จำนวนผู้เยี่ยมชม

วันพุธที่ 7 กันยายน พ.ศ. 2554

ปรากฏการณ์เรือนกระจก

ปรากฏการณ์เรือนกระจก


ปรากฏการณ์เรือนกระจกคืออะไร?
         "ปรากฏการณ์เรือนกระจก" (greenhouse effect) คือ ปรากฏการณ์ที่โลกมีอุณหภูมิสูงขึ้นเนื่องจาก พลังงานแสงอาทิตย์ ์ในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรทที่สะท้อนกลับถูกดูดกลืนโดยโมเลกุลของ ไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)  มีเทน (CH4) และ CFCsไนตรัสออกไซด์ (N2O)ในบรรยากาศทำให้โมเลกุลเหล่านี้มีพลังงานสูงขึ้นมีการถ่ายเทพลังงานซึ่งกันและกันทำให้อุณหภูมิในชั้นบรรยากาศสูงขึ้นการถ่ายเทพลังงานและความยาวคลื่นของโมเลกุลเหล่านี้ต่อๆกันไป ในบรรยากาศทำให้โมเลกุลเกิดการสั่นการเคลื่อนไหว ตลอดเวลาและมาชนถูกผิวหนังของเรา ทำให้เรารู้สึกร้อน


กลไกพื้นฐาน
  โลกรับพลังงานจากดวงอาทิตย์ในรูปของการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ พลังงานเกือบทั้งหมดมีขนาดความยาวช่วงคลื่นที่มองเห็นได้และในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดที่เกือบมองเห็น (บางครั้งเรียกว่าช่วงคลื่นใกล้อินฟราเรด) โลกมีอัตราส่วนรังสีสะท้อน (albedo) ประมาณ 30% ของรังสีดวงอาทิตย์ที่แผ่ลงมา ที่เหลือร้อยละ 70 จะถูกดูดซับไว้ ทำความอบอุ่นให้แก่พื้นดิน บรรยากาศและมหาสมุทร

การที่อุณหภูมิของโลกอยู่ในภาวะเสถียรซึ่งไม่ร้อนขึ้นหรือเย็นลงอย่างรวดเร็วเกินไปได้นั้น การดูดกลืนรังสีดวงอาทิตย์สู่โลกจะต้องอยู่ในสภาวะสมดุลเป็นอย่างมากกับรังสีอินฟราเรดที่สะท้อนกลับออกสู่อวกาศ โดยที่ความเข้มของการแผ่กระจายรังสีอินฟราเรดเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มของอุณหภูมิ เราจึงคิดว่าอุณหภูมิของโลกขึ้นอยู่กับปริมาณของฟลักซ์หรือแรง (flux) ของอินฟราเรดที่จะต้องถ่วงดุลกับฟลักซ์ของรังสีดวงอาทิตย์ การแผ่ของรังสีดวงอาทิตย์เกือบทั้งหมดทำพื้นผิวของโลกร้อนขึ้น ไม่ใช่เป็นการทำให้บรรยากาศร้อนขึ้น บรรยากาศชั้นบนไม่ใช่ผิวโลกที่เป็นตัวช่วยให้การแผ่กระจายรังสีอินฟราเรดหนีออกสู่อวกาศ โฟตอนอินฟราเรดที่ส่งออกมาทางผิวโลกเกือบทั้งหมดจะถูกดูดซับไว้ในบรรยากาศโดยก๊าซเรือนกระจกและเมฆ ไม่ได้หนีออกโดยตรงสู่ห้วงอวกาศ
เหตุผลที่พื้นผิวโลกร้อนขึ้นนี้อาจทำให้เข้าใจได้ง่ายๆ ด้วยการเริ่มต้นจากการใช้แบบจำลองปรากฏการณ์เรือนกระจกอย่างง่ายที่คิดเฉพาะการแผ่กระจายรังสีโดยไม่นำไปรวมกับการถ่ายโอนพลังงานในบรรยากาศโดยการพาความร้อน (sensible heat transport) และการระเหยและการกลั่นตัวของไอน้ำ (latent heat transport) ในกรณีการคิดการแผ่กระจายรังสีเพียงอย่างเดียวนี้ เราอาจคิดได้ว่าบรรยากาศแผ่กระจายรังสีอินฟราเรดทั้งจากด้านสู่ด้านบนลงมาและจากด้านล่างขึ้นไป ฟลักซ์ของรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกจากผิวโลกจะต้องสมดุลไม่เพียงกับการดูดกลืนฟลักซ์ของรังสีดวงอาทิตย์เท่านั้น แต่จะต้องสมดุลกับฟลักซ์ของอินฟราเรดที่บรรยากาศปล่อยลงมาด้วย อุณหภูมิพื้นผิวโลกจะร้อนขึ้นจนถึงระดับการปลดปล่อยความร้อนในปริมาณเท่ากับผลรวมของรังสีดวงอาทิตย์และอินฟราเรดที่เข้ามา
ภาพชัดเจนกว่าที่อาจนำมาคิดกับฟลักซ์การพาความร้อน และความร้อนแฝงนั้นออกจะซับซ้อนมากกว่า แต่แบบจำลองอย่างง่ายที่จะกล่าวถึงต่อไปนี้สามารถแสดงแก่นสารได้ชัดเจนกว่า โดยเริ่มจากการสังเกตที่เห็นได้ว่าภาวะทึบแสงของบรรยากาศที่มีต่อการแผ่รังสีอินฟราเรดว่าเป็นตัวกำหนดช่วงสูงของโฟตอนในบรรยากาศเกือบทั้งหมดที่ถูกปล่อยออกสู่ห้องอวกาศ หากบรรยากาศมีภาวะทึบแสงมากขึ้น โฟตอนทั่วไปที่จะหนีออกสู่ห้วงอวกาศจะถูกปลดปล่อยจากชั้นบรรยากาศที่สูงขึ้น เนื่องจากการแผ่กระจายของรังสีอินฟราเรดคือตัวทำให้เกิดความร้อน ดังนั้นอุณหภูมิของบรรยากาศในระดับการปลดปล่อยที่ทำให้เกิดผลจึงถูกกำหนดโดยความต้องการที่ฟลักซ์ของการปลดปล่อยสมดุลกับการดูดกลืนฟลักซ์ของรังสีดวงอาทิตย์
แต่อุณหภูมิของบรรยากาศโดยทั่วไปจะลดลงตามความสูงเหนือผิวพื้นในอัตราประมาณ 6.5 °C ต่อความสูง 1 กิโลเมตรโดยเฉลี่ยจนถึงบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ที่ความสูงประมาณ 10 – 15 กิโลเมตรจากผิวโลก (โฟตอนเกือบทั้งหมดที่ถูกปล่อยออกสู่ห้วงอวกาศโดยบรรยากาศชั้นโทรโปสเฟียร์ซึ่งเป็นอาณาบริเวณที่อยู่ระหว่างผิวโลกกับสตราโตสเฟียร์ ดังนั้นเราจึงไม่นับบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์) แบบจำลองที่ง่ายที่สุดแต่เป็นแบบที่มีประโยชน์ที่สุดได้แก่แบบจำลองที่มีสมมุติฐานว่าโปรไฟล์ของอุณหภูมิมีความคงที่และฟลักซ์ของพลังงานเป็นแบบไม่มีการแผ่กระจายและกำหนดค่าอุณหภูมิไว้ ณ ระดับฟลักซ์ของการแผ่กระจายรังสีที่หนีออกสู่ห้วงอวกาศ ด้วยแบบจำลองนี้เราสามารถคำนวณอุณหภูมิผิวพื้นโดยการเพิ่มของอุณหภูมิในอัตรา 6.5 °C ต่อการต่ำลงทุก 1 กิโลเมตร จนถึงผิวโลก ยิ่งบรรยากาศมีภาะวะทึบแสงมากขึ้นและระดับของการปลดปล่อยรังสีอินฟราเรดที่เพิ่มสู่ห้วงอวกาศมีมากขึ้นเท่าใด ผิวพื้นของโลกก็จะร้อนขึ้นเท่านั้น

ปรากฏการณ์เรือนกระจกโดยกิจกรรมของมนุษย์

การผลิต CO2 จากกิจกรรมทางอุตสาหกรรม (ที่เผาผลาญเชื้อเพลิงฟอสซิล) เพิ่มขึ้นรวมทั้งกิจกรรมของมนุษย์ในการผลิตซิเมนต์และการทำลายป่า  ได้ทำให้ CO2 มีปริมาณความเข้มเพิ่มขึ้น การวัด คาร์บอนไดออกไซด์ที่หอดูดาวโมนาลัวแสดงให้เห็นว่า CO2 ได้เพิ่มจาก 313 ppm (ส่วนต่อล้านส่วน) ใน พ.ศ. 2503 มาเป็น 375 ppm ใน พ.ศ. 2548 การสังเกตปริมาณของ CO2 ในปัจจุบัน พบว่ามีปริมาณเกินจากตัวเลขที่ได้บันทึก CO2 สูงสุด (~300 ppm) ที่ได้จากข้อมูลแกนน้ำแข็ง เนื่องจากมันเป็นก๊าซเรือนกระจก การเพิ่มระดับของ CO2 ย่อมจะต้องเพิ่มอุณหภูมิเฉลี่ยของโลก โดยอาศัยการศึกษาจากเอกสารทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่มีอยู่ องค์คณะระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ ได้สรุปว่า “การเพิ่มอุณหภูมิเฉลี่ยของโลกที่เห็นได้ชัดนับแต่ช่วงประมาณกลางคริสต์ศตวรรษที่ 20 (ประมาณ พ.ศ. 1950) ว่าเกิดจากการเพิ่มก๊าซเรือนกระจกโดยกิจกรรมของมนุษย์”
       
นานกว่าเมื่อ 800,000 ปีที่ผ่านมา ข้อมูลแกนน้ำแข็ง ได้แสดงให้เห็นโดยไม่คลุมเครือได้ว่าคาร์บอนไดออกไซด์ได้ผันแปรจากค่าที่ต่ำถึง 180 ppm มาที่ 270 ppm ในยุคก่อนอุตสาหกรรมนักภูมิอากาศดึกดำบรรพ์ ( paleoclimatologists) บางคนให้ความเห็นว่าการแปรผันของคาร์บอนไดออกไซด์เป็นปัจจัยหลักในการควบคุมการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศในช่วงเวลาที่ผ่านมา 
เรือนกระจกจริง
คำว่า “ปรากฏการณ์เรือนกระจก” มีต้นตอมาจากเรือนกระจกที่ใช้ปลูกต้นไม้หรือทำสวนในเขตหนาว แต่ก็เป็นชื่อที่ผิดเพราะการทำงานของเรือนกระจกมีความแตกต่างกับปรากฏการณ์เรือนกระจก เรือนกระจกทำด้วยกระจก การร้อนขึ้นเกิดจากการอุ่นขึ้นของพื้นภายในเรือนซึ่งเป็นตัวทำให้อากาศในเรือนอุ่นขึ้น อากาศค่อยๆ ร้อนขึ้นเพราะมันถูกกักไว้ในเรือนกระจก ต่างกับสภาพนอกเรือนกระจกที่อากาศอุ่นใกล้ผิวพื้นลอยตัวขึ้นไปผสมกับอากาศเย็นตอนบน ซึ่งทดลองได้โดยการลองเปิดช่องเล็กๆ ตอนบนสุดของเรือนกระจก อุณหภูมิอากาศภายในจะเย็นลงทันที ซึ่งเคยมีการทดลองมาแล้ว (Wood, 1909) โดยการสร้างเรือนกระจกด้วยเกลือหิน (ซึ่งโปร่งแสงอินฟราเรด) และทำให้อุ่นได้เหมือนกับที่สร้างด้วยกระจก ดังนั้นการอุ่นขึ้นของอากาศจึงเกิดจากการป้องกันไม่ให้เกิด “การพาความร้อน” แต่ปรากฏการณ์เรือนกระจกของบรรยากาศกลับลด “การสูญเสียการแผ่รังสี” ไม่ใช่การพาความร้อน ดังนั้นจึงอาจพบแหล่งข้อมูลเกี่ยวกับการอุปมาเรือนกระจกที่ผิดๆ ได้มาก ถึงแม้ว่ากลไกขั้นต้นของการร้อนขึ้นของเรือนกระจกคือการป้องกันไม่ให้เกิดการผสมกับอากาศอิสระของบรรยากาศภายนอกก็ตาม คุณสมบัติการกระจายรังสีของกระจกก็ยังมีความสำคัญเกษตรกรผู้ปลูกต้นไม้เชิงพาณิชญ์อยู่ ด้วยการพัฒนาสมัยใหม่ของพลาสติกและกระจกที่ใช้กับเรือนกระจกทำให้ผู้ใช้สามารถเลือกชนิดการปลดปล่อยรังสีดวงอาทิตย์ได้ตามชนิดของพืชที่ต้องการแสงในสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกัน
เรือนกระจก
             ในประเทศในเขตหนาวมีการเพาะปลูกพืชโดยอาศัยการควบคุมอุณหภูมิความร้อนโดยใช้หลักการที่พลังงาน
ความร้อนจากแสงอาทิตย์ส่องผ่านกระจก แต่ความร้อนที่อยู่ภายในเรือนกระจกไม่สามารถสะท้อนกลับออกมา
ทำให้อุณหภุมิภายในสูงขึ้นเหมาะแก่การเพาะปลูกของพืช จึงมีการเปรียบเทียบปรากฏการณ์ที่อุณหภูมิของโลกสูงขึ้นนี้ว่าภาวะ เรือนกระจก(greenhouse effect)
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นก๊าซที่สะสมพลังงานความร้อนในบรรยากาศโลกไว้มากที่สุดและมีผลทำให้ อุณหภูมิของโลกสูงขึ้นมากที่สุดในบรรดาก๊าซเรือนกระจกชนิดอื่นๆ CO2ส่วนมากเกิดจากการกระทำของมนุษย์เช่น
- การเผาไหม้เชื้อเพลิง
- การผลิตซีเมนต์
- การเผาไม้ทำลายป่า
ก๊าซที่ก่อให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก
•       คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เกิดจากการเผาไหม้ต่าง ๆ
•       มีเทน ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการสลายตัวของอินทรีย์วัตถุ เช่น ขยะมูลฝอยที่ย่อยสลายได้ ของเสีย อุจจาระ
•       CFC เป็นสารประกอบสำหรับทำความเย็น พบในเครื่องทำความเย็นต่างๆ เป็นสิ่งที่อยู่ร่วมกับฟรีออน และยังพบได้ในสเปรย์ต่าง ๆ อีกด้วย
•       Nitrous Oxide (N2O) เป็นก๊าซมีพิษที่เกิดจากเครื่องยนต์ การเผาถ่านหิน และใช้ประกอบในรถยนต์เพื่อเพิ่มกำลังเครื่อง
ก๊าซเหล่านี้เช่น CFC จะทำปฏิกิริยากับรังสีอัลตราไวโอเลตและแตกตัวออกเป็นโมเลกุลคลอลีนและโมเลกุลต่างๆอีกหลายชนิด ซึ่งโมเลกุลเหล่านี้จะเป็นตัวทำลายโมเลกุลของออกซิเจนชนิดพิเศษหรือ O3 บนชั้นบรรยากาศโอโซน ทำให้รังสีอัลตราไวโอเลต และอินฟาเรดส่องผ่านลงมายังพื้นโลกมากขึ้น ในขณะเดียวกันก๊าซเหล่านี้ก็กันรังสีไม่ให้ออกไปจากบรรยากาศโลก ด้วยว่าที่รังสีเหล่านี้เป็นพลังงาน พวกมันจึงทำให้โลกร้อนขึ้น
•       ก๊าซไฮโดรฟลูโรคาร์บอน ( HFCS)
•       ก๊าซเปอร์ฟลูโรคาร์บอน ( CFCS)
•       ก๊าซซัลเฟอร์เฮกซ่าฟลูโอโรด์ ( SF6 )
ก๊าซเหล่านี้สมควรที่จะต้องลดการปล่อยออกมา  ซึ่งผู้ที่จะลดการปล่อยก๊าซเหล่านี้ได้ก็คือ มนุษย์ทุกคน





    

          ตารางแสดงแก๊สเรือนกระจกและแหล่งที่มา




 แก๊สเรือนกระจก
 แหล่งที่มา   
ส่งผลให้โลกร้อนขึ้น (%)
แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์(CO2)1) จากแหล่งธรรมชาติ เช่น กระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิต
2) จากมนุษย์ เช่น การเผาไหม้เชื้อเพลิงจากโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ , การตัดไม้ทำลายป่า (ลดการดูดซับ CO2)
57
แก๊สมีเทน(CH4)1) จากแหล่งธรรมชาติ เช่น จากการย่อยสลายของสิ่งมีชีวิต, การเผาไหม้ที่เกิดจากธรรมชาติ
2) จากมนุษย์ เช่น จากนาข้าว, แหล่งน้ำท่วม, จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงประเภทถ่านหิน น้ำมัน และแก๊สธรรมชาต
12
แก๊สไนตรัสออกไซด(N2O) 1) จากมนุษย์ เช่น อุตสาหกรรมที่ใช้กรดไนตริกในขบวนการผลิต, อุตสาหกรรมพลาสติก, อุตสาหกรรมไนลอน, อุตสาหกรรมเคมี, การเผาไหม้เชื้อเพลิงจากซากพืชและสัตว์, ปุ๋ย, การเผาป่า
2) จากแหล่งธรรมชาติ - อยู่ในภาวะที่สมดุล
6
แก๊สที่มีส่วนประกอบคลอโรฟลูออโรคาร์บอน(CFCS) จากมนุษย์ เช่น อุตสาหกรรมต่างๆ และอุปกรณ์เครื่องใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น โฟม, กระป๋องสเปรย์, เครื่องทำความเย็น ; ตู้เย็น แอร์ , ตัวทำลาย (แก๊สนี้จะรวมตัวทางเคมีได้ดีกับโอโซนทำให้โอโซนในชั้นบรรยากาศลดลงหรือเกิดรูรั่วในชั้นโอโซน)  
25

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น