การสำรวจทางกายภาพและชีวภาพของมหาสมุทร

เมื่อต้นปีนี้องค์การ General Bathymetric Chart of the Ocean (GEBCO) ซึ่งมีสำนักงานใหญ่อยู่ที่ Monaco ได้เปิดตัวโครงการทำแผนที่ภูมิศาสตร์ใต้มหาสมุทรทุกมหาสมุทรของโลกอย่างสมบูรณ์แบบให้เสร็จภายในปี 2030 ด้วยงบประมาณหนึ่งแสนล้านบาท ซึ่งคนบางคนอาจจะคิดว่านี่เป็นค่าใช้จ่ายที่ “มากไป” สำหรับการทำแผนที่ แต่ถ้ารู้เพิ่มเติมว่าผิวโลกมีน้ำปกคลุมพื้นที่ทั้งหมดประมาณ 2 ใน 3 ตัวเลขนี้ทำให้ค่าเฉลี่ยในการทำแผนที่เป็นเพียง 30 บาท/ตารางกิโลเมตรเท่านั้นเอง

ณ ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์มีความรู้เกี่ยวกับภูมิประเทศใต้น้ำเพียง 20% เท่านั้นเอง จึงนับว่าน้อยกว่าความรู้ภูมิประเทศของผิวดาวอังคารหลาย 100 เท่า ดังจะเห็นได้จากเหตุการณ์ที่เกิดเมื่อยานอวกาศ Schiaparelli ขององค์การบินและอวกาศแห่งยุโรปที่ส่งไปสำรวจดาวอังคารในปี 2016 ได้เกิดอุบัติเหตุตก และศูนย์บังคับยานสามารถรู้ตำแหน่งที่ยานตกได้ภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง แต่เมื่อเครื่องบิน MH 370 ของสายการบินมาเลเซียโหม่งมหาสมุทรอินเดียในปี 2014 จนกระทั่งถึงวันนี้ก็ยังไม่มีใครรู้ว่า เครื่องบินมุดจมอยู่ ณ ที่ใด

สาเหตุที่ทำให้เป็นเช่นนี้ เพราะดาวอังคารมีชั้นบรรยากาศที่เจือจาง ดังนั้นการสังเกตดูพื้นผิวทุกส่วนของดาวโดยกล้องโทรทรรศน์ทั้งบนดิน และในอวกาศ รวมถึงดาวเทียมที่ถูกส่งไปโคจรรอบดาวอังคาร สามารถช่วยให้เห็นรายละเอียดต่างๆ ของผิวดาวอังคารได้ดี แต่ในกรณีของมหาสมุทรบนโลก เพราะน้ำทะเลสามารถดูดกลืนแสงอาทิตย์ได้ดี ดังนั้นที่ระดับลึกกว่า 200 เมตร จะไม่มีแสงช่วยในการนำทาง นั่นคือทุกหนแห่งใต้น้ำจะมืดสนิท แม้จะใช้เรดาร์หรือคลื่นวิทยุใดๆ ก็ช่วยไม่ได้ เพราะน้ำทะเลดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดี ดังนั้นนักสำรวจจำต้องพึ่งพาคลื่นเสียงที่สามารถเดินทางผ่านไป-มาในน้ำได้ดีกว่า นั่นคือต้องใช้คลื่น sonar สำรวจ นี่เป็นเทคโนโลยีหลักที่ชาวประมงใช้ในการจับปลา เพราะคลื่นเสียงที่ถูกส่งไปกระทบฝูงปลา เวลาสะท้อนกลับจะให้ข้อมูลที่ชี้บอกความเร็วในการว่ายน้ำ ขนาดและชนิดของฝูงปลาได้ หรือแม้แต่การดักฟังหรือติดตามเรือดำน้ำ กองทัพเรือก็ใช้เทคโนโลยี sonar เช่นกัน

นักเดินเรือตั้งแต่สมัยโบราณได้รู้จักใช้คลื่น sonar ในการป้องกันการเกยตื้นของเรือ แต่เมื่อถึงสมัยปัจจุบันการใช้คลื่นเสียงจากเรือเพียงลำเดียวเพื่อสำรวจสภาพท้องน้ำ แล้วดักฟังเสียงสะท้อนจากท้องทะเลที่มีผิวขรุขระไม่ราบเรียบจะให้ข้อมูลที่ไม่แจ่มชัด ดังนั้นเทคนิคการส่งคลื่น sonar จึงต้องพัฒนาไปส่งและรับคลื่นเสียงจากเรือหลายลำ แม้คลื่นสะท้อนจะซ้อนทับกัน แต่เทคนิคการวิเคราะห์คลื่นก็ได้รับการพัฒนาไปมากจนทำให้นักสำรวจมหาสมุทรสามารถเห็นรายละเอียดของท้องน้ำได้ชัด และนี่คือเทคนิคที่องค์การต่างๆ เช่น บริษัทวางสายเคเบิ้ลใยแก้ว บริษัทขุดเจาะน้ำมัน นักสมุทรศาสตร์ กองทัพเรือ และบริษัทเดินเรือใช้สำรวจท้องทะเล และทุกองค์การก็มีข้อมูลภูมิทัศน์ใต้ทะเลในบริเวณที่องค์การนั้นๆ สนใจในปริมาณที่มากพอสมควรแล้ว

มาบัดนี้องค์การ GEBCO มีความประสงค์จะสังเคราะห์ข้อมูลเหล่านั้นเข้าด้วยกันในลักษณะเป็น BIG DATA เพื่อนำไปรวมกับข้อมูลจากองค์การอิสระอื่นๆ เช่น National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) ของอเมริกา และหน่วยวิจัยด้านสมุทรศาสตร์ของสหภาพยุโรป (EU) ซึ่งการพึ่งพาอาศัยกันในรูปแบบนี้เป็นเรื่องที่จำเป็น เพราะถ้าใช้เรือสำรวจเพียงลำเดียวในการรวบรวมข้อมูลทั้งโลก กว่าจะได้ครบสมบูรณ์ เรือเก็บข้อมูลอาจต้องใช้เวลานานถึง 200 ปี นอกจากนี้องค์การ GEBCO ก็ยังหวังว่า บริษัทเดินเรือเอกชนต่างๆ ถ้ามีข้อมูลที่เป็นประโยชน์ก็สามารถเข้าร่วมโครงการได้ด้วย

ในส่วนของบริเวณที่แทบไม่มีข้อมูลภูมิศาสตร์ใต้ทะเลเลย นักวิชาการทุกคนได้ยอมรับแล้วว่า บริเวณทางตอนใต้ของมหาสมุทร Pacific เป็นบริเวณที่ลึกลับที่สุด เพราะที่นั่นมักมีพายุพัดรุนแรง อีกทั้งกระแสน้ำก็เชี่ยวจนกะลาสีเรือพากันกลัว ดังนั้น การสำรวจในแถบนั้นจึงมีน้อยตามไปด้วย

ด้วยเหตุนี้องค์การ National Science Foundation ซึ่งเป็นองค์การที่ให้ทุนวิจัยวิทยาศาสตร์ของสหรัฐอเมริกาจึงได้ตั้งงบประมาณ 740 ล้านบาทเพื่อจัดตั้งโครงการ Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling Project (SOCCOM) โดยให้นักวิจัยเริ่มโครงการตั้งแต่ปี 2016 จนถึงปี 2020 ซึ่งจะใช้ทุ่นจำนวนประมาณ 4,000 ทุ่นลอยโยงกันเป็นเครือข่าย ภายในทุ่นมีอุปกรณ์ที่สามารถดำน้ำได้ลึกถึง 6,000 เมตร เพื่อทำหน้าที่วัดอุณหภูมิ และความเค็มของน้ำทะเล ตลอดจนความเร็วของกระแสน้ำ แล้วส่งข้อมูลที่ได้สู่ดาวเทียมที่กำลังโคจรอยู่เบื้องบนเพื่อถ่ายทอดไปเก็บรวบรวมที่ศูนย์ SOCCOM อีกทอดหนึ่ง

ในส่วนรายละเอียดของการทำงาน ทุ่นพร้อมอุปกรณ์ที่ใช้วัดสภาพของน้ำทะเลจะลอยอยู่ทางใต้ของ New Zealand (ในอนาคตทุ่นจะถูกนำไปลอยในมหาสมุทร India และ Atlantic) หลังจากที่ลอยอยู่ที่ผิวน้ำได้นาน 9 วัน เพื่อวัดสภาพทางกายภาพ อุปกรณ์ก็จะดำดิ่งลงไป 2,000 เมตร เพื่อวัดสภาพน้ำที่ระดับนั้นอีก เช่นวัดสภาพความเค็มของน้ำ ศึกษาปฏิกิริยาเคมีของน้ำในแถบนั้น วัดปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่น้ำทะเลในแถบขั้วโลกใต้ได้ดูดกลืนไป ซึ่งข้อมูลนี้มีความสำคัญมาก เพราะนักวิทยาศาสตร์ทฤษฎีได้คาดการณ์ว่า จากความร้อนทั้งหมดที่เกิดจากปรากฏการณ์เรือนกระจกจะมีความร้อนประมาณ 93% ที่ถูกน้ำทะเลดูดกลืนไป และ 26% ของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่มนุษย์ผลิตได้ก็จะละลายไปในน้ำ แต่ไม่มีใครรู้ชัดว่าความร้อนและคาร์บอนไดออกไซด์หลังจากที่น้ำดูดกลืน ได้ไหลไปสู่ส่วนใดของโลก ซึ่งถ้ารู้ชัดการวางแผนป้องกันภาวะโลกร้อนก็จะสามารถทำได้ตรงประเด็น และความรู้เรื่องนี้จะทำให้ทุกคนตระหนักได้ว่ามหาสมุทรของโลกมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตเพียงใด

สำหรับในอนาคต นักวิทยาศาสตร์และนักเทคโนโลยีทางทะเลคิดจะใช้หุ่นยนต์ (robot) และ drone ลงสำรวจท้องทะเลลึกทั่วโลก เพราะตระหนักดีว่า การมีความรู้เกี่ยวกับส่วนนี้ของโลกจะทำให้เราได้พบเห็นดินแดนใหม่ แหล่งแร่ใหม่ บ่อน้ำมันใหม่ แหล่งแก๊สธรรมชาติใหม่ ที่มนุษย์อาจจะต้องลงไปขุด แล้วนำขึ้นมาใช้ ในยามที่ทรัพยากรเหล่านี้บนโลกหมด นอกจากนี้ การได้เห็นทัศนียภาพใต้น้ำของโลกที่มีหุบเขา ภูเขา ภูเขาไฟ และสัตว์น้ำมากมายที่มนุษย์ยังไม่เคยเห็น และไม่เคยรู้มาก่อนว่ามี อาจจะทำให้สัตว์บกและสัตว์อากาศที่เรามี และเห็นอาจดูธรรมดาจนไม่รู้สึกตื่นเต้นอะไรเลยก็เป็นได้
แต่นักวิทยาศาสตร์มิได้สนใจเพียงสภาพทางกายภาพของมหาสมุทรเท่านั้น เขายังสนใจสภาพทางชีวภาพด้วย ซึ่งรวมถึงความอุดมสมบูรณ์ และความขาดแคลนของสัตว์น้ำชนิดต่างๆ อันเป็นผลที่เกิดจากการทำการประมงของมนุษย์ที่อาจมีมากจนเกินไปก็ได้ นี่จึงเป็นที่มาขององค์การ State of World Fisheries and Aquaculture (SOFIA) ซึ่งพยายามเก็บรวบรวมข้อมูลที่แสดงว่าเป็นแหล่งอาหารทะเลของโลก โดยมีความประสงค์จะวิเคราะห์ปริมาณปลาที่ถูกชาวประมงจับทั่วโลก เพราะได้พบว่า ปริมาณปลาที่รัฐบาลของประเทศต่างๆ ทั้งที่พัฒนาแล้วและที่กำลังพัฒนาได้รายงานต่อองค์การอาหารและเกษตรของโลก (FAO) นั้นต่ำกว่าปริมาณจริงประมาณ 50% ตัวเลขของทุกปียังแสดงให้เห็นอีกว่า แนวโน้มของทรัพยากรอาหารทะเลในอนาคตกำลังตกอย่างต่อเนื่อง และถ้าเหตุการณ์นี้ดำเนินไปเรื่อยๆ ในเวลาอีกไม่นาน มหาสมุทรของโลกจะไม่มีปลาให้เห็น

หน่วยงาน SOFIA จึงเริ่มโครงการวิเคราะห์เจาะลึกสถิติที่รัฐบาลของประเทศต่างๆ ทั่วโลกนำเสนอในอดีต ตั้งแต่ปี 1950 เป็นต้นมา ดูบันทึกการจับปลาของชาวประมงและดูบันทึกการใช้เรือประมงที่บรรดานายท่าเรือจดไว้ ดูภาพถ่ายทางอากาศของเรือประมง สัมภาษณ์ชาวประมงและวิเคราะห์งานวิจัยทุกเรื่องที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับเรื่องประมง ซึ่งข้อมูลทั้งหมดจะแสดงให้เห็นว่า ชาวประมงทั่วโลกจับปลาได้มาก-น้อยเพียงใด ชนิดใดบ้าง และพยายามตอบคำถามที่ยากมากว่า ถ้าจะให้ ปลาสายพันธุ์ชนิดต่างๆ อยู่คู่โลกอย่างยั่งยืนนั้น เทคโนโลยี เวลา และความถี่ในการจับปลาในบริเวณต่างๆ ของโลกต้องเปลี่ยนแปลงอย่างไร

การวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้แสดงให้เห็นว่า ในบางปี ข้อมูลหลายส่วนได้ “หายไป” ซึ่งอาจเกิดจากการที่ชาวประมงบริโภคปลาที่ตนจับได้ โดยไม่นำไปขาย ดังนั้นเพื่อจะได้ข้อมูลที่ขาดหาย นักวิจัยจึงต้องใช้วิธีการประมาณค่าในช่วง (interpolation) เพื่อทำให้ได้ข้อมูลทั้งหมด “ครบ” และได้พบว่าที่เกาะ Samoa ในแปซิฟิก ในช่วงปี 1950 – 2002 ปริมาณการจับปลาได้ “จริง” มีค่าประมาณ 17 เท่าของตัวเลขที่ทางการรายงาน เมื่อเกาะนี้อยู่ในความดูแลของอเมริกา ตัวเลขที่คลาดเคลื่อนของ Samoa จึงแสดงว่า ที่ส่วนอื่นๆ ของโลกก็คงมีปัญหาในทำนองเดียวกันหรือรุนแรงกว่า และก็ได้พบว่า สถิติการจับปลาของทางการโปรตุเกสต่ำกว่าสถิติ “จริง” 36%

โดยสรุปสถิติการจับปลาทุกหนแห่งในโลกให้ตัวเลขที่ต่ำกว่าความเป็นจริง

มหาสมุทรนอกจากจะเป็นแหล่งอาหาร แหล่งทรัพยากรและเป็นเส้นทางที่มนุษย์ใช้ในการติดต่อกันแล้ว ยังมีบทบาทในการควบคุมสภาพความเป็นไปของดินฟ้าอากาศโลก และช่วยอนุรักษ์ปกป้องชายฝั่งด้วย

ในปี 2019 ที่จะถึงนี้ องค์การ Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) จะเสนอรายงานที่ได้จากการศึกษามหาสมุทรและน้ำแข็งที่ขั้วโลกว่ามีความสำคัญต่อการเปลี่ยนแปลงของดินฟ้าอากาศโลกอย่างไร เพื่อให้รัฐบาลของประเทศต่างๆ สามารถวางแผนปกป้องทรัพยากรทางทะเล และระบบนิเวศชายฝั่งให้ปลอดจากภัยมลภาวะได้อย่างยั่งยืน โดยจะเสนอแผนทั้งระยะสั้นและระยะยาว

รายงานฉบับนั้นจะมีการพยากรณ์ความแปรปรวนของอุณหภูมิ ค่าความเป็นกรด pH ของน้ำทะเลที่เกิดจากธรรมชาติ และที่เกิดจากพฤติกรรมของมนุษย์ รวมถึงการวิเคราะห์กลไกทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิตในทะเลที่ตอบสนองต่อภาวะการเปลี่ยนแปลงของดินฟ้าอากาศด้วย เพราะผลการศึกษานี้จะช่วยมนุษย์ให้สามารถปกป้องมหาสมุทรได้

ข้อมูล ณ วันนี้ แสดงให้เห็นว่า อุณหภูมิโดยเฉลี่ยของน้ำทะเลและความเป็นกรดกำลังเพิ่มตลอดเวลา และสาเหตุที่ทำให้เป็นเช่นนี้เกิดจากมนุษย์มากกว่าธรรมชาติ โดยที่ความรุนแรงของการเปลี่ยนแปลงจะเกิดมากขึ้น และบ่อยขึ้น ในอนาคตตัวอย่างเช่น ในปี 2011 อุณหภูมิของน้ำทะเลทางฝั่งตะวันตกของ Australia เพิ่มกว่าค่าปกติ 2-4˚C เป็นเวลานาน 10 สัปดาห์ และป่าที่อุดมด้วยสาหร่ายทะเล (kelp) ซึ่งเคยมีบริเวณยาวถึง 800 กิโลเมตร แต่ปัจจุบันได้ลดลง 43% ซึ่งความแปรปรวนเช่นนี้มักทำให้เจ้าหน้าที่วางแผนจัดการทรัพยากรทางทะเลรู้สึกสับสน เพราะไม่รู้วิธีดีที่สุดที่จะทำงานในบริเวณที่รับผิดชอบ

ความยากลำบากประการสุดท้ายสำหรับนักวิทยาศาสตร์ทางทะเลคือ ไม่เคยรู้ชัดว่า สัตว์น้ำในสภาวะแวดล้อมที่มีความหลากหลายรูปแบบนี้จะตอบสนองต่อภาวะการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากฝีมือมนุษย์อย่างไร เพราะสิ่งมีชีวิตต่างๆ อาจมีปฏิกิริยาตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้น

ดังเช่นกรณีที่สิ่งมีชีวิตนั้นกำลังดำรงชีวิตอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงสุดเท่าที่มันสามารถทนได้ ถ้าอุณหภูมิเพิ่ม มันก็จะสิ้นใจตายทันที แต่ถ้าอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมลด มันก็จะแข็งแรงขึ้น

ด้วยเหตุนี้ นักชีววิทยาจึงต้องศึกษาเรื่องอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงอันเนื่องมาจากโลกร้อน ต่อสิ่งมีชีวิตในทะเล เช่น ปรากฏการณ์ El Nino กับภาวะโลกร้อนที่เกิดจากฝีมือมนุษย์อาจทำให้สิ่งมีชีวิตชนิดใดในมหาสมุทร Pacific ล้มตาย แต่ปรากฏการณ์ La Nino จะทำให้ชีวิตของสิ่งมีชีวิตชนิดใดยืดยาวขึ้น

เมื่อเป็นเช่นนี้ ทะเลใดที่มีอุณหภูมิโดยเฉลี่ยสูงกว่าอุณหภูมิเฉลี่ยของโลกก็อาจใช้เป็นสนามทดลองสำหรับเรื่องนี้ได้ นั่นหมายความถึงทะเลรอบหมู่เกาะ Galapagos ทะเลในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ และทะเลแอฟริกาตะวันตก เพราะได้มีการพบว่า เมื่ออุณหภูมิของน้ำทะเลเพิ่ม สัตว์ทะเลหลายสปีชีส์ได้อพยพไปอาศัยในทะเลที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า และการเข้าไปนี้ได้รุกรานหรือฆ่าสัตว์ในพื้นที่ จึงเป็นที่คาดหวังว่า รายงานของ IPCC ในปี 2019 จะนำรัฐบาลทั่วโลกไปสู่ความยั่งยืนในการจัดการ และอนุรักษ์ทะเลโลกต่อไปอีกนาน

อ่านเพิ่มเติมจาก Climate Change 2014: Impacts, Adaptation and Vulnerability โดย H.O. Pörtner และคณะจัดพิมพ์โดย Cambridge University Press ปี 2014






เกี่ยวกับผู้เขียน

สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์