“มลพิษทางอากาศ” ปัญหา ? ที่ดูเหมือนจะแก้ง่าย แต่สุดแสนซับซ้อน

หากขั้นตอนแรกของการแก้ปัญหาคือการยอมรับว่าปัญหามีอยู่จริง ขั้นตอนถัดไปของทุกการแก้ปัญหา ก็ควรจะเป็นการทำความเข้าใจในปัญหา ซึ่งปัญหา “มลภาวะทางอากาศ” ก็เช่นเดียวกัน ก่อนที่เราจะสามารถหาทางออกเพื่อแก้ปัญหาได้ เราควรที่จะต้องทำความเข้าใจในปัญหาอย่างถ่องแท้เสียก่อน

และสิ่งแรกที่เราควรจะเข้าใจให้ตรงกันเกี่ยวกับปัญหานี้ นั่นก็คือปัญหานี้ไม่ใช่ปัญหาที่เรียบง่าย และไม่มีคำอธิบายที่เรียบง่ายเพียงคำเดียวที่จะอธิบายได้ทั้งหมด

ปกติแล้ว เมื่อใดก็ตามที่เราได้ยินเกี่ยวกับปัญหาฝุ่น PM 2.5 เรามักจะได้ยินควบคู่ไปกับต้นเหตุของการ “เผา” หรือ “รถยนต์” เสมอ และแนวทางในการแก้ปัญหาระยะยาวที่เราได้ยินกัน ก็มักจะเกี่ยวข้องกับการหาแนวทางในการลดการเผา หรือการควบคุมการปล่อยควันของรถยนต์

เราทราบกันดีว่าเขม่าควันดำที่เกิดจากการเผาและการสันดาปอย่างไม่สมบูรณ์ของเครื่องยนต์นั้น เป็นต้นกำเนิดส่วนหนึ่งของปัญหาฝุ่น PM 2.5 แต่จริง ๆ แล้วยังมีตัวการอื่น ๆ ที่ส่งผลให้เกิดปัญหาฝุ่น PM 2.5 ด้วยเช่นกัน และหากเราวางแนวทางแก้ปัญหาโดยไม่ได้ศึกษาและเข้าใจต้นตอของปัญหาอย่างเป็นระบบ ก็อาจจะพบในภายหลังว่าทางออกของเรานั้นเป็นการแก้ที่ไม่ตรงกับต้นตอของปัญหาอย่างแท้จริง

ดังนั้น ก่อนจะเข้าใจปัญหาฝุ่นได้ เราจึงจำเป็นต้องเข้าใจทั้งกระบวนการกำเนิด การสลายตัว และการระบายออกของฝุ่นเสียก่อน

ต้นกำเนิด

การเผานั้นเป็นแหล่งกำเนิดของอนุภาคที่เป็นส่วนหนึ่งของ PM 2.5 ได้โดยตรง แต่ในขณะเดียวกันนั้น ฝุ่น PM 2.5 สามารถเกิดจากแหล่งอื่นได้เช่นเดียวกัน เมื่อสารประกอบ เช่น สารอินทรีย์ระเหยง่าย (Volatile Organic Compound: VOCs) สารประกอบพวกซัลเฟต แอมโมเนีย หรือไนโตรเจนออกไซด์ ทำปฏิกิริยากับแสงอาทิตย์ อาจเกิดการแตกตัว กลายไปเป็นอนุภาคของฝุ่น PM 2.5 ได้เช่นกัน เราเรียกแหล่งกำเนิดเหล่านี้ว่า แหล่งกำเนิดแบบทุติยภูมิ

จากงานวิจัยบริเวณคาบสมุทรเกาหลี พบว่าฝุ่น PM 2.5 กว่า 3 ใน 4 นั้นไม่ได้มาจากแหล่งกำเนิดโดยตรง (เช่น การเผา) แต่มาจากการสลายตัวของสารเคมีตามกลไกการเกิดแบบทุติยภูมิเสียเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งสำหรับประเทศไทยของเรานั้น ปัจจุบันเรายังไม่เคยมีการศึกษาอย่างเป็นระบบถึงแหล่งที่มาของฝุ่นในชั้นบรรยากาศของไทย และแม้ว่าเรามักจะพูดกันถึงประเด็นทางด้านการ “เผา” แต่เรายังขาดข้อมูลที่จะสามารถยืนยันได้ว่าฝุ่นที่มาจากการเผาไหม้นั้นคิดเป็นสัดส่วนที่แท้จริงในปริมาณเท่าใด เป็นไปได้ว่า “ฝุ่น” ที่เรากับประเทศอื่นเจออาจจะมีสัดส่วนของต้นกำเนิดไม่เหมือนกัน และเป็นไปได้ว่าปัญหา “ฝุ่น” ที่คนในกรุงเทพฯ กับคนในเชียงใหม่เจอนั้น อาจจะไม่ได้มาจากแหล่งกำเนิดเดียวกันในสัดส่วนที่เท่ากัน ซึ่งอาจนำไปสู่วิธีการแก้ปัญหาที่แตกต่างกัน ข้อมูลเหล่านี้เราจะสามารถทราบได้จากการศึกษา เก็บข้อมูล และวิเคราะห์ฝุ่นอย่างเป็นระบบเพียงเท่านั้น

การสลายตัว

เมื่อฝุ่น PM2.5 ถือกำเนิดขึ้นมาแล้ว ด้วยขนาดที่เล็กมาก จึงกำจัดออกไปจากอากาศได้ค่อนข้างยาก กลไกหนึ่งที่จะกำจัดฝุ่นออกไปได้ตามธรรมชาติ คือการที่อนุภาคฝุ่นตกลงตามแรงโน้มถ่วง เรียกว่า dry deposition by gravity และด้วยน้ำหนักของอนุภาคฝุ่นที่สูงกว่ามวลอากาศเพียงเล็กน้อย จึงทำให้กระบวนการนี้ใช้เวลาค่อนข้างนาน ราวประมาณสองอาทิตย์กว่า ที่แต่ละอนุภาคของฝุ่นจะตกลงสู่พื้นเองตามธรรมชาติ

แต่หากอากาศมีความชื้นสูง ไอน้ำในอากาศจะจับตัวกับอนุภาคฝุ่น ทำให้มีขนาดใหญ่ขึ้น จนตกลงมาได้เร็วขึ้น เราเรียกกระบวนการนี้ว่า wet deposition by humidity ซึ่งเป็นกระบวนการที่เร็วกว่ามาก เราอาจจะสังเกตเห็นว่าสถานการณ์ฝุ่นมักจะดีขึ้นในช่วงฤดูฝน จึงเชื่อมโยงไปเองว่าเกิดจากเม็ดฝนช่วยในการชะล้างอนุภาคฝุ่น นำไปสู่แนวทางการแก้ปัญหาระยะสั้นเช่นการ “ฉีดน้ำ” แต่แท้จริงแล้วอนุภาคของหยดน้ำมีขนาดใหญ่กว่าอนุภาคฝุ่น PM เป็นอย่างมาก จึงแทบไม่มีโอกาสที่จะจับตัวรวมกัน และความเป็นจริงฝุ่นที่ลดลงในช่วงฝนตกนั้นเป็นผลโดยอ้อมที่เกิดจากความชื้นที่เพิ่มมากขึ้น ซึ่งเห็นได้ในบางครั้งที่แม้ว่าจะมีฝนตก แต่อากาศที่แห้งลงอย่างรวดเร็วนั้นไม่เพียงพอต่อกระบวนการ wet deposition ส่งผลให้ปริมาณฝุ่นไม่ได้ลดลงตามลงไป

การระบายออกของฝุ่น

กระบวนการอีกกระบวนการหนึ่ง ก็คือการระบายออกไปที่อื่นด้วยลม (ventilation) เป็นกระบวนการที่รวดเร็วที่สุดในการลดค่าความหนาแน่นของฝุ่น แม้ว่าแท้จริงแล้วจะไม่ได้กำจัดอนุภาคฝุ่นออกไปจากอากาศแต่อย่างใด แต่การกระจายอนุภาคฝุ่นไปไกลจากสภาพแวดล้อมของมนุษย์ชั่วคราว ก็อาจจะเพียงพอที่จะช่วยบรรเทาสภาพมลพิษของอากาศในบริเวณที่มนุษย์ที่ต้องสูดหายใจเข้าไปได้

ในธรรมชาตินั้น การพัดของลมและเจือจางลงของฝุ่นในปริมาตรอากาศที่เพิ่มมากขึ้น เป็นกระบวนการหลักในการระบายออกของฝุ่น (ก่อนที่จะค่อย ๆ ใช้เวลาสลายตัวไปเองตามธรรมชาติ ในชั้นบรรยากาศที่ไกลจากที่มนุษย์หายใจ) และนำเอาอากาศสดใหม่มาเจือจางเพื่อรักษาคุณภาพของอากาศเอาไว้ให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยตลอดทั้งปี อย่างไรก็ตาม ในช่วงปลายฤดูหนาวของประเทศไทยนั้นกระบวนการนี้กลับถูกรบกวน จึงเป็นต้นเหตุหลักที่ทำให้ค่าฝุ่นเลวร้ายลงในช่วงฤดูนี้

ชั้นบรรยากาศส่วนล่างสุดที่เราอาศัยอยู่นั้น มีอีกชื่อเรียกว่า Planetary Boundary Layer (PBL) โดยปกติแล้วอุณหภูมิในชั้นนี้จะมีการลดลงเมื่อความสูงเพิ่มขึ้น ดังที่เราเรียกกันว่า “ยิ่งสูง ยิ่งหนาว” อย่างไรก็ตาม ณ ความสูงค่าหนึ่ง เราอาจจะพบกับชั้นอากาศที่มีอุณหภูมิกลับเพิ่มขึ้น เราเรียกว่า “ภาวะอุณหภูมิผกผัน” หรือ atmospheric inversion layer

ชั้นที่มีอุณหภูมิผกผันนี้ จะทำหน้าที่คล้ายกับ “ฝา” ที่ครอบชั้นบรรยากาศเอาไว้ ทำให้ฝุ่นที่ผลิตขึ้นจากภาคพื้นไม่สามารถเจือจางไปในชั้นบรรยากาศเบื้องบน หรือนำเอาอากาศสดใหม่มาทดแทนได้ การเคลื่อนที่ของชั้น inversion layer นี้จึงส่งผลต่อค่าความหนาแน่นของฝุ่นเป็นอย่างมาก ช่วงใดที่ชั้นนี้ลดต่ำลง เช่น ในเวลากลางคืนที่อากาศเย็นตัวลง ปริมาณฝุ่นจึงถูกบีบอัดลงมาทำให้ความหนาแน่นของฝุ่นเพิ่มขึ้น เป็นเหตุให้ค่าของฝุ่นมักจะขึ้นสูงในช่วงกลางคืนจนถึงเช้า ในขณะที่ช่วงกลางวันที่อุณหภูมิสูงขึ้น อากาศมีการขยายตัว ทำให้ชั้น inversion layer ยกตัวขึ้น ค่าของฝุ่นจึงเจือจางลงในเวลากลางวัน และในช่วงฤดูอื่นที่ชั้นนี้ยกตัวขึ้นสูงเพียงพอ ก็จะทำให้มลพิษทางอากาศภาคพื้นได้รับการเจือจางอย่างต่อเนื่อง มีอากาศสดใหม่ที่มาแทนที่ จึงคงรักษาระดับฝุ่นเอาไว้ไม่ให้สูงเกินไป ในขณะที่ฝุ่นที่ถูกพัดออกไปจะค่อย ๆ ถูกกำจัดด้วยกระบวนการทางธรรมชาติในภายหลัง

หอดูดาวแห่งชาติ ณ ยอดดอยอินทนนท์นั้น ก็ใช้ประโยชน์ของ inversion layer นี้นี่เอง ด้วยการสร้างหอดูดาวที่ความสูงสูงกว่าชั้น inversion layer ขึ้นไป ในช่วงฤดูหนาว จึงทำให้หอดูดาวแห่งชาติอยู่เหนือพ้นไปจากความชื้นและฝุ่นละอองทั้งปวง เหมาะแก่การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์

แต่ภูเขาที่สูงกับชั้น inversion layer ที่ต่ำเหล่านี้นั้นกลับเป็นปัญหาเป็นอย่างยิ่งสำหรับประชาชนที่อาศัยอยู่ในภาคเหนือ โดยเฉพาะเมืองเชียงใหม่ ที่มีภูมิประเทศเป็นแอ่งกระทะ ห้อมล้อมไปด้วยภูเขา เมื่อชั้น inversion layer ลดต่ำลงกว่าแนวเขารอบข้าง ทำให้มลภาวะทั้งหมดที่เกิดขึ้นในที่ราบไม่สามารถระบายออกไปได้ ถูกกักตัวอยู่ในร่องหุบเขา ส่งผลให้ในช่วงฤดูนี้ เชียงใหม่จึงมักจะเป็นเมืองที่มีปริมาณความหนาแน่นของมลพิษทางอากาศสูงเป็นอันดับต้นๆ ของโลกนั่นเอง

จะเห็นได้ว่าเบื้องหลังของทั้งกระบวนการเกิด การสลายตัว และการระบายออก นั้นมีกลไกและปฏิสัมพันธ์อันสลับซับซ้อนอยู่ คำถามที่ฟังดูง่าย เช่น “ฝุ่น PM 2.5 เกิดจากอะไรกันแน่ ?” นั้นอาจจะไม่ได้เรียบง่ายเสมอไป และทุกวันนี้ก็ยังไม่มีคำตอบที่ชัดเจน ปัญหาที่มีความซับซ้อนเป็นอย่างมาก และไม่สามารถหาคำตอบได้โดยง่ายเช่นนี้ จึงจำเป็นเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องศึกษา เก็บข้อมูล และวิจัยอย่างเป็นระบบ เพื่อทำความเข้าใจ และแก้ปัญหาได้อย่างตรงจุดที่สุด

ในบทความถัดไป เราจะมาพูดถึงการเก็บข้อมูลที่เราสามารถทำได้ในปัจจุบัน และขีดจำกัดของข้อมูลที่ได้ และเพราะเหตุใดเราจึงจำเป็นที่จะต้องมีการศึกษาในรูปแบบใหม่เพื่อที่จะเข้าใจปัญหานี้ได้ดีที่สุด

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS  

แหล่งข้อมูลอ้างอิง : ดร. มติพล ตั้งมติธรรม นักวิชาการดาราศาสตร์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (สดร.)

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech