ชั้นโอโซนถูกคุกคาม

ชั้นโอโซนถูกคุกคาม

ไม่มีใครนึกฝันว่ากิจกรรมมนุษย์จะนำมาซึ่งการคุกคามชั้นโอโซน จนกระทั่งทศวรรษที่ 1970 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชี้ว่าที่มาของปัญหามี 2 สาเหตุ คือไอเสียเครื่องบินความเร็วเหนือเสียง (Supersonic Transport; SST) ที่บินในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ตอนล่าง และสารเคมีที่ใช้ในเครื่องทำความเย็น และละอองของสเปรย์ต่างๆ

โดยในปี ค.ศ. 1971 นาย H.S. Johnston มหาวิทยาลัยเบิร์กเลย์แห่งแคลิฟอเนียร์ชี้ว่าเครื่องบิน SST ต่างๆ จะปล่อยไนตริกออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ตอนล่าง และเป็นไปได้ในการไปกระตุ้นการสลายโอโซนในธรรมชาติ 3 ปีต่อมา F.S. Rowland และ Mario J. Molina ได้ชี้ให้เห็นว่าการใช้ก๊าซเฉื่อยอย่างคลอโร ฟลูออโรคาร์บอนซึ่งได้เคลื่อนย้ายไปสู่บรรยากาศ โดยการเคลื่อนที่แบบยกตัวของบรรยากาศ สามารถดูดกลืน โฟตอนพลังงานสูงจากแสงอาทิตย์และปล่อยอะตอมคลอรีนอิสระออกมา และอะตอมคลอรีนนี้สามารถไปสลายโมเลกุลโอโซน ได้โดยปฏิกิริยาคะตาไลติก ต่อมาทั้งคู่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี ค.ศ.1995

เราทราบว่าโบรมีนในสารจำพวกฮาลอนที่ใช้ในอุปกรณ์ดับเพลิง ก็ถูกปล่อยสู่บรรยากาศสตราโตสเฟียร์ และมีผลทำลายโอโซนได้มากกว่า ทั้งคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs) และฮาลอนสามารถอยู่ในบรรยากาศได้นานมากกว่าร้อยปี ฮาโลคาร์บอน (ประกอบด้วยอะตอม คลอรีน (Cl) ฟลูออรีน(F) โบรมีน (Br) คาร์บอน (C) และไฮโดรเจน (H))ที่ถูกปล่อยออกมาในช่วง 6 ปีที่ผ่านมาจะมีผลทำลายโอโซนในสิบปีถัดไป คลอรีน และโบรมีนที่เคลื่อนที่ขึ้นไปนับเป็นปริมาณหลายพันตัน นั้นถือว่ามากกว่าคลอรีนที่ปล่อยจากมหาสมุทรในรูปเมธิลคลอไรด์ และโบรไมด์โดยธรรมชาติหลายเท่า

ปี ค.ศ.1975 องค์การอุตุนิยมวิทยาโลกมีการประชุมผู้เชี่ยวชาญ และออกแถลงการณ์เรื่อง "การเปลี่ยนแปลงชั้นโอโซนเนื่องจากกิจกรรมของมนุษย์ และผลกระทบทางภูมิฟิสิกส์" (Modification of the ozone layer due to human activities and some possible geophysical consequences) ซึ่งเน้นผลกระทบจากการคมนาคมโดยอากาศยานความเร็วเหนือเสียง และ CFCs นับเป็นสัญญาณเตือนภัยและข้อเสนอแนะ ต่อการดำเนินการเพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น ถึงอันตรายของโอโซนที่ลดลงกระทันหันต่อนานาประเทศ ปีต่อมาองค์การอุตุนิยมวิทยาโลกตั้งโครงการวิจัย และติดตามโอโซนทั่วโลกเพื่อให้คำปรึกษาต่อสมาชิกสหประชาชาติ และองค์การระหว่างประเทศอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่น

- การขยายผลไปถึงมลพิษอื่นๆ ที่ทำลายโอโซนในสตราโตสเฟียร์
- ผลกระทบต่อแนวโน้มของภูมิอากาศและรังสีอัลตราไวโอเลตที่ผิวพื้น
- การชี้ให้เห็นความจำเป็นในการตรวจติดตามโอโซนในระยะยาว

จากการวิจัยโดยนักวิทยาศาสตร์หลายร้อยคนซึ่งได้รับการสนับสนุนจากหน่วยงานรัฐบาลทั่วโลก ได้เพิ่มความรู้ความเข้าใจเรื่องการถูกคุกคามจากชั้นโอโซน และองค์การสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติ ร่วมกับองค์การอุตุนิยมวิทยาโลกได้ออกรายงานทางวิทยาศาสตร์ 38 ฉบับ ประกอบด้วยการประเมินโอโซน 6 ฉบับซึ่งได้เป็นพื้นฐานการเตรียมสนธิสัญญาโอโซนระหว่างประเทศ และการแก้ไขพิธีสารมอนทรีออล ในเวลาต่อๆ มา

การประชุมสุดยอดวิชาการของประชาคมด้านโอโซน ในเมือง Halkidiki ปี ค.ศ. 1984 โดย S. Chubachi จากหน่วยงานอุตุนิยมวิทยาแห่งญี่ปุ่นได้รายงานว่า มีการตรวจวัดโอโซนได้ค่าต่ำสุดประมาณ 200 มิลลิ บรรยากาศ เซนติเมตร ณ สถานีไซโยวา (Syowa) เป็นเวลาหลายวันในช่วงฤดูหนาวในทวีปแอนตาร์กติกในปี ค.ศ. 1982 ความชัดเจนจากข้อมูลดังกล่าวได้เพิ่มขึ้นเมื่อมีการตีพิมพ์ข้อมูล จากสถานีสำรวจแอนตาร์กติกของอังกฤษ ณ สถานีฮัลเลย์ (Halley) แสดงการลดลงของโอโซนในปี 1985 แสดงให้เห็นถึงช่องว่างของชั้นโอโซน เกิดขึ้นทุกๆ ฤดูใบไม้ผลินับจากปี 1980 เป็นต้นมา นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่คิดว่านี่เป็นสัญญาณว่าฮาโลคาร์บอน ได้เริ่มกัดเซาะชั้นโอโซนเข้าแล้ว เมื่อมีการตรวจพบรีแอคทีฟคลอรีน เช่น คลอรีนโมโนออกไซด์ (ClO) ดังรูปที่ 5 แสดงให้เห็นว่า สารสังเคราะห์อย่าง CFC กำลังทำลาย และเปลี่ยนสมดุลโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์เหนือทวีปแอนตาร์กติก

ฮาโลคาร์บอน เป็นก๊าซสังเคราะห์ที่ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนและพวกฮาโลเจน (เช่น ฟลูออรีน คลอรีน และโบรมีน) ฮาโลคาร์บอนประกอบด้วย คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC) และฮาลอน เริ่มมีการสังเคราะห์ครั้งแรกในปี ค.ศ.1928นับจากนั้นมามีการใช้แพร่หลาย เช่นใช้เป็นสารผลักดันในกระป๋องสเปรย์ โฟม เครื่องทำความเย็น เครื่องปรับอากาศและเป็นสารชะล้างในอุตสาหกรรมอิเลคทรอนิกส์ ด้วยสัดส่วนดังรูปที่ 4

ฮาโลคาร์บอนในชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์จะเป็นก๊าซเฉื่อย ไม่มีพิษ ไม่ติดไฟ ไม่มีกลิ่น ไม่มีสี อย่างไรก็ตาม เมื่อไปถึงชั้นบรรยากาศ โดยเฉพาะที่ความสูงช่วงโอโซนหนาแน่นคือ 19-23กิโลเมตรเมื่อได้รับพลังงานสูง จากโฟตอนของรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ ทำให้สารประกอบแตกตัวให้คลอรีน หรือโบรมีนอะตอมอิสระ อะตอมเหล่านี้จะทำปฏิกิริยาคะตาไลซิส กับอะตอมออกซิเจนจากโมเลกุลโอโซน ดังนี้จะเปลี่ยนโมเลกุลโอโซน เป็นโมเลกุลออกซิเจน ดังรูปที่ 6-7 นอกจากนี้ยังสีช่วงชีวิตยืนยาว เช่น

• CFC-11 จะอยู่ในบรรยากาศถึง 50 ปี
• CFC-12 จะอยู่ในบรรยากาศถึง 102 ปี
• CFC-115 อยู่ในบรรยากาศถึง 1,700 ปี
• Halon 1301 อยู่ในบรรยากาศถึง 65 ปี ใช้ในอุปกรณ์ดับเพลิง
• คาร์บอนเตตระคลอไรด์ (CCl4) อยู่ในบรรยากาศถึง 42 ปี ใช้เป็นสารชะล้าง
• เมธิลคลอโรฟอร์ม (CH3CCl3 or 1,1,1,-trichloroethane)อยู่ในบรรยากาศถึง 5.4 ปี
• ไฮโดรโบรโมฟลูออโรคาร์บอน (HBFCs) ใช้ไม่ค่อยกว้างขวางนักแต่รวมในพิธีสารเพื่อป้องกันการนำมาใช้
• ไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (HCFCs) พัฒนาขึ้นมาเพื่อทดแทน CFC มีผลทำลายน้อยกว่า CFCs แต่สามารถทำลายโอโซนได้เช่นกัน อยู่ในบรรยากาศ ได้ 19.5 ปี
• เมธิลโบรไมด์ (CH3Br) ใช้ในการบำบัดโรคระบาดในปศุสัตว์ การรมผลผลิตทางการเกษตรเพื่อทำลายศัตรูพืชก่อนการส่งออก สามารถอยู่ในบรรยากาศถึง 0.7 ปี