คาร์บอน (carbon, C) เป็นองค์ประกอบสำคัญของสิ่งมีชีวิต เพราะเป็นโครงสร้างหลักของโมเลกุลอินทรีย์ เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle) คือ กระบวนการธรรมชาติที่คาร์บอนเคลื่อนที่ระหว่างบรรยากาศ ระบบนิเวศบนบกและในน้ำ ดิน และ ธรณีภาค (lithosphere) โดยในกระบวนการนี้ คาร์บอนสามารถไหลเข้าสู่ระบบนิเวศผ่านการสังเคราะห์แสงของพืช ซึ่งพืชจะดูดซับ CO₂ จากอากาศ และเปลี่ยนเป็นคาร์โบไฮเดรตที่ใช้ในการเจริญเติบโต ต่อมาเมื่อสัตว์กินพืชหรือกินเนื้อของสัตว์ที่กินพืช คาร์บอนจะถูกส่งต่อไปยังโซ่อาหาร นอกจากนี้เมื่อสิ่งมีชีวิตตายหรือเมื่อเกิดการสลายตัว คาร์บอนจะกลับสู่ดินหรือน้ำในรูปของสารประกอบที่แตกตัวหรือในรูปแบบของก๊าซ ซึ่งการทำความเข้าใจกระบวนการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเข้าใจพลวัตของสภาพภูมิอากาศ เพราะก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และมีเทน (CH₄) ซึ่งเป็นสารประกอบคาร์บอนสำคัญ มีบทบาทเป็น ก๊าซเรือนกระจก (Greenhouse gas) ที่มีผลต่อความสมดุลของพลังงานในโลก หากมีการเปลี่ยนแปลงหรือความไม่สมดุลในวัฏจักรคาร์บอน อาจส่งผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศและความหลากหลายทางชีวภาพอย่างรุนแรง

เพิ่มเติม : การหาอายุด้วยวิธีคาร์บอน-14

• C คือ สัญลักษณ์ธาตุ แต่ละชนิด เช่น C คือ คาร์บอน
• A คือ เลขมวล ซึ่งหมายถึงจำนวนของอนุภาคโปรตอนและนิวตรอนที่มีอยู่ในอะตอม เทียบเคียงได้กับมวลของนิวเคลียส เนื่องจากอิเล็กตรอนมีมวลน้อยมาก
• Z คือ เลขอะตอม โดยถ้า n = จำนวนนิวตรอน เลขมวล = เลขอะตอม + จำนวนนิวตรอน หรือ A = Z + n

• เพิ่มเติม : วัฏจักรหิน (Rock Cycle)
• เพิ่มเติม : วัฏจักรน้ำ (Water Cycle)
• เพิ่มเติม : วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle)
• เพิ่มเติม : วัฏจักรออกซิเจน (Oxygen Cycle)
• เพิ่มเติม : วัฏจักรไนโตรเจน (Nitrogen Cycle)
• เพิ่มเติม : วัฏจักรฟอสฟอรัส (Phosphorus Cycle)
• เพิ่มเติม : วัฏจักรชีวธรณีเคมี (Biochemical Cycle)

ส่วนประกอบของวัฏจักร

1) อากาศภาค (Atmosphere) บรรยากาศเป็นแหล่งเก็บคาร์บอนหลักในรูปของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทน ก๊าซเหล่านี้ช่วยควบคุมอุณหภูมิของโลกผ่านกระบวนการที่เรียกว่า ปรากฏการณ์เรือนกระจก (Greenhouse Effect)

2) ชีวภาค (Biosphere) คาร์บอนถูกเก็บไว้ในสิ่งมีชีวิต เช่น พืชและสัตว์ รวมถึงอินทรียวัตถุที่ตายแล้ว เช่น ซากใบไม้และคาร์บอนในดิน ป่าไม้ ทุ่งหญ้า และพื้นที่ชุ่มน้ำ เป็นแหล่งสะสมคาร์บอนที่สำคัญ

3) อุทกภาค (Hydrosphere) มหาสมุทรเป็นแหล่งเก็บคาร์บอนขนาดใหญ่ที่ดูดซับ CO₂ ประมาณ 25-30% ของการปล่อยจากมนุษย์ในแต่ละปี คาร์บอนในมหาสมุทรอยู่ในรูปของ คาร์บอเนต ไบคาร์บอเนต รวมถึงสิ่งมีชีวิตและตะกอน

4) ธรณีภาค (Lithosphere) คาร์บอนถูกเก็บสะสมในช่วงเวลาที่ยาวนานในรูปของหินเช่นหินปูนและโดโลไมต์ รวมถึงเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ

5) กิจกรรมมนุษย์ (Human Activity) กิจกรรมของมนุษย์ เช่น การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลและการเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดิน ได้เพิ่มปริมาณคาร์บอนในบรรยากาศอย่างมีนัยสำคัญ

การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิล

มีเทน (CH₄) +2O₂ = คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) + 2(H₂O)

กระบวนการในวัฏจักร

1) การสังเคราะห์ด้วยแสง พืช สาหร่าย และ ไซยาโนแบคทีเรีย (cyanobacteria) ดูดซับ CO₂ จากบรรยากาศในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เพื่อเปลี่ยนเป็นกลูโคสและออกซิเจน นี่เป็นเส้นทางหลักที่คาร์บอนเข้าสู่ชีวภาค

2) การหายใจ สิ่งมีชีวิตทั้งหมดดำเนินกระบวนการหายใจระดับเซลล์ ซึ่งปล่อย CO₂ กลับสู่บรรยากาศหรือแหล่งน้ำในรูปผลพลอยได้จากการเผาผลาญสารอินทรีย์

3) การย่อยสลาย เมื่อพืชและสัตว์ตาย ผู้ย่อยสลาย เช่น เชื้อราและแบคทีเรีย จะย่อยสลายอินทรียวัตถุและปล่อย CO₂ และมีเทนกลับสู่บรรยากาศและดิน

4) การดูดซับและแลกเปลี่ยนในมหาสมุทร มหาสมุทรดูดซับ CO₂ จากบรรยากาศผ่านการแพร่กระจาย ก๊าซที่ถูกดูดซับสามารถถูกนำไปใช้โดยสิ่งมีชีวิตในทะเลหรือแปลงเป็นสารประกอบคาร์บอเนต

5) การกัดเซาะคาร์บอเนต-ซิลิเกต ในช่วงเวลาทางธรณีวิทยา CO₂ ทำปฏิกิริยากับแร่ซิลิเกตในกระบวนการกัดเซาะ ซึ่งทำให้เกิดไบคาร์บอเนตที่ถูกพัดพาไปยังมหาสมุทรและมีส่วนช่วยในการสร้าง หินคาร์บอเนต (carbonate rock)

เพิ่มเติม : หินก้อนใหญ่ ผุพังได้ยังไง ไปดูกัน

CaCO₃ + H₂O + CO₂ → Ca (HCO₃) ₂

แคลเซียมคาร์บอเนต + น้ำ + คาร์บอนไดออกไซด์ → แคลเซียมไบคาร์บอเนต

6) กิจกรรมภูเขาไฟ การปะทุของภูเขาไฟปล่อยคาร์บอนที่ถูกเก็บในชั้นเนื้อโลกออกสู่บรรยากาศในรูปของ CO₂

7) การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล การเผาถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ ปล่อย CO₂ จำนวนมากเข้าสู่บรรยากาศ ซึ่งรบกวนสมดุลของวัฏจักรคาร์บอน

8) การตัดไม้ทำลายป่าและการใช้ที่ดิน การตัดไม้และเปลี่ยนพื้นที่ป่าให้เป็นพื้นที่เกษตรกรรมหรือชุมชนเมือง ลดความสามารถในการสะสมคาร์บอนในชีวมณฑลและปล่อยคาร์บอนที่เก็บไว้กลับสู่บรรยากาศ

เพิ่มเติม : มลพิษทางอากาศ (air pollution)

ผลกระทบจากการรบกวนวัฏจักรคาร์บอน

1) การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การเพิ่มขึ้นของระดับ CO₂ ส่งเสริม ปรากฏการณ์เรือนกระจก (Greenhouse Effect) ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนและปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้อง เช่น การละลายของน้ำแข็ง ระดับน้ำทะเลเพิ่มสูงขึ้น และสภาพอากาศที่รุนแรง

เพิ่มเติม : มีวิธีไหนบ้างที่ทำให้ภูมิอากาศโลกเปลี่ยนแปลงได้

2) การเป็นกรดของมหาสมุทร การดูดซับ CO₂ เพิ่มขึ้นทำให้เกิดกรดคาร์บอนิกในมหาสมุทร ซึ่งลดค่า pH และส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตในทะเล เช่น ปะการังและสัตว์เปลือกแข็ง

3) การสูญเสียความหลากหลายทางชีวภาพ การรบกวนวัฏจักรคาร์บอนสามารถเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศ ทำให้สูญเสียที่อยู่อาศัยและการสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต

4) การละลายของดินเยือกแข็งถาวรและไฟป่า ปล่อยคาร์บอนเพิ่มเติม ซึ่งทำให้การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศยิ่งรุนแรงขึ้น

เพิ่มเติม : ไฟป่า (wildfire)

การจัดการและบรรเทาผลกระทบ

1) การสะสมคาร์บอน การอนุรักษ์แหล่งสะสมคาร์บอนธรรมชาติ เช่น ป่าไม้และพื้นที่ชุ่มน้ำ รวมถึงการพัฒนาวิธีการสะสมคาร์บอนเทียม เช่น การดักจับและเก็บกักคาร์บอน (CCS)

2) การใช้พลังงานทดแทน การเปลี่ยนมาใช้พลังงานหมุนเวียนแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล ลดการปล่อย CO₂ อย่างมีนัยสำคัญ

เพิ่มเติม : ในวันที่ปิโตรเลียมและถ่านหินเริ่มร่อยหรอ เรายังมีทางไหนให้เลือกบ้าง

3) การปลูกป่าและฟื้นฟูพื้นที่ป่า การปลูกต้นไม้และฟื้นฟูป่าที่เสื่อมโทรมช่วยเพิ่มการดูดซับคาร์บอนในชีวมณฑล

4) เกษตรกรรมที่ยั่งยืน การทำเกษตรแบบไร้ไถ การปลูกพืชคลุมดิน และการเกษตรวนศาสตร์ ช่วยเพิ่มการกักเก็บคาร์บอนในดิน

5) นโยบาย และความร่วมมือระหว่างประเทศ ข้อตกลงระหว่างประเทศ เช่น ข้อตกลงปารีส มุ่งลดการปล่อยคาร์บอนและบรรเทาผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

โดยสรุป วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle) เป็นเครื่องเตือนถึงความเชื่อมโยงระหว่างระบบธรรมชาติของโลก ในขณะที่มันช่วยควบคุมคาร์บอนมาอย่างยาวนาน กิจกรรมของมนุษย์ได้รบกวนสมดุลนี้ การจัดการกับความท้าทายเหล่านี้จำเป็นต้องมีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับวัฏจักรคาร์บอน และการร่วมมือกันเพื่อสร้างความสมดุลระหว่างระบบธรรมชาติกับกิจกรรมของมนุษย์ เพื่ออนาคตที่ยั่งยืนสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลก

• เพิ่มเติม : วัฏจักรหิน (Rock Cycle)
• เพิ่มเติม : วัฏจักรน้ำ (Water Cycle)
• เพิ่มเติม : วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle)
• เพิ่มเติม : วัฏจักรออกซิเจน (Oxygen Cycle)
• เพิ่มเติม : วัฏจักรไนโตรเจน (Nitrogen Cycle)
• เพิ่มเติม : วัฏจักรฟอสฟอรัส (Phosphorus Cycle)
• เพิ่มเติม : วัฏจักรชีวธรณีเคมี (Biochemical Cycle)

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth