วัฏจักรทางชีวธรณีเคมี
วัฏจักรชีวธรณีเคมี (อังกฤษ: Biogeochemical cycle) โดยนิยามเชิงนิเวศวิทยาคือวงจรหรือแนวกระบวนการที่เกี่ยวกับการที่ธาตุหลักทางเคมีหรือโมเลกุลเคลื่อนที่ผ่านสภาพแวดล้อมของระบบนิเวศทั้งที่มีชีวิต (ชีวภาพ) และไม่มีชีวิต (ธรณีภาพ) โดยหลักการแล้ว วัฏจักรทุกวัฏจักรย่อมซ้ำกระบวนการเสมอ แม้ว่าในบางวัฏจักร จะใช้เวลาซ้ำกระบวนการนานมาก โดยการเปลี่ยนรูปนี้จะเกิดผ่านทั้งบรรยากาศ น้ำ และบนบก รวมทั้งการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากปัจจัยทางกายภาพและชีวภาพ สิ่งมีชีวิตทุกชนิดมีส่วนร่วมในวัฏจักร แต่ที่มีบทบาทมากที่สุดคือจุลินทรีย์ เพราะมีกระบวนการทางเมตาบอลิซึมที่หลากหลาย
แหล่งพลังงานสำคัญของการหมุนเวียนของแร่ธาตุต่าง ๆ คือพลังงานจากแสงอาทิตย์ และพลังงานจากสารที่อยู่ในสภาพรีดิวซ์ พลังงานเหล่านี้จะถ่ายทอดไปในระบบนิเวศและทำให้ระบบนิเวศทำงานได้ ธาตุที่มีการหมุนเวียนในวัฏจักรนี้ มีทั้งธาตุอาหารหลัก เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ฟอสฟอรัส และกำมะถัน ธาตุอาหารรอง ได้แก่ แมกนีเซียม โปตัสเซียม โซเดียม และธาตุฮาโลเจน ธาตุอาหารเสริม ได้แก่ โบรอน โคบอลต์ โครเมียม ทองแดง โมลิบดินัม นิกเกิล ซีลีเนียม และสังกะสี ธาตุที่ไม่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิต สามารถเข้ามาหมุนเวียนในวัฏจักรได้เช่นกัน เช่น โลหะหนักต่าง ๆ
วัฏจักรต่าง ๆ
แก้- วัฏจักรคาร์บอน มีการหมุนเวียน 3 แบบ คือแบบระยะสั้น เป็นการหมุนเวียนผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจ แบบระยะกลาง เป็นการหมุนเวียนผ่านสารอินทรีย์ในดินตะกอน ถ่านหิน และน้ำมัน และแบบระยะยาวเป็นการหมุนเวียนผ่านโครงสร้างของโลก
- วัฏจักรฟอสฟอรัสฟอสฟอรัสส่วนใหญ่อยู่บนพื้นดิน และจะผ่านการหมุนเวียนด้วยกระบวนการชะล้าง ไม่ผ่านรูปที่เป็นก๊าซ
- วัฏจักรออกซิเจนโดยมากการหมุนเวียนของออกซิเจนจะเกิดควบคู่ไปกับคาร์บอนผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจ
- วัฏจักรไนโตรเจนการหมุนเวียนที่สำคัญเกิดจากสิ่งมีชีวิตที่ตรึงไนโตรเจนจากก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศ เช่น ไรโซเบียมและสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน และการเปลี่ยนไนเตรตไอออนกลับเป็นก๊าซไนโตรเจนอีกครั้งโดยแบคทีเรีย
- วัฏจักรกำมะถัน การหมุนเวียนของกำมะถันเกิดจาการชะล้าง และการหายใจของจุลินทรีย์ที่ไม่ใช้ออกซิเจนและใช้กำมะถันเป็นตัวรับอิเล็กตรอน
- วัฏจักรเหล็กเกิดจากการรีดิวซ์และออกซิไดส์ระหว่างเหล็กในรูปเฟอร์ริกไอออนและเฟอรร์รัสไอออน
- วัฏจักรแมงกานีส เกิดจาการรีดิวซ์และออกซิไดส์ไออนของแมงกานีสที่มีเลขออกซิเดชัน +2 ที่พืชนำไปใช้ได้ และ +4 ที่พืชเอาไปใช้ไม่ได้ จุลินทรีย์บางตัวใช้ Mn4+ เป็นตัวรับอิเล็กตรอนได้
- วัฏจักรแคลเซียม โดยมากเป็นการหมุนเวียนผ่านในรูปของแคลเซียมไฮโครเจนคาร์บอเนตไอออน และแคลเซียมคาร์บอเนตไอออนในทะเล
- วัฏจักรของโลหะหนักการเปลี่ยนรูปของโลหะหนักโดยจุลลินทรีย์และพืชจะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนเลขออกซิเดชันของโลหะให้มีความเป็นพิษน้อยลงหรือมากขึ้น ให้เคลื่อนที่ได้ดีขึ้นหรือน้อยลง
อ้างอิง
แก้- Atlas, A.M. and R.Bartha. 1998. Microbial Ecology: Fundamental and Application 4 ed. Mehlo park. Benjamin/Cummings. Science Publishing.