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

คลื่นเสียง (Sound wave) และการได้ยินเสียง

คลื่นเสียง (Sound wave) คือ คลื่นกล (Mechanical wave) ตามยาวที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุ หรือ “แหล่งกำเนิดเสียง” ซึ่งต้องอาศัยตัวกลาง (Medium) ในการเคลื่อนที่ คลื่นเสียง สามารถเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางได้ทุกสถานะ ไม่ว่าจะเป็นวัตถุของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ คลื่นเสียงนั้น มีคุณสมบัติเช่นเดียวกับคลื่นอื่นๆ เช่น แอมพลิจูด (Amplitude) ความเร็ว (Velocity) หรือ ความถี่ (Frequency) เสียง (Sound) คือ การถ่ายทอดพลังงานจากการสั่นสะเทือนของแหล่งกำเนิดเสียงผ่านโมเลกุลของตัวกลางไปยังผู้รับ โดยที่หูของเรานั้น สามารถรับรู้ถึงการสั่นสะเทือนของโมเลกุลเหล่านี้ได้ และได้ทำการแปลผลลัพธ์ออกมาในรูปของเสียงต่างๆ การเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง เมื่อวัตถุเกิดการเคลื่อนที่หรือถูกกระทำด้วยแรงจากภายนอก ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนของโมเลกุลภายในวัตถุนั้น ซึ่งส่งผลไปยังอนุภาคของอากาศหรือตัวกลางที่อยู่บริเวณโดยรอบ  ก่อให้เกิดการรบกวนหรือการถ่ายโอนพลังงาน ผ่านการสั่นและการกระทบกันเป็นวงกว้างทำให้อนุภาคของอากาศเกิด “การบีบอัด” (Compression) เมื่อเคลื่อนที่กระทบกัน และ “การยืดขยาย” (Rarefaction) เมื่อเคลื่อนที่กลับตำแหน่งเดิม ดังนั้น คลื่นเสียง จึงเรียกว่า “คลื่นความดัน” (Pressure wave) เพราะอาศัยการผลักดันกันของโมเลกุลในตัวกลางในการเคลื่อนที่ […]

เราได้อะไรบ้างจากภารกิจสำรวจดาวเสาร์โดยกัสซีนี

เมื่อยานสำรววจกัสซีนีเดินทางขึ้นสู่ห้วงอวกาศเมื่อปี 1997 ในตอนนั้นเรารู้จักดวงจันทร์ของดาวเสาร์แค่เพียง 18 ดวงเท่านั้น แต่ด้วยภารกิจการสำรวจ ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบดวงจันทร์ใหม่ๆ เพิ่มขึ้นอีกรวมเป็น 53 ดวง ที่ยืนยันแล้วและมีอีก 9 ดวงที่รอการยืนยัน ดวงจันทร์ของดาวเสาร์บางดวง มีสภาพแวดล้อมที่เอื้อต่อสิ่งมีชีวิต เช่นดวงจันทร์เอนเซลาดัส จากการสำรวจพบว่าภายในดวงจันทร์มีปล่องน้ำร้อนที่ก้นมหาสมุทร ทำให้เชื่อกันว่ามีความเป็นไปได้ที่อาจพบสิ่งมีชีวิตในบริเวณนั้น อย่างไรก็ตามหนึ่งในข้อมูลสำคัญที่นักวิทยาศาสตร์ได้รับหลังเสร็จสิ้นภารกิจการสำรวจอันยาวนาน 20 ปี ของยานกัสซีนีก็คือข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับดาวเสาร์ ที่จะช่วยให้เรารู้จักดาวดวงนี้ได้ดียิ่งขึ้น…หลับให้สบายนะเจ้ายานน้อย ถึงเวลาได้พักผ่อนแล้ว   อ่านเพิ่มเติม : บอกลายานกัสซีนี,  ระบบสุริยะจักรวาลกว้างใหญ่แค่ไหน? ชายคนนี้จะมาจำลองให้ดู

เต่ามะเฟือง ขึ้นวางไข่บนชายหาดไทยเพิ่มขึ้น สะท้อนธรรมชาติกำลังฟื้นฟู

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ร่วมวิจัยและสำรวจประชากร เต่ามะเฟือง เพื่อเป็นข้อมูลและความหวังใหม่แห่งท้องทะเลไทย ปัจจุบัน ประชากร เต่ามะเฟือง ทั่วโลกกำลังมีจำนวนลดลงมาก จากการประเมินบัญชีชนิดพันธุ์ที่ถูกคุกคามขององค์การระหว่างประเทศเพื่อการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติ (IUCN Red List) เต่ามะเฟืองจึงจัดเป็นสัตว์ที่มีแนวโน้มใกล้สูญพันธุ์ (Vulnerable: VU) ประเทศไทย จากการสำรวจในอดีตไม่พบการวางไข่ของเต่ามะเฟืองเป็นระยะเวลามากกว่า 5 ปี จนกระทั่ง 2 ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์พบเต่ามะเฟืองขึ้นมาวางไข่บนชายหาดจังหวัดภูเก็ตและพังงาจำนวนกว่า 20 รัง ซึ่งเป็นเรื่องราวที่สร้างความยินดีแก่ทุกคนเป็นอย่างมาก มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ โดยศูนย์วิจัยชีวศาสตร์ทางสัตวแพทย์ ภาควิชาชีวศาสตร์ทางสัตว์แพทย์และสัตวแพทย์สาธารณสุข คณะสัตวแพทยศาสตร์ นำโดยศาสตราจารย์ นายสัตวแพทย์ ดร.กรกฎ งานวงศ์พาณิชย์ หัวหน้าศูนย์วิจัยฯ ร่วมกับศูนย์วิจัยทรัพยากรทางทะเลและชายฝั่งทะเลอันดามันตอนบน กรมทรัพยากรชายทะเลและชายฝั่ง กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม นำโดย ดร. ก้องเกียรติ กิตติวัฒนาวงศ์ ผู้อำนวยการศูนย์ ได้เข้าศึกษาวิจัยโครงสร้างด้านพันธุศาสตร์ประชากรของเต่ามะเฟืองจากการวางไข่อย่างใกล้ชิด เต่ามะเฟืองมีลักษณะทางพันธุกรรมเฉพาะตัว จึงมีความหลากหลายทางชีวภาพน้อย เป็นหนึ่งเหตุผลที่ทำให้การขยายพันธุ์ตามธรรมชาติน้อยลงไปด้วย ทีมวิจัยศูนย์วิจัยทรัพยากรทางทะเลฯ จึงต้องการสำรวจแม่เต่ามะเฟืองที่เข้ามาวางไข่ที่ภูเก็ตและพังงาในช่วง 2 ปี ที่ผ่านมา เพื่อคาดการณ์ถึงจำนวนประชากรของเต่ามะเฟืองที่มีอยู่ในธรรมชาติในบริเวณชายฝั่งประเทศไทยได้ ทีมนักวิจันจึงเริ่มต้นศึกษาโครงสร้างด้านพันธุศาสตร์ของเต่ามะเฟือง โดยนำเอาเนื้อเยื่อของลูกเต่าที่เสียชีวิตตั้งแต่ในรัง จำนวน […]