บ่อที่ทำขึ้นเพื่อควบคุมน้ำท่วมสามารถพ่นก๊าซที่ก่อให้เกิดภาวะโลกร้อนได้ การศึกษาพบ

เนื่องจากสภาพอากาศของโลกร้อนขึ้น ความเสี่ยงที่จะเกิดน้ำท่วมในเมืองก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน การสร้างบ่อเก็บน้ำฝนส่วนเกินสามารถจำกัดน้ำท่วมได้ แต่ในบางสถานที่ บ่อเหล่านั้นอาจเพิ่มภาวะโลกร้อนด้วยการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสู่อากาศ นั่นคือการค้นพบของการศึกษาใหม่

วัฏจักรของน้ำที่เปลี่ยนแปลงของโลกทำให้หลายเมืองและชานเมืองเปียกชื้น พื้นที่เขตเมืองเหล่านี้มีข้อจำกัดในการรับน้ำฝน แทนที่จะเป็นพื้นที่มีรูพรุน ฝนจะตกกระทบถนน ลานจอดรถคอนกรีต อาคาร และลักษณะอื่นๆ บ่อน้ำสามารถรวบรวมน้ำที่ไหลออกมา แต่ที่ธรรมชาติไม่ได้ให้บ่อน้ำเพียงพอ เมืองต่างๆ ได้สร้างมันขึ้นมา ฟลอริด้าเพียงแห่งเดียวได้สร้างบ่อน้ำประมาณ 76,000 แห่ง Audrey Goeckner ตั้งข้อสังเกตว่า พื้นที่อื่นๆ หลายแห่งยังต้องพึ่งพาบ่อน้ำเหล่านี้อย่างมากในการควบคุมน้ำท่วม เธอเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่มหาวิทยาลัยฟลอริดาในเกนส์วิลล์และเป็นผู้เขียนนำของการศึกษาใหม่

เมื่อเร็ว ๆ นี้ ทีมงานของเธอได้เปรียบเทียบการดูดซับและปล่อยในภายหลังของก๊าซคาร์บอนที่บ่อสตอร์มวอเตอร์ 5 บ่อ ทั้งหมดอยู่ใน Manatee County, Fla ซึ่งอยู่บนชายฝั่งตะวันตกตอนกลางของรัฐ

Goeckner ร่วมกับช่างเทคนิคในห้องปฏิบัติการเก็บตัวอย่างจากก้นบ่อ ตัวอย่างมีชั้นโคลนเหนือวัสดุทราย บ่อเก่ามีชั้นโคลนลึกกว่า กลับมาที่ห้องแล็บ ทีมวิจัยได้ทำการตรวจวัดสารประกอบที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบในตัวอย่าง

โดยทั่วไปแล้วบ่อที่มีอายุมากกว่าจะปล่อยสารเคมีที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบสู่อากาศน้อยกว่าบ่อที่มีอายุน้อยกว่า ในขณะเดียวกัน “อัตราที่ [บ่อเก่า] เก็บกักคาร์บอนไว้ในตะกอนเพิ่มขึ้น” เกอ็คเนอร์กล่าว ในทางตรงกันข้าม บ่อที่มีอายุน้อยดูเหมือนจะปล่อยคาร์บอนออกมามากกว่าที่กักเก็บไว้

“สิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องคำนึงถึงว่าระบบนิเวศที่มนุษย์สร้างขึ้นเหล่านี้มีบทบาทอย่างไร [ในสิ่งแวดล้อม]” เธอสรุป ดูเหมือนว่าบ่อบางแห่งจะกักเก็บคาร์บอนไว้เป็นส่วนใหญ่ ส่วนอื่น ๆ ส่วนใหญ่จะปล่อยมันไปในอากาศ ทีมงานของเธอแบ่งปันสิ่งที่ค้นพบในวันที่ 9 มีนาคมใน Communications Earth & Environment

คาร์บอนไปไหน?

Goeckner กล่าวว่าสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าบ่อน้ำพายุคืออะไร “มันไม่ใช่แค่หลุมบนพื้นที่มีน้ำ” แต่ละแห่งมีระบบนิเวศที่ซับซ้อนอย่างรวดเร็ว เธออธิบายว่า “มีหลายสิ่งหลายอย่างเกิดขึ้น”

น้ำฝนที่ไหลลงสู่บ่อเหล่านี้มักพัดพาใบไม้ หญ้า ดิน และวัสดุที่อุดมด้วยคาร์บอนอื่นๆ พวกเขายังสามารถขนส่งสารเคมีจำนวนมากไปยังบ่อเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น สามารถล้างปุ๋ยออกจากสนามหญ้าได้ หรือมลพิษจากการจราจรบนท้องถนน ฝนสามารถชะล้างสารมลพิษออกจากอากาศได้

หลังจากสร้างบ่อได้ไม่นาน พืชและจุลินทรีย์จะย้ายเข้ามา พวกมันจะเริ่มจับสารเคมีที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบจากน้ำเพื่อการเจริญเติบโตและพลังงาน ระหว่างทางพวกมันจะจับคาร์บอนจำนวนมากในเนื้อเยื่อของพวกมัน พวกเขาทำในลักษณะเดียวกับที่ต้นไม้กำจัดคาร์บอนไดออกไซด์หรือ CO2 ออกจากอากาศ

แต่สิ่งมีชีวิตในสระน้ำไม่ได้อยู่ได้นานเท่าต้นไม้ ทันทีที่พวกมันตาย จุลินทรีย์ในน้ำจะเริ่มทำลายเซลล์ที่ตายแล้ว — และคาร์บอนของพวกมัน — เพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ คาร์บอนมีแนวโน้มที่จะถูกปล่อยออกมาในรูปของ CO2 และมีเทน (CH4) ทั้งสองเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพ ก๊าซเหล่านั้นจะลอยขึ้นสู่ผิวน้ำและออกสู่อากาศ บางครั้งก๊าซมีเทนจะพุ่งขึ้นสู่ผิวน้ำเป็นฟอง

คาร์บอนในสระไม่ใช่ทั้งหมดที่จะเข้าสู่อากาศ บางส่วนจะจมลงไปด้านล่างและสะสมในโคลน และคาร์บอนบางส่วนอาจไหลออกมาหากมีทางออกสู่ลำธารหรือโรงบำบัดน้ำ นักวิจัยใช้อุปกรณ์หลายจุดในแต่ละบ่อเพื่อวัด CO2 และมีเทนที่เข้าสู่อากาศ ทีมงานทำเช่นนี้ทุกสองสัปดาห์ตั้งแต่เดือนมิถุนายน 2019 ถึงมีนาคม 2020

การปล่อยแก๊สออกจากบ่ออาจสูงถึง 2,900 กรัม (6.4 ปอนด์) ของ CO2 เทียบเท่าต่อตารางเมตร (โดยประมาณ ต่อตารางหลา) ของพื้นที่ผิวต่อปี ในขณะเดียวกัน พวกเขาพบว่าการกักเก็บคาร์บอนสำหรับบ่อเลี้ยงมีตั้งแต่ 22 ถึง 217 กรัม (0.8 ถึง 7.7 ออนซ์) ต่อพื้นที่ผิวตารางเมตรในแต่ละปี

ช่วงของค่าดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าสระน้ำไม่ได้ตอบสนองในลักษณะเดียวกันทั้งหมด บ่อเก่ามักจะกักเก็บคาร์บอนได้มากกว่าและปล่อยน้อยกว่า ทำไม

ชั้นตะกอนมักจะลึกกว่าในบ่อที่มีอายุมากกว่า Goeckner อธิบายว่าพวกมันมักจะมีออกซิเจนน้อยลงในการเติมเชื้อเพลิงให้จุลินทรีย์และเซลล์แตกตัวโดยจุลินทรีย์ สิ่งนี้อาจทำให้การปล่อยก๊าซที่อุดมด้วยคาร์บอนช้าลง นอกจากนี้ บ่อน้ำเก่าอาจมีการสังเคราะห์แสงมากขึ้นในพืชพรรณของพวกมันด้วย สิ่งมีชีวิตจำนวนมากขึ้นอาจใช้คาร์บอนไดออกไซด์และใช้เพื่อสร้างเซลล์ใหม่

ข้อค้นพบมีความสำคัญอย่างไร?

นี่ไม่ใช่การศึกษาแรกที่แสดงให้เห็นว่าสระน้ำสามารถปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ Trisha Moore กล่าว เธอเป็นวิศวกรนิเวศวิทยาที่ Kansas State University ในแมนฮัตตัน สิ่งที่ทำให้การศึกษาครั้งใหม่นี้แตกต่างออกไปคือการศึกษาแบบแรกคือการ “ดูที่ทั้งสองส่วนของระบบ” นั่นคือปริมาณคาร์บอนที่บ่อกักเก็บไว้และปริมาณที่ปล่อยออกมา ด้วยเหตุนี้ เธอจึงพบว่า “มันเป็นเพียงตัวอย่างที่ดีของวิธีที่เราต้องพิจารณาระบบ”

อย่างไรก็ตาม เธอเตือนว่า การศึกษานี้สุ่มตัวอย่างบ่อน้ำจำนวนเล็กน้อยเท่านั้น และพวกเขาทั้งหมดอยู่ในสถานะเดียว การวิจัยในอนาคตควรพิจารณาถึงสิ่งที่เกิดขึ้นในบ่อน้ำที่มีสภาพอากาศและพืชพรรณแตกต่างกัน มัวร์กล่าว งานวิจัยอื่นๆ อาจทดสอบว่าการออกแบบบ่อที่แตกต่างกันอาจส่งผลต่อการปล่อยคาร์บอนในน้ำมากน้อยเพียงใด หรือการทำความสะอาดน้ำก่อนที่จะไหลลงสู่บ่อเหล่านี้อาจส่งผลต่อการปล่อยคาร์บอนอย่างไร ในท้ายที่สุด เธอกล่าวว่า วิศวกรบ่อต้องถามว่า: “เราจะทำอะไรให้ดีขึ้นได้บ้าง”

CO2 และก๊าซเรือนกระจกอื่นๆ

คาร์บอนไดออกไซด์เป็นเพียงหนึ่งในสารเคมีหลายชนิดที่ก่อให้เกิดภาวะเรือนกระจก

ก๊าซหลายชนิดประกอบกันเป็นชั้นบรรยากาศของโลก ไนโตรเจนเพียงอย่างเดียวคิดเป็น 78 เปอร์เซ็นต์ ออกซิเจนเป็นอันดับสองคิดเป็นร้อยละ 21 ก๊าซอื่น ๆ จำนวนมากประกอบด้วย 1 เปอร์เซ็นต์ที่เหลือ หลายชนิด (เช่น ฮีเลียมและคริปทอน) มีความเฉื่อยทางเคมี นั่นหมายความว่าพวกเขาไม่มีปฏิกิริยากับผู้อื่น ผู้เล่นบิตคนอื่น ๆ มีความสามารถในการทำตัวเหมือนผ้าห่มสำหรับโลก สิ่งเหล่านี้เรียกว่าก๊าซเรือนกระจก

เช่นเดียวกับหน้าต่างในเรือนกระจก ก๊าซเหล่านี้ดักจับพลังงานจากดวงอาทิตย์ในรูปของความร้อน หากปราศจากบทบาทของพวกเขาในภาวะเรือนกระจก โลกคงค่อนข้างเย็นจัด อุณหภูมิโลกจะเฉลี่ยประมาณ -18° เซลเซียส (0° ฟาเรนไฮต์) ตามรายงานของ National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) พื้นผิวโลกของเรามีอุณหภูมิเฉลี่ยประมาณ 15 °C (59 °F) ทำให้ที่นี่เป็นสถานที่ที่สะดวกสบายสำหรับชีวิต

ตั้งแต่ประมาณปี ค.ศ. 1850 เป็นต้นมา กิจกรรมของมนุษย์ได้ปล่อยก๊าซเรือนกระจกจำนวนมากขึ้นสู่อากาศ ส่งผลให้อุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกสูงขึ้นอย่างช้าๆ โดยรวมแล้ว ค่าเฉลี่ยทั่วโลกปี 2017 สูงกว่าที่เคยเป็นระหว่างปี 1951 ถึง 1980 0.9 องศาเซลเซียส (1.6 องศาฟาเรนไฮต์) ซึ่งอ้างอิงจากการคำนวณโดย NASA

Stephen Montzka เป็นนักเคมีวิจัยของ NOAA ในเมือง Boulder, Colo เขากล่าวว่ามีก๊าซเรือนกระจกหลัก 4 ชนิดที่ต้องกังวล ที่รู้จักกันดีคือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ส่วนอื่นๆ ได้แก่ มีเทน ไนตรัสออกไซด์ และกลุ่มที่มีคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs) และสารทดแทน (CFCs เป็นสารทำความเย็นที่มีบทบาทในการทำให้ชั้นโอโซนในระดับความสูงที่ปกป้องโลกบางลง ซึ่งสาร CFCs จะถูกยกเลิกโดยเป็นส่วนหนึ่งของข้อตกลงระดับโลกที่เริ่มต้นในปี 1989)

สารเคมีหลายชนิดมีอิทธิพลต่อสภาพอากาศ อย่างไรก็ตาม Montzka ตั้งข้อสังเกตว่าก๊าซเรือนกระจกทั้งสี่นี้เป็นก๊าซที่ “เรา [มนุษย์] สามารถควบคุมได้โดยตรง”

สารเคมีที่ทำให้สภาพอากาศร้อนขึ้น

ก๊าซเรือนกระจกแต่ละครั้งที่ปล่อยออกมาจะลอยขึ้นสู่อากาศ ที่นั่นจะช่วยให้บรรยากาศกักเก็บความร้อนได้ ก๊าซเหล่านี้บางส่วนดักจับความร้อนต่อโมเลกุลได้มากกว่าก๊าซอื่นๆ บางคนอยู่ในบรรยากาศนานกว่าคนอื่นๆ เนื่องจากแต่ละชนิดมีคุณสมบัติทางเคมีที่แตกต่างกัน Montzka กล่าว พวกมันยังถูกกำจัดออกจากชั้นบรรยากาศเมื่อเวลาผ่านไปด้วยกระบวนการต่างๆ

CO2 ส่วนเกินส่วนใหญ่มาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ เชื้อเพลิงเหล่านี้ใช้สำหรับทุกอย่างตั้งแต่การให้พลังงานแก่ยานพาหนะและการผลิตกระแสไฟฟ้าไปจนถึงการผลิตสารเคมีทางอุตสาหกรรม ในปี 2559 CO2 คิดเป็นร้อยละ 81 ของก๊าซเรือนกระจกที่ปล่อยออกมาในสหรัฐอเมริกา สารเคมีอื่นๆ มีประสิทธิภาพมากกว่าในการดักจับความร้อนในชั้นบรรยากาศ แต่ CO2 มีปริมาณมากที่สุดในส่วนที่ปล่อยออกมาจากกิจกรรมของมนุษย์ นอกจากนี้ยังติดอยู่รอบที่ยาวที่สุด

CO2 บางส่วนถูกกำจัดออกไปทุกปีโดยพืชเมื่อพวกมันเติบโต อย่างไรก็ตาม CO2 จำนวนมากจะถูกปล่อยออกมาในช่วงเดือนที่อากาศหนาวเย็น ซึ่งเป็นช่วงที่พืชไม่เจริญเติบโต CO2 สามารถถูกดึงออกจากอากาศและลงสู่มหาสมุทรได้เช่นกัน สิ่งมีชีวิตในทะเลสามารถเปลี่ยนเป็นแคลเซียมคาร์บอเนตได้ ในที่สุดสารเคมีนั้นจะกลายเป็นส่วนผสมของหินปูน ซึ่งคาร์บอนของมันจะกักเก็บไว้ได้เป็นพันปี กระบวนการก่อตัวเป็นหินนั้นช้ามาก โดยรวมแล้ว CO2 สามารถคงอยู่ในชั้นบรรยากาศได้ทุกที่ตั้งแต่หลายสิบปีไปจนถึงหลายพันปี ดังนั้น Montzka อธิบายว่า “แม้ว่าเราจะหยุดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในวันนี้ เราก็ยังคงเห็นความร้อนจากสิ่งนั้นเป็นเวลานานมาก”

มีเทนเป็นองค์ประกอบหลักของก๊าซธรรมชาติ มันถูกปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดทางชีวภาพ ซึ่งรวมถึงการผลิตข้าว มูลสัตว์ การย่อยอาหารของวัว และการสลายของเสียที่นำไปฝังกลบ ก๊าซมีเทนคิดเป็นประมาณร้อยละ 10 ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของสหรัฐฯ แต่ละโมเลกุลของก๊าซนี้ดักจับความร้อนได้ดีกว่า CO2 แต่มีเทนไม่คงอยู่ในชั้นบรรยากาศนาน มันถูกทำลายลงเมื่อมันทำปฏิกิริยาในชั้นบรรยากาศกับอนุมูลไฮดรอกซิล (ไอออน OH ที่มีประจุเป็นกลางซึ่งทำจากอะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจนที่จับกัน) “ระยะเวลาในการกำจัดก๊าซมีเทนคือประมาณหนึ่งทศวรรษ” Montzka กล่าว

ไนตรัส-ออกไซด์ (N2O) คิดเป็นร้อยละ 6 ของก๊าซเรือนกระจกที่สหรัฐอเมริกาปล่อยออกมาในปี 2559 ก๊าซนี้มาจากการเกษตร การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล และสิ่งปฏิกูลของมนุษย์ แต่อย่าปล่อยให้ปริมาณเล็กน้อยทำให้คุณเพิกเฉยต่อผลกระทบของ N2O ก๊าซนี้มีประสิทธิภาพมากกว่า CO2 หลายร้อยเท่าในการดักจับความร้อน N2O ยังสามารถคงอยู่ในชั้นบรรยากาศได้เกือบหนึ่งศตวรรษ ในแต่ละปี N2O ในอากาศประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่พืชสีเขียวเปลี่ยนให้เป็นแอมโมเนียหรือสารประกอบไนโตรเจนอื่นๆ ที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ ดังนั้นการกำจัด N2O ตามธรรมชาตินี้จึง “ช้ามาก” Montzka กล่าว

สาร CFCs และสารทดแทนล่าสุดล้วนผลิตขึ้นโดยมนุษย์ หลายคนใช้เป็นสารทำความเย็น อื่น ๆ ใช้เป็นตัวทำละลายสำหรับปฏิกิริยาเคมีและในสเปรย์ละออง เมื่อรวมกันแล้วสิ่งเหล่านี้คิดเป็นประมาณร้อยละ 3 ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของสหรัฐอเมริกาในปี 2559 ก๊าซเหล่านี้จะถูกกำจัดออกเมื่อถูกกักไว้ในชั้นบรรยากาศสูงเท่านั้น ในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์นี้ แสงพลังงานสูงจะระดมยิงสารเคมีจนแตกออกจากกัน แต่นั่นอาจใช้เวลาหลายทศวรรษ Montzka กล่าว

เขาตั้งข้อสังเกตว่าสารเคมีที่มีฟลูออรีนเป็นพื้นฐาน เช่น CFCs “เป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพต่อโมเลกุล” แต่การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์นั้นต่ำมากเมื่อเทียบกับ CO2 ผลกระทบโดยรวมจึงค่อนข้างน้อย การลดการปล่อยก๊าซมีเทน N2O และ CFCs จะช่วยชะลอการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ Montzka กล่าว “แต่ถ้าเราจะแก้ปัญหา [ก๊าซเรือนกระจก] นี้ เราต้องดูแลเรื่อง CO2” เขากล่าว “มันมีส่วนร่วมมากที่สุด … และมีเวลาพำนักในบรรยากาศที่ยาวนานมาก”

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ lacasitadelprincipe.com