วัฏจักรของสารอาหารในระบบนิเวศ (GE ชีวิตกับสิ่งแวดล้อม)

วัฏจักรของสารอาหารในระบบนิเวศ

1. วัฏจักรน้ำ (Water Cycle)

1.1 ความหมายวัฏจักรน้ำ (Water Cycle)

วัฏจักรน้ำ (Water Cycle) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงสภาพการดำรงอยู่ของน้ำตามสภาพแวดล้อมที่แปรเปลี่ยน ทั้งในสิ่งมีชีวิต อากาศ ดิน และหิน จากระบบหนึ่งไปสู่ระบบหนึ่งหมุนเวียนเป็นวัฏจักร

1.2 การหมุนเวียนเป็นวัฏจักรน้ำ

1.2.1 วัฏจกัรน้ำในอากาศ

ไอน้ำในบรรยากาศ เรียกว่า atmospheric moisture เป็นน้ำที่อยู่ในรูปของไอน้ำที่ล่องลอยในบรรยากาศที่มองเห็นได้ในรูปของเมฆ หมอก แต่จะมองไม่เห็นในรูปของไอน้ำ

ไอน้ำในบรรยากาศเกิดจากการระเหยของน้ำผิวดิน และน้ำทะเล รวมถึงการคายน้ำจากพืช เมื่อไอน้ำในบรรยากาศสะสมรวมตัวกันมากขึ้นจนถึงจุดอิ่มตัวแล้วก็จะกลั่นตัว และควบแน่นเป็นหยดน้ำตกลงสู่พื้นโลกในหลายรูปแบบ ได้แก่ น้ำฝน น้ำค้าง ลูกเห็บ และหิมะ

(1) น้ำค้าง หมายถึง น้ำที่เกิดจากการกลั่นตัวของไอน้ำในระดับต่ำเหนือผิวดินหลังจากได้รับความเย็นกลายเป็นหยดน้ำขนาดเล็กจับตามใบพืช น้ำค้างนี้ จะเิกิดมากในช่วงฤดูหนาวที่มีอุณหภูมิของอากาศต่ำในช่วงกลางคืน

(2) ลูกเห็บ หมายถึง น้ำที่อยู่ในรูปของแข็งที่เกิดจากการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำบริเวณที่อุณหภูมิของบรรยากาศต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำจนรวมตัวกันเป็นก้อนน้ำแข็งตกลงสู่พื้นโลกพร้อมกับน้ำฝน

(3) หิมะ หมายถึง น้ำที่อยู่ในรูปของเกล็ดที่เกิดจากการกลั่นตัวบริเวณที่อุณหภูมิบรรยากาศต่ำกว่าจุดเยือกแข็งจนกลายเป็นเกล็ดน้ำขนาดเล็กตกลงสู่พื้นโลก หิมะนี้มักเกิดบริเวณขั้วโลกเหนือ และขั้วโลกใต้ รวมถึงบริเวณภูเขาสูงที่มีอุณหภูมิของบรรยากาศ นอกจากนั้น มักตกลงบนพื้นโลกในพื้นที่ระดับต่ำจากการเปลี่ยนแปลงฤดู และอุณหภูมิอากาศที่ต่ำไหลพาดผ่่าน

(4) น้ำฝน หมายถึง น้ำที่เกิดการกลั่นตัวของไอน้ำในระดับความสูงในบรรยากาศที่เกิดจากการรวมตัวกันของไอน้ำปริมาณมาก หรือที่เรียกว่า เมฆ จนกลายเป็นหยดน้ำฝนตกลงสู่ผิวโลก ซึ่งจะเกิดปรากฏการณ์ฟ้าแลบ ฟ้าผ่าร่วมด้วยเสมอ น้ำฝนที่เกิดขึ้นในบรรยากาศ ส่วนมากจะตกลงสู่ผิวโลก บางส่วนจะระเหยกลับเป็นไอน้ำ โดยน้ำฝนที่ตกลงสู่ผิวโลกจะซึมลงสู่ดินการเป็นน้ำใต้ดิน และน้ำบาดาลก่อนไหลซึมผ่านดิน และหิน ไหลลงสู่แม่น้ำ และน้ำฝนบางส่วนที่ไหลรวมจากแหล่งน้ำผิวดินลงสู่แม่น้ำ ซึ่งเรียกน้ำที่ไหลบนผิวดินนี้ว่า น้ำท่า บางส่วนจะถูกกักเก็บในอ่างเก็บน้ำ บ่อดิน แอ่งน้ำกลายเป็นน้ำผิวดิน และบางส่วนจะถูกพืชดูดซับไว้ในลำต้นสำหรับการเจริญเติบโต รวมถึงเข้าสู่ร่างกายสัตว์หรือมนุษย์ผ่านการดื่มกิน

1.2.2 น้ำใต้ดิน

น้ำใต้ดิน หมายถึง น้ำที่ถูกกักเก็บหรือไหลอยู่ระหว่างอนุภาคดิน ช่องว่างของหินหรือรอยแตกของหิน ช่องว่างของกรวดทราย โดยแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ น้ำใต้ดินระดับตื้น และน้ำบาดาล

น้ำฝนที่ตกลงสู่ผิวโลกจะซึมผ่าน และถูกกักเก็บไว้ในช่องว่างอนุภาคดิน เรียกว่า น้ำใต้ดินระดับตื้น เมื่อชั้นดินกักเก็บน้ำจนถึงจุดอิ่มตัวแล้ว น้ำบางส่วนจะซึมลงสู่ชั้นหินกักเก็บในช่องว่างของหิน และกรวดทราย เรียกว่า น้ำบาดาล และบางส่วนจะไหลซึมลงสู่แม่น้ำที่อยู่ในระดับต่ำกว่าก่อนจะไหลลงสู่ทะเล ทั้งนี้ น้ำใต้ดินระดับตื้นบางส่วน เมื่อได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์จะระเหยกลายเป็นไอน้ำเข้าสู่บรรยากาศ

(1) น้ำใต้ดินระดับตื้น หมายถึง น้ำที่ถูกกักเก็บอยู่ระหว่างอนุภาคดิน มักมีระดับน้ำแปรเปลี่ยนตามฤดูกาล แหล่งน้ำประเภทนี้จะมีลักษณะขุ่น มีตะกอนดินมาก น้ำมีสีต่างๆตามแหล่งดิน นิยมนำมาใช้อุปโภค และเพื่อการเกษตรเป็นหลัก

(2) น้ำบาดาล หมายถึง น้ำที่ถูกกักเก็บอยู่ในช่องว่างของหินหรือรอยแตกของหิน รวมถึงช่องว่างของกรวดทรายที่อยู่ใต้ระดับชั้นดินลึกลงมา แหล่งน้ำนี้จะมีลักษณะใส มีตะกอนน้อย และมีความสะอาดสูง นิยมใช้เพื่อการอุปโภค และบริโภค

1.2.3. น้ำผิวดิน

น้ำฝนที่ตกลงสู่ผิวดิน เมื่อดินมีการดูดซับ และกักเก็บในช่องว่างของดินเต็มความจุที่ดินจะรองรับได้แล้วจะทำให้เกิดการไหลบ่าตามผิวดินลงสู่ที่ต่ำ เช่น แม่น้ำ อ่างเก็บน้ำ แอ่งน้ำ บึง เป็นต้น เรียกน้ำที่ถูกกักเก็บบนผิวดินว่า น้ำผิวดิน

น้ำผิวดิน แบ่งได้ ดังนี้

(1) อ่างเก็บน้ำ และเขื่อน เป็นแหล่งน้ำผิวดินที่มนุษย์สร้างขึ้นเพื่อกักเก็บน้ำที่ไหลมาจากพื้นดินลงสู่ที่ต่ำด้วยการสร้างทำนบดิน คอนกรีต หรือหินขวางทางไหลของน้ำ มักสร้างในพื้นที่ลุ่มน้ำที่มีน้ำท่าในปริมาณมาก เช่น เขื่อนภูมิพล เขื่อนป่าสัก เขื่อนลำปาว เป็นต้น

(2) ฝาย เป็นแหล่งน้ำผิวดินที่มนุษย์สร้างขึ้นด้วยการสร้างฝายคอนกรีตปิดกั้นลำน้ำเพื่อยกระดับน้ำในลำน้ำให้สูงขึ้น

(3) บ่อดิน เป็นแหล่งน้ำผิวดินที่มนุษย์สร้างขึ้นด้วยการขุดเปิดหน้าดินออกให้มีระดับความลึกในระดับต่างๆสำหรับเก็บกักน้ำฝน

(4) บึง และพื้นที่ชุ่มน้ำ เป็นแหล่งน้ำผิวดินที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในระดับพื้นที่ที่ต่ำกว่าพื้นที่รอบข้างด้วยการรองรับน้ำฝน และน้ำท่าบริเวณรอบข้าง เช่น บึงบอระเพ็ด เป็นต้น

(5) แม่น้ำ ลำคลอง ลำห้วย เป็นแหล่งน้ำผิวดินทั้งที่เกิดจากตามธรรมชาติ และมนุษย์สร้างขึ้น ทำหน้าที่เป็นพื้นที่รองรับน้ำท่า และน้ำฝนในลักษณะการไหลรวมกันลงสู่ที่ต่ำ

1.2.4 น้ำทะเล

น้ำทะเล เป็นแหล่งกักเก็บน้ำในระดับต่ำสุด และมีปริมาณมากที่สุดในแหล่งกักเก็บน้ำทั้งหมด เป็นน้ำที่เกิดจากการไหลรวมกันของน้ำผิวดิน น้ำใต้ดินระดับตื้น และน้ำบาดาล รวมถึงน้ำฝนที่ตกลงสู่ทะเลโดยตรง

1.2.5 น้ำในสิ่งมีชีวิต

(1) น้ำในพืช

พืชจะดูดเก็บน้ำไว้ในเซลล์พืชเพื่อใช้สำหรับการสังเคราะห์แสง และการเจริญเติบโต ซึ่งน้ำบางส่วนจะระเหยออกจากพืช เรียกว่า การคายน้ำของพืช

(2) น้ำในมนุษย์

มนุษย์ และสัตว์จะได้รับน้ำเข้าสู่ร่างกายผ่านการดื่มกินเพื่อใช้สำหรับการดำรงชีพ และการรักษาสภาพเซลล์ รวมถึงมีบทบาทสำคัญต่อกระบวนการทำงานต่างๆของร่างกาย

(3) น้ำในสัตว์ น้ำที่ระบายออกจากสัตว์ และมนุษย์จะออกผ่านทางการปัสสาวะในรูปของน้ำปัสสาวะ และการระเหยออกในรูปของไอน้ำผ่านการหายใจ และระเหยผ่านเซลล์ผิวหนัง

(4) น้ำท่า (Streamflow) หมายถึง น้ำที่มีการไหลบนผิวดิน และใต้ดินลงสู่ระดับที่ต่ำกว่า ได้แก่ น้ำในแม่น้ำ ลำคลอง ลำห้วย น้ำใต้ดินระดับตื้น และน้ำบาดาล มีองค์ประกอบ 4 ส่วน คือ

– น้ำฝนที่ตกลงสู่แหล่งน้ำผิวดิน

– น้ำฝนที่ตกลงสู่ผิวดิน

– น้ำที่ไหลในระดับน้ำใต้ดิน

– น้ำที่ไหลในระดับน้ำบาดาล              

1.3 ดัชนีชี้วัดคุณภาพน้ำ

• อุณหภูมิของน้ำ

• ความเป็นกรด-ด่าง (pH)

• ความขุ่น (Turbidity)

• ค่าการนำไฟฟ้า (EC)

• ความเค็ม (Salinity)

• ความกระด้าง (Hardness)

• ความต้องการออกซิเจนในการย่อยสลายอินทรีย์วัตถุในน้ำ (BOD)

• ความต้องการออกซิเจนในการออกซิไดซ์อินทรีย์วัตถุ และอนินทรีย์วัตถุในน้ำ (COD)

• ออกซิเจนละลายน้ำ (DO)

• สารแขวนลอยในน้ำทั้งหมด (TSS)

• สารที่ละลายในน้ำทั้งหมด (TDS)

• สารประกอบต่างๆ เช่น ไนเตรต ซัลเฟต เป็นต้น

• โลหะหนักต่างๆ เช่น ตะกั่ว แคดเมียม แมงกานีส เป็นต้น

• เชื้อโรค และจุลินทรีย์ต่างๆ เช่น ฟีคอลคอโลฟอร์มแบคทีเรีย เป็นต้น

2.วัฏจักรฟอสฟอรัส (phosphorus cycle)

2.1 ความหมายวัฏจักรฟอสฟอรัส (phosphorus cycle)

วัฏจักรฟอสฟอรัส (phosphorus cycle) หมายถึง หมายถึง การเปลี่ยนแปลงสภาพของธาตุฟอสฟอรัส และสารประกอบฟอสฟอรัสตามสภาพแวดล้อมที่แปรเปลี่ยนด้วยกระบวนการทางเคมี และการย่อยสลายของจุลินทรีย์ ทั้งในหิน ดิน น้ำ และสิ่งมีชีวิต จากระบบหนึ่งไปสู่ระบบหนึ่ง หมุนเวียนเป็นวัฏจักร

2.2 สถานะฟอสฟอรัสที่พบในธรรมชาติ

2.2.1 ฟอสฟอรัสในรูปของแข็ง (Solid Phosphorus )

(1) หินฟอสฟอรัส

– Hydroxyapatite : Ca10(PO4)6(OH)2

– Carbonate Fluorapatite : (Ca,H2O)10(PO4,CO3)6(F,OH)2

– Variscite, Strengite : AlPO4.2H2O,FePO4.2H2O

– Crandallite : CaAl3(PO4)2(H)2.H2O

– Wavellite : Al3(OH)3(PO4)2

(2) ของแข็งผสม

– ฟอสฟอสรัสในดินเหนียวเช่น Kaolinite : [Si2O5Al2(OH)4.(PO4)]

– ฟอสฟอสที่มีองค์ประกอบของโลหะ : [Me(OH)x(PO4)3-x/3]

– ฟอสฟอรัสอินทรีย์สารในดินเหนียว : [Si2O5Al2(OH)4.ROP]

(3) สารแขวนลอย หรือ สารละลายฟอสฟอรัสอินทรีย์สาร

– ฟอสฟอรัสในแบคทีเรีย : ฟอสโฟลิปิด

– ฟอสฟอรัสในพืช : ฟอสโฟโปรตีน, กรดนิวคลีอิก, โพลีแซคคาไรด์ ฟอสเฟต

2.2.2 ฟอสฟอรัสในรูปสารละลาย (Soluble Phosphorus )

(1) Orthophosphate : H2PO43-, HPO42-, PO4 3- และCaHPO4

(2) ฟอสฟอรัสที่ตกตะกอนในรูปอนินทรีย์สาร

– ไพโร ฟอสเฟต : HP2O7 3-, P2O4–, CaP2O72- และ MnP2O72-

– ไตรโพลี ฟอสเฟต : HP3O104-, P3O103- และ CaP3O102-

– ไตรเมตา ฟอสเฟต : HP3O92-, P3O93- และCaP3O9–

(3) ฟอสฟอรัสในรูปอินทรีย์สาร

– ฟอสเฟตในน้ำตาล : กลูโคเซล ฟอสเฟต , อะดิโนไซน์

– Inositol Phosphates : โมโนฟอสเฟต

– ฟอสโฟลิปิด : Inositol Mono and Hexaphosphate

– ฟอสฟอรัสในโปรตีน : Glycerophosphate, Phosphatidic Acids และ Phosphocreatine

2.3 ฟอสฟอรัสที่พบในแหล่งต่างๆ

2.3.1 ฟอสฟอรัสในแหล่งหิน

ฟอสฟอรัสในหิน หรือที่เรียกว่า หินฟอสเฟต ถือเป็นแหล่งฟอสฟอรัสปฐมภูมิที่เป็นจุดเริ่มต้นของวัฏจักรฟอสฟอรัส เพราะฟอสฟอรัสที่คงสถานะอยู่บนโลกส่วนใหญ่มาจากแหล่งของหินเป็นหลัก ก่อนที่จะมีการแตกย่อย และปลดปล่อยเป็นฟอสฟอรัสในดิน น้ำ และในพืช และสัตว์ต่อไป

                                   หินฟอสเฟต หมายถึง หินที่มีองค์ประกอบของสารประกอบแคลเซียมฟอสเฟต หรือ ที่เรียกว่า แร่ฟอสฟอไรท์ (Phosphorites) [(Ca3PO4)2] เป็นหลัก ซึ่งฟอสเฟตมักพบในรูป Ca5[(PO4)3(F)] หรือ แร่อะพาไทต์ (Apatite)

                                   แร่ฟอสฟอไรท์มักพบแร่ที่เป็นกัมมันตรังสีอยู่ด้วย ได้แก่ ยูเรเนียม ประมาณ 20-300 ppm และทอเรียม ประมาณ 1-5 ppm

                                   แร่อะพาไทต์ (Apatite) ที่พบในธรรมชาติจะมีลักษณะเป็นหินสีต่างๆ เช่น สีขาว สีเหลือง สีน้ำตาล และสีดำ แร่นี้ที่พบส่วนใหญ่เกิดจาก

– การแปรเปลี่ยนมาจากหินอัคนี

– หินฟอสเฟตที่เป็นสินแร่จากการตกตะกอน และทับถมในทะเล

– หินฟอสเฟตที่เกิดจากการสะสม และทับถมของมูลค้างคาว และนกทะเล

                                   ฟอสฟอรัสในหินที่พบในประเทศไทยส่วนใหญ่พบอยู่ในรูปของแร่อะพาไทต์ ซึ่งมีประมาณ 5 ชนิด คือ

– Carbonate apatite : (Ca3[(PO4)2])3.CaO3

– Fluorapatite : (Ca3[(PO4)2])3.CaF2

– Chloroapatite : (Ca3[(PO4)2])3.CaCl2

– Hydroxy apatite : (Ca3[(PO4)2])3.Ca(OH)2

– Sulfate apatite : (Ca3[(PO4)2])3.CaSO4

                                   หินฟอสเฟตเป็นแหล่งวัตถุดิบหลักในการผลิตปุ๋ยฟอสเฟตสำหรับในในแปลงเกษตร ซึ่งอาจใช้ในรูปของหินฟอสเฟตที่ยังไม่ได้ผ่านกระบวนการปรับปรุงแร่ ซึ่งปุ๋ยฟอสเฟตประเภทนี้จะมีฟอสฟอรัสที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้น้อย เนื่องจากยังอยู่ในรูปของสินแร่ แต่มีราคาถูกกว่าปุ๋ยฟอสฟอรัสแบบปรุบปรุงแร่ และจะให้ฟอสฟอรัสออกมาอย่างต่อเนื่องในอนาคตจากการผุกร่อน และการย่อยสลายจากจุลินทรีย์

                                   ส่วนปุ๋ยฟอสเฟตอีกประเภทจะเป็นหินฟอสเฟตที่ผ่านกระบวนการปรับปรุงแร่เพื่อให้ปลดปล่อยฟอสฟอรัสออกมามากที่สุด เช่น การย่อยด้วยกรด และการให้ความร้อน เป็นต้น ซึ่งจะได้ปริมาณฟอสฟอรัสที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้มากกว่าปุ๋ยฟอสฟอรัสประเภทแรก แต่มีข้อเสีย คือ มีราคาสูง และให้ฟอสฟอรัสในช่วงระยะสั้น รวมถึงอาจเกิดการชะล้างซึมลงดินหรือละลายในน้ำมากขึ้น

2.3.2 ฟอสฟอรัสในดิน

สารประกอบฟอสฟอรัสในดินแบ่งเป็น 3 แหล่ง คือ

(1) สารประกอบฟอสฟอรัสที่มาจากการแตกสลายหรือการผุกร่อน และการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ของหิน ตามธรรมชาติ

(2) สารประกอบฟอสฟอรัสที่มาจากการย่อยสลายของซากพืช และซากสัตว์ตามธรรมชาติ

(3) สารประกอบฟอสฟอรัสที่มาจากการใส่ปุ๋ยฟอสเฟตโดยมนุษย์

                                   ฟอสฟอรัสในดินบางส่วนจะถูกพืชดูดซึมเข้าไปใช้สำหรับการเจริญเติบโต และพบเป็นองค์ประกอบของเนื้อเยื่อในพืช และต่อเนื่องสู่ร่างกายสัตว์ เช่น กรดนิวคลีอิก ฟอสโฟลิปิด และน้ำตาล เป็นต้น บางส่วนจะถูกชะละลายในน้ำ ไหลลงสู่แหล่งน้ำกลายเป็นสารประกอบฟอสเฟตในน้ำต่อไป

2.3.3 ฟอสฟอรัสในแหล่งน้ำ และน้ำเสีย

ฟอสฟอรัสในแหล่งน้ำธรรมชาติ และแหล่งน้ำเสีย สามารถพบได้ในรูปของแข็งหรือสารแขวนลอย และสารละลาย แบ่งเป็น 3 ลักษณะ คือ

(1) ออโธฟอสเฟต (Orthophosphate) หรือ ฟอสฟอรัสละลายน้ำ (Soluble Reactive Phosphorus) เป็นสารประกอบฟอสฟอรัสที่ละลายได้ดีน้ำ จัดเป็นแหล่งฟอสฟอรัสที่มีความสำคัญต่อแพลงก์ตอนพืชสำหรับนำไปใช้

เพื่อการเจริญเติบโต ได้แก่

– Trisodium Phosphate (Na3PO4)

– Disodium Phosphate (Na2HPO4)

– Monosodium Phosphate (NaH2PO4)

– Diammonium Phosphate ((NH4)2HPO4)

(2) โพลีฟอสเฟต (Polyphosphate) เป็นสารประกอบฟอสฟอรัสที่พบมากในแหล่งน้ำเสียที่มาจากส่วนผสมของสารซักล้าง และทำความสะอาดต่างๆ ทั้งจากครัวเรือน และโรงงานอุตสาหกรรม เมื่อแตกตัวจะได้สารออร์โธฟอสเฟตออก ได้แก่

– Sodium Hexametaphosphate (Na3(PO4)6)

– Sodium Triphosphate (Na5P3O10)

– Tetrasodium Pyrophosphate (Na4P2O7)

สารออร์โธฟอสเฟต เมื่อถูกไฮโดรไลซ์ในน้ำจะได้สารกลับไปเป็นออโธฟอสเฟต (Orthophosphate)

(3) อินทรีย์ฟอสเฟต (Organic Phosphate) เป็นสารประกอบชีวภาพที่ได้จากการย่อยสลายอินทรีย์วัตถุทั้งในพืช และในสัตว์ ได้แก่

– Nucleic Acid

– Phospholipids

– Sugar Phosphate

                                   ฟอสฟอรัสที่อยู่ในรูปต่างในแหล่งน้ำ และแหล่งน้ำเสียจะถูกแพลงก์ตอนพืชนำไปใช้สำหรับกระบวนการเจริญเติบโต และการแพร่จำนวน ซึ่งมักพบปรากฏการณ์ที่เกิดจากปริมาณฟอสฟอรัสในน้ำมากเกินไปที่เรียกว่า ยูโทรฟิเคชั่น มีน้ำมีลักษณะเปลี่ยนสีตามสีของแพลงก์ตอนพืชที่แพร่กระจายมากในแหล่งน้ำ เช่น น้ำมีสีเขียว น้ำมีสีแดง เป็นต้น แต่โดยทั่วไปจะพบเห็นน้ำมีสีเขียว ซึ่งนั้นแสดงว่าแหล่งน้ำนั้นมีปริมาณฟอสฟอรัสมาก

                                   แพลงก์ตอนพืชบางส่วนจะถูกกินเป็นอาหารของสัตว์น้ำขนาดเล็ก ทำให้ฟอสฟอรัสเข้าเป็นองค์ประกอบของสัตว์น้ำต่อไป และแพลงก์ตอนพืชบางส่วนจะมีวัฏจักรตายไปในระบบจะเกิดการเน่าสลายกลายเป็นสารประกอบฟอสฟอรัสที่ละลายได้ในน้ำ และบางส่วนจะเกิดปฏิกิริยาเคมีในน้ำตกตะกอนลงสู่ท้องน้ำ

2.3.4 ฟอสฟอรัสในสิ่งมีชีวิต

(1) ฟอสฟอรัสในพืช

ฟอสฟอรัสในพืชพบเป็นองค์ประกอบของเนื้อเยื่อในราก ลำต้น ดอก และผล โดยทำหน้าที่สำคัญ คือ ช่วยเร่ง และส่งเสริมการเจริญเติบโตของรากแก้ว รากแขนง และรากฝอย ช่วยให้รากดูดซึมน้ำ และแร่ธาตุๆได้ดีขึ้น รวมถึงช่วยกระตุ้นการออกดอก และการเติบโตของผล และเมล็ด

                                   พืชสามารถดูดซึมฟอสฟอรัสในดินสำหรับนำไปใช้ประโยชน์ได้ใน 2 รูป คือ H2PO4– (Dihydrogen phosphate ion) และ HPO42- (Monohydrogen phosphate ion)

                                   เมื่อพืชตายไปจะเกิดการเน่าสลาย ทำให้เกิดเป็นสารประกอบฟอสฟอรัสแทรกตัวอยู่ในดิน บางส่วนจะเข้าสู่ฟอสฟอรัสในแหล่งน้ำจากการละลายน้ำ บางส่วนจะถูกดูดซึมจากพืชกลับเข้าสู่ฟอสฟอรัสในพืชอีกครั้ง

(2) ฟอสฟอรัสในสัตว์ และมนุษย์

ฟอสฟอรัสที่พบในร่างกายสัตว์ และมนุษย์จะพบมากเป็นส่วนประกอบของกระดูก และฟัน ซึ่งจะอยู่ในรูปของเกลืออนินทรีย์ฟอสฟอรัสเป็นส่วนใหญ่ รองลงมาจะพบในรูปของสารประกอบอินทรีย์ ได้แก่ ฟอสโฟโปรตีน กรดนิวคลีอิก ฟอสโฟลิปิด และเฮกโซสฟอสเฟต ในเนื้อเยื่อต่างๆของร่างกาย

                                   หน้าที่ของฟอสฟอรัสในร่างกาย

– เป็นส่วนประกอบของกระดูก และฟัน

– ช่วยในการดูดซึมวิตามินดี และกระตุ้นการทำงานของวิตามินดีในร่างกาย

– เป็นสารบัฟเฟอร์ รักษาสถาพความเป็นกรด-ด่างในร่างกาย

– เป็นองค์ประกอบของกรดนิวคลีอิก ที่เป็นสารถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรม

– ทำหน้าที่กระตุ้นการทำงานของฮอร์โมนที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโต

– เป็นองค์ประกอบสำคัญในเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับระบบกระแสประสาท

– กระตุ้นการทำงานของน้ำย่อยโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมัน

เมื่อร่างกายสัตว์ และมนุษย์ตายไป และถูกย่อยสลาย ฟอสฟอรัสจะอยู่ในรูปของเกลืออนินทรีย์ และฟอสฟอรัสอินทรีย์ที่แทรกตัวอยู่ในดิน และน้ำ ต่อไป

3. วัฏจักรซัลเฟอร์ หรือ กำมะถัน (Sulphur Cycle)

3.1 ความหมายวัฏจักรซัลเฟอร์ หรือ วัฏจักรกำมะถัน (Sulphur Cycle)

วัฏจักรซัลเฟอร์ หรือ วัฏจักรกำมะถัน (Sulphur Cycle) หมายถึง การเคลื่อนย้าย และการเปลี่ยนรูปของสารประกอบซัลเฟอร์จากระบบหนึ่งไปสู่ระบบหนึ่ง ทั้งจากในหิน ดิน น้ำ พืช สัตว์ และอากาศ หมุนเวียนเป็นวัฏจักร

3.2 การหมุนเวียนเป็นวัฏจักรซัลเฟอร์ หรือ วัฏจักรกำมะถัน (Sulphur Cycle)

3.2.1 ซัลเฟอร์ในหิน และดิน

ซัลเฟอร์ในหิน และดิน ถือเป็นแหล่งซัลเฟอร์ที่มีขนาดใหญ่ และเป็นแหล่งกำเนิดของวัฏจักรซัลเฟอร์ที่เปลี่ยนรูปไปสู่อีกระบบหนึ่ง

                                   ซัลเฟอร์ในหินพบได้มากเป็นองค์ประกอบในกลุ่มแร่ต่างๆ ได้แก่

- กลุ่มแร่ซัลไฟด์ ได้แก่ แร่คาลโคไซท์ (chalcocite) แร่บอร์ไนท์ (bronite) แร่สฟาเลอไรท์ (sphalerite) และแร่ไพไรท์ (pyrite) เป็นต้น

- กลุ่มแร่ซัลโฟซอลท์ ได้แก่ แร่เจมโซไนท์ (Pb4FeSb6S14)

- กลุ่มแร่ซัลเฟต ได้แก่ แร่แบร์ไรท์ (barite) แร่แอนไฮไดร์ท (anhydrite) เป็นต้น

                                   แร่ของสารซัลเฟอร์เหล่านี้ เมื่อมีการผุผังหรือถูกย่อยสลายจะปลดปล่อยซัลเฟอร์ออกมาเป็นองค์ประกอบในดินหรือน้ำในรูปของสารประกอบซัลเฟต (SO42-) หรือ อิออนซัลไฟด์ (S2-) ที่สามารถเข้าทำปฏิกิริยากลายเป็นสารประกอบต่างๆ เช่น แมกนีเซียมซัลเฟต (MgSO4) กรดซัลฟูริก (H2SO4) เป็นต้น ซึ่งจะเปลี่ยนรูปเป็นรูปของสารประกอบอยู่ในระบบของดิน และน้ำ

ซัลเฟอร์ในดินเป็นแหล่งที่เกิดจากการย่อยสลาย และผุกร่อนของหินที่ปลดปล่อยซัลเฟอร์ออกมาเข้ารวมกับโลหะหรือธาตุอื่นๆ แต่บางส่วนอาจยังคงเหลือสารประกอบซัลเฟอร์ที่อยู่ในรูปของสินแร่ขนาดเล็กที่ค่อยๆผุผัง และปลดปล่อยซัลเฟอร์ออกมาเรื่อยๆ

ซัลเฟอร์ในดินบางส่วนเกิดจากการย่อยสลายของินทรีย์วัตถุ ซึ่งปลดปล่อยออกมารวมกับสารอื่นในรูปของซัลเฟต แต่ก่อนนั้น ซัลเฟอร์บางส่วนจะถูกรีดิวซ์เป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ก่อนจะถูกออกซิไดซ์กลายมาเป็นซัลไฟด์ (SO3–) และซัลเฟต (SO42-) ตามลำดับ โดยเรียกกระบวนการนี้ว่า Sulfofication Process แต่หากดินไม่มีออกซิเจนที่เพียงพอก็จะเิกิดเป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) และ คาร์บอนไดซัลไฟด์ (CS2)

ซัลเฟต (SO42-) ในดินจะถูกพืชดูดซึมเพื่อนำไปใช้ประโยชน์เป็นองค์ประกอบของกรดอะมิโน บางส่วนจะละลายในน้ำในรูปของสารประกอบซัลเฟตต่างๆ นอกจากนั้น พืชยังสามารถดูดซึมซัลเฟอร์นำไปใช้ประโยชน์ได้ในรูปของกรดอะมิโนที่เพิ่งถูกย่่อยสลายใหม่ รวมถึงซัลเฟอร์ที่อยู่ในรูปของก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ด้วย แต่หากบรรยากาศมี SO2 จะเกิดความเป็นพิษต่อพืชได้

ดินที่มีน้ำขัง และมีปริมาณออกซิเจนน้อยจะเกิดสภาพรีดักชันอย่างรุนแรง ทำให้ซัลเฟต (SO42-)ถูกรีดีวซ์เป็นซัลไฟด์ (SO3–) และเกิดเป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์ H2S โดยขณะก่อนนั้น Fe+3 จะถูกรีดีวซ์เป็น Fe+2 ซึ่งเกิดก่อนปฏิกิริยารีดักชันของซัลเฟตเป็นซัลไฟด์ เมื่อมี Fe+2 อยู่ในสารละลายดิน Fe+2 จะรวมตัวกับ H2S เกิดเป็น FeS และตกตะกอน

นอกจากนั้น ซัลเฟต (SO42-) และ ซัลไฟด์ (SO3–) บางส่วนจะเข้าทำปฏิกิริยากับน้ำจนได้กรดซัลฟูริก (H2SO4) ทำให้ดินบริเวณนั้นมีสภาพเป็นกรด หรือที่เรียกว่า ดินเปรี้ยว ซึ่งแหล่งดินที่มีสภาพความเป็นกรดมากมักจะพบแร่ในกลุ่มของซัลเฟตมาก

3.2.2 ซัลเฟอร์ในน้ำ และน้ำทะเล

ซัลเฟอร์ในน้ำ สามารถพบทั้งในแหล่งน้ำจืืด น้ำเสีย และน้ำทะเล แบ่งได้ ดังนี้

(1) ซัลไฟล์ทั้งหมด (Total Sulfide) ได้แก่ ไฮโดรเจนซัลไฟล์ที่ละลายน้ำ (Dissolved H2S) อิออนซัลไฟด์ (S2-) อิออนไบซัลไฟด์ (HS–) และสารประกอบของโลหะซัลไฟด์ที่แขวนลอยหรือตกตะกอนในน้ำ เช่น คอปเปอร์ซัลเฟต (CuSO4) โซเดียมซัลเฟต (Na2SO4) แมกนีเซียมซัลเฟต (MgSO4) เป็นต้น

(2) ซัลไฟล์ละลาย (Dissolved Sulfide) หมายถึง อิออนซัลไฟด์ (S2-) และอิออนไบซัลไฟด์ (HS–) ที่เหลือจากการกำจัดสารแขวนลอย และสารตกตะกอนของซัลไฟด์ออกไปแล้ว

(3) ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟล์อิสระ (Un-lonized Hydrogen Sulfide) หมายถึง ไฮโดรเจนซัลไฟล์ (H2S) ที่ไม่แตกตัวเป็นเป็นอิออน

                                   น้ำ ที่มี pH ต่ำ จะมีไฮโดรเจนซัลไฟล์มาก ทำให้มีกลิ่นเหม็นมาก ส่วนน้ำที่มี pH ปานกลาง ที่มีไฮโดรเจนซัลไฟด์อยู่จะไม่มีกลิ่นเหม็น และน้ำที่มี pH สูง จะมีไฮโดรเจนซัลไฟด์น้อย และไม่มีกลิ่นเหม็น ทั้งนี้ การเกิดปริมาณของไฮโดรเจนซัลไฟด์แปรผันโดยตรงกับปริมาณกรด (H+) ในน้ำโดยตรง ดังสมการ

SO4 2- + Organic matter  →  S2- + H2O + CO2

S2- + H+ →  HS–

HS– + H+ →  H2S

3.2.3 ซัลเฟอร์ในพืช และสัตว์

ซัลเฟอร์ จัดเป็นธาตุอาหารหลัก 1 ใน 9 ธาตุ โดยพบเป็นองค์ประกอบในเซลล์พืช และร่างกายสัตว์ และมนุษย์จะอยู่ในรูปของสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญ ได้แก่ โปรตีนหรือกรดอะมิโนชนิดต่างๆ และเคราติน

ซัลเฟอร์ในพืชพบมากที่สุดในส่วนราก และพบได้ในส่วนอื่น อาทิ ลำต้น ใบ ดอก และผล ซึ่งพืชจะใช้ซัลเฟอร์มากที่สุดในระยะการออกดอก ซึ่งหน้าที่ทั่วไปของซัลเฟอร์ที่มีต่อพืช ได้แก่ เป็นองค์ประกอบในการสังเคาะห์โปรตีน ช่วยในการแบ่งเซลล์ กระตุ้นการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ ช่วยเพิ่มปริมาณน้ำมันในพืช ส่งเสริมการเกิดปมรากในพืชตระกูลถั่ว กระตุ้นการสร้างเมล็ด และช่วยเสริมสร้างความแข็งแรงของลำต้น หากพืชขาดซัลเฟอร์มักจะทำให้ใบพืช และลำต้นมีสีเหลือง ลำต้นแคระแกร็น เมล็ดลีบแบน ผลสุกช้า เป็นต้น

                                   เมื่อพืช และสัตว์ตายไปจะเกิดการย่อยสลายด้วยจุลินทรีย์ ทำให้ธาตุซัลเฟอร์ถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) จากกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน ดังสมการ

สารอินทรีย์ + จุลินทรีย์ (สภาวะไร้อากาศ) → CH4 + CO2 + H2 + H2S

3.2.4 ซัลเฟอร์ในอากาศ

ซัลเฟอร์ในรูปของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) จะเกิดจากกระบวนการย่อยสลายอินทรีย์วัตถุในสภาวะไร้อากาศ นอกจากนั้น ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ยังสามารถถูกปลดปล่อยสู่บรรยากาศได้จากแหล่งอื่น เช่น การระเบิดของภูเขาไฟ การทำเหมือง การขุดเจาะน้ำมัน เป็นต้น

                                   นอกจากนั้น การเผาไหม้เชื้อเพลิงจากกิจกรรมของมนุษย์ เช่น การเผาถ่านหิน การเผาน้ำมันเตา เผาไหม้เชื้อเพลิงน้ำมันดีเซล รวมถึงการเผาเศษไม้ ใบไม้ ฟางข้าว สิ่งเหล่านี้จะทำให้เกิดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ลอยสู่บรรยากาศ

                                   ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่ลอยในบรรยากาศจะถูกออกซิไดซ์กลายเป็นก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) และเมื่อสัมผัสกับน้ำหรือความชื้นจะเกิดการรวมตัวกันเกิดเป็นกรดซัลฟูริกรวมกับน้ำฝนตกลงสู่พื้นดิน หรือที่เรียกว่า ฝนกรด ดังสมการ

2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O

2SO2 + O3 →  2SO3

SO3 + H2O →  H2SO4

4. วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle)

4.1 ความหมายวัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle)

วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงรูปของธาตุคาร์บอนในสถานะต่างๆที่หมุนเวียนเป็นองค์ประกอบในอากาศ แร่ธาตุ น้ำ สัตว์ และพืช ด้วยกระบวนการทางเคมี และการย่อยสลายของจุลินทรีย์จากระบบหนึ่งไปสู่ระบบหนึ่ง หมุนเวียนเป็นวัฏจักร

ธาตุคาร์บอน เป็นธาตุที่มีความสำคัญต่อระบบนิเวศ และสิ่งมีชีวิตบนโลก จัดเป็นธาตุที่เป็นองค์ประกอบทางเคมีของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ทั้งสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว และสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ คาร์บอนที่พบในธรรมชาติจะอยู่ในรูปของสารประกอบคาร์บอน ทั้งก๊าซ ของแข็ง ของเหลว ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงรูปตามแหล่งกักเก็บคาร์บอนในดิน หิน น้ำ บรรยากาศ และสิ่งมีชีวิต

คาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon Dioxide) คือ ก๊าซของสารประกอบคาร์บอนที่ประกอบด้วยธาตุคาร์บอน และออกซิเจน อัตราส่วน 1 : 2 อะตอม มีสูตรทางเคมี คือ CO

วัฏจักรคาร์บอนมีการหมุนเวียนของคาร์บอนจากคาร์บอนไดออกไซด์เป็นหลัก เริ่มตั้งแต่มีสถานะก๊าซในชั้นบรรยากาศ การละลายในน้ำ และน้ำฝน การตรึง และเปลี่ยนรูปในพืช และสัตว์ พร้อมมีการปลดปล่อยจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง การย่อยสลายของซากพืช ซากสัตว์ การสลายตัวของหินกลับเป็นคาร์บอนไดออกไซด์กลับสู่อากาศ เป็นต้น

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จัดเป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนในปัจจุบัน อันมีสาเหตุมาจากการปลดปล่อยในอัตราที่สูงมากจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง จนทำให้สมดุลการหมุนเวียนเปลี่ยนแปลงไป ส่งผลต่อการสะสมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากในบรรยากาศ

4.2 องค์ประกอบวัฏจักรคาร์บอน

องค์ประกอบของวัฏจักรคาร์บอน แบ่งเป็น 4 แหล่ง คือ คาร์บอนในบรรยากาศ, คาร์บอนในน้ำจืด และน้ำทะแล, คาร์บอนในดิน หินแร่ และฟอสซิล และคาร์บอนในสิ่งมีชีวิต

4.2.1 วัฏจักรคาร์บอนในบรรยากาศ

คาร์บอนในบรรยากาศจะอยู่ในรูปของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มาจาก 4 กระบวนการ คือ

(1) การหายใจของพืช และสัตว์

เมื่อสัตว์ และพืชมีการเจริญเติบโต และต้องการพลังงานจะมีเผาผลาญอาหาร โดยมีออกซิเจนจากการหายใจเข้าช่วยในกระบวนการ และแลกเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ออกทางลมหายใจกลับสู่อากาศ การแลกเปลี่ยนก๊าซจะเกิดขึ้นบริเวณปอดที่มีเส้นเลือดฝอยจำนวนมาก

(2) กระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิง

เชื้อเพลิงที่ใช้ในกระบวนการเผาไหม้ทั้งในภาคอุตสาหกรรม ภาคขนส่ง และภาคครัวเรือน ส่วนมากจะเป็นสารประกอบคาร์บอนเป็นหลัก เช่น น้ำมันดีเซล น้ำมันเบนซีน ก๊าซ LPG ไม้ ถ่าน ฝืน เป็นต้น เมื่อมีการเผาไหม้เชื้อเพลิงเหล่านี้จะทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จากการรวมตัวตัวคาร์บอน (C) ในเชื้อเพลิง และออกซิเจน (O2) ในอากาศแล้ว ดังสมการด้านล่าง

เชื้อเพลิง/วัตถุ + O2 → CO2 + H2O

(3) การย่อยสลายอินทรีย์วัตถุ

สารประกอบคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตจะถูกย่อยสลาย และปลดปล่อยสู่บรรยากาศจากกระบวนการย่อยสลายของจุลินทรีย์ แบ่งเป็น 2 แบบ คือ การย่อยสลายทางชีวเคมี และการย่อยสลายทางกายภาพ ซึ่งจะกล่าวในหัวข้อต่อไป

(4) การเปลี่ยนแปลงชั้นเปลือกโลก

การเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลก ทำให้มีการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศส่วนใหญ่มาจากภูเขาไฟระเบิด รองลงมาเป็นการปลดปล่อยจากแหล่งก๊าซในชั้นดิน ชั้นหินของเปลือกโลกจากการแยกตัวหรือเกิดรอยแตกเป็นช่องว่าง

4.2.2 วัฏจักรคาร์บอนในน้ำจืด และน้ำทะเล

(1) การละลายในน้ำจืด และน้ำทะเล

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศสามารถละลายในน้ำจืด และน้ำทะเลได้ ปริมาณการละลายขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ และอุณหภูมิของน้ำ นอกจากนั้น การหายใจของพืชน้ำ และสัตว์น้ำมีการปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาเช่นกัน บางส่วนจะละลายน้ำ บางส่วนจะถูกปลดปล่อยออกสู่บรรยากาศ โดยเมื่อละลายจะอยู่ในรูปของกรดคาร์บอนิก ดังสมการ

CO2 + H2O → H2CO3

วัฏจักรคาร์บอนในน้ำจืด และทะเลเป็นแหล่งสำรองคาร์บอนแหล่งใหญ่ที่มีปริมาณคาร์บอนมากกว่าในบรรยากาศ ถึง 50 เท่า ดังนั้น แหล่งคาร์บอนในน้ำจืด และน้ำทะเลจึงเป็นตัวควบคุมปริมาณคาร์บอนในบรรยากาศทั้งหมดที่มีการแลกเปลี่ยนกันอยู่เสมอ  นอกจากนี้ แหล่งน้ำยังได้รับคาร์บอนจากบรรยากาศในรูปของน้ำฝนที่ละลายคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศในรูปของกรดคาร์บอนิก (H2CO3) โดยน้ำฝน 1 ลิตร จะมีคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 0.3 ลูกบาศก์เซนติเมต รวมถึงการสลายตัวของพืช สัตว์ และแพลงก์ตอนในแหล่งน้ำที่ทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และละลายละลายอยู่ในรูปของกรดคาร์บอนิกร่วมด้วย

การสะสมของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำ และน้ำทะเลมาก จะมีกลไกลการควบคุมด้วยการตกตะกอนลงสู่ท้องน้ำลึกเพื่อลดความเข้มข้นให้น้อยลง

(2) การย่อยสลายอนินทรีย์วัตถุ และอินทรีย์วัตถุ

- การย่อยสลายโดยจุลินทรีย์

การย่อยสลายแบบใช้ออกซิเจน

*****************O2

สารอินทรีย์                    →                  CO2 + H2O

****************จุลินทรีย์

การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน

สารอินทรีย์                    →                  CO2 + H2S + CH4 + H2O

****************จุลินทรีย์

4.2.3 วัฏจักรคาร์บอนในดิน หินแร่ และฟอสซิล

(1) กระบวนการย่อยสลายอนินทรีย์วัตถุ และอินทรีย์วัตถุ

การย่อยสลายอินทรีย์วัตถุบนบกจะเป็นการย่อยสลายซากพืช ซากสัตว์ที่มีอยู่บนผิวดินหรือในดิน ด้วยจุลินทรีย์ทั้งในรูปแบบการใช้ออกซิเจน และไม่ใช้ออกซิเจน ดังที่กล่าวในหัวข้อที่ 2

คาร์บอนไดออกไซ์ที่เกิดขึ้นจากการย่อยสลายบนดิน บางส่วนจะถูกปลดปล่อยกลับสู่อากาศ บางส่วนจะถูกยึดแทรกตัวอยู่ระหว่างอนุภาคของดินเหนียว

(2) การทับถมในรูปฟอสซิล

เมื่อพืช และสัตว์ตายจะเกิดการทับถมของซากพืช ซากสัตว์ที่มีธาตุคาร์บอนสะสมอยู่ด้วย  เมื่อเกิดการทับถมมานานนับพันปีภายใต้อุณหภูมิ และแรงกดของพื้นโลกจะเปลี่ยนรูปคาร์บอนให้อยู่ในรูปอื่น ได้แก่ ถ่านหิน น้ำมัน และแก๊ส ซึ่งสารจำเหล่านี้มีคูณสมบัติเผาไหม้เป็นเชื้อเพลิงได้อย่างดี เมื่อมีการเผาไหม้จะเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กลับเข้าสู่บรรยากาศอีกครั้ง

(3) คาร์บอนในหิน และแร่

หิน และแร่หลายชนิดมีองค์ประกอบของคาร์บอนไดออกไซด์รวมอยู่ด้วย เช่น หินปูน นอกจากนี้ คาร์บอนไดออกไซด์บางส่วนอาจรวมตัวแทรกอยู่ระหว่างช่องว่างของหิน และจะถูกปลดปล่อยออกมาเมื่อชั้นหินมีรอยแตก

4.2.4 วัฏจักรคาร์บอนในสิ่งมีชีวิต

พืช และสัตว์ จัดเป็นแหล่งสำคัญที่มีบทบาทในการกักเก็บ และใช้คาร์บอนไดออกไซด์ แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ แหล่งปฐมภูมิ และแหล่งทุติยภูมิ

(1) แหล่งปฐมภูมิ

แหล่งที่มีการใช้ และผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ในลำดับแรกที่สำคัญ คือ พืชทุกชนิด ทั้งพืชบนบก และพืชน้ำ ผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสง และตรึงคาร์บอนเอาไว้ในรูปของสารอินทรีย์

ผู้ผลิตส่วนใหญ่จะเป็นพืชที่ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการสังเคราะห์แสงในช่วงกลางวัน และหายใจปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กลับสู่บรรยากาศหรือน้ำในช่วงกลางคืน

กระบวนการสังเคราะห์แสงของพืชเป็นกระบวนการสำคัญในการกักเก็บคาร์บอนในรูปของสารประกอบอินทรีย์ ได้แก่ เซลลูโลส แป้ง ไขมัน วิตามิน และสารอื่นๆที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ประกอบด้วย 2 กระบวนการหลัก

1. ปฏิกิริยาแสง (light reaction) ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นบริเวณเยื่อไทลาคอยด์ (thylakoid membrane) ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงให้อยู่ในรูปพลังงานเคมีของสารอินทรีย์ ได้แก่ ATP และ NADPH ซึ่งสารนี้จะถูกนำมาใช้ในปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 fixation reaction) ต่อไป

2. ปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 fixation reaction) หรือที่เรียกว่า วัฏจักรคัลวิน (Calvin cycle) ปฏิกิริยานี้เกิดที่บริเวณสโตรมา (stroma) ที่เป็นของเหลวในคลอโรพลาสต์ ซึ่งเป็นกระบวนการเปลี่ยนคาร์บอนอนินทรีย์ในรูปของ CO2 ให้อยู่ในรูปคาร์บอนอินทรีย์ คือ น้ำตาล โดยอาศัยพลังงานจาก ATP และ NADPH ที่ได้จากกระบวนการแรก ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะเป็น ADP และ NADP+ ที่เป็นสารตั้งต้นกลับเข้าไปรับพลังงานจากปฏิกิริยาแสงอีกครั้ง

ปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ ประกอบด้วย 3 ระยะ (phase)

- ระยะ 1 : Carboxylation (การตรึงคาร์บอน) เป็นกระบวนการตรึง CO2 เข้ากับสารอินทรีย์ที่มีคาร์บอน 5 อะตอมเป็นองค์ประกอบ คือ ไรบูโรส-1,5-บิสฟอสเฟต (ribulose-1,5-bisphosphate : RuBP)

- ระยะ 2 : Reduction (การรีดิวซ์) เป็นกระบวนการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ที่ได้จากขั้นตอน carboxylation ให้เป็นน้ำตาล โดยใช้พลังงานจาก ATP และ NADPH

- ระยะ 3 : Regeneration (การสร้างทดแทน) เป็นกระบวนการสร้าง RuBP กลับคืน โดยใช้น้ำตาลบางส่วนจากกระบวนการ reduction โดยใช้พลังงานจาก ATP

สารคงตัวชนิดแรกในวัฏจักรคัลวินที่เกิดขึ้นหลังจากการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ คือ PGA ที่ประกอบด้วยคาร์บอน 3 อะตอม เรียกพืชที่มีการสร้างคาร์บอนอินทรีย์ตัวแรกเป็นสารที่มีคาร์บอน 3 อะตอม ว่า พืช C3 ส่วนพืชในกลุ่มอื่นที่สามารถตรึงคาร์บอนได้ แต่จะได้คาร์บอนอนินทรีย์ที่ไม่มีคาร์บอน 3 อะตอม ได้แก่ พืช C4 และCAM

– พืช C3 เป็นพืชกลุ่มหลักบนโลก เช่น ข้าว มะม่วง จามจุรี ถั่วชนิดต่างๆ กุหลาบ มะลิ เป็นต้น

– พืช C4 เช่น ข้าวโพด อ้อย และบานไม่รู้โรย

– พืช CAM ได้แก่ สับปะรด กระบองเพชร และกล้วยไม้ เป็นต้น

พืช และแพลงก์ตอนพืช เมื่อตายลงจะถูกย่อยสลายกลายเป็นแหล่งคาร์บอนในดิน และบางส่วนกลายเป็น CO2 กลับสู่บรรยากาศ

(2) แหล่งทุติยภูมิ

แหล่งกักเก็บคาร์บอน ทุติยภูมิ ได้แก่ สัตว์กินพืช กินเนื้อทุกชนิด รวมทั้งมนุษย์ด้วย ซึ่งเป็นผู้ใช้ประโยชน์จากแหล่งกักเก็บคาร์บอนปฐมภูมิในรูปแบบของแหล่งอาหาร เป็นลำดับขั้นของการบริโภค

การปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ของสิ่งมีชีวิตจะเกิดจากกระบวนการหายใจเป็นหลัก

5. วัฏจักรไนโตรเจน (Nitrogen Cycle)

5.1 ความหมายวัฏจักรไนโตรเจน (Nitrogen Cycle)

วัฏจักรไนโตรเจน (Nitrogen Cycle) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงสภาพของธาตุไนโตรเจน และสารประกอบไนโตรเจนตามสภาพแวดล้อมที่แปรเปลี่ยนด้วยกระบวนการทางเคมี และการย่อยสลายของจุลินทรีย์ ทั้งในสิ่งมีชีวิต อากาศ ดิน หิน และน้ำ จากระบบหนึ่งไปสู่ระบบหนึ่ง หมุนเวียนเป็นวัฏจักร

5.2 การหมุนเวียนเป็นวัฏจักรของไนโตรเจน

5.2.1 ไนโตรเจนในอากาศ

ธาตุไนโตรเจนในอากาศ ถือเป็นแหล่งเริ่มต้นของวัฏจักรธาตุไนโตรเจน โดยพบมากที่สุดในอากาศถึงร้อยละ 78 จากปริมาตรอากาศทั้งหมด ในรูปของก๊าซไนโตรเจน (N2) นอกจากนั้น ยังพบในรูปของก๊าซอื่นๆ ได้แก่

– ก๊าซไนตริกออกไซด์ (Nitric oxide : NO

– ก๊าซไนตรัสออกไซด์หรือก๊าซหัวเราะ (Nitrous oxide : N2O)

– ก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (Nitrogen Oxide : NO2)

– ก๊าซ N2O4

– ก๊าซแอมโมเนีย (Ammonia : NH3)

 ก๊าซไนโตรเจนในรูปต่างๆ สามารถเกิดได้จากกระบวนการทางเคมี แบ่งได้ ดังนี้

(1) กระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ

(ก) ไนโตรเจนที่พบเป็นองค์ประกอบของโปรตีนในพืช สัตว์ และจุลินทรีย์จะถูกย่อยสลายด้วยกระบวนการไฮโดรไลต์ โดยมีจุลินทรีย์บางชนิดเข้าร่วมซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นในดิน และน้ำเป็นหลัก ตามสมการ

- โปรตีนในเนื้อเยื่อ → โปรตีโอส (proteoses) → เปปโตน (peptone) → เปปไตด์ (peptides)

- เปปไตด์ (peptides)  → กรดอะมิโน (amino acid) → แอมโมเนีย (NH3) → แอมโมเนียม (NH4+)

- แอมโมเนียม (NH4+) + น้ำ (3H2O) → ไนเตรต (NO3–) → ไนไตรท์ (NO2–)  → ไนตรัสออกไซด์ (N2O) → ก๊าซไนโตรเจน (N2)

จุลินทรีย์ที่เข้าย่อยสลายไนโตรเจนในรูปอินทรีย์สารให้เป็นอนินทรีย์สารจะเรียกกลุ่มจุลินทรีย์นี้ว่า แอมโมนิไฟเออร์ (ammonifiers) ซึ่งพบได้ในดินประมาณ 105-107 เซลล์/กรัมดินแห้ง

ในระหว่างการย่อยสลาย หากมีอออกซิเจนที่เพียงพอจะทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ คือ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) แอมโมเนีย (NH3) ซัลเฟต (SO4 2-) และน้ำ แต่หากมีออกซิเจนไม่เพียงพอจะเกิดคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) แอมโมเนีย (NH3) เอมีน (R-NH2) มีเทน (CH4) ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) และกรดอินทรีย์ สังเกตได้จากดินมีกลิ่นเหม็นฉุน ส่วนในน้ำจะดำ และเหม็นเน่า

 แอมโมเนีย (NH3) และก๊าซไนโตรเจน (N2) ถือเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของกระบวนการย่อยสลาย และการเปลี่ยนรูป โดยหลังจากกระบวนการย่อยสลายจนเกิดก๊าซแอมโมเนีย หากไม่สัมผัสกับน้ำก็จะระเหยออกสู่อากาศ แต่โดยมากจะเปลี่ยนรูปต่อเป็นไนเตรตจนได้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายเป็นก๊าซไนโตรเจนในทีสุด

(ข) กระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์เป็นแอมโมเนีย แบ่งเป็น 2 กระบวนการ ดังนี้

1. แอมโมนิเซชัน (ammonization)

เป็นกระบวนการแรกของการย่อยสลายอินทรีย์วัตถุทั้งในดิน และน้ำ ด้วยจุลินทรีย์จนได้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายเป็นเอมีน และกรดอะมิโน ดังสมการ

- โปรตีน → R-NH2 + CO2 + พลังงาน + ผลิตภัณฑ์อื่นๆ

2. แอมโมนิฟิเคชัน (ammonification)

เป็นกระบวนการต่อเนื่องจากแอมโมนิเซชัน ด้วยการย่อยสลายเอมีน และกรดอะมิโน จนได้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายเป็นแอมโมเนีย แอลกอฮอล์ และพลังงาน ดังสมการ

- R-NH2 + H2O → R-OH + NH3 + พลังงาน

- 2NH3 + H2CO3 →  (NH4)2CO3 + 2NH4+ CO32-

แอมโมเนียในขั้นตอนนี้มีทั้งระเหยสู่อากาศ ถูกพืชดูดไปใช้ และถูกตรึงในดินระหว่างอนุภาคดินเหนียว ซึ่งบางส่วนจะเข้าสู่การแปรสภาพเป็นไนเตรต และก๊าซไนโตรเจนต่อไป

กระบวนการทั้งสองจะเกิดขึ้นได้ดีในดิน และน้ำที่มีสภาพเป็นกลางได้ดีกว่าสภาพเป็นกรด เนื่องจากเป็นสภาวะที่จุลินทรีย์สามารถเติบโตได้ดีที่สุด รวมถึงในดินที่มีสภาพความชื้นที่เหมาะสม และสำหรับในดินที่มีน้ำขังหรือในน้ำที่ไม่มีออกซิเจนจะทำให้เกิดแอมโมเนียตกค้างจำนวนมาก เพราะขาดออกซิเจนสำหรับเข้าเปลี่ยนรูปแอมโมเนียเป็นไนเตรต นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วจะมีผลต่อการย่อยสลายด้วยเช่นกัน

(ค) การแปรสภาพแอมโมเนีย แบ่งเป็น 2 กระบวนการ ดังนี้

1. ไนตริฟิเคชัน (nitrification)

เป็นกระบวนการที่ต่อเนื่องจากแอมโมนิฟิเคชัน โดยใช้แอมโมเนียเป็นสารตั้งต้นสำหรับเปลี่ยนสภาพให้เป็นแอมโมเนียม ไนไตร์ท และไนเตรท  ประกอบด้วย 2 ขั้นตอน ดังสมการ คือ

- ขั้นแรก แอมโมเนีย/แอมโมเนียม ออกซไดซ์เป็นไนไตร์ท

2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 2H2O + 4H+ + พลังงาน

- ขั้นที่ 2 ไนไตร์ทถูกออกซิไดซ์เป็นไนเตรท

 2NO2-  + O → 2NO3–

2. ดีไนตริฟิเคชัน (denitrification)

เป็นกระบวนการที่เกิดต่อเนื่องจากไนตริฟิเคชัน ด้วยการรีดิวซ์ไนเตรทให้เป็นไนไตร์ท ไนตรัสออกไซด์ และาซไนโตรเจนหรือไนตริกออกไซด์ปลดปล่อยสู่อากาศ ดังสมการ

- ไนเตรต (NO3–) → ไนไตรท์ (NO2–)  → ไนตรัสออกไซด์ (N2O) → ก๊าซไนโตรเจน (N2)/ไนตริกออกไซด์ (NO)

โดยผลิตภัณฑ์ไนไตรท์ (NO2–) ที่เกิดในขั้นไนตริฟิเคชัน บางส่วนจะแปรรูปเป็นแอมโมเนียก่อนเข้าสู่กระบวนการรีดิวซ์อีกครั้ง และบางส่วนจะเข้าสู่กระบวนการรีดิวซ์เป็นก๊าซไนโตรเจนได้โดยตรง

(2) กระบวนการเผาไหม้

การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์จากการเผาไหม้เชื้อเพลิง หรือซากพืช ซากสัตว์ ทำให้เกิดก๊าซของสารประกอบไนโตรเจน

- เชื้อเพลิง/วัตถุ + O2 → NO/NO2/N2O4

- แอมโมเนียมไนเตรต (NH4NO3) + O2 → N2O

5.2.2 ไนโตรเจนในดิน

(1) กระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ

การย่อยสลายของอินทรีย์วัตถุที่กล่าวข้างต้นในหัวข้อไนโตรเจนในอากาศจะเกิดสารประกอบอินทรีย์ไนโตรเจนรูปแบบต่างๆในดินที่สามารถย่อยสลายได้อย่างรวดเร็ว โดยขั้นสุดท้ายที่พืชสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ คือ แอมโมเนีย (NH3) และ ไนเตรต (NO3-) ซึ่งสามารถอยู่ในดินได้จากแรงดึงดูดระหว่างอนุภาคดินเหนียว ก่อนบางส่วนจะเกิดปฏิกิริยาต่อกลายเป็นก๊าซไนโตรเจน

(2) การตรึงไนโตรเจน

เป็นกระบวนการเปลี่ยนก๊าซไนโตรเจนในอากาศเป็นสารประกอบในโตรเจนที่พืชสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ด้วยจุลินทรีย์ขนิด nitrogen fixing microorganism แบ่งการตรึงออกเป็น 2 แบบ คือ

- Symbiotic nitrogen fixation เป็นการตรึงไนโตรเจนจากอากาศแบบพึ่งอาศัยระหว่างจุลินทรีย์ และรากพืช โดยมีการสร้างบมบริเวณส่วนรากเพื่อเป็นที่อยู่ของแบคทีเรียสำหรับตรึง และเก็บกักเพื่อให้รากพืชดูดซึมไปใช้ประโยชน์ได้ จุลินทรีย์ที่พบ ได้แก่ ไรโซเบียม (Rhizobium) ส่วนพืชจะเป็นพืชตระกูลถั่ว เช่น ถั่วเขียว ถั่วเหลือง เป็นต้น

- Non-symbiotic nitrogen fixation เป็นการตรึงไนโตรเจนของจุลินทรีย์อิสระที่ไม่ต้องพึ่งแหล่งอาศัยเหมือนจุลินทรีย์แบบ Symbiotic nitrogen fixation

(3) การใส่ปุ๋ย

รูปของธาตุไนโตรเจนที่สามารถอยู่ในดินได้จะเป็นสารประกอบของแข็งที่อยู่ในรูปปุ๋ยสำหรับใส่ให้แก่ต้นพืช ได้แก่

– ปุ๋ยแอมโมเนียมไนเตรต  (ammonium nitrate, NH4NO3)

– ปุ๋ยโพแทสเซียมไนเตรท (potassium nitrate, KNO3)

– ปุ๋ยแคลเซียมไนเตรท (calcium nitrate, Ca(NO3)

สารประกอบของปุ๋ยเมื่ออยู่ในดิน และสัมผัสกับความชื้นจะแตกตัวให้ประจุไนเตรต (NO3–) ที่พืชสามารถดูดซึมไปใช้ได้

5.2.3 ไนโตรเจนในน้ำ

(1) กระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ

การย่อยสลายของอินทรีย์วัตถุที่กล่าวข้างต้น สามารถเกิดในน้ำได้เช่นกัน จนได้สารประกอบไนโตรเจนรูปแบบต่างๆที่ละลายในน้ำ ทั้งในรูปของก๊าซ และของแข็งตกตะกอน ได้แก่

– ก๊าซแอมโมเนีย (NH3) ทีถูกตรึงอยู่ระหว่างอนุภาคของน้ำ แต่ส่วนมากจะออกสู่อากาศ

– ไนเตรต (NO3-) ที่เข้าจับกับเกลือที่ละลายในน้ำจนตกตะกอน เช่น แคลเซียม (Ca) ได้เป็นแคลเซียมไนเตรท (Ca(NO3), โพแทสเซียมไนเตรท (K) ได้เป็นโพแทสเซียมไนเตรท (KNO3) เป็นต้น

(2) การละลายของออกไซด์ไนโตรเจน

– กรดไนตริก (HNO3) จากการละลายของไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) ในน้ำ (2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2)

สารประกอบของไนโตรเจนในน้ำบางส่วนจากกระบวนการย่อยสลาย และการละลายจากก๊าซจะเกิดปฏิกิริยาต่อกลายเป็นก๊าซไนโตรเจน (N2) เข้าสู่อากาศอีกครั้ง แต่บางส่วนจะรวมกับสารอื่นจนมีความเข้มข้นมากพอแล้วตกตะกอนในท้องน้ำ

5.2.4 ไนโตรเจนในพืช สัตว์ และจุลินทรีย์

ไนโตรเจนที่อยู่ในมนุษย์ สัตว์ พืช และจุลิทรีย์หรือสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กจะได้รับจากสารอาหารที่กินหรือดูดซึมเข้าสู่ร่างกายหรือเซลล์ และเปลี่ยนให้อยู่ในรูปขององค์ประกอบของกรดอะมิโนที่เป็นโปรตีนในเซลล์ เมื่อสิ่งมีชีวิตตายไปก็จะเข้าสู่กระบวนการย่อยสลาย และกลับเข้าสู่วัฏจักรไนโตรเจนต่อไป

ดังนั้น วัฏจักรไนโตรเจน แบ่งได้เป็น 3 ส่วน คือ

1. ไนโตรเจนปฐมภูมิ/แหล่งไนโตรเจน เป็นแหล่งไนโตรเจนที่พบในอากาศ

2. ไนโตรเจนทุติยภูมิ/ไนโตรเจนย่อยสลาย เป็นแหล่งไนโตรเจนที่พบในดิน หิน และน้ำ

3. ไนโตรเจนตติยภูมิ/ไนโตรเจนเก็บกัก และใช้ประโยชน์ เป็นแหล่งไนโตรเจนที่พบในสิ่งมีชีวิต เช่น มนุษย์ สัตว์ พืช และจุลินทรีย์

สรุป

1. วัฏจักรน้ำ

การหมุนเวียนเปลี่ยนแปลงของน้ำซึ่งเป็นปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ โดยเริ่มต้นจากน้ำในแหล่งน้ำต่าง ๆ เช่น ทะเล มหาสมุทร แม่น้ำ ลำคลองหนอง บึง ทะเลสาบ จากการคายน้ำของพืช จากการขับถ่ายของเสียของสิ่งมีชีวิต และจากกิจกรรมต่าง ๆ ที่ใช้ในการดำรงชีวิตของมนุษย์ ระเหยขึ้นไปในบรรยากาศ กระทบความเย็นควบแน่นเป็นละอองน้ำเล็ก ๆ เป็นก้อนเมฆ ตกลงมาเป็นฝนหรือลูกเห็บสู่พื้นดินไหลลงสู่แหล่งน้ำต่าง ๆ หมุนเวียนอยู่เช่นนี้เรื่อยไป

2. วัฏจักรฟอสฟอรัส  (Phosphorus  Cycle)

กระบวนการที่ฟอสฟอรัสถูกหมุนเวียนจากดินสู่ทะเลและจากทะเลสู่ดิน ซึ่งเรียกกระบวนการนี้ว่ากระบวนการการตกตะกอน ฟอสฟอรัสเป็นธาตุที่มีอยู่ในธรรมชาติเพียงน้อยมาและเกิดขึ้นจากการ เปลี่ยนแปลง ของธรณีวิทยา ฟอสฟอรัสนำมาใช้หมุนเวียนระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิต ในปริมาณจำกัด ฟอสฟอรัสจะหายไปในห่วงโซ่อาหาร ในลักษณะตกตะกอนของสารอินทรีย์ ไปสู่พื้นน้ำ เช่น ทะเล แหล่งน้ำต่าง  

อีกส่วนหนึ่งของฟอสฟอรัสจะอยู่ในรูปของสารประกอบ ซึ่งทับถมกันเป็นกองฟอสเฟต รวมทั้งโครงกระดูก เปลือกหอย และซากปะการังใต้ทะเล และมหาสมุทร โพรติสต์ในทะเล ที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ สามารถนำเอาสารประกอบฟอสเฟตเหล่านี้ไปใช้ได้ ทำให้มีปริมาณแพลงก์ตอนพืชเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แพลงก์ตอนนพืชเหล่านี้ถูกกิน โดยแพลงก์ตอนสัตว์ และสัตว์อื่นๆ ต่างกินกันต่อๆ ไปตามห่วงโซ่อาหาร ๆ

ฟอสฟอรัสจะถูกถ่ายทอดไป ตามลำดับขั้นเช่นเดีายวกัน จนกระทั่งในที่สุดสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ เหล่านั้นตาย หรือขับถ่ายลงน้ำ จะมีจุลินทรีย์บางพวกเปลี่ยนฟอสฟอรัส ให้เป็นสารประกอบ ฟอสเฟตอยู่ในน้ำอีกครั้ง

นอกจากนั้นนกทะเลถ่ายออกมามีมูลที่เป็นสารประกอบฟอสฟอรัสปริมาณสูง มูลเหล่านั้นเมื่อลงทะเล จะเป็นอาหารของปลา และสัตว์อื่นๆ ได้เช่นกัน

3. วัฏจักรซัลเฟอร์(Sulfur Cycle)

ซัลเฟอร์หรือกำมะถันเป็นธาตุที่สำคัญในการเจริญเติบโตและเมตาโบลิซัมของสิ่งมีชีวิตดังนั่นถ้าขาดกำมะถันจะ ไม่สามารถมีชีวิตอยู่ได้  กำมะถันที่พบในธรรมชาติจะอยู่ในสภาพของแร่ธาตุและในสภาพของสารประกอบหลายชนิด เช่น  ไฮโดรเจนซัลไฟด์  (H2S)   และซัลเฟต (SO42-) สารประกอบอินทรีย์ในพืชและสัตว์จะถูกย่อยสลายเป็นไฮโดรเจนซัลไฟต์  โดยปฏิกิริยาของแบคทีเรียและถูกเปลี่ยนต่อจนกลายเป็นซัลเฟต  ซึ่งพืชจะนำกลับไปใช้ได้กำมะถันในซากของพืชและสัตว์บางส่วนจะถูกสะสมและถูกตรึงไว้ในถ่านหิน  และน้ำมันปิโตรเลียม  เมื่อมีการนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงเกิดการเผาไหม้ได้ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2)  เมื่อก๊าซนี้อยู่ในบรรยากาศจะรวมตัวกับละอองน้ำตกลงมาเป็นเม็ดฝนของกรดกำมะถันหรือกรดซัลฟิวริก (H2SO4)     ซึ่งจะกัดและทำให้   สิ่งก่อสร้างต่าง ๆ สึกกร่อนและเป็นอันตรายต่อการหายใจของคน

4. วัฏจักรคาร์บอน

คาร์บอนเป็นองค์ประกอบสำคัญอย่างหนึ่งของสารที่พบในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด คาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศถูกพืชนำมาเปลี่ยนแปลงเป็นสารอินทรีย์ที่มีคาร์บอน เป็นองค์ประกอบในพืชโดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง สัตว์ได้รับสารที่มีคาร์บอน เป็นองค์ประกอบโดยการกินอาหาร สำหรับกลุ่มผู้ย่อยสลายอินทรีย์สาร ก็ได้รับสาร คาร์บอนจากกระบวนการย่อยสลาย สิ่งมีชีวิตทุกชนิดปล่อยคาร์บอนกลับคืนสู่บรรยากาศ โดยการหายใจออกในรูปของคาร์บอน ไดออกไซด์ ซึ่งพืชก็นำมาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ ด้วยแสงอีก ในระบบนิเวศ จึงมีการหมุนเวียนคาร์บอนตลอดเวลา

5. วัฏจักรไนโตรเจน

ไนโตรเจนเป็นธาตุสำคัญเพราะเป็นองค์ประกอบของโปรตีนในสิ่งมีชีวิต  และพืชยังใช้ไนโตรเจนในรูปของสารประกอบเกลือแอมโมเนียม  เกลือไนไตรท์   และเกลือไนเตรต  เพื่อนำไปสร้างสารประกอบต่างๆภายในเซลล์ได้อีก  แหล่งสะสมที่สำคัญคือ  แก๊สไนโตรเจนในบรรยากาศซึ่งมีประมาณร้อยละ 78  ของแก๊สทั้งหมดที่มีอยู่ในอากาศ  ไนโตรเจนมีการหมุนเวียนเป็นวัฏจักร  เรียกว่า  วัฏจักรไนโตรเจน (nitrogen  cycle)  วัฏจักรไนโตรเจนประกอบด้วยกระบวนการที่สำคัญคือ  การเปลี่ยนสารประกอบไนโตรเจนเป็นแอมโมเนีย  (ammonification)  และ  การเปลี่ยนเกลือแอมโมเนียมเป็นไนไตรท์และไนเตรต (nitrification)  และ  การเปลี่ยนไนเตรตกลับเป็นแก๊สไนโตรเจนในบรรยากาศ (denitrification)

http://www.siamchemi.com/วัฏจักรซัลเฟอร์

 http://www.siamchemi.com/วัฏจักรฟอสฟอรัส

http://www.siamchemi.com/วัฏจักรน้ำ

http://www.siamchemi.com/วัฏจักรคาร์บอน

http://www.siamchemi.com/วัฏจักรไนโตรเจน