เรื่องต่างๆ ของชีววิทยา

ลำดับตอนที่ #8 : รูรั่วของชั้นโอโซน (Ozone Depletion)

องค์ประกอบที่สำคัญที่สุด ในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ ซึ่งสูงจากพื้นโลก 10 – 30 กิโลเมตร คือ โอโซน โอโซนในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ทำหน้าที่เป็นฉากกั้นไมให้รังสีอัลตราไวโอเลต (ultraviolet; UV) ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต ไม่ให้ส่องลงมาจนถึงผิวโลก โอโซนสามารกรองแสง UV โดยเฉพาะแสง UV – B ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต (มีความยาวคลื่น 280 – 320 นาโนเมตร) ได้ร้อยละ 70 – 90 และยังเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิของโลกได้ด้วย ปริมาณของก๊าซโอโซนที่ปรากฏอยู่ในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ เป็นปริมาณที่เกิดจากภาวะสมดุลย์จลน์ของปฏิกิริยาการเกิด และการถูกทำลายของโมเลกุลของโอโซน โอโซนเกิดจากแสงอัลตราไวโอเลตชนิดซี (UV-C) คือ UV ที่ความยาวคลื่น 200-280 นาโมเมตร ซึ่งเป็นแสง UV ที่เป็นอันตรายมากที่สุด การเกิดรูรั่วของชั้นโอโซนจะเกิดขึ้นที่ขั่วโลกมมากกว่าบริเวณเส้นศูนย์สูตร เนื่องจาก ปรากฏการณ์ของเกร็ดน้ำแข็งที่ลอยอยู่ในชั้นสตราโตสเฟียร์ และลักษณะบรรยากาศเหนือขั้วโลกคล้ายแอ่ง รวมทั่งมีบรรยากาศที่มีความหนาน้อยกว่าบริเวณเส้นศูนย์สูตร

สารที่เป็นตัวการในการทำลายชั้นโอโซน

สารที่เป็นตัวการในการทำลายชั้นโอโซน มีผลให้เกิดรูรั้วของชั้นโอโซน ได้แก่

1.สารคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (ซีเอฟซี, CFCs) เกิดจาการใช้นี้เป็นตัวทำความเย็นในตู้เย็น และเครื่องปรับอากาศ เป็นสารทำละลาย และใช้ในการผลิตโฟมแบบโพลียูรีเทน เป็นต้น สาร CFCs มีประสิทธิภาพสูงสุดในการทำลายโอโซน สาร CFCs ประกอบด้วย มีเธน อีเธน หรือเอธิลีน ซึ่งอย่างน้อยจะต้องมีอะตอมฟลูออรีนอยู่ 1 อะตอม กลไกในการทำลายโอโซนเกิดขึ้นเนื่องจากแสง UV ทำให้ CFC แตกตัวได้คลอรีนอะตอม คลอรีนอะตอมที่ได้นี้ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) เพื่อเปลี่ยนโอโซน (O₃)ให้เป็นก๊าซออกซิเจน (O₂) ทำให้ปริมาณของโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์ลดลง คลอรีน 1 อะตอม สามารถทำลายโอโซนจากบรรยากาศได้ถึง 100,000 โมเลกุล

2.สารคาร์บอนเตตระคลอไรด์ (CCl₄) มีใช้ในงานการเป็นสารทำละลาย ซักแห้ง ทำความสะอาดโลหะ เป็นต้น

3.คลอโรฟอร์ม (CHCl₃)

4.ไนตรัสออกไซด์ (N₂O)

5.ออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx) ส่วนหนึ่งมาจากเครื่องบินเจ็ท

6.สารฮาลอน

กลไกการทำลายชั้นโอโซน

สารซีเอฟซีส่วนใหญ่เป็นก๊าซที่มีความเสถียรและถูกทำลายได้เพียงเล็กน้อยในธรรมชาติ ทำให้สามารถลอยขึ้นไปสู่ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ได้เป็นเวลาหลายปี ซึ่งบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์อยู่สูงจากพื้นดินประมาณ 20 – 25 กิโลเมตร และเป็นชั้นบรรยากาศของโอโซน สารซีเอฟซีที่อยู่ในบรรยากาศชั้นดังกล่าวสามารถที่จะสลายตัวได้โดยรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่น 190-210 นาโนเมตร และแตกตัวเป็นคลอรีนแรดิคัล (Cl0) ซึ่งเป็นตัวการที่สำคัญในการทำลายชั้นโอโซน

ผลของรูรั่วของชั้นโอโซน

การเกิดรูรั่วในชั้นโอโซน ทำให้มีการแผ่รังสีอุลตราไวโอเลตลงมาบริเวณผิวโลกเพิ่มมากขึ้น ทำให้โลกร้อนขึ้น และก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต เช่น ทำให้คนและสัตว์เป็นโรคมะเร็งที่ผิวหนัง (การที่โอโซนลดลง 1 % อาจทำให้เกิดมะเร็งผิวหนังได้ถึง 10,000 คนต่อปี) ตาต้อหรือมัวลง และเกิดการเปลี่ยนแปลงของดีเอ็นเอ ซึ่งเป็นสารที่ถ่ายถอดลักษณะทางพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิต

ในทะเลรังสีอัลตราไวโอเลตจะลดผลผลิตจากแพลงค์ตอนพืช ร้อยละ10-35 หากบรรยากาศชั้นโอโซนลดลงร้อยละ 25 ส่วนแพลงค์ตอนสัตว์อาจได้รับผลกระทบในระยะต่างๆ ของการเจริญเติบโต ส่งผลต่อปริมาณของปลาในทะเล รังสีอัตราไวโอเลต เป็นตัวทำลาย คลอโรฟิลล์และสารเคมีที่มีความสำคัญต่อการสังเคราะห์แสงของพืช แพลงค์ตอนพืชลดลง 10 – 30 % หากโอโซนลดลง 25%

ผลกระทบทางกายภาพต่อสิ่งแวดล้อม คือ ทำให้ระดับน้ำทะเลสูงขึ้น อันเนื่องจากอุณหภูมิที่ผิวโลกสูงขึ้น จากการเกิดรูรั่วของชั้นโอโซน โดยจะเกิดที่ขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้มากกว่าบริเวณเส้นศูนย์สูตร เนื่องจากความหนาของชั้นบรรยากาศมีการเบาบางกว่านั่นเอง และปฏิกิริยาการทำลายจะเกิดเร็วขึ้น เพราะมีน้ำแข็งเป็นผลึกลอยอยู่ในบรรยากาศชั้นโอโซน

สารซีเอฟซีสามารถก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม โดยเมื่อสารซีเอฟซีรั่วไหลและลอยขึ้นไปสู่บรรยากาศ จะเป็นตัวการสำคัญที่ก่อให้เกิดการทำลายชั้นโอโซนที่ทำหน้าที่กรองรังสีอุลตราไวโอเลต ยิ่งมีปริมาณมากชั้นโอโซนก็ถูกทำลายลงมากเช่นกัน สารซีเอฟซีเมื่อลอยขึ้นสู้ชั้นโอโซนแล้วจะแตกตัวเป็นก๊าซคลอรีนมอนอกไซด์และออกซิเจน ซึ่งก๊าซคลอรีนมอนอกไซด์จะทำปฏิกิริยากับชั้นโอโซนได้ในวงกว้าง พบว่าคลอรีน 1 อะตอม สามารถทำลายโอโซนได้มากกว่าพันโมเลกุล อันตรายที่เกิดต่อมนุษย์เกิดจากรังสีอัลตราไวโอเลตปริมาณที่มากจะเป็นสาเหตุให้เกิดโรคมะเร็งที่ผิวหนัง ต้อกระจกตา และส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสายพันธุ์กรรมมนุษย์ด้วย

จากผลการลดการใช้สารซีเอฟซีทำให้ต้องมีการค้นคว้าหาสารตัวใหม่ขึ้นมาแทนที่ สารที่พบคือ สารไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (Hydrochlorofluorocabon : HCFC) เหมาะสมในการใช้แทนสารซีเอฟซีในอุตสาหกรรมเครื่องทำความเย็นและอุตสาหกรรมโฟม ทั้งนี้เพราะสาร HCFC มีคลอรีนเป็นส่วนประกอบต่ำกว่าสารซีเอฟซี ถึงร้อยละ 60 และมีไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบซึ่งทำปฏิกิริยากับคลอรีน ทำให้คลอรีนแตกตัวได้ในปริมาณที่ลดลง นอกจากนี้ปฏิกิริยาของสาร HCFC ในการทำลายบรรยากาศชั้นโอโซนมีระยะเวลาสั้นกว่าคือ 5 ปี ขณะที่สารซีเอฟซีมีช่วงระยะเวลาในการเกิดปฏิกิริยาทำลายชั้นบรรยากาศชั้นโอโซนนานถึง 25 ปี

สารที่คาดว่าจะแทนสารซีเอฟซี ประกอบด้วย

สารที่คาดว่าจะแทนสารซีเอฟซี คือ สารไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (Hydrochlorofluorocabon : HCFC) เป็นสารที่มีการเติมไฮโดรเจน (H) ลงไปในโลเลกุลเดิมของ CFC ทำให้เสถียรภาพลดลง และถูกทำลายในชั้นบรรยากาศได้ง่ายขึ้น สารต่างๆ ที่ใช้ประกอบด้วย

1.HCFC-123 ใช้แทน CFC-11

2.HFC-134a ใช้แทน CFC-12

3.สารผสมของ HCF-32, HCF134a และ HFC125 ใช้แทน CFC-502, 500

4.สารผสมของ HFC-32 และ HFC-134a ใช้แทน HCFC-32