ก๊าซเรือนกระจก (Greenhouse gas)

กิจกรรมต่างๆ ของมนุษย์ได้กลายเป็นส่วนสำคัญที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมทั่วโลก นับตั้งแต่ยุคอุตสาหกรรมเริ่มขึ้น โดยได้เพิ่มการใช้พื้นที่ดิน น้ำ แร่ธาตุและแหล่งธรรมชาติอื่นๆ รวมถึงการเติบโตขึ้นของประชากรและเศรษฐกิจซึ่งส่งผลกระทบต่อโลกในอนาคต ภูมิอากาศ ตลอดจนกระบวนการทางชีวเคมีของโลก (Biogeochemical) และระบบนิเวศน์ในธรรมชาติต่างๆซึ่งเชื่อมกันใกล้ชิดยิ่งขึ้น ความเปลี่ยนแปลงต่างๆ ในระบบใดระบบหนึ่ง อาจส่งผลกระทบถึงระบบอื่นๆ ซึ่งสามารถให้ผลที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์และสิ่งมีชีวิตต่างๆ สสารพวกก๊าซและอนุภาคต่างๆที่เกิดจากมนุษย์ได้ถูกปล่อยสู่บรรยากาศทำให้ สมดุลพลังงานในบรรยากาศเปลี่ยนไปซึ่งส่งผลกระทบต่อระบบบรรยากาศ น้ำ และสิ่งมีชีวิต อย่างไรก็ตามมนุษย์ยังมีความรู้ความเข้าใจไม่เพียงพอเกี่ยวกับองค์ประกอบทาง เคมีของบรรยากาศ และความสัมพันธ์ของมันระหว่างระบบต่างๆ ความไม่แน่ชัดส่วนมากทางด้านเคมีในบรรยากาศและมหาสมุทรเนื่องมาจากการขาด แคลนข้อมูลจากการตรวจวัดที่เพียงพอ 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 จึง เก็บรวบรวมข้อมูลจากทุกสถานีตรวจวัดทั่วโลกที่อยู่ในโครงการนี้และโครงการ วิจัยต่างๆ ตลอดจนการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกและก๊าซอื่นๆ จากข้อมูลที่มีอยู่ และมีการรายงานผลการวิเคราะห์โดยสรุปเป็นระยะๆ ก๊าซเรือนกระจก ต่างๆ จะถูกปล่อย เปลี่ยนรูปและสลายไปในบรรยากาศได้หลายทางเช่น คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ถูก ปล่อยจากกิจกรรมมนุษย์จำพวก การสันดาปเชื้อเพลิงฟอสซิล และถ่ายเทแลกเปลี่ยนกับสิ่งมีชีวิตโดยการหายใจ การสังเคราะห์แสง และจากมหาสมุทร ส่วนการเปลี่ยนรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ ในบรรยากาศเองมีเพียงเล็กน้อยเท่านั้น มีเทน (CH4) มักถูกปล่อยที่ผิวโลกสู่บรรยากาศโดยขบวนการหายใจที่ไม่ใช้อากาศของแบคทีเรีย (anaerobic) และจากการสังเคราะห์อื่นๆ การสลายตัวโดยการออกซิเดชันกับอนุมูลไฮดรอกซิล (OH) ในบรรยากาศ สารบางชนิดเช่นโอโซนจะเกิดและสลายตัวในบรรยากาศผ่านขบวนการโฟโตเคมีคัลจุด มุ่งหมายของการตรวจวัดก๊าซเรือนกระจกคือ เพื่อติดตามความเปลี่ยนแปลงและพัฒนาความรู้ความเข้าใจ ในกลไกการผลิต/การปล่อย และการสลายตัว ตลอดจนการเตรียมข้อมูลเพื่อการทำนายการเปลี่ยนแปลงของก๊าซเรือนกระจก WDCGG มีบทบาทในการรวบรวม วิเคราะห์ จัดทำเอกสารและเผยแพร่ข้อมูลความเข้มข้นของก๊าซต่างๆ จากการตรวจวัดที่มีรายงานในช่วงปีที่ผ่านมา

1. คาร์บอนไดออกไซด์ ( CO2)

ระดับของคาร์บอนไดออกไซด์มีผลกระทบต่อภาวะโลกร้อนมากกกว่าก๊าซเรือนกระจก ชนิดอื่นๆโดยมีค่าเพิ่มขึ้นเป็นประวัติการณ์ตั้งแต่ช่วงก่อนยุคอุตสาหกรรมมี ค่าสูงถึง 381.2 ส่วนในล้านส่วนในปี 2006 (สูงกว่าปี 2005 เท่ากับ 2.0 ส่วนในล้านส่วน) คิดเป็นอัตราส่วนผสมเท่ากับ 136 เปอร์เซ็นต์ ในระดับก่อนยุคอุตสาหกรรม พบมากในแถบละติจูดกลางและละติจูดสูงๆทางบริเวณตอนเหนือของซีกโลกเนื่องจาก แหล่งผลิตส่วนมากอยู่ในบริเวณนี้ในขณะที่บริเวณตอนใต้พื้นที่ส่วนมากจะเป็น มหาสมุทร

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

2. มีเทน ( CH4)

มีเทนเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีความสำคัญเป็นอันดับสองรองจากคาร์บอนไดออกไซด์ ระดับของมีเทนมีค่าเพิ่มขึ้นตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 19 ค่าเฉลี่ยรายปีเท่ากับ 1782 ส่วนในพันล้านส่วนในปี 2006 (ลดลง 1 ส่วนในพันล้านส่วนในปี 2005) คิดเป็นอัตราส่วนผสมเท่ากับ 255 เปอร์เซ็นต์ ในระดับก่อนยุค อุตสาหกรรม การเพิ่มขึ้นของมีเทนพบมากแถบละติจูดกลางถึงบริเวณเขตร้อนในซีกโลกเหนือ มากกว่าซีกโลกใต้ทั้งนี้เนื่องจากแหล่งผลิตส่วนใหญ่อยู่ในบริเวณนี้ 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

3. ไนตรัสออกไซด์ ( N2O)

ไนตรัสออกไซด์เป็นก๊าซเรือนกระจกที่ สำคัญซึ่งมีระดับสูงขึ้นทั่วโลก จากข้อมูลที่ส่งให้กับศูนย์ข้อมูลก๊าซเรือนกระจกโลกแสดงให้เห็นถึงอัตราส่วน ที่มีค่าสูงขึ้นทั้ง 2 ซีกโลกโดยมีค่าสูงสุดในปี 2006 เท่ากับ 320.1 ส่วนในพันล้านส่วน ซึ่งสูงขึ้นจากปี 2005 เท่ากับ 0.8 ส่วนในพันล้านส่วน อัตราการเพิ่มขึ้นเฉลี่ยในช่วงปี 1996-2006 เท่ากับ 0.76 ส่วนในพันล้านส่วนต่อปี คิดเป็นอัตราส่วนผสมเท่ากับ 119 เปอร์เซ็นต์ ในระดับก่อนยุคอุตสาหกรรม

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) ซึ่ง เป็นสารที่มีประสิทธิภาพในการทำลายชั้นโอโซน ส่วนมากมักเกิดจากการสังเคราะห์ การลดลงของชั้นโอโซนมีผลทำให้พลังงานมีการแผ่รังสีเป็นลบ และพลังงานการแผ่รังสีสุทธิโดยฮาโลคาร์บอนจะน้อยกว่าพลังงานการแผ่รังสีตรง CFCs ต่างๆ จะถูกสลายตัวโดยแสงอาทิตย์ช่วงอัลตราไวโอเลตในชั้นสตราโตสเฟียร์และมีช่วงชีวิตยาว เช่น CFC-11 =50 ปี อย่างไรก็ตาม HCFCs และ เมธิลคลอโรฟอร์ม ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยไฮโดรเจน จะทำปฏิกิริยากับอนุมูลไฮดรอกซิลในชั้นโทรโพสเฟียร์ ทำให้มีช่วงชีวิตที่สั้น (เมธิลคลอโรฟอร์มมีช่วงชีวิต ประมาณ 5 ปี) ระดับ ของฮาโลคาร์บอน เช่น ซีเอฟซีต่างๆ ได้เพิ่มขึ้น 5 เปอร์เซ็นต์ต่อปี หรือมากกว่านั้นในทศวรรษที่ 1970 แต่ปัจจุบันได้หยุดการเพิ่มขึ้นแล้วเนื่องจากกฏหมายที่ห้ามการผลิตและการ ปล่อยสารทำลายโอโซนในพิธีสารมอนทรีออลและการแก้ไขต่างๆในเวลาต่อมา

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

5. โอโซนผิวพื้น ( O3)

โอโซนเป็นหนึ่งในก๊าซเรือนกระจกที่มีบทบาทสำคัญต่อสิ่งแวดล้อมในบรรยากาศ ทั้งการแผ่รังสีและกระบวนการทางเคมี การดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตในชั้นสตราโตสเฟียร์ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในแนวตั้งและการหมุนเวียนของอากาศที่มัน ดูดกลืนพลังงาน และยังดูดกลืนรังสีคลื่นยาวอีกด้วย การเปลี่ยนแปลงของโอโซนผิวพื้นส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงหลายกระบวนการ ขณะที่โอโซนบางส่วนในชั้นโทรโปสเฟียร์มาจากชั้นสตราโตสเฟียร์ส่วนที่เหลือ เกิดจากกระบวนการทางเคมีในชั้นโทรโปสเฟียร์ตลอดถึงจากการออกซิเดชั่นของคาร์ บอนมอนอกไซด์หรือไฮโดรคาร์บอน ถึงแม้ว่าจะมีการตรวจวัดโอโซนผิวพื้นมากมายในสถานที่ต่างๆ แต่ก็ยังเป็นการยากที่จะบอกถึงแนวโน้มโอโซนผิวพื้นทั่วโลกได้ในระยะยาว เนื่องจากการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอทางภูมิศาสตร์

6. คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)

คาร์บอนมอนอกไซด์ไม่ใช่ก๊าซเรือนกระจกแต่มีอิทธิพลต่ออัตราส่วนผสมของ ก๊าซเรือนกระจกโดยก่อให้เกิดอนุมูลไฮดรอกซิล (OH) อัตราส่วนผสมที่ละติจูดสูงๆทางตอนเหนือเพิ่มขึ้นตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 19 ค่าเฉลี่ยอัตราส่วนผสมทั่วโลกอยู่ที่ 94 ส่วนในพันล้านส่วนในปี 2006 อัตราส่วนผสมจะมีค่าสูงในซีกโลกเหนือและต่ำในซีกโลกใต้ อย่างไรก็ตามการเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนผสมของคาร์บอนมอนอกไซด์มีการกวัดแกว่ง ในปี 1997-1999 อัตราการเพิ่มในซีกโลกเหนือกลับมาเพิ่มอีกครั้งในปี 2002 อัตราส่วนผสมเฉลี่ยรายเดือนมีการกวัดแกว่งทางซีกโลกเหนือมากกว่าทางซีกโลก ใต้ ทั้งนี้ตัวขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงได้แก่ การปล่อยก๊าซจากอุตสาหกรรม การเผาไหม้มวลชีวภาพ การเคลื่อนย้ายและการผันแปรของอนุมูลไฮดรอกซิล เป็นต้น

7. ไนโตรเจนมอนอกไซด์ ( NO) และไนโตรเจนไดออกไซด์ ( NO2)

ไนโตรเจนออกไซด์ ( NOx, NO และ NO2)ไม่ใช่ก๊าซเรือนกระจกแต่มีส่วนทำให้เกิดความเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นก๊าซ เรือนกระจกตัวอื่นๆ ที่สำคัญโดยการทำปฏิกิริยากับอนุมูลไฮดรอกซิล (OH) กล่าวคือ เมื่อมี NOx, CO และ HC จะถูกออกซิไดซ์ทำให้เกิดโอโซน (O3) ในชั้นใกล้ผิวโลก ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกตัวหนึ่งที่มีผลต่อสมดุลการแผ่รังสีของโลก และทำให้เกิด OH อีก ครั้งซึ่งมีศักยภาพในการเกิดออกซิเดชันในบรรยากาศ และนำไปสู่การเป็นกรด โดยทั่วไปพบว่าความเข้มข้นของไนโตรเจนไดออกไซด์ ในซีกโลกเหนือจะสูงกว่าในซีกโลกใต้ เนื่องจากกิจกรรมของมนุษย์

8. ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ( SO2)

ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ไม่ใช่ก๊าซเรือนกระจกแต่เป็นสารตั้งต้นของละอองกรดซัลฟุริก (H2SO4) ใน บรรยากาศซึ่งละอองกรดซัลฟุริกนี้เกิดจากการเปลี่ยน จากก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์มาเป็นอนุภาคโดยปฏิกิริยาโฟโตเคมีคัล ซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นแหล่งเกิดฝนกรดและตะกอนกรดที่สำคัญนับตั้งแต่ยุค อุตสาหกรรมเป็นต้นมา จากข้อมูลที่มี อยู่พบว่า ความเข้มข้นของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ในยุโรปตอนใต้จะสูงกว่าทางตอนเหนือ ส่วนบริเวณตอนนกลางและทางตะวันออกจะมีค่าต่ำในปี 1997