ช่องว่างโอโซน

(Ozone Hole)

          โอโซน (O₃) เป็นแก๊สที่มีอยู่น้อยในชั้นบรรยากาศของโลก พบได้ในชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์ (troposphere) และชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ (stratosphere) โอโซนที่อยู่ที่ชั้นโทรโพสเฟียร์ ซึ่งเป็นชั้นที่ต่ำที่สุดของชั้นบรรยากาศของโลกนั้นเป็นมลพิษ โอโซนในชั้นนี้เกิดจาก ไนโตรเจนออกไซด์และไฮโดรคาร์บอน ซึ่งเป็นอันตรายต่อเนื้อเยื่อของพืชและสัตว์ อีกทั้งยังสามารถทำความเสียหายต่อยางและพลาสติก ส่วนโอโซนที่อยู่ในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์  ซึ่งเป็นชั้นที่อยู่เหนือชั้นโทรโพสเฟียร์ขึ้นไป เกิดจากการที่โมเลกุลของออกซิเจน (O₂) เกิดการแตกตัวจากรังสีอัลตราไวโอเลต (ultraviolet) แล้วอะตอมของออกซิเจนไปรวมกับโมเลกุลของออกซิเจนเกิดเป็นโอโซนขึ้น โอโซนในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์นี้ช่วยดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต ไม่ให้รังสีอัลตราไวโอเลตตกลงมายังพื้นโลกมากเกินไป ซึ่งเป็นการช่วยปกป้องสิ่งมีชีวิตบนพื้นโลก ในทุกๆ ฤดูใบไม้ผลิตั้งแต่ปี ค.ศ. 1970 (หรือปี พ.ศ. 2513 ประมาณ 37 ปีมาแล้ว) นักวิทยาศาสตร์พบว่ามีการลดลงของโอโซนของซีกโลกใต้ (Southern hemisphere) ตรงบริเวณเหนือทวีปแอนตาร์กติก (Antarctic) บริเวณที่โอโซนลดลงไปนี้เราเรียกว่า ช่องว่างโอโซน (ozone hole)

รูปแสดงถึงช่องว่างโอโซน (ozone hole) ซึ่งใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยพบ ถ่ายเมื่อกันยายนปี 2006

Image credit: http://en.wikipedia.org/wiki/Image:160658main2_OZONE_large_350.jpg

สาเหตุที่โอโซนลดลงมาก เป็นเพราะแก๊สที่มีคลอรีนเป็นส่วนประกอบ โดยมากได้แก่ แก๊สคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (Chlorofluorocarbon หรือที่เราเรียกสั้นๆ ว่า สาร CFCs) แก๊สฮาโลคาร์บอน (halocarbons) และแก๊สอื่นๆ เมื่อมีรังสีอัลตราไวโอเลต แก๊สเหล่านี้จะเกิดการแตกตัว ซึ่งเมื่อแตกตัวแล้วจะมีการปล่อยอะตอมของคลอรีนออกมา โดยอะตอมของคลอรีนนี้เองจะไปกระตุ้นให้โอโซนลดลง โดยปกติแล้วการลดลงของโอโซนที่เกิดจากการกระตุ้นของอะตอมคลอรีนนั้นจะเกิดในสถานะแก๊ส แต่นักวิทยาศาสตร์พบว่า ถ้ามีกลุ่มเมฆสตราโตสเฟียริคที่ขั้วโลก (polar stratospheric clouds หรือ PSCs) ก็จะทำให้การโอโซนลดลงมากยิ่งขึ้น

กลุ่มเมฆสตราโตสเฟียริคที่ขั้วโลกนี้เกิดในช่วงฤดูหนาว ซึ่งมีสภาพอากาศที่หนาวมากๆ และที่บริเวณขั้วโลกนี้ไม่ได้รับแสงอาทิตย์เป็นเวลาประมาณสามเดือน การที่บริเวณขั้วโลกไม่ได้รับแสงอาทิตย์ติดต่อกันเป็นเวลานานทำให้อุณหภูมิลดลง ประกอบกับปรากฏการณ์กระแสวนของขั้วโลก (polar vortex) ซึ่งทำให้อุณหภูมิบริเวณขั้วโลกอยู่ต่ำกว่า 80 องศาเซลเซียสตลอดเวลา ด้วยสภาวะแบบนี้ทำให้แก๊สรวมตัวกันเป็นกลุ่มเมฆที่ประกอบด้วยกรดไนตริก ซึ่งเราเรียกว่าเป็น กลุ่มเมฆสตราโตสเฟียริคชนิดที่ 1 (Type I PSC) หรือน้ำแข็ง   ซึ่งเราเรียกว่าเป็น กลุ่มเมฆสตราโตสเฟียริคชนิดที่ 2 (Type II PSC)  กลุ่มเมฆสตราโตสเฟียริคนี้เป็นพื้นผิวที่จะทำให้เกิดการลดลงของโอโซนเป็นจำนวนมาก  

เนื่องจากชั้นโอโซนเป็นชั้นที่ช่วยดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตที่มาจากดวงอาทิตย์ ดังนั้น เมื่อโอโซนลดลงรังสีอัลตราไวโอเลตจึงเข้ามาสู่ผิวโลกได้มากขึ้น โดยการเพิ่มขึ้นของรังสีอัลตราไวโอเลตนี้มีหลายคนเชื่อว่าทำให้มนุษย์เสี่ยงต่อการเป็นมะเร็งผิวหนังเพิ่มมากขึ้นด้วย อย่างไรก็ตามยังไม่มีหลักฐานชัดเจนว่าการลดลงของโอโซนจะทำให้มนุษย์เป็นมะเร็งผิวหนังมากขึ้น

ช่องว่างโอโซนกับภาวะโลกร้อน

ถึงแม้จะมีคนเชื่อมโยงการลดลงของโอโซนกับภาวะโลกร้อน แต่การลดลงของโอโซนไม่ได้ทำให้โลกร้อนขึ้นมากนัก  นอกจากนี้การลดลงของโอโซนทำให้ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ดูดซับความร้อนได้น้อยลง ทำให้ชั้นบรรยากาศนี้เย็นขึ้น แต่ขณะเดียวกันก็ทำให้ชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์ร้อนขึ้นแทน ในขณะที่ชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์ร้อนขึ้นนั้น ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ซึ่งเย็นกว่าได้ปล่อยรังสีที่ความยาวคลื่นมาก (long-wave radiation) ลงมาสู่ชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์ ทำให้ชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์เย็นขึ้น และโดยรวมกระบวนการทำให้เย็นมีผลมากกว่าทำให้ร้อน

อ้างอิง

-    Lecture Note on Astrophysics by Prof. Dr. David Ruffolo

-    http://en.wikipedia.org/wiki/Ozone_hole