การลดลงของโอโซน ในชั้นบรรยากาศโลก

NGThai

5 years ago

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

องค์ประกอบของโอโซน

โอโซน (O₃) ประกอบขึ้นจากออกซิเจน(Oxygen)3อะตอมเป็นโมเลกุลของก๊าซที่มีความเสถียรต่ำ สามารถคงอยู่ในอากาศได้ราว20 ถึง 30สัปดาห์ก่อนจะสลายตัวไปในธรรมชาติ ก๊าซโอโซนเกิดจากการรวมตัวกันของก๊าซออกซิเจน(O₂) ที่มีอยู่มากมายในอากาศหนึ่งโมเลกุลและอะตอมออกซิเจนอิสระ (O^2-) ที่แตกตัวเนื่องจากรังสีอัลตราไวโอเลต(Ultraviolet: UV) ของโมเลกุลออกซิเจนนั่นเอง แต่เมื่อโอโซนได้รับพลังงานจากรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ จะเกิดการสลายตัวเช่นเดียวกัน กลายเป็นอะตอมออกซิเจนอิสระและโมเลกุลของก๊าซออกซิเจน ดังนั้น การเกิดของชั้นโอโซนในบรรยากาศโลกจึงถือเป็นวงจรที่เกิดขึ้นซ้ำๆ เป็นวัฏจักรที่หมุนเวียนไปตามอัตราการเกิดและการสลายตัวของโอโซนในธรรมชาติ

ประเภทของโอโซน

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
โอโซนในชั้นบรรยากาศโลก(High Level Ozone) คือโอโซนที่ระดับความสูงตั้งแต่ 20ถึงราว 40 กิโลเมตรในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ (Stratosphere) ซึ่งกว่าร้อยละ 90ของโอโซนในธรรมชาติเกิดขึ้นที่ระดับความสูงนี้ โดยมีหน้าที่กรองรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์มากถึงร้อยละ99โดยเฉพาะอย่างยิ่งรังสียูวีบี(UV-B)ที่เป็นสาเหตุของโรคมะเร็งผิวหนังโรคต้อกระจก และโรคทางภูมิคุ้มกันต่างๆ ดังนั้น ก๊าซโอโซนที่อยู่เหนือระดับพื้นดินเหล่านี้จึงเป็นองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศโลกที่สำคัญยิ่งต่อความอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตและสมดุลของระบบนิเวศ

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

บริเวณสีม่วงแสดงหลุมโอโซนที่ถูกทำลาย

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

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

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)