หน้าเว็บ

▼

วันอังคารที่ 17 พฤษภาคม พ.ศ. 2554

โมเดลภาวะโรคร้อน ภาคทฤษฏี 2 Greenhouse effect 2 : ตามรอย คาร์บอนไดออกไซด์


ในความเชื่อเรื่องภาวะโลกร้อนนั้น ปริมาณคาร์บอนที่มนุษย์ปล่อยออกมา ที่ 5.5 กิกะตันต่อปี ถ้านับเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ ก็จะอยู่ที่ประมาณ 20 กิกะตัน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสมดุลคาร์บอน แต่ทั้งนี้ สิ่งที่ต้องสังเกตเป็นอย่างมากคือ ปริมาณคาร์บอนที่มีการเคลื่อนไหวในแต่ละปีนั้นสูงถึง 750 กิกะตันเลยทีเดียว
Cycle การเกิดและดูดซับคาร์บอนที่สำคัญคือจะอยู่ที่การคายและดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์โดยพืชที่ 121.3 กิกะตัน และการแลกเปลี่ยนคาร์บอนโดยตรงที่ผิวทะเลที่ 90 กิกะตัน การเคลื่อนไหวของมวลคาร์บอนที่เกิดจาก Fossil Fuel เป็นมวลขนาดเล็กน้อย ซึ่งส่วนต่าง ณ ปัจจุบัน ของการปล่อยและซับไว้ อยู่ที่สมดุลของผิวทะเล ซึ่งทะเลรับเพิ่มไว้ที่ 2 กิกะตันต่อปี
ประเด็นตรงนี้ ในแง่ของ Mass transfer แล้ว เป็นที่น่าสนใจว่า ด้วย Mass transfer ของผิวทะเลที่ 90 กิกะตันต่อปี มันดูดซับเพิ่มไม่ได้ หรือว่า สมดุลส่วนเพิ่มนี้ มาจากจุดอื่นกันแน่

ความสามารถในการละลายของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำ และลักษณะ Mass transfer 
หลัก Mass transfer มีอยู่ว่า ฟลักซ์การถ่ายเทของมวล ขึ้นอยู่กับความต่างของความเข้มข้นของสารคูณด้วยค่าการถ่ายเทมวลสาร ค่าการถ่ายเทมวลสารของอากาศและทะเลนั้น ถ้าประเมินจากสมบัติการแพร่ มวลอากาศถูกบังคับให้มีการเคลื่อนไหวด้วยการถ่ายเทความร้อนจากดวงอาทิตย์ ทำให้ระดับคาร์บอนไดออกไซด์ของบนผิวโลกเกลี่ยกันได้ดี โดยการกระจายของความเข้มข้นจะเกี่ยวข้องกับทิศทางกระแสลมมากกว่าอย่างอื่น
เทียบกับทิศทางการเคลื่อนไหวของกระแสลมโลกด้านล่าง แนวการกระจายเป็นแนวช่วง Wind Stagnant ดูตาม Scale สีก็จะเห็นว่าความเบี่ยงเบนจุดความเข้มข้นต่ำถึงสูงสุดมีแค่ 10 ppm แค่ปรับสีให้น่ากลัวนิดหน่อย

ในส่วนของน้ำ กระแสน้ำก็มีลักษณะเช่นเดียวกับกระแสลม มันเป็นตัวเร่งพาการเคลื่อนไหวของก๊าซที่ละลายน้ำแล้วให้กระจายทั่วถึง คลื่นที่เกิดจากลมเป็นตัวเร่งการกระจายที่ดี ลักษณะการถ่ายเทของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลงสู่น้ำแทบจะเกี่ยวข้องแค่ค่าความสามารถในการละลายซึ่งขึ้นอยู่กับ Henry’s Law
ณ ตรงนี้ขอเสริมความเข้าใจสักหน่อย เพราะในฝั่งที่ต้านโลกร้อนสุดขั้วก็อาจใช้ค่าการละลายของ CO2 ในน้ำที่สูงเกินจริง ผมไม่ต้องการจะต้านหรือสนับสนุนเรื่องภาวะโลกร้อน แต่ต้องการสร้างความเข้าใจในสิ่งที่เกิดขึ้นตามจริง เพราะมีแต่ความจริงเท่านั้นที่จะใช้หยุดความบ้าคลั่งของกระแสโลกร้อนมันทุกเรื่องไปได้


เกร็ดความรู้: Henry’s Law
กฏของเฮนรี่มีอยู่ว่า ความสามารถในการละลายของก๊าซในของเหลวแปรผันกับ Partial Pressure ของก๊าซนั้นๆ โดยปรกติ ค่า kH และค่า C ของก๊าซจะถูกอ้างไว้ที่อุณหภูมิ 298 เคลวิน ซึ่งสามารถปรับหาค่าของ kH ที่อุณหภูมิอื่นๆด้วยสมการของ Van’t Hoff  โดย To เป็นอุณหภูมิอ้างอิง และ T เป็นอุณหภูมิของก๊าซนั้นๆ


ปรกติเวลาเราพูดถึงความสามารถในการละลายของก๊าซใดๆในน้ำ อย่างใน Engineering Toolbox ก็จะอ้างถึงสภาพที่เหนือน้ำมีก๊าซชนิดนั้นอยู่ 1 ความดันบรรยากาศ แต่คาร์บอนไดออกไซด์นั้นมีอยู่ในบรรยากาศคือ 390 ppm ตรงนี้ต้องคำนวณเป็น Partial Pressure ออกมา ก็คือประมาณ 0.00039 ATM ตรงนี้ ความสามารถในการละลายของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำจะมีอยู่จริงที่ 0.000648 g/kg ที่ 19 องศาเซลเซียส 
การละลายของ CO2 กลับสู่ทะเล
ผมเคยเข้าใจว่าฝนเป็นตัวพาที่สำคัญที่จะนำ CO2 กลับสู่มหาสมุทร แต่ จากการศึกษาลงลึกก็กลายเป็นว่า ด้วยสัดส่วนในการละลายที่น้อยนิด เนื่องจากข้อจำกัดของ Partial Pressure ฝน จะสามารถพา CO2 กลับสู่มหาสมุทรได้เพียง 0.33 กิกะตันต่อปี ต่อให้สมมุติอุณหภูมิต่ำลงเพื่อเพิ่มความสามารถในการละลายมันก็มากกว่านั้นไม่เกิน 2 เท่า ประเด็นการพา CO2 กลับสู่ทะเลจึงขึ้นกับสมดุลของทะเลเอง

โลกมีปริมาณน้ำฝนที่ 510,000 ลูกบากศ์กิโลเมตรต่อปี ทำละลาย CO2 ได้ 0.33 กิกะตันต่อปี หรือ 0.09 กิกะตันคาร์บอน ในมหาสมุทรมีน้ำอยู่ 1,350,000,000 ลูกบากศ์กิโลเมตร มี CO2 ละลายอยู่ได้ 875 กิกะตัน หรือ 183 กิกะตันคาร์บอน คาร์บอนไดออกไซด์ ที่แพร่ลงนี้จะมีการ Sequence โดยทั้งกระบวนการทางเคมี และชีวเคมี

ถ้าเราจะใช้หลัก Mass transfer ในการประเมิน Mass transfer coefficient, อัตราการถ่ายเท ไปและกลับที่ 90 – 92 กิกะตันต่อปี ที่อุณหภูมิความต่างกลางวันและกลางคืน +/- 5 องศาเซลเซียส จะส่งผลถึงการเปลี่ยนแปลงของระดับความสามารถในการละลายตามสมการของ Van’t Hoff 0.0176 mol/m3 ตอนกลางวัน และ 0.0133 mol/m3 ในตอนกลางคืน
สิ่งที่ได้จากการคำนวณก็คือ ค่า Mass transfer ที่ได้มีค่าที่สูงถึง 0.00031 m/s และการเปลี่ยนแปลงของระดับ CO2 ที่ 5 ppm ค่าการถ่ายเทมวลสารจะปรับต่างขึ้นไปถึง 1.18% เกินพอที่จะรับปริมาณ CO2 ที่เพิ่มขึ้นจากฝีมือมนุษย์ คือถ้าไม่มีอะไรที่ผิดปรกติเกิดขึ้นในทะเล ทะเลควรสามารถ รับปริมาณ CO2 ที่มนุษย์ปล่อยขึ้นมาได้อย่างสบายๆ แต่ ในความเป็นจริง การที่ระดับ CO2 มีการเพิ่มขึ้น มันน่าจะมีอะไรผิดปรกติบางอย่างกับทะเลของเรา



ระบบนิเวศน์ที่เปลี่ยนไป
ในขณะที่ Carbon จากเชื้อเพลิง Fossil มีการใช้ในหมู่มนุษย์ที่ส่งผลถึง Sequence ของ Carbon ปริมาณ 5 กิกะตันต่อปี มวลรวมของคาร์บอนใน Biosphere มีมากถึง 42,000 กิกะตัน
สิ่งที่ถูกนำมาเป็น Correlation ในเรื่องภาวะโลกร้อนเราจะพูดถึงการปลดปล่อยคาร์บอนจากพลังงานเป็นสำคัญ แต่ถ้าเราเทียบปริมาณ 4000 กิกะตัน เป็น Fossil Reserve กับ 42,000 กิกะตันใน Biosphere (โอเค บางส่วนมันเป็นหินคาร์บอเนต) ถ้ามันไป Trend เดียวกัน คิดว่าอะไรเป็นตัวที่ออกมาเป็น CO2 กันแน่ 
http://www.seaaroundus.org/flash/NorthAtlanticTrends.htm
สิ่งที่น่าแปลกใจคือในปัจจุบัน ภาวะโลกร้อนยังถูกนำไปเทียบกับพลังงานจนเลอะเทอะ และรวมไปถึงการผูกกับผืนป่าและดินที่เป็น Reserve ขนาด 2000 กิกะตัน มากไปกว่าขนาด Reserve ของทะเล และการศึกษาเรื่อง คาร์บอนไดออกไซด์กับทะเลก็ไปลงที่การเกิดทะเลกรด ซึ่งทะเลเป็นสารละลาย Buffer ขนาดใหญ่
CO2(atmospheric) ⇌ CO2(dissolved)
Conversion to carbonic acid:
CO2(dissolved) + H2O ⇌ H2CO3
First ionization:
H2CO3 ⇌ H+ + HCO3− (bicarbonate ion)
Second ionization:
HCO3− ⇌ H+ + CO3−− (carbonate ion)
และกรณีนี้เป็นเรื่องที่ไม่น่าจะเอามาคิดเลย มันน่าจะคิดมากกว่าว่า การที่เราทำการประมง 22 ล้านตันต่อปี เราสร้างผลกระทบต่อปริมาณคาร์บอนในทะเลขนาดไหน และการปล่อยน้ำเสีย ทิ้งขยะลงทะเล หรือการมีน้ำมันรั่วไหล มันจะส่งผลต่อถึงเราอย่างไร ซึ่งในแง่ทางระบบนิเวศน์

การศึกษา Iron Hypothesis การศึกษาเชิงนิเวศน์ที่ได้ผลแต่ถูกละเลย



การศึกษา Iron Hypothesis คิดโดย John Martin มีสมมุติฐานว่า น้ำทะเลมีเหล็กเจือเป็นจำนวนน้อย แต่เป็น ธาตุอาหารที่สำคัญสำหรับการเติบโตขอะงแพลงก์ตอน การเติมสารอาหารลงไปจะช่วยการเติบโตของแพลงก์ตอนทำให้เกิดการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมหาศาล โดยสัดส่วนประมาณว่า 1 อะตอมของเหล็กที่ใส่ลงไปอาจทำให้เกิดการจัดเก็บของ CO2 ลงสู่ทะเลได้ถึง 100,000 เท่า ทฤษฏีได้มีการทดลอง ในปี 1993 และแสดงให้เห็นว่า Phytoplankton ที่ได้รับเหล็กเกิดการ Blooming อย่างรวดเร็ว
John Matin เคยถึงกับกล่าวไว้ว่า 

“Give me a half tanker of iron, and I will give you an ice age.”

แน่นอนว่าการเติมธาตุอาหารลงไปโดยไม่ควบคุมจนเกิดการ Blooming ก็อาจส่งผลร้ายในทางตรงข้าม เพราะการตายของ แพลงก์ตอนจำนวนมหาศาลที่เป็นผลจากสภาพ Blooming จนแย่งกันตายก็เป็นการปล่อย CO2 ออกสู่บรรยากาศได้เป็นจำนวนมากเช่นกัน ถึงอย่างนั้น การทดลองนี้ก็ได้ให้ข้อสังเกตที่สำคัญถึงบทบาทของทะเลในการเป็น Carbon Sink และความสำคัญของธาตุอาหารต่อการเจริญเติบโตของ Microbe ที่น่าคิดก็คือ จำนวนของสัตว์ทะเลที่เราเอาออกมา มันก็คือการเอาธาตุอาหารที่จำเป็นออกจากทะเลมิใช่หรือ

การศึกษานี้เป็นหนึ่งในการศึกษาที่ถูกละเลย และมีการต่อต้านในแง่ผลร้ายถ้าควบคุมการดำเนินการผิดพลาด บางทีเพราะถ้าทฤษฏีนี้ถูกนำมาใช้จริง มีการเตรียมพร้อมทำ Biological Pump ขึ้นมาสำเร็จ ธุรกิจที่เกี่ยวกับภาวะโลกร้อนเช่น ธุรกิจคาร์บอนเครดิต จะล้มครืนเอาง่ายๆ และข้อกีดกันเรื่องมีเธนที่ใช้จัดการกับประเทศกสิกรรมก็จะพังทลายลง ต้องไปหาอุปกรณ์ใหม่มาใช้หลอกประเทศโลกที่สามต่อไป







ส่งท้าย
แน่นอนว่า บทความนี้คงเรียกได้ว่า เป็นบทความที่ขวางกระแสการชาบูภาวะโลกร้อนอันหอมหวาน ของ PETA และ กลุ่มผู้ผลิตสินค้าที่โหนกระแสภาวะโลกร้อนแจกถุงผ้ากันเต็มเมือง บทความนี้เป็นการศึกษาของผมเอง การคำนวณก็ทำเอง อาจไม่ได้ดูน่าเชื่อถือมีป้าย NASA หรือ IPCC แปะ แต่ในขณะเดียวกัน มันเป็นสิ่งที่คนในโลก Cyber จะสามารถไขว่คว้าหามาอ่าน ศึกษากันได้เอง ผมคงไม่บอกว่าให้คุณเชื่อในบทความของผม แต่ถ้าคุณผู้อ่านมีเวลา อ้างอิงของผมเป็นลิงค์จาก Internet ทั้งหมด คุณย่อมสามารถหาอ่านและทวนเทียบกับบทความของผมได้ และเลือกที่จะเชื่อด้วยความรู้ ไม่ใช่การแค่ฟังสืบๆกันมาครับ

อ้างอิง

Carbon Sequenstration


Solubility of CO2 gas


Climate model


Fishery Over exploitation


Iron Hypothesis


Other




at

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น