แหล่งกำเนิดอนุภาคฝุ่นทุติยภูมิและกลไกการเกิดฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน จากปฏิกิริยาฟิสิกส์เคมีของสารอินทรีย์ระเหยง่ายทางชีวภาพเหนือเรือนยอดป่าไม้ในภาคเหนือ

บทคัดย่อ

ละอองอินทรีย์ทุติยภูมิเกิดได้จากปฏิกิริยาออกซิเดชันในชั้นบรรยากาศของสารประกอบตั้งต้นที่ปล่อยออกมาทั้งจากกิจกรรมของมนุษย์และจากแหล่งกำเนิดทางชีวภาพ โดยเฉพาะสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย เช่น ไอโซพรีน โมโนเทอร์พีน ที่มีผลต่อการเกิดฝุ่นทุติยภูมิ การวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ (1) วิเคราะห์หาปริมาณสารประกอบอินทรีย์ระเหยทางชีวภาพที่ปลดปล่อยจากพืชที่แตกต่างกัน (2) เข้าใจถึงกลไกและกระบวนการทางฟิสิกส์เคมีบรรยากาศของการเกิดละอองลอยทุติยภูมิโดยอาศัยแบบจำลองคณิตศาสตร์จำลองสถานการณ์ PM2.5 ในพื้นที่ภาคเหนือ และ (3) เสนอแนวทางในการจัดการ PM2.5 ในพื้นที่ภาคเหนือ โดยทำการเก็บตัวอย่างอากาศบนเสาสูงในพื้นที่ป่า 3 ประเภท ได้แก่ ป่าดิบเขา (จ.เชียงใหม่) ป่าเต็งรัง (จ.พะเยา) และป่าปลูก (จ.ลำปาง) ในช่วงฤดูแล้ง ฤดูฝน และต้นฤดูแล้ง ปี 2564 ทำการประเมินการปลดปล่อยสารไอโซพรีน และโมโนเทอร์พีนจากข้อมูลระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ และวิเคราะห์หาชนิดและปริมาณสารอินทรีย์ระเหยทางชีวภาพด้วยเทคนิคเทอร์มอลดีซอร์บชันแก๊สโครมาโทกราฟีแมสสเปกโตรเมทรี รวมถึงทำการคำนวณด้วยแบบจำลองคณิตศาสตร์ WRF-Chem เพื่อทดสอบผลของสารอินทรีย์ระเหยง่ายต่อการสร้างฝุ่นทุติยภูมิ การประเมินการปลดปล่อยสารบีวีโอซีในพื้นที่ภาคเหนือพบว่า มีความเข้มข้นการปลดปล่อยสารไอโซพรีน 10.38 ล้านตันคาร์บอน/ปี และโมโนเทอร์พีน 0.45 ล้านตันคาร์บอน/ปี โดยเชียงใหม่ปล่อยสารทั้งสองตัวสูงที่สุดที่ 28% และ 26% รองลงมาคือ แม่ฮ่องสอน (17%, 15%) และน่าน (14%, 14%) ตามลำดับ ผลการวิเคราะห์ตัวอย่างอากาศพบว่าการปลดปล่อยสารไอโซพรีนปริมาณเฉลี่ยสูงที่สุดที่ป่าเต็งรัง ป่าปลูก และป่าดิบเขา ตามลำดับ ซึ่งปริมาณไอโซพรีนที่ปลดปล่อยออกมามีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิอากาศอย่างมีนัยสำคัญ (p = 0.01) ทั้งนี้ที่ป่าผลัดใบมีการแตกใบใหม่ช่วงฤดูฝน ซึ่งขนาดและอายุของใบมีผลต่อการสังเคราะห์แสงและการปลดปล่อยสารไอโซพรีน โดยป่าปลูกพบปริมาณไอโซพรีนสูงสุดช่วงฤดูฝน ส่วนป่าเต็งรังสูงสุดในช่วงต้นฤดูแล้ง นอกจากนี้ยังพบความสัมพันธ์อย่างมีนัยสำคัญระหว่างปริมาณสารไอโซพรีนกับผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันไอโซพรีนทุติยภูมิ (เมธาโคลีน และเมทิลไวนิลคีโตน) ซึ่งมักมีค่าสูงตามปริมาณไอโซพรีนที่เพิ่มขึ้น ผลจากการคำนวณด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ พบว่า บีวีโอซีแสดงความสัมพันธ์ในทิศทางเดียวกันกับระดับไกลอกซาลและละอองลอยทุติยภูมิจากไกลอกซาล โดยเฉพาะอนุภาคที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคแห้งระหว่าง 0.156 ถึง 0.625 ไมครอน บีวีโอซีทำให้ระดับความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดเล็กในพื้นที่การคำนวณเพิ่มขึ้น 0.06 ถึง 0.52 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร เมื่อลดการปล่อยก๊าซไนตริกออกไซด์จากกิจกรรมของมนุษย์ 40 % ทำให้ระดับฝุ่นละอองขนาดเล็กในพื้นที่การคำนวณลดลง 0.1 ถึง 1.2 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร แต่อาจพบการเพิ่มขึ้นของฝุ่นละอองขนาดเล็กเล็กน้อยในบางพื้นที่ เช่น จังหวัดลำปาง ซึ่งการศึกษาครั้งนี้จะช่วยให้เข้าใจผลกระทบของการปล่อยสารบีวีโอซีต่อการเกิดละลองลอยทุติยภูมิ ทั้งนี้แนวทางการจัดการ PM2.5 ในภาคเหนือควรควบคุมแหล่งกำเนิดมลพิษทั้งจากแหล่งกำเนิดปฐมภูมิและทุติยภูมิ เช่น การเผาไหม้ในที่โล่ง การจราจร ระบบขนส่งสาธารณะ และสนับสนุนการใช้พลังงานสะอาด ซึ่งไม่เพียงแต่ลดการปล่อยสารมลพิษสู่ชั้นบรรยากาศโดยตรงแต่ยังช่วยลดการเกิดปฏิกิริยาเคมีในชั้นบรรยากาศระหว่างสารตั้งต้นทางชีวภาพและสารมลพิษอื่นๆ ได้

คำสำคัญ