วัฏจักรคาร์บอน คืออะไร มีความสำคัญอย่างไร และจำแนกได้เป็นกี่ระบบ

วัฏจักรคาร์บอน (carbon cycle) คืออะไร

คาร์บอนเป็นธาตุพื้นฐานในทุกสิ่งมีชีวิตที่อุบัติขึ้นบนโลกใบนี้ วัฏจักรคาร์บอน จึงเป็นส่วหนึ่งที่ช่วยขับเคลื่อนชีวิตให้สามารถดำรงอยู่ได้ และมีวิวัฒนาการมากมายอย่างเช่นทุกวันนี้

วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle) คือการหมุนเวียนหรือการแลกเปลี่ยนธาตุคาร์บอน (Carbon) ในสถานะต่าง ๆ ระหว่างดิน หิน แหล่งน้ำ ชั้นบรรยากาศ และสิ่งมีชีวิต ซึ่งนับเป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอน (Reservoir) ที่สำคัญของโลก

วัฏจักรคาร์บอนจึงหมายถึงการหมุนเวียนของธาตุและสารประกอบคาร์บอน ทั้งที่อยู่ในสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซ และยังหมายถึงการเปลี่ยนถ่ายคาร์บอนระหว่างแหล่งกักเก็บต่าง ๆ ผ่านกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นจากสิ่งมีชีวิตและการเปลี่ยนแปลงของโลก เช่น กระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช การย่อยสลายของจุลินทรีย์ หรือแม้แต่การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก 

เนื่องจากโลกเป็นระบบปิด (Closed System) สสารต่าง ๆ จึงไม่สามารถถ่ายเทออกสู่ภายนอกระบบได้ ดังนั้น ปริมาณของคาร์บอนทั้งหมดบนโลกจึงไม่เคยเปลี่ยนแปลงมาก่อน มีเพียงการหมุนเวียนและเปลี่ยนถ่ายของคาร์บอนในสถานะต่าง ๆ ระหว่างแหล่งกักเก็บที่สำคัญเหล่านี้เท่านั้น

คาร์บอน, การหมุนเวียนคาร์บอน, การกำจัดคาร์บอน วัฏจักรคาร์บอน

การหมุนเวียนคาร์บอนในแหล่งกักที่สำคัญของโลก สามารถจำแนกออกเป็น 4 ระบบ ดังนี้

  1. คาร์บอนในชั้นบรรยากาศ หมายถึง คาร์บอนในสถานะก๊าซ โดยเฉพาะก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon Dioxide) ที่นับเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญของบรรยากาศโลก โดยก๊าซเหล่านี้ มาจาก 4 กระบวนการหลัก ได้แก่

1.1 กระบวนการหายใจของพืชและสัตว์ (Respiration) หมายถึง การนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช สาหร่าย แพลงก์ตอนพืช และแบคทีเรียชนิดต่าง ๆ เพื่อผลิตน้ำตาลและอาหาร และถูกปลดปล่อยกลับออกสู่ชั้นบรรยากาศอีกครั้ง ผ่านกระบวนการหายใจของพืช สัตว์ และสิ่งมีชีวิต 

แม้ว่าในชั้นบรรยากาศโลกจะมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นส่วนประกอบอยู่เพียงร้อยละ 0.04 แต่พืชทั้งหลายบนโลกสามารถนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศมาใช้ได้มากถึงร้อยละ 25 ซึ่งปริมาณของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในระบบได้รับการชดเชยผ่านกระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิตทั้งหลายบนโลกนี้

คาร์บอน, การหมุนเวียนคาร์บอน, การกำจัดคาร์บอน วัฏจักรคาร์บอน

  • 1.2 การย่อยสลายอินทรียวัตถุ (Decomposition) หมายถึง การปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านกระบวนการย่อยสลายสารประกอบคาร์บอนที่อยู่ในรูปของสารอินทรีย์ในสิ่งมีชีวิต เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน ผ่านลำดับการบริโภคหรือห่วงโซ่อาหารในระบบนิเวศ ก่อนซากสิ่งมีชีวิตจะถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ รา และแบคทีเรียชนิดต่าง ๆ ในระบบนิเวศนั้น ๆ 
  • 1.3 การเผาไหม้ (Combustion) หมายถึง การปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านกระบวนการเผ่าไหม้เชื้อเพลิงและสารอินทรีย์ต่าง ๆ เช่น ไม้ ถ่านหิน และน้ำมันดิบ ซึ่งเปลี่ยนคาร์บอนในสถานะของแข็งให้กลายเป็นก๊าซกลับสู่ชั้นบรรยากาศ

         ปัจจุบัน การเผาไหม้เชื้อเพลิงเหล่านี้ทั้งการขนส่ง การคมนาคม จากโรงงาน และอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้ก่อให้เกิดการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณมหาศาลสู่ชั้นบรรยากาศโลก ซึ่งเป็นสาเหตุหนึ่งของการทำลายสมดุลทางธรรมชาติของวัฏจักรคาร์บอนที่คงอยู่มาเป็นเวลาหลายพันล้านปี

คาร์บอน, การหมุนเวียนคาร์บอน, การกำจัดคาร์บอน

  • 1.4 การเปลี่ยนแปลงชั้นเปลือกโลก (Movement of Tectonic Plates) หมายถึง การปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการระเบิดของภูเขาไฟหรือการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ซึ่งก่อให้เกิดการแยกตัวและรอยแตกในชั้นหินและชั้นดิน

คาร์บอน, การหมุนเวียนคาร์บอน, การกำจัดคาร์บอน วัฏจักรคาร์บอน

  1. คาร์บอนในแหล่งน้ำจืดและมหาสมุทร หมายถึง สารประกอบคาร์บอนในสถานะของเหลว หรือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ ซึ่งถูกชะล้างจากหยาดน้ำฟ้า (Preciptations) ก่อนละลายลงส่งแหล่งน้ำและมหาสมุทร เกิดเป็นกรดคาร์บอนิก (Carbonic Acid) ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากับแร่หินปูนหรือแคลเซียมคาร์บอเนต (Calcium Carbonate) ที่มีอยู่มากในน้ำทะเล ก่อให้เกิดสารประกอบคาร์บอเนตอื่น ๆ ที่พืชและสัตว์น้ำสามารถนำมาใช้ในกระบวนการต่าง ๆ โดยเฉพาะการนำไปใช้ในการสร้างโครงร่างแข็งหรือเปลือกของหอยชนิดต่าง ๆ

คาร์บอน, การหมุนเวียนคาร์บอน, การกำจัดคาร์บอน

นอกจากนี้ มหาสมุทรยังดูดซับและกักเก็บคาร์บอนมากกว่าชั้นบรรยากาศโลกถึง 50 เท่า มหาสมุทรจึงเป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอนที่สำคัญ ซึ่งช่วยรักษาสมดุลของวัฏจักรคาร์บอนมาอย่างยาวนาน

3. คาร์บอนในดิน หินแร่ และฟอสซิล หมายถึง การทับถมของคาร์บอนในรูปของสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ที่ถูกย่อยสลายกลายเป็นดิน หินและแร่ชนิดต่าง ๆ รวมไปถึงการเกิดเชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil Fuel) เช่น ถ่านหิน น้ำมันดิบ และก๊าซธรรมชาติ ซึ่งเป็นแหล่งสะสมของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน (Hydrocarbon) ขนาดใหญ่ที่ก่อตัวขึ้นจากถูกทับถมภายใต้อุณหภูมิและแรงดันสูงเป็นระยะเวลาหลายพันปีใต้พื้นผิวโลก

คาร์บอน, การหมุนเวียนคาร์บอน, การกำจัดคาร์บอน

4. คาร์บอนในสิ่งมีชีวิต หมายถึง คาร์บอนในรูปของสารอินทรีย์ที่ถูกตรึงผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช และถูกนำไปใช้ในการสร้างเซลล์ร่างกาย รวมถึงสารอาหาร ซึ่งส่งผลให้คาร์บอนกลายเป็นหนึ่งในธาตุองค์ประกอบสำคัญของร่างกายและสิ่งมีชีวิต ไม่ว่าจะเป็นพืช สัตว์ มนุษย์ หรือสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว โดยคาร์บอนเหล่านี้ จะถูกส่งผ่านทางห่วงโซ่อาหารภายในระบบนิเวศ รวมถึงผ่านกระบวนการหายใจที่ปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กลับสู่ชั้นบรรยากาศโลก

คาร์บอน, การหมุนเวียนคาร์บอน, การกำจัดคาร์บอน

ในธรรมชาติ ระบบการหมุนเวียนของคาร์บอนถูกสร้างมาอย่างสมดุล ปริมาณคาร์บอนที่ปลดปล่อยออกมาตามธรรมชาติจากแหล่งกักเก็บ มักมีปริมาณไม่แตกต่างกันมากนักกับปริมาณของคาร์บอนที่ธรรมชาติดูดซับและนำมากักเก็บไว้

แต่ในปัจจุบัน กิจกรรมของมนุษย์ได้เข้ามาเป็นส่วนหนึ่งของการทำลายสมดุลของวัฏจักรคาร์บอน โดยเฉพาะการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลปริมาณมหาศาลในช่วงเวลาไม่กี่ร้อยปีที่ผ่านมา ทำให้ปริมาณคาร์บอนในชั้นบรรยากาศโลกเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็วกว่าในอดีตหลายร้อยเท่า และยังก่อให้เกิดมลภาวะทางสิ่งแวดล้อมอีกมากมาย รวมไปถึงการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (Climate Change) และภาวะโลกร้อน (Global Warming) อีกด้วย

สืบค้นและเรียบเรียง คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


ข้อมูลอ้างอิง

https://oceanservice.noaa.gov/facts/carbon-cycle.html

https://earthobservatory.nasa.gov/features/CarbonCycle/page1.php

https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/carbon-cycle/

http://www.baw.in.th/sub/sci/161010201/chapter1/chapter1_carbon.htm


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิต ในระบบนิเวศ

เรื่องแนะนำ

เลือดข้นความรู้เข้ม! การเก็บลายนิ้วมือบนวัตถุพยาน

เลือดข้นความรู้เข้ม! การเก็บลายนิ้วมือบนวัตถุพยาน ในกลางศตวรรษที่ 18 ก่อนที่โลกจะรับรู้ว่า “ลายนิ้วมือ” ของมนุษย์เรานั้นไม่มีใครมีรอยเหมือนกันเลย อาชญากรที่พ้นโทษไปแล้วและไม่สามารถเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมได้มักเปลี่ยนรูปลักษณ์หน้าตา และทรงผมของพวกเขาให้ต่างจากเดิม ทว่ามีหลักเกณฑ์หนึ่งที่ช่วยให้เจ้าหน้าที่สามารถระบุตัวผู้กระทำผิดได้คือ “มานุษยมิติ” (Anthropometry) คิดค้นขึ้นโดย อัลโฟงส์ แบร์ติยอง (Alphonse Bertillon) นักอาชญาวิทยาชาวฝรั่งเศส ด้วยแนวคิดที่ว่ามนุษย์แต่ละคนมีขนาดสัดส่วนของอวัยวะต่างๆ ไม่เท่ากัน และการวัดส่วนสูง ความยาวลำตัว ความกว้างของหัว ความยาวเมื่อเหยียดแขน สีปาก สีตา ไปจนถึงลักษณะจมูกและคิ้ว ฯลฯ สามารถใช้เป็นหลักฐานประกอบการชี้ตัวบุคคลได้ หลังแนวคิดดังกล่าวถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายไม่นาน วิธีการระบุตัวอาชญากรนี้กลับก่อความสับสนเมื่อนักโทษใหม่มีขนาดของร่างกายตรงกับนักโทษเก่าที่ไม่มีความเกี่ยวข้องกันมาก่อน ฉะนั้นในเวลาต่อมาแนวคิดนี้จึงถูกลบล้างไป ต่อมาในทศวรรษ 1890 Sir William Herschel ข้าราชการอังกฤษในอินเดียค้นพบว่ารอยประทับนิ้วมือบนสัญญากู้ยืมเงินสามารถนำมาระบุอัตลักษณ์ของแต่ละบุคคลได้ อันที่จริงการใช้รอยนิ้วมือยืนยันตัวเกิดขึ้นมานานแล้ว ในประวัติศาสตร์ที่ผ่านมามีการพบหลักฐานลายนิ้วมือประทับลงบนเอกสารเก่าแก่ของจีนอายุ 220 ปีก่อนคริสต์กาล และในจักรวรรดิโรมันเองมีบันทึกเกี่ยวกับการสะสางคดีความคืนความบริสุทธิ์ให้แก่ชายตาบอด เมื่อรอยฝ่ามือที่ประทับบนคราบเลือดได้รับการพิสูจน์ว่าไม่ใช่ฝีมือของเขา ลายนิ้วมือคือส่วนของผิวหนังที่นูนขึ้นมาจนมองเห็นเป็นลายเส้น แม้ความสูงและร่องลึกของมันจะไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ทว่าวิวัฒนาการที่มีขึ้นเพื่อช่วยเพิ่มความฝืดในการยืดจับ และเพิ่มประสิทธิภาพของประสาทสัมผัสนี้กลับทรงพลังอย่างน่าทึ่งในการระบุอัตลักษณ์ของบุคคล เพราะบนโลกใบนี้ไม่มีใครที่มีลายนิ้วมือเหมือนกันเลยแม้แต่ฝาแฝดก็ตาม อันที่จริงในทางสถิติ จากการศึกษาของ Sir Francis Galton บุคคลแรกที่พบว่าลายนิ้วมือเป็นลักษณะเฉพาะตัวชี้ว่ามีโอกาสที่คนๆ […]

ชุดตรวจโรคโควิด-19 ผลงานโดยนักวิจัยชาวไทย

สวทช. ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยมหิดล พัฒนาวิธีสกัดอาร์เอ็นเอของเชื้อไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่จากตัวอย่างแบบง่าย และ ชุดตรวจโรคโควิด-19 ด้วยเทคนิคแลมป์เปลี่ยนสีในขั้นตอนเดียว ลดการนำเข้าหากมีการระบาดของโควิด -19 ระยะ 2 กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) โดย สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ร่วมกับมหาวิทยาลัยมหิดล พัฒนาวิธีสกัดอาร์เอ็นเอ (RNA) ของเชื้อไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ (SARS-CoV-2) จากตัวอย่างแบบง่าย และ ชุดตรวจโรคโควิด-19 ด้วยเทคนิคแลมป์เปลี่ยนสีในขั้นตอนเดียว เพื่อประหยัดงบประมาณและลดการนำเข้าชุดสกัดอาร์เอ็นเอ และชุดตรวจจากต่างประเทศ สวทช. เป็นหน่วยงานวิจัยและพัฒนาที่ให้ความสำคัญในการนำผลงานวิจัยและเทคโนโลยีไปใช้ในการช่วยเหลือประเทศชาติ ซึ่งตั้งแต่เดือนมกราคมที่ผ่านมา ทีมนักวิจัย สวทช. ได้คิดค้นและวิจัยนวัตกรรมเพื่อรับมือกับการแพร่ระบาดที่เกิดขึ้น โดยนำองค์ความรู้ในเทคโนโลยีสาขาต่าง ๆ มาประยุกต์ใช้ และทำงานแข่งกับเวลา ที่ผ่านมา สวทช, สนับสนุนการทำงานของแพทย์ พยาบาล และบุคลากรทางการแพทย์ ทั้งเรื่องการตรวจยืนยัน ตรวจติดตาม และประเมินความเสี่ยง เช่น แอปพลิเคชัน DDC-Care เพื่อติดตามและประเมินผู้ที่มีความเสี่ยงต่อโรคติดเชื้อโควิด-19 ซึ่งกรมควบคุมโรคได้นำไปใช้ในพื้นที่จริง และช่วยแบ่งเบาภาระให้กับบุคลากรทางการแพทย์ได้เป็นอย่างดี นอกนากนี้ สวทช. ยังพัฒนาแอปพลิเคชัน […]

เตือนภัยพายุสายฟ้า

พายุสายฟ้าที่เกิดจากภูเขาไฟในไอซ์แลนด์ เมื่อปี 2010 ทำให้สายการบินต้องสูญเสียรายได้มหาศาล นักวิทยาศาสตร์พยายามหาวิธีการป้องกันและพยากรณ์การเกิดของปรากฏการณ์ธรรมชาตินี้

เครื่องดื่มที่ดีที่สุดในการดับกระหาย

นอกเหนือจากระดับค่าน้ำตาลแล้ว นักวิจัยชาวอังกฤษได้สร้างดัชนีระดับน้ำ(ระดับความชุ่มชื้น)ในเครื่องดื่ม  เครื่องดื่มถูกรีดน้ำออกมากกว่าสองชั่วโมง  ซึ่งจะได้ค่า BGI ซึ่งนำมาเปรียบเทียบกับน้ำดื่ม เรต 1 แร่ธาตุและสารอาหาร เช่น โซเดียม และ โปรตีนเคซินในนม สามารถเพิ่มคะแนนเรตได้ Fun fact นักวิจัย Stuart Galloway กล่าวว่า เบียร์ หรือ ชา สองสามแก้ว มีระดับความชุ่มชื้นเท่าน้ำเปล่า