วัฎจักร N-C-K & O2

[Aorrayong]

ที่มา คัดลอกจากhttp://www.thaigoodview.com/library/contest2551/science03/09/2/ecosystem/html/topic04_2.html

วัฎจักรไนโตรเจน


ภาพ วัฎจักรไนโตรเจน
ที่มา : http://northeducation.ac.th

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบสำคัญของกรดอะมิโนซึ่งเป็นองค์ประกอบของโปรตีนทุก ชนิดในสิ่งมีชีวิต พืชใช้ไนโตรเจนได้ใน 2 รูป คือแอมโมเนียม (ammonium หรือ NH4+) และไนเตรต (nitrate หรือ N O3-) และแม้ว่าในบรรยากาศจะประกอบด้วยไนโตรเจนถึง 80% แต่อยู่ในรูปก๊าซไนโตรเจน (N2 ) ซึ่งพืชไม่สามารถนำมาใช้ได้ ไนโตรเจนสามารถเข้าสู่วัฏจักรไนโตรเจนของระบบนิเวศได้ 2 ทางคือ

1. ฝนชะล้างไนโตรเจนกลายเป็นแอมโมเนียมและไนเตรต ไหลลงสู่ดิน และพืชใช้เป็นธาตุอาหารเพื่อการเจริญเติบโตโดยปฏิกิริยาแอสซิมิเลชั่น (assimilation)

2. การตรึงไนโตรเจน (nitrogen fixation) ซึ่งมีเพียงแบคทีเรียบางชนิดเท่านั้นที่สามารถใช้ก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศ เปลี่ยนเป็นไนโตรเจนในรูปที่พืชสามารถนำมาใช้ได้แบคทีเรียพวกนี้มีทั้งที่ อยู่ในดินและที่อยู่ในสิ่งมีชีวิต เช่น ไรโซเบียมในปมรากถั่ว และแบคทีเรียในเฟินน้ำพวกแหนแดง ( Azolla ) นอกจากนั้นยังมีแบคทีเรียสีเขียวแกมน้ำเงินในน้ำบางชนิด ในปัจจุบันการผลิตปุ๋ยไนโตรเจนใช้ในเกษตรกรรมก็เป็นแหล่งไนโตรเจนสำคัญที่ เติมไนโตรเจนสู่ระบบนิเวศ

ไนโตรเจนเป็นธาตุอาหารสำคัญที่พืชใช้ใน โครงสร้างและแมทาบอลิซึม สัตว์กินพืชและผู้บริโภคลำดับถัดมาได้ใช้ไนโตรเจนจากพืชนี่เองเป็นแหล่ง สร้างโปรตีนและสารพันธุกรรม เมื่อพืชและสัตว์ตายลง ผู้ย่อยสลายพวกราและแบคทีเรียสามารถย่อยสลายไนโตรเจนในสิ่งมีชีวิตให้กลับ เป็นแอมโมเนียมซึ่งพืชสามารถนำมาใช้ได้ผ่านกระบวนการที่เรียกว่า แอมโมนิฟิเคชัน (ammonification)



ไนโตรเจนในสารอินทรีย์สามารถเปลี่ยนกลับไปเป็นก๊าซไนโตรเจนโดยผ่าน 2 กระบวนการ คือ

1. ไนตริฟิเคชัน (nitrification)แบคทีเรียบางชนิดใช้แอมโมเนียมในดินเป็นแหล่งพลังงาน
และทำให้เกิดไนไตรต์ (NO2-) ซึ่งเปลี่ยนเป็นไนเตรตซึ่งพืชใช้ได้ด้วย

2. ดีไนตริฟิเคชัน (denitrification) ในสภาพไร้ออกซิเจน แบคทีเรียบางชนิดสามารถ
สร้างออกซิเจนได้เองจากไนเตรต และได้ผลผลิตเป็นก๊าซไนโตรเจนกลับคืนสู่บรรยากาศ


อย่างไรก็ตาม แม้ว่าปริมาณไนโตรเจนที่หมุนเวียนในระบบนิเวศที่กล่าวถึงทั้งหมดนี้จะมี ปริมาณน้อยมาก แต่วัฏจักรไนโตรเจนในธรรมชาติก็สมดุลด้วยปฏิกิริยาซึ่งเกิดโดยพืชและการย่อย สลายของแบคทีเรีย,

[Aorrayong]

ที่มา คัดลอกจาก http://www.thaigoodview.com/library/contest2551/science03/09/2/ecosystem/html/topic04_1.html

วัฎจักรคาร์บอน


ภาพ วัฎจักรคาร์บอน
ที่มา : http://northeducation.ac.th

คาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลักของสารอินทรีย์ทั้งหมด ดังนั้นวัฏจักรคาร์บอนจึงเกิดควบคู่กับวัฏจักรพลังงานในระบบนิเวศ

การสังเคราะห์ด้วยแสงโดยพืช สาหร่าย แพลงก์ตอนพืชและแบคทีเรียใช้ก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์และให้ผลผลิตเป็นคาร์โบไฮเดรตในรูปน้ำตาลและเมื่อมีการ หายใจก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถูกปลดปล่อยออกสู่บรรยากาศอีกครั้ง แม้ว่าในบรรยากาศจะ มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพียง 0.03% แต่การสังเคราะห์ด้วยแสงใช้ก๊าซคาร์บอน ไดออกไซด์จากบรรยากาศไปถึง 1 ใน 7 ในขณะเดียวกันก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการ หายใจก็ชดเชยส่วนที่หายไปคืนสู่บรรยากาศทำให้ปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ใน บรรยากาศคงที่ตลอดเวลา

ในแต่ละฤดูกาล ปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยก๊าซ
คาร์บอนไดออกไซด์มีความเข้มข้นต่ำที่สุดในช่วงฤดูร้อนในซีกโลกเหนือและสูง สุดในช่วงฤดูหนาว ทั้งนี้เนื่องจากในซีกโลกเหนือมีแผ่นดินซึ่งมีพืชพรรณ และมีอัตราการ สังเคราะห์ด้วยแสงเพิ่มสูงในฤดูร้อน และมีอัตราการหายใจเพิ่มในฤดูหนาวนั่นเอง

นอกจากนั้น คาร์บอนยังอยู่ในรูปของสารอินทรีย์ในสิ่งมี ชีวิต เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน กรดนิวคลีอิก ฯลฯ ปริมาณคาร์บอน ส่วนนี้หมุนเวียนในระบบนิเวศผ่านห่วงโซ่อาหาร จากผู้ผลิตไปสู่ผู้บริโภค ระดับต่างๆ เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลงผู้ย่อยสลาย เช่น ราและแบคทีเรียจะย่อย สลายคาร์บอนเหล่านี้ให้กลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ อัตราความเร็วในการ หมุนเวียนในวัฏจักรของคาร์บอนแตกต่างกันไปตามชนิดของสารอินทรีย์ เช่น คาร์บอนในเนื้อสัตว์สามารถถูกกินและส่วนที่เหลือถูกย่อยสลายกลับสู่ระบบ นิเวศ ได้เร็วกว่าคาร์บอนที่อยู่ในเนื้อไม้ซึ่งมีความคงทน

ภายใต้สภาวะพิเศษบางอย่างสารอินทรีย์ที่คงอยู่ในซากพืชซากสัตว์ที่ทับถม กันเป็นเวลานานๆ อาจกลายเป็นถ่านหินหรือปิโตรเลียม ซึ่งจะคงอยู่ในสภาพนั้นใต้ผิวโลกเป็นเวลาหลายล้านปี จนกว่าจะมีการขุดเจาะนำขึ้นมา

การเผาไหม้ (combusion) สารอินทรีย์ เช่น ไม้ ถ่านหินและ ปิโตรเลียมเปลี่ยนคาร์บอนให้เป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศได้อย่างรวด เร็วมาก ก๊าซคาร์ไดออกไซด์จากการเผาไหม้ในโรงงานอุตสาหกรรมและจากรถยนต์อาจ ทำให้ปริมาณก๊าซชนิดนี้ในบรรยากาศเพิ่มสูงขึ้น ปริมาณก๊าซซึ่งรักษาระดับคง ที่มาเป็นเวลาหลายพันล้านปีอาจเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วภายในเวลาไม่กี่ปี และทำให้วัฏจักรคาร์บอนในระบบนิเวศไม่สมดุลอีกต่อไป

อย่างไรก็ตาม ยังมีคาร์บอนปริมาณมากอีกส่วนหนึ่งสะสมไว้ในน้ำ เมื่อ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศละลายน้ำหรือถูกชะล้างด้วยฝน และกลายเป็น กรดคาร์บอนิก(carbonic acid หรือ H2CO3)กรดนี้สามารถทำปฏิกิริยากับแร่หินปูนหรือ แคลเซียมคาร์บอเนต (calcium carbonate หรือ CaCO3) ซึ่งมีมากมายในน้ำโดย เฉพาะในมหาสมุทรเกิดเป็นไบคาร์บอเนต (bicarbonate หรือ HCO3 - ) และ คาร์บอเนต (carbonate หรือ CO3 2-) แพลงก์ตอนพืชในทะเล สามารถใช้ไบคาร์บอเนตได้โดยตรงและเปลี่ยนคาร์บอนกลับ เป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ด้วยการหายใจอย่างช้าๆ กระนั้นก็ตามมหาสมุทร ก็มีคาร์บอนสะสมไว้มากถึง 50 เท่าของคาร์บอนในบรรยากาศและยังสามารถดูดซับ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศไว้ในรูปของไบคาร์บอเนตได้อีกบางส่วน มหาสมุทรจึงช่วยรักษาสมดุลของวัฏจักรคาร์บอนได้ในระดับหนึ่ง

[Aorrayong]

ที่มา คัดลอกจากhttp://www.thaigoodview.com/library/contest2551/science03/09/2/ecosystem/html/topic04_4.html

วัฎจักรออกซิเจน


ภาพ วัฎจักรออกซิเจน
ที่มา : http://water.me.vccs.edu

วัฏจักรน้ำและวัฏจักรออกซิเจน มีความสัมพันธ์เกี่ยวโยงกัน เพราะต่างประกอบด้วยโมเลกุลออกซิเจนโดยทั่วไป O2ได้มาจากการสังเคราะห์ด้วยแสง แล้วจึงเปลี่ยนเป็นน้ำในขั้นตอนการหายใจที่มีการใช้ O2


วัฏจักรออกซิเจนแบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน

1. การสังเคราะห์ด้วยแสง
เป็นกระบวนการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี โดยใช ้ H2O และ CO2 ซึ่งจะได้น้ำตาล ( CH2O)nและ O2เป็นผลิตภัณฑ์


light
6H2O + 6CO2 C6H12O6 (glucose) +6O2


2. การหายใจแบบใช้ออกซิเจน
เป็นกระบวนการที่สิ่งมีชีวิตเปลี่ยนพลังงานที่สะสมภายใน cell เป็นพลังงานความร้อน ซึ่งใช้ O2 ในปฏิกิริยาและให้ CO2 ดังนั้น ปฏิกิริยาการหายใจจึงเป็นปฏิกิริยาผันกลับของปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง

[Aorrayong]

ที่มา คัดลอกจาก http://www.thaigoodview.com/library/contest2551/science03/09/2/ecosystem/html/topic04_5.html

วัฎจักรฟอสฟอรัส



ภาพ วัฎจักรฟอสฟอรัส
ที่มา : http://northeducation.ac.th

แตกต่างจากวัฎจักรอื่นๆ เช่น คาร์บอน ออกซิเจนและไนโตรเจน คือ จะไม่พบฟอสฟอรัสในบรรยากาศทั่วไปไม่เหมือนกับวัฏจักรที่กล่าวมาส่วนใหญ่จะ อยู่ในรูปของของแข็งของสารประกอบฟอตเฟตเกือบทั้งหมดเช่น พบในชั้นหินฟอตเฟต ฟอสฟอรัสเป็นสารที่เป็นองค์ประกอบสำหรับสารพันธุกรรม เช่น DNA (deoxyribonucleic acid) และ RNA (ribonucleic acid) ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมกระบวนการเมตาบอลิซึมและการถ่ายทอดพันธุกรรมของเซลล์ นอกจากนี้ยังเป็นองค์ประกอบที่สำคัญสำหรับสารให้พลังงานสูงในสิ่งมีชีวิต เรียกว่า ATP รวมทั้งเป็นองค์ประกอบของฟอสโฟไลปิด (phospholipid)

ฟอสฟอรัสตามธรรมชาติส่วนใหญอยู่ในรูปฟอสเฟต (PO43 - หรือ HPO42 - ) ทั้งที่เป็นสารอินทรีย์และอนินทรีย์ ทั้งที่ละลายน้ำและไม่ละลายน้ำการกัดกร่อนโดยกระแสน้ำและลมตามธรรมชาติที่ เกิดในหินจะทำให้ธาตุฟอสฟอรัส (P) กลับคืนสู่ธรรมชาติทั้งในดินและมหาสมุทรซึ่งพืชสามารถนำกลับมาใช้ได้และใน ขณะเดียวกันการเสื่อมสลายของซากสิ่งมีชีวิตพืชโดยกลุ่มผู้ย่อยสลายจะทำให้ ฟอสฟอรัสกลับคืนสู่ระบบนิเวศ