15 เรื่องมหัศจรรย์ที่เกิดขึ้นกับโลกใน 15 ปีที่ผ่านมา

เรื่องโดย : Ellen Gray and Patrick Lynch. NASA’s Earth Science News Team

เดือนธันวาคม ปี ค.ศ.1999 นาซาได้เปิดตัวดาวเทียมที่ช่วยให้เราได้เห็นและเข้าใจการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลก โดยดาวเทียมนี้ชื่อ Terra และต่อมาในปี ค.ศ. 2002 และ 2004 ดาวเทียมชื่อ Aqua และ Aura ก็ได้ถูกส่งขึ้นตามไป ซึ่งดาวเทียมทั้งสามดวงนี้บ่อยครั้งจึงถูกเรียกว่า ระบบการสำรวจโลกของนาซา (NASA’s Earth Observing System)

นาซาและหน่วยงานอื่น ๆ ได้มีการส่งดาวเทียมเพื่อการศึกษาโลกมาก่อน แต่ในระยะ 15 ปีหลังมานี้ มีการเปลี่ยนแปลงอย่างชัดเจนกับโลกใบนี้ของเรามากกว่าในอดีต ขณะเดียวกันเมื่อโลกเกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้น นอกจากภาพความสวยงามที่เรามองเห็นได้จากโลกแล้ว ยังมีข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับการเปลี่ยนไปของโลกนี้อีกด้วย ต่อไปนี้เป็น 15 ภาพที่ได้จากระบบการสำรวจโลกในระยะเวลา 15 ปี

1. ลูกโลกสีน้ำเงิน 2002

ในปี 2002 นักวิทยาศาสตร์และนักสร้างภาพของนาซาได้ทำการสร้างสัญลักษณ์ของโลกขึ้นมาใหม่ ซึ่งทำการเก็บข้อมูลกว่า 4 เดือนจาก Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer หรือ MODIS (อุปกรณ์จากดาวเทียม Terra) พวกเขาได้ทำการเพิ่มชั้นของเมฆเข้าไปเป็นส่วนประกอบของลูกโลกสีน้ำเงิน ซึ่งกลายมาเป็นหนึ่งในสัญลักษณ์ที่สำคัญของภาพลูกโลกในศตวรรษใหม่เมื่อ Apple ได้เลือกเป็นภาพพื้นหลังสำหรับ iphone ในปี 2007

The western hemisphere of the Blue Marble, created in 2002. Credit: NASA’s Earth Observatory

2. การพังทลายของแผ่นน้ำแข็ง

การวางตัวของภูเขาตามแนวคาบสมุทรแอนตาร์กติกที่มีแผ่นน้ำแข็งขนาบทั้งสองข้าง ระยะเวลาหลายเดือนในต้นปี 2002 อุปกรณ์ MODIS จากดาวเทียม Terra ได้สำรวจพบว่าแผ่นน้ำแข็งด้านหนึ่งได้เกิดการพังทลายและหายไปในที่สุด โดยในเดือนมกราคม พื้นผิวของแผ่นน้ำแข็ง Larsen B Ice (ครอบคลุมพื้นที่ 1,250 ตารางไมล์) ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่า Hampshire และ Vermont รวมกัน พบว่าได้กลายเป็นบ่อน้ำจากการละลายของน้ำแข็ง และในช่วงกลางเดือนกุมภาพันธ์ ขอบด้านหน้าของแผ่นน้ำแข็งได้ถูกร่นเข้ามากว่า 6 ไมล์ และภูเขาน้ำแข็งขนาดใหญ่ก็แตกออกและลอยออกไปสู่ทะเล และในวันที่ 7 เดือนมีนาคมแผ่นน้ำแข็งก็ได้พังทลายไปเรียบร้อย

Collapse of the Larsen B Ice Shelf in Antarctica, imaged Jan. 31 through April 13, 2002. Credit: NASA’s Earth Observatory

3. การตรวจวัดโอโซน

การตรวจจับโมเลกุลก๊าซที่ระดับความสูงต่างๆ ในบรรยากาศต้องกระทำที่ Earth’s limb ซึ่งหมายถึงบริเวณที่มีแสงสีฟ้าเลือนเหนือพื้นผิวโลก อุปกรณ์บนดาวเทียม Aura ที่เรียกว่า Microwave Limb Sounder สำรวจบริเวณ limb เพื่อให้ได้ภาพด้านข้างของบรรยากาศจากพื้นโลกถึงพื้นที่ที่ก๊าซสามารถลอยออกไปในอวกาศได้ ซึ่งภาพที่ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวัดชั้นเคมีทีละชั้นในบรรยากาศได้ โดยเฉพาะการตรวจติดตามก๊าซที่มีส่วนทำให้เกิดรูรั่วของโอโซน และการประเมินผลในส่วนผลกระทบของเมฆต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

Microwave Limb Sounder เป็นอุปกรณ์แรกที่ทำการตรวจวัดก๊าซทั้งหมดที่มีส่วนทำให้เกิดรูรั่วของโอโซน และทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้รู้ถึงกระการบวนทางเคมีของการรั่วของโอโซน

MLS measures lower stratospheric temperature and concentrations of H2O, O3, ClO, BrO, HCl, OH, HO2, HNO3, HCN and N2O, for their effects on (and diagnoses of) ozone depletion, transformations of greenhouse gases, and radiative forcing of climate change. Credit: NASA Goddard’s Scientific Visualization Studio

4. วงจรพืชพันธุ์ของโลก

ภาพที่ได้จากดาวเทียมบอกเราได้ว่าที่ไหนมีการปลูกพืชและต้นไม้สามารถเจริญเติบโตได้ แต่ข้อมูลจากเครื่องมือดาวเทียมยังสามารถบอกเราได้มากกว่า คือ สามารถบอกได้ว่ามีคาร์บอนไดออกไซด์มากเท่าไหร่ที่กำลังถูกดูดซับจากบรรยากาศในระหว่างการสังเคราะห์แสงของพืช

อุปกรณ์ที่ชื่อว่า MODIS ของดาวเทียม Aqua และ Terra สามารถตรวจวัดการดูดซับคาร์บอน ซึ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทำการเปรียบเทียบได้ทั่วโลก โดยภาพเคลื่อนไหวนี้ได้แสดงถึงวัฏจักรดังกล่าวในระยะเวลา 1 ปี สีเขียวเข้มจะแสดงถึงอัตราการดูดซับของคาร์บอนที่สูงกว่า ซึ่งค่อนข้างคล้ายตามการเจริญเติบโตของพืชตามฤดูกาลและการลดลงของพืชสีเขียวทั่วโลก

One year of the global vegetation cycle show seasonal variations in different parts of the world. Credit: NASA Goddard’s Scientific Visualization Studio

5. การร้อนขึ้นของอาร์กติก

หนึ่งในความกังวลเกี่ยวกับการลดลงของน้ำแข็งในทะเลในฤดูร้อนคือการสูญเสียพื้นที่ซึ่งเป็นที่สะท้อนพลังงานจากดวงอาทิตย์กลับสู่บรรยากาศ เมื่อน้ำแข็งละลายจะทำให้ศักยภาพในการเพิ่มความร้อนสูงมากขึ้น ซึ่งอาร์กติกเป็นพื้นที่ที่มีการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิมากกว่าพื้นที่อื่น ๆ ในโลกอย่างรวดเร็ว 2-3 เท่า ในช่วงระยะเวลาสิบปีที่ผ่านมา

ระบบการแผ่พลังงานของโลกและเมฆ หรือ CERES เป็นอุปกรณ์บนดาวเทียม Terra และ Aqua มีการตรวจวัดปริมาณการดูดซับรังสีจากดวงอาทิตย์ของโลกตั้งแต่ปี 2000 ถึงปัจจุบัน พบว่าอาร์กติกมีการดูดซับเพิ่มขึ้น 5% ซึ่งจำนวนนี้อาจดูเหมือนไม่มาก เว้นแต่จะเทียบกับพื้นที่อื่นบนโลก และแน่นอนว่าไม่มีพื้นที่ใดในโลกแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงเช่นนี้

The image shows change in sea ice and solar absorption in the summer months in the Arctic between 2000 and 2014. Blue shows where sea ice has decreased, and red shows where solar radiation absorption has increased over the last 15 years. Credit: NASA Goddard’s Scientific Visualization Studio

6. อากาศบริสุทธิ์ขึ้นในสหรัฐอเมริกา

อาจจะเป็นเรื่องน่าแปลกใจว่าคุณภาพอากาศในสหรัฐอเมริกาสะอาดขึ้นในช่วงไม่กี่ปีมานี้ เนื่องจากรถยนต์ใหม่มีข้อจำกัดในการปล่อยมลพิษที่เข้มงวดขึ้น รวมถึงโรงไฟฟ้าและอุตสาหกรรมที่จำกัดปริมาณการปลดปล่อยมลพิษด้วย มลพิษบางตัวซึ่งเป็นสาเหตุต่อปัญหาสุขภาพได้ลดลงอย่างมีนัยสำคัญใน 15 ปีที่ผ่านมา เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้คิดหาวิธีตรวจวัดความเข้มข้นของไนโตรเจนไดออกไซด์ โดยการใช้ อุปกรณ์ที่เรียกว่า OMI บนดาวเทียม Aura ภาพที่ได้แสดงให้เห็นว่าคุณภาพอากาศในสหรัฐอเมริกาดีขึ้นอย่างไรจากปี 2005 – 2011

Nitrogen dioxide pollution, averaged yearly from 2005-2011, has decreased across the United States. Credit: NASA Goddard’s Scientific Visualization Studio / T. Schindler

7. การเกิดไฟป่า

ในแต่ละปีพื้นที่หนึ่งในสามของโลกถูกไฟไหม้ เราไม่รู้ข้อเท็จจริงจนกระทั่งอุปกรณ์ MODIS บนดาวเทียม Terra และ Aqua ได้เริ่มต้นสแกนโลกสี่ครั้งต่อวันเพื่อหาตำแหน่งที่เกิดไฟป่าทั่วโลก ซึ่งพบว่า 15 ปีที่ผ่านมาตั้งแต่พวกเขาได้เริ่มทำการสร้างแผนที่ไฟป่าขึ้น พวกเขาได้ทำการสำรวจพบกว่า 40 ล้านจุดได้เกิดไฟไหม้ขึ้น ทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องทำความเข้าใจว่าเกิดขึ้นที่พื้นที่ใดและจะเกิดผลกระทบอย่างไรต่อระบบนิเวศ คาร์บอนถูกปลดปล่อยขึ้นสู่บรรยากาศซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และคุณภาพอากาศที่ส่งผลกระทบต่อสุขภาพ ซึ่งแผนที่ไฟไหม้แบบเรียลไทม์เป็นหนึ่งในความต้องการมากที่สุดสำหรับการจัดการกับปัญหาไฟป่าในสหรัฐอเมริกาและพื้นที่อื่นทั่วโลก

One year of African fires are shown in red over the course of 2006. Credit: NASA Goddard’s Scientific Visualization Studio

8. ควันในบรรยากาศ

เซ็นเซอร์บนดาวเทียมไม่เพียงแต่ตรวจจับความร้อนจากไฟป่าและนับจำนวนครั้งการเกิดไฟป่ารอบโลกได้เท่านั้น ยังสามารถให้ข้อมูลภาพของไฟป่าและตรวจวัดการลอยตัวของควันในระยะเวลา 10 ปีครึ่งได้อีกด้วย ภาพไฟป่ามากมายที่ได้เห็นในปัจจุบันค่อนข้างซ้ำซากจำเจ แต่เซ็นเซอร์นี้ยังให้ข้อมูลการเดินทางของควันจากแหล่งกำเนิดและความสูงในการลอยตัวขึ้นสู่บรรยากาศว่าสูงแค่ไหน อุปกรณ์นี้ชื่อ MISR บนดาวเทียม Terra ซึ่งได้ศึกษามากขึ้นเกี่ยวกับการลอยของควันจากไฟป่าเข้าสู่บรรยากาศว่าไปได้สูงมากแค่ไหน รวมถึงการผสมกันกับก้อนเมฆได้อย่างไร

Smoke plume from California’s Rim Fire, Aug. 23, 2013. Credit: NASA / Goddard / Langley / JPL, MISR Team

9. การเคลื่อนตัวของแผ่นน้ำแข็งในทะเล

ดาวเทียม Aqua ไม่ได้เป็นดาวเทียมดวงแรกที่สำรวจแผ่นน้ำแข็งในทะเลจากอวกาศ แต่เป็นดวงแรกที่ให้ข้อมูลความละเอียดสูงซึ่งทำให้เราสามารถเห็นถึงการเคลื่อนที่และการเปลี่ยนแปลงในแต่ละวันของแผ่นน้ำแข็งในอาร์กติก (แผ่นน้ำแข็งที่ลอยอยู่ในทะเลมีขนาดใหญ่กว่าพื้นแผ่นดินของประเทศสหรัฐอเมริกา) ซึ่งน้ำแข็งมีการหดตัวลงในช่วงฤดูร้อนและขยายตัวเพิ่มขึ้นในฤดูหนาว และยังมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่แตกต่างกันเล็กน้อยในแต่ละวัน เครื่องมือ AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS) ยังได้แสดงถึงความสวยงามของกระบวนการดังกล่าว และยังสามารถตรวจวัดการลดลงของแผ่นน้ำแข็งในทะเลได้อย่างต่อเนื่องอีกด้วย

Sea ice is frozen seawater floating on the surface of the ocean that grows and shrinks with the seasons, shown here from Sep. 4, 2009-Jan. 30, 2011. Satellite observations show overall sea ice has declined over the last 15 years due to climate change. Credit: NASA Goddard’s Scientific Visualization Studio

10. การเพิ่มขึ้นและลดลงของคาร์บอนไดออกไซด์

เซ็นเซอร์ภาคพื้นดินบอกเราได้ว่าคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศลอยขึ้นและตกลงสัมพันธ์กับฤดูหนาวและร้อนในแถบซีกโลกเหนือ ซึ่งวัฏจักรนี้สัมพันธ์กับการสังเคราะห์แสงของพืช ต้นไม้ และ แพลงก์ตอน

อุปกรณ์ AIR (Atmospheric Infrared Sounder) บนดาวเทียม Aqua ได้ตรวจวัดคาร์บอนไดออกไซด์ที่ระดับหลายพันฟุตเหนือพื้นดิน และภาพที่ได้บอกเราได้ว่ามีการกระจายตัวของก๊าซเรือนกระจกอย่างไรทั่วโลกและมีการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นตามฤดูกาลอย่างไร

Average yearly AIRS CO2 data shown in yellow is laid over MODIS vegetation data in green. CO2 accumulates in the Northern Hemisphere winter and spring, then the vegetation’s photosynthesis absorbs it in summer. Credit: NASA Goddard’s Scientific Visualization Studio

11. ความลึกลับของเมฆและละอองลอย

สองตัวแปรสำคัญที่ทำให้มีความไม่แน่นอนเกี่ยวกับการเปลี่ยนแลงสภาพภูมิอากาศในอนาคตคือเมฆและละอองลอย (aerosols) ก้อนเมฆบางส่วนสะท้อนรังสีของดวงอาทิตย์ขณะที่บางส่วนดักจับความร้อนที่จะปล่อยออกสู่บรรยากาศ ในทำนองเดียวกัน ละอองลอยบางส่วนกระจายแสงและให้ความเย็นออกมา ขณะที่บางส่วนดูดซับแสงและให้ความร้อนออกมา นักวิทยาศาสตร์ใช้อุปกรณ์ MODIS บนดาวเทียม Terra และ Aqua ในการสำรวจติดตามเมฆและละอองลอยต่าง ๆ ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์มีความเข้าใจเกี่ยวกับวิถีของมันมากขึ้น และเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา ดาวเทียมหลายดวงของ NASA ได้ถูกส่งขึ้นไปในวงโคจรใกล้กับดาวเทียม Terra และ Aqua เพื่อช่วยในการจับภาพที่สมบูรณ์ขึ้นของเมฆและละอองลอยด้วยอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน

Dust plumes from Iran, Afghanistan and Pakistan blow southward over the Arabian Sea, Dec. 28, 2012. Credit: NASA / Goddard / MODIS Land Rapid Response

12. สุดยอดแผนที่ภูมิประเทศ

การทำแผนที่หนึ่ง ๆ ต้องใช้เวลานาน นักสำรวจต้องใช้เวลาในการสำรวจพื้นที่ที่ไม่รู้จัก และลงรายละเอียดในแผนที่ไม่ว่าจะเป็นภูเขา แม่น้ำ เนินเขา และพื้นที่ราบ ซึ่งอุปกรณ์ Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer, or ASTER บนดาวเทียม Terra เก็บภาพคู่ของพื้นผิวโลก โดยภาพคู่นี้ทำหน้าที่เสมือนดวงตาของเรา ให้ข้อมูลเกี่ยวกับความลึกและทำให้นักวิทยาศาสตร์เห็นภาพในแบบ 3 มิติ

Global Digital Elevation Model แรกถูกปล่อยออกมาในปี ค.ศ. 2009 เป็นการรวมภาพพื้นผิวโลก 1.3 ล้านภาพเข้าด้วยกัน ซึ่งภาพทั้งหมดถูกทำขึ้นด้วยคนเดียวกันและในเวลาเดียวกัน ถือเป็นแผนที่ภูมิประเทศที่มีความละเอียดสูงที่สุด ครอบคลุม 90% ของพื้นผิวโลกจากขั้วโลกหนึ่งถึงอีกขั้วโลกหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์ใช้ข้อมูลช่วงชั้นความสูงนี้ในการทำความเข้าใจการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวโลก โดยเฉพาะจากภัยพิบัติทางธรรมชาติ อย่างเช่น การสไลด์ของดิน แผ่นดินไหว น้ำท่วม และสึนามิ

Dust plumes from Iran, Afghanistan and Pakistan blow southward over the Arabian Sea, Dec. 28, 2012. Credit: NASA / Goddard / MODIS Land Rapid Response

Los Angeles Basin bordered on the north by the San Gabriel Mountians. ASTER’s simulated natural color image, collected Aug 15, 2006, is draped over the ASTER Global Digital Elevation Model. Credit: NASA / JPL / METI, ASTER Team 14

13. แพลงก์ตอนบลูม

เมื่อพืชเล็กๆ ในมหาสมุทรเกิดการบลูม (bloom) พืชเหล่านี้จะเจริญเติบโตได้ไกลถึงร้อยไมล์ แพลงก์ตอนพืชเป็นพื้นฐานของห่วงโซ่อาหารในทะเล การเจริญเติบโตจะเกิดได้ดีเมื่ออุณหภูมิเย็น มีแร่ธาตุอาหารมากจากแม่น้ำที่ไหลมาบรรจบหรือจากใต้ทะเลลึกบวกกับแสงสว่างที่เพียงพอที่ผิวน้ำ การบลูมของแพลงก์ตอนพืชทั่วโลกประมาณครึ่งหนึ่งของการสังเคราะห์แสงสุทธิบนพื้นโลกและเป็นตัวหลักในการส่งผ่านคาร์บอนในบรรยากาศไปยังมหาสมุทร จากการบลูมนี้นำมาซึ่งแหล่งอาหารที่สำคัญสำหรับปลาและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเล

สีของมหาสมุทรในแต่ละวันได้รับการตรวจวัดจากอุปกรณ์ MODIS บนดาวเทียม Terra และ Aqua ซึ่งเปลี่ยนความเข้าใจของนักวิทยาศาสตร์ในเรื่องความสัมพันธ์ทางชีวภาพและกายภาพที่ซับซ้อนระหว่างแพลงก์ตอนพืช ระบบนิเวศ และต้นทุนคาร์บอนโลก

North Atlantic phytoplankton bloom off the coast of Iceland, June 24, 2010. Credit: NASA’s Earth Observatory

14. แผนที่คาร์บอนมอนอกไซด์

คาร์บอนมอนอกไซด์เป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น เกิดจากไฟป่า ท่อไอเสียรถยนต์ และกิจกรรมของมนุษย์ เมื่ออยู่ในบรรยากาศก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นส่วนผสมหนึ่งในโอโซนที่ระดับพื้นดิน เป็นสารอันตรายในการก่อให้เกิดหมอกควัน (smog) ซึ่งบางครั้งมีการกระจายไกลเป็นพันไมล์จากแหล่งกำเนิดของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์

อุปกรณ์บนดาวเทียม Terra ที่ถูกเรียกว่า Measurements of Pollutants in the Troposphere, or MOPITT เป็นอุปกรณ์แรกที่ติดตามแหล่งกำเนิดคาร์บอนมอนอกไซด์และติดตามก๊าซที่เกิดขึ้นที่กระจายไปรอบโลก และข่าวดีก็คือ ข้อมูลที่ได้จาก MOPITT รวมกับข้อมูลจาก AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) และ Tes (Tropospheric Emissions Spectrometer) บนดาวเทียม Aqua รวมถึงข้อมูลดาวเทียมยุโรป นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าการปลดปล่อยคาร์บอนมอนอกไซด์มีอัตราลดลง 1% ต่อปี ตั้งแต่ปี ค.ศ. 2000

MOPITT’s monthly average of global concentrations of tropospheric carbon monoxide at an altitude of about 12,000 feet, in April 2000 (left) and April 2014. Credit: NASA’s Earth Observatory

15. การซ่อมแซมรูรั่วของโอโซน

ในปี ค.ศ. 1987 พิธีสารเกียวโตได้ห้ามการใช้สารเคมีที่มีผลทำลายโอโซนในบรรยากาศ และเป็นช่วงเวลาสำคัญสำหรับประชาคมระหว่างประเทศที่จะมาร่วมกันแก้ไขปัญหาภัยคุกคามด้านสิ่งแวดล้อมอย่างจริงจัง ซึ่งโอโซนทำหน้าที่ปกป้องโลกและสิ่งมีชีวิตที่อยู่บนโลกจากรังสีดวงอาทิตย์ ดาวเทียมซึ่งทำการตรวจวัดโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์มีความสำคัญต่อการติดตามการปรากฏรูรั่วของโอโซนเหนือแอนตาร์กติกา ซึ่งการดำเนินการตรวจวัดอย่างต่อเนื่องได้เริ่มต้นโดยดาวเทียม NOAA เครื่องมือตรวจติดตามโอโซนบนดาวเทียม Aura ได้แสดงถึงสัญญาณแรกของการลดน้อยลงของรูโอโซน ซึ่งหมายถึงโอโซนมีการฟื้นตัวขึ้นนั่นเอง