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 ด้วยการพัฒนาสมัยใหม่ของพลาสติกและกระจกที่ใช้กับเรือนกระจกทำให้ผู้ใช้สามารถเลือกชนิดการปลดปล่อยรังสีดวงอาทิตย์ได้ตามชนิดของพืชที่ต้องการแสงในสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกันเรือนกระจกในประเทศในเขตหนาวมีการเพาะปลูกพืชโดยอาศัยการควบคุมอุณหภูมิความร้อนโดยใช้หลักการที่พลังงาน
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
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