พายุน้ำแข็ง ระบบกำลังไฟฟ้า และพันธุศาสตร์กำหนดอนาคต เกี่ยวข้องกันอย่างไร?

          เวลาที่มีฝนตกหนักหรือลมพัดรุนแรง ไฟฟ้าในบ้านของเราก็มักจะเกิดอาการไฟตกหรือไฟดับอยู่บ่อยครั้งใช่ไหมครับ หากไฟดับตอนที่เราไม่ได้กำลังทำเรื่องสำคัญก็คงไม่ใช่ปัญหาใหญ่ แต่ถ้าไฟดันมาดับในช่วงเวลาสำคัญและยังดับเป็นเวลานานก็คงจะเกิดปัญหาวุ่นวายกันยกใหญ่ ผู้เขียนจัดทำบทความนี้ในเดือนธันวาคมขณะพักฟื้นจากการผ่าตัดในโรงพยาบาล ดังนั้นผู้เขียนจึงอยากเล่าเรื่องเกี่ยวกับการแพทย์โดยสอบถามประเด็นที่น่าสนใจจากเพื่อนของผู้เขียน ในบทความนี้ ผู้เขียนจะพาผู้อ่านย้อนเวลากลับไปในเหตุการณ์ไฟดับครั้งใหญ่ที่เมืองแห่งหนึ่งเนื่องจากพายุน้ำแข็งเมื่อ 2 ทศวรรษก่อน ซึ่งเป็นจุดเริ่มของโครงการวิจัยที่เปิดเผยความเชื่อมโยงระหว่างระดับความรุนแรงของภัยพิบัติและการทำงานของระบบพันธุกรรมมนุษย์!


          ก่อนที่จะเข้าสู่ประเด็นหลัก เราต้องมาปูพื้นฐานเรื่องพายุน้ำแข็ง (Ice Storm) กันเสียก่อน โดยปกติแล้วนักอุตุนิยมวิทยาเรียกน้ำที่ตกลงมาจากฟ้าไม่ว่าจะอยู่ในสถานะของแข็งหรือของเหลวว่า หยาดน้ำฟ้า (Precipitation) โดยแบ่งออกเป็น

          1. ฝน (Rain) หมายถึงน้ำหรือเกล็ดน้ำแข็งที่โปรยลงมาจากฐานเมฆ โดยอุณหภูมิระหว่างทางมีค่าสูงพอที่จะทำให้น้ำหรือเกล็ดน้ำแข็งกลายสภาพเป็นของเหลว ซึ่งรูปร่างของเม็ดฝนจะถูกกำหนดด้วยแรงดึงดูดของโลก (Gravity) แรงตึงผิว (Surface Tension) และแรงต้านทานของอากาศ (Air Resistance) แต่ถ้าเม็ดฝนที่ตกลงมาจากฐานเมฆเกิดการระเหยไปก่อนที่จะหล่นลงมาถึงพื้นก็จะเรียกว่า Virga

          2. หิมะ (Snow) หมายถึงผลึกน้ำแข็งที่โปรยลงมาจากฐานเมฆและมีอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียสตลอดเส้นทางการเคลื่อนที่ โดยรูปร่างของเกล็ดหิมะ (Snowflake) จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมและสภาพอิ่มตัวยิ่งยวด (Supersaturation)

          3. ฝนน้ำแข็ง (Sleet) หมายถึงเม็ดฝนที่โปรยลงมาจากฐานเมฆแล้วเคลื่อนที่ผ่านบริเวณเหนือพื้นดินที่มีอุณหภูมิต่ำจนกลายเป็นน้ำแข็ง

          4. ฝนเยือกแข็ง (Freezing Rain) หมายถึงเม็ดฝนที่โปรยลงมาจากฐานเมฆ โดยเม็ดฝนดังกล่าวมีอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียสจึงอยู่ในสภาพของเหลวยิ่งยวด (Supercooled Liquid) หากฝนเยือกแข็งสัมผัสกับวัตถุอื่นๆ ก็จะกลายสภาพเป็นน้ำแข็งเคลือบวัตถุนั้นทันที

          5. ลูกเห็บ (Hail) หมายถึงเม็ดน้ำหรือเม็ดฝนน้ำแข็งที่ถูกกระแสอากาศพัดขึ้นไปด้านบนของเมฆ (Updraft) ที่มีอุณหภูมิต่ำจนกลายเป็นน้ำแข็ง จากนั้นจึงตกลงมาและถูกพัดกลับขึ้นไปใหม่สลับไปมาหลายครั้ง กระทั่งน้ำแข็งที่พอกพูนอยู่เป็นชั้นๆ มีน้ำหนักมากพอก็จะตกลงสู่พื้นดิน ลูกเห็บที่เกิดขึ้นจึงมีโครงสร้างคล้ายหัวหอมที่มีเปลือกน้ำแข็งห่อหุ้มอยู่หลายชั้น นอกจากนี้ยังมีลูกเห็บอ่อน (Graupel) ซึ่งเกิดจากผลึกหิมะที่กระทบกับหยดน้ำเย็นยิ่งยวด น้ำเย็นยิ่งยวดจึงกลายเป็นน้ำแข็งเคลือบอยู่กับผลึกหิมะ
 
            เมื่อหยาดน้ำฟ้าเหล่านี้เกิดร่วมกับพายุที่รุนแรงในฤดูหนาวก็จะกลายเป็นภัยธรรมชาติที่อาจสร้างความเสียหายต่อชีวิตและทรัพย์สินได้ โดยพายุน้ำแข็งจะเป็นรูปแบบหนึ่งของพายุฤดูหนาว (Winter Storm) หรือสภาวะที่สภาพอากาศหนาวเย็นจนทำให้น้ำแข็งก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวต่างๆ และมีความหนาอย่างน้อย 6.35 มิลลิเมตร ซึ่งน้ำแข็งที่เกิดขึ้นสามารถทำให้กิ่งไม้หรือสายไฟเกิดความเสียหายได้ นอกจากพายุน้ำแข็งก็ยังมีพายุหิมะ (Snowstorm) ซึ่งเป็นการเกิดควบคู่กันของพายุและหิมะ แต่เมื่อความเร็วของลมมีค่ามากกว่า 35 ไมล์ต่อชั่วโมงก็จะเรียกว่า Blizzard และยังมีปรากฏการณ์ที่เรียกว่า พายุทะเลสาบ (Lake Effect Storm) ซึ่งหมายถึงมวลอากาศที่เย็นและแห้งเคลื่อนที่ผ่านพื้นผิวของทะเลสาบที่อุ่นกว่า ทำให้มวลอากาศยกตัวและกลั่นตัวเป็นหิมะตกลงมาอย่างหนัก ด้วยเหตุนี้ การมีระบบเตือนภัย (Warning System) โดยใช้เรดาร์ตรวจสภาพอากาศ (Weather Radar Sounding) และแบบจำลองทางอุตุนิยมวิทยาในคอมพิวเตอร์ที่รวดเร็วและแม่นยำจึงเป็นตัวแปรสำคัญในการบรรเทาหรือหลีกเลี่ยงความเสียหายจากภัยพิบัติ
            จบเรื่องพายุน้ำแข็งไปแล้ว เราจะมาต่อกันที่เรื่องระบบกำลังไฟฟ้า (Power System) ซึ่งทำหน้าที่ผลิตและส่งไฟฟ้ามาให้เราใช้ โดยเราสามารถทำความเข้าใจระบบดังกล่าวด้วยแผนภาพอย่างง่ายและความรู้วิชาการวิเคราะห์วงจรไฟฟ้าพื้นฐาน (Basic Circuit Analysis) ซึ่งระบบกำลังไฟฟ้าประกอบด้วย

          1. ระบบผลิตกำลังไฟฟ้า (Generating System) ประกอบด้วยโรงไฟฟ้าที่ใช้พลังงานแบบต่างๆ เช่น โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ พลังงานความร้อน พลังงานความร้อนร่วม พลังงานความร้อนใต้พิภพ พลังงานจากกังหันแก๊ส พลังงานดีเซล พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลม รวมถึงสถานีเปลี่ยนแรงดัน

          2. ระบบสายส่งกำลังไฟฟ้า (Transmission System) ประกอบด้วยสายส่งไฟฟ้า สถานีเปลี่ยนแรงดันต้นทาง สายส่งไฟฟ้าย่อย และสถานีเปลี่ยนแรงดันย่อย

          3. ระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้า (Distribution System) ประกอบด้วยสายจำหน่ายแรงสูง หม้อแปลงระบบจำหน่าย และสายจำหน่ายแรงต่ำ

            ระบบจำหน่ายไฟฟ้าจะรับไฟฟ้าจากแหล่งผลิตโดยมีโครงข่ายเชื่อมโยงถึงกันเพื่อแจกจ่ายไปตามแหล่งรับไฟฟ้า โดยมีทั้งระบบส่งจ่ายไฟฟ้าเหนือศีรษะ (Overhead Aerial System) และระบบส่งจ่ายไฟฟ้าใต้ดิน (Underground Cable System) ระบบดังกล่าวแบ่งออกเป็น


          1. ระบบแบบทางเดียว (Radial System) หมายถึงการจ่ายไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าและสถานีไฟฟ้าแรงสูงในทิศทางเดียว หากสถานีต้นทางเกิดความขัดข้อง การไหลของไฟฟ้าในวงจรจะถูกตัดขาดและดับทั้งระบบ ทำให้ระบบนี้มีความน่าเชื่อถือต่ำ


          2. ระบบแบบโครงข่าย (Network System) หมายถึงการจ่ายไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าและสถานีไฟฟ้าแรงสูงหลายแห่ง หากโรงไฟฟ้าและสถานีไฟฟ้าแห่งใดเสียหาย โรงไฟฟ้าและสถานีไฟฟ้าอื่นจะสามารถทำงานต่อได้ ทำให้ประสิทธิภาพของระบบนี้มีความน่าเชื่อถือสูงกว่าระบบแบบทางเดียว โดยระบบแบบโครงข่ายสามารถแบ่งออกเป็น 2 รูปแบบย่อย คือ


               2.1 วงจรแบบห่วงปิด (Close Loop) ในระบบนี้ ไฟฟ้าจะไหลไปตามสายส่งที่ไม่มีสวิตช์ตรงจุดเชื่อมต่อ ทำให้ไม่สามารถควบคุมการเปิดหรือปิดการไหลของไฟฟ้าในแต่ละช่วงได้


               2.2 วงจรแบบห่วงเปิด (Open Loop) ในระบบนี้ ไฟฟ้าจะไหลไปตามสายส่งที่มีสวิตช์ตรงจุดเชื่อมต่อ ทำให้สามารถควบคุมการไหลของไฟฟ้าในแต่ละช่วง หากช่วงใดเกิดการขัดข้องก็จะสับสวิตช์เพื่อตัดช่วงที่มีปัญหาออก จากนั้นจึงทำการซ่อมแซมระบบไฟฟ้า 


          แม้การออกแบบโครงข่ายของระบบกำลังไฟฟ้าจะสามารถเพิ่มเสถียรภาพให้กับระบบได้ แต่ระบบกำลังไฟฟ้าก็สามารถเกิดความขัดข้องขึ้นได้จากหลายสาเหตุ เช่น การเปลี่ยนแปลงของระยะหย่อน (Sag) และแรงดึง (Tension) ของสายส่งที่เป็นรูปถ้วยหงาย (Catenary) และพาราโบลา (Parabola) เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของน้ำหนักเพราะหยาดน้ำฟ้าที่เกาะสายส่ง แรงลมที่ปะทะสายส่ง อุณหภูมิของสายส่ง และแรงที่กระทำต่อสายส่ง ด้วยเหตุนี้ การมีระบบป้องกัน (Protection System) ที่สามารถตรวจจับและแก้ไขปัญหาภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า และสายส่งไฟฟ้าจึงเป็นสิ่งสำคัญ เช่น การใช้รีเลย์ (Relay) ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่อาศัยการเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าบริเวณขดลวด (Coil) เพื่อควบคุมหน้าสัมผัส (Contact) ซึ่งทำหน้าที่คล้ายสวิตช์สำหรับเปิดและปิดอุปกรณ์ไฟฟ้า


          เรื่องสุดท้าย ผู้เขียนจะเฉลยว่าพายุน้ำแข็งและระบบกำลังไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับวิชาพันธุศาสตร์อย่างไร เหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นในปี ค.ศ.1998 ที่รัฐควิเบกของประเทศแคนาดา พายุน้ำแข็งและพายุหิมะได้กระหน่ำถาโถมเข้าใส่เมืองหลายแห่งจนชาวเมืองแทบจะไม่มีเวลาเตรียมตัวอพยพ และทำให้ระบบไฟฟ้าของเมืองดับสนิทเป็นเวลานานกว่า 40 วัน หลายครอบครัวจึงต้องใช้ชีวิตอยู่ท่ามกลางความมืดเพราะถูกพายุน้ำแข็งตัดขาดจากโลกภายนอก!

              เมื่อเกิดเหตุการณ์ดังกล่าวขึ้น คณะนักวิจัยจาก McGill University จึงริเริ่มโครงการที่มีชื่อว่า Project Ice Storm ซึ่งเป็นการศึกษาระยะยาวเกี่ยวกับภาวะเครียดของมารดาก่อนคลอดบุตร (Prenatal Maternal Stress หรือ PNMS) ว่าผู้หญิงที่กำลังตั้งครรภ์และต้องใช้ชีวิตอยู่ท่ามกลางความมืดเป็นเวลานานจะมีสุขภาพจิตอย่างไร? และสุขภาพจิตของผู้เป็นแม่มีผลกระทบต่อสุขภาพของลูกหลังจากคลอดแล้วอย่างไร?


          จากการศึกษาหญิงที่ตั้งครรภ์กว่า 178 ราย รวมถึงสุขภาพของเด็กขณะมีอายุ 6 เดือน และเก็บผลเรื่อยมาเป็นเวลา 2, 4, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15, 17 และ 19 ปี ผลการศึกษาพบว่าแม่ที่มีคอร์ติซอล (Cortisol) หรือฮอร์โมนแห่งความเครียดในปริมาณมากขณะตั้งครรภ์จะทำให้ลูกที่คลอดออกมามีอารมณ์ พฤติกรรม ระบบประสาท การพัฒนาของร่างกาย ไอคิว รวมถึงพัฒนาการด้านความสนใจและการใช้ภาษา ที่พัฒนาช้าหรือต่ำกว่าเด็กปกติ หรือก็คือยิ่งแม่ใช้ชีวิตอยู่ในความมืดนานเท่าไร ความเครียดก็จะยิ่งสะสม และส่งผลต่อพัฒนาการในแต่ละไตรมาสของลูกในท้อง โดยมีสาเหตุมาจากกระบวนการเหนือพันธุกรรม (Epigenetic) อย่างไรก็ตาม ผลกระทบในระยะยาวจะปรากฏชัดก็ต่อเมื่อทำการศึกษาในกลุ่มตัวอย่างที่มีจำนวนมากเพียงพอ กล่าวคือไม่จำเป็นว่าเด็กทุกคนที่อยู่ในครรภ์ขณะที่แม่มีความเครียดสูงจะปรากฏลักษณะทางลบดังกล่าว 


          พออ่านมาจนถึงบรรทัดสุดท้ายของบทความ ผู้อ่านคงทราบแล้วใช่ไหมครับว่าพายุหิมะ ระบบกำลังไฟฟ้า และวิชาพันธุศาสตร์เกี่ยวข้องกันอย่างลึกซึ้งขนาดไหน

 

อ้างอิง

• หนังสือ โรงต้นกำลังไฟฟ้า (ฉบับปรับปรุง) โดย วัฒนา ถาวร
• หนังสือ การส่งและจ่ายไฟฟ้า โดย ทักษิณ โสภาปิยะ
• https://www.nssl.noaa.gov/education/svrwx101/winter/?fbclid=IwAR2ca8tAgP69uL8RTd-yFb88IB-CKypBhHerENcPCqeSOfoRqKF8dBYQ3bw
• https://www.nssl.noaa.gov/education/svrwx101/winter/types/?fbclid=IwAR2UN-DzFrP7yLpaZqjzZ25giIZbsnN5XPNpxjPpmZAPY3Sopn76cYTlK8I
• https://scied.ucar.edu/learning-zone/storms/winter-storms?fbclid=IwAR3j8F0b2j5WsHbgk3GIG-Bh2atUYBa1KTuF3MzT9trtVdM_0ur0oelOc9U
• https://www.mcgill.ca/projetverglas/icestorm?fbclid=IwAR2xlCHxq5ACSjotbNAZET6XdEiH28GSRgppp60NEb5T12jcvobV3MqIhUw
• https://douglas.research.mcgill.ca/project-ice-storm-20-years-later-prenatal-stress-and-natural-disasters-impact-childrens-health?fbclid=IwAR1vf42p2y3COfosDrVHWyhWScBsxO2YxL9fM3ZyQohK5ungX3wKLppcvVA