การลดลงของโอโซน (Ozone Depletion)

          โอโซน (O₃) เป็นก๊าซซึ่งประกอบด้วยธาตุออกซิเจนจำนวน 3 โมเลกุล มีอยู่เพียง 0.0008% ในบรรยากาศ แต่มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็นเกาะป้องกันรังสีอุลตราไวโอเล็ต (UV) ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก โอโซนไม่ใช่ก๊าซที่มีเสถียรภาพสูง มันมีอายุอยู่ในอากาศได้เพียง 20 - 30 สัปดาห์แล้วสลายตัว โอโซนเกิดจากก๊าซออกซิเจน (O₂) ดูดกลืนรังสีอุลตราไวโอเล็ตแล้วแตกตัวเป็นออกซิเจนอะตอมเดี่ยว (O) จากนั้นออกซิเจนอะตอมเดี่ยวรวมตัวกับก๊าซออกซิเจนและโมเลกุลชนิดอื่น (M) ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกลาง แล้วให้ผลผลิตเป็นก๊าซโอโซนออกมา ตามตารางที่ 1

          ก๊าซโอโซนมีความสามารถดูดกลืนรังสีอุลตราไวโอเล็ต แต่จะสลายตัวเมื่อกระทบกับแสงแดด (visible light) เกิดเป็นก๊าซออกซิเจนและออกซิเจนอะตอมเดี่ยว และเมื่อออกซิเจนเดี่ยวรวมตัวกับก๊าซโอโซนอีกครั้ง จะให้ผลผลิตเป็นก๊าซออกซิเจนออกมา ตามตารางที่ 2

          เมื่อเปรียบเทียบตารางที่ 1 และ 2 จะพบว่าก๊าซโอโซนสลายตัวได้รวดเร็วกว่าก๊าซออกซิเจน และการสร้างก๊าซโอโซนให้เกิดขึ้นนั้นจำเป็นต้องอาศัยโมเลกุลของธาตุชนิดอื่นด้วย ดังนั้นปริมาณของก๊าซโอโซนในอากาศจึงขึ้นอยู่กับอัตราการผลิตซึ่งมากกว่าอัตราการเสื่อมสลาย

บทบาทของก๊าซโอโซน
          ก๊าซโอโซนมีสองบทบาทคือ เป็นทั้งพระเอกและผู้ร้ายในตัวเดียวกันขึ้นอยู่ว่าวางตัวอยู่ที่ใด โอโซนเป็นก๊าซพิษที่เป็นอันตรายต่อร่างกาย และมีคุณสมบัติเป็นก๊าซเรือนกระจกดูดกลืนรังสีอินฟราเรดทำให้บรรยากาศมีอุณหภูมิสูง และดูดกลืนรังสีอุลตราไวโอเล็ตซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต เราแบ่งก๊าซโอโซนเป็น 2 บทบาท คือ

           โอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์ (Troposphere Ozone) เกิดจากการเผาไหม้มวลชีวภาพ ส่วนใหญ่เกิดขึ้นจากเครื่องยนต์ เครื่องจักร และโรงงานอุตสาหกรรม ซึ่งปะปนอยู่ในหมอกควัน เมื่อโอโซนอยู่ในบรรยากาศชั้นล่างหรือเหนือพื้นผิว มันจะให้โทษมากกว่าให้คุณ เนื่องจากเป็นพิษต่อร่างกาย ดังนั้นคำพูดที่ว่า “ออกไปสูดโอโซนให้สบายปอด” จึงเป็นความเข้าใจผิด
           โอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์ (Stratosphere Ozone) ในธรรมชาติโอโซนที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวมีเพียง 10% โอโซนส่วนใหญ่ในชั้นสตราโตสเฟียร์รวมตัวเป็นชั้นบางๆ ที่ระยะสูงประมาณ 20 – 30 กิโลเมตร ทำหน้าที่กรองรังสีอุลตราไวโอเล็ตจากดวงอาทิตย์ออกไป 99% ก่อนถึงพื้นโลก หากร่างกายมนุษย์ได้รับรังสีนี้มากเกินไป จะทำให้เกิดมะเร็งผิวหนัง ส่วนจุลินทรีย์ขนาดเล็ก เช่น แบคทีเรีย จะถูกฆ่าตาย

สารประกอบคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC)
          สารประกอบคลอโรฟลูออโรคาร์บอนเรียกสั้นๆ ว่า “สาร CFC” หรืออีกชื่อหนึ่ง “ฟรีออน” (Freon) เป็นสิ่งประดิษฐ์ของมนุษย์ มิได้เกิดเองตามธรรมชาติ หากแต่มีแหล่งกำเนิดจากโรงงานอุตสาหกรรม และอุปกรณ์เครื่องใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ และสเปรย์ สาร CFC มีองค์ประกอบเป็น คลอรีน ฟลูออไรด์ และโบรมีน ซึ่งมีความสามารถในการทำลายโอโซน ตามปกติสาร CFC ในบริเวณพื้นผิวโลกจะทำปฏิกิริยากับสารอื่น แต่เมื่อมันดูดกลืนรังสีอุลตราไวโอเล็ตในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ โมเลกุลจะแตกตัวให้คลอรีนอะตอมเดี่ยว และทำปฏิกิริยากับก๊าซโอโซน เกิดก๊าซคลอรีนโมโนออกไซด์ (ClO) และก๊าซออกซิเจน ดังตารางที่ 3

          ถ้าหากคลอรีนจำนวน 1 อะตอมทำลายก๊าซโอโซน 1 โมเลกุล ได้เพียงครั้งเดียวก็คงไม่เป็นปัญหา แต่ทว่าคลอรีน 1 อะตอม สามารถทำลายก๊าซโอโซน 1 โมเลกุลได้นับพันครั้ง เนื่องจากเมื่อคลอรีนโมโนออกไซด์ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนอะตอมเดี่ยว แล้วเกิดคลอรีนอะตอมเดี่ยวขึ้นอีกครั้ง ปฏิกิริยาลูกโซ่เช่นนี้จึงเป็นการทำลายโอโซนอย่างต่อเนื่อง ดังที่แสดงในภาพที่ 1

ภาพที่ 1 การทำลายโอโซนของสาร CFC

การลดลงของโอโซน
          นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจพบรูโหว่ขนาดใหญ่ของชั้นโอโซนเหนือทวีปแอนตาร์คติก บริเวณขั้วโลกใต้ เกิดขึ้นจากกระแสลมพัดคลอรีนเข้ามาสะสมในก้อนเมฆในชั้นสตราโตสเฟียร์ ในช่วงฤดูหนาวเดือนพฤษภาคม – กันยายน (ขั้วโลกเหนือไม่มีเมฆในชั้นสตราโตสเฟียร์ เนื่องจากอุณหภูมิไม่ต่ำพอที่จะทำให้เกิดการควบแน่นของไอน้ำในอากาศ) เมื่อถึงเดือนตุลาคม ซึ่งแสงอาทิตย์กระทบเข้ากับก้อนเมฆ ทำให้คลอรีนอะตอมอิสระแยกตัวออกและทำปฏิกิริยากับก๊าซโอโซน ทำให้เกิดรูโหว่ขนาดใหญ่ของชั้นโอโซน ซึ่งเรียกว่า “รูโอโซน” (Ozone hole) ดังในภาพที่ 2 แสดงถึงความหนาแน่นของชั้นโอโซน (มีหน่วยเป็นด๊อบสัน) จะเห็นว่า ชั้นโอโซนในปี พ.ศ.2541 มีความบางกว่าเมื่อปี พ.ศ.2522

ภาพที่ 2 การลดลงของโอโซน (ที่มา: NASA)

          การเกิดปรากฏการณ์รูโอโซนเป็นอันตรายมากต่อสิ่งมีชีวิตที่อยู่เบื้องล่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเกิดขึ้นเหนือเมืองใหญ่ที่มีประชากรอาศัยอยู่หนาแน่น นานาชาติจึงทำความร่วมมือภายใต้ “ข้อตกลงมอลทรีออล” (Montreal Protocol) ณ เมืองมอนทรีออล ประเทศแคนาดา ในปลายศตวรรษที่แล้ว ในการยกเลิกการใช้สาร CFC ในอุตสาหกรรม และใช้สารชนิดอื่นที่ไม่ทำลายโอโซนแทน แต่อย่างไรก็ตามสาร CFC ก็ยังคงลอยตกค้างอยู่ในบรรยากาศ อีกหลายทศวรรษกว่าจะสลายตัวไป