332 เมตริกตันถูกเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศ และก่อให้เกิดอนุภาคอะลูมิเนียมออกไซด์ราว 17 ตันในกระบวนการนี้ ดังนั้นหากนับตั้งแต่ปี 2016-2022 กระบวนการดังกล่าวก็ก่อให้เกิดอนุภาคโลหะเพิ่มขึ้น 8 เท่า และจะเพิ่มขึ้นต่อไปตามจำนวนดาวเทียมที่ปล่อยขึ้นไป
ตามข้อมูลของสำนักงานอวกาศยุโรป ปัจจุบันมีดาวเทียมราว 12,540 ดวงโคจรรอบโลกอยู่ โดยมีดาวเทียมอีกราว 9,800 ดวงที่พร้อมจะปล่อยเพิ่มเติมภายในทศวรรษนี้ และตัวเลขดังกล่าวก็อาจเพิ่มขึ้นเป็นอีก 10 เท่า เนื่องจากบริษัทเอกชนแข่งขันกันมากขึ้น (โดยเฉพาะ Starlink ที่มีแผนจะปล่อยมากถึง 40,000 ดวง)
ดังนั้นหากแผนทั้งหมดนี้เกิดขึ้นจริง ก็จะมีดาวเทียมมากกว่า 3,200 เมตริกตันเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศทุกปีภายในทศวรรษ 2030 ด้วยเหตุนี้ความเข้มข้นของอนุภาคอะลูมิเนียมจะพุ่งสูงเป็นปีละ 630 เมตริกตัน หรือเพิ่มขึ้น 650% เมื่อเทียบกับระดับธรรมชาติ
ศาสตราจารย์ หว่อง เผยว่าอาจต้องใช้เวลาถึง 30 ปีกว่าที่อนุภาคเหล่านี้จะสะสมตัวในระดับความสูง 85 กิโลเมตร ซึ่งเป็นวุดที่วัสดุดาวเทียมส่วนใหญ่ระเหยไป จากนั้นมันก็จะเข้าไปทำลายชั้นโอโซน ซึ่งนักวิจัยเน้นย้ำว่าผลกระทบดังกล่าวอาจถึงขั้น ‘รุนแรง’ ได้
“และแน่นอนว่าละอองลอยของอะลูมิเนียมออกไซด์จะไม่คงอยู่ในชั้นสตราโตสเฟียร์ตลอดไป เมื่อละอองลอยตกลงสู่พื้นในที่สุด การปนเปื้อนของโลหะเหล่านี้จะทำอะไรกับบริเวณขั้นโลกของเราบ้าง?” สกอฟฟิลด์ กล่าว
“คำถามทั้งหมดเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการตอบเนื่องจากตามการประมาณบางส่วน ดาวเทียมอีกกว่า 50,000 ดวงอาจปล่อยในระหว่างนี้ไปจนถึงปี 2030 ดังนั้นเราจึงควรแก้ไขปัญหานี้ให้เร็วที่สุด” สกอฟฟิลด์ ทิ้งท้าย
สืบค้นและเรียบเรียง
วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ที่มา
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com