วัฏจักรของสสาร (Matter Cycling)

ในระบบนิเวศทั้งบนบก และในน้ำ สสารต่างๆ จะถูก หมุนเวียนและก่อกำเนิดเป็นวัฏจักร (Matter cycling) โดยหมุนเวียนได้ใน 3 รูปแบบคือ ในดิน (Sedimentary cycling ) ในน้ำ (Hydrologic cycling) และในอากาศ (Gaseous cycling ) ผสมผสาน เชื่อมโยงเข้าด้วยกัน วัฏจักรของสสาร ที่มีความสำคัญต่อสมดุลของ ระบบนิเวศ ได้แก่ วัฎจักรของน้ำ , วัฎจักรของไนโตรเจน วัฎจักรของคาร์บอน , วัฎจักรของฟอสฟอรัส

วัฎจักรของน้ำ (Water Cycle)

 

  

น้ำเป็นองค์ประกอบสำคัญในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต เป็นตัวกลาง ของกระบวนการต่างๆในสิ่งมีชีวิต อีกทั้ง ยังเป็น แหล่งที่อยู่ อาศัยของสิ่งมีชีวิต มากมาย เพราะโลก ของเรา ประกอบด้วยน้ำ 3 ใน 4 ส่วน วัฏจักรของน้ำจึงนับว่า มีความสำคัญต่อ สิ่งมีชีวิตเป็นอย่างมาก วัฎจักรของน้ำตามธรรมชาติแบ่งออกเป็น 4 ขั้นตอน ได้แก่ 1. การระเหย (evaporation) หมายถึง การที่น้ำในแหล่งน้ำกลายเป็นไอ เมื่อได้รับความร้อนจาก แสงอาทิตย์ 2. การควบแน่น (condensation) หมายถึง การที่ไอน้ำในบรรยากาศเปลี่ยนสถานะเป็น ของเหลวในรูปของเมฆเมื่อได้รับความเย็น 3. การเกิดฝนตก (precipitation) หมาย ถึง ปรากฏการณ์ของการเกิดการรวมตัว ของน้ำ ในอากาศ เกิดเป็นฝนและหิมะตกสู่พื้นโลก 4. การรวมตัวของน้ำ (collection) หมายถึง การที่น้ำไหลรวมกันสู่แหล่งน้ำที่เป็นแหล่งอุปโภคและบริโภคของมนุษย์ และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ต่อไป

 

วัฎจักรของคาร์บอน (Carbon Cycle)

 

 

ธาตุคาร์บอน (C) เป็นธาตุหลักในสารประกอบอินทรีย์ทุกชนิด หมุนเวียนระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิตในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ พบในบรรยากาศประมาณร้อยละ 0.04 และในน้ำในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์อิสระ หรือรูปของไบคาร์บอเนต โดยคาร์บอนจะหมุนเวียนในระบบนิเวศผ่าน ห่วงโซ่อาหารในทุกระดับ ตั้งแต่ผู้ผลิต ผู้บริโภค จนถึงผู้ย่อยสลาย คาร์บอนที่อยู่ในอากาศจะอยู่ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ) โดยคาร์บอนไดออกไซด์ จะถูกพืชนำไปสร้างเป็นสารอาหาร โดยกระบวนการสังเคราะห์แสง โดยพืช สาหร่าย แพลงก์ตอนพืช และแบคทีเรีย ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และให้ผลผลิต เป็นคาร์โบไฮเดรตในรูปน้ำตาล ซึ่งจะถูกถ่ายทอดไปยังสัตว์โดยการกิน และในที่สุดทั้งพืชและสัตว์จะปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศด้วยการหาย ใจ คาร์บอนยังอยู่ในรูปของสารอินทรีย์ในสิ่งมีชีวิต จะมีการหมุนเวียนกลับสู่บรรยากาศใหม่หลังจากสิ่งมีชีวิตตายลงและมีการย่อยสลาย เกิดขึ้น บางส่วนที่ไม่ย่อยสลายก็ทับถมกันเป็นเวลานาน กลายเป็นถ่านหิน น้ำมันและก๊าซ เมื่อมนุษย์นำมาใช้เกิดการเผาไหม้ก็จะได้คาร์บอนไดออกไซด์คืนสู่บรรยากาศ นอกจากนี้ยังได้จากการระเบิดของภูเขาไฟเป็นครั้งคราวอีกด้วย เมื่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศละลายน้ำหรือถูกชะล้างด้วยฝน และกลายเป็นกรดคาร์บอนิก (H2CO3) ซึ่งมีฤทธิ์เป็นกรดอย่างอ่อน สามารถทำปฏิกิริยากับแร่หินปูนหรือแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) ซึ่งมีมากมายในน้ำโดยเฉพาะในมหาสมุทรเกิดเป็นไบคาร์บอเนต (HCO3- ) และ คาร์บอเนต (CO32- ) แพลงก์ตอนพืชในทะเล สามารถใช้ไบคาร์บอเนตได้โดยตรงและ เปลี่ยนคาร์บอนกลับเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ ด้วยการหายใจอย่างช้าๆ

 

วัฎจักรของไนโตรเจน (Nitrogen Cycle)

 

 

ในบรรยากาศจะประกอบด้วยไนโตรเจนถึง ๗๘% และไนโตรเจนก็เป็นองค์ประกอบสำคัญของกรดอะมิโน ซึ่งเป็นองค์ประกอบของโปรตีนทุกชนิดในสิ่งมีชีวิต แต่ไนโตรเจนในบรรยากาศนั้นอยู่ในรูปของแก๊สไนโตรเจน ซึ่งพืชไม่สามารถนำมาใช้ได้ พืชใช้ไนโตรเจนได้ใน 2 รูป คือแอมโมเนียม และไนเตรต แก๊สไนโตรเจนสามารถเข้าสู่สารอินทรีย์ได้ ดังนี้ ๑.ปฏิกิริยาแอสซิมิเลชั่น (assimilation) คือการที่ฝนชะล้างไนโตรเจนกลายเป็นแอมโมเนียมและไนเตรต ไหลลงสู่ดินและพืชใช้เป็นธาตุอาหารเพื่อการเจริญเติบโต ๒.การตรึงไนโตรเจน โดยมีแบคทีเรียบางชนิด มีทั้งที่อยู่ในดินและที่อยู่ในสิ่งมีชีวิต สามารถใช้ก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศเปลี่ยนเป็นไนโตรเจนในรูปที่พืชสามารถนำมาใช้ได้ เช่น ไรโซเบียมในปมรากถั่ว นอกจากนี้ยังมี ขบวนการสร้างแอมโมเนีย(ammonification) ซึ่ง ผู้ย่อยสลาย(ราและแบคทีเรีย)จะสามารถย่อยสลายไนโตรเจนในสิ่งมีชีวิตให้กลับเป็น แอมโมเนียม(NH4) ส่วนไนโตรเจนในสารอินทรีย์สามารถเปลี่ยนกลับไปเป็นแก๊สไนโตรเจนโดยผ่าน 2 กระบวนการ คือ ๑ ขบวนการสร้างไนเตรด (nitrification) เป็นกระบวนการออกซิไดซ์แอมโมเนียให้เป็นไนไตรท์ และไนเตรท โดยอาศัยทำหน้าที่ของแบคทีเรีย ใน 2 ขั้นตอนย่อย ขั้นตอนย่อยแรกคือ ไนไตรเตชัน (Nitritation) โดยแบคทีเรีย มีหน้าที่ออกซิไดซ์แอมโมเนียให้เป็นไนไตรท์ ดังสมการ (NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O + H+ ) ส่วนขั้นตอนย่อยที่สองคือ ไนเตรเตชัน (Nitritation) โดยแบคทีเรียจะออกซิไดซ์ไนไตรท์ เป็นไนเตรท ดังสมการ (NO2- + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO3- ) ๒ ขบวนการสร้างไนโตรเจน(Denitrification) เป็นกระบวนการรีดิวซ์ไนเตรทให้อยู่ในรูปของก๊าซไนโตรเจน ดังสมการ ( 2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O )

 

วัฎจักรของฟอสฟอรัส

 

ฟอสฟอรัส เป็นธาตุที่จำเป็นต่อการดำรงชีพของสิ่งมีชีวิต กระดูกและฟันประกอบด้วยฟอสฟอรัส ประมาณ 80% และฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบของ DNA, RNA และ ATP ฟอสฟอรัสเป็นธาตุที่อยู่ในธรรมชาติน้อยมาก และเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา เช่น แผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด ฟอสฟอรัส ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของหินฟอสเฟตหรือแร่ฟอสเฟต เมื่อถูกกัดกร่อนโดยน้ำ และกระแสลมปะปนอยู่ในดิน แล้วถูกน้ำชะล้างให้อยู่ในรูปที่ละลายน้ำได้ ซึ่งพืชสามารถนำไปใช้และ ถ่ายทอดไปในระบบนิเวศตามห่วงโซ่อาหาร เมื่อ


แบบฝึกหัดก่อนเรียน : 
แบบฝึกหัดหลังเรียน :