“ในขณะที่รถยนต์ปล่อยไอเสียสร้างมลพิษทางอากาศในระดับพื้นดิน
แต่ฟ้าแลบกลับสร้างมลภาวะให้กับท้องฟ้า
นักวิทยาศาสตร์เองไม่แน่ชัดว่าไนโตรเจนออกไซด์
ส่งผลต่อชั้นบรรยากาศอย่างไรกันแน่”
เป็นที่รู้กันดีว่ารถที่เคลื่อนไปมาบนท้องถนนนั้นปล่อยก๊าซไอเสียที่ชื่อ ไนโตรไดเจนออกไซด์ ออกมา ทำให้บรรยากาศระดับพื้นที่เต็มไปด้วยมลพิษที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพ แต่ในขณะที่ผู้คนขับรถอยู่นั้นแอปพลิเคชันพยากรณ์สภาพอากาศก็แจ้งเตือนว่าจะมีพายุฝนฟ้าคะนองเร็ว ๆ นี้
เราเงยหน้ามองขึ้นไปยังก้อนเมฆสีดำแล้วก็มองเห็นแสงสว่างวาปไปมาอยู่ภายใน ซึ่งเกิดจากอิเล็กตรอนเคลื่อนตัวอย่างรวดเร็วไปมาบนท้องฟ้า หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า ‘ฟ้าแลบ’ ทั้งสองสถานการณ์ระหว่างพื้นดินและชั้นบรรยากาศที่สูงขึ้นไปนี้อาจดูแตกต่างกัน ทว่ากลับมีบางอย่างที่เหมือนกันนั่นคือ กลุ่มก๊าซไนโตรเจนออกไซค์
ใช่แล้ว ฟ้าแลบสามารถสร้างก๊าซไอเสียรถยนต์ได้บนท้องฟ้า นับเป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแมริแลนด์สามารถตรวจจับฟ้าแลบและผลกระทบต่อคุณภาพอากาศได้ด้วยอุปกรณ์บนดาวเทียมที่มีชื่อว่า TEMPO (Tropospheric Emissions: Monitoring of POllution) ของนาซา (NASA)
“นี่เป็นครั้งแรกที่มีการวิจัยในลักษณะนี้ด้วยความถี่เชิงเวลาเช่นนี้” เคนเนธ พิคเคอริง (Kenneth Pickering) ศาสตราจารย์ด้านการวิจัยบรรยากาศและวิทยาศาสตร์มหาสมุทร มหาวิทยาลัยแมริแลนด์
“พายุฝนฟ้าคะนองมีวิวัฒนาการอย่างรวดเร็ว มันมักจะก่อตัว ทวีความรุนแรงขึ้น และดับลงภายใน 1 ชั่วโมง การสังเกตการณ์ในช่วงเวลาสั้น ๆ เหล่านี้ทำให้เราเห็นภาพเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นจริงระหว่างพายุได้ชัดเจนยิ่งขึ้น”
TEMPO ถูกปล่อยตัวครั้งแรกในปี 2023 เพื่อติดตามมลพิษทางอากาศจากระดับความสูง 35,405 กิโลเมตรเหนือพื้นโลกในทุกชั่วโมงตามตำแหน่งที่มันอยู่ แต่การทดสอบใหม่ของ พิคเคอริง และ เดล อัลเลน (Dale Allen) ผู้ช่วยนักวิจัยได้ทำให้สามารถวัดปริมาณ NO ที่เกี่ยวข้องกับพายุแต่ละลูกได้ทุก 10 นาที
ฟ้าแลบสร้างไนโตรเจนออกไซด์ได้อย่างไร?
โดยทั่วไปแล้ว ฟ้าแลบสามารถสร้างอุณหภูมิร้อนจัดได้ซึ่งทำให้โมเลกุลอย่างไนโตรเจน (N) และออกซิเจน (O) แตกตัวออกมา เมื่ออะตอมเดี่ยว ๆ ของทั้งคู่ไม่มีอะไรให้จับ พวกมันจึงจับกันเองกลายเป็น NO เช่น ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) และก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ชนิดอื่น ๆ
“ฟ้าแลบทั่วโลกคิดเป็น 10-15% ของไนโตรเจนออกไซด์ทั้งหมดที่ถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ” พิคเคอริง บอก “มลพิษจากมนุษย์มีมากกว่านั้นมาก แต่สิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาคือฟ้าแลบ ปล่อยไนโตรเจนออกไซด์ในระดับที่สูงกว่ามาก ซึ่งจะช่วยเร่งการผลิตโอโซนได้อย่างมีประสิทธิภาพ”
กล่าวคือ ในขณะที่ไอเสียรถยนต์ก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศใกล้พื้นดิน มลพิษจากฟ้าแลบก็จะเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศที่สูงกว่า ซึ่งสามารถถูกพัดพาลงมาสู่ผิวโลกและกระทบกับคุณภาพอากาศในระยะทางหลายร้อยกิโลเมตรจากตัวพายุ อัลลเลนตั้งข้อสังเกตว่าผลกระทบนี้จะรุนแรงขึ้นในช่วงฤดูร้อนเนื่องจากมีอุณหภูมิสูงขึ้นและมีโอโซนเกิดขึ้นมากมาย
“ผลกระทบของฟ้าแลบต่อสภาพภูมิอากาศในช่วงฤดูร้อนเทียบได้กับไนโตรเจนออกไซด์ที่มนุษย์สร้างขึ้น ซึ่งเป็นเหตุผลที่เราต้องการศึกษาพายุในเดือนมิถุนายน” อัลเลน อธิบาย
แต่ฟ้าแลบไม่ได้แค่สร้างมลพิษเพียงอย่างเดียว แต่ยังกระตุ้นให้เกิดอนุมูลไฮดรอกซิล ซึ่งโมเลกุลสำคัญที่ช่วย ‘ชำระล้าง’ ชั้นบรรยากาศของโลกโดยการสลายก๊าซ อย่าง มีเทน หรือก็คือในส่วนหนึ่งมันก็ช่วยฟอกอากาศให้สะอาด
ข้อมูลเหล่านี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์มองเห็นปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เกิดจากฟ้าแลบนี้ ไปจนถึงแผนที่องค์ประกอบของบรรยากาศและพลวัตรของโมเลกุลอันซับซ้อนที่เกิดขึ้นระหว่างพายุและฟ้าแลบ
“จากการศึกษาในอดีตโดยกลุ่มของเราและกลุ่มอื่น ๆ เราเชื่อว่าฟ้าแลบแต่ละครั้งจะสร้าง NO ประมาณ 250 โมล [โมล (Mole) คือเลขอาโวกราโด โดย 1 โมลมีอนุภาคประมาณ 6.022×10^23 โมเลกุล] โดยเฉลี่ย” อัลเลน กล่าว
อย่างไรก็ตามค่าดังกล่าวยังไม่แน่นอนเนื่องจากปริมาณฟ้าแลบแต่ละครั้งจะมีความแตกต่างกันไปอย่างมีนัยสำคัญ “เราเชื่อว่าเมื่อพายุมีความรุนแรงมากขึ้น ฟ้าแลบก็จะสั้นลงและก่อให้เกิดไนโตรเจนออกไซด์ต่อครั้งน้อยลง” เขาเสริม
อนาคตของการวัดคุณภาพอากาศ
พิกเคอริงและอัลเลนเชื่อว่าการทดลอง TEMPO ของพวกเขาอาจส่งผลกระทบต่อชีวิตประจำวันในโลกแห่งความเป็นจริง เนื่องจากก๊าซที่เกิดจากฟ้าแลบสามารถเดินทางผ่าน ‘สายพานลำเลียงอากาศ’ ที่ยาวและไกลจากจุดที่เกิดพายุได้
และในหลายกรณีเมื่อมันผ่าลงมายังผิวโลก สายฟ้าก็สามารถทำให้เกิดโอโซนในระดับพื้นดินได้ ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของหมอกควันที่กระตุ้นให้เกิดโรคหอบหืดและปัญหาทางเดินหายใจอื่น ๆ ในมนุษย์
“สำหรับผู้ที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ภูเขาอย่างโคโลราโด ข้อมูลนี้อาจมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากฟ้าแลบมีส่วนสำคัญต่อโอโซนบนพื้นผิวในพื้นที่ที่ระดับความสูงมากกว่า” พิคเคอริง กล่าว “ข้อมูลนี้อาจส่งผลต่อวิธีที่นักอุตุนิยมวิทยาคาดการณ์คุณภาพอากาศระหว่างและหลังพายุในภูมิภาคดังกล่าว”
การทดลองนี้ยังให้มุมมองเกี่ยวกับความสามารถของชั้นบรรยากาศในการย่อยสลายสารมลพิษตามธรรมชาติ ซึ่งรวมถึงมีเทนและไฮโดรคาร์บอนที่เป็นอันตรายอื่น ๆ ซึ่งเป็นสาเหตุของภาวะโลกร้อนทั้งในระดับท้องถิ่นและระดับโลก
“เราต้องการใช้ข้อมูลความถี่สูงนี้เพื่อจำกัดความไม่แน่นอนที่สำคัญในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศปัจจุบันของเรา” อัลเลนกล่าว “ยิ่งมีข้อมูลที่ดีขึ้นเท่าไหร่ การคาดการณ์ก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น และอาจมีวิธีที่ดีกว่าในการปกป้องสุขภาพและสิ่งแวดล้อมของเราจากมลพิษทั้งจากธรรมชาติและจากฝีมือมนุษย์”
สืบค้นและเรียบเรียง
วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ที่มา
https://www.technologynetworks.com
อ่านเพิ่มเติม : นักวิทยาศาสตร์พบ ต้นไม้ในปานามาใช้ ‘สายฟ้า’ ในการจัดการกับศัตรู
