เชื่อกันว่าหลายล้านปีมาแล้วที่องค์ประกอบของบรรยากาศไม่มีการเปลี่ยนแปลงแม้แต่สารประกอบที่หายากเช่นคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งทราบกันว่าได้เปลี่ยนแปลงไปในขณะนี้ โมเลกุลโอโซนซึ่งมีความเข้มข้นมากที่ความสูง 15-35 กิโลเมตร ได้กำหนดโครงสร้างของอุณหภูมิในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์และปกป้องสิ่งมีชีวิตบนโลกด้วยการดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตราย แต่กว่าครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา มนุษย์ได้ทำให้ชั้นโอโซนอยู่ในภาวะอันตราย เนื่องจากการปล่อยสารประกอบที่มีส่วนทำลายชั้นโอโซนที่ผ่านมาได้ทำให้ธรรมชาติขาดสมดุลย์ไป

การตรวจวัดโอโซนเริ่มต้นประมาณปีทศวรรษที่ 1920 แต่เริ่มมีการตรวจวัดที่เป็นระบบเมื่อกว่า 40 ปีที่ผ่านมา โดยสมาชิกกว่า 60 ประเทศได้ก่อตั้งระบบการตรวจโอโซนทั่วโลกภายใต้องค์การอุตุนิยมวิทยาโลก (WMO\GO3OS) ขี้นเพื่อเตรียมข้อมูลสำหรับการพิสูจน์และทำความเข้าใจสภาวะชั้นโอโซนและการเปลี่ยนแปลงไป ข้อมูลเหล่านี้ได้ใช้ในการวิเคราะห์อย่างละเอียดตั้งแต่ช่วงปีทศวรรษที่ 1970 เมื่อมีการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ชี้ว่าสารประกอบพวกคลอโรฟลูออโรคาร์บอนและฮาลอน มีศักยภาพสูงต่อการทำลายชั้นโอโซน

อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งประมาณทศวรรษที่ 1980 โอโซนที่ลดลงเหนือทวีปแอนตาร์กติกในฤดูใบไม้ผลิ ได้รับความชัดเจนเนื่องจากการศึกษาวิจัยโดยนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกกว่า 25 ปีได้แสดงให้เห็นว่า สารประกอบที่ปล่อยสู่บรรยากาศโดยมนุษย์นั้น กำลังทำลายโอโซน

เนื่องจากบรรยากาศไม่มีขอบเขตของประเทศใดประเทศหนึ่ง ดังนั้นกิจกรรมการเยียวยารักษาจึงควรเป็นภารกิจของทุกประเทศ องค์การอุตุนิยมวิทยาโลกได้รับผิดชอบการทำงานกับประเทศต่างๆ เพื่อเตรียมข้อมูลทางวิทยาศาสตร์และเป็นกระบอกเสียงให้กับรัฐบาลในเรื่องสภาวะและพฤติกรรมของบรรยากาศและภูมิอากาศโลก ในปี ค.ศ. 1975 ได้ออกแถลงการณ์ฉบับแรกเรื่อง "การเปลี่ยนแปลงไปของชั้นโอโซนเนื่องจากกิจกรรมมนุษย์และผลกระทบต่อภูมิอากาศ" 2 ปีต่อมา องค์การอุตุนิยมวิทยาโลกและองค์การสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติ (UNEP) มีการประชุมผู้เชี่ยวชาญเพื่อวางแผนการดำเนินการเพื่อพิทักษ์ชั้นโอโซน ณ กรุงวอชิงตัน ดีซี ในเดือนมีนาคม ค.ศ. 1977

นับเป็นความสำเร็จของการร่วมมือขององค์การอุตุนิยมวิทยาโลกและองค์การสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติ ที่ได้มีการประเมินทางวิทยาศาสตร์ของสภาวะชั้นโอโซน เป็นระยะ ๆ โดยนักวิทยาศาสตร์จากประเทศต่างๆ เพื่อเป็นพื้นฐานการต่อรองโดยองค์การสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติต่อข้อสรุปของอนุสัญญาการพิทักษ์ชั้นโอโซนนั่นคือ อนุสัญญาเวียนนา ในปี ค.ศ. 1985 และพิธีสารมอนทรีออล ค.ศ.1987 ตลอดจนการแก้ไขพิธีสารมอนทรีออล ณ กรุงลอนดอน ปี ค.ศ.1990 การแก้ไขพิธีสารมอนทรีออล ณ กรุงโคเปนฮาเกน ปี ค.ศ. 1992 ณ กรุงเวียนนา 1997 และ ณ กรุงปักกิ่ง ค.ศ. 1999 สำหรับความจำเป็นในการหยุดใช้สาร ซีเอฟซี ฮาลอน และสารทำลายโอโซนชนิดอื่นๆ ที่เป็นตัวการหลักในการทำลายโอโซน ในเวลาต่อมา

ข้อตกลงเหล่านี้เป็นสนธิสัญญาการจัดการความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมโลกครั้งแรก ซึ่งอยู่ภายใต้สหประชาชาติ เพื่อป้องกันปัญหาที่กำลังเกิดขึ้น เรื่องของสนธิสัญญาเหล่านี้ถือเป็นกรณีพิเศษและจะถือเป็นแบบอย่างการดำเนินการระดับนานาประเทศที่นอกเหนือจากการบำบัดสิ่งแวดล้อมโลก การดำเนินการหรือกิจกรรมเพื่อพิทักษ์ชั้นโอโซน ถือเป็นความสำเร็จระดับนานาประเทศที่สำคัญยิ่งในศตวรรษนี้ และเป็นเครื่องบอกความร่วมมือระหว่างรัฐบาล วงการอุตสาหกรรม องค์กรสิ่งแวดล้อมและประชาชน ทำให้เราได้รับความมั่นใจในความปลอดภัยและความยั่งยืนของโลกในอนาคต

บทนำ

นับแต่ราวๆ ปี ค.ศ.1970 เป็นต้นมา ความสนใจจากนักวิทยาศาสตร์กลุ่มย่อยได้กลายมาเป็นความสนใจระดับโลก การเปลี่ยนแปลงอย่างก้าวกระโดดนี้ก็เพราะว่านักวิทยาศาสตร์ได้พบว่า ความเข้มข้นของโอโซนในบรรยากาศถูกรบกวนด้วยกิจกรรมโดยมนุษย์ การเปลี่ยนแปลงนี้ ตรวจพบโดยข้อมูลจากการตรวจวัดทั่วโลกตั้งแต่กลางทศวรรษที่ 1950 มากกว่า 150 สถานีในอดีต 15 ปี จากดาวเทียมพิเศษ และจากการศึกษาวิจัยในห้องปฏิบัติการ การตรวจนอกสถานที่ต่างๆ การค้นคว้าเชิงทฤษฎี เหล่านี้ได้สร้างการเชื่อมโยงระหว่างสารสังเคราะห์และการสูญเสียโอโซน โดยข้อมูลเหล่านี้ที่ประเทศต่างๆ ตอบสนองการเรียกร้องโดยองค์การสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติขอให้ลงนามใน อนุสัญญาเวียนนาเพื่อพิทักษ์สิ่งแวดล้อมโอโซน ฉบับแรก ในปี ค.ศ. 1985

ร้อยละ 99 ของอากาศที่เราหายใจเข้าไปประกอบด้วยไนโตรเจน ถึง 78 ออกซิเจน 21 และสัดส่วนนี้ไม่มีการเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาหลายล้านปี นอกจากนี้เป็นส่วนประกอบอื่นๆ เช่น ไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน ไนตรัสออกไซด์ โอโซนและก๊าซเฉื่อย (เช่นอาร์กอน ฮีเลียม นีออน) รวมกันแล้วน้อยกว่าร้อยละ 1 ของปริมาณอากาศทั้งหมด เฉพาะโอโซนแล้วประกอบด้วยโดยเฉลี่ย 3 ใน10 ล้านโมเลกุล (ถ้าทุกโมเลกุลโอโซนถูกกดลงที่ผิวพื้นโลกจะมีความหนาประมาณ 3 มิลลิเมตร)

แม้ว่าจะมีสัดส่วนน้อยแต่โมเลกุลโอโซนก็มีบทบาทสำคัญมากต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกมากโดยที่การดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตที่ความยาวคลื่นต่ำกว่า 320 นาโนเมตรจะช่วยป้องกันอันตรายให้กับมนุษย์สัตว์และพืช และโอโซนยังไปกำหนดโครงสร้างทางอุณหภูมิของอากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ที่ 10-50 กิโลเมตรทำให้มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นตามความสูงดังรูปที่ 1

รูปที่ 1 ร้อยละ 90 ของโอโซนอยู่ในสตราโตสเฟียร์หนาแน่นมากที่ความสูง 19-23 กิโลเมตรเหนือจากพื้นโลกดังกราฟแสดงด้วยเส้นซ้ายมือ และอุณหภูมิอากาศหลังจากที่ลดลงอย่างรวดเร็วตามความสูงชั้นโทรโพสเฟียร์แล้วกลับเพิ่มขึ้นตามความสูงเนื่องจากการดูดกลืนรังสีของกาซโอโซนดังเส้นขวามือ

แม้ว่าการเกิดโอโซนจะขึ้นกับพลังงานจากดวงอาทิตย์ แต่ก็สามารถสลายตัวได้เองโดยสารประกอบ พวกไนโตรเจน ออกซิเจน และคลอรีนหรือโบรมีน ในธรรมชาติ สารเคมีเหล่านี้มีอยู่ในบรรยากาศสตราโตสเฟียร์มานานก่อนที่มนุษย์จะเป็นผู้สร้างมลภาวะในอากาศ โดยปกติสารประกอบไนโตรเจนมักมาจากภาคพื้นดินและมหาสมุทร ส่วนไฮโดรเจนมาจากไอน้ำในอากาศ และคลอรีนมาจากมหาสมุทรในรูปเมธิลคลอไรด์และเมธิลโบรไมด์ ขณะนี้มนุษย์เป็นผู้ทำลายความสมดุลย์ระหว่างการเกิดและการสลายตัวของโอโซน โดยการปล่อยสารประกอบจำพวกคลอรีนและโบรมีน เช่น คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC) เข้าไปในบรรยากาศ เราจึงเป็นผู้ทำลายโอโซนให้มีปริมาณต่ำกว่าเดิมในสตราโตสเฟียร์

ขบวนการที่ตรงกันข้ามเกิดขึ้นที่ผิวโลกหรือบรรยากาศชั้นล่างที่ 0-2 กิโลเมตรที่เรียกว่าโทรโพสเฟียร์ ส่วนมากเป็นผลจากขบวนการสันดาป ความเข้มข้นของโอโซนในละติจูดกลางทางซีกโลกเหนือเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าของเมื่อ 100 ปีก่อน การเพิ่มขึ้นของโอโซนนี้ไม่สามารถชดเชยการลดลงของโอโซนในชั้นบนได้ ซึ่งความเปลี่ยนแปลงนี้มีผลต่อสมดุลของระบบบรรยากาศทั่วโลก

โอโซนในบรรยากาศ

โมเลกุลโอโซน (O3) ประกอบด้วยอะตอมออกซิเจน 3 อะตอม แทนที่จะเป็นโมเลกุลออกซิเจน (O2) ตามปกติ รวมตัวกันในบรรยากาศ เมื่อโมเลกุลออกซิเจนได้รับรังสีดวงอาทิตย์ในขบวนการโฟโตไลซิส (Photolysis) โมเลกุลออกซิเจนจะแตกตัวเป็นอะตอมออกซิเจน 2 อะตอม ซึ่งจะกลับไปรวมตัวกัน 3 อะตอมเกิดเป็นโอโซนอีกครั้งหนึ่ง โอโซนถูกทำลายโดยธรรมชาติผ่านวัฏจักรคะตาไลติก (Catalytic Cycle) หรือที่เกี่ยวข้องกันของออกซิเจน ไนโตรเจน คลอรีน โบรมีนและไฮโดรเจน ชั้นสตราโตสเฟียร์ (สูง 10-50 กิโลเมตร) ประกอบด้วย โอโซนในบรรยากาศร้อยละ 90 และหนาแน่นมากที่สุดที่ประมาณ 19-23 กิโลเมตร (รูปที่ 1)

รังสีดวงอาทิตย์กับการลดลงของโอโซน

โอโซนในสตราโตสเฟียร์เริ่มแรกเกิดจากรังสีอัลตราไวโอเลต ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์จึงมีผลต่ออัตราการเกิดโอโซน พลังงานจากดวงอาทิตย์ที่ปล่อยออกมาในส่วนที่เป็นสเปคตรัมรังสีอัลตราไวโอเลตจะแปรตามวัฏจักรในรอบ 11 ปี ของจุดในดวงอาทิตย์ จากการตรวจวัฏจักรของดวงอาทิตย์นับจากปี ค.ศ. 1950 แสดงให้เห็นว่าระดับโอโซนลดลงร้อยละ 1-2 จากค่าสูงสุดถึงต่ำสุดของวัฏจักรดวงอาทิตย์ (Solar Cycle) ปกติ

การดูดกลืนรังสีดวงอาทิตย์โดยโอโซน

รังสีอัลตราไวโอเลตไม่ส่องถึงพื้นที่ช่วงคลื่น UV-B (320 นาโนเมตร) เนื่องจากมีโอโซนดูดกลืน ดังรูป

การตรวจวัดและการกระจายโอโซน