ธารน้ำแข็งอาร์กติก พายุฝุ่นก็อดซิลล่า และขุมทรัพย์กลางทะเลทราย เกี่ยวข้องกันอย่างไร?

          ตอนที่ผู้เขียนเลือกเรียนคณะวิทยาศาสตร์ คนรอบตัวมักจะแซวว่า “เรียนจบจะไปวิจัยฝุ่นเหรอ?” ใช่ครับ บทความนี้จะเป็นเรื่องราวของฝุ่น ซึ่งไม่ใช่ฝุ่น PM2.5 แต่เป็นฝุ่นจากทะเลทราย! ปี ค.ศ.2020 คงเป็นปีที่หนักหนาสำหรับใครหลายคน เพราะมนุษยชาติต้องเผชิญหน้ากับภัยพิบัติหลายอย่าง ไม่ว่าจะเป็นการแพร่ระบาดของไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ที่เป็นสาเหตุของโรคโควิด-19 ปัญหาไฟป่าในหลายพื้นที่ และการถาโถมของพายุฝุ่น (Dust Storm) ที่ใหญ่ที่สุดซึ่งพัดพาจากทะเลทรายซาฮาร่าในทวีปแอฟริกาข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกไปยังทวีปอเมริกาเมื่อเดือนมิถุนายนที่ผ่านมาจนถูกขนานนามว่า พายุฝุ่นก็อดซิลล่า (Godzilla Dust Storm) เนื่องจากความใหญ่โตของมันสามารถมองเห็นได้จากอวกาศ


           เราจะมาเริ่มที่บทบาทของพายุฝุ่น การศึกษาอันตรกิริยาระหว่างอากาศกับแผ่นดิน (Air-Land Interaction) และอันตรกิริยาระหว่างอากาศกับทะเล (Air-Sea Interaction) เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ให้ความสนใจเพราะมีปรากฏการณ์บางอย่างที่ซับซ้อนจนไม่สามารถอธิบายได้ด้วยความรู้ในปัจจุบัน สำหรับพายุฝุ่น ทุกปีจะมีฝุ่นปริมาณมหาศาลจากทะเลทรายซาฮาร่าถูกสายลมหอบขึ้นไปบนฟ้าและตกสู่มหาสมุทรแอตแลนติกกับผืนป่าบนแผ่นดิน นักวิทยาศาสตร์เรียกชั้นอากาศที่ร้อน แห้ง และเต็มไปด้วยฝุ่นว่า Saharan Air Layer (SAL) โดยพายุฝุ่นดังกล่าวก่อตัวขึ้นภายใต้ระบบความดันสูง (High-Pressure System) ซึ่งบริเวณความกดอากาศสูง (ตัวอักษร H) แถบขั้วโลกจะทำหน้าที่ควบคุมพายุฝุ่นให้เคลื่อนที่ไปในแนวนอนหรือบริเวณความกดอากาศต่ำ (ตัวอักษร L) ซึ่งเครื่องมือที่ใช้วัดความกดอากาศเรียกว่า บาโรมิเตอร์ (Barometer)

 

          เมื่อกระแสลมหอบอนุภาคฝุ่นจากทะเลทรายผ่านพื้นที่ใด แร่ธาตุและสารอาหารจากอนุภาคฝุ่นก็จะถูกป้อนลงสู่มหาสมุทรและผืนป่าทำให้เกิดความอุดมสมบูรณ์ นอกจากนี้ ปริมาณฝุ่นในบรรยากาศยังเป็นตัวแปรที่คอยควบคุมกิจกรรมของพายุหมุนเขตร้อน (Tropical Cyclone) ในมหาสมุทรแอตแลนติก เนื่องจากการกระจายตัวของฝุ่นในอากาศจะทำให้พื้นผิวของมหาสมุทรเย็นลงโดยการสะท้อนแสงอาทิตย์กลับสู่อวกาศซึ่งจะช่วยลดพลังงานของพายุหมุนเขตร้อนรวมถึงควบคุมอุณหภูมิของพื้นผิวมหาสมุทรซึ่งเป็นแหล่งพลังงานของพายุ เนื่องจากพายุหมุนเขตร้อนมีกระบวนการทำงานตามวัฏจักรคาร์โนต์ (Carnot Cycle) ซึ่งจะรับพลังงานจากพื้นผิวมหาสมุทรมาเปลี่ยนเป็นพลังงานของตัวเองแล้วปลดปล่อยพลังงานความร้อนออกสู่บรรยากาศเบื้องบน แต่สิ่งที่น่ากังวลก็คือปริมาณฝุ่นในปัจจุบันกำลังเพิ่มขึ้นจนกลายเป็น “ภัยพิบัติ” เพราะความขมุกขมัวของอากาศจะส่งผลกระทบต่อทัศนวิสัยในการมองเห็น การคมนาคมทางอากาศ และมีผลกระทบต่อผู้ป่วยโรคระบบทางเดินหายใจ
 
             เราจะมาต่อกันที่ความเกี่ยวข้องของพายุฝุ่นกับธารน้ำแข็งอาร์กติก ไม่กี่ปีก่อน คณะวิจัยนำโดยศาสตราจารย์ Diana Francis แห่ง Khalifa University พบว่าภาวะโลกร้อน (Global Warming) ทำให้กระแสลมกรด (Jet Stream) ในบริเวณความกดอากาศสูงแถบขั้วโลก (Polar High) ใกล้อาร์กติกอ่อนกำลังลง เมื่อวงจรอากาศที่เปรียบเสมือนกำแพงล่องหนอ่อนแอลง พายุฝุ่นจึงถูกหอบขึ้นไปทางขั้วโลกเหนือมากกว่าปกติ และฝุ่นที่ตกลงบนพื้นน้ำแข็งก็เปลี่ยนแปลงค่าการสะท้อนรังสี (Albedo) ส่งผลให้แผ่นน้ำแข็งขั้วโลกมีสีคล้ำและละลายง่ายขึ้น เมื่อน้ำแข็งละลายก็เกิดการเปลี่ยนแปลงของกระแสน้ำและทำให้สภาพอากาศผันผวน รูปแบบของกระแสลมจึงเปลี่ยนแปลงและทวีความรุนแรงตามไป            ปลายเดือนพฤศจิกายนที่ผ่านมา คณะวิจัยของศาสตราจารย์ Francis และ Amato Evan แห่ง UC San Diego ได้ตีพิมพ์งานวิจัยใหม่ลงในวารสาร Geophysical Research Letters โดยพวกเขาระบุว่าพายุฝุ่นก็อดซิลล่าในเดือนมิถุนายนปี ค.ศ.2020 ได้ทำลายสถิติในแง่ของขนาดและความลึกเชิงแสงของละอองลอย (Aerosol Optical Depth) ซึ่งตัวแปรดังกล่าวสัมพันธ์กับความหนาของกลุ่มอนุภาคในอากาศ หรือจำนวนอนุภาคต่อปริมาตรอากาศ ซึ่งจะกำหนดความสามารถในการส่องผ่านของดาวเทียม


           สาเหตุที่พายุฝุ่นก็อดซิลล่ามีความรุนแรงเป็นเพราะมันเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของความกดอากาศในแนวเหนือและใต้ ทำให้เกิดการไล่ระดับของความกดอากาศ (Pressure Gradient) แล้วพัดพาออกจากนอกชายฝั่งของทะเลทรายซาฮาร่าโดยกระแสลมกรดประจำทิศตะวันออกของแอฟริกัน (African Easterly Jet หรือ AEJ) ทำให้พายุฝุ่นมีระดับความสูงประมาณ 5,000 ถึง 6,000 เมตรเหนือพื้นผิวทะเลทราย และบางสถานที่เหนือมหาสมุทรแอตแลนติก ความหนาของมันก็เพิ่มเป็นสองเท่าเมื่อเปรียบเทียบกับข้อมูลเก่าที่เคยบันทึกไว้เมื่อปี ค.ศ.1995 และพวกเขามีสมมติฐานที่น่าสนใจว่าพายุฝุ่นนี้มีความเชื่อมโยงกับธารน้ำแข็งอาร์กติกที่ละลายมากเป็นประวัติการณ์ในรอบ 40 ปี เพราะทั้งสองเหตุการณ์เกิดขึ้นในจังหวะเวลาที่ตรงกันพอดิบพอดี แต่ประเด็นความเชื่อมโยงดังกล่าวยังต้องมีการศึกษาและถกเถียงกันต่อไปบนหลักฐานทางวิทยาศาสตร์            ในอนาคต คณะวิจัยของ Francis วางแผนที่จะตรวจสอบการทำงานของพายุฝุ่นก็อดซิลล่าว่ามีผลกระทบต่อพลังงานแสงอาทิตย์ในบรรยากาศ พลังงานความร้อนบนพื้นผิวโลก และพฤติกรรมของพายุหมุนเขตร้อนอย่างไร นอกจากนี้ รูปแบบการเคลื่อนที่ของพายุฝุ่นดังกล่าวยังคล้ายคลึงกับผลการสังเกตในปี ค.ศ.2010 ขณะที่ธารน้ำแข็งอาร์กติกลดจำนวนลง ดังนั้น หากรูปแบบดังกล่าวกำลังจะกลายเป็นเรื่องปกติของโลกที่มีอุณหภูมิสูงขึ้น ก็มีความเป็นไปได้ว่าพายุฝุ่นที่รุนแรงเหล่านี้จะเพิ่มความถี่ขึ้นในอนาคต ไม่เพียงเท่านั้น ความผิดปกติของรูปแบบกระแสลมยังส่งผลกระทบหลายประการ เช่น กระแสลมที่พัดไปทางใต้ของอาร์กติกจะทำให้ประเทศสหรัฐอเมริกาและทวีปยุโรปมีอากาศหนาวเย็นมากกว่าปกติ


          เราจะมาปิดท้ายด้วยความสำคัญของทะเลทราย เพราะทะเลทรายซาฮาร่าไม่ได้เป็นเพียงทะเลทรายที่ใหญ่ที่สุดในโลก แต่ในทรายยังมีแร่ซิลิกาอยู่เป็นจำนวนมาก ดังนั้น ทะเลทรายซาฮาร่าจึงเปรียบเสมือน “ขุมทรัพย์” ทำให้มีการดำเนินแผนที่เรียกว่า Sahara Forest Project และ Sahara Solar Breeder Project ซึ่งจะมีการปลูกต้นไม้และการวางระบบชลประทานเพื่อทำกิจการถลุงแร่ซิลิกา (Extracting Silica) โดยมีโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Power Plant) ที่มีโครงข่ายตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง (High-Temperature Superconductor) เป็นแหล่งพลังงานหล่อเลี้ยงโรงงานอุตสาหกรรมและชุมชนเมืองริมอ่าว
            อย่างไรก็ตาม ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์เคยทำการศึกษาด้วยแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ (Computer Simulation) แล้วพบว่าหากมีโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมในทะเลทรายมากจนเกินไป ผลที่ตามมาคือโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์จะทำให้อุณหภูมิบนผิวดินสูงขึ้นประมาณ 3 ถึง 4 องศาเซลเซียสและการหมุนของใบพัดกังหันลมจะทำให้การไหลเวียนของอากาศร้อนแผ่กระจายออกไป ผลคือความชื้นสัมพัทธ์ (Relative Humidity) ในอากาศจะสูงขึ้นจนอยู่ในภาวะอากาศอิ่มตัว (Saturated Air) และภาวะจุดน้ำค้าง (Dew Point) ส่งผลให้มีฝนตกกลางทะเลทรายมากขึ้นจนอาจเปลี่ยนผืนดินแห้งผากเป็นพื้นที่สีเขียว
            หากพิจารณาอย่างคร่าวๆ อาจจะรู้สึกว่ามีแต่ผลดี แต่แบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ก็บ่งชี้ด้วยว่าหากต้นไม้ในทะเลทรายมีมากจนเกินไป ความชื้นในอากาศก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย แต่มันกลับทำให้เกิดผลเสีย เพราะต้นไม้เหล่านั้นจะคายไอน้ำปริมาณมหาศาลออกมา ขณะที่ตะกอนบนพื้นทรายจะถูกตรึงเอาไว้ด้วยรากของต้นไม้ สิ่งที่เกิดขึ้นคือความชื้นในอากาศและอุณหภูมิบนพื้นผิวของมหาสมุทรจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากฝุ่นที่คอยบดบังแสงอาทิตย์ลดจำนวนลง ผลลัพธ์คือพายุหมุนอาจจะทวีความรุนแรงหรือเพิ่มจำนวนมากขึ้น รวมถึงทำให้มหาสมุทรและผืนป่าขาดความอุดมสมบูรณ์


          สุดท้ายนี้ ผู้อ่านคงเห็นแล้วว่าธารน้ำแข็ง พายุ และทะเลทราย (รวมถึงผืนป่าและมหาสมุทร) มีความสัมพันธ์กันอย่างแนบแน่นจนเราอาจคาดไม่ถึง ซึ่งมีเพียงวิทยาศาสตร์เท่านั้นที่ทำให้เราสามารถ “เข้าใจ” กระบวนการทำงานและ “มองเห็น” ความงามของธรรมชาติได้ชัดเจนยิ่งขึ้น เห็นไหมครับว่าการวิจัยฝุ่นก็มีประโยชน์!

อ้างอิง

• หนังสือ อุตุนิยมวิทยาเบื้องต้น โดย รังสรรค์ อาภาคัพภะกุล
• https://scripps.ucsd.edu/news/arctic-warming-behind-monster-saharan-dust-storm?fbclid=IwAR2GUvPbBQhlbhfqnZ-Ri74-veWDAyBa6AvW9hHcD3NbkKQ0YBTxVsTIjFA
• https://blogs.agu.org/geospace/2018/10/11/changes-in-polar-jet-circulation-bring-more-saharan-dust-to-the-arctic/?fbclid=IwAR05uCALGftZ12mIbKeL3eg8V99tM01u99eODzw5hldHIsZcyjxBQhBhC3c
• https://blogs.agu.org/geospace/2018/10/11/changes-in-polar-jet-circulation-bring-more-saharan-dust-to-the-arctic/?fbclid=IwAR05uCALGftZ12mIbKeL3eg8V99tM01u99eODzw5hldHIsZcyjxBQhBhC3c
• https://www.nesdis.noaa.gov/content/saharan-air-layer-what-it-why-does-noaa-track-it?fbclid=IwAR2GUvPbBQhlbhfqnZ-Ri74-veWDAyBa6AvW9hHcD3NbkKQ0YBTxVsTIjFA
• http://www.ssb-foundation.com/?fbclid=IwAR17OZLFBFX2O1sNyfdSEzTYv_Xrpzdc2qa-IQf5i1p-d9pkWfAv5FMqkXg
• https://www.saharaforestproject.com/?fbclid=IwAR17OZLFBFX2O1sNyfdSEzTYv_Xrpzdc2qa-IQf5i1p-d9pkWfAv5FMqkXg
• https://physicsworld.com/a/renewable-energy-could-green-sahara/?fbclid=IwAR17OZLFBFX2O1sNyfdSEzTYv_Xrpzdc2qa-IQf5i1p-d9pkWfAv5FMqkXg