ฟิสิกส์ของการอนุรักษ์ ตอน ไขปริศนาการตายของค้างคาวและปลา

          บนโลกของเรามีเหตุการณ์ปริศนาหลายอย่าง บางเหตุการณ์ยังไม่คำอธิบาย แต่หลายเหตุการณ์ก็ถูกไขกระจ่างด้วยพลังของวิทยาศาสตร์ ในบทความนี้ผู้เขียนจะพาผู้อ่านไปย้อนดูเหตุการณ์ที่เคยเป็นปริศนาแต่ปัจจุบันได้ถูกเฉลยแล้วโดยนักวิทยาศาสตร์ ซึ่งทั้งสองเหตุการณ์เกี่ยวข้องกับการตายอย่างสยดสยองของค้างคาวและปลา


          เหตุการณ์แรกเกิดขึ้นในฟาร์มกังหันลมขนาดใหญ่ ชาวบ้านที่อาศัยอยู่ในละแวกนั้นพบว่ามีค้างคาวจำนวนมากตกลงมาตายบนพื้นใกล้ช่วงพลบค่ำซึ่งเป็นเวลาออกหากินของพวกมัน ในตอนแรกพวกเขาคิดว่าค้างคาวอาจบินชนใบพัดของกังหันลมแล้วตกลงมาตาย แต่เมื่อทีมนักวิทยาศาสตร์เข้ามาสำรวจในพื้นที่ก็พบว่าค้างคาวที่ตายจำนวนมากไม่ได้ตายเพราะถูกใบพัดของกังหันลมสับร่าง แต่พวกมันตายจากอาการเลือดตกใน (Internal Haemorrhage) เนื่องจากเส้นเลือดและเนื้อเยื่อในร่างกายบวมเป่งจนปริแตก!


          เหตุการณ์ที่สองเกิดขึ้นเมื่อเขื่อนขนาดใหญ่มีการปล่อยน้ำออกมาเป็นปริมาณมากในช่วงระยะเวลาสั้นๆ หลังการปล่อยน้ำไม่นานก็พบว่ามีปลาจำนวนมหาศาลลอยตายบริเวณท้ายเขื่อน โดยตามร่างกายของปลาเหล่านั้นมีรอยปูดบวม ลำตัวฉีกขาด และลูกตาทะลักออกจากเบ้าอย่างสยดสยอง!


          ผู้อ่านคงเห็นความคล้ายคลึงของลักษณะการตายของค้างคาวและปลาแล้วใช่ไหมครับ การตายของสัตว์ทั้งสองมีสาเหตุมาจากสิ่งเดียวกันคือการเปลี่ยนแปลงความดันของของไหลอย่างรวดเร็ว ซึ่งเราจะใช้ฟิสิกส์พื้นฐานเรื่องสมบัติของแก๊สและกลศาสตร์ของไหลเพื่ออธิบายสาเหตุการตายของพวกมัน และเพื่อความง่ายเราจะสมมติให้เหตุการณ์ต่างๆ เกิดขึ้นในสภาวะที่มีอุณหภูมิคงที่ ดังนั้นความดันของแก๊สจะแปรผกผันกับปริมาตรตามกฎของบอยล์ (Boyle’s Law)


          เรามาเริ่มที่กรณีของค้างคาวกันก่อน ทุกคนคงทราบว่าค้างคาวเป็นสัตว์ที่สายตาไม่ค่อยจะดีนัก พวกมันจึงต้องปล่อยคลื่นอัลตราโซนิก (Ultrasonic) ออกมาแล้วอาศัยการสะท้อนของคลื่นกับวัตถุเพื่อรับรู้ตำแหน่งของวัตถุที่อยู่ในทิศทางการบินของมัน แต่ปัญหามีอยู่ว่าการหมุนของใบพัดกังหันลมสามารถรบกวนการสะท้อนสัญญาณคลื่นได้ อีกทั้งบริเวณรอบกังหันลมก็มีการเปลี่ยนแปลงความดันอากาศที่ลดลงอย่างฮวบฮาบจากการปั่นป่วนของกระแสอากาศ (Wake Turbulence) เมื่อความดันอากาศลดลง ปอดของค้างคาวก็จะขยายปริมาตรแล้วส่งผลต่อระบบไหลเวียนเลือด เมื่อปอดของพวกมันขยายปริมาตรจนถึงจุดหนึ่ง ผนังปอดบางๆ ก็จะฉีกออกจนตายนั่นเอง

            การตายของปลาท้ายเขื่อนก็คล้ายกัน เพราะการปล่อยน้ำออกมาปริมาณมากในระยะเวลาสั้นๆ จะทำให้เกิดกระแสน้ำปั่นป่วนในแนวนอน (Horizontal Plume Turbulent) ส่งผลให้ปริมาณแก๊สไนโตรเจนและออกซิเจนในน้ำเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งแก๊สไนโตรเจน เพราะเมื่อปลารับแก๊สไนโตรเจนที่ละลายอยู่ในน้ำเข้าสู่ร่างกายเป็นจำนวนมากจนแก๊สไนโตรเจนอยู่ในสถานะอิ่มตัวยิ่งยวด (Supersaturation) หากปลาที่อิ่มแก๊สไนโตรเจนเหล่านี้ว่ายอยู่ระหว่างกระแสน้ำที่มีการเปลี่ยนแปลงความดันอย่างรวดเร็วบริเวณท้ายเขื่อน สิ่งที่เกิดขึ้นคือแก๊สไนโตรเจนที่ละลายอยู่ในร่างกายของปลาจะขยายตัวอย่างรวดเร็วจนเส้นเลือดและอวัยวะภายในของพวกมันปูดบวมและอาจนำไปสู่การฉีกขาดในที่สุด การบาดเจ็บหรือตายของสัตว์น้ำจากสาเหตุนี้มีชื่อเรียกว่าโรคฟองอากาศ (Gas Bubble Disease) ซึ่งผลกระทบจากความดันของน้ำที่มีต่อปลาไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะตอนปล่อยน้ำเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นตอนที่ปลาว่ายผ่านใบพัดของกังหันน้ำด้วย           จากบทเรียนที่เกิดขึ้นกับค้างคาวและปลาทำให้นักวิจัยในต่างประเทศพัฒนากังหันลมและกังหันน้ำที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น รวมถึงมีการบังคับใช้กฎหมายเพื่อควบคุมการบริหารจัดการที่ค่อนข้างเข้มงวด เช่น มีการติดตั้งเครื่องปล่อยคลื่นอัลตราโซนิก (Ultrasonic Emitter) ที่ยอดกังหันลมเพื่อให้ค้างคาวสามารถรับรู้ได้ว่ามีกังหันลมตั้งอยู่ตรงนั้น ส่วนในเขื่อนก็มีการควบคุมปริมาณแก๊สที่ละลายในน้ำ (Total Dissolved Gas) ให้ไม่เกินมาตรฐาน รวมถึงออกแบบใบพัดของกังหันน้ำที่ปลอดภัยต่อปลามากขึ้น ทำให้สัตว์ที่ได้รับผลกระทบมีจำนวนลดลงในระดับหนึ่ง แต่ก็ยังไม่สามารถแก้ปัญหาได้อย่างเด็ดขาดและครอบคลุมทุกมิติ


          หากพิจารณาให้ดีจะพบว่าการเปลี่ยนแปลงความดันของของไหลอย่างรวดเร็วไม่ได้ส่งผลกระทบต่อสัตว์เท่านั้น ผู้อ่านที่ชื่นชอบการดำน้ำจะต้องเชื่อมโยงการตายของปลาที่ท้ายเขื่อนเข้ากับโรคที่เกิดขึ้นกับนักดำน้ำได้อย่างแน่นอน เพราะโรคฟองอากาศในปลามีกลไกการเกิดคล้ายกับโรคลดความกดหรือโรคน้ำหนีบ (Decompression Sickness หรือ the Bends หรือ Caisson Disease) โดยโรคน้ำหนีบเกิดจากร่างกายของนักดำน้ำที่ได้รับความดันจากน้ำทะเลจนแก๊สไนโตรเจนละลายในเลือดและเนื้อเยื่อมากขึ้น หากนักดำน้ำคนนั้นพุ่งขึ้นจากน้ำอย่างรวดเร็วก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงความดันในแนวตั้งอย่างฉับพลันจนแก๊สไนโตรเจนในร่างกายปุดเป็นฟอง ผลคืออาจทำให้เนื้อเยื่อบอบช้ำ ฉีกขาด รู้สึกเจ็บปวด หูอื้อ เวียนศีรษะ กล้ามเนื้ออ่อนแรง อัมพาต พิการ หรือถึงขั้นเสียชีวิตได้!
            จากที่ผู้เขียนเล่ามาทั้งหมด ผู้อ่านคงเห็นแล้วว่าบางครั้งมนุษย์เราก็ละเลยความสำคัญของวิทยาศาสตร์พื้นฐานจนสร้างความเสียหายต่อชีวิตของสัตว์ร่วมโลกชนิดอื่น ดังนั้นการออกแบบทางวิศวกรรมที่ดีจึงต้องใส่ใจรายละเอียดเหล่านี้เพื่อลดผลกระทบทางลบและทำให้เกิดความยั่งยืนมากที่สุด

 

อ้างอิง

• https://asa.scitation.org/doi/10.1121/1.4987497
• https://www.wind-watch.org/news/2016/09/27/wind-turbines-are-causing-bats-lungs-to-explode/
• http://www.aun.edu.eg/developmentvet/fish%20diseases/7_1.htm?fbclid=IwAR0AzBlzOR85OOKXb1PYdPEIzG2EWZnzcDQWkvxsKa8eAoRcR9DdsjTi4cM
• https://www.nbcnews.com/science/environment/fish-friendly-dams-scientists-race-reduce-turbine-trauma-n79936?fbclid=IwAR0UwlVZ8TS3Ayb45OJ1CSZYG_QF7W7Jqyfh4s6Bs2c8tTyN8H2t8i0NOk4