วัฏจักรน้ำ

รูปภาพจาก Google

วัฏจักรของน้ำ คือ การเกิดและการหมุนเวียนของน้ำที่อยู่ในโลกนั่นเอง การหมุนเวียนของน้ำเป็น Cycle อาจเริ่มนับได้จากมหาสมุทร เมื่อน้ำระเหยจาก มหาสมุทรไปสู่บรรยากาศ เป็นไอน้ำแล้ว ความแปรปรวน ของลมฟ้าอากาศจะทำให้เกิด ฝนตกลงสู่ผิวโลก ในทะเลบ้าง บนผิวดินบ้าง น้ำฝนที่ตกบนดินก็จะเกิดการสูญเสียดูดซึมลงดินเสียเป็นส่วนใหญ่ และด้วยเหตุอื่นบ้างเล็กน้อย เช่น ระเหย ขังในที่ลุ่ม พืชดูดไปใช้ ส่วนที่เหลือก็จะไหลเป็นน้ำท่าลงแม่น้ำลำธารออกทะเล ส่วนที่ซึมลงดินนั้นก็จะค่อยๆ ซึมออกสู่แม่น้ำลำธาร และไหลออกทะเลไปเช่นกัน แต่อาจช้ากว่ามากซึ่งจะเห็นได้ว่าสุดท้าย  น้ำจะระเหยกลายเป็นไอสู่บรรยากาศ  วัฏจักรของน้ำจึงไม่มีเริ่มต้นไม่มีที่สิ้นสุด หมุนเวียนอยู่เช่นนี้ตลอดเวลา  ปริมาณในขั้นตอนต่างๆ นั้นอาจผันแปรมากน้อยได้เสมอ ซึ่งขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆที่ควบคุม ในขั้นตอนเหล่านั้น

        ความชื้นในบรรยากาศ (Atmospheric Moisture)
              ความชื้นทุกชนิดที่มนุษย์เกี่ยวข้องอยู่โดยทางปฎิบัติ สันนิษฐานว่าเริ่มต้นมาจากความชื้นในบรรยากาศ ที่เป็นจุดเริ่มต้น  ที่จะสะดวกในการตามหาเส้นทางวัฏจักรของน้ำให้ครบวงจร ความชื้นในบรรยากาศ   เพราะกระบวนการระเหยจากดินหรือผิวดิน เมฆและหมอกเกิดขึ้นโดยการกลั่นตัวของไอน้ำที่เกาะตัวบนอณูเล็กๆ ในบรรยากาศ เช่น อนุภาคของเกลือหรือฝุ่น

        หยาดน้ำฟ้า (Precipitation)
               เมื่อไอน้ำในอากาศถูกความเย็นทำให้เกิดการกลั่นตัวกลายเป็นหยดน้ำเล็ก ๆ เมื่อรวมตัวกันจนมีขนาดใหญ่ พวกมัน ก็จะตกลงมาในรูปของ "ฝน" ถ้าเม็ดฝนนั้นตกผ่านโซน ต่างๆ ของอุณหภูมิ เช่น อุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ก็จะกลายเป็นลูกเห็บ   ถ้าการกลั่นตัวนั้นเกิดขึ้นในที่ซึ่งอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งมันก็จะก่อตัวเป็นหิมะ ถ้าการกลั่นตัวของน้ำ เกิดขึ้นโดยตรงบนผิวพื้นที่เย็นกว่าอากาศ   ก็จะเกิดเป็นได้ทั้งน้ำค้างแข็ง ขึ้นอยู่กับว่า อุณหภูมิของพื้นผิวนั้นสูง หรือต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง

         การซึมลงดิน (Infiltration)
              ฝนหรือหิมะที่ละลายในตอนแรกมีแนวโน้มที่จะเติมความชื้นให้กับผิวดินก่อน จากนั้นก็จะเคลื่อนเข้าสู่ช่องว่าง ที่มีอยู่ในเนื้อดิน   กระบวนการนี้เรียกว่าการซึมน้ำผ่านผิวดิน (Infitration)  สัดส่วนต่าง ๆ ของน้ำก็จะถูกจัดการต่างกันไป ตามลักษณะช่องเปิดของผิวดิน อุณหภูมิ   รวมถึงปริมาณน้ำที่มีอยู่ในดินก่อนหน้านั้นแล้ว  ถ้าหากผิวดินจับตัวแข็ง หรืออิ่มน้ำอยู่ก่อนแล้ว  มันก็จะรับน้ำใหม่เข้าไปเพิ่มได้เพียงเล็กน้อยน้ำทั้งหมดก็จะถูดดูดซึม บางส่วนจะไหลซึมลงไป เป็นส่วนของน้ำใต้ดิน บางส่วนถูกพืชดูดไปใช้ประโยชน์แล้วคายระเหย   คืนสู่บรรยากาศ บางส่วนถูกบังคับให้ระเหย ไปด้วย แรงยึดเหนี่ยว (Capillary) ของช่องว่างในดิน   ในภูมิประเทศที่มีความลาดเท และชั้นผิวดินบาง  น้ำที่ถูกดูดซึม อาจไหลย้อนสู่ผิวดินได้ โดยการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า   เรียกว่าน้ำไหลใต้ผิวดิน  (Sub-surface runoff)

         การไหลของน้ำบนผิวดิน (Surface Runoff)
               เมื่อน้ำฝนที่ตกลงมามีมากเกินกว่าจะไหลซึมลงในดินได้หมด  ก็จะกลายเป็นน้ำบ่า หน้าดินหรือน้ำท่า เมื่อมันไหลไปเติมพื้นผิวที่เป็นแอ่งลุ่มต่ำจนเต็มแล้ว  มันก็จะไหลไปบนผิวดินต่อไป จนไปบรรจบกับระบบร่องน้ำในที่สุด แล้วก็ไหลตามเส้นทางของลำน้ำ จนกระทั่งลงสู่มหาสมุทร หรือแหล่งน้ำ   ในแผ่นดินบางแห่งในระหว่างทางนี้มันก็จะสูญเสียไปด้วยการระเหยสู่บรรยากาศ และการไหลซึมลงตามของตลิ่งและท้องน้ำ ซึ่งในส่วนนี้อาจจะเป็นไปได้ ตั้งแต่ 0 ไปจนถึง 100 % ของจำนวนทั้งหมด

         การระเหย (Evaporation)
              น้ำในสถานะของเหลว เมื่อถูกความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์หรือแหล่งอื่นจะเปลี่ยนไปสู่สถานะก๊าซหรือเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า"การระเหย"

         การคายน้ำของพืช (Transpiration)
                 หน้าที่พื้นฐานอย่างหนึ่งในกระบวนการดำเนินชีวิตของพืช ก็คือการนำเอาน้ำจากในดินผ่านเข้ามาทางระบบราก ใช้ประโยชน์ในการสร้างความเจริญเติบโตและการดำรงชีพ น้ำจะถูกปล่อยคืนสู่บรรยากาศ ทางรูพรุน ที่ปากใบในรูปของไอน้ำ  กระบวนการคืนความชื้นของดินให้แก่บรรยากาศนี้เรียกว่า การคายน้ำ (transpiration) ปริมาณของหยดน้ำฟ้าที่กลับคืนสู่บรรยากาศนี้จะมากน้อยต่างกันไปตามลักษณะของพืชและความชื้นที่มีอยู่บริเวณระบบรากของมัน

รูปภาพจาก Google

ที่มา : https://sites.google.com/site/phumiphatad11/wad-cakr-khxng-na

วัฏจักรฟอสฟอรัส

รูปภาพจาก Google

วัฏจักรฟอสฟอรัส (phosphorus cycle) หมายถึง หมายถึง การเปลี่ยนแปลงสภาพของธาตุฟอสฟอรัส และสารประกอบฟอสฟอรัสตามสภาพแวดล้อมที่แปรเปลี่ยนด้วยกระบวนการทางเคมี และการย่อยสลายของจุลินทรีย์ ทั้งในหิน ดิน น้ำ และสิ่งมีชีวิต จากระบบหนึ่งไปสู่ระบบหนึ่ง หมุนเวียนเป็นวัฏจักร

สถานะฟอสฟอรัสที่พบในธรรมชาติ
ฟอสฟอรัสในรูปของแข็ง (Solid Phosphorus )
• หินฟอสฟอรัส
– Hydroxyapatite : Ca10(PO4)6(OH)2
– Carbonate Fluorapatite : (Ca,H2O)10(PO4,CO3)6(F,OH)2
– Variscite, Strengite : AlPO4.2H2O,FePO4.2H2O
– Crandallite : CaAl3(PO4)2(H)2.H2O
– Wavellite : Al3(OH)3(PO4)2
• ของแข็งผสม
– ฟอสฟอสรัสในดินเหนียวเช่น Kaolinite : [Si2O5Al2(OH)4.(PO4)]
– ฟอสฟอสที่มีองค์ประกอบของโลหะ : [Me(OH)x(PO4)3-x/3]
– ฟอสฟอรัสอินทรีย์สารในดินเหนียว : [Si2O5Al2(OH)4.ROP]
• สารแขวนลอย หรือ สารละลายฟอสฟอรัสอินทรีย์สาร
– ฟอสฟอรัสในแบคทีเรีย : ฟอสโฟลิปิด
– ฟอสฟอรัสในพืช : ฟอสโฟโปรตีน, กรดนิวคลีอิก, โพลีแซคคาไรด์ ฟอสเฟต

ฟอสฟอรัสในรูปสารละลาย (Soluble Phosphorus )
• Orthophosphate : H2PO43-, HPO42-, PO4 3- และCaHPO4
• ฟอสฟอรัสที่ตกตะกอนในรูปอนินทรีย์สาร
– ไพโร ฟอสเฟต : HP2O7 3-, P2O4–, CaP2O72- และ MnP2O72-
– ไตรโพลี ฟอสเฟต : HP3O104-, P3O103- และ CaP3O102-
– ไตรเมตา ฟอสเฟต : HP3O92-, P3O93- และCaP3O9–
• ฟอสฟอรัสในรูปอินทรีย์สาร
– ฟอสเฟตในน้ำตาล : กลูโคเซล ฟอสเฟต , อะดิโนไซน์
– Inositol Phosphates : โมโนฟอสเฟต
– ฟอสโฟลิปิด : Inositol Mono and Hexaphosphate
– ฟอสฟอรัสในโปรตีน : Glycerophosphate, Phosphatidic Acids และ Phosphocreatine

รูปภาพจาก Google

1. ฟอสฟอรัสในดิน และหิน
ฟอสฟอรัสในแหล่งหิน
ฟอสฟอรัสในหิน หรือที่เรียกว่า หินฟอสเฟต ถือเป็นแหล่งฟอสฟอรัสปฐมภูมิที่เป็นจุดเริ่มต้นของวัฏจักรฟอสฟอรัส เพราะฟอสฟอรัสที่คงสถานะอยู่บนโลกส่วนใหญ่มาจากแหล่งของหินเป็นหลัก ก่อนที่จะมีการแตกย่อย และปลดปล่อยเป็นฟอสฟอรัสในดิน น้ำ และในพืช และสัตว์ต่อไป

หินฟอสเฟต หมายถึง หินที่มีองค์ประกอบของสารประกอบแคลเซียมฟอสเฟต หรือ ที่เรียกว่า แร่ฟอสฟอไรท์ (Phosphorites) [(Ca3PO4)2] เป็นหลัก ซึ่งฟอสเฟตมักพบในรูป Ca5[(PO4)3(F)] หรือ แร่อะพาไทต์ (Apatite)

แร่ฟอสฟอไรท์มักพบแร่ที่เป็นกัมมันตรังสีอยู่ด้วย ได้แก่ ยูเรเนียม ประมาณ 20-300 ppm และทอเรียม ประมาณ 1-5 ppm

แร่อะพาไทต์ (Apatite) ที่พบในธรรมชาติจะมีลักษณะเป็นหินสีต่างๆ เช่น สีขาว สีเหลือง สีน้ำตาล และสีดำ แร่นี้ที่พบส่วนใหญ่เกิดจาก
– การแปรเปลี่ยนมาจากหินอัคนี
– หินฟอสเฟตที่เป็นสินแร่จากการตกตะกอน และทับถมในทะเล
– หินฟอสเฟตที่เกิดจากการสะสม และทับถมของมูลค้างคาว และนกทะเล

รูปภาพจาก Google

ฟอสฟอรัสในหินที่พบในประเทศไทยส่วนใหญ่พบอยู่ในรูปของแร่อะพาไทต์ ซึ่งมีประมาณ 5 ชนิด คือ

– Carbonate apatite : (Ca3[(PO4)2])3.CaO3
– Fluorapatite : (Ca3[(PO4)2])3.CaF2
– Chloroapatite : (Ca3[(PO4)2])3.CaCl2
– Hydroxy apatite : (Ca3[(PO4)2])3.Ca(OH)2
– Sulfate apatite : (Ca3[(PO4)2])3.CaSO4

หินฟอสเฟตเป็นแหล่งวัตถุดิบหลักในการผลิตปุ๋ยฟอสเฟตสำหรับในในแปลงเกษตร ซึ่งอาจใช้ในรูปของหินฟอสเฟตที่ยังไม่ได้ผ่านกระบวนการปรับปรุงแร่ ซึ่งปุ๋ยฟอสเฟตประเภทนี้จะมีฟอสฟอรัสที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้น้อย เนื่องจากยังอยู่ในรูปของสินแร่ แต่มีราคาถูกกว่าปุ๋ยฟอสฟอรัสแบบปรุบปรุงแร่ และจะให้ฟอสฟอรัสออกมาอย่างต่อเนื่องในอนาคตจากการผุกร่อน และการย่อยสลายจากจุลินทรีย์

ส่วนปุ๋ยฟอสเฟตอีกประเภทจะเป็นหินฟอสเฟตที่ผ่านกระบวนการปรับปรุงแร่เพื่อให้ปลดปล่อยฟอสฟอรัสออกมามากที่สุด เช่น การย่อยด้วยกรด และการให้ความร้อน เป็นต้น ซึ่งจะได้ปริมาณฟอสฟอรัสที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้มากกว่าปุ๋ยฟอสฟอรัสประเภทแรก แต่มีข้อเสีย คือ มีราคาสูง และให้ฟอสฟอรัสในช่วงระยะสั้น รวมถึงอาจเกิดการชะล้างซึมลงดินหรือละลายในน้ำมากขึ้น

ฟอสฟอรัสในดิน
สารประกอบฟอสฟอรัสในดินแบ่งเป็น 3 แหล่ง คือ
• สารประกอบฟอสฟอรัสที่มาจากการแตกสลายหรือการผุกร่อน และการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ของหิน ตามธรรมชาติ
• สารประกอบฟอสฟอรัสที่มาจากการย่อยสลายของซากพืช และซากสัตว์ตามธรรมชาติ
• สารประกอบฟอสฟอรัสที่มาจากการใส่ปุ๋ยฟอสเฟตโดยมนุษย์

ฟอสฟอรัสในดินบางส่วนจะถูกพืชดูดซึมเข้าไปใช้สำหรับการเจริญเติบโต และพบเป็นองค์ประกอบของเนื้อเยื่อในพืช และต่อเนื่องสู่ร่างกายสัตว์ เช่น กรดนิวคลีอิก ฟอสโฟลิปิด และน้ำตาล เป็นต้น บางส่วนจะถูกชะละลายในน้ำ ไหลลงสู่แหล่งน้ำกลายเป็นสารประกอบฟอสเฟตในน้ำต่อไป

2. ฟอสฟอรัสในแหล่งน้ำ และน้ำเสีย
ฟอสฟอรัสในแหล่งน้ำธรรมชาติ และแหล่งน้ำเสีย สามารถพบได้ในรูปของแข็งหรือสารแขวนลอย และสารละลาย แบ่งเป็น 3 ลักษณะ คือ
2.1 ออโธฟอสเฟต (Orthophosphate) หรือ ฟอสฟอรัสละลายน้ำ (Soluble Reactive Phosphorus) เป็นสารประกอบฟอสฟอรัสที่ละลายได้ดีน้ำ จัดเป็นแหล่งฟอสฟอรัสที่มีความสำคัญต่อแพลงก์ตอนพืชสำหรับนำไปใช้
เพื่อการเจริญเติบโต ได้แก่
– Trisodium Phosphate (Na3PO4)
– Disodium Phosphate (Na2HPO4)
– Monosodium Phosphate (NaH2PO4)
– Diammonium Phosphate ((NH4)2HPO4)

2.2 โพลีฟอสเฟต (Polyphosphate) เป็นสารประกอบฟอสฟอรัสที่พบมากในแหล่งน้ำเสียที่มาจากส่วนผสมของสารซักล้าง และทำความสะอาดต่างๆ ทั้งจากครัวเรือน และโรงงานอุตสาหกรรม เมื่อแตกตัวจะได้สารออร์โธฟอสเฟตออก ได้แก่
– Sodium Hexametaphosphate (Na3(PO4)6)
– Sodium Triphosphate (Na5P3O10)
– Tetrasodium Pyrophosphate (Na4P2O7)
สารออร์โธฟอสเฟต เมื่อถูกไฮโดรไลซ์ในน้ำจะได้สารกลับไปเป็นออโธฟอสเฟต (Orthophosphate)

2.3 อินทรีย์ฟอสเฟต (Organic Phosphate) เป็นสารประกอบชีวภาพที่ได้จากการย่อยสลายอินทรีย์วัตถุทั้งในพืช และในสัตว์ ได้แก่
– Nucleic Acid
– Phospholipids
– Sugar Phosphate

ฟอสฟอรัสที่อยู่ในรูปต่างในแหล่งน้ำ และแหล่งน้ำเสียจะถูกแพลงก์ตอนพืชนำไปใช้สำหรับกระบวนการเจริญเติบโต และการแพร่จำนวน ซึ่งมักพบปรากฏการณ์ที่เกิดจากปริมาณฟอสฟอรัสในน้ำมากเกินไปที่เรียกว่า ยูโทรฟิเคชั่น มีน้ำมีลักษณะเปลี่ยนสีตามสีของแพลงก์ตอนพืชที่แพร่กระจายมากในแหล่งน้ำ เช่น น้ำมีสีเขียว น้ำมีสีแดง เป็นต้น แต่โดยทั่วไปจะพบเห็นน้ำมีสีเขียว ซึ่งนั้นแสดงว่าแหล่งน้ำนั้นมีปริมาณฟอสฟอรัสมาก

แพลงก์ตอนพืชบางส่วนจะถูกกินเป็นอาหารของสัตว์น้ำขนาดเล็ก ทำให้ฟอสฟอรัสเข้าเป็นองค์ประกอบของสัตว์น้ำต่อไป และแพลงก์ตอนพืชบางส่วนจะมีวัฏจักรตายไปในระบบจะเกิดการเน่าสลายกลายเป็นสารประกอบฟอสฟอรัสที่ละลายได้ในน้ำ และบางส่วนจะเกิดปฏิกิริยาเคมีในน้ำตกตะกอนลงสู่ท้องน้ำ

3. ฟอสฟอรัสในสิ่งมีชีวิต
ฟอสฟอรัสในพืช
ฟอสฟอรัสในพืชพบเป็นองค์ประกอบของเนื้อเยื่อในราก ลำต้น ดอก และผล โดยทำหน้าที่สำคัญ คือ ช่วยเร่ง และส่งเสริมการเจริญเติบโตของรากแก้ว รากแขนง และรากฝอย ช่วยให้รากดูดซึมน้ำ และแร่ธาตุๆได้ดีขึ้น รวมถึงช่วยกระตุ้นการออกดอก และการเติบโตของผล และเมล็ด

พืชสามารถดูดซึมฟอสฟอรัสในดินสำหรับนำไปใช้ประโยชน์ได้ใน 2 รูป คือ H2PO4– (Dihydrogen phosphate ion) และ HPO42- (Monohydrogen phosphate ion)

เมื่อพืชตายไปจะเกิดการเน่าสลาย ทำให้เกิดเป็นสารประกอบฟอสฟอรัสแทรกตัวอยู่ในดิน บางส่วนจะเข้าสู่ฟอสฟอรัสในแหล่งน้ำจากการละลายน้ำ บางส่วนจะถูกดูดซึมจากพืชกลับเข้าสู่ฟอสฟอรัสในพืชอีกครั้ง

ฟอสฟอรัสในสัตว์ และมนุษย์
ฟอสฟอรัสที่พบในร่างกายสัตว์ และมนุษย์จะพบมากเป็นส่วนประกอบของกระดูก และฟัน ซึ่งจะอยู่ในรูปของเกลืออนินทรีย์ฟอสฟอรัสเป็นส่วนใหญ่ รองลงมาจะพบในรูปของสารประกอบอินทรีย์ ได้แก่ ฟอสโฟโปรตีน กรดนิวคลีอิก ฟอสโฟลิปิด และเฮกโซสฟอสเฟต ในเนื้อเยื่อต่างๆของร่างกาย

หน้าที่ของฟอสฟอรัสในร่างกาย
– เป็นส่วนประกอบของกระดูก และฟัน
– ช่วยในการดูดซึมวิตามินดี และกระตุ้นการทำงานของวิตามินดีในร่างกาย
– เป็นสารบัฟเฟอร์ รักษาสถาพความเป็นกรด-ด่างในร่างกาย
– เป็นองค์ประกอบของกรดนิวคลีอิก ที่เป็นสารถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรม
– ทำหน้าที่กระตุ้นการทำงานของฮอร์โมนที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโต
– เป็นองค์ประกอบสำคัญในเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับระบบกระแสประสาท
– กระตุ้นการทำงานของน้ำย่อยโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมัน

เมื่อร่างกายสัตว์ และมนุษย์ตายไป และถูกย่อยสลาย ฟอสฟอรัสจะอยู่ในรูปของเกลืออนินทรีย์ และฟอสฟอรัสอินทรีย์ที่แทรกตัวอยู่ในดิน และน้ำ ต่อไป

ที่มา : https://www.siamchemi.com/วัฏจักรฟอสฟอรัส/

วัฏจักรคาร์บอน

รูปจาก Google

วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงรูปของธาตุคาร์บอนในสถานะต่างๆที่หมุนเวียนเป็นองค์ประกอบในอากาศ แร่ธาตุ น้ำ สัตว์ และพืช ด้วยกระบวนการทางเคมี และการย่อยสลายของจุลินทรีย์จากระบบหนึ่งไปสู่ระบบหนึ่ง หมุนเวียนเป็นวัฏจักร

ธาตุคาร์บอน เป็นธาตุที่มีความสำคัญต่อระบบนิเวศ และสิ่งมีชีวิตบนโลก จัดเป็นธาตุที่เป็นองค์ประกอบทางเคมีของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ทั้งสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว และสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ คาร์บอนที่พบในธรรมชาติจะอยู่ในรูปของสารประกอบคาร์บอน ทั้งก๊าซ ของแข็ง ของเหลว ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงรูปตามแหล่งกักเก็บคาร์บอนในดิน หิน น้ำ บรรยากาศ และสิ่งมีชีวิต

คาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon Dioxide) คือ ก๊าซของสารประกอบคาร์บอนที่ประกอบด้วยธาตุคาร์บอน และออกซิเจน อัตราส่วน 1 : 2 อะตอม มีสูตรทางเคมี คือ CO

วัฏจักรคาร์บอนมีการหมุนเวียนของคาร์บอนจากคาร์บอนไดออกไซด์เป็นหลัก เริ่มตั้งแต่มีสถานะก๊าซในชั้นบรรยากาศ การละลายในน้ำ และน้ำฝน การตรึง และเปลี่ยนรูปในพืช และสัตว์ พร้อมมีการปลดปล่อยจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง การย่อยสลายของซากพืช ซากสัตว์ การสลายตัวของหินกลับเป็นคาร์บอนไดออกไซด์กลับสู่อากาศ เป็นต้น

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จัดเป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนในปัจจุบัน อันมีสาเหตุมาจากการปลดปล่อยในอัตราที่สูงมากจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง จนทำให้สมดุลการหมุนเวียนเปลี่ยนแปลงไป ส่งผลต่อการสะสมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากในบรรยากาศ

องค์ประกอบวัฏจักรคาร์บอน
องค์ประกอบของวัฏจักรคาร์บอน แบ่งเป็น 4 แหล่ง คือ คาร์บอนในบรรยากาศ, คาร์บอนในน้ำจืด และน้ำทะแล, คาร์บอนในดิน หินแร่ และฟอสซิล และคาร์บอนในสิ่งมีชีวิต
1. วัฏจักรคาร์บอนในบรรยากาศ
คาร์บอนในบรรยากาศจะอยู่ในรูปของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มาจาก 4 กระบวนการ คือ
1. การหายใจของพืช และสัตว์
เมื่อสัตว์ และพืชมีการเจริญเติบโต และต้องการพลังงานจะมีเผาผลาญอาหาร โดยมีออกซิเจนจากการหายใจเข้าช่วยในกระบวนการ และแลกเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ออกทางลมหายใจกลับสู่อากาศ การแลกเปลี่ยนก๊าซจะเกิดขึ้นบริเวณปอดที่มีเส้นเลือดฝอยจำนวนมาก

2. กระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิง
เชื้อเพลิงที่ใช้ในกระบวนการเผาไหม้ทั้งในภาคอุตสาหกรรม ภาคขนส่ง และภาคครัวเรือน ส่วนมากจะเป็นสารประกอบคาร์บอนเป็นหลัก เช่น น้ำมันดีเซล น้ำมันเบนซีน ก๊าซ LPG ไม้ ถ่าน ฝืน เป็นต้น เมื่อมีการเผาไหม้เชื้อเพลิงเหล่านี้จะทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จากการรวมตัวตัวคาร์บอน (C) ในเชื้อเพลิง และออกซิเจน (O2) ในอากาศแล้ว ดังสมการด้านล่าง

เชื้อเพลิง/วัตถุ + O2 → CO2 + H2O

3. การย่อยสลายอินทรีย์วัตถุ
สารประกอบคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตจะถูกย่อยสลาย และปลดปล่อยสู่บรรยากาศจากกระบวนการย่อยสลายของจุลินทรีย์ แบ่งเป็น 2 แบบ คือ การย่อยสลายทางชีวเคมี และการย่อยสลายทางกายภาพ ซึ่งจะกล่าวในหัวข้อต่อไป

4. การเปลี่ยนแปลงชั้นเปลือกโลก
การเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลก ทำให้มีการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศส่วนใหญ่มาจากภูเขาไฟระเบิด รองลงมาเป็นการปลดปล่อยจากแหล่งก๊าซในชั้นดิน ชั้นหินของเปลือกโลกจากการแยกตัวหรือเกิดรอยแตกเป็นช่องว่าง

2. วัฏจักรคาร์บอนในน้ำจืด และน้ำทะเล
1. การละลายในน้ำจืด และน้ำทะเล
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศสามารถละลายในน้ำจืด และน้ำทะเลได้ ปริมาณการละลายขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ และอุณหภูมิของน้ำ นอกจากนั้น การหายใจของพืชน้ำ และสัตว์น้ำมีการปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาเช่นกัน บางส่วนจะละลายน้ำ บางส่วนจะถูกปลดปล่อยออกสู่บรรยากาศ โดยเมื่อละลายจะอยู่ในรูปของกรดคาร์บอนิก ดังสมการ

CO2 + H2O → H2CO3

วัฏจักรคาร์บอนในน้ำจืด และทะเลเป็นแหล่งสำรองคาร์บอนแหล่งใหญ่ที่มีปริมาณคาร์บอนมากกว่าในบรรยากาศ ถึง 50 เท่า ดังนั้น แหล่งคาร์บอนในน้ำจืด และน้ำทะเลจึงเป็นตัวควบคุมปริมาณคาร์บอนในบรรยากาศทั้งหมดที่มีการแลกเปลี่ยนกันอยู่เสมอ  นอกจากนี้ แหล่งน้ำยังได้รับคาร์บอนจากบรรยากาศในรูปของน้ำฝนที่ละลายคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศในรูปของกรดคาร์บอนิก (H2CO3) โดยน้ำฝน 1 ลิตร จะมีคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 0.3 ลูกบาศก์เซนติเมต รวมถึงการสลายตัวของพืช สัตว์ และแพลงก์ตอนในแหล่งน้ำที่ทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และละลายละลายอยู่ในรูปของกรดคาร์บอนิกร่วมด้วย

การสะสมของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำ และน้ำทะเลมาก จะมีกลไกลการควบคุมด้วยการตกตะกอนลงสู่ท้องน้ำลึกเพื่อลดความเข้มข้นให้น้อยลง

2. การย่อยสลายอนินทรีย์วัตถุ และอินทรีย์วัตถุ
• การย่อยสลายโดยจุลินทรีย์

การย่อยสลายแบบใช้ออกซิเจน

*****************O2
สารอินทรีย์                    →                  CO2 + H2O
****************จุลินทรีย์

การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน

สารอินทรีย์                    →                  CO2 + H2S + CH4 + H2O
****************จุลินทรีย์

3. วัฏจักรคาร์บอนในดิน หินแร่ และฟอสซิล
1. กระบวนการย่อยสลายอนินทรีย์วัตถุ และอินทรีย์วัตถุ
การย่อยสลายอินทรีย์วัตถุบนบกจะเป็นการย่อยสลายซากพืช ซากสัตว์ที่มีอยู่บนผิวดินหรือในดิน ด้วยจุลินทรีย์ทั้งในรูปแบบการใช้ออกซิเจน และไม่ใช้ออกซิเจน ดังที่กล่าวในหัวข้อที่ 2

คาร์บอนไดออกไซ์ที่เกิดขึ้นจากการย่อยสลายบนดิน บางส่วนจะถูกปลดปล่อยกลับสู่อากาศ บางส่วนจะถูกยึดแทรกตัวอยู่ระหว่างอนุภาคของดินเหนียว

2. การทับถมในรูปฟอสซิล
เมื่อพืช และสัตว์ตายจะเกิดการทับถมของซากพืช ซากสัตว์ที่มีธาตุคาร์บอนสะสมอยู่ด้วย  เมื่อเกิดการทับถมมานานนับพันปีภายใต้อุณหภูมิ และแรงกดของพื้นโลกจะเปลี่ยนรูปคาร์บอนให้อยู่ในรูปอื่น ได้แก่ ถ่านหิน น้ำมัน และแก๊ส ซึ่งสารจำเหล่านี้มีคูณสมบัติเผาไหม้เป็นเชื้อเพลิงได้อย่างดี เมื่อมีการเผาไหม้จะเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กลับเข้าสู่บรรยากาศอีกครั้ง

3. คาร์บอนในหิน และแร่
หิน และแร่หลายชนิดมีองค์ประกอบของคาร์บอนไดออกไซด์รวมอยู่ด้วย เช่น หินปูน นอกจากนี้ คาร์บอนไดออกไซด์บางส่วนอาจรวมตัวแทรกอยู่ระหว่างช่องว่างของหิน และจะถูกปลดปล่อยออกมาเมื่อชั้นหินมีรอยแตก

4. วัฏจักรคาร์บอนในสิ่งมีชีวิต
พืช และสัตว์ จัดเป็นแหล่งสำคัญที่มีบทบาทในการกักเก็บ และใช้คาร์บอนไดออกไซด์ แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ แหล่งปฐมภูมิ และแหล่งทุติยภูมิ
1. แหล่งปฐมภูมิ
แหล่งที่มีกา่รใช้ และผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ในลำดับแรกที่สำคัญ คือ พืชทุกชนิด ทั้งพืชบนบก และพืชน้ำ ผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสง และตรึงคาร์บอนเอาไว้ในรูปของสารอินทรีย์

ผู้ผลิตส่วนใหญ่จะเป็นพืชที่ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการสังเคราะห์แสงในช่วงกลางวัน และหายใจปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กลับสู่บรรยากาศหรือน้ำในช่วงกลางคืน

กระบวนการสังเคราะห์แสงของพืชเป็นกระบวนการสำคัญในการกักเก็บคาร์บอนในรูปของสารประกอบอินทรีย์ ได้แก่ เซลลูโลส แป้ง ไขมัน วิตามิน และสารอื่นๆที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ประกอบด้วย 2 กระบวนการหลัก
1. ปฏิกิริยาแสง (light reaction) ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นบริเวณเยื่อไทลาคอยด์ (thylakoid membrane) ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงให้อยู่ในรูปพลังงานเคมีของสารอินทรีย์ ได้แก่ ATP และ NADPH ซึ่งสารนี้จะถูกนำมาใช้ในปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 fixation reaction) ต่อไป

2. ปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 fixation reaction) หรือที่เรียกว่า วัฏจักรคัลวิน (Calvin cycle) ปฏิกิริยานี้เกิดที่บริเวณสโตรมา (stroma) ที่เป็นของเหลวในคลอโรพลาสต์ ซึ่งเป็นกระบวนการเปลี่ยนคาร์บอนอนินทรีย์ในรูปของ CO2 ให้อยู่ในรูปคาร์บอนอินทรีย์ คือ น้ำตาล โดยอาศัยพลังงานจาก ATP และ NADPH ที่ได้จากกระบวนการแรก ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะเป็น ADP และ NADP+ ที่เป็นสารตั้งต้นกลับเข้าไปรับพลังงานจากปฏิกิริยาแสงอีกครั้ง

ปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ ประกอบด้วย 3 ระยะ (phase)
• ระยะ 1 : Carboxylation (การตรึงคาร์บอน) เป็นกระบวนการตรึง CO2 เข้ากับสารอินทรีย์ที่มีคาร์บอน 5 อะตอมเป็นองค์ประกอบ คือ ไรบูโรส-1,5-บิสฟอสเฟต (ribulose-1,5-bisphosphate : RuBP)
• ระยะ 2 : Reduction (การรีดิวซ์) เป็นกระบวนการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ที่ได้จากขั้นตอน carboxylation ให้เป็นน้ำตาล โดยใช้พลังงานจาก ATP และ NADPH
• ระยะ 3 : Regeneration (การสร้างทดแทน) เป็นกระบวนการสร้าง RuBP กลับคืน โดยใช้น้ำตาลบางส่วนจากกระบวนการ reduction โดยใช้พลังงานจาก ATP

สารคงตัวชนิดแรกในวัฏจักรคัลวินที่เกิดขึ้นหลังจากการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ คือ PGA ที่ประกอบด้วยคาร์บอน 3 อะตอม เรียกพืชที่มีการสร้างคาร์บอนอินทรีย์ตัวแรกเป็นสารที่มีคาร์บอน 3 อะตอม ว่า พืช C3 ส่วนพืชในกลุ่มอื่นที่สามารถตรึงคาร์บอนได้ แต่จะได้คาร์บอนอนินทรีย์ที่ไม่มีคาร์บอน 3 อะตอม ได้แก่ พืช C4 และCAM
– พืช C3 เป็นพืชกลุ่มหลักบนโลก เช่น ข้าว มะม่วง จามจุรี ถั่วชนิดต่างๆ กุหลาบ มะลิ เป็นต้น
– พืช C4 เช่น ข้าวโพด อ้อย และบานไม่รู้โรย
– พืช CAM ได้แก่ สับปะรด กระบองเพชร และกล้วยไม้ เป็นต้น

พืช และแพลงก์ตอนพืช เมื่อตายลงจะถูกย่อยสลายกลายเป็นแหล่งคาร์บอนในดิน และบางส่วนกลายเป็น CO2 กลับสู่บรรยากาศ

2. แหล่งทุติยภูมิ
แหล่งกักเก็บคาร์บอน ทุติยภูมิ ได้แก่ สัตว์กินพืช กินเนื้อทุกชนิด รวมทั้งมนุษย์ด้วย ซึ่งเป็นผู้ใช้ประโยชน์จากแหล่งกักเก็บคาร์บอนปฐมภูมิในรูปแบบของแหล่งอาหาร เป็นลำดับขั้นของการบริโภค

การปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ของสิ่งมีชีวิตจะเกิดจากกระบวนการหายใจเป็นหลัก

ที่มา : https://www.siamchemi.com/วัฏจักรคาร์บอน/

วัฏจักรไนโตรเจน

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบสำคัญของกรดอะมิโนซึ่งเป็นองค์ประกอบของโปรตีนทุกชนิดในสิ่งมีชีวิต  พืชใช้ไนโตรเจนได้ใน 2 รูป คือแอมโมเนียม (ammonium  หรือ  NH₄ ⁺) และไนเตรต (nitrate หรือ NO₃ ^-) และแม้ว่าในบรรยากาศจะประกอบด้วยไนโตรเจนถึง 80% แต่อยู่ในรูปก๊าซไนโตรเจน (N₂) ซึ่งพืชไม่สามารถนำมาใช้ได้ ไนโตรเจนสามารถเข้าสู่วัฏจักรไนโตรเจนของระบบนิเวศได้ 2 ทางคือ

          1. ฝนชะล้างไนโตรเจนกลายเป็นแอมโมเนียมและไนเตรต ไหลลงสู่ดิน และพืชใช้เป็นธาตุอาหารเพื่อการเจริญเติบโตโดยปฏิกิริยาแอสซิมิเลชั่น (assimilation)
          2. การตรึงไนโตรเจน (nitrogen fixation) ซึ่งมีเพียงแบคทีเรียบางชนิดเท่านั้นที่สามารถใช้ก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศเปลี่ยนเป็นไนโตรเจนในรูปที่พืชสามารถนำมาใช้ได้แบคทีเรียพวกนี้มีทั้งที่อยู่ในดินและที่อยู่ในสิ่งมีชีวิต เช่น ไรโซเบียมในปมรากถั่ว  และแบคทีเรียในเฟินน้ำพวกแหนแดง (Azolla) นอกจากนั้นยังมีแบคทีเรียสีเขียวแกมน้ำเงินในน้ำบางชนิด ในปัจจุบันการผลิตปุ๋ยไนโตรเจนใช้ในเกษตรกรรมก็เป็นแหล่งไนโตรเจนสำคัญที่เติมไนโตรเจนสู่ระบบนิเวศ

         ไนโตรเจนเป็นธาตุอาหารสำคัญที่พืชใช้ในโครงสร้างและแมทาบอลิซึม  สัตว์กินพืชและผู้บริโภคลำดับถัดมาได้ใช้ไนโตรเจนจากพืชนี่เองเป็นแหล่งสร้างโปรตีนและสารพันธุกรรม เมื่อพืชและสัตว์ตายลง ผู้ย่อยสลายพวกราและแบคทีเรียสามารถย่อยสลายไนโตรเจนในสิ่งมีชีวิตให้กลับเป็นแอมโมเนียมซึ่งพืชสามารถนำมาใช้ได้ผ่านกระบวนการที่เรียกว่า แอมโมนิฟิเคชัน (ammonification)

         ไนโตรเจนในสารอินทรีย์สามารถเปลี่ยนกลับไปเป็นก๊าซไนโตรเจนโดยผ่าน 2 กระบวนการ คือ

         1. ไนตริฟิเคชัน  (nitrification) แบคทีเรียบางชนิดใช้แอมโมเนียมในดินเป็นแหล่งพลังงานและทำให้เกิดไนไตรต์ (NO₂ ^-) ซึ่งเปลี่ยนเป็นไนเตรตซึ่งพืชใช้ได้ด้วย

Nitrosomonas                  Nitrobacter

NH4 +   (ammonium)   NO2 - (nitrite)   NO3 -  (nitrate)

          2. ดีไนตริฟิเคชัน (denitrification) ในสภาพไร้ออกซิเจน  แบคทีเรียบางชนิดสามารถสร้างออกซิเจนได้เองจากไนเตรต และได้ผลผลิตเป็นก๊าซไนโตรเจนกลับคืนสู่บรรยากาศ

             อย่างไรก็ตาม  แม้ว่าปริมาณไนโตรเจนที่หมุนเวียนในระบบนิเวศที่กล่าวถึงทั้งหมดนี้จะมีปริมาณน้อยมาก แต่วัฏจักรไนโตรเจนในธรรมชาติก็สมดุลด้วยปฏิกิริยาซึ่งเกิดโดยพืชและการย่อยสลายของแบคทีเรีย

NO3 - (nitrate)    NO2 - (nitrite)   N2 O (nitrorous oxide)  N2 (nitrogen)

พืชบางชนิดมีการปรับเปลี่ยนโครงสร้างให้แตกต่างจากพืชอื่นๆ  เช่น  พืชกินแมลงซึ่งสามารถเจริญเติบโตได้ในดินที่ขาดธาตุอาหารสำคัญอย่างไนโตรเจน  มีในประเทศไทยมีพืชหลายสกุล  หลายชนิดที่มีวิวัฒนาการในการดักจับสัตว์มาเป็นอาหาร   เช่น กาบหอยแครง หยาดน้ำค้าง และหม้อข้าวหม้อแกงลิง  หม้อข้าวหม้อแกงลิงมีส่วนของใบทำหน้าที่เปลี่ยนไปเพื่อดักแมลง  ที่ปลายใบมีกระเปาะเป็นรูปคล้ายหม้อทรงสูงยาว  และมีน้ำหวานล่อแมลง  ภายในมีเอนไซม์ เพื่อสลายสิ่งมีชีวิตเป็นสารอินทรีย์ สา

รอนินทรีย์ และแร่ธาตุ

รูปภาพจาก Google

รูปภาพจาก turepookpanya.com

รูปภาพจาก Google

ที่มา : http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/ecology/chapter1/chapter1_nitrogen1.htm

ผู้จัดทำ 

1.นางสาว จารุวรรณ แพงเพ็ชร เลขที่ 29

2.นางสาว จิตรทิพย์ สมสาย เลขที่ 30

3.นางสาว ชวัลนุช ปานอ่วม เลขที่ 31

4.นางสาว ศิญามล สุ่มรอด เลขที่ 34

ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6.2