แก๊สเรือนกระจก

บน: การเพิ่มระดับ CO₂ ในบรรยากาศตามที่วัดในบรรยากาศและในแกนน้ำแข็ง (ice core) ล่าง: ปริมาณสุทธิของคาร์บอน(co²)ที่เพิ่มในบรรยากาศเปรียบเทียบกับคาร์บอนที่ปลดปล่อยจากการเผาผลาญเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ (fossil fuel)

แก๊สเรือนกระจก (อังกฤษ: greenhouse gas) หรือบางครั้งเรียกย่อๆว่า GHG คือแก๊สในบรรยากาศที่ดูดซับและปลดปล่อยรังสีภายในช่วงความถี่ (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) อินฟราเรดร้อน (อังกฤษ: thermal infrared range) ทำให้เกิดการสูญเสียความร้อนบางส่วนออกสู่ห้วงอวกาศภายนอกและปลดปล่อยความร้อนกลับสู่พื้นผิวโลก ขบวนการนี้จึงเป็นสาเหตุพื้นฐานของปรากฏการณ์เรือนกระจก (อังกฤษ: Greenhouse effect) แก๊สเรือนกระจกมีความจำเป็นและมีความสำคัญต่อการรักษาระดับอุณหภูมิของโลก หากปราศจากแก๊สเรือนกระจก โลกจะหนาวเย็นจนสิ่งมีชีวิตอยู่อาศัยไม่ได้ อุณหภูมิในโลกจะต่ำกว่าปัจจุบันที่ 14 °C (57 °F) ลงอีก 33 °C (59 °F) แต่การมีแก๊สเรือนกระจกมากเกินไปก็เป็นเหตุให้อุณหภูมิสูงขึ้นถึงระดับเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตดังที่เป็นอยู่กับบรรยากาศของดาวศุกร์ซึ่งมีบรรยากาศที่ประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์มากถึงร้อยละ 96.5 มีผลให้อุณหภูมิผิวพื้นร้อนมากถึง 467 °C (872 °F) คำว่า “แก๊สเรือนกระจก” บนโลกหมายถึงแก๊สต่าง ๆ เรียงตามลำดับความอุดมคือ ไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน ไนตรัสออกไซด์ และ คลอโรฟลูโอโรคาร์บอน (Chlorofluorocarbon) แก๊สเรือนกระจกเกิดเองตามธรรมชาติและจากกระบวนการอุตสาหกรรมซึ่งปัจจุบันทำให้ระดับคาร์บอนไดออกไซด์มีในบรรยากาศ 380 ppmv และที่ปรากฏในแกนน้ำแข็งตัวอย่าง (ดูแผนภูมิ) จะเห็นว่าระดับของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศปัจจุบันสูงกว่าระดับเมื่อก่อนยุคอุตสาหกรรมประมาณ 100 ppmv

ปรากฏการณ์เรือนกระจก

บทความหลัก: ปรากฏการณ์เรือนกระจก

ปรากฏการณ์เรือนกระจก ภาพจำลองแสดง พลังงาน ไหลไปมาระหว่างอวกาศภายนอก บรรยากาศของโลก และพื้นผิวของโลก พลังงานที่ไหลเข้าและที่ปลดปล่อยออกไปแสดงในค่า วัตต์ ต่อตรม. (W/m²)

ลักษณะแถบการดูดกลืน ( absorption band) รังสีดวงอาทิตย์และรังสีความร้อนที่แผ่ขึ้นด้านบนที่เกิดจากแก๊สเรือนกระจก

เมื่อแสงอาทิตย์ส่องถึงผิวโลก บางส่วนจะถูกดูดกลืนไว้และทำให้ผิวพื้นโลกอุ่นขึ้น บางส่วนจะสะท้อนกลับ เนื่องจากผิวโลกเย็นกว่าผิวดวงอาทิตย์มากส่วนที่สะท้อนกลับจึงแผ่กระจายพลังงานที่มีช่วงคลื่นยาวกว่ารังสีจากดวงอาทิตย์ โดยมีช่วงยาวมากสุดที่แถบความถี่ในช่วงอินฟราเรดหรือที่ประมาณ 10 µm. แก๊สเรือนกระจกในบรรยากาศจะดูดกลืนช่วงคลื่นที่ยาวกว่าได้ดีกว่าแสงช่วงคลื่นสั้นของแสงอาทิตย์ การดูดกลืนพลังงานช่วงคลื่นยาวนี้เองที่ทำให้บรรยากาศร้อนขึ้น แก๊สเรือนกระจกก็ปล่อยรังสีคลื่นยาว (อีกครั้ง) ทั้งขึ้นสู่ห้วงอวกาศและปล่อยลงสู่พื้นผิวโลก กระบวนการนี้เรียกว่า “ปรากฏการณ์เรือนกระจก

แก๊สเรือนกระจกส่วนใหญ่คือไอน้ำ ซึ่งมีผลต่อปรากฏการณ์เรือนกระจกบนโลกประมาณร้อยละ 36-70 (โปรดสังเกตว่าเมฆไม่ได้ประกอบด้วยไอน้ำและเมฆมีผลต่อภูมิอากาศในลักษณะอื่น) คาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งมีผลร้อยละ 9-26, มีเทนมีผลร้อยละ 4-9, และโอโซนร้อยละ 3-7 เป็นการยากหรือเกือบเป็นไปไม่ได้ที่ชี้ลงไปให้ชัดว่าแก๊สใดมีผลต่อบรรยากาศแน่นอนเท่าใดเนื่องจากอิทธิพลของแก๊สเหล่านี้เป็นพวกที่นำไปรวมกันไม่ได้ (ด้านสูงของช่วงเป็นการบ่งถึงตัวแก๊สเพียงอย่างเดียว ในขณะที่ปลายของช่วงข้างต่ำใช้บ่งถึงการเหลื่อมที่เกิดในการแจงนับ) แก๊สเรือนกระจกอื่นๆ รวมถึงแต่ไม่จำกัดเฉพาะได้แก่ ไนตรัสออกไซด์ (nitrous oxide) ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (sulfur hexafluoride) ไฮโดรฟลูโอโรคาร์บอน (hydrofluorocarbon) เปอร์ฟลูโอโรคาร์บอน (perfluorocarbon) และคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (chlorofluorocarbons) (ดู รายชื่อแก๊สเรือนกระจกของ IPCC -IPCC list of greenhouse gases)

ส่วนประกอบหลักของบรรยากาศได้แก่ไนโตรเจน (N₂) และออกซิเจน (O₂) ซึ่งไม่ใช่แก๊สเรือนกระจก ทั้งนี้เนื่องจากมันมีลักษณะเป็นโมเลกุลอะตอมคู่ชนิดนิวเคลียสเอกพันธ์ (homonuclear diatomic molecules) ดังนั้น ไนโตรเจนและออกซิเจน จะไม่ดูดกลืนหรือปล่อยรังสีอินฟราเรดเพราะไม่มีการแลกเปลี่ยนโมเมนต์ขั้วคู่ (dipole moment) ของโมเลกุลเหล่านี้เมื่อมันสั่นตัว การสั่นของโมเลกุลเกิดขึ้นเมื่อขนาดพลังงานของมันเท่ากับขนาดของพลังงานโฟตอนของอินฟราเรด โมเลกุลอะตอมคู่ชนิดนิวเคลียสวิวิธพันธ์ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) หรือ ไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) ดูดกลืนอินฟราเรด แต่โมเลกุลของเหล่านี้มีอายุสั้นในบรรยากาศเนื่องจากคุณสมบัติทางปฏิกิริยาและการถูกละลายได้ง่ายของมัน มันจึงมีผลต่อปรากฏการณ์เรือนกระจกน้อยมาก

ในช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 (ประมาณ พ.ศ. 2420) นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองและพบว่า ไนโตรเจน และ ออกซิเจน ไม่ดูดกลืนรังสีอินฟราเรด (กล่าวถึงกันในสมัยนั้นว่า “รังสีมืด” - dark radiation) และว่า คาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซอีกหลายชนิดก็ไม่ดูดกลืนอินฟราเรด เป็นที่ยอมรับกันเมื่อต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 (ประมาณ พ.ศ. 2470) ว่าแก๊สเรือนกระจกที่ทราบเกือบทั้งหมดในบรรยากาศมีผลทำให้อุณหภูมิของบรรยากาศสูงขึ้นกว่าการไม่มีแก๊สเรือนกระจก

ธรรมชาติและกิจกรรมของมนุษย์

คาร์บอนไดออกไซด์ในช่วง 400,000 ปี

แก๊สเรือนกระจกเกือบทั้งหมดมีที่มาจากทั้งธรรมชาติและเกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ ในระหว่างยุคโฮโลซีน (holocene) ซึ่งเป็นยุคก่อนอุตสาหกรรม การสะสมของแก๊สต่าง ๆ ในบรรยากาศค่อนข้างอยู่ตัว นับตั้งแต่ยุคการปฏิวัติอุตสาหกรรมเป็นต้นมา การสะสมของแก๊สบางชนิดเพิ่มปริมาณขึ้น มีหลักฐานบ่งชัดว่าการเพิ่มเกิดจากกิจกรรมของมนุษย์มากกว่าการเกิดตามธรรมชาติ

ตัวอย่างแกนน้ำแข็ง (Ice core) ได้ให้หลักฐานที่แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงขึ้นลงของการสะสมของแก๊สเรือนกระจกในบรรยากาศของโลกในช่วง 800,000 ปี ที่ผ่านมาทั้ง CO₂ และ CH₄ ผันแปรระหว่างยุคน้ำแข็งและยุคระหว่างยุคน้ำแข็ง (interglacial phases) ซึ่งการสะสมของแก๊สเหล่านี้สัมพันธ์อย่างชัดเจนกับระดับอุณหภูมิ ก่อนหน้านี้การวัดปริมาณโดยตรงอย่างที่ได้จากตัวอย่างแกนน้ำแข็งยังไม่มี การวัดโดยใช้วิธีแบบจำลองและการใช้ตัวแทนแสดงให้เห็นการผันแปรค่อนข้างมาก เมื่อ 500 ล้านปีก่อนระดับของ CO₂ มีปริมาณสูงกว่าปัจจุบันมากกว่า 10 เท่า ความจริงแล้วเชื่อกันว่าการสะสมที่สูงมากของ CO₂ มีมาตลอด ยุคฟาเนอโรโซอิ (Phanerozoic eon) โดยมีปริมาณการสะสม 5-6 เท่าของปริมาณในบรรยากาศปัจจุบันในยุคเมโสโซอิก และ 10-15 เท่าในยุคพาเลโอโซอิก (Palaeozoic era) ตอนต้นและต่อเนื่องมาถึงยุคเดโวเนียน (Devonian period) ประมาณ 400 ล้านปีก่อน การกระจายขยายตัวของพืชบนบกได้ลดปริมาณการสะสม CO₂ ในช่วงปลายยุคเดโนเวียน การทำหน้าที่ของพืชทั้งด้านการเป็นแหล่งเกิดและแหล่งเก็บกักของ CO₂การเป็นปัจจัยสำคัญในการสร้างสเถียรภาพการป้อนกลับ ในช่วง 200 ล้านปีก่อนหน้านั้นได้เกิดยุคน้ำแข็งกลับไปกลับมาจนมีน้ำแข็งปกคลุมเกือบถึงเส้นศูนย์สูตร (เรียกกันว่าโลกก้อนหิมะ Snowball Earth) และได้เกิดการหยุดอย่างกะทันหันเมื่อประมาณ 500 ล้านปีก่อนจากการระเบิดอย่างมหาศาลของภูเขาไฟที่ได้ปลดปล่อย CO₂ออกมาทำให้ปริมาณของมันพุ่งขึ้นถึงร้อยละ 12 อย่างกะทันหัน หรือเท่ากับประมาณ 120 เท่าของปัจจุบัน ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกและการเกิดคาร์บอเนต เช่น หินปูน ในอัตราสูงถึงประมาณ 1 มิลลิเมตรต่อวัน เหตุการณ์ใหญ่ในครั้งนี้ได้ปิดบรมยุคพรีแคมเบรียนลงและทดแทนโดยยุคฟาเนโรโซอิก (Phanerozoic) ที่ร้อนกว่า ที่ซึ่งเป็นยุคที่สัตว์และพืชหลายเซลล์เริ่มวิวัฒนาการขึ้น หลังยุคนี้ก็ไม่มีการปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ในจำนวนมหาศาลอย่างนี้ออกมาอีก และ ณ ปัจจุบัน การปลดปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากภูเขาไฟสู่บรรยากาศยังมีปริมาณการปลดปล่อยน้อยกว่ากิจกรรมของมนุษย์

แก๊สเรือนกระจกจากกิจกรรมมนุษย์

การปลดปล่อยแก๊สเรือนกระจกโดยกิจกรรมมนุษย์จำแนกโดยออกเป็น 8 ภาคส่วนย่อนของ พ.ศ. 2543

ปริมาณแก๊สเรือนกระจกที่ปลดปล่อยต่อหัวประชากรของประเทศต่างๆ ใน พ.ศ. 2543 รวมการเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดิน

นับตั้งแต่ประมาณ พ.ศ. 2300 เป็นต้นมากิจกรรมของมนุษย์ได้เพิ่มปริมาณการสะสมคาร์บอนไดออกไซด์และแก๊สเรือนกระจกที่สำคัญชนิดอื่นๆ มากขึ้น แหล่งเกิดตามธรรมชาติของคาร์บอนไดออกไซด์ในตอนแรกมีปริมาณสูงกว่าจากกิจกรรมมนุษย์ประมาณ 20 เท่า แต่ปริมาณจากธรรมชาติดังกล่าวอยู่ในภาวะสมดุลด้วยการกักเก็บตามธรรมชาติ เช่นจากการกร่อนสลายของหินบนแผ่นดินและจากการสังเคราะห์แสงของพืชและแพลงค์ตอนในทะเลที่ดึงคาร์บอนไดออกไซด์ไปเก็บกักไว้ และจากผลของการสมดุลนี้ ทำให้ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์คงที่อยู่ระหว่าง 260 และ 280 ส่วนในล้านส่วนเป็นเวลาต่อเนื่องประมาณ 10,000 ปีระหว่างการหมดยุคน้ำแข็งและเมื่อเริ่มยุคอุตสาหกรรม

แหล่งเกิดแก๊สเรือนกระจกจากกิจกรรมของมนุษย์รวมถึง:

• การเผาผลาญเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์และการทำลายป่าที่ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์สู่บรรยากาศมากขึ้น การทำลายป่า (โดยเฉพาะในเขตร้อน) มีส่วนปลดปล่อย CO₂ มากถึง 1 ใน 3 ของ CO₂ ที่เกิดจากกิจกรรมมนุษย์ทั้งหมด ;
• การย่อยสลายในกระเพาะและลำไส้ของปศุสัตว์และการจัดการเกี่ยวกับมูลปศุสัตว์การทำนาข้าว การใช้และการเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดินในพื้นที่ชุ่มน้ำ การสูญเสียแก๊สและน้ำมันจากท่อส่ง รวมถึงการปล่อยแก๊สจากหลุมฝังกลบขยะ เหล่านี้ ทำให้ปริมาณของมีเทนเพิ่มมากขึ้นในบรรยากาศ บ่อเกรอะหรือบ่อบำบัดสิ่งโสโครกสมัยใหม่แบบปิดทึบที่ระบายแก๊สทางท่อระบายก็มีส่วนเพิ่มมากเช่นกัน

• การใช้สารคลอโรฟลูโอโรคาร์บอน (CFCs) ในตู้เย็นและเครื่องปรับอากาศ รวมทั้งการใช้แก๊ส ฮาลอน (halon) ในระบบถังดับเพลิงและกระบวนการผลิตของผู้ผลิต
• กิจกรรมทางการเกษตรซึ่งรวมทั้งการใช้ปุ๋ยที่เป็นตัวเพิ่มแก๊สไนตรัสออกไซด์

แหล่งทั้งเจ็ดของ CO₂ จากการเผาใหม้เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ได้แก่ (เป็นร้อยละของปริมาณที่ปล่อยใน พ.ศ. 2543 – 2547):

1. เชื้อเพลิงแข็ง (เช่น ถ่านหิน) : 35%
2. เชื้อเพลิงเหลว (เช่น น้ำมันเบนซิน) : 36%
3. เชื้อเพลิงแก๊ส (เช่น แก๊สธรรมชาติ) : 20%
4. การเผาทิ้ง (Flaring) ทางอุตสาหกรรมและที่หลุมขุดเจาะน้ำมัน: <1%
5. การผลิตซิเมนต์: 3%
6. สารไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ใช่เชื้อเพลิง: <1%
7. เชื้อเพลิง “บังเกอร์” นานาชาติ (bunkers) ที่ใช้กับเครื่องบินและเรือเดินทะเลที่ไม่ได้นับรวมไว้ในตัวเลขของชาติใดๆ: 4%

หน่วยงาน อีพีเอ ของสหรัฐฯ จัดอันดับผู้ปล่อยแก๊สเรือนกระจกของ ภาคส่วนผู้ใช้ขั้นสุดท้าย (end-user sectors) ไว้เป็นลำดับดังนี้คือ: อุตสาหกรรม, การขนส่ง, การพักอาศัย, พาณิชยกรรมและเกษตรกรรม แหล่งปลดปล่อยแก๊สเรือนกระจกรายบุคคลเกิดจากการให้ความอบอุ่นและการทำความเย็นในอาคาร การใช้ไฟฟ้าและการขนส่ง มาตรการการอนุรักษ์เพื่อแก้ไขได้แก่การใช้ฉนวนกันความร้อนสำหรับอาคาร การใช้หลอดฟลูออเรสเซนแบบประหยัดและการเลือกซื้อรถยนต์ที่กินน้ำมันน้อย

คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน ไนตรัสออกไซด์และกลุ่มทั้ง 3 ของแก๊สฟลูโอริเนต (fluorinated gas) ได้แก่ ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (sulfur hexafluoride, ไฮโดรฟลูโอโรคาร์บอน (HFC) และเพอฟลูโอโรคาร์บอน PFCs) นับเป็นแก๊สเรือนกระจกที่กำหนดไว้ในพิธีสารเกียวโต ซึ่งได้ถึงกำหนดการบังคับใช้ใน พ.ศ. 2548

แม้แก๊ส ซีเอฟซี (CFCs) จะเป็นแก๊สเรือนกระจกแต่ก็ถูกควบคุมอยู่แล้วโดยพิธีสารมอนทรีล (Montreal Protocol) ซึ่งเป็นผลของการจำกัดการใช้ที่เนื่องมาจากการทำลายชั้นโอโซน (ozone depletion) มากกว่าการเป็นแก๊สที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์โลกร้อน โปรดสังเกตว่าการลดลงของชั้นโอโซนมีผลน้อยมากต่อปรากฏการณ์โลกร้อน กระบวนการที่ต่างกันทั้งสองนี้สร้างความสับสนแก่สื่อมากพอควร

บทบาทของไอน้ำ

Iการเพิ่มของไอน้ำที่เมืองโบลเดอร์ รัฐโคโรราโด

ไอน้ำ (Water vapor) นับเป็นแก๊สเรือนกระจกที่เกิดจากธรรมชาติที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกมากที่สุด คือระหว่างร้อยละ 36-66 การสะสมตัวของไอน้ำมากน้อยต่างกันไปตามภูมิภาค กิจกรรมของมนุษย์ไม่มีผลโดยตรงต่อไอน้ำยกเว้นพื้นที่ระดับจุลภาค (เช่น บริเวณใกล้พื้นที่เกษตรที่มีระบบชลประทาน)

ความสัมพันธ์คลอเซียส-คลาเพรอน (Clausius-Clapeyron relation) กำหนดไว้ว่า อากาศอุ่นเก็บกักไอน้ำเป็นหน่วยบริมาตรได้มากกว่า แบบจำลองภูมิอากาศ (climate model) ที่ทันสมัยที่สุดทำนายว่าการสะสมของไอน้ำในอากาศร้อนจะขยายขนาดของปรากฏการณ์เรือนกระจกที่เป็นผลจากแก๊สเรือนกระจกที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์โดยยังคงรักษาความชื้นสัมพัทธ์ไว้ได้คงที่ ดังนั้นไอน้ำจึงทำหน้าที่ป้อนกลับทางบวกต่อแรงที่เกิดจากแก๊สเรือนกระจกเช่น CO₂.

การปล่อยแก๊สเรือนกระจก

บทความหลัก: การปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (carbon dioxide emissions)

การวัดแกนน้ำแข็งตัวอย่างจากแอนตาร์กติก (Measurements from Antarctic ice cores) พบว่าก่อนมีการเริ่มปล่อยแก๊สเรือนกระจกจากอุตสาหกรรมเพียงเล็กน้อย ระดับของ CO₂ ในบรรยากาศมีประมาณ 280 ppm โดยบริมาตร จากตัวอย่างแกนน้ำแข็งดูเหมือนว่าการสะสมของ CO₂ จะนิ่งอยู่ที่ระหว่าง 260 และ 280 ppm เป็นเวลา 10,000 ปีก่อนหน้านั้น การศึกษาโดยการใช้หลักฐานจากปากใบของใบไม้ดึกดำบรรพ์พบว่ามีการผันแปรของระดับ CO₂ ค่อนข้างมากคือสูงกว่า 300 ppm ในช่วง 7,000-10,000 ปีที่ผ่านมา แม้นักวิทยาศาสตร์บางคนโต้แย้งว่าการค้นพบนี้สะท้อนให้เห็นปัญหาของการคำนวณเปรียบเทียบ/การแปดเปื้อนมากกว่าการผันแปรของปริมาณจริงของ CO₂

นับตั้งแต่การเริ่มต้นของการปฏิวัติอุตสาหกรรมเป็นต้นมา ความเข้มของปริมาณแก๊สเรือนกระจกได้เพิ่มขึ้น การสะสมของ CO₂ ได้เพิ่มขึ้นประมาณ 100 ppm (เช่นระหว่าง 280 ppm ถึง380 ppm) การเพิ่ม 50 ppm แรกใช้เวลาประมาณ 200 ปีจากการเริ่มการปฏิวัติอุตสาหกรรมมาถึงประมาณ พ.ศ. 2516 การเพิ่ม 50 ppm ถัดมาใช้เวลาประมาณ 33 ปีจาก พ.ศ. 2516 ถึง พ.ศ. 2549 ผลการสังเกตการณ์สามารถดูทางออนไลน์ได้ใน “ฐานข้อมูลสังเกตการณ์ภูมิอากาศเชิงเคมี ( Atmospheric Chemistry Observational Databases) แก๊สเรือนกระจกที่มีความแรงของการแผ่รังสีมีดังนี้:

Global การปล่อย คาร์บอน จากกิจกรรมของมนุษย์ พ.ศ. 2294-พ.ศ. 2547.

(ที่มา: รายงานเรื่องแรงแผ่รังสีของ (IPCC) พ.ศ. 2547 ปรับปรุงใหม่ (พ.ศ. 2541) โดย IPCC TAR ตารางที่ 6.1 [5] เก็บถาวร 2007-06-15 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน[6] เก็บถาวร 2005-04-20 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน)

อัตราการเปลี่ยนและการปล่อยเมื่อเร็วๆ นี้

ความเข้มของแก๊สเรือนกระจกในปี พ.ศ. 2543 รวมการเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดิน

อัตราเร่งอย่างรวดเร็วในการปลดปล่อย CO₂ นับตั้งแต่ พ.ศ. 2543 ในจำนวน >3% y⁻¹ (>2 ppm y⁻¹) จาก 1.1% y⁻¹ ระหว่างช่วง พ.ศ. 2534 – พ.ศ. 2542 นับได้ว่าเป็นการต่อเนื่องของแนวโน้มของการลด ความเข้มของคาร์บอน (carbon intensity) ทั้งในประเทศพัฒนาแล้วและประเทศกำลังพัฒนา ถึงแม้มากกว่า 3/4 ของการสะสม CO₂ จากกิจกรรมมนุษย์จะมาจากประเทศกำลังพัฒนาก็ตาม การลดปริมาณการปล่อยลงเป็นเฉพาะท้องถิ่นมีความสัมพันธ์กับการล่มสลายของ สหภาพโซเวียต ที่ตามมาด้วยการปล่อยที่น้อยลงของภูมิภาคเนื่องจากการใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น จากการเปรียบเทียบ พบว่ามีเทนเพิ่มไม่มาก และ N₂O เพิ่ม 0.25% y⁻¹.

เอเชีย

ระดับของแก๊สเรือนกระจกจากกิจกรรมมนุษย์ได้เพิ่มถึงจุดสูงสุดอีกครั้งด้วยสัญญาณของการเพิ่มเศรษฐกิจการอุตสาหกรรมของเอเชียนำโดยจีน ในช่วงระหว่างปี พ.ศ. 2543 – พ.ศ. 2553 คาดว่าจีนจะปล่อยคาร์บอนออกมาอีก 600 ล้านตัน ส่วนใหญ่เกิดจากการก่อสร้างโรงไฟฟ้าแบบเก่าอย่างรวดเร็วในจังหวัดต่างๆ ที่ยังจนอยู่

สหรัฐอเมริกา

บทความหลัก (ภาษาอังกฤษ) : Greenhouse gas emissions by the United States และ United States federal register of greenhouse gas emissions

สหรัฐฯ ปล่อยแก๊สเรือนกระจกในปี พ.ศ. 2548 เพิ่มขึ้นร้อยละ 16.3 จาก พ.ศ. 2533 จากการคาดคะเนเบื้องต้นของหน่วยประเมินด้านสิ่งแวดล้อมของเนเธอร์แลนด์พบว่าประเทศที่ปล่อย CO₂ นับตั้งแต่ พ.ศ. 2549 คือจีนซึ่งปล่อยออกมาประมาณ 6,200 เมกะตัน ตามด้วยสหรัฐฯ ประมาณ 5,800 เมกกะตัน เทียบกับปี พ.ศ. 2548 จีนปล่อย CO₂ จากซากดึกดำบรรพ์เพิ่มใน พ.ศ. 2549 ร้อยละ 8.7 ในขณะที่ปีเดียวกัน ของสหรัฐฯ ลดลงร้อยละ 1.4 หน่วยประเมินฯ ดังกล่าวให้ข้อสังเกตว่า การคาดคะเนของตนไม่รวมแหล่ง CO₂ ที่ไม่แน่นอน ถึงแม้ว่าน้ำหนักจะไม่มากเมื่อเทียบกับนำหนักของคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่ในบรรยากาศ แต่ก็นับว่าเป็นระดับที่มากกว่าระดับในยุคก่อนอุตสาหกรรม

การลดปริมาณแก๊สเรือนกระจกจากบรรยากาศและแนวโน้มของโลกร้อน

แนวโน้มของแก๊สเรือนกระจกตัวหลัก

นอกจากไอน้ำซึ่งมีอายุเป็นวัน แก๊สเรือนกระจกเกือบทั้งหมดต้องใช้เวลานานหลายปีจึงจะหนีออกจากบรรยากาศไปได้ แม้จะยังไม่อาจทราบได้แน่นอนว่าจะใช้เวลากี่ปี แต่ก็มีการคาดคะเนสำหรับแก๊สเรือนกระจกตัวหลักไว้แล้วดังนี้:

การแยกแก๊สเรือนกระจกอาจทำได้หลายกระบวนการ:

• จากผลของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ (การกลั่นตัวและการตกลงมาเป็นหยาดน้ำฟ้าเป็นการขจัดน้ำออกจากบรรยากาศ)
• จากผลของปฏิกิริยาทางเคมีภายในบรรยากาศ ในกรณีนี้คือมีเทน โดยการออกซิไดซ์ด้วยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติกับอนุมูลอิสระ (free radical) ของไฮดรอกซีล (hydroxyl) OH และสลายตัวเป็น CO₂และไอน้ำเมื่อทำปฏิกิริยาเสร็จ (การมีส่วนของ CO₂ของมีเทนที่รวมกับออกซิเจนนี้ไม่นับเป็นมีเทนที่มีศักยภาพทำให้โลกร้อน) ปฏิกิริยานี้รวมน้ำยาและของแข็งทางเคมีเกิดขึ้นในละอองลอยของบรรยากาศ
• จากผลของการแลกเปลี่ยนทางกายภาพที่ผิวหน้าของบรรยากาศกับผิวหน้าสิ่งอื่นในโลก เช่น การละลายของชั้นแก๊สในบรรยากาศที่ผิวมหาสมุทร
• จากผลการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่ผิวหน้าของบรรยากาศกับผิวหน้าของสิ่งอื่นในโลก ในกรณีนี้คือ CO₂ซึ่งลดลงโดยการสังเคราะห์แสงของพืช และหลังจากละลายในมหาสมุทรแล้วทำปฏิกิริยากลายเป็นประจุกรดคาร์บอนิก และ ไบคาร์บอเนต และ คาร์บอเนต (ดู “การเป็นกรดของมหาสมุทร - ocean acidification)
• จากผลของการเปลี่ยนทางโฟโตเคมี (Photochemical change) ฮาโลคาร์บอน (Halocarbon) จะแตกตัวโดยแสงอุลตราไวโอเลตและปลดปล่อย Cl• and F• ในฐานะอนุมูลอิสระที่มีอันตรายต่อโอโซน (ปกติฮาโลคาร์บอนมีความสเถียรมากเกินที่จะเกิดปฏิกิริยาในบรรยากาศ)
• จากผลของการแตกเป็นไอออนจากพลังงานระดับสูงของรังสีคอสมิก หรือฟ้าผ่า ซึ่งการยึดตัวของโมเลกุลจะแตกออก เช่นฟ้าผ่าก่อตัวแอนไอออน (anions) ของไนโตรเจนจาก N₂ ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับ O₂ to form NO₂.

ปริมาณการปล่อย CO₂ จากกิจกรรมมนุษย์ต่อหัวประชากร

เวลาชั่วชีวิตในบรรยากาศ

ตัวแปรเสริมของระยะชั่วชีวิตบรรยากาศ (atmospheric lifetime) หมายถึงระยะเวลาที่จะใช้ในการฟื้นฟูให้คืนสภาวะสมดุลหลังการเพิ่มการสะสมของแก๊สเรือนกระจกในบรรยากาศ โมเลกุลของแก๊สอาจเกิดการแลกเปลี่ยนแบบเก็บกัก (sinks) เช่นกับดิน มหาสมุทร พืชและระบบชีวะอื่นๆ ทำให้การสะสมที่มากเกินลดลงอย่างเดิม รวมทั้งเวลาที่ต้องใช้สำหรับ ”ระยะชั่วชีวิตเฉลี่ย” (mean lifetime) นี้ มักมีการกล่าวถึงระยะเวลาชั่วชีวิตในบรรยากาศของ CO₂ที่ไม่ถูกต้องว่าเป็นเวลาไม่กี่ปีเพราะคิดเพียงเวลาที่โมเลกุลของ CO₂ในบรรยากาศถูกขจัดออกโดยการผะสมหรือละลายในมหาสมุทร หรือถูกใช้ไปในการสังเคราะห์แสง หรือด้วยกระบวนการอื่น อย่างไรก็ดี ความคิดนี้ลืมฟลักซ์การสมดุลของ CO₂ที่กลับออกจาก “แอ่งเก็บกัก” อื่น ดังนั้น ตัวกำหนดที่แท้จริงจึงอยู่ที่การเปลี่ยนแปลงสุทธิของแก๊สเรือนกระจกใน “ทุกแหล่งและทุกแอ่งเก็บกัก” มิใช่คิดเฉพาะเวลาของกระบวนการขจัดเท่านั้น

ตัวอย่าง “เวลาชั่วชีวิตในบรรยากาศ” และ GWP (Global warming potential) ของแก๊สเรือนกระจกชนิดต่างๆ:

• CO2 มีเวลาชั่วชีวิตในบรรยากาศที่ผันแปรที่ไม่สามารถบ่งบอกได้อย่างแน่นอนและชัดเจน ผลงานวิจัยเมื่อเร็วๆ นี้บ่งชี้ว่า การฟื้นสภาพจากการเพิ่มของ CO₂ที่เข้าสู่บรรยากาศโดยการเผาผลาญเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์นั้นมีผลทำให้ระยะสำหรับ “เวลาชั่วชีวิตในบรรยากาศ” ต้องใช้เวลามากนับหมื่นปีคาร์บอนไดออกไซด์ได้รับการกำหนดให้มี GWP เท่ากับ 1 (เพื่อเป็นฐานเปรียบเทียบ)
• มีเทน มีเวลาชั่วชีวิตในบรรยากาศเท่ากับ 12 ± 3 ปี และมี GWP เท่ากับ 62 ในเวลา 20 ปี, 23 ในเวลา 100 ปี,และ 7 ในเวลา 500 ปี การลดค่า GWP ที่สัมพันธ์กับเวลาที่นานกว่าที่สัมพันธ์กับข้อเท็จจริงที่ว่ามีเทนเสื่อมเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำและ CO₂ ในบรรยากาศ
• ไนตรัสออกไซด์ มีเวลาชั่วชีวิตในบรรยากาศ 120 ปี และมี GWP ที่ 269 ในเวลา 100 ปี
• CFC-12 มีเวลาชั่วชีวิตในบรรยากาศ 100 ปี และมี GWP ที่ 10,600 ในเวลา 100 ปี
• HCFC-22 มีเวลาชั่วชีวิตในบรรยากาศ 12.1 ปี และมี GWP ที่1,700 ในเวลา 100 ปี
• เตทราฟลูโอโรมีเทน (Tetrafluoromethane) มีเวลาชั่วชีวิตในบรรยากาศ 50,000 ปี และมี GWP ที่ 5,700 ในเวลา 100 ปี
• ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูโอไรด์ (Sulfur hexafluoride มีเวลาชั่วชีวิตในบรรยากาศ 3,200 ปี และมี GWP ที่ 22,000 ในเวลา 100 ปี

ที่มา : IPCC, table 6.7.

Airborne fraction

Airborne fraction (AF) หมายถึงสัดส่วนของการปล่อยแก๊สเรือนกระจก (ปกติได้แก่ CO₂) ที่เหลือตกค้างในบรรยากาศหลังระยะเวลาหนึ่ง แคนาเดลล์ (Canadell 2007) ได้ให้คำนิยามของ AF รายปีว่าเป็นอัตราส่วนของ CO₂ในบรรยากาศที่เพิ่มในปีที่กำหนดต่อจำนวนปีที่ปล่อยออกมาทั้งหมด และคำนวณว่าเฉลี่ยได้เท่ากับ 9.1 PgC y^-1 ของการปล่อยโดยกิจกรรมของมนุษย์ทั้งหมดตั้งแต่ พ.ศ. 2543 – พ.ศ. 2549 ซึ่งมี AF เท่ากับ 0.45. สำหรับ CO₂AF ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา (พ.ศ. 2499 – พ.ศ. 2549) ได้เพิ่มในอัตรา 0.25±0.21 %/ปี

ศักยภาพโลกร้อน

ศักยภาพโลกร้อน ( global warming potential) หรือ GWP ขึ้นอยู่กับทั้งประสิทธิภาพของโมเลกุลในฐานะการเป็นแก๊สเรือนกระจกกับเวลาชั่วชีวิตในบรรยากาศของมัน GWP วัดได้โดยการเปรียบเทียบกับ CO₂ในขนาดของมวลที่เท่ากันแล้วจึงประเมินหาค่าเฉพาะของเวลา ดังนั้น ถ้าโมเลกุล (ของแก๊สเรือนกระจก) มี GWP สูงในช่วงเวลาที่สั้น (เช่น 20 ปี) แต่กลับมีช่วงชั่วชีวิตสั้น ย่อมหมายความว่ามันมี GWP มากในช่วงเวลา 20 ปี แต่จะมีน้อยในช่วงเวลา 100 ปี และในทางกลับกันถ้าโมเลกุลของ CO₂ที่มีเวลาชั่วชีวิตบรรยกาศที่ยาวกว่า GWP จะเพิ่มขึ้นตามเวลาที่ผ่านไป

ผลกระทบที่เกี่ยวข้อง

การวัดค่ามลพิษในบรรยากาศชั้นโทรโปสเฟียร์MOPITT (ย่อจาก: Measurements of Pollution in the Troposphere) แสดงให้เห็นคาร์บอนมอนอกไซด์ของโลกในปี พ.ศ. 2543

คาร์บอนมอนอกไซด์ มีผลในการแผ่รังสีทางอ้อมโดยทำให้ระดับความเข้มของมีเทนและโทรโปสเฟียริกโอโซนสูงขึ้นผ่านการ “เก็บตกแก๊สอื่น” ในบรรยากาศ (เช่นอนุมูลอิสระไฮดรอกซีล (hydroxyl radical, OH) คาร์บอนมอนอกไซด์เกิดขึ้นเมื่อเชื้อเพลิงที่มีส่วนประกอบของคาร์บอนถูกเผาไม่สมบูรณ์ มันจะได้รับการเติมออกซิเจนในบรรยากาศตามกระบวนการธรรมชาติกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนมอนอกไซด์มีเวลาชั่วชีวิตในบรรยากาศเพียงไม่กี่เดือน ดังนั้นมันจึงมีความผันแปรเชิงเนื้อที่มากกว่าแก๊สอายุยืนอื่นๆ

แนวโน้มสำคัญในการมีผลทางอ้อมอีกประการหนึ่งมาจากมีเทนซึ่งนอกเหนือไปจากผลกระทบด้านการแผ่รังสีโดยตรงของมันแล้ว มันยังเป็นตัวช่วยสร้างโอโซนอีกด้วย ชินเดลล์และคณะ (Shindell et al 2005) ให้ข้อถกเถียงว่า การมีส่วนในการทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ ของมีเทนอย่างน้อยก็มีส่วนมากเป็น 2 เท่าจากที่เคยประมาณกันมาด้วยผลกระทบดังที่กล่าวนี้

ดูเพิ่ม

แหล่งข้อมูลอื่น

วิกิซอร์ซ มีงานต้นฉบับเกี่ยวกับ: California_AB_1493

แก๊สเรือนกระจก ที่เว็บไซต์ Curlie

• Greenhouse-gas reduction technologies for coal-fired power generation เก็บถาวร 2007-09-26 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน.
• The NOAA Annual Greenhouse Gas Index (AGGI).
• Greenhouse Gases Sources, Levels, Study results — University of Michigan; eia.gov findings
• Kenya legislation aims to cut industrial gas emissions, March 2008 [7]
• ศูนย์ประสานการจัดการการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ สำนักงานนโยบายและแผนทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม เก็บถาวร 2007-05-27 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน

การปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์

• International Energy Annual: Reserves
• International Energy Annual 2003: Carbon Dioxide Emissions
• International Energy Annual 2003: Notes and Sources for Table H.1co2 (Metric tons of carbon dioxide can be converted to metric tons of carbon equivalent by multiplying by 12/44)
• DOE — EIA — Alternatives to Traditional Transportation Fuels 1994 — Volume 2, Greenhouse Gas Emissions (includes "Greenhouse Gas Spectral Overlaps and Their Significance")
• NOAA Paleoclimatology Program — Vostok Ice Core
• NOAA CMDL CCGG — Interactive Atmospheric Data Visualization NOAA CO₂ data
• Carbon Dioxide Information Analysis Centre FAQ เก็บถาวร 2008-02-10 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน Includes links to Carbon Dioxide statistics
• Little Green Data Book 2007, World Bank. Lists C02 statistics by country, including per capita and by country income class.
• Flight Carbon Emission Calculator เก็บถาวร 2009-12-30 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน

การปล่อยมีเทน

• BBC News — Thawing Siberian bogs are releasing more methane
• METHANE-EATING BUG HOLDS PROMISE FOR CUTTING GREENHOUSE GAS เก็บถาวร 2010-06-04 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน. Media Release, GNS Science, New Zealand

นโยบายและการสนับสนุน

• ศูนย์ประสานการจัดการการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ สนผ. กระทรวงวิทยาศาสตร์ฯ เก็บถาวร 2007-05-03 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• Australian Greenhouse Gas Initiative
• Global Green Plan เก็บถาวร 2015-11-23 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน, องค์การไม่แสวงกำไรในเมลเบิร์น ออสเตรเลีย ผู้พัฒนาหลักสูตรโรงเรียนเพื่อสอนเยาวชนให้รู้จักการลดการปล่อยแก๊ส
• Carbon Dioxide is Good for the Environment เก็บถาวร 2010-06-12 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน รายงานวิจัยปี พ.ศ. 2544 National Center for Public Policy Research
• Environmental Effects of Increased Atmospheric Carbon Dioxide รายงานวิจัยโดย Oregon Institute of Science and Medicine
• EU page about reducing CO₂ emissions from light-duty vehicles : the EU's aim is to reach — by 2010 at the latest — an average CO₂ emission figure of 120 g/km for all new passenger cars marketed in the Union.