BIOGEOCHEMICAL CYCLE

สิ่งมีชีวิต = สสาร + พลังงาน สสารที่ประกอบเป็นสิ่งมีชีวิต และทำให้สิ่งมีชีวิตดำรงอยู่ได้เป็นธาตุประมาณ 30-40 ชนิดซึ่งแยกเป็น Basic Element Trace Element ธาตุเหล่านี้จะหมุนเวียนเป็นอินทรียสารและอนินทรียสาร

BIOGEOCHEMICAL CYCLE วัฏจักรของสาร กระบวนการเคลื่อนย้ายแร่ธาตุจากสิ่งแวดล้อมเข้าสู่สิ่งมีชีวิต และจากสิ่งมีชีวิตคืนสู่สิ่งแวดล้อม มีการเปลี่ยนรูปสารไปและกลับมาเช่นเดิมเป็น วัฏจักรเพื่อรักษาสมดุลของธรรมชาติ

Reservoir pod / Untractive zone Exchange pod / Active zone การหมุนเวียนประกอบด้วย 2 ขั้นตอนคือ Reservoir pod / Untractive zone Exchange pod / Active zone การหมุนเวียนอาจแบ่งเป็น 3 กลุ่มคือ Hydrologic Cycle Gaseous Cycle Sedimentary Cycle

Sedimentary-type Element Phosphorus Sulfur Potassium Gaseous-type Element Hydrogen Oxygen Carbon Nitrogen Sedimentary-type Element Phosphorus Sulfur Potassium Hydrologic Cycle

Water Cycle H2O H2O น้ำคืออะไร? น้ำมีความสำคัญอย่างไร? H2O โลกมีน้ำอยู่เท่าไหร่? H2O น้ำอยู่ที่ไหนบ้างในโลกของเรา? H2O น้ำเป็นสสารที่มีลักษณะเด่นต่างจากสสารอื่นอย่างไร?

Water Cycle Short cycle Long cycle

Water Cycle

Carbon เป็นธาตุสำคัญในอินทรียสารหลายชนิดของสิ่งมีชีวิต Carbon-Oxygen Cycle CO2 CO2 Carbon เป็นธาตุสำคัญในอินทรียสารหลายชนิดของสิ่งมีชีวิต ในอากาศมี CO2 0.03% ของก๊าซทั้งหมด CO2 เป็นวัตถุดิบสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสง การหมุนเวียนและการรักษาสมดุลของ Carbon จะผ่านสิ่งมีชีวิตเสมอ CO2 CO2 CO2

Carbon-Oxygen Cycle

Carbon-Oxygen Cycle Carbon จากธรรมชาติมีการทับถมและแปรเป็น “ถ่านหินและปิโตรเลียม” ซึ่งเมื่อเผาไหม้แล้วจะได้ CO2 คืนสู่อากาศ การรักษาสมดุลของ CO2 เกี่ยวข้องกับการอยู่ในรูปสารละลาย carbon ในมหาสมุทรเช่น HCO3- / CO3-2 ความเข้มข้นของ CO2 ของบรรยากาศต่ำ คงที่เพราะมีทะเลเป็นแหล่งเก็บที่สำคัญ

Carbon-Oxygen Cycle

Carbon-Oxygen Cycle Carbon อาจถูกเก็บในรูปสารประกอบกับ Ca เป็น CaCO3 ซึ่งพบได้ในสิ่งมีชีวิต และหินปูน Bacteria บางชนิดสามารถปรับสภาพแวดล้อมเป็นด่าง ซึ่งจะทำให้ CaCO3 ละลายเป็นรูป HCO3-/CO32-

CO2 ถูกเปลี่ยนเป็นสารอินทรีย์โดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง Carbon-Oxygen Cycle CO2 ถูกเปลี่ยนเป็นสารอินทรีย์โดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ในพืชและสาหร่าย CO2 + H2O -> CH2O + O2 + H2O light Chl

Carbon-Oxygen Cycle ในแบคทีเรีย Arthiorhodaceae: CO2 + H2O -> CH2O + O2 + H2O แสง BChl ในแบคทีเรีย Thiorhodaceae: CO2 + H2S -> CH2O + S + H2O แสง BChl

Carbon-Oxygen Cycle Carbon ในรูปสารอินทรีย์กลับเป็น CO2 ผ่าน respiratory, fermentation และ hydrolysis CH2O + O2 + H2O -> CO2 + H2O HCOOH -> H2 + CO2 H2O E. coli

การหมุนเวียนของ C H และ O มีความสัมพันธ์กันอย่างไร? กิจกรรม การหมุนเวียนของ C H และ O มีความสัมพันธ์กันอย่างไร? มลภาวะที่เกี่ยวข้องกับ Hydrologic Cycle คืออะไร สามารถแก้ไข/ป้องกันได้อย่างไร?

Nitrogen Cycle Reaction in Nitrogen Cycle Nitrogen-fixation Ammonification Nitrosification & Nitrification Denitrification

Nitrogen Cycle การตรึงก๊าซ Nirtogen จากอากาศลงสู่ดิน เกิดได้ 2 วิถีคือ Biological fixation ซึ่งจำแนกเป็น 2 พวกคือ 1.1 Free living nitrogen fixation หรือ Nonsymbiotic nitrogen fixation 1.2 Symbiotic nitrogen fixation Electrochemical & Photochemical fixation

Symbiotic nitrogen fixation Free living nitrogen fixation Biological fixation Blue green algae Clostridium Azotobacter Rhodotorula Symbiotic nitrogen fixation Free living nitrogen fixation Rhizobium Mycorrhiza Actinomycetes N2 -> Nitrate

Ammonification โดย Ammonifying Bacteria Pseudomonas Proteus Micrococcus เปลี่ยน Metabolic Waste, Amino Acid หรือ Protein เป็น Ammonia (NH3). Ammonifying Bacteria Organic Nitrogen Ammonia (NH3)

Nitrosification & Nitrification โดย Nitrosobacteria (Nitrosomonas sp.) เปลี่ยน Ammonia (NH3) เป็น Nitrite (NO2-) Nitrification โดย Nitrifying Bacteria (Nitrobacter sp.) เปลี่ยน Nitrite (NO2-) to Nitrate (NO3-) Nitrosomonas Ammonia (NH3) Nitrite (NO2-) Nitrobacter Nitrite (NO2-) Nitrate (NO3-)

Nitrosification & Nitrification เพิ่ม nitrate ที่ละลายน้ำในดิน (แต่ถ้าน้ำมากจะลดความอุดมสมบูรณ์ของดิน) โดย Nitrifying bacteria Nitrosomonas Ammonia (NH3) Nitrite (NO2-) Nitrobacter Nitrite (NO2-) Nitrate (NO3-)

Denitrification โดย denitrifying bacteria Escherichia coli Bacillus sp. Pseudomonas sp. เป็นกระบวนการย้อนกลับของ nitrification, เปลี่ยน nitrate (NO3-) to nitrite (NO2-). Escherichia coli Bacillus sp. Nitrate (NO3-) Nitrite (NO2-) Pseudomonas sp. NO3 -> NO2 -> NH3 -> N2

Denitrification ลดความเข้มข้นของ Nitrate ในดินและในน้ำ ความเข้มข้นของ NO3 ไม่มากจนเป็นอันตรายต่อพืชและสัตว์น้ำ

Phosphorus Cycle

Phosphorus Cycle Phosphorus is the component of ATP, cell membrane and genetic material of the livings in form of phosphate ion (PO43-). Phosphorus is always collected in rock. NO LIVINGS can reduce or oxidize phosphorus. It is insoluble in water. But it can be ionized by acid. Phosphorus cycle is happened in soil, water, and livings. Not in atmosphere.

Reaction in Phosphorus Cycle When the soil is acid. Phosphorus will be in the form of solution, so plants can use it. Ca3(PO4)2 + 4HNO3 Ca(H2PO4)2 + 2Ca(NO3)2 Ca3(PO4)2 + H2SO4 CaHPO4 + 2CaSO4

Animation of Phosphorus Cycle Go to Phosphorus Cycle Animation

Sulfur Cycle

Sulfur Cycle Sulfur is the main component in many kinds of amino acid. The livings can use sulfur in form that is soluble in water, such as SO42- , or inorganic reducing agent, such as H2S that is oxidized by O2 or O3 and turns to sulfurus (SO2-). Some of them are collected in charcoal, petroleum, or atmosphere.

Reaction in Sulfur Cycle Sulfur ในบรรยากาศสามารถทำปฏิกิริยากับน้ำและทำให้เกิดฝนกรด (Sulfuric Acid) แบคทีเรียบางชนิดใช้ H2S และเปลี่ยนให้เป็น Sulfuric Acid SO2- + H2O  H2SO3  SO3- + H2O  H2SO4 Beggiatoa sp. Thioploca sp. 2H2S + O2 2H2O + 2S + Energy Thiobacillus sp. 2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 Thiobacillus denitrificans 2S + 6HNO3 + 2H2O 2H2SO4 + 3N2

Dimethyl sulfide (DMS)