ภาวะโลกร้อน: มุมมองเชิงฟิสิกส์

2 มกราคม 2563

 

1.บทนำ

 

       รูปที่ 1 (ซ้าย) เป็นอีกหลักฐานหนึ่งที่ชี้ว่าโลกที่เราอาศัยอยู่นี้ร้อนขึ้น ยืนยันข้อมูลเชิงประจักษ์ที่ตรวจพบมาก่อนแล้วว่าธารน้ำแข็งบนเทือกเขาหิมาลัยกำลังหดหาย, พื้นน้ำแข็งขั้วโลกเหนือบางลงและมีพื้นที่หดลง, บนเกาะกรีนแลนด์ทะเลสาบแข็งตัวช้าลง-ฤดูร้อนยาวขึ้นอย่างละ 2 สัปดาห์ ฯลฯ เดิมนั้นอุณหภูมิของดาวเคราะห์สีน้ำเงินแสนสวยดวงนี้พอเหมาะพอดีจนเป็นที่กำเนิดและอยู่อาศัยของสรรพสิ่งมีชีวิตมานับล้านปี แต่ทำไมตอนนี้กลายกลับเป็นสูงขึ้นจนจะส่งผลตรงกันข้ามกับสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น ลองมาดูกันนะครับว่าฟิสิกส์จะพูดถึงเรื่องนี้ว่าอย่างไร

 

     

 

รูปที่ 1 (ซ้าย) องค์การสหประชาชาติ (UN) ให้ความสำคัญกับภาวะโลกร้อน (global warming) เพราะจะส่งผลให้เกิดภูมิอากาศเปลี่ยนแปลง (climate change) UN ได้สนับสนุนให้นานาประเทศสมาชิกช่วยกันแก้ปัญหานี้ จนในที่สุดเกิด “ความตกลงปารีส (Paris Agreement)” เมื่อตอนปลายปีพ.ศ. 2558 ที่สัญญาว่าจะช่วยกันลดการปลดปล่อยแก๊สเรือนกระจก มี 195 ประเทศที่ได้ให้สัตยาบันว่าจะปฏิบัติตามความตกลงนี้ รวมถึงรัฐบาลไทยและรัฐบาลของประธานาธิบดีบารัค โอบามาที่ลงนามไปเมื่อวันที่ 22 เมษายน พ.ศ. 2559  แต่ในวันที่ 1 มิถุนายน พ.ศ. 2560 ประมาณ 4 เดือนครึ่งหลังวันสาบานตนเข้ารับตำแหน่ง ประธานาธิบดีโดนัลด์ ทรัมป์ได้ประกาศเจตจำนงที่จะนำสหรัฐอเมริกาถอนตัวจากความตกลงนี้ (ขวา) โดยเมื่อวันที่ 4 พฤศจิกายน พ.ศ. 2562 ได้ยื่นหนังสือขอถอนตัวอย่างเป็นทางการต่อ UN ไปแล้ว ซึ่งจะเกิดผลในทางปฏิบัติหลังวันที่ 4 พฤศจิกายน พ.ศ. 2563 คือ 1 วันหลังการเลือกตั้งประธานาธิบดีสหรัฐอเมริกา (ที่มารูป: หนังสือพิมพ์ไทยโพสต์ ฉบับวันที่ 5 ธันวาคม พ.ศ. 2562 และ https://www.wndu.com/content/news/Trump-global-warming-announcement-out-Thursday-425665043.html )

 

2.อุณหภูมิของโลกก่อนยุคอุตสาหกรรม

 

       ดวงอาทิตย์ซึ่งอยู่ห่างจากโลก 149.6 ล้านกิโลเมตรปลดปล่อยพลังงานออกมา 3.846 x 1026 วัตต์ (จูลส์/วินาที) รอบทิศทาง ซึ่งส่วนที่มาถึงโลกในรูปของอนุภาคและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคิดเป็นพลังงาน 1.74 x 1017 วัตต์ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนใหญ่อยู่ในช่วงที่ตามองเห็นคือระหว่างความถี่ (428-749) x 1012 เฮิรตซ์ (จึงไม่ใช่เรื่องแปลกที่ตามนุษย์วิวัฒนาการให้สัมผัสคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านนี้ได้ดีที่สุด) พลังงานจำนวนดังกล่าวที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์ย่อมจะทำให้โลกร้อนขึ้น ซึ่งปกติวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่าสิ่งแวดล้อมย่อมจะมีการแผ่รังสีอินฟราเรด (รูปที่ 2)

 

 

 

 

รูปที่ 2 (บน) ภาพเซลฟี่ในโหมดรังสีอินฟราเรด แสดงว่าร่างกายของมนุษย์ที่มีอุณหภูมิประมาณ 37 เซลเซียสแผ่รังสีอินฟราเรดอยู่ตลอดเวลา (กลาง) Infrared (IR) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ระหว่าง 300 x 109 – 428 x 1012 เฮิรตซ์ หรือมีความยาวคลื่นระหว่าง 0.7 – 1,000 ไมโครเมตร (µm) โดยแบ่งย่อยเป็น 5 ย่าน และ (ล่าง) แสดงสเปกตรัมของแสงอาทิตย์ที่โลกได้รับ (ยอดของสเปกตรัมสีแดงอยู่ในย่านของแสงที่ตามองเห็น) และสเปกตรัมรังสี IR ที่โลกเป็นต้นกำเนิด (ยอดของสเปกตรัมสีฟ้าอยู่ในย่าน long wave IR) (ที่มารูป: https://www.wired.com/2014/10/seek-thermal-infrared-camera-iphone-android/ และ http://dew.globalsystemsscience.org/key-messages/near-infrared-and-the-electromagnetic-spectrum และ https://medium.com/the-philipendium/are-greenhouse-gases-a-myth-1a0bbc8aa89a)

 

       สมมุติขั้นต้นว่าพลังงานที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์เท่ากับพลังงานที่โลกปลดปล่อยออกไปสู่อวกาศอันเวิ้งว้างที่เย็นยะเยือกในรูปของรังสีอินฟราเรด โดยไม่มีการกักเก็บไว้เลย เมื่อใช้สมการที่ 1 สามารถประเมินอุณหภูมิของโลกได้ว่ามีค่าคงที่ที่ประมาณ 280 เคลวิน หรือประมาณ 7 เซลเซียส [1]

 

Stefan – Boltzmann Law:      p = σT4      , หน่วย: J/m2                             (1)

 

เมื่อ p คือพลังงานที่วัตถุ (ในที่นี้คือดวงอาทิตย์และโลก) ปลดปล่อยออกมาในหนึ่งวินาทีจากหนึ่งหน่วยพื้นที่ผิวของวัตถุที่มีอุณหภูมิ T (Tของดวงอาทิตย์ = 5,778 เคลวิน และ Tของโลกคือสิ่งที่ต้องการทราบ) และ σ คือค่าคงที่ของ Stefan-Boltzmann (5.6704 x 10-8 W/m2K4)

 

       แต่อุณหภูมิเฉลี่ยของโลกก่อนยุคอุตสาหกรรม (ประมาณก่อนปีพ.ศ. 2303) คือประมาณ 13.5 เซลเซียส (แต่จริงๆแล้วอุณหภูมิที่เส้นศูนย์สูตรอาจสูงระดับ 30 เซลเซียส ในขณะที่ที่ขั้วโลกใต้อาจมีอุณหภูมิต่ำระดับ -50 เซลเซียส) ซึ่งสูงกว่าตัวเลขที่ประเมินไว้ข้างต้น 13.5 – 7 = 6.5 เซลเซียส ต้นเหตุอยู่ที่โมเลกุลตัวหนึ่ง

 

       องค์ประกอบหลักของบรรยากาศของโลกก็คือแก๊สไนโตรเจน (78%), แก๊สออกซิเจน (20.9%) และ ละอองน้ำ (ประมาณ 1%) ที่เหลืออีกประมาณ 0.1% เป็นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2), แก๊สมีเทน (CH4) และแก๊สไนตรัสออกไซด์ (N2O) อีกอย่างละนิดละหน่อย ตอนที่แสงอาทิตย์ส่องมายังโลก เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงในย่านที่ตามองเห็นเป็นหลักดังกล่าวแล้ว จึงสามารถทะลุถึงพื้นได้โดยสะดวก เมื่อได้รับพลังงานนี้ โลกจึงร้อนขึ้น แต่ปัญหาอยู่ที่ตอนขาออกซึ่งเป็นรังสี IR เสียเป็นส่วนใหญ่ ปรากฏว่าเกิดไปมีความถี่ที่คล้องจองพอดีกับการสั่นได้ของโมเลกุลน้ำ (รูปที่ 3) เป็นการกระตุ้นให้โมเลกุล H2O เปลี่ยนจากสถานะพื้น (ground state) ย้ายขึ้นไปอยู่ในสถานะโลด (excited state) เหตุการณ์เช่นนี้มักเกิดกับโมเลกุลที่ประกอบขึ้นจากอะตอมมากกว่า 2 ตัว (polyatomic molecule) เมื่ออยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับไปมาด้วยความถี่เหมาะสมเช่นรังสี IR โมเลกุลประเภทนี้จะถูกกระตุ้นให้สั่นได้ง่ายกว่า นั่นคือโมเลกุล H2O ในบรรยากาศที่ดูดกลืนพลังงานของรังสี IR เอาไว้จึงสั่นเร็วขึ้นกว่าเดิม ต่างจากโมเลกุล N2 หรือO2 ซึ่งประกอบจากอะตอมเหมือนกันเพียง 2 ตัว ที่จะไม่ตอบสนองต่อการกระตุ้นด้วยรังสี IR (รูปที่ 3)

 

 

รูปที่ 3 ภาพวาดแสดงลักษณะการสั่นพื้นฐานของโมเลกุลน้ำ (H2O) กับโมเลกุลแก๊สไนโตรเจนหรือออกซิเจน (N2 หรือ O2) เมื่อได้รับพลังงานกระตุ้น จะเห็นได้ว่าการสั่นพื้นฐานของโมเลกุล N2 (หรือ O2) มีเพียงโหมดเดียว (รูปล่างสุด-สีเขียว)  แต่ของโมเลกุล H2O มีได้ 3 โหมด ซึ่งล้วนไวต่อการตอบสนองรังสี IR (IR active) โมเลกุลที่มีโครงสร้างซับซ้อนกว่า ซึ่งย่อมมีโหมดของการสั่นมากกว่า จะมีโอกาสถูกกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ง่ายกว่า (ในที่นี้แทนพันธะเคมีระหว่างอะตอมด้วยสปริงเพื่อแสดงถึงความยืดหยุ่น)

 

       แต่โมเลกุลมีชีวิตในสถานะโลดเพียงช่วงสั้นๆ สิ่งที่เกิดตามมาของโมเลกุลในสถานะโลดลักษณะนี้ก็คือ แบบแรก โมเลกุลกลับลงสู่สถานะพื้น (ground state) ด้วยตัวเองโดยการคายพลังงานในรูปของรังสี IR หรือแบบที่สอง โมเลกุลในสถานะโลดนี้ถ่ายเทพลังงานไปให้โมเลกุลตัวอื่นๆที่อยู่ข้างเคียงโดยการชน (collision) ทำให้โมเลกุลตัวอื่นเช่น N2 และ O2 ที่มีอยู่มากถึง 98.9% ในบรรยากาศมีพลังงานจลน์สูงขึ้น ซึ่งหมายถึงบรรยากาศมีอุณหภูมิสูงขึ้นนั่นเอง ทั้งนี้อธิบายได้ด้วยทฤษฎีจลน์ของแก๊ส (Kinetic Theory of Gases)  ส่วนตัวโมเลกุล H2O เองมีพลังงานลดลงสู่สถานะพื้น เรียกกระบวนการนี้ว่า collisional de-excitation และด้วยกระบวนการนี้เองที่พลังงานที่โลกจะส่งคืนสู่ห้วงอวกาศอันหนาวเย็นถูกกักเก็บไว้ในบรรยากาศถึงเกือบ 90% ดังจะเห็นได้ว่าทะเลทรายตอนกลางคืนเย็นกว่าในป่าไม้ ทั้งๆที่ตอนกลางวันร้อนกว่ามาก ก็เพราะว่าอากาศเหนือทะเลทรายมีความชื้นต่ำกว่ามาก ความร้อนจากพื้นทรายจึงถ่ายเทสู่อวกาศในรูปของรังสี IR ได้ดีกว่าในป่าที่มีความชื้นสูง ซึ่งทำหน้าที่คล้ายผ้าห่มที่นำมาใช้ในฤดูหนาว

 

       ก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งแรก โลกจึงมีอุณหภูมิเฉลี่ยคงที่ที่ประมาณ 13.5 เซลเซียส นั่นคือปรากฏการณ์เรือนกระจก (Greenhouse Effect) โดยธรรมชาติล้วนๆได้ช่วยทำให้โลกอุ่นขึ้นในแบบที่มีอุณหภูมิเหมาะสมสำหรับสิ่งมีชีวิตที่ประกอบจากน้ำและคาร์บอนที่จะอยู่อาศัยได้ (ถ้าโมเลกุล O2 และ N2 ดูดกลืนรังสี IR ด้วย โลกคงกลายเป็นเตาอบ และคงไม่เกิดสิ่งมีชีวิตอย่างเช่นไดโนเสาร์เมื่อกว่าร้อยล้านปีมาแล้ว) ตลอด 10,000 ปีที่แล้ว ความเข้มข้นของแก๊ส CO2, CH4 และ N2O ในบรรยากาศถือได้ว่าอยู่ในระดับคงที่ตลอดมา แต่เมื่อประมาณ 200 ปีที่ผ่านมาเริ่มเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ

 

3.อุณหภูมิของโลกหลังการปฏิวัติอุตสาหกรรม

 

       ตั้งแต่ พ.ศ. 2303 ถึง พ.ศ. 2457 เป็นช่วงของการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 1 และ 2 โดยมีการขุดน้ำมันดิบขึ้นมาใช้งานเป็นครั้งแรกประมาณในปีพ.ศ. 2402 ช่วงเวลานี้เป็นจุดเปลี่ยนครั้งสำคัญในประวัติศาสตร์โลกที่ส่งผลกระทบในเกือบทุกแง่มุมของชีวิตประจำวัน  รวมถึงมีการนำเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่นถ่านหินและน้ำมันมาใช้เพิ่มขึ้นอย่างมากโดยการเผาเพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม, ในครัวเรือน, ในการสัญจร ฯลฯ ซึ่งปลดปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ออกสู่บรรยากาศเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆนับแต่นั้นมา (รูปที่ 4) นั่นคือปริมาณ CO2 ในบรรยากาศที่เพิ่มขึ้นอย่างมากในระยะหลัง ไม่ได้เกิดตามธรรมชาติ แต่เกิดจากน้ำมือมนุษย์ (man-made)

 

 

รูปที่ 4 กราฟแสดงความเข้มข้นของโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ [ในหน่วย ppm หรือ parts per million คือเทียบกับจำนวนโมเลกุลทุกชนิดที่มีอยู่บรรยากาศแห้ง (หมายถึงไม่ใช่สภาพบรรยากาศอิ่มตัว) ที่คิดให้มีจำนวนรวม 1 ล้านโมเลกุล] ระหว่างปีพ.ศ. 2293 - 2553 เช่นในบรรยากาศของปีพ.ศ. 2561 มี CO2 ในปริมาณ 407.4 ppm (หรือคิดเป็น 0.0407%) แต่ในช่วงก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรมมี CO2 อยู่ 280 ppm (หรือคิดเป็น 0.0280%) เท่านั้น จากการใช้เทคนิควิเคราะห์ฐานฟิสิกส์ Isotope-ratio Mass Spectrometry (IRMS) วัดอัตราส่วนไอโซโทป C13 / C12  ในวงปีของต้นไม้ ทำให้สามารถระบุได้ว่า CO2 ที่เพิ่มขึ้นส่วนใหญ่มีแหล่งที่มาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล (น้ำมัน, ถ่านหิน และแก๊สธรรมชาติ) (ดัดแปลงจาก: https://techcrunch.com/2019/05/12/co2-in-the-atmosphere-just-exceeded-415-parts-per-million-for-the-first-time-in-human-history/  )

 

       โมเลกุลของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) มีพฤติกรรมคล้ายกับโมเลกุล H2O คือสั่นได้ง่าย (รูปที่ 5) เมื่อถูกกระตุ้นด้วยรังสี IR โดยเฉพาะที่มีความยาวคลื่น 15 µm (อยู่ในย่าน long wave IR) การที่ CO2 ถูกตราหน้าว่าเป็นแก๊สเรือนกระจกตัวเอ้ถึงแม้จะมีปริมาณในบรรยากาศน้อยกว่าปริมาณละอองน้ำในบรรยากาศ ก็เพราะมีลักษณะพิเศษบางประการที่เอื้อต่อการเกิดสะสมในบรรยากาศ

 

 

รูปที่ 5 ภาพวาดโครงสร้างโมเลกุลแบบ linear triatomic molecule  ของ CO2 และแสดงลักษณะการสั่นพื้นฐานทั้ง 3 โหมด โดยโหมด (2) และ (3) เท่านั้นที่เป็น IR active (ดัดแปลงจาก: https://scied.ucar.edu/molecular-vibration-modes)

 

       ถึงแม้ละอองน้ำจะเป็นแก๊สเรือนกระจกและมีอยู่ในบรรยากาศมากกว่าแก๊ส CO2 ประมาณ 60 เท่าก็จริง แต่ไม่ใช่ต้นเหตุของภาวะโลกร้อนที่กำลังพูดถึงกันในปัจจุบัน เพราะละอองน้ำเป็นแก๊สที่จะไม่เกิดการสะสมในบรรยากาศ กล่าวคือที่อุณหภูมิค่าหนึ่งๆ ปริมาณของละอองน้ำล่องลอยอยู่ในบรรยากาศจะมีค่าสูงสุดที่ค่าจำกัดหนึ่งๆ ดังจะเห็นได้จากรูปที่ 6 ซึ่งถ้าอุณหภูมิลดลง ปริมาณละอองน้ำส่วนเกินก็จะเกิดการควบแน่นเป็นหยดน้ำ น้ำค้างบนยอดหญ้าที่เห็นตอนเช้าตรู่ก็เกิดขึ้นจากสาเหตุนี้

 

 

รูปที่ 6 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิ (เซลเซียส) กับมวลของไอน้ำ (เป็นกรัม) ในบรรยากาศอิ่มตัวปริมาตร 1 ลูกบาศก์เมตร จะเห็นได้ว่าเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความหนาแน่นของละอองน้ำในบรรยากาศก็มีค่าสูงขึ้นด้วย (ที่มารูป: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Kinetic/watvap.html)

 

       ส่วนมีเทนก็เป็นแก๊สเรือนกระจกเช่นกัน และถ้าว่ากันโมเลกุลต่อโมเลกุล มีเทนมีศักยภาพในการดูดกลืน IR สูงกว่า CO2 ถึงประมาณ 20 เท่า (โมเลกุล CH4 ประกอบจากอะตอม 5 ตัว มีการสั่นพื้นฐานถึง 9 โหมด) แต่บทบาทของมีเทนต่อการเกิดโลกร้อนยังเป็นรอง CO2 อยู่หลายขุม ประการแรกก็คือมีปริมาณน้อยกว่าประมาณ 200 เท่า แต่ที่สำคัญกว่านั้นก็คือมีเทนมีช่วงชีวิตในบรรยากาศสั้น กล่าวคือมีเทนจะทำปฏิกิริยาออกซิเดชันกับอนุมูลไฮดรอกซิล (OH) ในบรรยากาศแล้วเปลี่ยนสภาพเป็นแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ และไนโตรเจนไดออกไซด์ภายในระยะเวลาไม่เกิน 10 ปี แต่ CO2 จะคงสภาพอยู่ในบรรยากาศได้นานนับศตวรรษ เพราะจะหายไปจากบรรยากาศได้ก็ด้วยการถูกดูดซับโดยระบบนิเวศทางบกและทางทะเลเท่านั้น ซึ่งเป็นกระบวนการที่ช้ามาก หรือกล่าวอีกอย่างว่า CO2 เป็นแก๊สเรือนกระจกที่มีโอกาสเกิดการสะสมในบรรยากาศสูง

 

       อิทธิพลของ CO2 ต่ออุณหภูมิของดวงดาวมีตัวอย่างให้เห็นจริงไม่ใกล้ไม่ไกล กล่าวคือ ดาวอังคาร (Mars) กับดาวศุกร์ (Venus) มีความคล้ายกันตรงที่ในบรรยากาศมี CO2 เป็นส่วนใหญ่ (ประมาณ 95% และ 96.5% ตามลำดับ) แต่อุณหภูมิของดาวเคราะห์ทั้งสองต่างกันชนิดคนละขั้ว คือดาวอังคารมีอุณหภูมิเฉลี่ย -60 เซลเซียส แต่ดาวศุกร์ร้อนมากระดับ 467 เซลเซียส สาเหตุสำคัญประการหนึ่งก็คือบรรยากาศของดาวอังคารเบาบางมาก (เบาบางกว่าบรรยากาศของโลกประมาณ 100 เท่า) จนเกิดกระบวนการ collisional de-excitation ช้ากว่าการที่โมเลกุล CO2 จะกลับลงสู่สถานะพื้นโดยการปลดปล่อยรังสี IR บรรยากาศของดาวอังคารจึงไม่กักเก็บความร้อน หรือไม่มีสภาวะเรือนกระจกบนดาวอังคารนั่นเอง แต่บรรยากาศของดาวศุกร์นั้นหนาแน่นมาก กล่าวคือมี CO2 มากกว่าในบรรยากาศของดาวอังคาร 1,900 เท่า (มากกว่าในบรรยากาศของโลก 154,000 เท่า) โอกาสเกิดกระบวนการ collisional de-excitation จึงมีสูงกว่า ความร้อน (รังสี IR) จึงหนีเล็ดลอดออกสู่อวกาศได้น้อยมาก นั่นคือมีสภาวะเรือนกระจกที่รุนแรงมากบนดาวศุกร์

 

       เรื่องแย่ๆยังไม่หมดแต่เพียงแค่นี้ ละอองน้ำไม่ใช่ต้นเหตุของการเกิดภาวะโลกร้อนดังกล่าวแล้วก็จริง แต่ส่งผลย้อนกลับได้ กล่าวคือแก๊สเรือนกระจกอายุยืนอย่างเช่น CO2 เป็นต้นเหตุของอุณหภูมิโลกที่สูงขึ้น ซึ่งจะไปกระตุ้นให้เกิดวงจรดังแสดงในรูปที่ 7 ที่เรียกกันว่า “water vapor feedback” ซึ่งจะไปขยายผลของภาวะโลกร้อนให้รุนแรงยิ่งขึ้น

 

 

รูปที่ 7 กระบวนการส่งผลย้อนกลับของละอองน้ำต่อภาวะโลกร้อน (ดัดแปลงจาก: https://www.christianforums.com/threads/failed-fundamental-cagw-principle.8045902/)

 

4. โทษดวงอาทิตย์ได้ไหม?

 

       นับตั้งแต่ปีพ.ศ. 2521 มีดาวเทียมหลายดวงที่ถูกส่งขึ้นไปวัดปริมาณพลังงานที่ดวงอาทิตย์แผ่ออกมา (solar irradiance) ข้อมูลจากการวัดโดยตรงเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าค่า solar irradiance ลดลงเล็กน้อยด้วยซ้ำ  จึงสามารถพูดได้เต็มปากเต็มคำว่าสำหรับช่วงหลายสิบปีที่ผ่านมา พฤติกรรมของดวงอาทิตย์ไม่ได้เป็นสาเหตุของการที่โลกร้อนขึ้นอย่างแน่นอน (รูปที่ 8)

 

 

รูปที่ 8 กราฟแสดงค่าพลังงานจากดวงอาทิตย์ที่โลกได้รับในหน่วยวัตต์/ตารางเมตร (เส้นกราฟและแกนตั้งสีเหลือง) เปรียบเทียบกับค่าอุณหภูมิของโลกที่เปลี่ยนไป (เส้นกราฟและแกนตั้งสีส้ม) นับตั้งแต่ปีพ.ศ. 2423 กราฟเส้นประเขียนตามค่าทั้งสองของแต่ละปี ส่วนกราฟเส้นทึบเขียนตามค่าเฉลี่ยของทุกช่วง 11 ปี เพื่อให้เห็นแนวโน้มได้ชัดเจนขึ้น (ที่มารูป: https://climate.nasa.gov/causes/)

 

5. บทส่งท้าย

 

       ฟิสิกส์พื้นฐานของเรื่องภาวะโลกร้อนนั้นรู้แล้วอย่างถูกต้องแน่นนอน สามารถพิสูจน์ในห้องทดลองได้ด้วย ในช่วงสงครามเย็น (ระหว่างปีพ.ศ. 2490-2534) กองทัพอากาศสหรัฐอเมริกาได้ทำการศึกษาการดูดกลืนรังสี IR โดยแก๊สชนิดต่างๆอย่างเข้มข้นลึกซึ้ง เพราะต้องการข้อมูลไปใช้ในการพัฒนาขีปนาวุธนำวิถีด้วยการตรวจจับความร้อน ซึ่งจำเป็นต้องเข้าใจว่าบรรยากาศมีผลอย่างไรกับรังสีความร้อน ดังนั้นเรื่อง CO2 ในบรรยากาศคือตัวการที่ทำให้โลกร้อนขึ้นในช่วงประมาณ 200 ปีที่ผ่านมาจึงเป็นเรื่องที่ชัวร์ไม่มั่วนิ่ม สิ่งที่ไม่แน่นอน (uncertainty) คือผลการคำนวณต่างหาก เพราะเป็นระบบขนาดใหญ่ที่ซับซ้อน เกี่ยวข้องกับตัวแปรหลายตัวที่มีความไม่แน่นนอนสูง เช่นผลจากเมฆ, ผลจากฝุ่นละอองขนาดเล็กในบรรยากาศ, การแปรปรวนของดวงอาทิตย์, ผลจากภูเขาไฟ และความเชื่อมโยงที่ซับซ้อนระหว่างภูมิอากาศ, มหาสมุทร, พื้นดินและวงจรคาร์บอน ฯลฯ เพราะฉะนั้นอย่าเอาไปปนเปที่จะทำให้ไขว้เขว ส่วนฝ่ายที่แย้งว่าเป็นกลไกของโลกเอง ต้องตอบมาให้ชัดไม่คลุมเครือว่าคือกลไกอะไร มีตัวอย่าง/พยานหลักฐานเชิงประจักษ์ใด และมีหลักการและผลการทดลองทางวิทยาศาสตร์อะไรสนับสนุนบ้าง

 

       ผลกระทบของภาวะโลกร้อนที่คนในอดีตและปัจจุบันก่อขึ้นจะอ้อยอิ่งส่งผลร้ายต่อการดำรงชีวิตของพืช, สัตว์ และมนุษย์ไปอีกนาน ไม่ใช่หยุดปล่อยแก๊สเรือนกระจกวันนี้ แล้วอีกเดือนหนึ่งทุกอย่างจะกลับไปดีดังเดิม ยิ่งถ้าไม่สามารถหยุดยั้งได้ด้วยเหตุผลใดก็ตาม (รูปที่ 9) ปล่อยให้ปริมาณ CO2 เพิ่มขึ้นถึงระดับ 0.1% เมื่อถึงปีพ.ศ. 2643 ผลกระทบจะยิ่งหนักหน่วง คนรุ่นลูกหลานเหลนจะใช้ชีวิตอยู่ในอนาคตอย่างยากลำบากเกรต้า ทุนแบร์ก (Greta Thunberg) นักเคลื่อนไหวต่อต้านภาวะโลกร้อนอายุ 16 ปีชาวสวีดิช (บุคคลแห่งปี 2562 ของนิตยสาร TIME) ได้กล่าวเตือนสติผู้ใหญ่วันนี้ไว้เมื่อเร็วๆนี้ว่า “เพราะหากคนรุ่นนี้ยังทำอะไรเหมือนเดิม ปล่อยให้วิกฤตแห่งสภาพอากาศ (Climate Crisis) เสื่อมทรุดลงต่อไป คนรุ่นหนูก็ไร้อนาคตโดยสิ้นเชิง” (จากบทความ “ไม่มีใครเล็กเกินไปที่จะเปลี่ยนโลก!”, คอลัมน์กาแฟดำ ในนสพ. ไทยโพสต์ ฉบับวันอาทิตย์ที่ 15 ธันวาคม 2562)

 

 

 

รูปที่ 9 (บน) หนึ่งในหลายทวิตเตอร์เกี่ยวกับภาวะโลกร้อนของประธานาธิบดีโดนัลด์ ทรัมป์, (ล่าง) กราฟแท่งแสดงปริมาณการปลดปล่อยแก๊ส CO2  ต่อหัวของประชากรในประเทศต่างๆ เรียงจากมากไปน้อย ซึ่งเป็นข้อมูลของปีพ.ศ. 2559 ที่ถูกนำออกเผยแพร่ในปีพ.ศ. 2561 โดยความสูงของแต่ละแท่งแทนปริมาณการปลดปล่อย CO2 ต่อหัวประชากร (แกนตั้ง: ในหน่วยตันต่อปี) และความกว้างของแต่ละแท่งแทนจำนวนประชากรของแต่ละประเทศหรือภูมิภาค (แกนนอน: ในหน่วยพันล้านคน) เช่นประเทศไทย (แท่งสีม่วงอ่อน ด้านขวาของเลข 3 บนแกนนอน) ในปีพ.ศ. 2559 มีประชากร 68.86 ล้านคน ซึ่งเฉลี่ยว่าแต่ละคนปลดปล่อย CO2 ประมาณ 3.3 ตัน/ปี ในขณะที่ชาวอเมริกันแต่ละคน (ในทั้งหมด 323.4 ล้านคน) ปลดปล่อย CO2 16.2 ตัน/ปี ทั้งนี้ค่าเฉลี่ยของทั้งโลกอยู่ที่ 4.35 ตันต่อหัวประชากรโลก  จะเห็นได้ว่าส่วนใหญ่เป็นประเทศที่ร่ำรวยที่ปลดปล่อย CO2 ออกมามากกว่าใคร และดังนั้นก็ควรต้องรับผิดชอบมากกว่าด้วยมิใช่หรือในการแก้ปัญหาภาวะโลกร้อน (ที่มารูป: https://insideclimatenews.org/news/08012018/climate-change-denial-trump-hoax-2017-year-review-pruitt-tillerson-endangerment-finding และ https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_carbon_dioxide_emissions_per_capita#/media/File:2018_AQAL_Group_variwide_chart_%22Worldwide_Co2_emissions%22.jpg)

 

เอกสารอ้างอิง

 

1. Jeff Tsao, “Some Simple Physics of Global Warming”, Sandia National Laboratories, April 2008, ที่เว็บไซต์: https://www.sandia.gov/~jytsao/physics_global_warming_2008_04_notes.pdf

บทความย้อนหลัง

หน้ากากผ้า


ฟิสิกส์ของการผัดข้าวผัด


ภาวะโลกร้อน: มุมมองเชิงฟิสิกส์


สนามแม่เหล็กโลก – สลับขั้ว?


ไฟฟ้ากับแมลง


กราฟีน : วัสดุมหัศจรรย์ประโยชน์อนันต์


การกำจัดขยะด้วยพลาสมาร้อน


คาร์บอน-14


ดวงอาทิตย์กับกลศาสตร์ควอนตัม


กลศาสตร์ควอนตัมในชีวิตประจำวัน


การบำบัดรักษาด้วยลำอนุภาคโปรตอน (Proton Therapy)


เรื่องของหลอดไส้


เตาอบไมโครเวฟ


เรื่องน่ารู้เกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารอบตัวเราที่ชื่อว่าไวฟาย (WiFi)


ประกวดออกแบบตราสัญลักษณ์ ศูนย์ความเป็นเลิศด้านฟิสิกส์


ฟิล์มกันความร้อนติดรถยนต์


ฟิสิกส์ของรถจักรยาน


วิธีคลายร้อนให้เมือง


ทำไมคนเราถึงเดินแกว่งมือ


แอลอีดีความเข้มสูง (High Brightness LED)


บทความทั้งหมด