การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (Climate Change)#3 ละอองลอย (Aerosols)

หายใจลึกๆ แม้ว่าอากาศจะดูปลอดโปร่ง แต่แน่นอนว่าเราได้สูดดมอนุภาคของแข็งและละอองของเหลวหลายสิบล้านชิ้นเข้าไป อนุภาคเล็กๆ ที่แพร่หลายในอากาศเหล่านี้เรียกว่า “ละอองลอย (aerosols)” และสามารถพบได้ในอากาศเหนือ มหาสมุทร ทะเลทราย ภูเขา ป่าไม้ หิมะ พวกมันล่องลอยอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลกตั้งแต่ชั้นสตราโตสเฟียร์จนถึงพื้นผิวโลก และมีขนาดตั้งแต่ไม่กี่นาโนเมตรซึ่งน้อยกว่าความกว้างของไวรัสที่เล็กที่สุด ไปจนถึงหลายสิบไมโครเมตรซึ่งมีขนาดประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์ แม้จะมีขนาดเล็ก แต่ก็มีผลกระทบอย่างมากต่อสภาพอากาศและสุขภาพของเรา

ผู้เชี่ยวชาญในแต่ละด้านเรียกและอธิบายละอองลอยแตกต่างกัน ตามรูปร่าง ขนาด และองค์ประกอบทางเคมี  หน่วยงานกำกับดูแลตลอดจนนักอุตุนิยมวิทยามักเรียกละอองลอยว่าฝุ่นละออง PM 2.5 หรือ PM 10 ขึ้นอยู่กับขนาดของมัน ในบางสาขาของวิศวกรรมพวกเขาเรียกว่าอนุภาคนาโน สื่อมักใช้คำในชีวิตประจำวันที่บอกถึงแหล่งที่มาของละออง เช่น ควัน ขี้เถ้า และเขม่า

ละอองลอย (aerosols) – อนุภาคของแข็งและของเหลวขนาดเล็กในอากาศมีอยู่ทั่วไปในชั้นบรรยากาศ ทำให้ท้องฟ้าขมุกขมัว ภาพถ่ายกรุงเทพในวันที่ค่าฝุ่น PM 2.5 เกินมาตรฐาน (news.mthai.com)

ละอองลอย (aerosols) ส่วนใหญ่ประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์โดยมวลมีต้นกำเนิดตามธรรมชาติ เช่น การระเบิดของภูเขาไฟจะปล่อยเถ้าถ่านจำนวนมากขึ้นไปในอากาศพร้อมทั้งก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์และก๊าซอื่นๆ  ไฟป่าทำให้คาร์บอนออร์แกนิกไหม้ พืชบางชนิดสามารถผลิตก๊าซที่ทำปฏิกิริยากับสารอื่นในอากาศเพื่อให้เกิดละอองลอย เช่น “หมอกควัน” ในเทือกเขา Great Smoky ของสหรัฐอเมริกาซึ่งเป็นที่มาของชื่อเทือกเขา สาหร่ายขนาดเล็กบางชนิดในมหาสมุทรผลิตก๊าซกำมะถันที่เรียกว่าไดเมทิลซัลไฟด์ ซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นละอองซัลเฟตในชั้นบรรยากาศได้

สเปรย์เกลือทะเลและฝุ่นจากทะเลทรายเป็นละอองลอยสองชนิดที่มีอยู่มากที่สุด พายุทรายพัดฝุ่นแร่จากทะเลทรายสู่ชั้นบรรยากาศ คลื่นทะเลและลมกระโชกแรงส่งเกลือทะเลขึ้นไปในอากาศ แหล่งที่มาทั้งสองนี้สร้างอนุภาคซึ่งโดยปกติจะมีขนาดใหญ่กว่าอนุภาคละอองลอยที่มนุษย์สร้างขึ้น ละอองลอยหยาบเหล่านี้มีอายุการอยู่ในชั้นบรรยากาศสั้น โดยทั่วไปจะใช้เวลาเพียงไม่กี่วัน

ละอองลอยทั่วไปสามชนิด เกลือทะเล ฝุ่น และเถ้าภูเขาไฟ (earthobservatory.nasa.gov)

ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แสดงให้เห็นรูปทรงของละอองลอยที่หลากหลาย จากซ้ายไปขวา: เถ้าภูเขาไฟ ละอองเกสร เกลือทะเล และเขม่า (ภาพจาก USGS, UMBC  และ Arizona State University)

ละอองลอย (aerosols) ที่เหลืออีก 10 เปอร์เซ็นต์โดยมวลเป็นละอองลอยที่มนุษย์สร้างขึ้น พบได้ทั่วไปในบริเวณที่เป็นเมืองและเขตอุตสาหกรรม การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลของรถยนต์ เครื่องบิน โรงไฟฟ้า เป็นแหล่งของละอองลอยคาร์บอน และทำให้ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์จำนวนมากซึ่งทำปฏิกิริยากับไอน้ำและก๊าซอื่นๆ ในบรรยากาศเพื่อสร้างละอองลอยของซัลเฟต การเกษตรก่อให้เกิดฝุ่นละอองเช่นเดียวกัน ในขณะที่ผู้คนถางที่ดินและเผาขยะชีวมวลและขยะอินทรีย์ออกไป ก็ทำให้เกิดควันที่มีคาร์บอนอินทรีย์และเขม่าคาร์บอนดำจำนวนมาก

ฝุ่นในทะเลทราย สารประกอบอินทรีย์ที่ระเหยได้จากพืชพรรณ ควันไฟจากไฟป่า และเถ้าภูเขาไฟ เป็นแหล่งของละอองลอยตามธรรมชาติ (earthobservatory.nasa.gov)

โดยทั่วไปยิ่งอนุภาคมีขนาดเล็กและเบามากเท่าไหร่ก็จะยิ่งอยู่ในอากาศได้นานขึ้นเท่านั้น อนุภาคขนาดใหญ่มักจะตกลงสู่พื้นด้วยแรงโน้มถ่วงภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง ในขณะที่อนุภาคที่เล็กที่สุด (น้อยกว่า 1 ไมโครเมตร) สามารถอยู่ในชั้นบรรยากาศได้เป็นเวลาหลายสัปดาห์

Florida Georgia Line – Sippin’ On Fire (YouTube)

ละอองลอยกระจายไปทั่วโลกอย่างไร?

แผนที่แสดงการกระจายทั่วโลกของละอองลอยและสัดส่วนของละอองลอยที่มีขนาดใหญ่หรือเล็ก สีเข้มบ่งบอกถึงชั้นของละอองลอยที่หนา พื้นที่สีเหลืองส่วนใหญ่เป็นอนุภาคหยาบเช่น ฝุ่น และพื้นที่สีแดงส่วนใหญ่เป็นละอองลอยละเอียด เช่น ควันหรือมลภาวะ สีเทาหมายถึงพื้นที่ที่ไม่มีข้อมูล (จากข้อมูล MODIS จาก NASA Earth Observations)

ละอองลอยจะถูกปล่อยออกมาผ่านกระบวนการทางธรรมชาติและทางอุตสาหกรรมที่หลากหลายและถูกเคลื่อนย้ายไปทั่วโลกโดยลมและสภาพอากาศ

พื้นที่ทางตะวันออกของสหรัฐอเมริกาและเขตเมืองในยุโรปเป็นจุดที่มีการผลิตละอองลอยที่มนุษย์สร้างขึ้น ปริมาณของละอองลอยในโรงงานอุตสาหกรรมซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นซัลเฟตจากโรงไฟฟ้าถ่านหิน และคาร์บอนสีดำและอินทรีย์จากการจราจรของยานพาหนะ มีปริมาณเพิ่มขึ้นในเมืองต่างๆเช่น นิวยอร์ก พิตส์เบิร์ก ลอนดอน และเบอร์ลิน

ส่วนทางตะวันตกของสหรัฐอเมริกามีละอองลอยจากอุตสาหกรรม ฝุ่นละออง และควันไฟป่า มักก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศในลุ่มน้ำลอสแองเจลิส การเกษตรสามารถผลิตฝุ่นดินจำนวนมากโดยเฉพาะในหุบเขา San Joaquin และ Imperial ของแคลิฟอร์เนีย

อย่างไรก็ตามอากาศที่มีละอองลอยมากที่สุดในสหรัฐอเมริกาในปัจจุบันลดลงเมื่อเทียบกับเอเชีย ดาวเทียมสามารถตรวจจับเมฆละอองลอยที่มองเห็นได้เหนือบังกลาเทศ อินเดียตอนเหนือ และปากีสถานตอนเหนือ ชั้นละอองลอยประกอบด้วยฝุ่นซึ่งพัดมาจากทะเลทรายธาร์และมลพิษจากตัวเมืองที่มีประชากรหนาแน่น ในภาคตะวันออกของจีน เมืองที่เติบโตอย่างรวดเร็ว เช่น ปักกิ่ง ก็ผลิตละอองลอยมากเช่นกัน

พายุฝุ่น (ด้านบน) และไฟป่า (ด้านล่าง) เป็นแหล่งที่มาของละอองลอย (ภาพจาก NASA โดย Jeff Schmaltz, MODIS Rapid Response)

แม้ว่าละอองลอยส่วนใหญ่จะยังคงลอยอยู่ในชั้นบรรยากาศเป็นระยะเวลาสั้นๆ โดยปกติจะใช้เวลาระหว่างสี่วันถึงหนึ่งสัปดาห์ แต่ก็สามารถเดินทางได้เป็นระยะทางไกลๆ อนุภาคที่เคลื่อนที่ไปกับบรรยากาศด้วยความเร็ว 5 เมตรต่อวินาทีจะเดินทางหลายพันกิโลเมตรในหนึ่งสัปดาห์ ฝุ่นจากทะเลทรายซาฮารามักจะข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกและไปไกลถึงแคริบเบียน ลมพัดส่วนผสมของละอองลอยในเอเชียโดยเฉพาะฝุ่นจากทะเลทรายโกบีและมลพิษจากจีนทางตะวันออกเหนือญี่ปุ่นถูกพัดไปยังมหาสมุทรแปซิฟิกตอนกลาง ควันไฟจากไฟป่าในไซบีเรียและแคนาดาสามารถไปไกลถึงหมวกน้ำแข็งขั้วโลกในอาร์กติก

ในเอเชียการปล่อยมลพิษจากมนุษย์เพิ่มขึ้นในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา เนื่องจากการขยายตัวของเมืองและอุตสาหกรรมได้ดำเนินไปอย่างไม่หยุดยั้ง ในทางตรงกันข้ามละอองลอยได้ลดลงในอเมริกาเหนือและยุโรปเนื่องจากโรงงานต่างๆ ได้ย้ายไปยังประเทศกำลังพัฒนา และประเทศตะวันตกได้ใช้กฎระเบียบเกี่ยวกับอากาศบริสุทธิ์ที่เข้มงวดมากขึ้น

Dierks Bentley – Burning Man ft. Brothers Osborne (YouTube)

ละอองลอยมีผลต่อสภาพอากาศอย่างไร?

earthobservatory.nasa.gov

เช่นเดียวกับกรณีของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เพิ่มขึ้น การปล่อยละอองลอย (aerosols) ในชั้นบรรยากาศที่เพิ่มขึ้นจากกิจกรรมของมนุษย์จะส่งผลกระทบต่อสภาพอากาศของโลก โดยรวมแล้วมนุษย์ได้เพิ่มจำนวนอนุภาคทั้งหมดที่ลอยอยู่รอบๆ ในชั้นบรรยากาศ ซึ่งตอนนี้มีฝุ่นมากขึ้นถึงสองเท่าเมื่อเทียบกับศตวรรษที่ 19 ปริมาณของอนุภาคที่ละเอียดมากโดยทั่วไปเรียกว่า “PM2.5” ซึ่งเป็นอนุภาคขนาดเล็กกว่าหรือเท่ากับ 25 ไมโครเมตร เพิ่มขึ้นประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ตั้งแต่ก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรม มีผลกระทบต่อสุขภาพอย่างมากทั่วโลก

มลพิษทางอากาศเชื่อมโยงกับความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นของโรคหัวใจ โรคหลอดเลือด สมอง โรคปอด โรคหอบหืดและอื่นๆ จากการประเมินล่าสุดบางส่วนของอนุภาคละเอียดในอากาศมีส่วนทำให้เสียชีวิตก่อนวัยอันควรมากกว่า 4 ล้านคนทั่วโลกในปี 2016 และคร่าชีวิตผู้คนประมาณ 5.5 ล้านคนในแต่ละปี ซึ่งส่งผลกระทบต่อเด็กและผู้สูงอายุอย่างหนักที่สุด ความเสี่ยงต่อสุขภาพจากการสัมผัสอนุภาคละเอียดสูงที่สุดในจีนและอินเดีย โดยเฉพาะในเขตเมือง

แต่เราไม่สามารถอยู่ได้โดยปราศจากละอองลอย ละอองลอยตามธรรมชาติซึ่งได้แก่ ฝุ่นละออง เกลือ ควัน และสารประกอบอินทรีย์ที่ปล่อยออกมาจากพืช เป็นส่วนหนึ่งของชั้นบรรยากาศของโลก เมฆคงไม่สามารถทำให้ฝนตกได้หากไม่มีละอองลอย แต่เช่นเดียวกับก๊าซเรือนกระจก กิจกรรมของมนุษย์ส่งผลให้เกิดละอองลอยมากเกินไป (ส่วนที่เกินคือมลพิษทางอากาศ) โดยละอองลอยที่มนุษย์ปล่อยออกมาจำนวนมากจะตกค้างอยู่ในชั้นบรรยากาศชั้นล่างซึ่งส่งผลกระทบต่อสุขภาพของเรา สรุปแล้วละอองลอยมีบทบาทสำคัญต่อความสมดุลของสภาพภูมิอากาศโลกและช่วยให้อุณหภูมิโลกเย็น แต่ก็กำลังฆ่าเราด้วย

ละอองลอยมีอิทธิพลต่อสภาพอากาศของโลกได้ 2 วิธี ผ่านกระบวนการทางตรงและทางอ้อม 

(1) การเปลี่ยนปริมาณความร้อนที่เข้าหรือออกจากชั้นบรรยากาศ (ทางตรง)

เมื่อท้องฟ้าปลอดโปร่งไม่มีเมฆ ละอองลอยสามารถสะท้อนแสงอาทิตย์ที่เข้ามาให้กลับคืนสู่อวกาศได้โดยตรง มันช่วยบล็อกพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนหนึ่งไม่ให้มาถึงพื้นผิวโลก จึงมีผลต่อสภาพอากาศที่เย็นสบาย แต่บางส่วน เช่น ละอองลอยคาร์บอนสีดำ จะดูดซับรังสีจากดวงอาทิตย์ได้อย่างรวดเร็ว จึงทำหน้าที่เป็นตัวให้ความร้อนทำให้ชั้นบรรยากาศร้อนขึ้นเหมือนกับก๊าซเรือนกระจก

ผลกระทบของละอองลอยต่อแสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและสีของอนุภาคเป็นหลัก โดยทั่วไปอนุภาคที่มีสีสดใสหรือโปร่งแสงมักจะสะท้อนรังสีในทุกทิศทางและกลับสู่อวกาศ ละอองที่มีสีเข้มกว่าสามารถดูดซับรังสีดวงอาทิตย์จำนวนมากได้

(2) ส่งผลต่อการก่อตัวของเมฆ (ทางอ้อม)

นักเรียนระดับประถมศึกษาส่วนใหญ่เรียนรู้ว่าเมฆก่อตัวเมื่อไอน้ำในบรรยากาศกลั่นตัวมากพอ แต่เรารู้มั้ยว่าละอองเมฆทั้งหมดบนโลกก่อตัวจากอนุภาคเล็กๆ ในอากาศที่เรียกว่า ละอองลอย  (aerosols) การมีอยู่และไม่มีของละอองลอยและการก่อตัวของเมฆมีความสัมพันธ์กัน หากไม่มีละอองลอยก็จะไม่มีเมฆ ละอองลอยซึ่งทำหน้าที่เป็น “เมล็ดพืช” หรือ “นิวเคลียส” สำหรับการควบแน่นของไอน้ำในบรรยากาศ โมเลกุลของน้ำในบรรยากาศจะถูกละอองลอยที่ทำหน้าที่เสมือนแม่เหล็กดึงไปยังมันแล้วควบแน่นกลายเป็นหยดน้ำและสร้างเมฆในที่สุด จำนวนอนุภาคละอองลอยส่งผลต่อจำนวนหยดน้ำที่มีอยู่ภายในก้อนเมฆ หากมีอนุภาคละอองลอยจำนวนมากในบรรยากาศ ก่อให้เกิดเมฆที่ใหญ่ขึ้นและอยู่ได้นานขึ้น

(earthobservatory.nasa.gov)

(ภาพซ้าย) เมฆในอากาศบริสุทธิ์จะประกอบด้วยละอองลอยขนาดใหญ่จำนวนค่อนข้างน้อย ซึ่งมักจะเป็นอนุภาคเกลือทะเล และซัลเฟตตามธรรมชาติที่เกิดจากแพลงก์ตอน เป็นนิวเคลียสสำหรับการควบแน่นของไอน้ำ เมฆจะค่อนข้างมืดและโปร่งแสง 

(ภาพขวา) ในทางตรงกันข้ามในสภาพแวดล้อมที่เป็นอากาศเสีย เมฆที่เต็มไปด้วยมลพิษมักจะมีละอองลอยจำนวนมาก แต่มีขนาดเล็กกว่า ละอองลอยขนาดเล็กเหล่านี้จะกระจายแสงมากขึ้นและสะท้อนแสงได้มากขึ้น ทำให้เมฆที่ปนเปื้อนดู “สว่างกว่าที่ควรจะเป็น” เมฆที่สว่างจะสะท้อนแสงอาทิตย์ ปิดกั้นแสงแดดไม่ให้ส่องถึงพื้นผิวโลก ทำให้เกิดความเย็น เอฟเฟกต์การเพิ่มความสว่างของเมฆนี้เรียกว่า “ผลกระทบของเมฆอัลเบโด (cloud albedo effect)” ทำให้สะท้อนการแผ่รังสีดวงอาทิตย์กลับคืนสู่อวกาศมากขึ้นและโลกก็เย็นลง 

เมฆอัลเบโด้เป็นตัวชี้วัดการสะท้อนรังสีดวงอาทิตย์ของเมฆ ถ้าเมฆหนามีค่าอัลเบโด้สูงแสดงว่าเมฆสะท้อนรังสีดวงอาทิตย์กลับคืนสู่อวกาศมากขึ้นและโลกก็เย็นลง สามารถชดเชยความร้อนบางส่วนเนื่องจากการสะสมของก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศของโลก แต่หากเมฆบางๆ มีค่าอัลเบโดต่ำ รังสีจากดวงอาทิตย์ก็จะถูกโลกดูดซับมากขึ้นและอุณหภูมิจะสูงขึ้น

อย่างไรก็ตามภายใต้สภาวะแวดล้อมบางอย่าง ละอองลอยอาจทำให้เกิดเมฆในชั้นบรรยากาศที่อยู่สูงขึ้นไป ซึ่งมีแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดฟ้าผ่าและฝนที่ตกลงมาอย่างรุนแรง นักอุตุนิยมวิทยายังตรวจพบวงจรที่ความถี่ของพายุฝนฟ้าคะนองเชื่อมต่อกับจุดสูงสุดในช่วงกลางสัปดาห์ในการปล่อยละอองลอย

Owl City – Vanilla Twilight (YouTube)

• Facebook
• Twitter
• Line