ชั้นโอโซนกำลังฟื้นตัว และรูโหว่กำลังเพิ่มขึ้น เป็นไปได้อย่างไร

ในปี พ.ศ. 2565 องค์การอุตุนิยมวิทยาโลก (WMO) และโครงการสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติได้นำเสนอ

รายงานการประเมินการสูญเสียโอโซนชั้นของโลก การศึกษาดังกล่าวดำเนินการทุก ๆ สี่ปีเพื่อประเมินความสำเร็จของเป้าหมายของพิธีสารมอนทรีออลว่าด้วยสารที่ทำให้ชั้นโอโซนหมดสิ้น ผลจากการสังเกตในระยะยาวแสดงให้เห็นการฟื้นฟูชั้นป้องกันของชั้นบรรยากาศโลกอย่างค่อยเป็นค่อยไป

ในขณะเดียวกัน นักวิจัยจาก Monitoring Serviceบรรยากาศของโครงการอวกาศ Copernicus ของยุโรปรายงานว่าหลุมโอโซนเหนือแอนตาร์กติกาในปี 2565 มีขนาดใหญ่เป็นอันดับที่ 12 ในรอบ 43 ปีของการสังเกตการณ์ ในเวลาเดียวกันเป็นเวลาสามปีติดต่อกันที่หลุมโอโซนเหนือขั้วโลกใต้ของโลกปิดช้าอย่างผิดปกติ: เฉพาะในสิ้นเดือนธันวาคม

การเปลี่ยนแปลงของชั้นโอโซนในปี 2565 วิดีโอ: Copernicus Atmosphere Monitoring Service, ECMWF

ชั้นโอโซนและหลุมโอโซนคืออะไร?

โอโซนเป็นก๊าซไม่มีสีที่พบในทั้งหมดชั้นบรรยากาศ นี่คือการดัดแปลงออกซิเจนแบบ allotropic ซึ่งมีการเชื่อมต่ออะตอมสามอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีนี้ โอโซนเป็นสารออกซิไดซ์ที่ทรงพลังมาก: มีปฏิกิริยามากกว่าออกซิเจนไดอะตอมและเข้าสู่ปฏิกิริยาทางเคมีกับโลหะและอโลหะเกือบทั้งหมด สารอนินทรีย์และสารอินทรีย์จำนวนมาก

โอโซนส่วนใหญ่ในชั้นบรรยากาศโลก (ประมาณ 90%)อยู่ในชั้นสตราโตสเฟียร์ เป็นส่วนหนึ่งของเปลือกก๊าซของโลกที่เริ่มต้นที่ระดับความสูงประมาณ 10–16 กม. (ขึ้นอยู่กับละติจูด) เหนือพื้นผิวโลกและขยายไปถึงระดับความสูงประมาณ 50 กม. โอโซนในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ช่วยปกป้องสิ่งมีชีวิตบนโลกจากรังสีอัลตราไวโอเลตที่รุนแรง

การแพร่กระจายของโอโซนในชั้นบรรยากาศ"โอโซนที่มีประโยชน์" ถือเป็นสิ่งที่ก่อตัวขึ้นในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์เหนือ 15 กม. จากพื้นผิวโลก เป็นพื้นที่ที่ปกป้องสิ่งมีชีวิตจากรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตราย ความเข้มข้นของโอโซนที่เพิ่มขึ้นในโทรโพสเฟียร์ใกล้พื้นผิวโลกนั้นสัมพันธ์กับการปล่อยก๊าซจากมนุษย์และมีลักษณะที่เป็นอันตรายและเป็นพิษ รูปภาพ: Salawitch et al, WMO, 2019; บริการตรวจสอบบรรยากาศของ Copernicus

หลุมโอโซนเป็นพื้นที่ที่ปกติจะเข้ามาบริเวณขั้วโลกซึ่งมีปริมาณโอโซนทั้งหมดในคอลัมน์บรรยากาศ (คอลัมน์อากาศที่มีพื้นที่ 1 ตารางเมตร) ต่ำกว่า 220 หน่วย Dobson หนึ่งหน่วยดังกล่าวเท่ากับชั้นโอโซนขนาด 10 ไมครอนที่ความดันและอุณหภูมิมาตรฐาน

โดยปกติแล้ว เมื่อผู้คนพูดถึงหลุมโอโซนหมายถึง การที่ชั้นโอโซนบางลงเหนือทวีปแอนตาร์กติกา เนื่องจากสภาพอากาศและสารเคมีพิเศษที่ก่อตัวเหนือขั้วโลกใต้จะเพิ่มผลกระทบต่อมนุษย์ในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์

ขนาดสูงสุดของรูโอโซนเหนือทวีปแอนตาร์กติกาตั้งแต่ปี 2522 ถึง 2565 ภาพ: แคมส์

อุณหภูมิที่ต่ำของคืนขั้วโลกและความแตกต่างระหว่างขั้วโลกเย็นและเขตอบอุ่นทำให้เกิดกระแสน้ำวนขั้วโลกในสตราโตสเฟียร์ ประกอบด้วยกระแสลมแรงที่ไหลเวียนสูงในชั้นบรรยากาศเหนือทวีปแอนตาร์กติกา ปิดกั้นอากาศเย็นด้านบนและปล่อยให้สารเคมีที่ทำลายโอโซนก่อตัวขึ้น เป็นผลให้เกิดหลุมโอโซนทั่วบริเวณทุกฤดูใบไม้ผลิในซีกโลกใต้

อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่สิ่งเดียวที่รู้วัตถุที่คล้ายกัน กระบวนการที่คล้ายกัน (แม้ว่าจะสม่ำเสมอน้อยกว่าและมีเสถียรภาพน้อยกว่าเนื่องจากอยู่ใกล้กับเทือกเขาบนแผ่นดินใหญ่) กระบวนการนี้สามารถสังเกตได้ที่ขั้วโลกเหนือ และเมื่อปีที่แล้วนักวิจัยชาวแคนาดารายงานการค้นพบหลุมโอโซนขนาดใหญ่ในเขตร้อนชื้น

หลุมโอโซนเปลี่ยนไปอย่างไรในปี 2565?

เช่นเดียวกับทุกปี การมาถึงของฤดูร้อนของออสเตรเลีย (ในในซีกโลกใต้ ฤดูใบไม้ผลิจะเริ่มในเดือนกันยายนและฤดูร้อนในเดือนธันวาคม) โดยมีอุณหภูมิสตราโตสเฟียร์ค่อนข้างสูง ส่งผลให้กระแสน้ำวนขั้วโลกแตกตัว เป็นผลให้ความเข้มข้นของโอโซนที่สูงขึ้นในละติจูดกลางเคลื่อนไปทางบริเวณขั้วโลกใต้ เติมเต็มพื้นที่ที่หมดลงและปิดหลุม

การสร้างและปิดตามฤดูกาลประจำปีหลุมโอโซนเหนือทวีปแอนตาร์กติกา ข้อมูลเฉลี่ยของการสังเกตระยะยาวและค่าผิดปกติในปี 2020–2022 รูปภาพ: Copernicus Atmosphere Monitoring Service, ECMWF

แต่ในขณะที่พื้นที่โดยเฉลี่ยของหลุมโอโซนโดยปกติจะลดลงอย่างรวดเร็วในเดือนตุลาคมและเร็วยิ่งขึ้นในเดือนพฤศจิกายน ในช่วงสามปีที่ผ่านมา นักวิจัยสังเกตว่าหลุมโอโซนยังคงมีอยู่จนถึงเดือนพฤศจิกายนและจะปิดในเดือนธันวาคมเท่านั้น การสังเกตระยะยาวแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้เคยเกิดขึ้นในช่วงปลายเดือนตุลาคมหรือพฤศจิกายน และในปี 2565 หลุมโอโซนจะปิดเฉพาะในกลางเดือนธันวาคมเท่านั้น ในขณะเดียวกัน หลุมโอโซนที่ยาวที่สุดในประวัติศาสตร์ของการสังเกตการณ์ในปี 2020 นั้นกินเวลานานกว่านั้นและจะปิดในวันที่ 28 ธันวาคมเท่านั้น

การศึกษาดาวเทียมพบว่าในปี 2565ปี พื้นที่หลุมโอโซนสูงสุดเกือบ 25 ล้านกิโลเมตร² นี่เป็นผลลัพธ์ครั้งที่ 12 ในประวัติศาสตร์การสังเกตการณ์ทั้งหมดนับตั้งแต่ปี 1979 ในเวลาเดียวกัน นักวิจัยได้บันทึกแนวโน้มระยะยาวเกี่ยวกับการลดลงของพื้นที่หลุมตั้งแต่ปี 2000 มีเพียงสามปีที่ผ่านมาเท่านั้นที่ทำลายแนวโน้มนี้

บริเวณหลุมโอโซนเหนือขั้วโลกใต้จากการสังเกตการณ์ระยะยาว. ภาพ: แคมส์

การฟื้นฟูชั้นโอโซนหรือการเติบโตของหลุม?

ตามที่ระบุไว้ในการศึกษาของ UN และ WMOความเข้มข้นของสารทำลายโอโซนในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ แม้ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ แต่ก็ลดลงตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษที่ 1990 นักวิจัยกล่าวว่า นี่เป็นเพราะการยอมรับพิธีสารมอนทรีออลว่าด้วยสารที่ทำให้ชั้นโอโซนหมดไป เอกสารนี้นำมาใช้ในปี 1987 และมีผลบังคับใช้ในปี 1989 ได้กำหนดรายการมาตรการเพื่อปกป้องชั้นโอโซน ประการแรก เขาแนะนำการจำกัดการผลิตและการใช้คลอโรฟลูออโรคาร์บอนเป็นขั้นๆ

ลดปริมาณสารที่ทำลายโอโซนในโทรโพสเฟียร์ ข้อมูลเชิงสังเกตและการพยากรณ์ ภาพ: WMO, UNEP, NOAA, NASA, คณะกรรมาธิการยุโรป

อย่างไรก็ตามความจริงที่ว่านี้ยาว"ฤดูหลุมโอโซน" เกิดขึ้นซ้ำเป็นครั้งที่ 3 ติดต่อกัน บ่งชี้ว่าอาจมีปัจจัยเพิ่มเติมทำงานในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ของขั้วโลกใต้ นักวิจัยจากบริการตรวจสอบบรรยากาศของโครงการอวกาศ European Copernicus ระบุปัจจัยที่เป็นไปได้ 3 ประการ โดย 2 ประการเป็นค่าคงที่ และประการที่สามเป็นลักษณะเฉพาะสำหรับปี 2022

ประการแรก ขนาดและอายุการใช้งานหลุมโอโซนอาจขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสน้ำวนขั้วโลก พื้นที่ของความกดอากาศต่ำที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของปัจจัยทางภูมิอากาศหลายอย่างจะสะสมสารอันตรายจำนวนมากขึ้น ตัวอย่างเช่น การพัฒนาหลุมโอโซนในปี 2562 หยุดชะงักกะทันหันจากเหตุการณ์โลกร้อนในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์เหนือแอนตาร์กติกาในเดือนกันยายนที่รบกวนกระแสน้ำวนขั้วโลก

นอกจากนี้ พื้นที่ที่ทำลายชั้นบรรยากาศโอโซนยังสร้างวงจรป้อนกลับผ่านเอฟเฟกต์การแผ่รังสี ทำให้ฤดูใบไม้ผลิที่ร้อนขึ้นในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ช้าลง และทำให้หลุมโอโซนมีอายุยืนยาวขึ้น

ประการที่สองคือภาวะโลกร้อนผลการเย็นตัวในสตราโตสเฟียร์ตอนกลางและตอนบน: ปรากฏการณ์เรือนกระจกลดการแลกเปลี่ยนระหว่างชั้นต่างๆ ของบรรยากาศโลก (มวลอากาศที่อุ่นขึ้นยังคง "ล็อค" อยู่ที่ชั้นล่าง) นักวิจัยกล่าวว่าอุณหภูมิที่ลดลงของชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ส่งผลต่อการเติบโตและการเพิ่มขึ้นของ "อายุขัย" ของหลุมโอโซน

ในที่สุดในปี 2022 มีการปะทุที่รุนแรงภูเขาไฟฮังกา-ตองกา-ฮุงกา-ฮาไป การปล่อยละอองลอยและอนุภาคเถ้าถ่านจำนวนมากก่อให้เกิดการรบกวนครั้งใหญ่ที่สุดในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ในรอบหลายปี แม้ว่าผลกระทบของการปลดปล่อยต่อสถานะของชั้นโอโซนจะยังไม่ค่อยเข้าใจนัก แต่นักวิจัยเชื่อว่าสิ่งนี้อาจนำไปสู่การเพิ่มขนาดและอายุของรูโอโซน

การเปลี่ยนแปลงของพื้นที่หลุมโอโซนในการสังเกตระยะยาว วิดีโอ: บริการตรวจสอบบรรยากาศของ Copernicus

ทั้งหมดนี้บ่งชี้ว่าท้องถิ่นการเปลี่ยนแปลงปีต่อปีในทวีปแอนตาร์กติกาไม่ได้ขัดแย้งกับแนวโน้มทั่วโลกต่อการฟื้นฟูชั้นโอโซนโดยรวมในชั้นบรรยากาศของโลก อย่างไรก็ตามเนื่องจากสารเคมีที่ทำลายโอโซนมีอายุการใช้งานยาวนานจึงต้องใช้เวลาหลายทศวรรษ

UN และ WMO คาดการณ์ในรายงานของพวกเขาว่าบริเวณขั้วโลกใต้ของทวีปแอนตาร์กติกา ความเข้มข้นของโอโซนจะกลับสู่ระดับก่อนปี 1980 ภายในปี 2066 เท่านั้น ในขณะเดียวกัน การคาดการณ์สำหรับอาร์กติกก็เป็นไปในเชิงบวกมากขึ้น - ในปี 2045 และโดยเฉลี่ยแล้วสำหรับพื้นที่ส่วนใหญ่ของโลกที่อยู่ในโซนที่อยู่ระหว่าง 60 ° N และ 60° S - ประมาณปี 2040

อ่านเพิ่มเติม:

จุดดับบนดวงอาทิตย์ขนาดยักษ์กำลังหันเข้าหาโลก มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีการฟื้นฟูหัวใจหลังจากการโจมตี

TESS ค้นพบ "โลกใหม่": ดาวเคราะห์หินที่มีน้ำอยู่ในเขตเอื้ออาศัยได้