วัฏจักรคาร์บอน คืออะไร มีความสำคัญอย่างไร และจำแนกได้เป็นกี่ระบบ

วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle)

คาร์บอนเป็นธาตุพื้นฐานในทุกสิ่งมีชีวิตที่อุบัติขึ้นบนโลกใบนี้ วัฏจักรคาร์บอน จึงเป็นส่วหนึ่งที่ช่วยขับเคลื่อนชีวิตให้สามารถดำรงอยู่ได้ และมีวิวัฒนาการมากมายอย่างเช่นทุกวันนี้

วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle) คือ การหมุนเวียนหรือการแลกเปลี่ยนธาตุคาร์บอน (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

การหมุนเวียนคาร์บอนในแหล่งกักที่สำคัญของโลก สามารถจำแนกออกเป็น 4 ระบบ ดังนี้

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

  • กระบวนการหายใจของพืชและสัตว์ (Respiration) หมายถึง การนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช สาหร่าย แพลงก์ตอนและแบคทีเรียชนิดต่าง ๆ เพื่อผลิตน้ำตาลและอาหาร ก่อนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปลดปล่อยกลับออกสู่ชั้นบรรยากาศอีกครั้ง ผ่านกระบวนการหายใจของพืช สัตว์ และสิ่งมีชีวิต ซึ่งถึงแม้ว่าในชั้นบรรยากาศโลกจะมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อยู่เพียงร้อยละ 0.04 แต่พืชทั้งหลายนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศมาใช้มากถึงร้อยละ 25 ซึ่งปริมาณของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในระบบได้รับการชดเชยผ่านกระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิตทั้งหลายเหล่านี้

วัฏจักรคาร์บอน, คาร์บอน, การหมุนเวียนคาร์บอน, การเผาไหม้,

  • การย่อยสลายอินทรียวัตถุ (Decomposition) หมายถึง การปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านกระบวนการย่อยสลายสารประกอบคาร์บอนที่อยู่ในรูปของสารอินทรีย์ในสิ่งมีชีวิต เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน ผ่านลำดับการบริโภคหรือห่วงโซ่อาหารในระบบนิเวศ ก่อนซากสิ่งมีชีวิตจะถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ รา และแบคทีเรียชนิดต่าง ๆ
  • การเผาไหม้ (Combustion) หมายถึง การปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านกระบวนการเผ่าไหม้เชื้อเพลิงและสารอินทรีย์ต่าง ๆ เช่น ไม้ ถ่านหิน และน้ำมันดิบ ซึ่งเปลี่ยนคาร์บอนในสถานะของแข็งให้กลายเป็นก๊าซกลับสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งการเผาไหม้เชื้อเพลิงเหล่านี้ในปัจจุบัน จากทั้งการขนส่ง การคมนาคม จากโรงงานและอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้ก่อให้เกิดการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณมหาศาลสู่ชั้นบรรยากาศโลก ซึ่งเป็นสาเหตุหนึ่งของการทำลายสมดุลทางธรรมชาติของวัฏจักรคาร์บอนที่คงอยู่มาเป็นเวลาหลายพันล้านปี

วัฏจักรคาร์บอน, คาร์บอน, การหมุนเวียนคาร์บอน, การเผาไหม้,

  • การเปลี่ยนแปลงชั้นเปลือกโลก (Movement of Tectonic Plates) หมายถึง การปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการระเบิดของภูเขาไฟหรือการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ซึ่งก่อให้เกิดการแยกตัวและรอยแตกในชั้นหินและชั้นดิน

วัฏจักรคาร์บอน, คาร์บอน, การหมุนเวียนคาร์บอน, การเผาไหม้,

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

วัฏจักรคาร์บอน, คาร์บอน, การหมุนเวียนคาร์บอน, การเผาไหม้,

นอกจากนี้ มหาสมุทรยังดูดซับและกักเก็บคาร์บอนมากกว่าชั้นบรรยากาศโลกถึง 50 เท่า มหาสมุทรจึงเป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอนที่สำคัญ ซึ่งช่วยรักษาสมดุลของวัฏจักรคาร์บอนมาอย่างยาวนาน

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

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

วัฏจักรคาร์บอนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก ซึ่งในธรรมชาติ ระบบการหมุนเวียนของคาร์บอนถูกสร้างมาอย่างสมดุล ปริมาณคาร์บอนที่ได้รับการปลดปล่อยออกมาตามธรรมชาติจากแหล่งกักเก็บ มักมีปริมาณไม่แตกต่างกันมากนักกับปริมาณของคาร์บอนที่ธรรมชาติดูดซับและนำมากักเก็บไว้

แต่ในปัจจุบัน มนุษย์ได้เข้ามาเป็นส่วนหนึ่งของการทำลายสมดุลของวัฏจักรคาร์บอนนี้ การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลปริมาณมหาศาลในช่วงเวลาไม่กี่ร้อยปีที่ผ่านมา ทำให้ปริมาณคาร์บอนในชั้นบรรยากาศโลกเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็วกว่าในอดีตหลายร้อยเท่า อีกทั้ง ยังก่อให้เกิดมลภาวะทางสิ่งแวดล้อมอีกมากมาย รวมไปถึงการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (Climate Change) และภาวะโลกร้อน (Global Warming) อีกด้วย

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


ข้อมูลอ้างอิง

National Oceanic and Atmospheric Administration – https://oceanservice.noaa.gov/facts/carbon-cycle.html
NASA Earth Observatory – https://earthobservatory.nasa.gov/features/CarbonCycle/page1.php
National Geographic Society – https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/carbon-cycle/
โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาพัฒนาการ สุราษฎร์ธานี – http://www.baw.in.th/sub/sci/161010201/chapter1/chapter1_carbon.htm


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิต ในระบบนิเวศ

เรื่องแนะนำ

ฮีตสโตรก : อาการและวิธีการดูแลรักษาเบื้องต้น

อาการ ฮีตสโตรก ความเจ็บป่วยที่มาพร้อมกับอากาศร้อน โดยบางครั้งเราไม่อาจทันตั้งตัว   ฮีตสโตรก (Heat stroke) หรือโรคลมแดด เป็นหนึ่งในภาวะฉุกเฉินทางการแพทย์ อันเป็นผลมาจากร่างกายได้รับความร้อนสูง ฮีตสโตรกอาจสร้างความเสียหายแก่สมองรวมถึงอวัยวะภายในอื่นๆ และอาจส่งผลถึงชีวิตได้ แม้ว่าส่วนใหญ่ผู้สูงอายุมีความเสี่ยงต่อการเกิดฮีตสโตรกมากกว่าวัยอื่น แต่ฮีตสโตรกยังสามารถเกิดกับคนอายุน้อยที่สุขภาพแข็งแรงได้ อาการฮีตโสตรกมักเกิดขึ้นร่วมกับอาการอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสอากาศร้อน เช่น การเกิดตะคริวจากอากาศร้อน หรือเป็นลมจากการอยู่กลางแจ้งเป็นเวลานาน เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ร่างกายอาจเกิดอาการฮีตสโตรกได้ แม้ว่าไม่มีสัญญาณทางร่างกายใดๆ บ่งบอกล่วงหน้า อาการฮีตสโตรกเกิดจากการใช้เวลาท่ามกลางอากาศร้อนเป็นเวลานาน โดยทั่วไปมักมีภาวะร่างกายเสียน้ำร่วมด้วย ซึ่งส่งผลให้ศูนย์การควบคุมอุณหภูมิของร่างกายล้มเหลว ในทางการแพทย์จำกัดความอาการฮีตสโตรกไว้ว่า ภาวะที่อุณหภูมิแกนกลางของร่างกายมีค่าสูงเกิน 40 องศาเซลเซียส ซึ่งเกี่ยวข้องกับระบบประสาทส่วนกลาง มักเกิดขึ้นหลังจากร่างกายได้รับอุณหภูมิสูง อาการที่ปรากฏส่วนใหญ่คือ รู้สึกคลื่นไส้ ชักเกร็ง เวียนหัว ตาพร่า และบางรายอาจหมดสติและโคมา การดูแลรักษาเบื้องต้นสำหรับผู้มีอาการฮีตสโตรก หากคุณอยู่ในเหตุการณ์ที่ผู้ป่วยมีอาการฮีตสโตรก ควรโทรแจ้งโรงพยาบาล หรือหน่วยกู้ชีพทันที ในระหว่างรอเจ้าหน้าที่มาถึง ให้เคลื่อนย้ายผู้ป่วยไปยังบริเวณที่มีอากาศถ่ายเท หรือมีอากาศเย็น และอยู่ภายใต้ร่มเงา วิธีที่ช่วยลดอุณภูมิร่างกายผู้ป่วย – เช็ดตัวหรือทำให้ตัวผู้ป่วยเปียกด้วยน้ำ และเปิดพัดลมเพื่อช่วยระบายความร้อนออกทางผิวหนัง – ประคบด้วยน้ำแข็งในบริเวณข้อต่อหรือข้อพับต่างๆ และบริเวณลำคอ […]

ค้นพบออโรราชนิดใหม่เป็นสีม่วง

ค้นพบออโรราชนิดใหม่เป็นสีม่วง ออโรราชนิดใหม่ที่เพิ่งถูกค้นพบนี้เป็นสีม่วง และมันถูกตั้งชื่อว่า “STEVE” ซึ่งย่อมาจาก Strong Thermal Emission Velocity Enhancement ปกติแล้วออโรราที่เราคุ้นเคยกันมักจะถูกเรียกว่าแสงเหนือหรือแสงใต้ ปรากฏในรูปลำแสงวูบวาบสีเขียวอมเหลือง และบางครั้งมีชอบสีม่วงหรือชมพู แต่ครั้งนี้ออโรราดังกล่าวมีลักษณะแปลกออกไป การค้นพบครั้งนี้เกิดขึ้นโดยนักดูดาวสมัครเล่นคนหนึ่ง เขาได้เก็บภาพถ่ายของออโรรารูปแบบใหม่นี้เอาไว้ และส่งต่อให้กับนักฟิสิกส์ ในออโรราทั่วไปเกิดจากอนุภาคคองดวงอาทิตย์กระทบเข้ากับสนามแม่เหล็กของโลก นักฟิสิกส์คาดการณ์ว่าในกรณีของออโรรา STEVE นั้นแตกต่าง มันน่าจะเกิดจากอนุภาคของพลาสมาร้อนที่ไหลมาตามสนามแม่เหล็กของโลก โดยเกิดขึ้นที่ความสูงราว 100 ไมล์ ซึ่งสูงกว่าการเกิดออโรราทั่วไปถึง 40 ไมล์ ส่วนสาเหตุการเกิดที่แน่ชัดนั้นยังไม่สามารถระบุได้ และทำไมมันจึงปรากฏเป็นสีม่วงนั้น นี่ก็เป็นอีกปริศนาหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์ต้องหาคำตอบกันต่อไป   อ่านเพิ่มเติม ดอกไม้เรืองแสง