ก๊าซเรือนกระจก (Greenhouse gas)

บทนำ

กิจกรรมต่างๆ ของมนุษย์ได้กลายเป็นส่วนสำคัญที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมทั่วโลก นับตั้งแต่ยุคอุตสาหกรรมเริ่มขึ้น โดยได้เพิ่มการใช้พื้นที่ดิน น้ำ แร่ธาตุและแหล่งธรรมชาติอื่นๆ รวมถึงการเติบโตขึ้นของประชากรและเศรษฐกิจซึ่งส่งผลกระทบต่อโลกในอนาคต   ภูมิอากาศ ตลอดจนกระบวนการทางชีวเคมีของโลก (Biogeochemical) และระบบนิเวศน์ในธรรมชาติต่างๆซึ่งเชื่อมกันใกล้ชิดยิ่งขึ้น ความเปลี่ยนแปลงต่างๆ ในระบบใดระบบหนึ่ง อาจส่งผลกระทบถึงระบบอื่นๆ ซึ่งสามารถให้ผลที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์และสิ่งมีชีวิตต่างๆ สสารพวกก๊าซและอนุภาคต่างๆที่เกิดจากมนุษย์ได้ถูกปล่อยสู่บรรยากาศทำให้สมดุลพลังงานในบรรยากาศเปลี่ยนไปซึ่งส่งผลกระทบต่อระบบบรรยากาศ น้ำ และสิ่งมีชีวิต  อย่างไรก็ตามมนุษย์ยังมีความรู้ความเข้าใจไม่เพียงพอเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของบรรยากาศ และความสัมพันธ์ของมันระหว่างระบบต่างๆ ความไม่แน่ชัดส่วนมากทางด้านเคมีในบรรยากาศและมหาสมุทรเนื่องมาจากการขาดแคลนข้อมูลจากการตรวจวัดที่เพียงพอ องค์การอุตุนิยมวิทยาโลกได้เริ่มโครงการเฝ้าติดตามบรรยากาศ (WMO/ GAW) ขึ้นในปี 1989 เพื่อส่งเสริมการตรวจวัดที่เป็นระบบและเชื่อถือได้ รวมทั้งก๊าซเรือนกระจก (CO2, CH4, CFCs, N2O, etc.) และก๊าซอื่นๆ เช่น CO, NOx และ SO2 ในบรรยากาศ เดือนตุลาคม 1990 WMO ได้ก่อตั้งศูนย์ข้อมูลก๊าซเรือนกระจกโลก (World Data Centre of Greenhouse Gases; WDCGG) ขึ้น ณ สำนักงานอุตุนิยมวิทยาแห่งญี่ปุ่น เพื่อให้เป็นศูนย์กลางการเก็บรวบรวม การทำเอกสาร และเผยแพร่ข้อมูลก๊าซเรือนกระจกที่เกี่ยวข้องในบรรยากาศและมหาสมุทร สำหรับโครงการเฝ้าติดตามบรรยากาศทั่วโลก ดังนั้น WDCGG จึงเก็บรวบรวมข้อมูลจากทุกสถานีตรวจวัดทั่วโลกที่อยู่ในโครงการนี้และโครงการวิจัยต่างๆ ตลอดจนการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกและก๊าซอื่นๆ จากข้อมูลที่มีอยู่ และมีการรายงานผลการวิเคราะห์โดยสรุปเป็นระยะๆ ก๊าซเรือนกระจก ต่างๆ จะถูกปล่อย  เปลี่ยนรูปและสลายไปในบรรยากาศได้หลายทางเช่น คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ถูกปล่อยจากกิจกรรมมนุษย์จำพวก การสันดาปเชื้อเพลิงฟอสซิล และถ่ายเทแลกเปลี่ยนกับสิ่งมีชีวิตโดยการหายใจ การสังเคราะห์แสง และจากมหาสมุทร ส่วนการเปลี่ยนรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ ในบรรยากาศเองมีเพียงเล็กน้อยเท่านั้น  มีเทน (CH4) มักถูกปล่อยที่ผิวโลกสู่บรรยากาศโดยขบวนการหายใจที่ไม่ใช้อากาศของแบคทีเรีย (anaerobic) และจากการสังเคราะห์อื่นๆ การสลายตัวโดยการออกซิเดชันกับอนุมูลไฮดรอกซิล (OH) ในบรรยากาศ สารบางชนิดเช่นโอโซนจะเกิดและสลายตัวในบรรยากาศผ่านขบวนการโฟโตเคมีคัลจุดมุ่งหมายของการตรวจวัดก๊าซเรือนกระจกคือ เพื่อติดตามความเปลี่ยนแปลงและพัฒนาความรู้ความเข้าใจ ในกลไกการผลิต/การปล่อย และการสลายตัว ตลอดจนการเตรียมข้อมูลเพื่อการทำนายการเปลี่ยนแปลงของก๊าซเรือนกระจก   WDCGG มีบทบาทในการรวบรวม วิเคราะห์ จัดทำเอกสารและเผยแพร่ข้อมูลความเข้มข้นของก๊าซต่างๆ จากการตรวจวัดที่มีรายงานในช่วงปีที่ผ่านมา

1. คาร์บอนไดออกไซด์ ( CO2)

ระดับของคาร์บอนไดออกไซด์มีผลกระทบต่อภาวะโลกร้อนมากกกว่าก๊าซเรือนกระจกชนิดอื่นๆโดยมีค่าเพิ่มขึ้นเป็นประวัติการณ์ตั้งแต่ช่วงก่อนยุคอุตสาหกรรมมีค่าสูงถึง 381.2 ส่วนในล้านส่วนในปี 2006 (สูงกว่าปี 2005 เท่ากับ 2.0 ส่วนในล้านส่วน) คิดเป็นอัตราส่วนผสมเท่ากับ 136 เปอร์เซ็นต์ ในระดับก่อนยุคอุตสาหกรรม พบมากในแถบละติจูดกลางและละติจูดสูงๆทางบริเวณตอนเหนือของซีกโลกเนื่องจากแหล่งผลิตส่วนมากอยู่ในบริเวณนี้ในขณะที่บริเวณตอนใต้พื้นที่ส่วนมากจะเป็นมหาสมุทร

รูปที่ 1 แสดงอัตราการเพิ่มเฉลี่ยของคาร์บอนไดออกไซด์ในช่วงปี 1995-2005   รูปที่ 2 แสดงค่าเฉลี่ยรายปีของคาร์บอนไดออกไซด์ในช่วงปี 1995-2004                 

อัตราการเพิ่มเฉลี่ยของคาร์บอนไดออกไซด์ในช่วงปี 1996-2006 คิดเป็น 1.93 ส่วนในล้านส่วนต่อปีโดยอัตราการเพิ่มสูงสุดในปี 1987/1988 1997/1998 2002/2003 และ 2005 เกินกว่า 2 ส่วนในล้านส่วนต่อปีส่งผลทำให้อุณหภูมิโลกสูงขึ้นในช่วงดังกล่าวประกอบกับเหตุการณ์เอนโซ (ENSO) ในปี 1997/1998 ที่ผิดปกติส่งผลทำให้ระดับของคาร์บอนไดออกไซด์สูงขึ้นทั่วโลกในปี 1998


 2. มีเทน ( CH4)

มีเทนเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีความสำคัญเป็นอันดับสองรองจากคาร์บอนไดออกไซด์ระดับของมีเทนมีค่าเพิ่มขึ้นตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 19 ค่าเฉลี่ยรายปีเท่ากับ 1782 ส่วนในพันล้านส่วนในปี 2006 (ลดลง 1 ส่วนในพันล้านส่วนในปี 2005) คิดเป็นอัตราส่วนผสมเท่ากับ 255 เปอร์เซ็นต์ ในระดับก่อนยุค อุตสาหกรรม การเพิ่มขึ้นของมีเทนพบมากแถบละติจูดกลางถึงบริเวณเขตร้อนในซีกโลกเหนือมากกว่าซีกโลกใต้ทั้งนี้เนื่องจากแหล่งผลิตส่วนใหญ่อยู่ในบริเวณนี้ การเพิ่มขึ้นของมีเทนทั่วโลกเฉลี่ยในช่วงปี 1984-1990 เท่ากับ 11.5 ส่วนในพันล้านส่วนต่อปี และเพิ่มขึ้นอีกในช่วงปี 1995-2005 เท่ากับ 2.8 ส่วนในพันล้านส่วนต่อปี โดยการลดลงจะมีในบางปีคือปี 1990 และ1992 อย่างก็ตามค่าเฉลี่ยทั้ง 2 ซีกโลกพบว่ามีค่าสูงในปี 1998 ซึ่งเป็นสาเหตุให้อุณหภูมิทั่วโลกสูงขึ้น ต่อมาในปี 2002 และ 2003 มีการเพิ่มขึ้นอีกครั้งพร้อมกับเหตุการณ์เอลนีโญ (El Nino)
อัตราการเพิ่มขึ้นและลดลงของก๊าซมีเทนเปลี่ยนแปลงไปตามฤดูกาลโดยจะมีค่าสูงในช่วงฤดูหนาวและมีค่าต่ำในช่วงฤดูร้อน

 

รูปที่ 3 แสดงอัตราการเพิ่มเฉลี่ยของมีเทนในช่วงปี 1995-2005

3. ไนตรัสออกไซด์ ( N2O)

ไนตรัสออกไซด์ เป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญซึ่งมีระดับสูงขึ้นทั่วโลก จากข้อมูลที่ส่งให้กับศูนย์ข้อมูลก๊าซเรือนกระจกโลกแสดงให้เห็นถึงอัตราส่วนที่มีค่าสูงขึ้นทั้ง 2 ซีกโลกโดยมีค่าสูงสุดในปี 2006 เท่ากับ 320.1 ส่วนในพันล้านส่วน ซึ่งสูงขึ้นจากปี 2005 เท่ากับ 0.8 ส่วนในพันล้านส่วน อัตราการเพิ่มขึ้นเฉลี่ยในช่วงปี 1996-2006  เท่ากับ 0.76 ส่วนในพันล้านส่วนต่อปี คิดเป็นอัตราส่วนผสมเท่ากับ 119 เปอร์เซ็นต์ ในระดับก่อนยุคอุตสาหกรรม


รูปที่ 4 แสดงอัตราการเพิ่มเฉลี่ยของไนตรัสออกไซด์ในช่วงปี 1980-2005

4. ฮาโลคาร์บอน (HC)

ฮาโลคาร์บอน คือสารประกอบคาร์บอนที่ รวมตัวกับ ฟลูออรีน คลอรีน โบรมีน หรือ ไอโอดีน   ฮาโลคาร์บอน ที่ประกอบด้วยคลอรีน เช่น คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs), ไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (HCFCs), คาร์บอนเตตระคลอไรด์ (CCl4), เมธิลคลอโรฟอร์ม (CH3CCl3) และรวมกับโบรมีน ที่เรียกว่า ฮาลอน (halon) ซึ่งเป็นสารที่มีประสิทธิภาพในการทำลายชั้นโอโซน ส่วนมากมักเกิดจากการสังเคราะห์ การลดลงของชั้นโอโซนมีผลทำให้พลังงานมีการแผ่รังสีเป็นลบ และพลังงานการแผ่รังสีสุทธิโดยฮาโลคาร์บอนจะน้อยกว่าพลังงานการแผ่รังสีตรง CFCs ต่างๆ จะถูกสลายตัวโดยแสงอาทิตย์ช่วงอัลตราไวโอเลตในชั้นสตราโตสเฟียร์และมีช่วงชีวิตยาว เช่น CFC-11 =50 ปี อย่างไรก็ตาม HCFCs และ เมธิลคลอโรฟอร์ม ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยไฮโดรเจน จะทำปฏิกิริยากับอนุมูลไฮดรอกซิลในชั้นโทรโพสเฟียร์ ทำให้มีช่วงชีวิตที่สั้น (เมธิลคลอโรฟอร์มมีช่วงชีวิต ประมาณ 5 ปี) ระดับของฮาโลคาร์บอน เช่น ซีเอฟซีต่างๆ ได้เพิ่มขึ้น 5 เปอร์เซ็นต์ต่อปี หรือมากกว่านั้นในทศวรรษที่ 1970 แต่ปัจจุบันได้หยุดการเพิ่มขึ้นแล้วเนื่องจากกฏหมายที่ห้ามการผลิตและการปล่อยสารทำลายโอโซนในพิธีสารมอนทรีออลและการแก้ไขต่างๆในเวลาต่อมา

แนวโน้มระยะยาวของ ก๊าซฮาโลคาร์บอนต่างๆ มีดังนี้

CFC-11   สูงสุดปี 1992 หลังจากนั้นเริ่มลดลง

CFC-12   ลดลงตั้งแต่ปี 1990 จนปัจจุบันมีค่าเข้าใกล้ศูนย์ิ่

CFC-113  หยุดการเพิ่มตั้งแต่ปี 1990 และ มีแนวโน้มจะหยุดเพิ่มในเร็วๆนี้

HCFC-141b และ HCFC-142b ซึ่งใช้เป็นสารทดแทน CFC มีค่าเพิ่มขึ้น

CCl4         เพิ่มขึ้นสูงสุดในปี 1991 หลังจากนั้นจึงมีการลดลงอย่างช้าๆส่วน

CH3CCl3  สูงสุดในปี 1992 จากนั้นลดลงอย่างชัดเจน

 

รูปที่ 5 แสดงอัตราการเพิ่มขึ้นและ ลดลงเฉลี่ยของฮาโลคาร์บอนในช่วงปี 1975-2005

5. โอโซนผิวพื้น ( O3)

โอโซนเป็นหนึ่งในก๊าซเรือนกระจกที่มีบทบาทสำคัญต่อสิ่งแวดล้อมในบรรยากาศทั้งการแผ่รังสีและกระบวนการทางเคมี การดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตในชั้นสตราโตสเฟียร์ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในแนวตั้งและการหมุนเวียนของอากาศที่มันดูดกลืนพลังงาน และยังดูดกลืนรังสีคลื่นยาวอีกด้วย การเปลี่ยนแปลงของโอโซนผิวพื้นส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงหลายกระบวนการ ขณะที่โอโซนบางส่วนในชั้นโทรโปสเฟียร์มาจากชั้นสตราโตสเฟียร์ส่วนที่เหลือเกิดจากกระบวนการทางเคมีในชั้นโทรโปสเฟียร์ตลอดถึงจากการออกซิเดชั่นของคาร์บอนมอนอกไซด์หรือไฮโดรคาร์บอน ถึงแม้ว่าจะมีการตรวจวัดโอโซนผิวพื้นมากมายในสถานที่ต่างๆ แต่ก็ยังเป็นการยากที่จะบอกถึงแนวโน้มโอโซนผิวพื้นทั่วโลกได้ในระยะยาวเนื่องจากการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอทางภูมิศาสตร์


 

รูปที่ 6 แสดงวัฐจักรการเปลี่ยนแปลงของโอโซนผิวพื้นเฉลี่ยรายฤดู

6. คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)

คาร์บอนมอนอกไซด์ไม่ใช่ก๊าซเรือนกระจกแต่มีอิทธิพลต่ออัตราส่วนผสมของก๊าซเรือนกระจกโดยก่อให้เกิดอนุมูลไฮดรอกซิล (OH) อัตราส่วนผสมที่ละติจูดสูงๆทางตอนเหนือเพิ่มขึ้นตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 19 ค่าเฉลี่ยอัตราส่วนผสมทั่วโลกอยู่ที่ 94 ส่วนในพันล้านส่วนในปี 2006 อัตราส่วนผสมจะมีค่าสูงในซีกโลกเหนือและต่ำในซีกโลกใต้ อย่างไรก็ตามการเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนผสมของคาร์บอนมอนอกไซด์มีการกวัดแกว่งในปี 1997-1999 อัตราการเพิ่มในซีกโลกเหนือกลับมาเพิ่มอีกครั้งในปี 2002 อัตราส่วนผสมเฉลี่ยรายเดือนมีการกวัดแกว่งทางซีกโลกเหนือมากกว่าทางซีกโลกใต้ ทั้งนี้ตัวขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงได้แก่ การปล่อยก๊าซจากอุตสาหกรรม การเผาไหม้มวลชีวภาพ การเคลื่อนย้ายและการผันแปรของอนุมูลไฮดรอกซิล เป็นต้น

รูปที่ 7 แสดงค่าคาร์บอนมอนอกไซด์เฉลี่ยในช่วงปี 1992-2006

7. ไนโตรเจนมอนอกไซด์ ( NO) และไนโตรเจนไดออกไซด์ ( NO2)

ไนโตรเจนออกไซด์ ( NOx, NO และ NO2)ไม่ใช่ก๊าซเรือนกระจกแต่มีส่วนทำให้เกิดความเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นก๊าซเรือนกระจกตัวอื่นๆ ที่สำคัญโดยการทำปฏิกิริยากับอนุมูลไฮดรอกซิล (OH) กล่าวคือ เมื่อมี NOx, CO และ HC จะถูกออกซิไดซ์ทำให้เกิดโอโซน (O3) ในชั้นใกล้ผิวโลก ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกตัวหนึ่งที่มีผลต่อสมดุลการแผ่รังสีของโลก และทำให้เกิด OH อีกครั้งซึ่งมีศักยภาพในการเกิดออกซิเดชันในบรรยากาศ และนำไปสู่การเป็นกรด โดยทั่วไปพบว่าความเข้มข้นของไนโตรเจนไดออกไซด์ ในซีกโลกเหนือจะสูงกว่าในซีกโลกใต้ เนื่องจากกิจกรรมของมนุษย์

8. ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ( SO2)

ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ไม่ใช่ก๊าซเรือนกระจกแต่เป็นสารตั้งต้นของละอองกรดซัลฟุริก (H2SO4) ในบรรยากาศซึ่งละอองกรดซัลฟุริกนี้เกิดจากการเปลี่ยน จากก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์มาเป็นอนุภาคโดยปฏิกิริยาโฟโตเคมีคัล ซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นแหล่งเกิดฝนกรดและตะกอนกรดที่สำคัญนับตั้งแต่ยุคอุตสาหกรรมเป็นต้นมา  จากข้อมูลที่มีอยู่พบว่า ความเข้มข้นของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ในยุโรปตอนใต้จะสูงกว่าทางตอนเหนือ ส่วนบริเวณตอนนกลางและทางตะวันออกจะมีค่าต่ำในปี 1997

 

อ้างอิง

WMO WDCGG DATA SUMMARY, WDCGG No.32, GAW DATA Volume IV-Greenhouse Gases and Other Atmospheric Gases, JMA-WMO, March 2008

สงวนลิขสิทธิ์ตาม พรบ.ลิขสิทธิ์ พ.ศ.2537 โดยกรมอุตุนิยมวิทยา

web page hit counter