เครื่องจักรนี้ช่วยขับเคลื่อนลิฟต์

ในตอนแรก ดร. มาร์คุส เร็กซ์สงสัยชุดการวัดที่มีข้อบกพร่อง ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2552 นักฟิสิกส์บรรยากาศจาก Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) อยู่บนเรือวิจัยเยอรมัน "Sonne" เพื่อตรวจวัดสารที่ติดตามในชั้นบรรยากาศในเขตร้อนแปซิฟิกตะวันตก ทดลองและทดสอบกว่าพันครั้ง ยานสำรวจโอโซนที่เขาส่งขึ้นไปบนท้องฟ้าเขตร้อนพร้อมรายงานบอลลูนวิจัยทุกๆ 400 กิโลเมตร ไม่มีอะไรเกิดขึ้น หรือพูดให้ถูกคือ แทบไม่มีเลย ความเข้มข้นของโอโซนในการตรวจวัดของเขายังคงต่ำกว่าขีดจำกัดการตรวจจับที่ประมาณเกือบตลอดเวลา 10 ppbv ในช่วงแนวตั้งทั้งหมดจากพื้นผิวโลกถึงระดับความสูงประมาณ 15 กิโลเมตร โดยปกติความเข้มข้นของโอโซนในส่วนนี้ของชั้นบรรยากาศจะสูงกว่าสามถึงสิบเท่า แม้ว่าจะทราบค่าต่ำที่ระดับความสูงประมาณ 15 กิโลเมตรจากการตรวจวัดก่อนหน้านี้ในพื้นที่รอบนอกของแปซิฟิกตะวันตกเขตร้อน แต่การไม่มีโอโซนอย่างสมบูรณ์ที่ระดับความสูงทั้งหมดก็เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจ อย่างไรก็ตาม หลังจากเกิดความสงสัยได้ไม่นานและได้ทำการทดสอบเครื่องมือต่างๆ หลายครั้ง ผู้เชี่ยวชาญด้านโอโซนที่เป็นที่รู้จักไปทั่วโลกก็เริ่มต้นขึ้นว่า เขาอาจพบปรากฏการณ์ที่วิทยาศาสตร์ยังไม่รู้จัก การวิจัยสองสามปีต่อมาและหลังจากการมีส่วนร่วมของเพื่อนร่วมงานคนอื่น ๆ ก็ได้รับการยืนยัน: Markus Rex และทีมของเขาบนเรือ "Sonne" ได้ติดตามโพรงธรรมชาติขนาดยักษ์เหนือทะเลใต้เขตร้อน ซึ่งตั้งอยู่ในชั้นพิเศษของบรรยากาศชั้นล่างที่เรียกว่า "OH โล่" ผลการวิจัยเกี่ยวกับค่าต่ำสุดของ OH ที่เพิ่งค้นพบจะได้รับการเผยแพร่เร็วๆ นี้ในวารสารAtmospheric Chemistry and Physicsโดยมีสถาบันฟิสิกส์สิ่งแวดล้อมแห่งมหาวิทยาลัยเบรเมินและสถาบันวิจัยนานาชาติอื่นๆ เป็นพันธมิตร “แม้ว่าท้องฟ้าจะดูเป็นพื้นที่ที่กว้างใหญ่เหมือนกันสำหรับคนส่วนใหญ่ แต่ท้องฟ้าก็ประกอบด้วยชั้นที่แตกต่างกันทั้งทางเคมีและทางร่างกาย” มาร์คุส เร็กซ์อธิบายองค์ประกอบที่ซับซ้อนของชั้นบรรยากาศ ชั้นอากาศใกล้พื้นดินประกอบด้วยสารเคมีหลายร้อยหรือหลายพันชนิด ด้วยเหตุนี้ฤดูหนาวและฤดูใบไม้ผลิ ภูเขาและทะเล เมืองและป่าไม้จึงมีกลิ่นที่แตกต่างกัน สารเหล่านี้ส่วนใหญ่แตกตัวเป็นสารประกอบที่ละลายน้ำได้ในบริเวณกิโลเมตรที่ต่ำกว่าของชั้นบรรยากาศ และต่อมาจะถูกชะล้างด้วยฝน เนื่องจากกระบวนการเหล่านี้จำเป็นต้องมีสารเคมีบางชนิดที่เรียกว่าอนุมูลไฮดรอกซิล (=OH) บรรยากาศส่วนนี้จึงเรียกว่า "โล่ OH" มันทำหน้าที่เหมือนเครื่องซักผ้าในบรรยากาศขนาดใหญ่ซึ่ง OH เป็นผงซักฟอก โล่ OH เป็นส่วนหนึ่งของโทรโพสเฟียร์ซึ่งเรียกว่าส่วนล่างของชั้นบรรยากาศ "มีสารประกอบที่มีอายุยืนยาวมากเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่สามารถทะลุผ่านเกราะป้องกัน OH ได้" เร็กซ์กล่าว "จากนั้นพวกมันก็ผ่านชั้นโทรโพพอสและเข้าสู่ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์" โทรโพพอสหมายถึงชั้นขอบเขตระหว่างโทรโพสเฟียร์กับชั้นบรรยากาศถัดไปเหนือชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ทำให้เกิดผลกระทบไปทั่วโลก เหตุผลก็คือเมื่อพวกมันไปถึงชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์แล้ว ผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของพวกมันจะคงอยู่ที่นั่นเป็นเวลาหลายปีและกระจายไปทั่วโลก สารประกอบทางเคมีที่มีอายุยืนยาวมากหาทางเข้าสู่ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ แม้ว่าเกราะป้องกัน OH จะไม่เสียหายก็ตาม ซึ่งรวมถึงมีเทน ไนตรัสออกไซด์ ("ก๊าซหัวเราะ") ฮาลอน เมทิลโบรไมด์ และคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs) ซึ่งมีชื่อเสียงว่าเป็น "นักฆ่าโอโซน" เนื่องจากมีบทบาทสำคัญในการลดชั้นโอโซนในบริเวณขั้วโลก หลังจากหลายปีของการวิจัย นักวิทยาศาสตร์เข้าใจกระบวนการที่ซับซ้อนของการสูญเสียโอโซนในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ได้เป็นอย่างดี "อย่างไรก็ตาม อัตราการสูญเสียโอโซนที่วัดได้มักจะค่อนข้างสูงกว่าที่คำนวณทางทฤษฎีในแบบจำลองของเรา" Markus Rex ชี้ให้เห็นถึงปัญหาที่ค้างคามานานของการวิจัยชั้นบรรยากาศ "จากการค้นพบหลุม OH เหนือมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกเขตร้อน ตอนนี้เราน่าจะมีส่วนช่วยในการไขปริศนานี้" และในขณะเดียวกันก็ค้นพบปรากฏการณ์ที่ก่อให้เกิดคำถามใหม่มากมายเกี่ยวกับนโยบายด้านสภาพอากาศ ขณะนี้นักวิจัยกำลังจัดการกับคำถามเหล่านี้ในโครงการวิจัยใหม่ที่ได้รับทุนสนับสนุนจากสหภาพยุโรปประมาณ 9 ล้านยูโร นั่นคือ "StratoClim" ซึ่งประสานงานโดยสถาบัน Alfred Wegener "เราต้องตระหนัก" นักฟิสิกส์บรรยากาศพอทสดัมเตือน "สารประกอบทางเคมีที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์มักมีผลกระทบทั่วโลก" ต้องขอบคุณหลุม OH ที่นักวิจัยค้นพบเหนือมหาสมุทรแปซิฟิกเขตร้อน ไฮโดรคาร์บอนโบรมีนจำนวนมากสามารถเข้าถึงชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ได้มากกว่าในส่วนอื่นๆ ของโลก แม้ว่าการขึ้นของพวกมันจะเกิดขึ้นเหนือแปซิฟิกตะวันตกเขตร้อน แต่สารประกอบเหล่านี้กลับเพิ่มการสูญเสียโอโซนในบริเวณขั้วโลก เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ระบุปรากฏการณ์นี้และนำมาพิจารณาในการสร้างแบบจำลองการสูญเสียโอโซนในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ แบบจำลองของพวกเขาจึงสอดคล้องอย่างดีเยี่ยมกับข้อมูลที่วัดได้จริง อย่างไรก็ตาม ไม่เพียงแต่ไฮโดรคาร์บอนโบรมีนเท่านั้นที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์เหนือมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกเขตร้อน "คุณสามารถจินตนาการว่าภูมิภาคนี้เป็น ลิฟต์ ขนาดยักษ์ไปสู่ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์" มาร์คุส เร็กซ์กล่าวโดยใช้การเปรียบเทียบที่เหมาะสม สสารอื่นๆ ก็เพิ่มขึ้นที่นี่ในระดับที่ไม่รู้จักเช่นกัน ในขณะที่พวกมันถูกสกัดกั้นในระดับที่ใหญ่ขึ้นในโล่ OH ที่อื่นๆ ในโลก ตัวอย่างหนึ่งคือซัลเฟอร์ไดออกไซด์ซึ่งมีผลกระทบอย่างมากต่อสภาพอากาศ อนุภาคกำมะถันในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์จะสะท้อนแสงอาทิตย์ และดังนั้นจึงแสดงปฏิกิริยาต่อต้านกับก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศ เช่น CO 2ซึ่งจับความร้อนของดวงอาทิตย์บนโลก พูดง่ายๆ ก็คือ ในขณะที่ก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศทำให้โลกร้อนขึ้น อนุภาคกำมะถันในสตราโตสเฟียร์มีผลทำให้เย็นลง “เอเชียตะวันออกเฉียงใต้กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วในแง่เศรษฐกิจ” มาร์คุส เร็กซ์อธิบายถึงปัญหาที่ได้รับความสนใจเพียงเล็กน้อยในปัจจุบัน "ตรงกันข้ามกับประเทศอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ จนถึงตอนนี้แทบไม่มีการลงทุนด้านเทคโนโลยีการกรอง นั่นคือสาเหตุที่การปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์เพิ่มขึ้นอย่างมากในภูมิภาคนี้ในปัจจุบัน" หากพิจารณาว่าซัลเฟอร์ไดออกไซด์อาจไปถึงชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ผ่านทางรู OH เหนือมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกเขตร้อน ก็จะเห็นได้อย่างชัดเจนอย่างรวดเร็วว่าชั้นบรรยากาศเหนือทะเลใต้ไม่เพียงแต่เพิ่มการสูญเสียชั้นโอโซนเท่านั้น แต่อาจส่งผลต่อสภาพอากาศของโลกทั้งใบ . ในความเป็นจริง ชั้นละอองลอยในชั้นสตราโตสเฟียร์ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคกำมะถันด้วย ดูเหมือนว่าจะหนาขึ้นในช่วงไม่กี่ปีมานี้ นักวิจัยยังไม่ทราบว่ามีการเชื่อมต่อที่นี่หรือไม่ แต่คงจะเป็นเรื่องโชคดีไม่น้อยหากมลพิษทางอากาศจากเอเชียตะวันออกเฉียงใต้สามารถลดภาวะโลกร้อนได้? “ไม่มีทาง” มาร์คุส เร็กซ์ส่ายหัวอย่างแรง "หลุม OH เหนือทะเลใต้เป็นหลักฐานเพิ่มเติมทั้งหมดที่บ่งชี้ว่ากระบวนการทางสภาพอากาศซับซ้อนเพียงใด และเรายังอยู่ห่างไกลจากการอยู่ในฐานะที่จะประเมินผลที่ตามมาของปริมาณกำมะถันที่เพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ ดังนั้น เราควรทำ พยายามทุกวิถีทางเพื่อทำความเข้าใจกระบวนการในบรรยากาศให้ดีที่สุดเท่าที่เราจะทำได้ และหลีกเลี่ยงการปรุงแต่งทั้งที่รู้ตัวและไม่รู้ตัวซึ่งอาจมีผลลัพธ์ที่ไม่รู้จัก" พื้นหลัง: เหตุใดจึงมีช่องโหว่ OH เหนือแปซิฟิกตะวันตก อากาศในเขตร้อนแปซิฟิกตะวันตกนั้นสะอาดมาก มวลอากาศในบริเวณนี้ถูกพัดพาข้ามมหาสมุทรแปซิฟิกอันกว้างใหญ่ด้วยลมค้าขาย และเป็นเวลานานแล้วที่ไม่ได้สัมผัสกับป่าไม้หรือระบบนิเวศทางบกอื่นๆ ซึ่งผลิตไฮโดรคาร์บอนอายุสั้นจำนวนนับไม่ถ้วนและปล่อยออกสู่อากาศ ภายใต้สภาพอากาศที่สะอาดเหล่านี้ OH เกิดขึ้นจากโอโซนโดยผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในระดับที่ดี ถ้าแทบไม่มีโอโซนในชั้นบรรยากาศชั้นล่าง (= โทรโพสเฟียร์) เช่นเดียวกับในแปซิฟิกตะวันตก ก็จะเกิด OH เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ผลลัพธ์คือรู OH โอโซนจะก่อตัวขึ้นในบรรยากาศชั้นล่างก็ต่อเมื่อมีไนโตรเจนออกไซด์เพียงพอ สารประกอบไนโตรเจนออกไซด์จำนวนมากถูกผลิตขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งจากฟ้าผ่าที่รุนแรงเหนือพื้นดิน อย่างไรก็ตาม มวลอากาศในเขตร้อนแปซิฟิกตะวันตกไม่ได้สัมผัสกับพายุโซนร้อนภาคพื้นทวีปเป็นเวลานานมากในระหว่างการขนส่งข้ามมหาสมุทรยักษ์ และกิจกรรมฟ้าผ่าในพายุเหนือมหาสมุทรนั้นค่อนข้างเล็ก ในขณะเดียวกัน อายุการใช้งานของโอโซนในชั้นบรรยากาศก็สั้นเนื่องจากสภาพอากาศที่อบอุ่นและชื้นเป็นพิเศษในเขตร้อนชื้นของแปซิฟิกตะวันตก ในภูมิภาคทะเลใต้นี้ อุณหภูมิพื้นผิวของมหาสมุทรสูงกว่าที่อื่นในโลกของเรา ซึ่งทำให้อากาศไม่เพียงแต่อบอุ่นเท่านั้น แต่ยังค่อนข้างชื้นอีกด้วย โอโซนจึงสูญเสียไปอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะเหนือน้ำโดยตรง และเนื่องจากการขาดสารประกอบไนโตรเจนออกไซด์ จึงมีโอโซนเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อย การผสมกันในแนวดิ่งอย่างรวดเร็วในพื้นที่การพาความร้อนที่มีอยู่ทุกหนทุกแห่งเหนือมหาสมุทรอันอบอุ่นและอากาศที่อุ่นขึ้นจะพัดพาส่วนที่เหลือไป ในที่สุด ไม่มีโอโซนอีกต่อไปในคอลัมน์อากาศทั้งหมดในโทรโพสเฟียร์ และหากไม่มีโอโซน (ดูด้านบน) การก่อตัวของ OH จะถูกระงับ หลุม OH เหนือแปซิฟิกตะวันตกมีผลกระทบอย่างไร โมเลกุล OH เรียกอีกอย่างว่าสารชะล้างบรรยากาศ สารเคมีต่าง ๆ เกือบพันชนิดที่ผลิตโดยคน สัตว์ พืช เชื้อรา สาหร่าย หรือจุลินทรีย์บนพื้นดินหรือในมหาสมุทรทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับ OH และสลายตัวในกระบวนการนี้ ดังนั้นจึงแทบไม่มีสารเหล่านี้ลอยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ อย่างไรก็ตาม ในบริเวณหลุม OH ส่วนใหญ่ของส่วนผสมทางเคมีที่หลากหลายนี้สามารถเข้าสู่ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ได้ และการปล่อยก๊าซในท้องถิ่นอาจแผ่ผลกระทบไปทั่วโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากส่งไปยังชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ พวกมันแพร่กระจายไปทั่วโลกและสามารถมีอิทธิพลต่อองค์ประกอบของอากาศเป็นเวลาหลายปี โดยมีผลกระทบที่กว้างไกลสำหรับเคมีของโอโซน การก่อตัวของละอองลอย และสภาพอากาศ เหตุใดจึงไม่ค้นพบหลุม OH ก่อนหน้านี้ แปซิฟิกตะวันตกเขตร้อนเป็นหนึ่งในภูมิภาคที่ห่างไกลที่สุดในโลกของเรา นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมการวัดองค์ประกอบของอากาศจึงยังไม่เกิดขึ้นในบริเวณนี้ นอกจากนี้ยังมีช่องว่างจำนวนมากในเครือข่ายสถานีตรวจวัดโอโซนทั่วโลกที่หนาแน่นเป็นอย่างอื่นที่นี่ แม้ในการตรวจวัดที่ผ่านมาจากส่วนรอบนอกของภูมิภาคที่ตรวจสอบในขณะนี้ ยังแสดงให้เห็นค่าโอโซนขั้นต่ำในพื้นที่ของโทรโพสเฟียร์ตอนบน แต่ไม่ใช่ค่าที่ต่ำอย่างต่อเนื่องซึ่งขณะนี้พบตลอดความลึกทั้งหมดของโทรโพสเฟียร์ ปรากฏการณ์ที่เพิ่งค้นพบจะเผยให้เห็นตัวเองในขอบเขตทั้งหมดผ่านการวัดที่ดำเนินการในระดับที่กว้างขวางเป็นครั้งแรกเท่านั้น และด้วยเหตุนี้จึงไม่สามารถเข้าใจได้เลยก่อนหน้านี้