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

สมองยามหลับใหล

สมองยามหลับใหล ผู้คนสมัยก่อนนอนหลับต่างจากเราในปัจจุบัน พวกเขาเข้านอนตอนพระอาทิตย์ตกและตื่นนอนตอนรุ่งสาง บ้างนอนกันเป็นกลุ่มๆ หรือนอนกันกลางแจ้งเพราะอากาศเย็นสบายกว่า และแสงอาทิตย์มีผลต่อรอบการนอน (circadian rhythm) โดยตรงมากกว่า เมื่อปี 2002 แครอล เวิร์ทแมน และเมลิซา เมลบีย์ จากมหาวิทยาลัยเอเมอรีตีพิมพ์ผลสำรวจเชิงเปรียบเทียบเกี่ยวกับพฤติกรรมการนอนหลับของผู้คนในหลากหลายวัฒนธรรม พวกเขาพบว่าในหมู่ชนเผ่าเก็บของป่าล่าสัตว์ “เส้นกั้นแบ่งระหว่างการนอนหลับและการตื่นลื่นไหลมาก” ไม่มีเวลาเข้านอนที่แน่นอนตายตัวและไม่มีใครบอกคนอื่นให้เข้านอน คนที่หลับอยู่จะตื่นเมื่อได้ยินเสียงพูดคุยหรือเสียงดนตรีขัดจังหวะขณะพักผ่อน พวกเขาอาจลุกขึ้นมาร่วมกิจกรรมนั้นแล้วหลับต่อ ปัจจุบันคงไม่มีใครในประเทศที่พัฒนาแล้วหลับแบบนี้เว้นแต่จะตั้งใจจริงๆ เราเข้านอนในเวลาที่ค่อนข้างตายตัว นอนคนเดียวหรือเป็นคู่ โดยเฉลี่ยแล้วเรานอนน้อยกว่าคนในศตวรรษที่แล้วราวหนึ่งชั่วโมงครึ่งในแต่ละคืน การนอนไม่หลับหรือการอดนอนที่แพร่ระบาดอยู่ในทุกวันนี้อาจเป็นเพียงเพราะเราไม่ใส่ใจความต้องการของร่างกาย พูดอีกนัยหนึ่งก็คือ เราปรับพฤติกรรมการนอนของเราให้เข้ากับวิถีชีวิตอันวุ่นวาย แทนที่จะปรับวิถีชีวิตให้เข้ากับการนอน จังหวะการนอนตามธรรมชาติของวัยรุ่นน่าจะเป็นว่าพวกเขาได้นอนตื่นสาย แต่เด็กๆ กลับต้องเข้าเรียนตอนแปดโมงเช้า ส่วนคนทำงานกะกลางคืนที่เข้านอนตอนเช้าต้องขับเคี่ยวกับจังหวะหรือท่วงทำนองที่มีมาแต่โบร่ำโบราณของร่างกาย ซึ่งสั่งการให้เราตื่นขึ้นเพื่อล่าสัตว์หรือหาของป่าในเวลาที่ท้องฟ้าเต็มไปด้วยแสงสว่าง แต่เขาหรือเธอกลับเลือกไม่ได้ คลิกดู กลไกของสมองยามหลับใหลแบบขยายใหญ่  เราต่อสู้กับแรงขับดันทางธรรมชาตินี้โดยเดิมพันกับสวัสดิภาพของเราเอง ชาร์ลส์ ไซส์เลอร์ จากกลุ่มศึกษาสุขภาพและความปลอดภัยในการทำงาน กล่าวว่า การไม่ได้นอนติดต่อกัน 24 ชั่วโมงหรือนอนเพียงคืนละ 5 ชั่วโมงติดต่อกันหนึ่งสัปดาห์มีค่าเท่ากับการมีแอลกอฮอล์ร้อยละ 0.1 อยู่ในกระแสเลือด แต่โลกธุรกิจสมัยใหม่กลับยกย่องการทำงานหามรุ่งหามค่ำของพนักงาน *บางส่วนจากสารคดี ความลับของการนอน เนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ฉบับเดือนพฤษภาคม […]

ดวงจันทร์ : ย้อนรอยภารกิจ 50 ปี มนุษย์คนแรกบนดวงจันทร์ 

ดวงจันทร์คือสนามประลองและจุดหมายปลายทางของการแข่งขันสู่ห่วงอวกาศในศตวรรษที่ 20 และในที่สุดเมื่อเดือนกรกฎาคม ปี 1969 หรือ 50 ปีก่อน มนุษย์คนแรกก็สามารถขึ้นไปเดินบนดวงจันทร์ได้ ความสำเร็จของภารกิจอะพอลโล 11 ที่เกิดขึ้นหลังการบินครั้งแรกของพี่น้องตระกูลไรต์เพียง 66 ปี เป็นการประกาศความเก่งกาจและฉลาดเฉลียวของมนุษยชาติ

สาหร่ายปริศนากำลังเปลี่ยนกรีนแลนด์ให้เป็นสีชมพู

จุลชีพขนาดเล็กอย่างแบคทีเรียและสาหร่ายที่อาศัยอยู่ในผืนน้ำแข็งของกรีนแลนด์กำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว และความอุดมสมบูรณ์ของพวกมันส่งผลให้น้ำแข็งละลายเร็วขึ้น

กลุ่มดาว บนท้องฟ้า (Constellations)

ความเชื่อและการศึกษาเรื่อง กลุ่มดาว นับตั้งแต่มนุษย์ดำรงอาศัยอยู่บนโลกใบนี้ ปริศนาของวัตถุบนท้องฟ้าเป็นสิ่งที่ถูกให้ความสำคัญตลอดมา ผู้คนเฝ้ามองผืนฟ้าอันกว้างใหญ่ ทำการจดจำและบันทึกการปรากฏขึ้นของ กลุ่มดาว และใช้แสงสว่างเล็กๆ เหล่านี้เป็นเครื่องเตือนเวลา และนาฬิกาที่บ่งบอกการผันเปลี่ยนของฤดูกาล ใช้เป็นเข็มทิศนำทาง รวมถึงการนำโลกของดวงดาวมาเป็นแรงบันดาลใจในการสร้างสรรค์ตำนาน และนิทานพื้นบ้านในหลากหลายวัฒนธรรม มนุษย์ทำการรวบรวมดวงดาวที่ส่องสว่างเหล่านี้เข้ามาไว้ด้วยกันตามความคิด จินตนาการและความเชื่อ จนกลายเป็นต้นกำเนิดของ  “กลุ่มดาว” มากมายที่เรารู้จักในปัจจุบันนี้ กลุ่มดาว (Constellations) คือ กลุ่มของดาวฤกษ์ที่ถูกกำหนดขึ้น ผ่านการเชื่อมต่อกันเป็นรูปร่างต่างๆ ตามจินตนาการในอวกาศสามมิติ ซึ่งในอดีตมนุษย์เราเชื่อว่าดวงดาวแต่ละดวงถูกตรึงไว้บนผิวของทรงกลมขนาดใหญ่ที่เรียกว่า “ทรงกลมท้องฟ้า” (Celestial sphere) โดยอยู่ห่างจากโลก ซึ่งเป็นจุดศูนย์กลางในระยะทางที่เท่ากัน จึงได้รวบรวมดวงดาวที่อยู่ใกล้เคียงกันเป็นกลุ่มตามจินตนาการ ไม่ว่าจะเป็นคน สัตว์ สิ่งของ หรือเทพเจ้าในตำนาน เรียกรวมกันเป็นกลุ่มดาว อ่านเพิ่มเติมเรื่อง การกำเนิดดาวฤกษ์ แต่ในความเป็นจริงแล้ว ดวงดาวแต่ละดวงอยู่ห่างไกลกันมากในห้วงอวกาศ รวมถึงมีลักษณะที่แตกต่างกันออกไปอย่างสิ้นเชิง เช่น สี ขนาด รูปร่างและความสว่างของดาวแต่ละดวง แต่จากการที่ดวงดาวเหล่านี้ อยู่ห่างไกลจากโลกมากนัก มนุษย์จึงเห็นดวงดาวหยุดนิ่งอยู่กับที่ ทั้งๆ ที่ดาวฤกษ์ทุกดวงในจักรวาล มีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วและทิศทางที่แตกต่างกันออกไปอยู่ตลอดเวลา ส่งผลให้กลุ่มดาวที่เราสังเกตเห็นในอดีตเมื่อหลายหมื่นปีก่อน มีระยะห่างระหว่างดาวแต่ละดวงหรือรูปร่างแตกต่างออกไปจากกลุ่มดาวที่เราพบเห็นในปัจจุบัน รวมไปถึงการเปลี่ยนแปลงที่จะเกิดขึ้นอีกในอนาคตหลายหมื่นปีข้างหน้าอีกด้วย ปัจจุบัน มีกลุ่มดาวที่มนุษย์ศึกษามีทั้งหมด […]