ก๊าซเรือนกระจก: สาเหตุแหล่งที่มาและผลกระทบสิ่งแวดล้อม

เบื้องหลังการต่อสู้เพื่อแก้ไขปัญหาภาวะโลกร้อนและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศการเพิ่มขึ้นของก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศของเรา ก๊าซเรือนกระจกเป็นสารประกอบก๊าซใด ๆ ในบรรยากาศที่สามารถดูดซับรังสีอินฟราเรดดังนั้นจึงกักและถือความร้อนในบรรยากาศ โดยการเพิ่มความร้อนในชั้นบรรยากาศก๊าซเรือนกระจกมีความรับผิดชอบต่อภาวะเรือนกระจกซึ่งนำไปสู่ภาวะโลกร้อน

รังสีดวงอาทิตย์และ "ปรากฏการณ์เรือนกระจก"

ภาวะโลกร้อนไม่ใช่แนวคิดใหม่ทางวิทยาศาสตร์ พื้นฐานของปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นได้ดีในศตวรรษที่แล้วโดย Svante Arrhenius ในปี 1896 บทความของเขาตีพิมพ์ในนิตยสาร Philosophical และวารสารวิทยาศาสตร์เป็นคนแรกที่บอกปริมาณการมีส่วนร่วมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กับสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า "เรือนกระจก" ผล."

ปรากฏการณ์เรือนกระจกเกิดขึ้นเนื่องจากดวงอาทิตย์ถล่มโลกด้วยรังสีจำนวนมหาศาลซึ่งกระทบกับชั้นบรรยากาศของโลกในรูปของแสงที่มองเห็นรวมถึงรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) อินฟราเรด (IR) และรังสีชนิดอื่นที่มองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ ประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ของการแผ่รังสีที่กระทบโลกจะถูกสะท้อนกลับสู่อวกาศโดยก้อนเมฆน้ำแข็งและพื้นผิวสะท้อนแสงอื่น ๆ ส่วนที่เหลืออีก 70 เปอร์เซ็นต์ถูกดูดซับโดยมหาสมุทรที่ดินและบรรยากาศตามข้อมูลจากองค์การนาซ่า

ขณะที่พวกมันดูดซับรังสีและความร้อนขึ้นมหาสมุทรที่ดินและบรรยากาศจะปล่อยความร้อนในรูปของรังสีความร้อน IR ซึ่งส่งผ่านชั้นบรรยากาศออกสู่อวกาศ ความสมดุลระหว่างการแผ่รังสีขาเข้าและขาออกทำให้อุณหภูมิโดยรวมของโลกอยู่ที่ประมาณ 59 องศาฟาเรนไฮต์ (15 องศาเซลเซียส)

การแลกเปลี่ยนการแผ่รังสีขาเข้าและขาออกที่ทำให้โลกอุ่นขึ้นนี้เรียกว่าภาวะเรือนกระจกเนื่องจากเรือนกระจกทำงานในลักษณะเดียวกัน รังสียูวีที่เข้ามาจะผ่านเข้าไปในผนังกระจกของเรือนกระจกได้อย่างง่ายดายและถูกดูดซับโดยพืชและพื้นผิวที่แข็งภายใน อย่างไรก็ตามรังสีอินฟราเรดที่ลดลงมีความยากลำบากในการผ่านผนังกระจกและติดอยู่ภายในทำให้เรือนกระจกอุ่นขึ้น

ก๊าซเรือนกระจกมีผลต่อภาวะโลกร้อนอย่างไร

ก๊าซในชั้นบรรยากาศที่ดูดซับรังสีเรียกว่า "ก๊าซเรือนกระจก" (บางครั้งเรียกสั้น ๆ ว่า GHG) เพราะส่วนใหญ่รับผิดชอบต่อผลกระทบของภาวะเรือนกระจก ในทางกลับกันภาวะเรือนกระจกเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อน ก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญที่สุดคือไอน้ำ (H2O), คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2), มีเทน (CH4) และไนตรัสออกไซด์ (N2O) ตามรายงานของสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม (EPA) "ในขณะที่ออกซิเจน (O2) เป็นก๊าซที่มีมากเป็นอันดับสองในชั้นบรรยากาศของเรา O2 ไม่ดูดซับรังสีอินฟราเรดความร้อน" Michael Daley รองศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมที่ Lasell College ในแมสซาชูเซตส์กล่าว

ในขณะที่บางคนอ้างว่าภาวะโลกร้อนเป็นกระบวนการทางธรรมชาติและมีก๊าซเรือนกระจกอยู่เสมอจำนวนของก๊าซในชั้นบรรยากาศพุ่งสูงขึ้นในประวัติศาสตร์เมื่อไม่นานมานี้ ก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศมีความผันผวนระหว่างประมาณ 180 ส่วนต่อล้าน (ppm) ในช่วงยุคน้ำแข็งและ 280 ppm ในช่วงที่อากาศอบอุ่น นับตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรมปริมาณ CO2 ได้เพิ่มขึ้นเร็วกว่าการเพิ่มขึ้น 100 เท่าเมื่อยุคน้ำแข็งสุดท้ายสิ้นสุดลงตามรายงานของ National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)

ก๊าซฟลูออรีน - นั่นคือก๊าซที่เติมธาตุฟลูออรีน - รวมถึง hydrofluorocarbons, perfluorocarbons และ sulfur hexafluoride ถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการอุตสาหกรรมและยังถือว่าเป็นก๊าซเรือนกระจก แม้ว่าพวกมันจะมีความเข้มข้นน้อยมาก แต่มันก็กักความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพทำให้พวกมันเป็นก๊าซที่มีศักยภาพในการทำให้โลกร้อนขึ้น (GWP)

Chlorofluorocarbons (CFCs) ซึ่งครั้งหนึ่งเคยถูกใช้เป็นสารทำความเย็นและตัวขับเคลื่อนสเปรย์จนกว่าพวกเขาจะค่อย ๆ ออกไปตามข้อตกลงระหว่างประเทศ

มีสามปัจจัยที่มีผลต่อระดับที่ก๊าซเรือนกระจกใด ๆ จะมีผลต่อภาวะโลกร้อนดังนี้:

• มันมีมากมายในบรรยากาศ
• นานแค่ไหนที่อยู่ในบรรยากาศ
• ศักยภาพระดับโลกร้อน

คาร์บอนไดออกไซด์มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อภาวะโลกร้อนส่วนหนึ่งเป็นเพราะความอุดมสมบูรณ์ในชั้นบรรยากาศ จากข้อมูลของ EPA ในปี 2559 การปล่อยก๊าซเรือนกระจกในสหรัฐอเมริกามีปริมาณเทียบเท่ากับคาร์บอนไดออกไซด์ 6,511 ล้านตัน (7,177 ล้านตัน) เทียบเท่ากับคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเท่ากับ 81% ของก๊าซเรือนกระจกที่มนุษย์สร้างขึ้น - ลดลง 2.5% จากปีก่อน นอกจากนี้ CO2 ยังคงอยู่ในบรรยากาศมาหลายพันปี

อย่างไรก็ตามมีเธนมีประสิทธิภาพมากกว่าการดูดซับรังสีมากกว่า CO2 ถึง 21 เท่าทำให้ได้คะแนน GWP ที่สูงกว่าแม้ว่าจะอยู่ในชั้นบรรยากาศเพียงประมาณ 10 ปีตาม EPA

แหล่งที่มาของก๊าซเรือนกระจก

ก๊าซเรือนกระจกบางชนิดเช่นมีเธนผลิตขึ้นจากการทำเกษตรกรรมรวมถึงมูลสัตว์ อื่น ๆ เช่น CO2 ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากกระบวนการทางธรรมชาติเช่นการหายใจและจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นถ่านหินน้ำมันและก๊าซ

สาเหตุที่สองของการปล่อย CO2 คือการตัดไม้ทำลายป่าตามการวิจัยที่เผยแพร่โดยมหาวิทยาลัย Duke เมื่อต้นไม้ถูกฆ่าเพื่อผลิตสินค้าหรือความร้อนต้นไม้จะปล่อยคาร์บอนซึ่งปกติจะเก็บไว้เพื่อสังเคราะห์แสง กระบวนการนี้ปล่อยคาร์บอนเกือบหนึ่งพันล้านตันสู่ชั้นบรรยากาศต่อปีตามการประเมินทรัพยากรป่าไม้โลกปี 2010

การป่าไม้และการใช้ที่ดินอื่น ๆ สามารถชดเชยการปล่อยก๊าซเรือนกระจกบางส่วนได้จากข้อมูลของ EPA

“ การปลูกแทนที่ช่วยลดการสะสมของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศขณะที่ต้นไม้ที่ปลูกสร้างคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง” Daley กล่าวกับ Live Science “ อย่างไรก็ตามป่าไม้ไม่สามารถแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เราปล่อยออกมาสู่บรรยากาศผ่านการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลและการลดการปล่อยเชื้อเพลิงฟอสซิลยังคงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการสะสมในบรรยากาศ”

ทั่วโลกผลผลิตของก๊าซเรือนกระจกเป็นแหล่งที่มาของความกังวลอย่างยิ่ง จากช่วงเวลาที่การปฏิวัติอุตสาหกรรมเริ่มถึงปี 2009 ระดับ CO2 ของบรรยากาศเพิ่มขึ้นเกือบ 38 เปอร์เซ็นต์และระดับมีเธนเพิ่มขึ้นถึง 148% ตามที่องค์การนาซ่าระบุและการเพิ่มขึ้นนั้นส่วนใหญ่เกิดขึ้นในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา เนื่องจากภาวะโลกร้อนปี 2559 เป็นปีที่อบอุ่นที่สุดในประวัติศาสตร์และในปี 2018 เป็นปีที่ร้อนที่สุดเป็นอันดับที่สี่ในรอบปีที่ร้อนที่สุดในรอบ 20 ปีมาแล้วตั้งแต่ปี 1998 ตามรายงานขององค์การอุตุนิยมวิทยาโลก

Josef Werne ศาสตราจารย์ภาควิชาธรณีวิทยาและวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์จากมหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์กกล่าวว่า“ ภาวะโลกร้อนที่เราสังเกตเห็นนั้นส่งผลกระทบต่อการไหลเวียนของบรรยากาศ "สิ่งนี้จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงด้านสิ่งแวดล้อมครั้งใหญ่และความท้าทายสำหรับผู้คนทั่วโลก"

อนาคตของโลกของเรา

หากแนวโน้มในปัจจุบันยังคงดำเนินต่อไปนักวิทยาศาสตร์เจ้าหน้าที่ของรัฐและประชาชนจำนวนมากขึ้นกลัวว่าผลกระทบที่เลวร้ายที่สุดของภาวะโลกร้อน - อากาศที่รุนแรงระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้นการสูญพันธุ์ของพืชและสัตว์การเป็นกรดของมหาสมุทรการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในสภาพอากาศ แน่นอน

เพื่อตอบปัญหาที่เกิดจากภาวะโลกร้อนจากก๊าซเรือนกระจกรัฐบาลสหรัฐได้จัดทำแผนปฏิบัติการด้านสภาพอากาศในปี 2556 และในเดือนเมษายน 2559 ผู้แทนจาก 73 ประเทศได้ลงนามในข้อตกลงปารีสซึ่งเป็นสนธิสัญญาระหว่างประเทศเพื่อต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ อนาคตคาร์บอนต่ำตามกรอบอนุสัญญาสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (UNFCCC) สหรัฐอเมริกาได้รวมอยู่ในกลุ่มประเทศที่เห็นด้วยกับข้อตกลงในปี 2559 แต่เริ่มดำเนินการถอนตัวจากข้อตกลงปารีสในเดือนมิถุนายน 2560

จากข้อมูลของ EPA การปล่อยก๊าซเรือนกระจกลดลง 12% ในปี 2559 กว่าในปี 2548 ส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลที่ลดลงอย่างมากจากการเปลี่ยนมาใช้ก๊าซธรรมชาติจากถ่านหิน ฤดูหนาวที่อากาศอบอุ่นในช่วงหลายปีที่ผ่านมานั้นก็ลดความต้องการบ้านและธุรกิจจำนวนมากที่ต้องเผชิญกับความร้อน

นักวิจัยทั่วโลกยังคงทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อหาวิธีลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและลดผลกระทบ นักวิทยาศาสตร์แก้ปัญหาหนึ่งกำลังตรวจสอบคือการดูดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากชั้นบรรยากาศและฝังไว้ใต้ดินอย่างไม่มีกำหนด Dina Leech รองศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาและวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมที่ Longwood University ในเวอร์จิเนียกล่าว

“ สิ่งที่เราสามารถทำได้คือลดปริมาณคาร์บอนที่เราใส่ลงไปและลดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ” Leech กล่าว "อย่างไรก็ตามหน้าต่างการทำงานกำลังปิดอย่างรวดเร็ว"

แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม:

• EPA - การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ: ข้อมูลพื้นฐาน
• นาซ่า: การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลก
• National Geographic - Climate Milestone: ระดับ CO2 ของโลกผ่าน 400 ppm

บทความนี้ได้รับการปรับปรุงเมื่อวันที่ 3 มกราคม 2019 โดยผู้ให้การสนับสนุน Live Science Rachel Ross