ข้ามไปเนื้อหา

โอโซนระดับพื้นดิน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ค่าเฉลี่ยตามฤดูกาลของคอลัมน์แนวตั้งของโอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์ (หน่วยด็อบสัน) ในช่วงปี 1979 ถึง 2000 ในเดือนมิถุนายนถึงสิงหาคม การผลิตโอโซนจากกระบวนการโฟโตเคมีทำให้มีความเข้มข้นสูงมากทางชายฝั่งตะวันออกของสหรัฐฯ และจีน

โอโซนระดับพื้นดิน (O3) หรือที่รู้จักกันในชื่อ โอโซนระดับผิวดิน และ โอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์ เป็นก๊าซร่องรอยในโทรโพสเฟียร์ (ระดับต่ำสุดของบรรยากาศของโลก) โดยมีความเข้มข้นเฉลี่ย 20-30 ส่วนในพันล้าน (ppbv) และใกล้เคียง 100 ppbv ในพื้นที่ที่มีมลพิษสูง[1][2] โอโซนยังเป็นองค์ประกอบสำคัญของสตราโทสเฟียร์ ซึ่งชั้นโอโซน (มีความเข้มข้นของโอโซน 2 ถึง 8 ส่วนในล้านส่วน) ตั้งอยู่ระหว่าง 10 ถึง 50 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวโลก[3] โทรโพสเฟียร์ขยายจากพื้นดินขึ้นไปที่ความสูงประมาณ 14 กิโลเมตรเหนือระดับน้ำทะเล โอโซนมีความเข้มข้นต่ำที่สุดในชั้นพื้นดิน (หรือชั้นขอบเขตดาวเคราะห์) ของโทรโพสเฟียร์ โอโซนระดับพื้นดินหรือโทรโพสเฟียร์เกิดจากปฏิกิริยาเคมีระหว่างNOx (ก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจนที่เกิดจากการเผาไหม้) และสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) การรวมกันของสารเคมีเหล่านี้ในที่มีแสงแดดจะก่อให้เกิดโอโซน ความเข้มข้นจะเพิ่มขึ้นเมื่อความสูงเหนือระดับน้ำทะเลเพิ่มขึ้น โดยมีความเข้มข้นสูงสุดที่โทรโพพอส[4] ประมาณ 90% ของโอโซนทั้งหมดในบรรยากาศอยู่ในสตราโทสเฟียร์ และ 10% อยู่ในโทรโพสเฟียร์[5] แม้ว่าโอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์จะมีความเข้มข้นน้อยกว่าโอโซนในชั้นสตราโทสเฟียร์ แต่ก็น่ากังวลเนื่องจากผลกระทบต่อสุขภาพ[6] โอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์ถือเป็นก๊าซเรือนกระจก และอาจมีส่วนทำให้เกิดภาวะโลกร้อน[4][6]

ปฏิกิริยาโฟโตเคมีและปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับโอโซนเป็นตัวขับเคลื่อนกระบวนการทางเคมีหลายอย่างที่เกิดขึ้นในโทรโพสเฟียร์ทั้งกลางวันและกลางคืน ในความเข้มข้นที่สูงผิดปกติ (แหล่งที่มาหลักคือการปล่อยจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิล) เป็นมลพิษ และเป็นส่วนประกอบของหมอกควัน[7][6] ระดับจะเพิ่มขึ้นอย่างมากตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรม เนื่องจากก๊าซ NOx และ VOCs เป็นผลพลอยได้จากการเผาไหม้[8] ด้วยความร้อนและแสงแดดที่มากขึ้นในช่วงฤดูร้อน ทำให้มีโอโซนเกิดขึ้นมากขึ้นซึ่งเป็นเหตุผลที่ทำให้ภูมิภาคต่าง ๆ มีมลพิษสูงในช่วงฤดูร้อน[9] แม้จะเป็นโมเลกุลเดียวกัน แต่โอโซนระดับพื้นดินอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ ต่างจากโอโซนในชั้นสตราโทสเฟียร์ที่ปกป้องโลกจากรังสี UV ที่มากเกินไป[8]

การโฟโตไลซิสของโอโซนเกิดขึ้นที่ความยาวคลื่นต่ำกว่า 310–320 นาโนเมตร[10][11] ปฏิกิริยานี้เริ่มต้นกระบวนการเคมีที่เป็นโซ่หลายขั้นตอนที่กำจัดคาร์บอนมอนอกไซด์, มีเทน, และไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ ออกจากชั้นบรรยากาศผ่านกระบวนการออกซิเดชัน ดังนั้นความเข้มข้นของโอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์มีผลต่อระยะเวลาที่สารประกอบเหล่านี้จะคงอยู่ในอากาศ หากการออกซิเดชันของคาร์บอนมอนอกไซด์หรือมีเทนเกิดขึ้นในที่มีไนโตรเจนมอนอกไซด์ (NO) ผลสุทธิของปฏิกิริยาโซ่นี้จะเป็นการเพิ่มโอโซนเข้าสู่ระบบ[2][6]

การวัด

[แก้]

โอโซนในชั้นบรรยากาศสามารถวัดได้โดยใช้เทคโนโลยีการตรวจจับระยะไกลหรือเทคโนโลยีการตรวจวัดแบบin-situ เนื่องจากโอโซนดูดซับแสงในสเปกตรัมUV วิธีการวัดโอโซนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือการวัดปริมาณแสงในสเปกตรัมนี้ที่ถูกดูดซับในชั้นบรรยากาศ[12][13] เนื่องจากชั้นสตราโทสเฟียร์มีความเข้มข้นของโอโซนมากกว่าชั้นโทรโพสเฟียร์ จึงเป็นสิ่งสำคัญที่เครื่องมือวัดแบบตรวจจับระยะไกลจะสามารถระบุความสูงควบคู่กับการวัดความเข้มข้น ตัวอย่างของดาวเทียมที่ใช้วัดชั้นโอโซนคือ Total Ozone Mapping Spectrometer-Earth Probe (TOMS-EP) ที่ติดตั้งอยู่บนดาวเทียมของนาซา[14] ส่วน Tropospheric Emission Spectrometer (TES) เป็นดาวเทียมที่ออกแบบมาเพื่อวัดโอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์โดยเฉพาะ[15] LIDAR เป็นเทคนิคการตรวจจับระยะไกลที่ใช้เลเซอร์ในการวัดโอโซน โดยเครือข่ายการสังเกตโอโซนด้วย LIDAR ในสหรัฐอเมริกาเรียกว่า Tropospheric Ozone Lidar Network (TOLNet) [16]

Ozonesonde เป็นเครื่องมือวัดโอโซนแบบ in-situ โดยตรง โดยการติดตั้งเครื่องมือวัดกับบอลลูนตรวจอากาศเพื่อให้สามารถวัดความเข้มข้นของโอโซนที่ระดับความสูงต่าง ๆ ขณะบอลลูนลอยขึ้น ข้อมูลที่เก็บรวบรวมจะถูกส่งกลับมาโดยใช้เทคโนโลยีเรดิโอซอนด์[12] องค์การบริหารมหาสมุทรและชั้นบรรยากาศแห่งชาติ (NOAA) ได้พัฒนาเครือข่ายการวัดโอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์ทั่วโลกโดยใช้ Ozonesondes[17]

โอโซนยังสามารถวัดได้ในเครือข่ายการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมคุณภาพอากาศ โดยใช้เครื่องวัดโอโซนแบบ in-situ ที่ใช้คุณสมบัติการดูดซับแสง UV ของโอโซนในการวัดปริมาณโอโซนในระดับ ppb ในอากาศ

ปริมาณโอโซนทั้งหมดในบรรยากาศ (ที่บางครั้งเห็นในรายงานสภาพอากาศ) วัดเป็นคอลัมน์จากพื้นผิวถึงยอดชั้นบรรยากาศ โดยมีโอโซนในชั้นสตราโทสเฟียร์ที่มีความเข้มข้นสูงเป็นหลัก หน่วยการวัดที่ใช้ในกรณีนี้ได้แก่ หน่วยด็อบสัน และมิลลิโมลต่อตารางเมตร (mmol/m2)

การก่อตัว

[แก้]

ส่วนใหญ่ของการเกิดโอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์เกิดขึ้นเมื่อออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx), คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO), และสารประกอบอินทรีย์ระเหย (VOCs) ทำปฏิกิริยาในบรรยากาศเมื่อมีแสงแดด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสเปกตรัม UV NOx, CO และ VOCs ถือเป็นสารตั้งต้นของโอโซน[7][6] การปล่อยไอเสียจากรถยนต์ การปล่อยมลพิษจากโรงงานอุตสาหกรรม และตัวทำละลายทางเคมีเป็นแหล่งกำเนิดสารตั้งต้นของโอโซนจากกิจกรรมของมนุษย์[6] แม้ว่าสารตั้งต้นของโอโซนจะมาจากเขตเมืองเป็นส่วนใหญ่ แต่ลมสามารถพัดพา NOx ไปได้หลายร้อยกิโลเมตร ทำให้การเกิดโอโซนสามารถเกิดขึ้นในพื้นที่ที่มีประชากรน้อยได้ มีเทนซึ่งเป็น VOC ที่มีความเข้มข้นในบรรยากาศเพิ่มขึ้นอย่างมากในศตวรรษที่ผ่านมา มีส่วนในการสร้างโอโซนในระดับโลกมากกว่าที่จะเป็นในกรณีของหมอกควันจากโฟโตเคมีในท้องถิ่นหรือภูมิภาค ในสถานการณ์ที่มีการแยกมีเทนออกจากกลุ่มสาร VOC ไม่ชัดเจน คำว่า Non-Methane VOC (NMVOC) มักถูกใช้แทน

ในอาคาร โอโซนสามารถผลิตขึ้นจากอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงบางชนิด (เช่น เครื่องฟอกอากาศ), และเป็นผลพลอยได้จากมลพิษชนิดอื่น ๆ [18] อากาศภายนอกที่นำมาใช้ในการระบายอากาศอาจมีโอโซนเพียงพอที่จะทำปฏิกิริยากับมลพิษในอากาศภายในอาคาร รวมทั้งน้ำมันผิวหนังและสารเคมีในอากาศภายในอาคารอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ผลิตภัณฑ์ทำความสะอาด "สีเขียว" ที่มีสารสกัดจากผลไม้ตระกูลส้มหรือเทอร์พีน เนื่องจากสารเคมีเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับโอโซนอย่างรวดเร็ว ก่อให้เกิดสารเคมีที่เป็นพิษและระคายเคือง[19] และยังสามารถสร้างฝุ่นละอองขนาดเล็กและฝุ่นละอองละเอียดมากได้

ปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับการเกิดโอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์เป็นวงจรที่ซับซ้อน ซึ่งคาร์บอนมอนอกไซด์และ VOCs จะถูกออกซิไดส์กลายเป็นไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ ปฏิกิริยาในกระบวนการนี้สามารถอธิบายได้ด้วย CO แต่ปฏิกิริยาที่คล้ายคลึงกันเกิดขึ้นกับ VOCs เช่นกัน การเกิดออกซิเดชันเริ่มต้นด้วยปฏิกิริยาระหว่าง CO กับอนุมูลไฮดรอกซิล (•OH) [11] อนุมูลกลางที่เกิดขึ้นจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนอย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้อนุมูลไฮโดรเพอร์ออกซิล (HO
2•)

กระบวนการของปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เกิดขึ้นระหว่างการออกซิเดชันของ CO ที่ผลิต O3:[2][11]

ปฏิกิริยาเริ่มต้นด้วยการออกซิเดชันของ CO โดยอนุมูลไฮดรอกซิล (•OH) อนุมูลแอดดักต์ (•HOCO) ที่เกิดขึ้นไม่เสถียรและทำปฏิกิริยากับออกซิเจนอย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้อนุมูลไฮโดรเพอร์ออกซิล HO2•:

•OH + CO → •HOCO
•HOCO + O2 → HO2• + CO2

อนุมูลไฮโดรเพอร์ออกซิลจะทำปฏิกิริยากับ NO เพื่อผลิต NO2 ซึ่งจะถูกโฟโตไลซิสด้วยรังสี UV-A เพื่อให้ได้ออกซิเจนในสถานะพื้น ซึ่งทำปฏิกิริยากับออกซิเจนโมเลกุลเพื่อสร้างโอโซน[1]

HO2• + NO → •OH + NO2
NO2 + hν → NO + O (3P), λ<400 nm
O (3P) + O2 → O3
ปฏิกิริยาสามขั้นตอนนี้เป็นกระบวนการที่ทำให้เกิดโมเลกุลโอโซน และจะเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันในกรณีของการออกซิเดชัน CO หรือ VOCs

ปฏิกิริยาสุทธิคือ:

CO + 2O
2 → CO
2 + O
3

ปริมาณโอโซนที่ผลิตจากปฏิกิริยาเหล่านี้ในอากาศสามารถประมาณได้โดยใช้ความสัมพันธ์ของเลห์ตัน ข้อจำกัดของวงจรปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องในการผลิตโอโซนคือการเกิดปฏิกิริยาระหว่าง •OH กับ NO2 เพื่อสร้างกรดไนตริกในระดับ NOx ที่สูง หากไนโตรเจนมอนอกไซด์ (NO) มีปริมาณต่ำมากในบรรยากาศ (น้อยกว่า 10 ppt) อนุมูลไฮโดรเพอร์ออกซิล (HO2•) ที่เกิดจากการออกซิเดชันจะทำปฏิกิริยากับตัวเองเพื่อสร้างเปอร์ออกไซด์แทน และไม่ผลิตโอโซน[1]

ผลกระทบต่อสุขภาพ

[แก้]
ดูเพิ่ม: โอโซน § ผลกระทบต่อสุขภาพ

ผลกระทบต่อสุขภาพของโอโซนขึ้นอยู่กับสารตั้งต้นของโอโซน ซึ่งเป็นกลุ่มของมลพิษที่เกิดขึ้นหลัก ๆ จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล โอโซนระดับพื้นดินถูกสร้างขึ้นเมื่อไนโตรเจนออกไซด์ทำปฏิกิริยากับสารประกอบอินทรีย์เมื่อมีแสงแดด[20] แหล่งกำเนิดหลักของสารอินทรีย์เหล่านี้รวมถึงการปล่อยไอเสียจากยานพาหนะและโรงงานอุตสาหกรรม[20] การทำปฏิกิริยากับแสงแดดในสเปกตรัมอัลตราไวโอเลต (UV) และสารตั้งต้นเหล่านี้ก่อให้เกิดมลพิษโอโซนระดับพื้นดิน (โอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์) โอโซนมีผลกระทบต่อสุขภาพที่ทราบกันดีในความเข้มข้นที่พบในอากาศของเขตเมือง ดังนี้:

  • ระคายเคืองระบบทางเดินหายใจ ทำให้เกิดการไอ ระคายเคืองคอ หรือรู้สึกไม่สบายในหน้าอก โอโซนส่งผลกระทบต่อผู้ที่มีภาวะระบบทางเดินหายใจ เช่น หืด, โรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง (COPD), และมะเร็งปอด รวมถึงผู้ที่ทำกิจกรรมกลางแจ้งมาก[21]
  • การทำงานของปอดลดลง ทำให้หายใจลึกและแรงได้ยากขึ้น การหายใจอาจเร็วขึ้นและตื้นลงกว่าปกติ และความสามารถในการทำกิจกรรมที่ต้องใช้แรงอาจลดลง โอโซนทำให้กล้ามเนื้อในทางเดินหายใจหดตัว ซึ่งทำให้อากาศติดค้างในถุงลม ทำให้เกิดอาการหายใจเสียงดังและหายใจลำบาก[21]
  • ทำให้อาการหอบหืดรุนแรงขึ้น เมื่อระดับโอโซนสูงขึ้น ผู้ป่วยหอบหืดมีโอกาสเกิดอาการมากขึ้นจนต้องพบแพทย์หรือใช้ยารักษา อาจเกิดจากโอโซนทำให้คนไวต่อสารก่อภูมิแพ้มากขึ้น ซึ่งกระตุ้นให้เกิดอาการหอบหืด
  • เพิ่มความเสี่ยงต่อการติดเชื้อทางเดินหายใจส่วนบน เช่น หลอดลมอักเสบ ถุงลมโป่งพอง และหอบหืด[22]
  • การอักเสบและความเสียหายต่อเยื่อบุปอด ภายในไม่กี่วัน เซลล์ที่เสียหายจะถูกลอกออกและแทนที่เช่นเดียวกับการลอกผิวหลังการถูกแดดเผา งานวิจัยในสัตว์แนะนำว่าหากการอักเสบนี้เกิดขึ้นซ้ำ ๆ ในระยะเวลานาน (หลายเดือนหรือหลายปี) เนื้อเยื่อปอดอาจถูกทำลายอย่างถาวร ส่งผลให้การทำงานของปอดลดลงถาวรและคุณภาพชีวิตลดลง[ต้องการอ้างอิง]
  • ข้อมูลล่าสุดชี้ให้เห็นว่าโอโซนอาจส่งผลกระทบต่อสุขภาพผ่านกระบวนการอักเสบที่นำไปสู่โรคหัวใจ, เบาหวานชนิดที่ 2 และโรคเกี่ยวกับการเผาผลาญอื่น ๆ [23]

ในช่วงปี 1990 พบว่าโอโซนระดับพื้นดินสามารถทำให้อายุขัยของประชากรที่มีความเสี่ยงลดลงได้หลายวัน[24] การศึกษาเชิงสถิติของ 95 ชุมชนเมืองใหญ่ในสหรัฐฯ พบความเชื่อมโยงที่สำคัญระหว่างระดับโอโซนกับการเสียชีวิตก่อนวัยอันควร การศึกษานี้ประมาณว่า การลดความเข้มข้นของโอโซนในเขตเมืองลงหนึ่งในสามจะช่วยชีวิตได้ประมาณ 4,000 คนต่อปี (Bell et al., 2004) โอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์ทำให้มีผู้เสียชีวิตก่อนวัยอันควรประมาณ 22,000 คนต่อปีใน 25 ประเทศของสหภาพยุโรป (WHO, 2008)

พื้นที่ปัญหา

[แก้]

องค์กรปกป้องสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (EPA) ได้พัฒนา "ดัชนีคุณภาพอากาศ" (Air Quality Index) เพื่อช่วยอธิบายระดับมลพิษทางอากาศให้กับประชาชนทั่วไป โดยความเข้มข้นเฉลี่ยของโอโซน 8 ชั่วโมงที่มีค่า 76 ถึง 95 nmol/mol ถูกจัดให้อยู่ในกลุ่ม "ไม่ดีต่อกลุ่มที่ไวต่อสุขภาพ" 96 nmol/mol ถึง 115 nmol/mol จัดว่าไม่ดีต่อสุขภาพ และ 116 nmol/mol ถึง 404 nmol/mol จัดว่าเป็นอันตรายอย่างยิ่ง[25] EPA ได้กำหนดให้มากกว่า 300 เขตของสหรัฐอเมริกา ซึ่งกระจุกตัวอยู่ในพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่น (โดยเฉพาะในรัฐแคลิฟอร์เนียและภาคตะวันออกเฉียงเหนือ) ไม่เป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพอากาศโดยรอบแห่งชาติ (National Ambient Air Quality Standards)

ในปี 2000 "ภาคผนวกโอโซน" (Ozone Annex) ถูกเพิ่มเข้าในข้อตกลงคุณภาพอากาศระหว่างสหรัฐฯ-แคนาดา (U.S.–Canada Air Quality Agreement) โดยภาคผนวกนี้ครอบคลุมถึงมลพิษทางอากาศข้ามพรมแดนที่มีส่วนทำให้เกิดโอโซนระดับพื้นดิน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของหมอกควัน โดยมีเป้าหมายหลักคือการบรรลุมาตรฐานคุณภาพอากาศโอโซนที่เหมาะสมทั้งในสหรัฐฯ และแคนาดา[26] ทางตอนเหนือของรัฐโคโลราโดไม่เป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพอากาศของรัฐบาลกลาง โดยในเดือนพฤศจิกายน 2007 EPA สหรัฐฯ ได้กำหนดให้เมืองฟอร์ตคอลลินส์เป็นส่วนหนึ่งของพื้นที่ที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐานโอโซน[27] ซึ่งหมายความว่ากฎหมายสิ่งแวดล้อมของสหรัฐฯ พิจารณาว่าคุณภาพอากาศในพื้นที่แย่กว่ามาตรฐานคุณภาพอากาศโดยรอบแห่งชาติ ซึ่งกำหนดไว้ในกฎหมาย Clean Air Act Amendments[28] ในปี 2024 สมาคมโรคปอดแห่งสหรัฐฯ ได้จัดอันดับให้ฟอร์ตคอลลินส์เป็นลำดับที่ 16 ของประเทศในด้านวันที่มีโอโซนสูง จาก 228 พื้นที่มหานคร 38 สำหรับมลพิษจากอนุภาคใน 24 ชั่วโมง จาก 223 พื้นที่มหานคร และ 136 สำหรับมลพิษจากอนุภาครายปี จาก 204 พื้นที่มหานคร[29]

ในการตรวจสอบคุณภาพอากาศ เคาน์ตีโบลเดอร์ รัฐโคโลราโด ถูกจัดอยู่ในกลุ่ม 9 เขตที่รวมพื้นที่เมืองเดนเวอร์และภูมิภาคแนวหน้าทางตอนเหนือ (North Front Range) โดยโซน 9 เขตนี้ได้บันทึกระดับโอโซนที่เกินมาตรฐานของ EPA ตั้งแต่ปี 2004[30] มีความพยายามภายใต้ "Early Action Compact" เพื่อนำคุณภาพอากาศของพื้นที่ให้เป็นไปตามมาตรฐานของ EPA อย่างไรก็ตามตั้งแต่ปี 2004 มลพิษโอโซนในเคาน์ตีโบลเดอร์ยังคงไม่เป็นไปตามมาตรฐานของรัฐบาลกลางที่กำหนดโดย EPA[31] เคาน์ตีโบลเดอร์ยังคงพยายามลดมลพิษโอโซนผ่านโปรแกรมที่ส่งเสริมให้ประชาชนขับรถน้อยลง และหลีกเลี่ยงกิจกรรมที่ก่อให้เกิดมลพิษโอโซนในช่วงเวลาที่อากาศร้อนที่สุดของวัน[32]

โอโซนและสภาพภูมิอากาศ

[แก้]

โอโซนระดับพื้นดินเกิดขึ้นได้ทั้งตามธรรมชาติและจากกิจกรรมของมนุษย์ โดยเป็นองค์ประกอบหลักของหมอกควันในเมือง และเกิดขึ้นตามธรรมชาติในฐานะมลพิษทุติยภูมิจากปฏิกิริยาโฟโตเคมีที่เกี่ยวข้องกับไนโตรเจนออกไซด์และสารประกอบอินทรีย์ระเหยเมื่อมีแสงแดดจ้าและอุณหภูมิสูง[33]

ไม่ว่าจะเกิดตามธรรมชาติหรือจากกิจกรรมของมนุษย์ การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของโอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์ตอนบนจะ:

  • ส่งผลกระทบอย่างมากต่อภาวะโลกร้อน เนื่องจากโอโซนเป็นทั้งมลพิษทางอากาศและก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญ
  • ส่งผลต่อการผลิตโอโซนระดับพื้นดิน ซึ่งส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอีกครั้ง

ด้วยเหตุนี้ มลพิษหมอกควันโฟโตเคมีที่พื้นผิวโลกและการลดลงของโอโซนในชั้นสตราโทสเฟียร์จึงได้รับความสนใจอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การรบกวนใน "โทรโพสเฟียร์เสรี" มีแนวโน้มที่จะเป็นจุดสนใจของวัฏจักรทางวิทยาศาสตร์ในอนาคต โดยเฉพาะในบางส่วนของซีกโลกเหนือ ระดับโอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์เพิ่มขึ้น[34] ซึ่งอาจส่งผลต่อระดับความชื้น ปริมาณเมฆ การกระจายตัวของเมฆ การตกตะกอน และพลศาสตร์บรรยากาศ นอกจากนี้ สภาพแวดล้อมที่ร้อนขึ้นยังเอื้อต่อการสังเคราะห์และการสะสมของโอโซนในบรรยากาศ เนื่องจากกลไกทางเคมีและกายภาพสองประการ ประการแรก ภูมิอากาศที่ร้อนขึ้นจะเปลี่ยนแปลงความชื้นและสภาพลมในบางส่วนของโลก ทำให้เกิดการลดความถี่ของไซโคลนผิวดิน[35]

ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศต่อกระบวนการที่ส่งผลต่อโอโซน

[แก้]

การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศและปริมาณน้ำในอากาศส่งผลต่อเคมีของอากาศและอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่สร้างและกำจัดโอโซน อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ ซึ่งนำไปสู่การผลิตโอโซนมากขึ้น การคาดการณ์การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิและไอน้ำที่เพิ่มขึ้นในบรรยากาศมีแนวโน้มที่จะเพิ่มโอโซนในพื้นที่ที่มีมลพิษ เช่น ภาคตะวันออกของสหรัฐอเมริกา[35] โดยเฉพาะการย่อยสลายของสารมลพิษ peroxyacetylnitrate (PAN) ซึ่งเป็นสารเก็บสำรองสำคัญของสารตั้งต้นโอโซนสำหรับการเคลื่อนย้ายระยะไกล จะเร่งขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ส่งผลให้อายุการใช้งานของ PAN สั้นลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ทำให้การเคลื่อนย้ายมลพิษโอโซนระยะไกลเปลี่ยนไป นอกจากนี้ การแผ่รังสีของ CO2 ที่ก่อให้เกิดภาวะโลกร้อนยังทำให้ชั้นสตราโทสเฟียร์เย็นลง การเย็นตัวนี้คาดว่าจะทำให้เกิดการลดโอโซน (O3) ในภูมิภาคขั้วโลกมากขึ้น และอาจเพิ่มความถี่ของหลุมโอโซน[36]

การลดโอโซนยังเป็นแรงขับรังสีของระบบภูมิอากาศอีกด้วย ผลกระทบสองประการที่ตรงกันข้ามกันคือ การลดโอโซนทำให้สตราโทสเฟียร์ดูดซับรังสีแสงอาทิตย์น้อยลง ทำให้เย็นลง แต่ทำให้โทรโพสเฟียร์ร้อนขึ้น ส่งผลให้สตราโทสเฟียร์ปล่อยรังสีคลื่นยาวลงมาน้อยลง ทำให้โทรโพสเฟียร์เย็นลง รายงานของ IPCC ระบุว่า "การสูญเสียโอโซนในชั้นสตราโทสเฟียร์ที่วัดได้ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา ได้สร้างแรงขับทางลบของระบบพื้นผิว-โทรโพสเฟียร์" ประมาณ 0.15 ± 0.10 วัตต์ต่อตารางเมตร (W/m2) [37] นอกจากนี้ อุณหภูมิอากาศที่เพิ่มขึ้นยังส่งเสริมกระบวนการสร้างโอโซน ซึ่งส่งผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศด้วย

การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทำให้เกิดการละลายของน้ำแข็งทะเลในแถบอาร์กติก ซึ่งปล่อยคลอรีนโมเลกุลออกมา ซึ่งทำปฏิกิริยากับรังสี UV เพื่อสร้างอนุมูลคลอรีน อนุมูลคลอรีนเหล่านี้มีปฏิกิริยาสูงมาก ทำให้เร่งการสลายตัวของมีเทนและโอโซนในชั้นโทรโพสเฟียร์ รวมถึงการเกิดออกซิเดชันของปรอทในรูปแบบที่เป็นพิษมากขึ้น[38] การผลิตโอโซนเพิ่มขึ้นในช่วงคลื่นความร้อน เนื่องจากพืชดูดซับโอโซนน้อยลง มีการประมาณว่าการดูดซับโอโซนที่ลดลงของพืชอาจเป็นสาเหตุการเสียชีวิต 460 รายในสหราชอาณาจักรในช่วงฤดูร้อน

อ้างอิง

[แก้]
  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 Warneck, Peter (1999). Chemistry of The Natural Atmosphere. Academic Press. ISBN 9780080529066.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 "8.2 Tropospheric ozone". elte.prompt.hu. สืบค้นเมื่อ 2018-11-12.
  3. ↑ Department for Environment, Food and Rural Affairs (Defra) webmaster@defra gsi gov uk. "What is Stratospheric Ozone?- Defra, UK". uk-air.defra.gov.uk. สืบค้นเมื่อ 2019-10-26.
  4. ↑ 4.0 4.1 "Nasa Ozone Watch: Ozone facts". ozonewatch.gsfc.nasa.gov. สืบค้นเมื่อ 2018-11-12.
  5. ↑ Fahey, David W. (2011). Twenty questions and answers about the ozone layer 2010 update: scientific assessment of ozone depletion 2010 (PDF). Hegglin, Michaela I., United States. National Oceanic and Atmospheric Administration., United States. National Aeronautics and Space Administration., United Nations Environment Programme., World Meteorological Organization., European Commission. Geneva, Switzerland: World Meteorological Organisation. ISBN 978-9966-7319-4-4. OCLC 770711102.
  6. ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 "Ozone in the Troposphere | UCAR Center for Science Education". scied.ucar.edu. สืบค้นเมื่อ 2018-11-12.
  7. ↑ 7.0 7.1 "Tropospheric ozone | Climate & Clean Air Coalition". ccacoalition.org. สืบค้นเมื่อ 2018-11-12.
  8. ↑ 8.0 8.1 US EPA, OAR (2015-05-29). "Ground-level Ozone Basics". US EPA. สืบค้นเมื่อ 2019-10-26.
  9. ↑ Bloomer, Bryan J.; Stehr, Jeffrey W.; Piety, Charles A.; Salawitch, Ross J.; Dickerson, Russell R. (2009). "Observed relationships of ozone air pollution with temperature and emissions". Geophysical Research Letters. 36 (9). doi:10.1029/2009GL037308. ISSN 1944-8007. สืบค้นเมื่อ 2024-01-03.
  10. ↑ Taniguchi, Nori; Takahashi, Kenshi; Matsumi, Yutaka (2000). "Photodissociation of O3around 309 nm". The Journal of Physical Chemistry A. 104 (39): 8936–8944. Bibcode:2000JPCA..104.8936T. doi:10.1021/jp001706i. ISSN 1089-5639.
  11. ↑ 11.0 11.1 11.2 Reeves, Claire E.; Penkett, Stuart A.; Bauguitte, Stephane; Law, Kathy S.; Evans, Mathew J.; Bandy, Brian J; Monks, Paul S.; Edwards, Gavin D.; Phillips, Gavin (2002-12-11). "Potential for photochemical ozone formation in the troposphere over the North Atlantic as derived from aircraft observations during ACSOE". Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 107 (D23): ACH 14–1–ACH 14–14. Bibcode:2002JGRD..107.4707R. doi:10.1029/2002jd002415. ISSN 0148-0227.
  12. ↑ 12.0 12.1 "How is ozone measured in the atmosphere?" (PDF). ERSL NOAA.
  13. ↑ "Measuring ozone from space". สืบค้นเมื่อ 2018-11-12.
  14. ↑ NASA. "total-ozone-mapping-spectrometer-earth-probe".
  15. ↑ NASA. "TROPESS Project & TES Mission". tes.jpl.nasa.gov. สืบค้นเมื่อ 2018-11-12.
  16. ↑ LaRC, Ali Aknan (2005-06-22). "NASA Tropospheric Chemistry Integrated Data Center". www-air.larc.nasa.gov. สืบค้นเมื่อ 2018-11-12.
  17. ↑ Laboratory, US Department of Commerce, NOAA, Earth System Research. "ESRL Global Monitoring Laboratory - Ozone and Water Vapor". esrl.noaa.gov. สืบค้นเมื่อ 2018-11-12.
  18. ↑ Weschler, Charles J. (December 2000). "Ozone in Indoor Environments: Concentration and Chemistry: Ozone in Indoor Environments". Indoor Air (ภาษาอังกฤษ). 10 (4): 269–288. doi:10.1034/j.1600-0668.2000.010004269.x. PMID 11089331. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ April 15, 2024. สืบค้นเมื่อ April 11, 2024.
  19. ↑ Harding-Smith, Ellen; Shaw, David R.; Shaw, Marvin; Dillon, Terry J.; Carslaw, Nicola (January 23, 2024). "Does green mean clean? Volatile organic emissions from regular versus green cleaning products". Environmental Science: Processes & Impacts (ภาษาอังกฤษ). 26 (2): 436–450. doi:10.1039/D3EM00439B. ISSN 2050-7887. PMID 38258874.
  20. ↑ 20.0 20.1 "Ozone: Good Up High Bad Nearby" (PDF). epa.gov. สืบค้นเมื่อ 2019-10-26.
  21. ↑ 21.0 21.1 US EPA, OAR (2015-06-05). "Health Effects of Ozone Pollution". US EPA. สืบค้นเมื่อ 2019-10-26.
  22. ↑ "Effects of Ground-level Ozone".
  23. ↑ Adar, Sara Dubowsky (2012-09-25). "Childhood Exposures to Ozone". Circulation. 126 (13): 1570–1572. doi:10.1161/circulationaha.112.133207. ISSN 0009-7322. PMID 23008468.
  24. ↑ Schlink, Uwe; Herbarth, Olf; Richter, Matthias; Dorling, Stephen; Nunnari, Giuseppe; Cawley, Gavin; Pelikan, Emil (April 2006). "Statistical models to assess the health effects and to forecast ground-level ozone". Environmental Modelling & Software. 21 (4): 547–558. doi:10.1016/j.envsoft.2004.12.002. ISSN 1364-8152.
  25. ↑ "Smog - Who does it Hurt? EPA-452/K-99-001" (PDF). airnow.gov (EPA). July 1999.
  26. ↑ "Canada-United States Air Quality Agreement: Overview". 25 January 2005.
  27. ↑ "Ozone FAQs || Air Quality". fcgov.com. สืบค้นเมื่อ 2019-10-26.
  28. ↑ US EPA, OAR (2014-04-10). "NAAQS Table". US EPA. สืบค้นเมื่อ 2019-10-26.
  29. ↑ "Fort Collins, CO". www.lung.org (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 2024-06-22.
  30. ↑ "Ozone". Boulder County. สืบค้นเมื่อ 2019-10-26.
  31. ↑ "Simple Steps. Better Air. – A program of Colorado's Regional Air Quality Council". simplestepsbetterair.org. สืบค้นเมื่อ 2019-10-26.
  32. ↑ "Ozone". Boulder County (ภาษาอังกฤษแบบอเมริกัน). 2020. สืบค้นเมื่อ 2020-01-22.
  33. ↑ Ebi, Kristie L.; McGregor, Glenn (2008-11-01). "Climate Change, Tropospheric Ozone and Particulate Matter, and Health Impacts". Environmental Health Perspectives. 116 (11): 1449–1455. doi:10.1289/ehp.11463. PMC 2592262. PMID 19057695.
  34. ↑ "The Royal Society" (PDF). royalsociety.org. สืบค้นเมื่อ 2022-03-31.
  35. ↑ 35.0 35.1 Ebi, Kristie L.; McGregor, Glenn (2008-11-01). "Climate Change, Tropospheric Ozone and Particulate Matter, and Health Impacts". Environmental Health Perspectives. 116 (11): 1449–1455. doi:10.1289/ehp.11463. PMC 2592262. PMID 19057695.
  36. ↑ Mohnen, V.A.; Goldstein, W.; Wang, W.-C. (October 1993). "Tropospheric Ozone and Climate Change". Air & Waste. 43 (10): 1332–1334. doi:10.1080/1073161x.1993.10467207. ISSN 1073-161X.
  37. ↑ Pascale Braconnot, Nathan P. Gillett, Yong Luo, Jose A. Marengo Orsini, Neville Nicholls, Joyce E. Penner, Peter A. Stott. "Understanding and Attributing Climate Change" (PDF). เก็บ (PDF)จากแหล่งเดิมเมื่อ 2018-05-08.{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์)
  38. ↑ Jin Liao; และคณะ (January 2014). "High levels of molecular chlorine in the Arctic atmosphere". Nature Geoscience. 7 (2): 91–94. Bibcode:2014NatGe...7...91L. doi:10.1038/ngeo2046.

อ่านหนังสือเพิ่ม

[แก้]

แหล่งข้อมูลอื่น

[แก้]
เข้าถึงจาก "https://th.wikipedia.org/w/index.php?title=โอโซนระดับพื้นดิน&oldid=11740900"