วัฏจักรทางชีวธรณีเคมี

วัฏจักรชีวธรณีเคมี (อังกฤษ: Biogeochemical cycle) โดยนิยามเชิงนิเวศวิทยาคือวงจรหรือแนวกระบวนการที่เกี่ยวกับการที่ธาตุหลักทางเคมีหรือโมเลกุลเคลื่อนที่ผ่านสภาพแวดล้อมของระบบนิเวศทั้งที่มีชีวิต (ชีวภาพ) และไม่มีชีวิต (ธรณีภาพ) โดยหลักการแล้ว วัฏจักรทุกวัฏจักรย่อมซ้ำกระบวนการเสมอ แม้ว่าในบางวัฏจักร จะใช้เวลาซ้ำกระบวนการนานมาก โดยการเปลี่ยนรูปนี้จะเกิดผ่านทั้งบรรยากาศ น้ำ และบนบก รวมทั้งการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากปัจจัยทางกายภาพและชีวภาพ สิ่งมีชีวิตทุกชนิดมีส่วนร่วมในวัฏจักร แต่ที่มีบทบาทมากที่สุดคือจุลินทรีย์ เพราะมีกระบวนการทางเมตาบอลิซึมที่หลากหลาย

วัฏจักรของไนโตรเจน วัฏจักรที่สำคัญอย่างหนึ่งของวัฏจักรทางชีวธรณีเคมี

แหล่งพลังงานสำคัญของการหมุนเวียนของแร่ธาตุต่างๆคือพลังงานจากแสงอาทิตย์ 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 โลหะหนักต่างๆ

วัฏจักรต่างๆ

• 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

• Atlas, A.M. and R.Bartha. 1998. Microbial Ecology: Fundamental and Application 4 ed. Mehlo park. Benjamin/Cummings. Science Publishing.