พบกลไกเร่งเกิดหมอกควันในเมือง นักวิจัยมะกันมุหาทางแก้

ไซน์เดลี - ทีมวิจัยมะกันพบกุญแจดอกสำคัญมาช่วยไขปัญหาหมอกควันพิษในอากาศ จากการพบกลไกสำคัญที่ทำให้เกิดโอโซนสะสมในอากาศมากเกิน จนเป็นพิษภัยคุกคามคนเมืองทั่วโลก หวังแก้ปัญหาที่ต้นเหตุที่จากปฏิกิริยาเคมีในธรรมชาติช่วยด้วยอีกแรง ลำพังให้มนุษย์ลดปล่อยมลพิษอย่างเดียวอาจไม่ทันการณ์

นักวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย (University of California) เมืองซานดิเอโก สหรัฐอเมริกา เผยผลการค้นพบการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่สำคัญในบรรยากาศสาเหตุของมลพิษทางอากาศและหมอกควันพิษ (smog) เปิดทางให้ผู้เชี่ยวชาญด้านคุณภาพอากาศหากลยุทธ์ใหม่ในการแก้ปัญหาปริมาณโอโซนในเขตชุมชนเมือง (urban ozone) เกินกว่ามาตรฐาน ซึ่งได้รายงานผลการศึกษาลงในวารสารไซน์ (Science) ฉบับวันที่ 21 มี.ค.51

ขณะนี้แหล่งชุมชนและที่อยู่อาศัยกว่า 300 เมืองทั่วโลกกำลังประสบปัญหามลพิษทางอากาศอันเกิดจากปริมาณโอโซนมากเกินมาตรฐาน ซึ่งเป็นมาตรฐานระดับใหม่ที่องค์การพิทักษ์สิ่งแวดล้อม (Environmental Protection Agency: EPA) สหรัฐฯ เพิ่งประกาศไปเมื่อไม่นานมานี้

อีกทั้งเมืองใหญ่อย่างเม็กซิโกซิตีและปักกิ่งก็กำลังเผชิญกับปัญหาคุณภาพอากาศ ตลอดจนปัญหาหมอกควันพิษที่เต็มไปด้วยโอโซนในเมืองต่างๆ ตามชนบทซึ่งมีประชากรทั่วโลกกว่า 100 ล้านคนอาศัยอยู่ในเมืองที่คุณภาพอากาศต่ำกว่ามาตรฐานสากล

อมิตาภา สินหา (Amitabha Sinha) นักเคมี หัวหน้าคณะวิจัยเผยว่า การศึกษาปฏิกิริยาเคมีในบรรยากาศทำให้เข้าใจถึงกระบวนการเกิดโอโซนในเขตชุมชนลึกซึ้งมากยิ่งขึ้น และทำให้รู้ว่ากระบวนการดังกล่าวนั้นซับซ้อนกว่าที่สันนิษฐานไว้ในตอนแรกเสียอีก ซึ่งความรู้ใหม่ที่ได้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์มีวิธีการควบคุมคุณภาพอากาศได้ดีและเป็นบริเวณกว้างหรืออาจจะครอบคลุมได้ทั่วโลกเลยทีเดียว

ระดับปริมาณโอโซนในเขตชุมชนเมือง โดยเฉพาะเมืองใหญ่ๆ จะขึ้นสูงสุดในช่วงหลังเที่ยงและกินเวลานานหลายชั่วโมง อันเนื่องมาจากกระบวนการเกิดโอโซนอันซับซ้อนในอากาศที่สะสมมาตั้งแต่ช่วงเช้าของวัน ซึ่งปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นจะเกี่ยวข้องตั้งแต่แสงแดด, ไฮโดรคาร์บอน และ ไนโตรเจนออกไซด์ ที่มาจากยวดยานบนท้องถนน ตลอดจนไอน้ำที่ล่องลอยอยู่ในอากาศ

นักวิจัยได้อธิบายกระบวนการเกิดโอโซนในอากาศว่า โดยปกติแล้วเกิดจากการที่อนุมูลไฮดรอกซิล (hydroxyl radical: OH) ที่มาจากไอน้ำในชั้นบรรยากาศไปทำปฏิกิริยากับไฮโดรคาร์บอนจนได้สารประกอบที่จะมาทำปฏิกิริยากับไนตริกออกไซด์ (nitric oxide: NO) จนเกิดเป็นไนโตรเจนไดออกไซด์ (nitrogen dioxide: NO2) และโอโซน (O3)

ทั้งนี้ นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่า OH ที่เป็นต้นตอของการเกิดโอโซนในอากาศนั้นหลักๆ แล้วน่าจะมาจากการที่รังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ที่อยู่ในช่วงความยาวคลื่นน้อยกว่า 320 นาโนเมตร ทำให้โอโซนในชั้นบรรยากาศแตกตัวออกเป็นอะตอมของออกซิเจนที่ไม่สเถียร ซึ่งอะตอมเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับไอน้ำในอากาศจนเกิดเป็น OH จำนวนมากมาย

ทว่าจากการทดลองในห้องปฏิบัติการ ทีมวิจัยพบว่ายังมีปฏิกิริยาอื่นที่เป็นตัวการสำคัญทำให้เกิด OH ในบรรยากาศได้ดีไม่แพ้ที่กล่าวมาข้างต้น นั่นคือปฏิกิริยาระหว่างไอน้ำในอากาศกับ NO2 ที่อยู่ในสถานะกระตุ้น (excited state) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ NO2 ดูดกลืนแสงที่ตามองเห็น (visible light) ในช่วงความยาวคลื่นระหว่าง 450-650 นาโนเมตร

อย่างไรก็ดี ทฤษฎีนี้เคยมีนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันเสนอไว้ครั้งแรกตั้งแต่ปี 2540 แต่การทดลองของเขาไม่สามารถตรวจจับ OH ที่เกิดขึ้นจากกระบวนการดังกล่าวได้ จึงลงความเห็นว่าหลักการที่ว่าไม่ได้มีบทบาทสำคัญในชั้นบรรยากาศตามที่คาดการณ์ไว้

ขณะที่ทฤษฎีของเมื่อ 10 ปี ที่แล้วถูกนำมาพิสูจน์อีกครั้งโดยทีมวิจัยของซินฮา และครั้งนี้กลับให้ผลที่เกินคาด นักวิจัยพบว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้เร็วกว่าที่คาดไว้ถึง 10 เท่า แต่กระนั้นก็ยังช้ากว่า OH ที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างอะตอมออกซิเจนกับไอน้ำถึง 1,000 เท่า

ทว่าชั้นบรรยากาศไม่สามารถกรองรังสีจากดวงอาทิตย์ในช่วงความยาวคลื่น 450-650 นาโนเมตร ได้ดีเช่นเดียวกับรังสีที่ความยาวคลื่น 320 นาโนเมตร ดังนั้นแม้เกิดช้า แต่เกิดมาก ก็ย่อมส่งผลกระทบมากเช่นกัน นักวิจัยจึงมั่นใจว่ากระบวนการเกิด OH จากปฏิกิริยาระหว่างไอน้ำกับ NO2 ที่อยู่ในสถานะกระตุ้น เป็นตัวการสำคัญที่ทำให้เกิดหมอกควันพิษที่กำลังเป็นปัญหาอยู่ในหลายๆ เมือง ณ ขณะนี้นี่เอง

"เมื่อเราสามารถระบุแหล่งที่มาของ OH ในชั้นบรรยากาศได้ จะทำให้เราเข้าถึงวิธีการควบคุมและแก้ปัญหาปริมาณโอโซนในชั้นบรรยากาศเหนือชุมชนเมืองที่มากเกินจนทำให้อากาศเป็นพิษได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น" สินหากล่าว.