ฟิสิกส์กับภาวะโลกร้อน

Updated: Sep 10, 2020


ตั้งแต่เด็ก ๆ ทุกท่านน่าจะเคยได้ยินได้ฟังคำว่า “ฟิสิกส์” มาบ้างไม่มากก็น้อย บางท่านอาจไม่เคยสนใจหรือยังไม่ทราบแน่ชัดว่า คำคำนี้แท้จริงหมายถึงอะไร โดยอาจคิดว่าเป็นเรื่องไกลตัวเรา แต่อันที่จริงแล้ว ฟิสิกส์มีส่วนเกี่ยวข้องกับทุกท่านในชีวิตประจำวัน ไม่ว่าจะเป็นการเคลื่อนไหว การรักษาสมดุลของร่างกาย การทำงานของเครื่องปรับอากาศ หรือการทำงานของเตาไมโครเวฟ เป็นต้น ฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ที่ศึกษาเกี่ยวกับเรื่องของ “สสาร” เช่น การเคลื่อนที่ และเรื่องเกี่ยวกับ “พลังงาน” เช่น คลื่นความร้อน โดยฟิสิกส์เป็นหนึ่งในวิชาพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ ซึ่งศึกษาตั้งแต่สิ่งที่เล็กที่สุดตั้งแต่อนุภาคย่อยที่อยู่ภายในอะตอม ไปจนถึงสิ่งที่มีขนาดใหญ่มากคือจักรวาล


หลายท่านอาจไม่เคยทราบว่า ที่จริงแล้วฟิสิกส์กับภาวะโลกร้อนมีความเกี่ยวข้องกันมาโดยตลอด นับตั้งแต่จุดเริ่มต้นของการศึกษาปรากฏการณ์ภาวะโลกร้อน อันเป็นภาวะที่อุณหภูมิอากาศทั่วโลกเพิ่มสูงขึ้น ซึ่งมีสาเหตุส่วนหนึ่งจากปรากฏการณ์เรือนกระจก (Greenhouse Effect) โดยผู้ที่กล่าวถึงเรื่องนี้เป็นท่านแรก ได้แก่ คุณ Joseph Fourier นักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ที่ทำการศึกษาเรื่องอุณหภูมิโลกด้วยวิธีการทางคณิตศาสตร์ในปี ค.ศ. 1824 ผลลัพธ์ที่ได้แสดงว่า โลกมีอุณหภูมิจริงสูงกว่าที่ได้จากการคำนวณทางคณิตศาสตร์ นำมาสู่คำถามที่ตามมาคือ อะไรคือตัวการที่ทำหน้าที่ควบคุมอุณหภูมิของโลก? ซึ่งเขาได้เสนอว่า บรรยากาศที่อยู่รอบโลกทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันความร้อนที่โลกแผ่ออกมาหลังจากได้รับรังสีจากดวงอาทิตย์เรียบร้อยแล้ว


ในจุดนี้ ผู้เขียนขออนุญาตอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการดังกล่าวว่า เมื่อรังสีจากดวงอาทิตย์ ซึ่งอยู่ในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 100–2,500 นาโนเมตร เคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศลงมายังพื้นโลก ความเข้มของรังสีจะลดลงในรูปของการกระเจิงและการดูดกลืนโดยเมฆและองค์ประกอบต่าง ๆ ในชั้นบรรยากาศ เช่น ไอน้ำ และโมเลกุลก๊าซต่าง ๆ ในอากาศ รังสีดวงอาทิตย์ที่ตกกระทบผิวโลกจะถูกดูดกลืนโดยพื้นผิวโลกและพื้นผิวน้ำ หลังจากนั้น พลังงานที่ถูกดูดกลืนไว้จะเปลี่ยนเป็นความร้อนและปล่อยกลับออกมาในรูปของรังสีอินฟราเรดซึ่งมีช่วงความยาวคลื่นที่ยาว พลังงานความร้อนนี้บางส่วนจะเคลื่อนที่ออกสู่อวกาศโดยตรงจากการแผ่รังสี ส่วนพลังงานความร้อนที่เหลือจะถูกดูดกลืนไว้โดยก๊าซเรือนกระจกและเมฆในชั้นบรรยากาศ ดังที่ได้กล่าวข้างต้น รวมทั้งอยู่ในกระบวนการพาความร้อนที่ทำให้อากาศเกิดการยกตัวขึ้น และกระบวนการเปลี่ยนสถานะของน้ำที่ทำให้เกิดเมฆ (แสดงไว้ในรูปที่ 1 และ 2)


รูปที่ 1 กระบวนการรับและปล่อยรังสีคลื่นสั้นจากดวงอาทิตย์ของพื้นผิวโลก บรรยากาศ และเมฆ

(http://www.chulabook.com/word/ipst/9786163628190.pdf)



รูปที่ 2 กระบวนการรับและปลดปล่อยรังสีคลื่นยาวของพื้นผิวโลก เมฆ และบรรยากาศ

(http://www.chulabook.com/word/ipst/9786163628190.pdf)


นอกจากนี้ ความรู้ในเรื่องก๊าซเรือนกระจกยังได้รับการค้นพบโดยนักฟิสิกส์อีกท่านหนึ่งเช่นกัน นั่นคือ คุณ John Tyndall นักฟิสิกส์ชาวไอริช เขาได้เริ่มทำการศึกษาการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดของก๊าซชนิดต่าง ๆ ซึ่งพบว่า ก๊าซออกซิเจน (O2) และไนโตรเจน (N2) มีคุณสมบัติดูดกลืนได้น้อยมาก แต่ไอน้ำ (H2O) คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และโอโซน (O3) กลับมีคุณสมบัติดูดกลืนได้ดี เมื่อดูดกลืนรังสีอินฟราเรดแล้วโมเลกุลของก๊าซจะเกิดการสั่นสะเทือนและคายพลังงานออกมาทำให้อุณหภูมิของบรรยากาศเพิ่มขึ้นนั่นเอง (ซึ่งปรากฏว่าก๊าซเรือนกระจกอย่าง CO2 มีอยู่มากในชั้นบรรยากาศจากการก่อมลพิษของมนุษย์)


คุณ John Tyndall ยังมีความคิดว่าการเปลี่ยนแปลงปริมาณของไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์น่าจะมีความสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของสภาวะอากาศ ซึ่งต่อมา คุณ Svante Arrhenius นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดนซึ่งจบการศึกษาวิชาฟิสิกส์อีกเช่นกัน ได้เริ่มทำการคำนวณศึกษาผลกระทบของปริมาณ CO2 ในบรรยากาศที่มีต่ออุณหภูมิของผิวโลก


ผลการคำนวณแสดงให้เห็นว่า หากปริมาณของ CO2 เพิ่มขึ้นหนึ่งเท่าตัว อุณหภูมิของโลกจะเพิ่มขึ้นประมาณ 5–6°C ซึ่งเรื่องดังกล่าวได้รับการยืนยันโดยการศึกษาวิจัยในเวลาต่อมา (แสดงในรูปที่ 3) ดังนั้น หากเรายังไม่ช่วยกันลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก โดยเฉพาะ CO2 ขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศโลกแล้ว โลกของเราก็คงจะร้อนขึ้นจนถึงขั้นที่ไม่สามารถที่จะเยียวยาให้กลับมาเป็นดังเดิมได้


รูปที่ 3 การเปลี่ยนแปลงระหว่างอุณหภูมิของโลกกับปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์

(https://www.climatecentral.org/gallery/graphics/co2-and-rising-global-temperatures)


ท้ายที่สุดนี้ ผู้เขียนหวังเป็นอย่างยิ่งว่า นอกเหนือจากก๊าซเรือนกระจกแล้ว ตัวเร่งวิกฤตโลกร้อนที่น่ากลัวไม่ยิ่งหย่อนไปกว่ากันคือ อินเทอร์เน็ตและดิจิทัลดาต้า จะได้รับการศึกษาวิจัยในเชิงลึกโดยนักฟิสิกส์อีกเช่นกัน และเมื่อถึงเวลาที่ผลกระทบของตัวเร่งเหล่านี้ได้รับการเปิดเผย และทำให้ผู้คนทั่วโลกได้ตระหนักรู้อย่างกว้างขวางถึงความอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมโลกของเรา ผู้เขียนก็ได้แต่หวังอีกคำรบหนึ่งว่า เมื่อถึงเวลานั้นจะไม่สายเกินไปที่ทุกคนจะช่วยกันกอบกู้โลกให้ยังเป็นโลกที่มนุษย์และสัตว์ยังอยู่กันได้อย่างเป็นปกติสุขครับ

บทความโดย วันชัย ธรรมวานิช


ประวัติผู้เขียน

คุณวันชัย ธรรมวานิช จบการศึกษาระดับปริญญาโท วิศวกรรมศาสตร์มหาบัณฑิต สาขานิวเคลียร์เทคโนโลยี และระดับปริญญาตรี วิทยาศาสตร์บัณฑิต สาขาฟิสิกส์ โดยคุณวันชัยเคยทำงานที่สำนักงานปรมาณูเพื่อสันติ และสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) ปัจจุบันเป็นข้าราชการบำนาญ

ข้อมูลอ้างอิง

1. https://th.wikipedia.org/wiki/ฟิสิกส์

2. http://mpe.dimacs.rutgers.edu/2013/01/19/the-discovery-of-global-warming/

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Fourier

4. https://www.irishtimes.com/news/science/how-joseph-fourier-discovered-the-greenhouse-effect-1.3824189

5. https://en.wikipedia.org/wiki/John_Tyndall

6. https://en.wikipedia.org/wiki/Svante_Arrhenius

7. https://www.bbvaopenmind.com/en/science/leading-figures/svante-arrhenius-the-man-who-foresaw-climate-change/

8. https://climate.ncsu.edu/edu/EnergyBalance

9. http://www.lesa.biz/earth/earth-system/greenhouse

https://www.skepticalscience.com/The-CO2-Temperature-correlation-over-the-20th-Century.html

10. http://www.chulabook.com/word/ipst/9786163628190.pdf

577 views

KBO EARTH © 2019 | All Rights Reserved