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

บทบาทหน้าที่ทางนิเวศวิทยา คืออะไร

บทบาทหน้าที่ทางนิเวศวิทยา คือเรื่องราวความซับซ้อนของระบบนิเวศ และความจำเพาะเจาะของสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในระบบนิเวศที่แตกต่างกัน บทบาทหน้าที่ทางนิเวศวิทยา หรือ “นิช” (Ecological Niche) หมายถึง ตำแหน่งการวางตัวของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดในระบบนิเวศ ซึ่งระบบนิเวศแต่ละระบบของโลกล้วนประกอบขึ้นจากสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิดที่ดำรงอยู่ท่ามกลางความสัมพันธ์อันสลับซับซ้อน ทั้งที่เกิดขึ้นระหว่างสิ่งมีชีวิตด้วยกันเองและความสัมพันธ์ต่อสิ่งแวดล้อม สภาพภูมิอากาศ อุณหภูมิ ความชื้น หรือแม้แต่ความเข้มของแสง ดังนั้น การคงอยู่ของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจึงแสดงให้เห็นถึงการมีบทบาทหน้าที่อันเฉพาะเจาะจงที่สามารถสร้างผลกระทบต่อระบบนิเวศที่ตนอาศัยอยู่ และในทางกลับกันยังแสดงให้เห็นถึงข้อจำกัดและปัจจัยทางกายภาพที่ก่อให้เกิดวิถีชีวิตเฉพาะของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ แนวคิดเรื่อง “นิช” ในการศึกษาทางนิเวศวิทยา (Concepts of Ecological Niche) “นิช” กับบทบาทหน้าที่ทางนิเวศวิทยาของสิ่งมีชีวิต (Functional Niche) หมายถึง สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีบทบาทหน้าที่เฉพาะเจาะจง และปรับตัวของตนต่อความเปลี่ยนแปลงในระบบนิเวศ ทั้งประเภทของอาหารการกิน แหล่งที่อยู่อาศัย และบทบาทหน้าที่เชิงอาหาร (Trophic Niche) การถ่ายทอดพลังงาน (Energy Transfer) และการหมุนเวียนของสสาร (Biogeochemical Cycle) ในระบบนิเวศ ดังนั้น ในแต่ละระบบนิเวศของโลกจะไม่มีสิ่งมีชีวิตหลายชนิดทำหน้าที่หรือมี “นิช” ที่เหมือนกันทุกประการ เพราะการมีพฤติกรรม แหล่งอาหาร และบทบาทหน้าที่ซ้อนทับกันอย่างสมบูรณ์จะนำไปสู่การแข่งขันแย่งชิงทรัพยากรกันโดยตรง และหากปราศจากการปรับตัวอาจนำไปสู่การสูญสิ้นเผ่าพันธุ์อย่างถาวร แต่ในระบบนิเวศมีสิ่งมีชีวิตบางชนิดที่มี “นิช” […]

ข้าวหอมจินดา ข้าวเจ้าสายพันธุ์ใหม่แข็งแรง ทนโรค

ข้าวหอมจินดา มีลักษณะโดดเด่นคือ เมล็ดมีกลิ่นหอม นุ่ม ต้านทานโรคขอบใบแห้ง ลำต้นแข็งแรง ไม่หักล้มง่าย ต้นสูงปานกลาง ข้าวหอมจินดา ข้าวเจ้าสายพันธุ์ไทยที่เป็นหนึ่งในโอกาสการแข่งขันของเกษตรกรไทย ความหลากหลายทางพันธุกรรมเป็นหนึ่งในหัวข้อที่ได้รับความสนใจในกลุ่มนักวิทยาศาสตร์และนักวิจัยทั่วโลกมาเป็นเวลากว่าทศวรรษ เนื่องจากผลจากการวิจัยในเรื่องนี้สามารถนำไปต่อยอดในเชิงธุรกิจ และเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันระดับท้องถิ่นไปจนถึงระดับนานาชาติ ประเทศไทยเป็นหนึ่งในประเทศที่มีผลผลิตทางเกษตรกรรมเป็นจำนวนหลายล้านตันต่อปี พืชเศรษฐกิจที่นิยมเพาะปลูกมากที่สุดในประเทศไทยคือ ข้าว อ้อย ยางพารา และมันสำปะหลัง ซึ่งเป็นประเด็นที่หน่วยงานภาคเกษตรในประเทศไทย ได้ทุ่มเทความพยายามและเงินทุน เพื่อพัฒนาคุณภาพและผลผลิตให้สูงขึ้น อันนำไปสู่โอกาสทางการแข่งขันในตลาดโลก และเพิ่มเอกลักษณ์ของสินค้าให้มีความน่าสนใจมากขึ้น พืชเศรษฐกิจที่สำคัญของประเทศไทยที่เพาะปลูกกันทุกภูมิภาคคือ ข้าว ดังนั้นจึงมีหน่วยงานที่วิจัยเกี่ยวกับการเพาะปลูกข้าวเป็นจำนวนมาก ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) สวทช. เป็นหนึ่งในหน่วยงานที่ทำวิจัยด้านพันธุ์ข้าวมาเป็นเวลากว่า 10 ปี ไบโอเทคมุ่งเน้นการนำเทคโนโลยีชีวภาพเข้ามาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์พืชเศรษฐกิจสำคัญอย่างข้าว เพื่อให้ตอบโจทย์ความต้องการของเกษตรกร เช่น ข้าวเหนียวพันธุ์หอมนาคา ข้าวเจ้าพันธุ์หอมจินดา ข้าวเจ้าพันธุ์ธัญญา 6401 โดยไบโอเทคทำงานร่วมกับหน่วยงานพันธมิตรทั้งภาครัฐ และเอกชน ในนการปลูกทดสอบในแปลง และประเมินความพึงพอใจ ร่วมกับเกษตรกร ซึ่งเป็นโมเดลการทำงานที่เปิดโอกาสให้เกษตรกร และผู้บริโภค ได้มีส่วนร่วมคัดเลือกข้าวพันธุ์ดี ที่เหมาะสม เพื่อนำไปขยายผลการปลูกในพื้นที่ต่อไป ในปี 2564 ไบโอเทคกำลังเตรียม ข้าวหอมจินดา ซึ่งเป็นข้าวเจ้าที่ได้จากการผสมข้ามพันธุ์แบบดั้งเดิมระหว่างข้าวพันธุ์ปทุมธานีเป็นสายพันธุ์แม่ […]

เชื้อไวรัสซิกา : เชื้อก่อโรคที่สามารถป้องกันได้

นักวิจัยไบโอเทค สวทช. พัฒนาออร์แกนอยด์ หรืออวัยวะจำลองมดลูกและรก เพื่อศึกษาวิธียับยั้งการแพร่ เชื้อไวรัสซิกา จากแม่สู่ลูก เชื้อไวรัสซิกา เกิดจากยุงลายเป็นพาหะสำคัญเช่นเดียวกับโรคไข้เลือดออก สามารถถ่ายทอดจากแม่สู่ลูก ซึ่งยังไม่มีวัคซีนหรือยาป้องกันการติดเชื้อได้ มักพบในประเทศเขตร้อน ข้อดีของออร์แกนอยด์ หรือการสร้างอวัยวะจำลองมดลูกและรก คือนักวิจัยสามารถทำการทดลองเพื่อศึกษาการติดเชื้อของโรค และทดสอบการใช้ยาในการรักษา โดยที่ไม่ต้องทดสอบกับอาสาสมัครหรือคนไข้จริง โครงการนี้เป็น 1 ใน 5 โครงการ TDR Global Crowdfunding Challenge Contest ขององค์การอนามัยโลก (WHO) ซึ่งจัดตั้งเพื่อสนับสนุนงานวิจัยเกี่ยวกับโรคติดต่อในเขตร้อน พร้อมเปิดระดมทุนเพื่อดำเนินงานวิจัย (Crowdfunding for Science) ตั้งเป้า 8,000 ดอลลาร์สหรัฐ (ประมาณ 260,000 บาท) ในช่วงระยะเวลาการตั้งครรภ์ รกเป็นอวัยวะที่เชื่อมต่อระหว่างทารกและแม่ มีหน้าที่ในการควบคุมการแลกเปลี่ยนสารต่าง ๆ ระหว่างแม่และทารกในครรภ์ ซึ่งรวมไปถึงสารอาหาร แก๊ส ของเสีย และยาต่าง ๆ ที่แม่รับประทาน เข้าไป นอกจากนี้ รกยังเป็นตัวเชื่อมการถ่ายทอดเชื้อโรคต่างๆ จากแม่สู่ทารกอีกด้วย […]

หากไม่มีเหตุการณ์อุกกาบาตพุ่งชนโลกครั้งนั้น ไดโนเสาร์จะมีชีวิตรอดมาถึงทุกวันนี้หรือเปล่า

จากหายนะ การสูญพันธุ์ของไดโนเสาร์ เมื่อ 66 ล้านปีก่อน ทำให้นักบรรพชีวินวิทยามานั่งจับเข่าคุยกันในหัวข้อ จะเกิดอะไรขึ้นหากเหตุการณ์เมื่อวันนั้นไม่เคยเกิดขึ้น