การศึกษาไอเสียของเรือประเมินค่าการระบายความร้อนสูงเกินไปจากเมฆที่เปลี่ยนแปลงมลภาวะ

‘เส้นทางเดินเรือ’ มีอายุสั้นเกินไปที่จะสะท้อนได้อย่างถูกต้องว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างละอองลอยและเมฆอาจเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศได้อย่างไร ในบรรดาคำถามที่ใหญ่ที่สุดสำหรับผู้พยากรณ์การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศก็คือ ละอองลอยในบรรยากาศสร้างเมฆอย่างไร ซึ่งสามารถช่วยให้โลกเย็นลงได้ ผลการศึกษาใหม่พบว่ากลยุทธ์หนึ่งที่มีแนวโน้มดีในการทำความเข้าใจว่าละอองลอยและเมฆมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร สามารถประเมินความสามารถในการทำความเย็นของเมฆที่สร้างมลภาวะได้สูงถึง 200 เปอร์เซ็นต์ นักวิจัยรายงานในวารสารScience 29 มกราคม

Franziska Glassmeier นักวิทยาศาสตร์ด้านบรรยากาศจาก Delft University of Technology ในเนเธอร์แลนด์กล่าวว่า “เมฆโดยทั่วไปและวิธีที่ละอองลอยโต้ตอบกับสภาพอากาศนั้นเป็นความไม่แน่นอนครั้งใหญ่ในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศ นักวิทยาศาสตร์ทราบดีว่าละอองลอย ทั้งจากธรรมชาติ ทั้งจากภูเขาไฟ และที่มนุษย์เกิดจากมลพิษ สามารถเปลี่ยนความหนาของเมฆ ความสามารถในการกระจายแสงแดด หรือปริมาณน้ำฝนที่ตกลงมา แต่ผลกระทบทางกายภาพที่ซับซ้อนเหล่านี้จำลองได้ยาก ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงพยายามหาตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริงเพื่อศึกษาผลกระทบเหล่านี้

เข้าสู่เส้นทางเรือ 

ไอเสียที่พ่นออกมาจากเรือบรรทุกสินค้าขนาดใหญ่ที่ข้ามมหาสมุทรสามารถก่อให้เกิดเมฆที่สดใสเหล่านี้ได้ อนุภาคไอเสียขนาดเล็กทำหน้าที่เป็นนิวเคลียสของเมฆ: ไอน้ำควบแน่นบนอนุภาคเพื่อสร้างละอองเมฆ ซึ่งเป็นสิ่งที่เป็นน้ำของเมฆ รางเดินเรือคือ “ตัวอย่างสำคัญที่เราสามารถมองเห็นสาเหตุและผลกระทบนี้ได้” Glassmeier กล่าว “ใส่อนุภาคเข้าไป คุณจะเห็นว่าเมฆสว่างขึ้น” เมฆที่สว่างขึ้นหมายความว่าพวกมันสะท้อนแสงอาทิตย์กลับเข้าสู่อวกาศมากขึ้น

ดาวเทียมมองเห็นและวัดผลได้ รางดังกล่าวเป็นหน้าต่างที่บ่งชี้ว่ามลพิษทางอุตสาหกรรมในวงกว้างทั่วโลกอาจเปลี่ยนแปลงสภาพเมฆของดาวเคราะห์ได้อย่างไร และบางทีเมฆดังกล่าวอาจส่งผลต่อสภาพอากาศอย่างไร การวิเคราะห์เส้นทางเดินเรือจากดาวเทียมเกี่ยวข้องกับการวัดความหนาแน่นของหยดน้ำในเมฆจากภาพถ่าย และการคำนวณความสว่างของเมฆที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา

ในการประเมินว่ารอยเท้าของเรือแสดงถึงผลกระทบโดยรวมของมลภาวะต่อเมฆได้ดีเพียงใด Glassmeier และเพื่อนร่วมงานของเธอได้เปรียบเทียบผลการเย็นตัวของเมฆบนเส้นทางเดินเรือกับเมฆที่จำลองมาจากมลภาวะ เช่น อาจเกิดขึ้นทั่วเมือง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิจัยต้องการจำลองว่าทั้งความหนาและความสว่างของก้อนเมฆ และด้วยเหตุนี้ผลการเย็นตัวของเมฆอาจมีวิวัฒนาการเมื่อเวลาผ่านไป อันเป็นผลมาจากกระบวนการต่างๆ เช่น ปริมาณน้ำฝนและการระเหย

ปัญหาที่ทีมพบคือ รางเรือไม่ได้บอกเรื่องราวทั้งหมด 

รางเดินเรือมีระยะเวลาสั้น เนื่องจากแหล่งกำเนิดมลพิษมักเคลื่อนที่อยู่เสมอ แต่มลพิษทางอุตสาหกรรมมักไม่เกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้น ๆ แต่มีอนุภาคที่ไหลเข้าสู่บรรยากาศอย่างต่อเนื่อง และความแตกต่างของปัจจัยการผลิตส่งผลต่อการตอบสนองของเมฆตามธรรมชาติเมื่อเวลาผ่านไป

ในการศึกษาเส้นทางเดินเรือและการจำลองมลพิษทางอุตสาหกรรม เมฆในขั้นต้นจะสว่างขึ้นและทำให้เกิดความเย็น นั่นเป็นเพราะในทั้งสองกรณี การเพิ่มอนุภาคละอองลอยจำนวนมากสู่ชั้นบรรยากาศทำให้ไอน้ำมีพื้นผิวจำนวนมากที่จะควบแน่น ทำให้เกิดหยดน้ำขนาดเล็กจำนวนมากที่ก่อตัวเป็นเมฆที่สว่างกว่านี้และสะท้อนรังสีที่เข้ามา

อย่างไรก็ตาม หลังจากผ่านไปสองสามชั่วโมง ขณะที่เรือแล่นต่อไป ทางของเรือก็หายไป และชีพจรของมลภาวะก็หยุดลง Glassmeier กล่าว ช่วงเวลาสั้นๆ ของการระบายความร้อนจะลดลงเมื่อเมฆธรรมชาติที่มีอยู่ก่อนกลับคืนสู่สภาพเดิมที่ไม่มีมลพิษ

แต่ในกรณีของมลพิษทางอุตสาหกรรม เมฆธรรมชาติจะไม่กลับสู่สภาพเดิม ในทางกลับกัน มลพิษก็เร่งการตายของเมฆ นั่นเป็นเพราะว่าละอองละอองเล็ก ๆ จากเมล็ดละอองเริ่มระเหยเร็วกว่าละอองเมฆตามธรรมชาติที่มีขนาดใหญ่กว่า การระเหยที่เพิ่มขึ้นนี้จะทำให้เมฆก้อนเดิมบางลง ทำให้ความร้อนทะลุผ่านได้มากกว่ามลพิษที่ไม่เคยมาถึง และนั่นอาจส่งผลต่อสภาพอากาศโดยรวม มากกว่าที่จะเย็นลง ทีมงานกล่าว

Glassmeier กล่าวว่า “มีผลกระทบด้านระยะเวลานี้ซึ่งจำเป็นต้องนำมาพิจารณา การใช้ข้อมูลเส้นทางเดินเรือเพียงอย่างเดียวเพื่อทำความเข้าใจแหล่งที่มาของมลพิษทั้งหมดจะพลาดผลกระทบที่ค่อยเป็นค่อยไปนี้ “ผมจะไม่ทิ้งข้อมูลเส้นทางเรือทั้งหมดทิ้ง เราแค่ต้องตีความมันในวิธีใหม่” แบบจำลองสภาพภูมิอากาศในปัจจุบันมักจะละเว้นผลกระทบที่ทำให้ผอมบางนี้ เธอกล่าว

การศึกษาครั้งใหม่นี้ “มีประโยชน์อย่างยิ่งในการช่วยตีความความสัมพันธ์ระหว่างละอองลอยและเมฆในข้อมูลดาวเทียม” Edward Gryspeerdt นักฟิสิกส์บรรยากาศที่ Imperial College London ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษากล่าว “แสดงให้เห็นว่าการตอบสนองของคลาวด์ต่อละอองลอยไม่ได้เกิดขึ้นทันที แต่พัฒนาขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป”

นักวิทยาศาสตร์ทราบดีว่ารอยเท้าของเรืออาจไม่นำไปสู่การเย็นลง Graeme Stephens นักวิทยาศาสตร์บรรยากาศที่ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion ของ NASA ในเมือง Pasadena รัฐแคลิฟอร์เนียกล่าว ตัวอย่างเช่น Stephens สังเกตว่าเขาและคนอื่น ๆ เคยพบว่ารอยทางเรือสามารถเร่งให้ก้อนเมฆบางลงได้ โดยเพิ่มอัตราการระเหยที่ยอดเมฆ ในขณะเดียวกันก็ระงับปริมาณน้ำฝน ซึ่งรักษาความหนาของเมฆไว้บางส่วน การตอบสนองที่แข่งขันกันทั้งสองนี้ทำให้การกำหนดชะตากรรมสุดท้ายของคลาวด์เป็นเรื่องยุ่งยาก