การลดลงของโอโซน ในชั้นบรรยากาศ เกิดขึ้นได้อย่างไร และส่งผลกระทบอย่างไรต่อโลก

การลดลงของโอโซน ในชั้นบรรยากาศโลก

การลดลงของโอโซน (Ozone Depletion) คือภาวะการสูญเสียหรือการลดลงของปริมาณก๊าซโอโซน (Ozone) ในชั้นบรรยากาศโลกที่ระดับความสูงราว 20 ถึง 40 กิโลเมตรเหนือพื้นดินขึ้นไป หรือชั้น “สตราโตสเฟียร์” (Stratosphere)จากปฏิกิริยาเคมีระหว่างก๊าซโอโซนกับสารเคมีที่มนุษย์สังเคราะห์ขึ้น ซึ่งก่อให้เกิดปรากฏการณ์ “หลุมโอโซน” (Ozone Hole) จนส่งผลให้รังสีที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตจากดวงอาทิตย์สามารถส่องลงมายังพื้นผิวโลกได้โดยตรง

การลดลงของโอโซน, ชั้นโอโซน, โอโซน, โอโซนในชั้นบรรยากาศ

องค์ประกอบของโอโซน

โอโซน (O3) ประกอบขึ้นจากออกซิเจน(Oxygen)3อะตอมเป็นโมเลกุลของก๊าซที่มีความเสถียรต่ำ สามารถคงอยู่ในอากาศได้ราว20 ถึง 30สัปดาห์ก่อนจะสลายตัวไปในธรรมชาติ ก๊าซโอโซนเกิดจากการรวมตัวกันของก๊าซออกซิเจน(O2) ที่มีอยู่มากมายในอากาศหนึ่งโมเลกุลและอะตอมออกซิเจนอิสระ (O2-) ที่แตกตัวเนื่องจากรังสีอัลตราไวโอเลต(Ultraviolet: UV) ของโมเลกุลออกซิเจนนั่นเอง แต่เมื่อโอโซนได้รับพลังงานจากรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ จะเกิดการสลายตัวเช่นเดียวกัน กลายเป็นอะตอมออกซิเจนอิสระและโมเลกุลของก๊าซออกซิเจน ดังนั้น การเกิดของชั้นโอโซนในบรรยากาศโลกจึงถือเป็นวงจรที่เกิดขึ้นซ้ำๆ เป็นวัฏจักรที่หมุนเวียนไปตามอัตราการเกิดและการสลายตัวของโอโซนในธรรมชาติ

ประเภทของโอโซน

  1. โอโซนภาคพื้นดิน (Ground Level Ozone) คือโอโซนที่ระดับความสูง0 ถึงราว 2 กิโลเมตรในชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์ (Troposphere) ซึ่งในธรรมชาติโอโซนที่เกิดขึ้นบนภาคพื้นดินมีเพียงร้อยละ 10แต่ในปัจจุบัน แหล่งกำเนิดโอโซนส่วนใหญ่มาจากกิจกรรมของมนุษย์ เช่น จากไอเสียของรถยนต์หรือไอเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆซึ่งมีไนโตรเจนออกไซด์(NOx) เป็นองค์ประกอบหลัก หรือเกิดจากปฏิกิริยาเคมีแสง(Photochemical Reaction)จากการได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตของสารอินทรีย์ระเหย(Volatile Organic Compound: VOC) ไม่ว่าจะเป็นสีทาบ้านควันบุหรี่น้ำยาฟอกสี หรือยาฆ่าแมลงเป็นต้น นอกจากนี้โอโซนบนภาคพื้นดินยังถือเป็นหนึ่งในมลพิษทางอากาศที่ส่งผลเสียต่อร่างกายอย่างมากและยังเป็นหนึ่งในก๊าซเรือนกระจกอีกด้วย
  2. โอโซนในชั้นบรรยากาศโลก(High Level Ozone) คือโอโซนที่ระดับความสูงตั้งแต่ 20ถึงราว 40 กิโลเมตรในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ (Stratosphere) ซึ่งกว่าร้อยละ 90ของโอโซนในธรรมชาติเกิดขึ้นที่ระดับความสูงนี้ โดยมีหน้าที่กรองรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์มากถึงร้อยละ99โดยเฉพาะอย่างยิ่งรังสียูวีบี(UV-B)ที่เป็นสาเหตุของโรคมะเร็งผิวหนังโรคต้อกระจก และโรคทางภูมิคุ้มกันต่างๆ ดังนั้น ก๊าซโอโซนที่อยู่เหนือระดับพื้นดินเหล่านี้จึงเป็นองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศโลกที่สำคัญยิ่งต่อความอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตและสมดุลของระบบนิเวศ

การลดลงของโอโซน, ชั้นโอโซน, โอโซน, โอโซนในชั้นบรรยากาศ

สาเหตุ การลดลงของโอโซน

การลดลงของชั้นโอโซนในบรรยากาศโลกถูกพบครั้งแรกในช่วงปี1974ถึงแม้ว่าปัจจัยทางธรรมชาติ ไม่ว่าจะเป็นสภาพภูมิอากาศ อุณหภูมิละติจูดหรือภัยธรรมชาติสามารถส่งผลกระทบต่อปริมาณและความหนาแน่นของก๊าซโอโซนในบรรยากาศโลก แต่นักวิทยาศาสตร์พบว่าสาเหตุที่แท้จริงของการสูญเสียก๊าซโอโซนเหล่านี้ไปในปริมาณมหาศาล จนก่อให้เกิดปรากฏการณ์หลุมโอโซน มีสาเหตุสำคัญมาจากสารเคมีบางชนิดที่มนุษย์สังเคราะห์ขึ้นในช่วงทศวรรษ 1970หรือสารเคมีที่ในภายหลังเรียกว่า “สารทำลายชั้นโอโซน” (Ozone Depleting Substance: ODS)

สารทำลายชั้นโอโซน คือสารฮาโลคาร์บอน (Halocarbon) หรือสารเคมีที่มีธาตุคลอรีน(Cl) ฟลูออรีน (F) โบรมีน(Br) คาร์บอน (C) และไฮโดรเจน (H) เป็นองค์ประกอบหลักโดยเฉพาะสารประกอบคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (Chlorofluorocarbon) หรือที่โดยทั่วไปเรียกกันว่า “สารซีเอฟซี” (CFC) ที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นเพื่อใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมและระบบทำความเย็นต่างๆ เช่น ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ โฟมและสเปรย์รวมไปถึงสารจำพวกคาร์บอนเตตระคลอไรด์ (CCl4) และเมทิลคลอโรฟอร์ม (Methyl Chloroform) ซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตยาและอุตสาหกรรมเสื้อผ้า เป็นต้น

การลดลงของโอโซน, ชั้นโอโซน, โอโซน, โอโซนในชั้นบรรยากาศ
บริเวณสีม่วงแสดงหลุมโอโซนที่ถูกทำลาย

เมื่อสารเคมีเหล่านี้ลอยตัวขึ้นสูงสู่ชั้นสตราโตสเฟียร์ หลังจากทำการดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลต จะเกิดการแตกตัวให้อะตอมอิสระของกลุ่มธาตุฮาโลเจน(Halogen)อย่างอะตอมคลอรีนอิสระ (Cl) ที่พร้อมจะทำปฏิกิริยากับสารอื่นๆ ดังนั้น ในชั้นบรรยากาศที่มีโอโซน (O3) อยู่หนาแน่น จะถูกกลุ่มธาตุเหล่านี้ดึงไปทำปฏิกิริยาเกิดเป็นคลอรีนมอนอกไซด์ (ClO) และก๊าซออกซิเจน (O2)ซึ่งคลอรีนมอนอกไซด์ยังสามารถทำปฏิกิริยาต่อเนื่องกับอะตอมออกซิเจนอิสระเกิดเป็นอะตอมคลอรีนอิสระขึ้นอีกครั้ง กลายเป็นปฏิกิริยาต่อเนื่องหรือวัฏจักรลูกโซ่ที่ทำลายการก่อตัวขึ้นของโอโซนในธรรมชาติ และที่สำคัญอะตอมของคลอรีนเพียงหนึ่งอะตอมสามารถทำลายโมเลกุลของโอโซนได้ถึง 100,000 โมเลกุล ตลอดช่วงชีวิตของตนเอง

การลดลงของโอโซน, ชั้นโอโซน, โอโซน, โอโซนในชั้นบรรยากาศ

ผลกระทบและสถานการณ์ของชั้นโอโซนในปัจจุบัน

นอกจากความร้อนบนพื้นผิวโลกที่เพิ่มขึ้น จากการลดลงของปริมาณโอโซนในชั้นบรรยากาศ รังสีอัลตราไวโอเลตในช่วงคลื่นความถี่ที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตยังสามารถส่องผ่านลงมายังพื้นผิวโลกได้โดยตรง ทำให้พืชชั้นต่ำ เช่น แพลงก์ตอนและสาหร่ายเกิดการกลายพันธุ์ ส่งผลกระทบต่อกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืชชนิดอื่นๆ เช่นเดียวกับภัยอันตรายที่จะเกิดขึ้นกับระบบการทำงานและร่างกายของสัตว์และมนุษย์

ดังนั้น ในปี 1987 ประเทศต่างๆทั่วโลกจึงได้ทำข้อตกลงร่วมกันภายใต้ “พิธีสารมอนทรีออล” (Montreal Protocol) เพื่อยกเลิกการใช้สารซีเอฟซีในอุตสาหกรรม ซึ่งมีผลบังคับใช้ตั้งแต่วันที่ 1 มกราคม ปี 1989 เป็นต้นมา กว่า 30 ปีให้หลัง นักวิทยาศาสตร์พบว่าชั้นโอโซนในทวีปแอนตาร์กติกากำลังฟื้นตัว และคาดว่าชั้นโอโซนในซีกโลกเหนือจะฟื้นตัวได้อย่างสมบูรณ์ภายในปี2030 ตามด้วยชั้นโอโซนในซีกโลกใต้ในปี2050 และบริเวณขั้วโลกในปี2060 เพราะสารซีเอฟซีสามารถตกค้างและคงอยู่ในบรรยากาศได้นานหลายทศวรรษกว่าจะสลายตัวไปจนหมด

การลดลงของโอโซน, ชั้นโอโซน, โอโซน, โอโซนในชั้นบรรยากาศ

อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันยังมีการใช้สารจำพวกไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (Hydrochlorofluorocarbon: HCFC)ซึ่งเป็นสารเคมีตัวใหม่ที่นำมาใช้เพื่อทดแทนสารซีเอฟซีแม้ว่าจะมีอันตรายน้อยกว่า แต่ยังคงเป็นตัวทำลายโอโซนชั้นดี นอกจากนี้ ยังมีสารทำความเย็นที่พัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในอนาคตอย่างไฮโดรฟลูออโรคาร์บอน(Hydrofluorocarbon: HFC) ซึ่งไม่เป็นอันตรายต่อชั้นโอโซน แต่เป็นก๊าซเรือนกระจกตัวสำคัญที่สามารถส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลกอีกด้วย

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


ข้อมูลอ้างอิง

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์- http://www.lesa.biz/earth/global-change/ozone-depletion

National Geographic- https://www.nationalgeographic.com/environment/global-warming/ozone-depletion/

European Union (EU) – https://ec.europa.eu/clima/policies/ozone_en

มหาวิทยาลัยมหิดล- https://il.mahidol.ac.th/e-media/ecology/chapter2/chapter2_airpolution8.htm

วารสารวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น – http://scijournal.kku.ac.th/files/Vol_40_No_2_P_436-443.pdf


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ: ก๊าซเรือนกระจก (Greenhouse Gases)

เรื่องแนะนำ

วิทยาศาสตร์ว่าด้วยการร้องไห้

วิทยาศาสตร์ว่าด้วยการร้องไห้ คุณผู้อ่านร้องไห้ล่าสุดเมื่อไหร่? และอะไรคือสาเหตุที่ทำให้คุณร้องไห้ เมื่อร้องไห้เราทุกคนมีน้ำตา น้ำตาคือสารเติมความชุ่มชื้นให้แก่ดวงตาซึ่งพบในสัตว์หลายชนิด แต่ในมนุษย์น้ำตายังถูกใช้เพื่อแสดงอารมณ์อีกด้วย ว่าแต่ทำไมมนุษย์ถึงมีน้ำตาเมื่อรู้สึกเสียใจ? คำตอบที่แน่ชัดนั้นนักวิทยาศาสตร์ยังคงไม่ทราบแต่มีทฤษฎีบางทฤษฎีสนับสนุน มองไปที่เด็กทารกตัวน้อย สัตว์อื่นๆ เมื่อแรกเกิดนั้นพวกมันมาพร้อมกับสัญชาตญาณในการเอาตัวรอดและการปกป้องตัวเอง แต่กับมนุษย์ไม่ใช่ ลูกมนุษย์อ่อนแอบอบบางและต้องการการปกป้องจากมนุษย์ที่โตกว่า การร้องไห้จึงเป็นการส่งสัญญาณให้ผู้ใหญ่รู้ได้ว่าทารกนั้นๆ กำลังต้องการอะไรบางอย่าง พอโตขึ้นมาหน่อยการร้องไห้จึงเป็นการส่งสัญญาณไปยังสมาชิกในสังคมว่าเราต้องการความช่วยเหลืออะไรบางอย่าง ดูกันที่น้ำตาบ้าง น้ำตาจะเกิดขึ้นเมื่อมีอารมณ์สุดโต่งอย่างเสียใจสุดๆ ดีใจสุดๆ หรือตกใจสุดๆ ที่น่าสนใจก็คือในน้ำตาจากสถานการณ์ที่แตกต่างกันนั้นมีสารกระกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน เช่นน้ำตาจากการร้องไห้ไม่เหมือนกับน้ำตาจากการหั่นหัวหอม การศึกษาในปี 1980 พบว่าน้ำตาจากการร้องไห้มีส่วนประกอบของโปรตีนมากกว่า นั่นจึงทำให้น้ำตาค่อยๆ ไหลช้าๆ เป็นทางยาวลงมาที่แก้ม อีกการศึกษาหนึ่งพบว่าน้ำตาเป็นเครื่องมือของการจัดการ เมื่อใครสักคนทำผิดแล้วเขาร้องไห้ น้ำตาจะทำให้คนๆ นั้นได้รับการอภัยง่ายขึ้น ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เองพบว่าในน้ำตาของผู้หญิงนั้นมีสารเคมีที่ช่วยยับยั้งความโกรธของผู้ชาย เคยได้ยินกันใช่ไหมว่าการร้องไห้ออกมานั้นดีต่อคุณ วิทยาศาสตร์เองมีผลยืนยันเรื่องนี้ เมื่อคุณร้องไห้คุณอาจไม่ได้รู้สึกดีขึ้นมาเลยในทันที แต่ใน 90 นาทีหลังร้องไห้คุณจะรู้สึกดีขึ้น นอกจากนั้นในคนที่ไม่ได้ร้องไห้ออกมายังมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นคนเก็บกดและมีทัศนคติในทางลบมากขึ้นอีกด้วย เห็นอย่างนี้แล้วครั้งหน้าอย่าอายที่จะร้องไห้ เพราะมันดีต่อคุณเอง!   อ่านเพิ่มเติม วิทยาศาสตร์ว่าด้วยความน่ารัก

ปรากฏการณ์ เอลนีโญ และลานีญา

ความแปรปรวนของกระแสลมและการไหลเวียนของกระแสน้ำที่ผันผวนที่เกิดจาก เอลนีโญ และลานีญา อาจส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลกอย่างรุนแรง เอลนีโญ (El Niño) และลานีญา (La Niña) เป็นปรากฏการณ์สุดขั้วตรงข้ามของวัฏจักรการหมุนเวียนกระแสอากาศและกระแสน้ำในมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออก(Eastern Tropical Pacific Ocean) ที่เรียกว่า “El Niño – Southern Oscillation” หรือ“เอนโซ่” (ENSO)ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างมหาสมุทรกับชั้นบรรยากาศโลก ดังนั้นเมื่อกระแสลมเกิดการเปลี่ยนทิศและกระแสน้ำในมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออกเกิดการเปลี่ยนแปลง จึงก่อให้เกิดปรากฏการณ์สภาวะอากาศแปรปรวนฉับพลันที่เรียกว่า “เอลนีโญ” (El Niño) และ “ลานีญา”(La Niña) [ในภาษาสเปน เอลนีโญมีความหมายว่า “เด็กชาย” หรือ “บุตรของพระเยซู”ขณะที่ลานีญามีความหมายว่า “เด็กสาว”] การเกิดปรากฏการณ์เอลนีโญและลานีญา มหาสมุทรแปซิฟิกในสภาวะปกติ บริเวณแถบเส้นศูนย์สูตรของมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออกจะมีลมสินค้ากำลังแรงพัดจากทางด้านตะวันตกของชายฝั่งทวีปอเมริกาใต้ไปยังประเทศอินโดนีเซีย โดยนำเอากระแสน้ำอุ่นบนพื้นผิวมหาสมุทรแปซิฟิกเข้าสู่ชายฝั่งด้านทิศตะวันออกของออสเตรเลียทำให้น้ำทะเลบริเวณดังกล่าวสูงกว่าระดับทะเลปกติราว 60 ถึง70 เซนติเมตร และทำให้เกิดฝนตกในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้และทางตอนเหนือของออสเตรเลีย ขณะที่ตามแนวชายฝั่งของทวีปอเมริกาใต้จะเกิดกระแสน้ำเย็นใต้มหาสมุทรไหลเข้ามาแทนที่กระแสน้ำอุ่นที่ถูกลมสินค้าพัดพาไป ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ “น้ำผุด” (Upwelling) ซึ่งนำธาตุอาหารจากมหาสมุทรลึกขึ้นมายังเขตท้องทะเลที่แสงสว่างส่องถึง (Euphotic zone) ทำให้ทางชายฝั่งของทั้งประเทศเปรู เอกวาดอร์ และชิลี กลายเป็นแหล่งทรัพยากรทางทะเลที่สำคัญและสร้างรายได้มหาศาลให้กับชาวประมงท้องถิ่นอีกด้วย ปรากฏการณ์เอลนีโญ […]