บัญชา ธนบุญสมบัติ
www.facebook.com/buncha2509
ค้นหาความเหมือนในความต่าง ค้นหาความต่างในความเหมือน
พบกับความจริงและความงดงามที่แฝงในคู่ขนานของสรรพสิ่ง

เมฆคอนเทรล(Contrail)(tamunews.tamu.edu/2010/11/03/contrails)

ช่วงเดือนมิถุนายน ๒๕๕๕ มีข่าวใหญ่ในสังคมไทยเกี่ยวกับโครงการของนาซาที่ว่า นาซาจะขอใช้สนามบินอู่ตะเภาเพื่อเป็นฐานปฏิบัติการสำรวจสภาพอากาศและเมฆ แต่โครงการนี้ถูกผูกโยงเข้ากับการเมืองและความมั่นคงจนชุลมุนก็เลยมีอันล้มพับไป  หลายคนจึงหยิกแกมหยอกว่า นาซา (ส่งยาน) ไปลงดาวอังคาร…ง่ายกว่ามาลงเมืองไทยไปนั่น ! 😉

ชื่อเต็มๆ ของโครงการนี้คือ “Southeast Asia Composition, Cloud, Climate Coupling Regional Study” (ชื่อย่อคือ SEAC4RS) ซึ่งพอจะถอดความได้ว่า “การศึกษาความเชื่อมโยงระหว่างองค์ประกอบ (ของอากาศ) เมฆและภูมิอากาศในระดับภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้” แต่สื่อมวลชนไทยกลับเรียกเพี้ยนไปไม่น้อยว่า “โครงการศึกษาการก่อตัวของเมฆที่มีผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้” (ตัวอย่างหน้าหนึ่ง คมชัดลึก ฉบับวันพฤหัสบดีที่ ๒๑ มิถุนายน พ.ศ. ๒๕๕๕)

อาจเป็นเพราะชื่อแนวนี้นี่เอง (“…ศึกษาการก่อตัวของเมฆ…”) ที่ทำให้คนที่ต่อต้านนำไปล้อเลียน เช่น พูดว่านาซาจะมาดูเมฆที่เมืองไทย ทำไมจึงมาดูแค่ ๒-๓ เดือน หรือไม่ก็รอดูปีหน้าก็ได้ เมฆก็ยังมี…อะไรทำนองนี้ ฯลฯ

เนื่องจากข่าวนี้ซาไปแล้ว ผมจึงคิดว่าเป็นโอกาสดีที่จะนำเรื่องนี้มาทำความเข้าใจกัน เพราะตอนเป็นข่าวดัง ผมไปออกทีวีสั้นๆ อธิบายเรื่องนี้ แต่ไม่รู้ว่ามีใครฟังหรือเปล่า (เพราะเสียงชิงชังแนวการเมืองมักจะดังข่มเสียงอันไพเราะแนววิทยาศาสตร์อยู่เสมอ…อิอิ) แต่เอาเถอะ เรื่องนี้ยังไม่สายเสียทีเดียว จึงขอชวนมาดูแนวคิดพื้นฐานกัน  เริ่มจากภาพเปรียบเทียบหยดน้ำในเมฆนี้ครับ

สมมุติว่ามีเมฆ ๒ ก้อน รูปร่างคล้ายคลึงกัน อยู่สูงจากพื้นเท่ากัน และมีปริมาณน้ำเท่ากัน แต่เมฆก้อนซ้ายมีหยดน้ำขนาดใหญ่กว่าเมฆก้อนขวา หากแสง (และรังสีต่างๆ) จากดวงอาทิตย์ตกกระทบเมฆทั้งสองเท่าๆ กัน ผลจะเป็นอย่างไร ?

คำตอบก็คือ เมฆที่มีหยดน้ำขนาดใหญ่ (ก้อนซ้าย) จะสะท้อนแสงออกไปได้น้อยกว่า และปล่อยให้แสงผ่านลงไปสู่พื้นมากกว่า  ส่วนเมฆที่มีหยดน้ำขนาดเล็ก (ก้อนขวา) จะสะท้อนแสงได้มากกว่า โดยอาจสะท้อนได้มากถึง ๙๐ % ของแสงที่ตกกระทบทีเดียว ที่ว่ามานี้คือมองเน้นที่บริเวณยอดเมฆว่าสะท้อนแสงดีแค่ไหน

แต่ในขณะเดียวกัน หากเรามองจากพื้น แสงและรังสีต่างๆ ที่ปลดปล่อยออกไปจากพื้น โดยเฉพาะรังสีอินฟราเรด ก็จะถูกเมฆกีดขวางและเก็บกักเอาไว้ในบรรยากาศด้วย นั่นคือ เมฆทำหน้าที่คล้ายก๊าซเรือนกระจกในแง่นี้

จากการศึกษาพบว่าเมฆแต่ละสกุลจะมีพฤติกรรมการสะท้อน-พฤติกรรมเรือนกระจกเฉพาะตัว เช่น

  • เมฆสเตรโตคิวมูลัส (Stratocumulus) ซึ่งเป็นเมฆก้อนที่แผ่ตัวออกไปในแนวระดับและอยู่ระดับต่ำ (ประมาณ ๒ กิโลเมตรจากพื้น) จะสะท้อนแสงและรังสีได้ดีมาก แต่ไม่ค่อยมีผลกระทบด้านเรือนกระจก  ผลก็คือเมฆสกุลนี้มีแนวโน้มทำให้โลกเย็นลง
  • เมฆซีร์รัส (Cirrus) ซึ่งเป็นเมฆน้ำแข็งอยู่ระดับสูง (แถวๆ เขตร้อน เช่นบ้านเราอยู่สูงกว่า ๖ กิโลเมตร) จะสะท้อนแสงไม่ดีนัก (เพราะมักจะบาง) แต่ผลกระทบด้านเรือนกระจกมีมาก คือเก็บกักรังสีความร้อนได้ดี  ผลก็คือเมฆสกุลนี้มีแนวโน้มทำให้โลกอุ่นขึ้น
  • เมฆฝนฟ้าคะนอง หรือคิวมูโลนิมบัส (Cumulonimbus) ซึ่งมีลักษณะหนาทึบ (หนากว่า ๑๐ กิโลเมตร) จะสะท้อนแสงได้ดี แต่ในขณะเดียวกันผลกระทบด้านเรือนกระจกก็มากด้วย คือเก็บกักรังสีความร้อนได้ดี ทำให้ผลกระทบสองอย่างหักล้างกันเกือบหมดโดยประมาณ

ภาพเปรียบเทียบผลของขนาดหยดน้ำในเมฆต่อการสะท้อนรังสีจากดวงอาทิตย์

ภาพเปรียบเทียบการเติบโตของหยดน้ำในบริเวณที่อากาศสะอาด (ซ้าย) กับอากาศมีละอองลอยปริมาณมาก (ขวา)

ตัวอย่างเล็กน้อยที่เล่ามานี้คงจะทำให้เห็นความเชื่อมโยงระหว่างเมฆกับประเด็นโลกร้อน (การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ) บ้างแล้ว และนี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงควรศึกษาเมฆในเชิงลึกมากขึ้น

มีกรณีเล็กๆ ที่น่าสนใจกรณีหนึ่งคือ เมฆคอนเทรล (Contrail) ที่เราเห็นบนท้องฟ้าลักษณะเป็นเส้นๆ ออกจากเครื่องบินไอพ่นนั้น แท้จริงแล้วมีองค์ประกอบเป็นผลึกน้ำแข็งเหมือนเมฆซีร์รัส (ซึ่งทำให้โลกอุ่นขึ้น)  ดังนั้นจึงมีงานวิจัยศึกษาผลกระทบของเมฆคอนเทรลต่อภูมิอากาศเป็นเรื่องเป็นราว (หากสนใจลองเสิร์ช Google คำว่า contrail + climate)

ย้อนกลับไปเรื่องขนาดหยดน้ำ อาจมีคำถามว่าแล้วอะไรล่ะที่ทำให้เม็ดน้ำมีขนาดใหญ่ (หรือเล็ก)  คำตอบง่ายๆ ก็คือ แล้วแต่ว่าอากาศสะอาดแค่ไหน

ถ้าอากาศสะอาด โอกาสเกิดหยดน้ำ (หรือผลึกน้ำแข็ง) ก็ต่ำ ทำให้มีจำนวนหยดน้ำน้อย ผลก็คือหยดน้ำอาจเติบโตได้มาก

แต่ถ้าอากาศไม่สะอาด คือมีอนุภาคของแข็งเม็ดเล็กๆ หรือหยดของเหลวเล็กๆ ปะปนอยู่ในปริมาณมาก ก็จะทำให้เกิดหยดน้ำจำนวนมาก เนื่องจากอนุภาคเหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นแกนกลั่นตัวของเมฆ (cloud condensation nuclei: CCN) เทียบเล่นๆ ได้ว่าเป็นแกนนำก่อม็อบ (หยดน้ำ) นั่นเอง  อย่างไรก็ดี เนื่องจากหยดน้ำที่เกิดขึ้นจะมีโอกาสเติบโตไม่มากนัก เพราะทุกหยดต่างก็แย่งชิงไอน้ำในอากาศมาทำให้ตนเองเติบโตขึ้น ผลก็คือในบริเวณที่อากาศไม่สะอาด หยดน้ำในเมฆมักจะมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับหยดน้ำในเมฆบริเวณที่อากาศสะอาดกว่า

อนุภาคเม็ดเล็กๆ (ทั้งของแข็งและของเหลว) เรียกว่า ละอองลอยในบรรยากาศ (Atmospheric Aerosols) หรือมักเรียกว่า ละอองลอย (aerosol)  เอกสาร IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change 2007 หัวข้อ 7.5 Aerosol Particles and the Climate System ให้ตัวอย่างละอองลอยไว้ เช่น ฝุ่น (dust)  เกลือทะเล (sea salt) คาร์บอนอินทรีย์ในธรรมชาติ (natural organic carbon)  ละอองลอยจากไดเมทิลซัลไฟด์ (Aerosols from Diemythyl Sulphide) และละอองลอยจากสารประกอบไอโอดีน (Aerosols from Iodine Compound)

ผลกระทบอีกแง่มุมหนึ่งที่น่ารู้ไว้ก็คือ ในบริเวณที่อากาศสะอาด หยดน้ำหรือผลึกน้ำแข็งในเมฆจะเติบโตไปได้เรื่อยๆ จนกระแสลมพยุงเอาไว้ไม่อยู่ ตกเป็นฝน (หรือหิมะในเขตหนาว) แต่ในบริเวณที่อากาศเต็มไปด้วยละอองลอย ปริมาณฝนอาจเปลี่ยนแปลงไป เช่นลดลง เนื่องจากหยดน้ำในเมฆไม่ค่อยเติบโต (ดูภาพเปรียบเทียบการเติบโตของหยดน้ำ)  ปรากฏการณ์นี้เกิดในอินเดียทางตอนเหนือในช่วง ๕๐ ปีที่ผ่านมา

จะเห็นว่าละอองลอยมีผลต่อการก่อตัวของเมฆและการเกิดฝน (หรือหิมะ) ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อภูมิอากาศอีกทอดหนึ่ง ลักษณะเช่นนี้เรียกว่า ผลกระทบทางอ้อมของละอองลอยที่มีผลต่อภูมิอากาศ (indirect aerosol effect)

อย่างไรก็ดี ละอองลอยยังอาจมีผลกระทบต่อภูมิอากาศในลักษณะอื่นๆ ได้อีก เช่น ผลกระทบทางตรง (direct aerosol effect) โดยตัวละอองลอยเองจะดูดกลืนและกระเจิงรังสีจากดวงอาทิตย์โดยตรง และผลกระทบกึ่งทางตรง (semi-indirect aerosol effect) โดยละอองลอยที่ดูดกลืนรังสีเอาไว้จะปลดปล่อยพลังงานออกมาทำให้อากาศโดยรอบร้อนขึ้นซึ่งจะยับยั้งการกลั่นตัวของหยดน้ำ เป็นต้น

ความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างละอองลอย เมฆ และภูมิอากาศที่ถูกต้อง ย่อมจะช่วยให้เราสามารถวางแผน ปรับตัว และรับมือกับการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศที่กำลังเกิดขึ้นได้อย่างเหมาะสม

เรื่อง “ดูเมฆก่อตัว” ที่ฟังดูเหมือนเป็นเรื่องสนุกของเด็กๆ จึงมีแง่มุมที่ไม่ควรมองข้ามด้วยประการฉะนี้ !

ประตู ทะลุมิติ

ขอแนะนำเรื่อง