วิกฤติศตวรรษที่21

อนุช อาภาภิรม

 

วิกฤตินิเวศ

เมื่อภูมิอากาศแปรปรวน (22)

 

วงจรน้ำกับภูมิอากาศและการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ

ผิวโลกประกอบด้วยพื้นน้ำร้อยละ 71 น้ำในสถานะของเหลวนี้ เป็นสิ่งมหัศจรรย์ของโลก กระทั่งของจักรวาลนี้เพราะน้ำเป็นองค์ประกอบสำคัญของชีวิต เป็นพื้นฐานที่เอื้อต่อการอุบัติขึ้นและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

ชีวิตในโลกนี้ เกือบตลอดเวลาหลายพันล้านปีอยู่ในน้ำ เพิ่งมีสัตว์ขึ้นบนบกเมื่อราว 500 ล้านปีนี้เอง

จากนั้นมีพรรณพืชขึ้นบกเมื่อ 430 ล้านปี แสดงบทบาทในการปรุงอาหารให้แก่สัตว์ทั้งหลาย ทำให้ดินเกิดความอุดมสมบูรณ์ขึ้นเป็นอันมาก เหมาะแก่การเป็นที่อยู่อาศัย

ปลาเป็นสัตว์มีกระดูกสันหลัง ขึ้นบกเมื่อราว 400 ล้านปี วิวัฒน์สู่การเป็นสัตว์เลื้อยคลาน สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม จนกระทั่งมนุษย์เอง พืชพรรณอาศัยส่ำสัตว์ช่วยการแพร่พันธุ์ เกิดความหลากหลายทางชีวภาพบนแผ่นดินยิ่งเสียกว่าในท้องทะเลและหนองน้ำเสียอีก

มีการประมาณว่าร้อยละ 80 ของสปีชีส์อาศัยอยู่บนบก และร้อยละ 15 อยู่ในทะเล ร้อยละ 5 อยู่ในแหล่งน้ำจืด

แต่น้ำก็ยังคงเป็นองค์ประกอบสำคัญของชีวิต เซลล์ของแบคทีเรียประกอบด้วยน้ำร้อยละ 70 ที่เหลือร้อยละ 30 เป็นสารเคมีต่างๆ ร่างกายมนุษย์ประกอบด้วยน้ำร้อยละ 60 ถึง 75 ของน้ำหนักตัว ถ้าเสียน้ำไปเพียงร้อยละ 4 จะเกิดอาการขาดน้ำ

ถ้าเสียน้ำสูงร้อยละ 15 ทำให้ถึงแก่ชีวิตได้

 

การขึ้นบกของสัตว์ทั้งหลายรวมทั้งมนุษย์ ก่อปัญหาใหญ่ที่รุนแรงได้แก่ การต้องพึ่งน้ำจืดในการดื่มกิน มนุษย์ไม่สามารถดื่มน้ำทะเลได้เพราะยิ่งดื่มยิ่งกระหายน้ำ เนื่องจากต้องการน้ำจืดเพื่อขับเกลือที่อยู่ในเซลล์และเนื้อเยื่อมากไป

แต่ว่าน้ำจืดมีอยู่น้อยนิด ประมาณว่าน้ำทั้งโลกเป็นน้ำทะเลถึงราวร้อยละ 96.5 ส่วนที่เป็นน้ำจืดทั้งบนดินและใต้ดินที่มนุษย์จะนำมาใช้ได้ มีไม่ถึงร้อยละ 1

น้ำจืดจำนวนไม่น้อยอยู่ในรูปน้ำแข็งที่เขตขั้วโลกใต้และขั้วโลกเหนือ รวมทั้งในเขตเขาสูงต่างๆ น้ำจืดทั้งหมดในโลก เป็นหยาดน้ำฟ้า ตกลงมาในรูปของน้ำฝนและหิมะ เป็นต้น เป็นวงจรของน้ำ

ชีวิตของมนุษย์และสัตว์จึงขึ้นกับวงจรของน้ำ และน้ำมีการกระจายที่ไม่สม่ำเสมอ เกิดวิกฤติน้ำ (จืด) ได้ง่าย

น้ำในโลกดำรงอยู่ในสถานะของเหลวเป็นเวลาหลายพันล้านปี เป็นลักษณะเฉพาะของโลกใบนี้ ดาวเคราะห์อื่นที่คิดว่าเคยมีน้ำบนพื้นผิวอย่างเช่นดาวอังคาร ก็ไม่มีน้ำบนผิวดินอีกต่อไป

สำหรับดาวพระศุกร์ที่มีขนาดใกล้เคียงกับโลกมาก คาดว่าจะมีน้ำอุดมสมบูรณ์เช่นกันเป็นเวลานาน แต่จู่ๆ น้ำก็หายไป บรรยากาศเต็มไปด้วยก๊าซคาร์บอนได ออกไซด์ มีอุณหภูมิที่พื้นผิวสูงกว่า 470 องศาเซลเซียส จนละลายตะกั่วได้

เป็นนรกสำหรับมนุษย์

 

ลักษณะเฉพาะของโลกที่ทำให้มีน้ำเป็นของเหลวบนพื้นผิวจนถึงขณะนี้ และคาดว่าจะคงเป็นเช่นนี้ต่อไปอีกนาน เกิดจากลักษณะเฉพาะได้แก่

ก) มีวงโคจรรอบดวงอาทิตย์พอเหมาะ ไม่ใกล้ไปแบบดาวศุกร์ และไม่ไกลไปแบบดาวอังคาร เป็นที่ทำให้โลกนี้อยู่อาศัยได้

ข) มีแกนโลกเอียงมากก่อให้เกิดฤดูกาล เป็นการระบายความร้อนในโลกจากพื้นที่หนึ่งไปอีกพื้นที่หนึ่ง

ค) การมีแม่เหล็กไฟฟ้า ป้องกันลมสุริยะ ไม่ให้พัดพาบรรยากาศหลุดไปจากโลก

วงจรน้ำรวมทั้งกระแสน้ำในมหาสมุทรทำหน้าที่สำคัญ 2 ประการ ได้แก่

ก) รักษาอุณหภูมิโลกในที่ต่างๆ ให้สม่ำเสมอ รักษาเสถียรภาพของภูมิอากาศโลก

ข) การกระจายแร่ธาตุและสารอาหารออกไปในพื้นที่ต่างๆ นี้เป็นบริการที่โลกให้เปล่าแก่มนุษย์และสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย เพียงแต่ว่ามนุษย์จะต้องไม่ทำลายสมดุลของอุณหภูมิของโลกมากเกินไป

มีการศึกษาวงจรน้ำเป็นรายละเอียดรูปธรรม โดยการวิเคราะห์ข้อมูลจากภาพถ่ายทางดาวเทียม และสถานีตรวจอากาศ สรุปเป็นภาพใหญ่ได้ว่า น้ำในมหาสมุทรระเหยเป็นไอสู่บรรยากาศปีละ 430,000 ตร.ก.ม. เกือบทั้งหมดคือ 391,000 ตร.ก.ม. ตกเป็นฝนในมหาสมุทร ไอน้ำนี้ถูกพัดขึ้นฝั่งราว 38,000 ตร.ก.ม. บนบกมีการระเหยจากทะเลสาบ หนองบึง และการคายไอน้ำจากพืชพรรณรวม 71,000 ตร.ก.ม. ตกหยาดน้ำฟ้า 109,000 ตร.ก.ม. ราว 3,000 ตร.ก.ม. ไหลไปบนผิวดิน ที่เหลือซึมลงใต้ดิน ไหลลงทะเล 35,000 ตร.ก.ม.

(ดูบทความของ Lennart Bengtsson ชื่อ The global atmospheric water cycle ใน iopscience.iop.org 2010)

บทความข้างต้นชี้ว่า ไอน้ำแสดงบทบาทใจกลางของระบบภูมิอากาศโลก ในหลายประการด้วยกันคือ

ก) เมื่อน้ำระเหยเป็นไอจะดูดกลืนความร้อนแฝงจำนวนหนึ่งทำให้พื้นผิวเย็นและบรรยากาศร้อนขึ้น ประมาณว่าร้อยละ 50 ของแสงอาทิตย์ที่ดูดกลืนโดยผิวโลก ใช้ในการระเหยน้ำเป็นไอ และเมื่อลอยสูงขึ้นไปเกิดการควบแน่น คายความร้อนแฝงออก ทำให้บรรยากาศร้อนขึ้น

ข) เป็นตัวส่งผ่านพลังงานระหว่างละติจูดต่ำที่ร้อนและมีไอน้ำมาก และละติจูดสูงที่เย็นและแห้ง

ค) มีผลต่อกระแสน้ำในมหาสมุทร ในที่ที่มีการระเหยสุทธิสูงน้ำทะเลจะเค็มและจมลงสู่เบื้องล่าง ส่วนในที่มีน้ำฝนสุทธิคือมีฝนตกมากกว่าน้ำระเหย น้ำทะเลจะจืดและลอยขึ้นเบื้องบน เกิดการผสมน้ำทะเลในแนวตั้ง เมื่อประสานกับอุณหภูมิเนื่องจากความเข้มของแสงแดดตามละติจูด ทำให้เกิดการไหลเวียนของกระแสน้ำอุ่นและเย็นใน มหาสมุทร

ง) เป็นตัวสะท้อนภาวะโลกร้อน ไอน้ำเป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญที่สุด นักวิทยาศาสตร์บางคนเห็นว่ามันมีส่วนทำให้โลกร้อนถึงร้อยละ 75 แต่ว่าไอน้ำอยู่ในบรรยากาศไม่นาน ราว 1 สัปดาห์ก็ตกลงมา ขณะที่ก๊าซเรือนกระจกอื่นโดยเฉพาะคาร์บอนไดออกไซด์ สามารถอยู่ได้นานหลายร้อยปี จึงควรถือว่าไอน้ำเป็นตัวตอบสนองจากภาวะโลกร้อน นั่นคือเมื่อมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากทำให้โลกร้อน จึงเกิดไอน้ำในบรรยากาศเพิ่มขึ้นซึ่งก่อผลตามมาหลายประการ เช่น เกิดพายุฝนรุนแรงขึ้น เกิดภาวะฝนตกฝนแล้งสุดขั้ว

แต่การศึกษาแบบแผนของภูมิอากาศและการเปลี่ยนแปลงเฉพาะหน้ายังไม่พอ เพราะว่าภูมิอากาศของโลกมีอายุเก่าแก่นับพันล้านปี จำต้องศึกษาภูมิอากาศและการเปลี่ยนแปลงย้อนหลังไปพอควร เช่น สิบล้านหรือหลายสิบล้านปีที่ผ่านมา เพื่อที่จะเข้าใจ ทำนาย และเสนอทางแก้ไข ในประเด็นการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลกในขณะนี้ได้ดีขึ้น

 

มีคณะนักวิทยาศาสตร์ชุดหนึ่ง ได้ศึกษาตะกอนสมุทรทั่วโลกที่ใช้เวลาเก็บหลายปี ในตะกอนสมุทรเหล่านั้น ซากดึกดำบรรพ์ได้แก่หอยต่างๆ บางตัวอย่างมีอายุเก่าถึง 66 ล้านปี จากการวิเคราะห์ทางเคมี ทำให้คณะนักวิทยาศาสตร์วาดภาพภูมิอากาศย้อนไปถึงยุคแห่งการสูญพันธุ์ใหญ่ที่สังหารสปีชีส์ต่างๆ ไปถึง 3 ใน 4 ของทั้งหมด รวมทั้งไดโนเสาร์ เมื่อนำการวิเคราะห์มาปะติดปะต่อกันสรุปได้ว่าจากเวลานั้นโลกได้ผ่านภูมิอากาศ 4 ขั้นด้วยกัน ได้แก่ ก) โลกอุ่น ข) โลกร้อน ค) โลกเย็น ง) โลกน้ำแข็ง

การผ่านจากขั้นหนึ่งไปอีกขั้นหนึ่งมาจากเหตุปัจจัยใหญ่ 2 ประการ ได้แก่ ก) การเปลี่ยนแปลงของปริมาณก๊าซเรือนกระจก ซึ่งในอดีตมักเกิดจากการระเบิดของภูเขาไฟ ข) การเปลี่ยนแปลงของวงโคจรโลก ที่มีผลต่อความเข้มของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ส่องมายังโลก

ในช่วงที่ร้อนที่สุดเมื่อกว่า 50 ล้านปีมาแล้ว อุณหภูมิของโลกได้สูงกว่าในปัจจุบันราว 10 องศาเซลเซียส แต่มีข้อควรสังเกตว่าโลกที่ยังไม่มีมนุษย์ต้องใช้เวลาเป็นแสนหรือหลายล้านปีเพื่อที่จะได้มีอุณหภูมิสูงเช่นว่า

เป็นเวลาหลายล้านปีที่โลกอยู่ในยุคน้ำแข็ง แต่แล้วในฉับพลันช่วงเวลาไม่กี่ศตวรรษก็ได้เห็นโลกที่มีอุณหภูมิสูงรวดเร็วอย่างที่ไม่เคยเกิดมาก่อนในช่วง 34 ล้านปี และในช่วงก่อนยุคอุตสาหกรรม การเปลี่ยนแปลงเช่นว่าต้องใช้เวลานับพันๆ ปี

ในสถานการณ์ที่ร้ายที่สุดคาดว่า ถ้าหากมนุษย์ไม่ได้จัดการแก้ไขปัญหาอะไร ในปี 2300 อุณหภูมิปานกลางของโลกจะมีการเปลี่ยนแปลงมากกว่าครั้งใดในรอบ 66 ล้านปีที่ผ่านมา (ดูบทความของ Chelsea Harvey ชื่อ Earth Hasn’t Warmed This Fast in Tens of Millions of Years ใน scientificamerican.com 13/11/2020)

สารสำคัญมีอยู่ 2 ประการคือ การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศมักเกิดขึ้นอย่างฉับพลัน ไม่ใช่อย่างค่อยเป็นค่อยไป การเปลี่ยนแปลงทางภูมิอากาศจากการกระทำของมนุษย์เกิดขึ้นในเวลาอันสั้นกว่าที่เป็นไปในธรรมชาติมาก มนุษย์ต้องรับผิดชอบต่อการกระทำของตน

ฉบับต่อไปจะกล่าวถึงสถานการณ์การละลายของน้ำแข็งที่ขั้วโลกเหนือกับผลกระทบ