ปัญหาสิ่งแวดล้อม
ปัญหาสิ่งแวดล้อม
สาเหตุของปัญหาสิ่งแวดล้อม
สาเหตุหลักของปัญหาสิ่งแวดล้อมมีอยู่ 2 ประการด้วยกัน คือ
1. การเพิ่มของประชากร (Population growth) ปริมาณการเพิ่มของประชากรก็ยังอยู่ในอัตราทวีคูณ (Exponential Growth) เมื่อผู้คนมากขึ้นความต้องการบริโภคทรัพยากรก็เพิ่มมากขึ้นทุกทางไม่ว่าจะเป็นเรื่องอาหาร ที่อยู่อาศัย พลังงาน
2. การขยายตัวทางเศรษฐกิจและความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยี (Economic Growth & Technological Progress) ความเจริญทางเศรษฐกิจนั้นทำให้มาตรฐานในการดำรงชีวิตสูงตามไปด้วย มีการบริโภคทรัพยากรจนเกินกว่าความจำเป็นขั้นพื้นฐานของชีวิต มีความจำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้นตามไปด้วย ในขณะเดียวกันความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยีก็ช่วยเสริมให้วิธีการนำทรัพยากรมาใช้ได้ง่ายขึ้นและมากขึ้น
ผลสืบเนื่องอันเกิดจากปัญหาสิ่งแวดล้อม คือ
ทรัพยากรธรรมชาติร่อยหรอ เนื่องจากมีการใช้ทรัพยากรกันอย่างไม่ประหยัด อาทิ ป่าไม้ถูกทำลาย ดินขาดความอุดมสมบูรณ์ ขาดแคลนน้ำ
ภาวะมลพิษ (Pollution) เช่น มลพิษในน้ำ ในอากาศและเสียง มลพิษในอาหาร สารเคมี อันเป็นผลมาจากการเร่งรัดทางด้านอุตสาหกรรมนั่นเอง
มลพิษทางอากาศ
โลกของเรามีชั้นของบรรยากาศห่อหุ้มอยู่โดยรอบหนาประมาณ 15 กิโลเมตร ชั้นของบรรยากาศดังกล่าวนี้ประกอบด้วย ก๊าซไนโตรเจน ออกซิเจน ฝุ่นละอองไอน้ำ และเชื้อจุลินทรีย์ต่าง ๆ ในจำนวนก๊าซเหล่านี้ ก๊าซที่สำคัญที่สุดต่อการดำรงอยู่ของ สิ่งมีชีวิตในโลก คือ ก๊าซออกซิเจนและชั้นของบรรยากาศที่มีก๊าซออกซิเจนเพียงพอ ต่อการดำรงชีวิตมีความหนาเพียง 5 - 6 กิโลเมตรเท่านั้น ซึ่งปกติจะมีส่วนประกอบ ของก๊าซต่าง ๆ ค่อนข้างคงที่ คือ ก๊าซไนโตรเจน 78.09% ก๊าซออกซิเจน 20.94% ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซเฉื่อย 0.97%ในปริมาณคงที่ของก๊าซดังกล่าวนี้ เราถือ ว่าเป็นอากาศบริสุทธิ์แต่เมื่อใดก็ตามที่ส่วนประกอบของอากาศเปลี่ยนแปลงไปมีปริมาณ ของฝุ่นละออง ก๊าซ กลิ่น หมอกควัน ไอ ไอน้ำ เขม่าและกัมมันตภาพรังสีอยู่ในบรรยา กาศมากเกินไป เราเรียกสภาวะดังกล่าวว่า “อากาศเสีย” หรือ “มลพิษทางอากาศ”
ความหมาย ของ มลพิษทางอากาศ
มลพิษทางอากาศ หมายถึง ภาวะอากาศที่มีสารเจือปนอยู่ในปริมาณที่สูงกว่าระดับปกติเป็นเวลา นานพอที่จะทำให้เกิดอันตรายแก่มนุษย์ สัตว์ พืช หรือทรัพย์สินต่าง ๆ อาจเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น ฝุ่นละอองจากลมพายุ ภูเขาไฟระเบิด แผ่นดินไหว ไฟไหม้ป่า ก๊าซธรรมชาติอากาศเสียที่เกิดขึ้น โดยธรรมชาติเป็นอันตรายต่อมนุษย์น้อยมาก เพราะแหล่งกำเนิดอยู่ไกลและปริมาณที่เข้าสู่สภาพ แวดล้อมของมนุษย์และสัตว์มีน้อย กรณีที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์ ได้แก่ มลพิษจากท่อไอเสีย ของรถยนต์จากโรงงานอุตสาหกรรมจากขบวนการผลิตจากกิจกรรมด้านการเกษตรจากการระเหย ของก๊าซบางชนิด ซึ่งเกิดจากขยะมูลฝอยและของเสีย เป็นต้น
แหล่งกำเนิดสารมลพิษทางอากาศ
แหล่งกำเนิดมลพิษทางอากาศที่สำคัญของประเทศไทย แบ่งเป็น 2 กลุ่มใหญ่ ๆ ดังนี้
1.ยานพาหนะ
ยานพาหนะก่อให้เกิดปัญหามลพิษทางอากาศจำกัดเฉพาะในเขตชุมชนขนาดใหญ่ เช่น กรุงเทพมหานครและปริมณฑล แต่ปัญหามลพิษทางอากาศจากโรงงานอุตสาหกรรม เป็นปัญหาเฉพาะพื้นที่กระจายอยู่ทั่วประเทศไทยทั้งในเขตชนบทและเขตเมือง
แหล่งกำเนิดจากยานพาหนะ
การเจริญเติบโตทางเศรษฐกิจอย่างรวดเร็วของประเทศจากภาคเกษตรกรรม มาเป็นภาคอุตสาหกรรมทำให้กรุงเทพมหานครซึ่งเป็นศูนย์กลางของแหล่งธุรกิจและความเจริญมีจำนวนประชากรเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดความต้องการในการเดินทางและการขนส่งมากยิ่งขึ้น ส่งผลให้เกิดปัญหาจราจรติดขัดเข้าขั้นวิกฤต และนับวันจะทวีความรุนแรงมากขึ้นเรื่อยๆ การจราจรที่ติดขัดทำให้รถเคลื่อนตัวได้ด้วยความเร็วต่ำ มีการหยุดและออกตัวบ่อยครั้ง ขึ้นน้ำมันถูกเผาผลาญมากขึ้น การสันดาปของน้ำมันเชื้อเพลิงไม่สมบูรณ์ และมีการระบายสารมลพิษทางท่อไอเสียในสัดส่วนที่เพิ่มมากขึ้น ดังนั้นบริเวณที่ใกล้ถนนที่มีการจราจรติดขัด จะมีปัญหามลพิษทางอากาศที่รุนแรงกว่า ในบริเวณที่มีการจราจรคล่องตัว สารมลพิษที่ระบายเข้าสู่บรรยากาศที่เกิดจาก การคมนาคมขนส่ง ได้แก่ ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจน สารประกอบไฮโดรคาร์บอน ฝุ่นละอองขนาดเล็กกว่า 10 ไมครอน สารตะกั่วและก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์
2. แหล่งกำเนิดจากโรงงานอุตสาหกรรม
มลพิษทางอากาศจากแหล่ง กำเนิดอุตสาหกรรม เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงและกระบวนการผลิต ซึ่งเป็นตัวการสำคัญที่ก่อให้เกิดผล กระทบต่อคุณภาพอากาศในบรรยากาศและอาจส่งผล กระทบต่อสุขภาพอนามัยของประชาชนในชุมชน โดยทั่วไปหรือก่อให้เกิดความเดือดร้อนรำคาญเชื้อเพลิงที่ใช้สำหรับอุตสาหกรรมมีอยู่ 3 ประเภทใหญ่ ๆ ด้วยกัน คือ
เชื้อเพลิงที่เป็นของแข็ง
เชื้อเพลิงที่เป็นของเหลว ได้แก่ น้ำมันเตา และน้ำมันดีเซล
เชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซ ได้แก่ ก๊าซธรรมชาติ และก๊าซ LPG
สารมลพิษทางอากาศที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงชนิดต่าง ๆ ได้แก่ ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ฝุ่นละออง ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจน ซึ่งพบว่ามีปริมาณการระบายออกสู่บรรยากาศเพิ่มมากขึ้นทุกปีตามปริมาณการใช้เชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้น
มลพิษจากแสงอาทิตย์
เมื่อพระอาทิตย์ขึ้น แสงแดดอ่อน ๆ จากดวงอาทิตย์จะทำให้สุขภาพของร่างกายและจิตใจรื่นรมย์ขึ้น เสมือนว่าได้รับการชำระล้างความสกปรกหมักหมมที่ผ่านมาตลอดวันและคืน เราจึงนิยมผึ่งแดดในยามเช้า แต่พอสาย แสงแดดกล้าขึ้น ร่างกายและจิตใจที่เบิกบานจะค่อย ๆ ลดลง ๆ ผิวอันนวลเนียนจะเริ่มระคายเคือง ถ้าตากแดดต่อไปนาน ๆ ผิวจะเกรียมเป็นสีน้ำตาล ใบหน้าลอก และมีฝ้าเกิดขึ้น เกิดโรคแพ้ภูมิคุ้มกัน เจ็บไข้ได้ป่วยได้ง่าย
ที่จริงแล้ว แสงแดดจากดวงอาทิตย์มีประโยชน์ต่อสิ่งมีชีวิตทั้งมนุษย์ สัตว์ พืชพันธุ์ต่อวิทยาศาสตร์ และต่อโลกอย่างมหาศาล เช่น คนในเขตร้อนมักไม่ค่อยเป็นโรคเกี่ยวกับกระดูก เนื่องจากได้รับแสงแดดเพียงพอในการสังเคราะห์วิตามินดี-3 ซึ่งมีประโยชน์ต่อการบำรุงกระดูก หรือทางด้านวิทยาศาสตร์ก็สามารถนำรังสีอุลตราไวโอเลตจากการสังเคราะห์มาใช้ในการวิเคราะห์ทางเคมีได้
แสงอาทิตย์ประกอบด้วยแสงต่าง ๆ ทั้งชนิดที่ตามองเห็นและมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แสงหรือรังสีอันตราย คืออัลตราไวโอเลต ซึ่งเป็นรังสีประเภทที่ตามองไม่เห็น คือ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงที่ตามองเห็นได้ รังสีอุลตราไวโอเลตมี 2 ชนิด คือ อัลตราไวโอเลต-เอ มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 320-400 นาโนเมตร และอุลตราไวโอเลต-บี มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 290-320 นาโนเมตร
ความเป็นพิษของรังสีอุลตราไวโอเลต เกิดจากรังสีนี้เมื่อไปกระทบกับผิวหนังจะทำอันตรายต่อเซลล์ของร่างกาย จากการศึกษาวิจัยพบว่า กรดอะมิโน ซึ่งมีอยู่ในโปรตีนในร่างกายดูดกลืนรังสีนี้ได้ดี และทำให้เกิดสารพิษในร่างกายขึ้นหลายชนิด ที่เป็นต้นเหตุของมะเร็งที่ผิวหนัง
กรดในร่างกายอีกชนิดหนึ่ง คือ กรดนิวคลีอิคก็สามารถดูดกลืนรังสีนี้ได้ แม้จะไม่มากนัก แต่ก็ทำให้เกิดสารเคมีที่เป็นผลร้ายต่อกรรมพันธุ์ ทำให้ลูกหลานที่เกิดมามีลักษณะผิดปกติ ผ่าเหล่าผ่ากอ
รังสีอุลตราไวโอเลต มีอันตรายต่อเซลล์ของร่างกาย โดยทางอ้อมอีกด้วย คือ เมื่อเซลล์หนึ่งดูดกลืนรังสีนี้ไว้ ทำให้เกิดสารพิษชนิดหนึ่งขึ้นมา สารพิษที่เกิดขึ้นนี้จะไปทำอันตรายเซลล์อื่นต่อ ๆ ไป นอกจากนี้รังสีชนิดนี้ยังทำให้เกิดโรคต้อกระจกได้อีกด้วย
รังสีอุลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ผ่านบรรยากาศในชั้นต่าง ๆ มาสู่ผิวโลกเป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายมนุษย์และสัตว์ ถ้าหากเราได้รับแสงมฤตยูนี้โดยตรง บรรดาพืชพันธุ์สิ่งมีชีวิตทั้งหลายจะถูกทำลายโดยสิ้นเชิง
นับว่าเป็นโชคดีของมนุษย์ที่ในบรรยากาศในชั้นสตราโตสเฟียร์ ยังมีก๊าซโอโซนที่มีความสามารถดูดกลืนรังสีอุลตราไวโอเลตได้ดี ทำให้รังสีผ่านลงมายังพื้นโลกน้อยลง
แต่ปัจจุบันนี้ เราพบว่าปริมาณของโอโซนในบรรยากาศเหนือพื้นโลก นับวันจะมีน้อยลงทุกที ผู้ที่ทำลายก็คือ มนุษย์รักสวยรักงามในโลกเรานี่เอง มนุษย์ผู้นิยมสเปรย์ฉีดผม สเปรย์ฆ่าแมลง สเปรย์น้ำหอมปรับอากาศ สเปรย์ระงับกลิ่นตัว ในสเปรย์มีสารเคมีชนิดหนึ่งเป็นตัวผลักดันให้สารในกระป๋องพ่นออกมาเป็นละออง เกสรเคมีที่เป็นตัวผลักดันนี้ คือ ฟลูออโรคาร์บอน หรือที่เรียกว่า ฟรีออน สารชนิดนี้เมื่อออกมาจากกระป๋องสเปรย์แล้ว จะให้โอโซนสลายตัวมีปริมาณลดลง มีตัวที่จะสกัดกั้นรังสีอุลตราไวโอเลตน้อยลง เป็นผลให้รังสีผ่านสตราโตสเฟียร์มายังโลกมากขึ้นเป็นอันตรายแก่มนุษย์ และสิ่งแวดล้อมอย่างมหาศาล
การป้องกันอันตรายจากรังสีอุลตราไวโอเลต ต้องพยายามหลีกเลี่ยงแสงสว่างที่มีความเข้มสูง ธรรมชาติของร่างกายมีกลไกในการป้องกันแสงอาทิตย์อยู่แล้ว คือ ผิวหนังชั้นนอกร่างกายมีสารให้สีหรือที่เรียกว่า รงวัตถุ ขนหรือเกล็ดของสัตว์สามารถกรองหรือกระจายแสงได้ และยังมีเอนไซม์บางชนิดสามารถฆ่าฤทธิ์พิษที่เกิดขึ้นจากรังสีอุลตราไวโอเลต
ในความเป็นพิษเป็นภัยของแสงอุลตราไวโอเลตนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้พบสารที่เป็นคุณแฝงอยู่ด้วย ในปี พ.ศ. 2471 มีผู้พบว่าสีย้อม (dye) บางชนิด เช่น ไทอาซินดาย เมทิลิน บลู (4) Thiazine dye methylene blue (IV) หรือสีย้อมพวกแซนทีนที่มีฮาโลเจนอยู่ด้วย (halogenated fluorescein family of xanthene) สีจำพวกนี้เมื่อถูกกับรังสีอุลตราไวโอเลต จะเปลี่ยนเป็นสารที่มีพิษต่อแมลง ซึ่งนำมาใช้กำจัดแมลงได้
ชาวอียิปต์โบราณพบว่าพืชแอมมินาจัส (Amminajus) ซึ่งขึ้นอยู่ตามแม่น้ำไนล์ มีสารชนิดหนึ่งซึ่งเมื่อถูกแสงอาทิตย์จะกลายเป็นยารักษาโรค ใช้ในการบำบัดรักษาโรคผิวหนัง ปัจจุบันนี้เราพบว่าสารนี้คือ ซอราเลนส์ (Psoralens) จึงได้มีผู้หันมาใช้สารนี้ในการบำบัดโรคมะเร็งได้
เราควรหลีกเลี่ยงแสงแดดในช่วงเที่ยงถึงบ่าย ซึ่งเป็นเวลาแดดจัด มีความเข้มของแสงอุลตราไวโอเลตสูง เพื่อป้องกันมิให้เซลล์ในร่างกายถูกแสงแดดทำลาย เป็นเหตุให้เกิดโรคภัยไข้เจ็บขึ้นได้ โดยเฉพาะหน้าร้อนในขณะนี้ อย่าเดินตากแดดโดยไม่มีหมวกหรือร่มหรือแว่นตากันแดด ซึ่งนอกจากจะทำให้ผิวหนังแห้งเกรียม หน้าลอก เป็นฝ้า ตาเป็นต้อกระจก เป็นโรคภัยไข้เจ็บอื่น ๆ แล้ว ยังทำให้เกิดโรคมะเร็งผิวหนังอีกด้วย
มลภาวะจากกัมมันตะรังสีที่มีอยู่ในธรรมชาติ
รังสีที่มีอยู่ในธรรมชาติ ซึ่งได้จากการสลายตัวของกัมมันตภาพวัตถุกลายเป็นธาตุต่าง ๆ ธาตุกัมมันตภาพรังสีที่สำคัญมีอยู่ 2 ตระกูลคือ ยูเรเนี่ยม (Uranium) และทอเรี่ยม (Thorium) ธาตุทั้งสองนี้ต่างก็สลายตัวเป็นธาตุต่าง ๆ หลายธาตุที่น่าสนใจคือ ตระกูลยูเรเนี่ยมให้ธาตุเรดอน (Radon) และตระกูลทอเรี่ยมให้ธาตุโทรอน (Thoron) ทั้งเรดอนและโทรอน มีสภาพเป็นก๊าซลอยขึ้นมาจากพื้นดินขึ้นสู่อากาศอยู่ตลอดเวลา ธาตุทั้ง 2 นี้ จะส่งกัมมันตรังสีออกเป็นหลายช่วง กลายเป็นธาตุต่าง ๆ ดังนั้นทุกครั้งที่เราหายใจเอากาศเข้าปอด ย่อมได้รับส่วนของรังสีของธาตุต่าง ๆ ที่กล่าวมาแล้วเข้าไปด้วย จากการติดตามข่าว ปรากฎว่าทางภาคอีสานมีธาตุกัมมันตรังสีอยู่ ตั้งแต่จังหวัดนครราชสีมาจนถึงจังหวัดขอนแก่น ส่วนทางภาคใต้ก็มีขี้แร่ดีบุก พวกโมโนไซด์เป็นแร่ธาตุที่มีกัมมันตรังสีอยู่เช่นกัน แถวสงขลา นราธิวาส ขณะนี้ทำเป็นเม็ดยูเรเนี่ยมได้แล้ว ส่วนทางภาคเหนือยังไม่มีการสำรวจ คาดว่าคงจะพบเช่นกัน ดังนั้นโอกาสที่เราจะได้รับรังสีก็ย่อมมี นอกจากนั้นสถาบันวิจัยสิ่งแวดล้อม ยังได้วิจัยเพื่อวัดปริมาณของเรดอนและโทรอน โดยดูดอากาศกลางแจ้งผ่านกระดาษกรองเผาเป็นเถ้าเพื่อลดปริมาณของกระดาษกรอง แล้ววัดปริมาณของรังสีมีผลเฉลี่ยที่น่าสนใจ คือ ในฤดูหนาวมีลมพัดจากแผ่นดินใหญ่จีนเข้าสู่ประเทศไทยทางทิศเหนือหรือตะวันออกเฉียงเหนือ จะนำเอาก๊าซทั้งสองชนิดเข้ามาโดยมีค่าเฉลี่ยดังนี้
เรดอน (Radon) 186 ปิโกคูรี่ต่อลูกบาศก์เมตร
โทรอน (Thoron) 5 ปิโกคูรี่ต่อลูกบาศก์เมตร
ส่วนฤดูร้อนและฤดูฝนมีลมพัดมาจากทิศใต้ ผ่านทะเลเป็นส่วนใหญ่ ผ่านแผ่นดินน้อย การวัดพบว่า มีก๊าซทั้งสองน้อยกว่าฤดูหนาวมีคือ
เรดอน (Radon) 122 ปิโกคูรี่ต่อลูกบาศก์เมตร
โทรอน (Thoron) 3 ปิโกคูรี่ต่อลูกบาสก์เมตร
ผลเฉลี่ยตลอดปีของประเทศไทยมีดังนี้
เรดอน (Radon) 120 ปิโกคูรี่ต่อลูกบาศก์เมตร
โทรอน (Thoron) 3 ปิโกคูรี่ต่อลูกบาศก์เมตร
มวลสารทั้งหลายประกอบไปด้วยอนุภาคเล็ก ๆ ที่เราเรียกว่า อะตอม (Atom) หรือภาษาราชการเรียกว่า ปรมาณู แต่ละอะตอมประกอบด้วย นิวเคลียส (Nucleus) เป็นแกนกลางมีบริเวณวิ่งรอบเรียกว่า อีเล็กตรอน (Electron) คล้าย ๆ พระจันทร์หมุนรอบดวงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น คาร์บอน 12 แสดงเป็นรูปข้างล่างนี้
ในแต่ละธาตุประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนอยู่ในนิวเคลียส ซึ่งจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสนี้เรียกว่า "เลขอะตอม" (Atomic number) แต่ละธาตุจะมีจำนวนต่างกัน ตัวอย่างเช่น อะตอมของไฮโดรเจนมีโปรตอน 1 อนุภาค อะตอมของยูเรเนี่ยมมีโปรตอน 92 อนุภาค ธาตุเดียวกันมีโปรตอนเท่ากัน แต่อาจจะมีนิวตรอนต่างกันได้ สิ่งนี้เองเป็นเหตุให้ธาตุเดียวกันแบ่งออกได้อีกหลายชนิด แต่ละชนิดมีมวล (Mass) ไม่เท่ากัน เช่น โปรเตียม เขียนได้ดังนี้ 1H1 (1P + 1N) คิวเทียม 1H2 (1P + 2N) ทริเตียม 1H3 (1P + 3N) ซึ่งก็เนื่องมาจากมีจำนวนนิวตรอนต่างกันนั่นเอง และมีชื่อเรียกแต่ละชนิดนี้ว่าเป็น ไอโซโทป (Isotope) ของธาตุนั้น ๆ ไอโซโทปแบ่งออกได้เป็น พวก คือ ไอโซโทปที่อยู่ตัว (Stable Isotope) และไอโซโทปที่ไม่อยู่ตัว มีการแผ่รังสีออกมาเรียกว่า เรดิโอไอโซโทป (Radio Isotope) เพื่อให้เข้าใจง่ายเข้า รังสีไอโซโทป (Isotope) ก็คือ อะตอมของธาตุที่มีอะตอมมิกนัมเบอร์ (Atomic number) อันเดียวกัน คุณสมบัติทางนิวตรอน (neutron) ต่างกัน และมีน้ำหนักต่างกันด้วย คุณสมบัติทางฟิสิกส์ต่างกัน แต่ทางเคมีเกือบเหมือนกันทุกประการจะต่างกันก็ที่อัตราความเร็วในการทำปฏิกริยาเท่านั้น ซึ่งเป็นคุณสมบัติของธาตุนั้น ๆ ตามธรรมชาติ
ธาตุบางชนิด จะมีการแผ่รังไอโซโทปออกไปไม่หยุดยั้ง เช่น ธาตุยูเรเนียม (Uranium) ทอเรี่ยม (Thorium) และธาตุเรเดียม (Radium) เป็นรังสีที่เรามองไม่เห็นด้วยตาเปล่า เช่น อีเล็กตรอนของธาตุเหล่านี้จะแผ่รังสีให้รังสีเอ๊กซ์ (X-ray) รังสีเอ๊กซ์ก็คือ รังสีที่มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ประมาณตั้งแต่ 1016 ถึง 1021 เฮิร์ตซ์ (Herzt) (เฮิร์ตซ์ ก็คือ คำนวนความถี่ของลูกคลื่นในหนึ่งหน่วยเวลา) แต่ถ้ารังสีที่มีความยาวคลื่นระหว่าง 4 x 10-7 = 0.0,000,007 เมตร เป็นกลุ่มรังสีที่ประสาทตาของเรารับรู้ได้ เราเรียกว่าแสง (Light) ส่วนนิวเคลียส (Nucleus) ก็จะแผ่รังสีออกมาเป็นรังสีอัลฟา (Alpha rays) รังสีเบต้า (Bata rays) และรังสีแกมม่า (Gamma rays) ซึ่งรังสีแกมม่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ประมาณ 1019 ถึง 1022 เฮิร์ตซ์ (ส่วนรังสีอัลฟาและเบต้า ไม่มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) รังสีเหล่านี้เป็นอันตรายต่อมนุษย์เพราะเป็นรังสีที่เกิดจากการสลายตัวของสารกัมมันตภาพวัตถุ ซึ่งสามารถทะลุทะลวงผ่านผิวหนังของคนได้ บางชนิดสามารถทะลุทะลวงแผ่นเหล็กหนาหนา 25 เซนติเมตร กระดาษ แผ่นอลูมิเนียม แผ่นตะกั่วที่มีความหนา 8 เซนติเมตร หรือกำแพงซีเมนต์ได้ ซึ่งแสดงว่า รังสีเหล่านี้เป็นอันตราย ถ้าผ่านร่างกายของมนุษย์ก็จะทำลายเซลล์ในร่างกาย (ดูภาพประกอบ)
อันตรายจากรังสี
เมื่อรังสีเข้าสู่ร่างกายแล้ว ร่างกายจะเกิดอาการผิดปกติทั้งภายนอกและภายใน เช่น ผมร่วง ผิวหนังไหม้เกรียม เป็นแผลเรื้อรัง เป็นมะเร็ง เป็นอันตรายต่อระบบประสาท หัวใจ เม็ดเลือด และทำให้การไหลเวียนของโลหิตเสียไป ถ้าได้รับรังสีเข้าไป 400 เร็ม-500 เร็ม มีโอกาสตาย 50% ถ้าได้รับ 1,000 เร็ม ตาย 100% อาการหลังจากถูกรังสีเป็นปริมาณ 100 เร็ม-250 เร็ม มีอาการเวียนศีรษะและอาเจียนเป็นอยู่ 2 สัปดาห์ ถ้ามากกว่า 700 เร็ม ผมร่วง เจ็บคอ ตกโลหิตที่อวัยวะภายใน ตกโลหิตที่ผิวหนัง ทางเดินอาหาร มีอาการเปลี่ยนแปลงทางโลหิต
1. อันตรายของรังสีต่อเซลล์ในร่างกาย มีคือ
ก. มะเร็งเม็ดเลือดขาว (Leukemia) โดยมากมักจะเป็นกับเด็กที่รับการรักษาทางด้านรังสี พวกแพทย์ พยาบาลที่ปฏิบัติงานด้านรังสี
ข. มะเร็งที่กระดูก โดยเฉพาะเรเดี่ยม มีคุณสมบัติเช่นเดียวกับธาตุแคลเซียม จะเกาะ กระดูกแล้วแผ่รังสีออกมาทำให้เป็นมะเร็งที่กระดูก
ค. มะเร็งที่ปอด หายใจเอากัมมันตรังสีเป็นก๊าซปะปนเข้าไป ทำให้เกิดเป็นมะเร็งที่ปอดได้
ง. มะเร็งที่ต่อมทัยรอยด์
จ. ผลเสียจากรังสีทำให้คนอายุสั้น เช่น แพทย์รังสีมีอายุเฉลี่ยน้อยกว่าแพทย์ทั่ว ๆ ไป
ฉ. ผลเสียต่อเซลล์สืบพันธุ์ ทำให้เด็กคลอดก่อนกำหนด เด็กออกมาพิการ อ่อนแอ ไม่ แข็งแรง เป็นต้น
2. หน่วยวัดปริมาณของรังสี หน่วยวัดรังสีเป็น เรินต์เกน (Roentgen) สำหรับรังสีในร่าง กายมีหน่วยเป็น เร็ม (Rem) ย่อมาจากภาษาอังกฤษคือ "Roentgen equivalent man" องค์การระหว่างประเทศกำหนดว่าปริมาณของรังสี โดยเอาอายุคนงานที่ทำงานเกี่ยวกับรังสี คือ มีอายุไม่ต่ำกว่า 18 ปี บริบูรณ์มาเป็นเกณฑ์คำนวน คือ ปริมาณรังสีสะสมที่ได้รับสูงสุดแต่ละบุคคลที่ทำงานแล้วไม่เกิดอันตราย-5 (N-18) เร็ม
N- อายุของบุคคลนั้นโดยถ้าอายุ 18 ปี จะต้องได้รับปริมาณรังสี 5 เร็ม เป็นค่ามากที่สุดที่จะไม่เกิดอันตราย
ภาวะเรือนกระจก
มนุษย์กำลังเปลี่ยนแปลงระบบการไหลเข้าออกของพลัง งานความร้อนจากดวงอาทิตย์ในชั้นบรรยากาศ จากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอย่างไม่มีการควบคุมขึ้น สู่ชั้นบรรยากาศ ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงฤดูกาลของโลก การเพิ่มอุณหภูมิเฉลี่ยของพื้นผิวโลก ซึ่งมีส่วนเกี่ยวข้องกับกิจกรรมของมนุษย์ทั้งโดยตรงและโดยอ้อม ที่ก่อให้เกิดความเปลี่ยนแปลงกับองค์ประกอบต่าง ๆ ของชั้นบรรยากาศ และความผันแปรของภูมิอากาศตามธรรมชาติ
การปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญคือ ก่อมลพิษทางอากาศ ทำลายชั้นบรรยากาศโอโซนซึ่งปกป้องผิวโลก และก่อให้เกิดสภาวะโลกร้อนอันเนื่องมาจากอุณหภูมิเฉลี่ยของผิวโลกสูงขึ้น
โลกของเรามีก๊าซต่าง ๆ ในชั้นบรรยากาศห่อหุ้มอยู่โดยรอบ ทำหน้าที่คล้ายเรือนกระจก หรือกรีนเฮาส์เป็นเกราะกำบังกรองความร้อนที่จะผ่านลงมายังพื้นผิวโลก และเก็บกักความร้อนบางส่วนเอาไว้ ทำให้โลกมีอุณหภูมิพอเหมาะสำหรับการดำรงชีวิต
แต่ในปัจจุบัน มนุษย์กำลังเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของโลกอย่างร้ายแรง โดยการก่อและใช้สารเคมีบางชนิดในกิจกรรมต่าง ๆ ที่สามารถทำลายเกราะป้องกันของโลก และก๊าซบางชนิดยังก่อให้เกิดปรากฎการณ์เรือนกระจก GREENHOUSE EFFECT โดยการปล่อยก๊าซเรือนกระจกขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศจนหนาแน่นขึ้น ทำให้เก็บกักความร้อนได้มากขึ้นตามไปด้วย ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิอากาศของโลกสูงขึ้น ส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศต่าง ๆ และมหาสมุทรจะขยายตัวจนเกิดน้ำท่วมได้ในอนาคต
ก๊าซเรือนกระจก มาจากไหน ?
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นก๊าซชนิดที่ทำให้เกิดพลังงานความร้อนสะสมในบรรยากาศของโลกมากที่สุดในบรรดาก๊าซเรือนกระจกชนิดอื่น ๆ เป็นตัวการสำคัญที่สุดของปรากฎการณ์เรือนกระจกที่มนุษย์เป็นผู้กระทำ ซึ่งเกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงถ่านหินเพื่อผลิตไฟฟ้า การตัดไม้ทำลายป่า
ก๊าซมีเทน (CH4) เป็นก๊าซที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เกิดจากของเสียจากสัตว์เลี้ยง เช่น วัว ควาย การทำนาที่ลุ่มน้ำท่วมขัง การเผาไหม้เชื้อเพลิงถ่านหินก๊าซธรรมชาติ และการทำเหมืองถ่านหิน
ก๊าซไนตรัสออกไซด์ (N20) เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ และจากการใช้ปุ๋ยไนเตรดในไร่นา การขยายพื้นที่เพาะปลูก การเผาไหม้ เผาหญ้า มูลสัตว์ที่ย่อยสลาย และเชื้อเพลิงถ่านหินจากอุตสาหกรรมที่ใช้กรดไนตริกในขบวนการผลิต เช่น อุตสาหกรรมผลิตเส้นใยไนลอน อุตสาหกรรมเคมี หรืออุตสาหกรรมพลาสติกบางชนิด
คลอโรฟลูโอโรคาร์บอน (Chlorofluorocarbon- CFsC) เป็นก๊าซที่สังเคราะห์ขึ้นเพื่อใช้ในการผลิตทางอุตสาหกรรม เช่น ใช้ในเครื่องทำความเย็นชนิดต่าง ๆ เป็นก๊าซขับดันในกระป๋องสเปรย์ และเป็นสารผสมทำให้เกิดฟองในการผลิตโฟม เป็นต้น ซีเอฟซี มีผลกระทบรุนแรงต่อบรรยากาศ ทั้งในด้านทำให้โลกร้อนขึ้น ทำให้เกิดปรากฎการณ์เรือนกระจก และทำลายบรรยากาศโลกจนเกิดรูรั่วในชั้นโอโซน
สภาวะสิ่งแวดล้อมของโลก : กัมมันตภาพรังสี
เรื่องของผมค่อนข้างน่าสะพึงกลัว และค่อนข้างจะน่ารังเกียจอย่างหนึ่งเพราะเป็นเรื่องที่เกี่ยวกับรังสีซึ่งท่านกลัวกันอยู่ ผมขอจำกัดขอบเขตการพูดในเรื่องนี้ ประเทศเรานั้นมีกฎระเบียบในการป้องกันปรมาณูอย่างไร ความจริงแล้วเรื่องพลังงานปรมาณูได้บูมขึ้นประมาณ พ.ศ. 2488 ซึ่งมีการใช้ระเบิดปรมาณูครั้งแรกที่ฮิโรชิมา นางาซากิ หลังจากนั้นประมาณ 8 ปี คือ พ.ศ. 2496 รัฐบาลของสหรัฐอเมริกาคือ ประธานาธิบดี ไฮเซ่นฮาว คิดว่า เราอย่ามาสร้างสรรระเบิดปรมาณูในการทำลาย เราควรช่วยกันทำในทางสันติดีกว่า จึงสร้างโครงการ Atom For Peace ขึ้น ซึ่งไทยก็เข้าร่วมโครงการนั้นในปี พ.ศ. 2497 ก่อนอื่นขอทำความเข้าใจเกี่ยวกับคำ 2 คำก่อน ซึ่งยังมีความเข้าใจคลาดเคลื่อนอย่างมากคือ สารรังสีหรือสารกัมมันตภาพรังสี และกัมมันตภาพรังสีหรือรังสี
วิทยากรได้เปรียบเทียบให้เห็นดวงอาทิตย์ที่ฉายแสงแดดออกมาตลอดเวลาเหมือนสารรังสีหรือสารกัมมันตภาพรังสี ซึ่งแผ่รังสีออกมาตลอดเวลาเช่นกัน เพราะฉะนั้นเมื่อพูดถึงรังสีแล้วก็ต้องมีสารรังสีเปล่งออกมา ดังนั้นที่ท่านกลัวเรื่องเซ็อร์โนบิลนั้น ก็คือท่านกลัวเรื่องสารรังสีที่แผ่ออกมา ฉะนั้นทั้งสองประเด็นนี้ท่านต้องแยกออกจากกันให้เด่นชัด คำว่า "สารรังสี" นั้น ท่านอย่านึกว่าท่านอยู่ในที่นี้แล้วท่านจะไม่พบ สารรังสีมี 2 ประเภท ประเภทหนึ่งเกิดในธรรมชาติ ซึ่งในตัวท่านเองก็มี อีกประเภทหนึ่งคือมนุษย์ทำขึ้น เรียกว่า Man-Made
การเปรียบเทียบสารรังสีกับหลอดไฟ แสงสว่างจากหลอดไฟสามารถมองเห็น รู้สึกได้ แต่สัมผัสไม่ได้ ขณะที่สารรังสีไม่สามารถมองเห็น รู้สึกไม่ได้ และสัมผัสไม่ได้ ถ้าใช้แผ่นกระดาษบาง ๆ แสงสว่างยังส่องผ่านได้ แต่กรณีสารรังสีนั้น รังสีแอลฟา จะผ่านไม่ได้ แต่รังสีเบต้า และแกมม่า ผ่านได้ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีอันหนึ่งในการกำจัดสารรังสีประเภทหนึ่งได้ ถ้าใช้กระดาษแข็งแสงสว่างอาจจะลอดได้นิดหน่อยหรืออาจจะทึบไปเลย แต่กรณีรังสีแล้ว รังสีเบต้าจะถูกดูดไว้ แต่รังสีแกมม่าสามารถทะลุได้จากการทราบเช่นนี้ ทำให้เราสามารถป้องกันรังสีประเภทใดประเภทหนึ่งได้
ประเทศไทยมีหน่วยงานรับผิดชอบเกี่ยวกับพลังงานปรมาณูเพื่อสันติ ในปี พ.ศ. 2504 ทางสภาก็ได้ผ่านพระราชบัญญัติฉบับหนึ่งออกมา ซึ่งทำให้เกิดสององค์กรคือ คณะกรรมการพลังงานปรมาณูเพื่อสันติ และสำนักงานพลังงานปรมาณูเพื่อสันติ โดยคณะกรรมการปรมาณูเป็นผู้สร้างนโยบายให้สำนักงานพลังงานปรมาณูเป็นผู้ปฏิบัติ เมื่อพิจารณาโครงสร้างของสำนักงานพลังงานปรมาณูแล้ว กองสุขภาพกองขจัดกากกัมมันตภาพรังสี กองการวัดกัมมันตภาพรังสี ทั้ง 3 กองนี้มีหน้าที่ควบคุม และป้องกันอันตรายจากรังสีทั้งภายในและภายนอก สำหรับโครงการเตรียมการโรงไฟฟ้าปรมาณู ที่คิดว่าจะสร้างนานแล้วประมาณ 14-15 ปีนั้นก็ยังไม่ได้สร้าง จึงได้ปรับโครงการนี้เป็นศูนย์กำกับความปลอดภัยโรงงานนิวเคลียร์ขึ้น ซึ่งหมายความว่าในสำนักนี้มีทั้งสองรูปแบบคือ หน่วยปฏิบัติ และหน่วยควบคุมในตัวเองด้วย
สภาวะสิ่งแวดล้อมของโลก : สารพิษ
ความจริงเรื่องกรีนเฮ้าส์ เอฟเฟค (Greenhouse Effect) กับการทำลายโอโซนในชั้นบรรยากาศค่อนข้างเกี่ยวข้องใกล้เคียงกัน เพราะว่าการใช้สารประเภทฮาโลคาร์บอน (Halocarbon) ที่เป็นพวกคาร์บอนและมีอะตอมของฮาโลเจน (Halogen) อยู่ด้วย เช่น ฟลูออรีน (F) (C1) โบรมีน (Br) จะทำลายโอโซนในชั้นบรรยากาศ ซึ่ง คุณนิตยา (ผู้อำนวยกองอนามัยสิ่งแวดล้อม กรมอนามัย กระทรวงสาธารณสุข) ได้อธิบายถึง mechanism ของการทำลายแล้ว
ในเมื่อปัญหาดังกล่าวก่อให้เกิดผลเสียหายกับโลกที่ประชากรทั้งโลกจะต้องร่วมกันรับผิดชอบ ใจจริง ผมไม่อยากพูดว่า คนทั้งโลกจะต้องรับผิดชอบเพราะประเทศไทยเราไม่ได้เป็นผู้ผลิต และผู้ขาย เรามีแต่อิมปอร์ต (Import) เข้ามาร้อยเปอร์เซ็นต์ เราเป็นผู้ใช้อย่างเดียว แต่ประเทศพัฒนาแล้ว และประเทศอุตสาหกรรมทั้งหลายเป็นผู้ขาย เป็นผู้มีรายได้ ประมาณร้อยละแปดสิบถึงเก้าสิบเปอร์เซ็นต์จากการค้าสาร CFCs ทั่วโลก ดังนั้นน่าจะเป็นหน้าที่ของประเทศเหล่านี้ที่จะต้องรับผิดชอบ แล้วผู้เป็นคนก่อให้เกิดปัญหาแก่ชาวโลก มาเรียกร้องให้เราให้ความร่วมมือกับเขาในการแก้ปัญหา ทั้ง ๆ ที่เขากอบโกยไปไม่รู้เท่าไหร่แล้ว เพราะฉะนั้นผมจึงคิดว่าเป็นประเด็นที่ประเทศพัฒนาแล้วทั้งหลายน่าจะรับผิดชอบเต็มที่ เขาเองก็บอกเขารับผิดชอบ แต่เวลาเราจะขอความช่วยเหลือด้านการเงินเขาควักยากมาก เรื่องการทำลายโอโซนในชั้นบรรยากาศนี้ เขามีความร่วมมือในระดับนานาชาติตามพิธีสารเรียกว่า มอนทรีออล โปรโตคอล (Montreal Protocal) และประเทศไทยเราได้ลงนามเป็นสมาชิกของพิธีสารนั้นแล้วเมื่อ 15 กันยายน 2531 ทุกครั้งที่มีการประชุมประเทศเราก็จะส่งตัวแทนไปร่วมด้วย ผลการประชุมปรากฏว่าเขาจะควบคุมการใช้สารฮาโลคาร์บอน ซึ่งแบ่งออกเป็นหลายกรุ๊ป เช่น ซีเอฟซี เฮลอน คาร์บอนเตตระคลอไรด์ เมธิลคลอโรฟอร์ม และอื่น ๆ
HCFC (Hydrochlorofluorocarbon) และ HFC (Hydrofluorocarbon) เป็นสารที่ทำลายโอโซนในชั้นบรรยากาศทั้งนั้น แต่ potential ในการทำลายต่างกับ CFCs มาก สถานการณ์ในปัจจุบันนี้ปรากฏว่าชาวโลกใช้สารซีเอฟซีฟุ่มเฟือยมากและสารซีเอฟซีนี้ คุณนิตยา ได้อธิบายแล้วว่า เป็นก๊าซเฉื่อย ซึ่งสามารถอยู่ในชั้นบรรยากาศทั้งระดับล่างและระดับบนเป็นเวลานาน นอกจากทำลายโอโซนแล้วยังเป็นกรีนเฮ้าส์กาซ (Greenhouse Gases) ด้วย หลังปี ค.ศ. 2000 จะไม่มีการใช้ CFCs ประเทศที่ผลิตก็จะเลิกผลิต ผลิตภัณฑ์ที่ใช้สาร CFCs ก็จะเปลี่ยนไปใช้สารชนิดอื่น สารที่เขาจะใช้ทดแทนได้แก่ สารประเภทที่อยู่ในกรุ๊ปใกล้เคียงกัน ซึ่งผมได้เอ่ยแล้วได้แก่สาร HCFC และสาร HFC หลักการก็คือตัว CFCs มี่คลอรีนหลายตัว ในเมื่อคลอรีนสร้างปัญหาเขาก็พยายามลดอะตอมของคลอรีนลงบ้าง โดยผลิตสารใหม่ที่เอาอะตอมของไฮโดรเจนเข้าไปแทนที่คลอรีนก็กลายเป็น HCFC และส่วน HFC เป็นสารที่มีฟลูออรีนอย่างเดียวไม่มีคลอรีน ก็ลดตัวทำลายโอโซนลงไปได้ potential ในการทำลายโอโซนในบรรยากาศก็ลดน้อยลง ส่วนใหญ่จะต่ำกว่าหนึ่ง อย่างไรก็ตามในอนาคตหลังจากปี 2000 ไปแล้วอีก 60 ปี สารทดแทนนี้จะถูกควบคุมและเลิกใช้เลิกผลิตเหมือนกัน สารทดแทนสองชนิดนี้ ประเทศพัฒนาแล้วและประเทศอุตสาหกรรมต่าง ๆ ผลิตได้แล้ว แต่ไม่รู้จะผลักดันออกสู่ตลาดได้อย่างไร ในเมื่อ CFCs ราคาถูกกว่า คุณภาพก็ดีกว่า และค่อนข้างจะมีพิษต่อสุขภาพน้อยมาก ปลอดภัยจากการใช้ แต่ทำลายโอโซนในบรรยากาศและเป็นกรีนเฮ้าส์กาซเท่านั้นเอง นโยบายการผลักดันสารตัวใหม่ออกสู่ตลาด ก็ถือโอกาสยกเรื่องโอโซนในชั้นบรรยากาศถูกทำลายเป็นสาเหตุ เพื่อจะผลักสารทดแทนเหล่านี้ออกสู่ตลาดโลก ให้คนที่ใช้ CFCs เลิกใช้หันมาใช้สารทดแทนชนิดใหม่ซึ่งมีราคาแพงกว่า คุณภาพก็แย่กว่าด้วย รู้สึกว่าจะมีเชิงเศรษฐกิจ (Environmental Economics) ในระดับโลกเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย ประเทศไทยในฐานะประเทศซึ่งนำเข้าอย่างเดียวก็ต้องระวังในเรื่องนี้ด้วย ต้องหูตากว้างอย่าไปเชื่อมากนัก
สำหรับมาตรการที่จะป้องกันในเรื่องนี้ ในระดับระหว่างประเทศ เราให้ความร่วมมืออยู่แล้วและกรมโรงงานอุตสาหกรรมในฐานะรับผิดชอบมอนทรีออล โปรโตคอล โดยตรงได้ทำบางสิ่งบางอย่างเช่นสาร CFC-113 ที่ใช้เป็น cleaning reagent สำหรับล้างพวกโลหะและแผงวงจรไฟฟ้าเพราะสารนี้เป็น solvent ที่ละลาย oil, grease และ wax ได้ดีมาก ใช้ในอุตสาหกรรมหลายประเภท เช่น อุตสาหกรรมรถยนต์ อุตสาหกรรมอิเลคโทรนิคส์ อุตสาหกรรมโลหะ และอื่น ๆ ในต่างประเทศเขาเริ่มจำกัดการใช้เพื่อลด consumption ของเขา เขาพยายาม drain สารเหล่านี้มาเพิ่ม consumption ให้กับประเทศกำลังพัฒนาอย่างเรา เพราะประเทศของเราใช้น้อย เขารู้สถิติจากเจนีวาว่าปริมาณการใช้ของเรายังต่ำมาก เขาจะ add ให้เรา โดยย้ายโรงงานที่ใช้สารเหล่านี้มาอยู่ประเทศเรา ในระยะหลังรู้สึกผิดสังเกตว่า โรงงานที่ใช้สารพวกฮาโลคาร์บอน พยายามจะเข้ามาลงทุนในไทย จริง ๆ แล้ว CFC-113 ยังไม่มีสารอะไรที่จะทดแทนได้ดี แต่ว่าหลาย ๆ รายได้หันไปใช้ methyl chloroform แทน ซึ่ง methyl chloroform นี้ค่อนข้างจะ less toxic แต่ว่าเป็นสารประเภทควบคุมโดย มอนทรีออล โปรโตคอลเหมือนกัน เมื่อก่อนประเทศไทยเราไม่ได้สนใจในเรื่องนี้เลยเพราะทุกครั้งที่เขาตั้งโรงงาน เราพิจารณาสารที่ใช้เป็นพิษเป็นภัยกับคนงานมากน้อยแค่ไหน เป็นพิษอันตรายต่อคนมากน้อย แต่สมัยนี้เราไม่ได้พิจารณาเพียงเท่านั้น เราก้าวไปข้างหน้าอีกก้าวหนึ่ง คือ เราจะต้องพิจารณาถึงการปกป้องบรรยากาศโลกด้วย เพราะว่าเราไปเข้าเป็นสมาชิกของมอนทรีออล โปรโตคอล เสียแล้ว เราก็ต้องให้ความร่วมมือกับเขาตามสมควร โดยส่วนตัวแล้วสิ่งที่ผมได้ทำ เวลาเขาขออนุญาตตั้งโรงงานประเภทใช้สาร CFCs เข้ามา หรือสารพวกฮาโลคาร์บอนเข้ามา ถ้าเขาจะส่งมาให้ผมพิจารณา ผมเห็นว่าเราน่าจะลด emission ของมัน โลหะที่เขาเอาไปล้าง CFCs แล้ว ก็จะสะอาด ในขณะผึ่งให้แห้ง CFCs จะระเหยออกไปหมดเพราะว่าเป็นสารระเหยง่ายจะออกสู่บรรยากาศหมด โรงงานที่ตั้งระยะหลัง ผมใคร่เสนอว่าจะต้องจับสารระเหยทุกตัวกลับเข้าเครื่องกลั่น ซึ่งใช้ความเย็นแล้วเอากลับมา ใช้ประโยชน์ใหม่เพื่อลด emission สู่บรรยากาศ
สำหรับ CFCs ที่เป็นกรีนเฮาส์แกสนั้น เมื่อเทียบกับคาร์บอนไดออกไซด์แล้ว CFCs จะมี contribution ต่อ global warming ประมาณ 0.8 องศาเซลเซียล ในขณะที่คาร์บอนไดออกไซด์จะมี contribution ถึง 1.5 องศาเซลเซียล ใน model ที่ทางสหประชาชาติทำไว้ อุณหภูมิโลกเราจะเพิ่มขึ้นประมาณ 3 องศาเซลเซียล คาร์บอนไดออกไซด์มี contribution ครึ่งหนึ่งแล้วแกสตัวอื่น ๆ เช่น โอโซน ไนตรัสออกไซด์ที่เกิดจากธรรมชาติ มีเทนซึ่งเกิดจากการย่อยสลายประเภท anaerobic digestion เหล่านี้เราค่อนข้างจะควบคุมยาก แต่สิ่งที่เราควบคุมได้ง่ายที่สุดคือ สาร CFCs ที่ใช้ในอุตสาหกรรมซึ่งมนุษย์ผลิตขึ้นมา เมื่อมนุษย์สร้างขึ้นมามนุษย์จึงคิดว่ามนุษย์ควรจะควบคุมสารนี้ได้ง่ายกว่าสารที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติดังกล่าวแล้ว ดังนั้นจึงตกลงกันว่าจะควบคุมสาร CFCs ซึ่งจริง ๆ แล้วประเด็นที่สำคัญเราจะต้องดูที่คาร์บอนไดออกไซด์ด้วย เพราะว่าคาร์บอนไดออกไซด์เป็นตัวสำคัญที่ทำให้อุณหภูมิของโลกสูงขึ้น คาร์บอนไดออกไซด์จะมีประสิทธิภาพในการดูดความร้อนได้ดี ปรากฏว่าปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศที่เราหายใจ มีความสัมพันธ์กับปริมาณเชื้อเพลิงประเภทสาร อินทรีย์ ที่เรานำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงปิโตรเลียม และมีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิของโลกที่สูงขึ้น วิธีแก้ปัญหาจะต้องแก้ที่ต้นเหตุในเมื่อคาร์บอนไดออกไซด์เป็นตัวการใหญ่ที่ทำให้อุณหภูมิของโลกสูงขึ้น เราจะต้องพยายามลดคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ วิธีลดก็คือจะต้องพยายามสนับสนุนเอาอะไรก็ได้ที่จะมาดูดคาร์บอนไดออกไซด์ไปใช้ได้ อย่างเช่น การส่งเสริมการปลูกป่า ส่งเสริมการพิทักษ์ป่า เพราะว่าต้นไม้จะมีการสังเคราะห์แสง ใช้คาร์บอนไดออกไซด์เป็นวัตถุดิบ อย่างหนึ่งที่ใช้ในการสังเคราะห์อาหาร ต้นไม้เขียว ๆ จำนวนมากช่วยกันดูดคาร์บอนไดออกไซด์ไปใช้ คาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยายกาศก็จะลดลง ปัญหาขณะนี้ก็คือเรากำลังทำลายต้นไม้กันมาก สิ่งที่จะนำคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศไปใช้จึงน้อยลง และอีกประการหนึ่งเมื่อโอโซนถูกทำลาย รังสีอุลตราไวโอเลต-บี ก็เพิ่มขึ้น ก็จะมีผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ ในน้ำ อย่างเช่น พวกไมโคร แพลงค์ตอน เป็นต้น พวกนี้เป็นพื้นฐานในวงจรอาหาร เมื่อถูกกระทบเสียหายก็จะมีปัญหาในเรื่องการผลิตอาหาร และไมโคร แพลงค์ตอน จะต้องใช้คาร์บอนไดออกไซด์ด้วยในการสังเคราะห์แสงของมัน เมื่อมันถูกทำลายโดย UVB สิ่งที่จะใช้คาร์บอนไดออกไซด์ก็จะลดไปด้วย ในขณะที่ป่าไม้ก็ลด และไมโครแพลงค์ตอนก็ถูกทำลาย คาร์บอนไดออกไซด์จึงเหลือเฟือในบรรยากาศ ดังนั้นก็จะต้องช่วย ๆ กันปลูกต้นไม้ ปลูกป่า ผมสนับสนุนเต็มที่ บ้านใครมีพื้นที่ว่างก็ปลูกกันเลย
วันจันทร์ที่ 12 ธันวาคม พ.ศ. 2559
วันจันทร์ที่ 5 ธันวาคม พ.ศ. 2559
ระบบนิเวศ
ระบบนิเวศ
การดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตจะมีความเกี่ยวข้องกับสิ่งแวดล้อมทั้งทางตรงและทางอ้อมอาจเป็นความสัมพันธ์ทางบวกหรือทางลบ จะเห็นได้ว่าไม่มีสิ่งมีชีวิตชนิดใดสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้โดยลำพังโดยไม่ต้องพึ่งพาสิ่งแวดล้อม ดังนั้นถ้าสิ่งแวดล้อมเกิดการเปลี่ยนแปลงย่อมส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตที่อาศัยในสิ่งแวดล้อมนั้นด้วย เช่น การดำรงชีวิตของพืช สัตว์ และสิ่งมีชีวิตชั้นต่ำอื่นๆ จะต้องมีการพึ่งพาอาศัยกันและมีความเกี่ยวข้องสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมที่ไม่มีชีวิต เช่น แร่ธาตุ แสงแดด มีการใช้พลังงานและแลกเปลี่ยนสารอาหารซึ่งกันและกันเป็นวัฏจักรที่ดำเนินไปเป็นระบบภายใต้ความสมดุลของธรรมชาติ ดังนั้นหากระบบมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นและส่งผลกระทบเกี่ยวเนื่องไปทั้งระบบ และทำให้เกิดปัญหากับการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ระบบดังกล่าวเรียกว่า “ระบบนิเวศ” ซึ่งหมายถึง ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตทั้งหมดกับสิ่งแวดล้อมที่ดำรงอยู่
นิยามและความหมาย
ระบบนิเวศ หมายถึง ระบบความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมในหน่วยพื้นที่หนึ่ง
จากข้อความดังกล่าวประกอบด้วยประเด็นสำคัญ 4 ประเด็น คือ
1. หน่วยพื้นที่ หมายถึง ระบบนิเวศจะถูกจำกัดขอบเขตหรือขนาด ดังนั้นจะเล็กหรือใหญ่อย่างไรก็ได้ แต่ขอให้มีอาณาบริเวณอย่างเด่นชัด เช่น สระน้ำ อ่างเก็บน้ำ ป่าไม้ เมือง ชนบท เป็นต้น
2. สิ่งมีชีวิต หมายถึง องค์ประกอบหรือโครงสร้างทั้งหมดที่เป็นสิ่งมีชีวิตภายในหน่วยพื้นที่นั้น
3. สิ่งแวดล้อม หมายถึง องค์ประกอบทั้งหลายในหน่วยพื้นที่นั้น ทั้งที่เป็นสิ่งมีชีวิตและสิ่งที่ไม่มีชีวิต เช่น ต้นไม้ สัตว์ ดิน น้ำ อากาศ สารอาหาร เป็นต้น
4. ระบบความสัมพันธ์ หมายถึง ระบบความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตหนึ่งกับสิ่งไม่มีชีวิตและสิ่งมีชีวิตอื่นในหน่วยพื้นที่นั้น นั่นคือสิ่งต่าง ๆ ภายในพื้นที่นั้นต่างก็มีบทบาทและหน้าที่ของตนเองอย่างชัดเจน ทำให้สามารถสร้างความสัมพันธ์ที่จะอยู่ร่วมกันได้ ระบบความสัมพันธ์นี้จะมีกฏเกณฑ์ที่แน่นอนจนสุดท้ายก็จะแสดงเอกลักษณ์ของระบบนั้น ๆ เช่น ระบบนิเวศลำน้ำน่าน ระบบนิเวศป่าดิบเขา ระบบนิเวศหนองน้ำ เป็นต้น
ระบบนิเวศหนึ่งๆ เป็นระบบนิเวศ ระบบเปิด เพราะมีความสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมอื่นนอกหน่วยพื้นที่ของตนเอง มีการได้สสาร พลังงาน แร่ธาตุ ตลอดจนสิ่งมีชีวิตจากที่อื่นเข้าไปในระบบ และขณะเดียวกันต้องมีการนำสิ่งเหล่านี้ออกไปจากระบบ ทั้งนี้เพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างระบบนิเวศและสิ่งแวดล้อมภายนอก เช่น ระบบนิเวศหนองน้ำได้สารอาหารมาจากการที่น้ำฝนชะล้างเศษดิน ซากพืชหรือซากสัตว์ไหลลงสู่หนองน้ำนั้น ขณะเดียวกันก็สูญเสียสารอาหารไปจากระบบอาจจะเป็นสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำออกไปตายที่อื่น สัตว์น้ำถูกจับเป็นอาหารของสัตว์อื่น เช่น นก มนุษย์ เสือปลา เป็นต้น
ระบบนิเวศนบนโลกนี้มีความหลากหลายตามตำแหน่งที่ตั้งซึ่งมีองค์ประกอบทางกายภาพแตกต่างกันออกไปมากมาย เช่น ระบบนิเวศป่าดิบร้อน ระบบนิเวศป่าสน ระบบนิเวศป่ามรสุม ระบบนิเวศ ระบบนิเวศทุ่งน้ำแข็ง ระบบนิเวศทุ่งหญ้าเขตร้อน ระบบนิเวศป่าชายเลน ระบบนิเวศหนองน้ำ ระบบนิเวศน้ำกร่อย ระบบนิเวศน้ำเค็ม ระบบนิเวศชายฝั่ง เป็นต้น บนโลกนี้เมื่อรวมกันทั้งหมดทุกระบบนิเวศก็จะเป็นระบบนิเวศที่ใหญ่ที่สุดคือ ระบบนิเวศโลก นั่นเอง เรียกว่า ชีวาลัยหรือชีวมณฑล (Biosphere หรือ Ecosphere)
โครงสร้างหรือองค์ประกอบของระบบนิเวศ
แม้ว่าระบบนิเวศบนโลกจะมีความหลากหลาย แต่โครงสร้างหรือองค์ประกอบภายในระบบนิเวศ แต่ละชนิดจะประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน คือ
1. องค์ประกอบที่ไม่มีชีวิต (Abiotic Components) จำแนกได้เป็น 3 ส่วน คือ
1.1 อนินทรียสาร (Inorganic Substance) เช่น คาร์บอน คาร์บอนไดออกไซด์ ฟอสฟอรัส ไนโตรเจน น้ำ ออกซิเจน ฯลฯ
1.2 อินทรียสาร (Organic Substance) เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน ฮิวมัส ฯลฯ
1.3 สภาพแวดล้อมทางกายภาพ (Physical Environment) เช่น แสง อุณหภูมิ อากาศ ความชื้น ความเป็นกรดด่าง ฯลฯ
2. องค์ประกอบที่มีชีวิต (Biotic Components) ได้แก่ สิ่งมีชีวิตทุกชนิด จำแนกตามหน้าที่ได้ 3 ชนิด คือ
2.1 ผู้ผลิต (Producer) หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่สามารถสร้างอาหารได้เอง โดยกระบวนการสังเคราะห์แสง (Photosynthesis) ได้แก่ พืชสีเขียว แพลงตอนพืช แบคทีเรียบางชนิด ฯลฯ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะมีรงควัตถุสีเขียว คือ คลอโรฟิลล์ เพื่อรับพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ร่วมกับคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมี เกิดเป็นสารประกอบคาร์โบไฮเดรตขึ้น ดังสมการ
พวกผู้ผลิตจัดว่ามีความสำคัญมากเพราะเป็นส่วนที่เริ่มต้นเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบที่ไม่มีชีวิตและส่วนประกอบที่มีชีวิตอื่นๆในระบบนิเวศ โดยการสร้างและสะสมอาหารขึ้นมาจากแร่ธาตุและสารประกอบโมเลกุลเล็ก รวมทั้งพลังงานจากแสงอาทิตย์ซึ่งสิ่งมีชีวิตพวกอื่น ๆ ในระบบนิเวศไม่สามารถใช้สิ่งเหล่านี้ได้โดยตรงในการเจริญเติบโต
2.2 ผู้บริโภค (Consumer) หมายถึงสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารรถสร้างอาหารเองได้ แต่ได้รับอาหารจากการกินสิ่งมีชีวิตอื่น สิ่งมีชีวิตที่มีบทบาทเป็นผู้บริโภค คือ พวกสัตว์ต่าง ๆ จำแนกเป็น 3 ชนิด ตามลำดับขั้นการบริโภค คือ
2.2.1 ผู้บริโภคปฐมภูมิ (Primary Consumer) เป็นสิ่งมีชีวิตที่กินพืชเป็นอาหารอย่างเดียว เรียกว่า ผู้บริโภคพืช (Herbivores) ได้แก่ กระต่าย วัว ควาย ช้าง ม้า ปลาที่กินพืชเล็ก ๆ ฯลฯ
2.2.2 ผู้บริโภคทุติยภูมิ (Secondary Consumer) เป็นสิ่งมีชีวิตที่กินสัตว์ด้วยกันเป็นอาหาร Carnivores) เช่น งู เสือ นกฮูก นกเค้าแมว จรเข้ ฯลฯ
2.2.3 ผู้บริโภคตติยภูมิ (Tertiary Consumer) ได้แก่ สิ่งมีชีวิตที่กินทั้งพืช และสัตว์เป็นอาหาร เรียกว่า Omnivore เช่น คน หมู สุนัข ฯลฯ
นอกจากนี้ยังอาจมีผู้บริโภคอันดับต่อไปได้อีกตามลำดับขั้นของการบริโภค ผู้บริโภคขั้นสุดท้ายเรียก ผู้บริโภคขั้นสูงสุด (Top Consumer) หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่อยู่ในระดับขั้นการกินสูงสุด ซึ่งก็คือสัตว์ที่ไม่ถูกกินโดยสัตว์อื่น ๆ ต่อไป เป็นสัตว์ที่อยู่ในอันดับสุดท้ายของการถูกกินเป็นอาหาร เช่น มนุษย์ เป็นต้น
3. ผู้ย่อยสลาย (Decomposer) หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารเองไม่ได้ แต่จะได้อาหารโดยการสร้างเอนไซม์ออกมาย่อยสลายซากของสิ่งมีชีวิต ของเสีย กากอาหาร ให้เป็นสารที่มีโมเลกุลเล็กลงแล้วจึงดูดซึมไปใช้บางส่วน ส่วนที่เหลือจะปล่อยออกสู่ระบบนิเวศ ซึ่งผู้ผลิตสามารถนำไปใช้สร้างอาหารต่อไป สิ่งมีชีวิตที่มีบทบาทเป็นผู้ย่อยสลายส่วนใหญ่ ได้แก่ แบคทีเรีย เห็ด รา ฯลฯ สิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้มีบทบาทสำคัญอย่างมากในระบบนิเวศเพราะทำให้เกิดการหมุนเวียนของสาร
ดังนั้นโครงสร้างหรือองค์ประกอบของระบบนิเวศใดใดบนโลกนี้พอสรุปได้ดังภาพข้างล่างนี้
ภาพที่ 2.1 โครงสร้างของระบบนิเวศ (Ecosystem Structure)
การถ่ายทอดพลังงานและสารอาหารในระบบนิเวศ
(Energy Flow and Nutrient Cycling)
กล่องข้อความ: Thermodynamic Law
1. พลังงานถูกสร้างและทำลายไม่ได้ แต่เปลี่ยนรูปได้
2. เมื่อพลังงานเปลี่ยนรูปจะเกิดการฟุ้งกระจาย (Entropy) และส่วนมากจะเกิดเป็นพลังงานความร้อน (Heat)
สิ่งมีชีวิตไม่สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้โดยลำพัง ต้องมีการประสานสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมและสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ในระบบนิเวศการประสานสัมพันธ์ขององค์ประกอบต่าง ๆ เริ่มจากกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช ทำให้เกิดสารประกอบของคาร์บอน (Carbon Compound) ซึ่งเป็นสารที่ทำให้สิ่งมีชีวิตทั้งหลายดำรงอยู่ได้ พลังงานที่ใช้ในระบบนิเวศส่วนใหญ่จะได้รับมาจากดวงอาทิตย์ ซึ่งพืชนำมาใช้ในการสังเคราะห์แสงแล้วสะสมไว้ในอาหารที่สร้างขึ้น จากนั้นจะถูกถ่ายทอดไปสู่ผู้บริโภคตามลำดับขั้นการบริโภคและถูกถ่ายทอดเข้าสู่ผู้ย่อยสลาย ในการถ่ายทอดพลังงานนี้พลังงานส่วนหนึ่งจะสูญเสียไปนอกระบบในรูปพลังงานความร้อน ตามกฏเทอร์โมไดนามิก (Thermodynamic Law) โดยพลังงานจะไม่มีการหมุนเวียน (Non cyclic) อยู่ในระบบนิเวศนั้น
ภาพที่ 2.2 การสูญเสียพลังงานตามลำดับขั้นการบริโภค
ที่มา : Miller, 2001.
พลังงานที่สูญเสียออกไปจากระบบเนื่องจากสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ได้นำพลังงานนั้นมาใช้ในการดำรงชีวิต เช่น การหายใจ การเคลื่อนไหว การสูบฉีด โลหิตของร่างกาย การขนถ่ายสารอาหารและน้ำในร่างกาย เป็นต้น สิ่งเหล่านี้ต้องใช้พลังงานในลักษณะที่เป็นพลังงานกล ดังนั้นสิ่งมีชีวิตทั้งหลายจึงทำการเปลี่ยนพลังงานที่มีอยู่ในสารอาหารซึ่งพลังงานเคมีมาเป็นพลังงานกล การเปลี่ยนแปลงครั้งนี้ย่อมเกิดการฟุ้งกระจายของพลังงาน (Entropy) ตามกฏเทอร์โมไดนามิกส์และหลุดออกมาเป็นพลังงานความร้อนนั่นเอง ดังนั้นพลังงานจึงถูกใช้ไปจำนวนมากประมาณ 90 เปอร์เซนต์ของพลังงานทั้งหมด ด้วยเหตุนี้พลังงานจะเหลืออยู่เฉพาะส่วนที่เป็นเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ ประมาณ 10 เปอร์เซนต์เท่านั้น จึงเป็นไปตามกฏเกณฑ์ที่เรียกว่า “Law of Ten” ดังนั้นเมื่อมีการถ่ายทอดพลังงานไปหลายระดับการบริโภคพลังงานยิ่งเหลือน้อยลงตามลำดับ จนเกิดเป็นปิรามิดพลังงาน (Pyramid of Energy) ดังภาพข้างล่างนี้
ภาพที่ 2.3 ปิรามิดพลังงาน
ที่มา : Miller, 2001.
ดังนั้นภายในระบบนิเวศหนึ่งสามารถเขียนแผนผังการถ่ายทอดพลังงานภายในระบบโดยเริ่มจากแหล่งพลังงานสำคัญคือ ดวงอาทิตย์ซึ่งอยู่ภายนอกระบบได้ส่องแสงมายังระบบแล้วพลังงานเหล่านั้นถูกพืชนำมาสังเคราะห์แสงและส่งถ่ายไปสู่ชีวิตอื่นต่อเนื่องไปจนสุดท้ายพลังงานไดสูญเสียออกไปจากระบบในรูปแบบของพลังงานความร้อน ดังนั้นจะมีพลังงานเหลือสะสมอยู่ในระบบในส่วนที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตนั่นเอง จะมีอยู่ประมาณ 1-2 เปอร์เซนต์ แตกต่างกันไปตามลักษณะของระบบนิเวศ โดยเฉพาะระบบนิเวศที่มีสิ่งมีชีวิตจำนวนมากจะสะสมได้มาก เช่น ป่าดิบชื้น เป็นต้น
ภาพที่ 2.4 การถ่ายทอดพลังงาน (Energy Flow)
ส่วนการหมุนเวียนของธาตุอาหารในระบบนิเวศนั้นผู้ผลิตได้ธาตุอาหารจากน้ำจากดินไปใช้ในการสังเคราะห์แสง ผู้บริโภคได้รับแร่ธาตุโดยการบริโภคต่อ ๆ กัน ในที่สุดเมื่อผู้ผลิตผู้บริโภคตาย ผู้สลายสารจะย่อยสลาย ธาตุอาหารจะถูกปล่อยออกมาให้ผู้ผลิตนำไปใช้อีกวนเวียนเช่นนี้ ดังนั้นสารอาหารที่หมุนเวียนอยู่ในระบบนิเวศจึงอยู่ในลักษณะของวัฏจักร (Cycle)
ภาพที่ 2.5 การหมุนเวียนสารอาหาร (Nutrients Cycling)
การถ่ายทอดพลังงานและสารอาหารจะเป็นไปพร้อม ๆ กันตามลำดับขั้นของการกินอาหารภายในระบบนิเวศ จากผู้ผลิตไปสู่ผู้บริโภค โดยการกินต่อกันเป็นทอดๆ เรียกว่า “ห่วงโซ่อาหาร” (Food Chain) หรือบางครั้งอาจเรียกห่วงโซ่อาหารนี้ว่า “ห่วงโซ่พลังงาน” (Energy Chain)
ภาพที่ 2.6 ลำดับขั้นการบริโภค (Trophic Level)
การส่งถ่ายพลังงานจะเห็นได้ว่าจะมีลำดับขั้นของการส่งถ่ายไปตามห่วงโซ่อาหาร ดังนั้นในแต่ละลำดับขั้นการบริโภคจะมีแหล่งสะสมพลังงานไม่เท่ากัน แต่ละลำดับขั้นนั้นเรียกว่า ระดับขั้นการถ่ายทอดพลังงานและสารอาหารหรือลำดับขั้นการบริโภค (Trophic Level) ดังภาพที่ 2.6
การถ่ายทอดพลังงานและสารอาหารขึ้นกับลักษณะหรือชนิดของระบบนิเวศ การถ่ายทอดพลังงานในห่วงโซ่อาหารแต่ละขั้นจะมีการสูญเสียพลังงานดังได้กล่าวมาแล้ว ดังนั้นช่วงการบริโภคจึงต้องจำกัดแค่ 4 หรือ 5 ขั้น ห่วงโซ่อาหารยิ่งสั้นเท่าไรก็ยิ่งมีพลังงานเหลืออยู่มาก เนื่องจากไม่ต้องสูญเสียพลังงานในระหว่างที่มีการกินอาหารในขั้นต่าง ๆ
ในความเป็นจริงตามธรรมชาติสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดไม่ได้ดำรงชีวิตอยู่บนห่วงโซ่ห่วงเดียว นั่นคือ สิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งจะได้สารอาหารมาจากสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น ๆ อีกมาก และขณะเดียวกันตัวเองก็จะเป็นแหล่งให้สารอาหารแก่ชีวิตอื่นอีกหลายชีวิต ดังนั้ภายในระบบนิเวศหนึ่งห่วงโซ่อาหารจะเกี่ยวโยงกันห่วงโซ่อาหารอื่นอีกหลายสายจนกลายมาโครงข่ายอาหาร (Food Web) นั่นเอง แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตในชุมชนที่มีต่อกันอย่างซับซ้อน ดังนั้นระบบนิเวศใดที่มีโครงข่ายอาหารซับซ้อนแสดงว่ามีเสถียรภาพสูง เพราะมีโอกาสที่จะเสียสมดุลได้น้อย ถ้าหากมีสิ่งมีชีวิตใดสูญหายไปก็ยังมีสิ่งมีชีวิตอื่นทดแทนได้ เกิดผลกระทบทำให้ระบบมีการเปลี่ยนแปลงได้น้อย
. ภาพที่ 2.7 โครงข่ายอาหาร (Food Web)
ที่มา : Miller, 2001.
การถ่ายทอดพลังงานไปตามลำดับขั้นการบริโภค สิ่งที่ผ่านมาตามห่วงโซ่อาหารและสายใยอาหารนั้น มิได้มีเพียงสารอาหารเท่านั้น แต่มีสารอื่นปะปนมาด้วย เช่น ดีดีที ปรอท แคดเมียม ฯลฯ สารเหล่านี้ไม่ได้ถูกนำไปใช้ในการสร้างพลังงานให้แก่เซลล์ จึงสะสมอยู่ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต แล้วถ่ายทอดต่อ ๆ ไปตามลำดับขั้นการบริโภคเข้ามาสู่ผู้บริโภคลำดับสุดท้ายหรือเข้าสู่มนุษย์นั่นเอง นั่นหมายความว่าห่วงโซ่อาหารยิ่งยาวการสะสมสารพิษยิ่งมีมากขึ้น ดังนั้นมนุษย์ต้องเข้าใจวิธีการเลือกอาหารมาบริโภค การเลือกบริโภคสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในลำดับขั้นการบริโภคที่ต่ำย่อมปลอดภัยมากกว่าการบริโภคสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในลำดับขั้นการบริโภคที่สูงกว่านั่นเอง
โดยมากเรานึกว่าธรรมชาติจะดูดซับสารพิษได้หมด จึงไม่ค่อยระมัดระวังในการกำจัดสารพิษในสภาพแวดล้อม เช่น ถ้าเติมสารพิษ 1 แกลลอน ลงในน้ำ 1,000 ล้านแกลลอนสารพิษจะกระจายอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะมีผลกับสิ่งมีชีวิตในน้ำ เช่น สัตว์ที่กินอาหารโดยการกรอง (Filter Fuding) จะสะสมพิษได้สูงมาก โดยเฉพาะหอยนางรมซึ่งกินอาหารโดยการกรองอยู่ในน้ำตื้นใกล้ฝั่งที่มีการทิ้งของเสียลงมามากและยังไม่ทันแพร่กระจาย ดังนั้นหอยนางรมจึงมีสารพิษสูงกว่าในน้ำมาก เช่น พบว่ามียาฆ่าแมลงชนิดคลอริเนทเตท ไฮโดรคาร์บอน (Chlorinated Hydrocarbon) ได้แก่ ดีดีที (DDT.) ดัลดริน (Duldrin) เอนดริน (Endrin) อัลดริน (Aldrin) คลอเดน (Chlordane) เป็นต้น ในหอยนางรมสูงกว่าในน้ำถึง 70,000 เท่า ดังนั้นสารจะแพร่กระจายไปตามลำดับขั้นการบริโภคเข้าสู่ผู้บริโภคลำดับสุดท้ายหรือเข้าสู่มนุษย์นั่นเอง
องค์ประกอบทั้งส่วนที่เป็นสิ่งไม่มีชีวิตและสิ่งมีชีวิต เป็นส่วนที่เป็นโครงสร้างและส่วนที่เป็นหน้าที่ ได้แก่ กิจกรรมต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ การเปลี่ยนแปลงและการเจริญเติบโตของระบบนิเวศ ซึ่งจะเกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดพลังงานและสารอาหาร ในขณะที่มีการถ่ายทอดพลังงานและสารอาหาร พลังงานจะลดลงไปตามลำดับขั้นของการกิน (Trophic Level) ที่สูงขึ้น โดยประมาณแล้วจะลดลงร้อยละ10 ทุก ๆ ครั้งที่เปลี่ยนลำดับขั้นของการกิน เนื่องจากพลังงานส่วนใหญ่จะเปลี่ยนรูปและปล่อยออกมาในรูปของความร้อน แต่สารอาหารยังคงมีอยู่เท่าเดิม และในที่สุดก็จะถูกย่อยสลายให้เป็นสารประกอบโครงสร้างง่าย ๆ เพื่อเป็นธาตุอาหารของผู้ผลิตต่อไป
ประเภทของห่วงโซ่อาหาร
ห่วงโซ่อาหารที่สำคัญมี 2 ประเภท คือ
1. Grazing food chain เป็นห่วงโซ่อาหารที่เริ่มจากพืช (ที่ยังมีชีวิต) ผ่านไปยังสัตว์อื่น ๆ ตามลำดับขั้นการถ่ายทอดพลังงานและสารอาหาร มี 2 ลักษณะย่อย คือ ...
1.1 ห่วงโซ่อาหารแบบจับกิน
เป็นห่วงโซ่อาหารที่มีลักษณะฝ่ายหนึ่งเป็นผู้ล่า (predator) ส่วนอีกฝ่ายเป็นผู้ถูกล่าหรือเหยื่อ (prey) เป็นลักษณะะที่พบเห็นได้ง่ายทั่วไป
1.2 ห่วงโซ่อาหารแบบปรสิต
เป็นห่วงโซ่ที่ฝ่ายหนึ่งเป็นแหล่งพึ่งพิงและอีกฝ่ายเป็นผู้อาศัยซึ่งได้อาหาร+พลังงานจากแหล่งพึ่งพิงนั่นเอง
2. Detritus food chain (ห่วงโซ่อาหารแบบเศษอินทรีย์) เป็นห่วงโซ่ที่เริ่มต้นสารอินทรีย์ที่ได้จากการย่อยสลายซากของสิ่งมีชีวิตโดยผู้ย่อยสลาย หรือ ใช้เศษอินทรีย์ต่าง ๆ เป็นอาหาร แล้วส่งต่อไปยังสิ่งมีชีวิตอื่นตามลำดับขั้นการบริโภค มักพบมากในน้ำ เช่น
ห่วงโซ่ที่ 1
ห่วงโซ่ที่ 2
ปัจจัยกำหนดลักษณะของระบบนิเวศ
สิ่งมีชีวิตซึ่งเป็นองค์ประกอบหนึ่งในแต่ละระบบนิเวศย่อมเกิดขึ้นหรืออาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม ดังนั้นจึงมีปัจจัยหลายประการที่เป็นสิ่งกำหนดลักษณะของระบบนิเวศ ปัจจัยสำคัญ ได้แก่
1. อุณหภูมิ เป็นเครื่องกำหนดชนิดของพืชและสัตว์ว่ามีชนิดใดอยู่บ้าง เพราะอุณหภูมิมีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงของออกซิเจนในน้ำ การเปลี่ยนแปลงรูปพรรณสัณฐานและสรีระวิทยาของสิ่งมีชีวิต การอพยพของสัตว์ การแพร่กระจายของพืชและสัตว์ในพื้นที่ต่าง ๆ และควบคุมชนิดของไข่ และอัตราส่วนเพศในสัตว์บางชนิด
2. น้ำและความชื้น พืชและสัตว์ มีการถ่ายเทไอน้ำให้กับอากาศอยู่เสมอ บริเวณที่อากาศมีความชื้นต่ำ ร่างกายจะมีการถ่ายเทน้ำให้กับอากาศมากขึ้น ส่วนพืชจะมีการถ่ายเทน้ำให้กับอากาศอยู่เสมอ ระบบนิเวศที่มีความชื้นมากมักจะมีพืชและสัตว์อาศัยอย่างหนาแน่นทำให้มีโอกาสประสานสัมพันธ์ในการถ่ายทอดวัตถุธาตุและพลังงานให้แก่กันได้มากขึ้น
3. แสงสว่าง มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่เป็นแสงสว่างจากดวงอาทิตย์ ซึ่งมีความสำคัญต่อระบบนิเวศ เพราะทำให้การถ่ายเทวัตถุธาตุต่าง ๆ อิทธิพลของแสงสว่างที่มีต่อสิ่งมีชีวิต เช่น คุณภาพแสงมีผลต่อการงอกของเมล็ด ช่วงแสงมีผลต่อการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของพืชหลายชนิด ความเข้มแสงมีผลต่อการสังเคราะห์แสง
4. ดิน เป็นที่รวมของธาตุอาหารต่าง ๆ เช่น แคลเซียม ไนเตรท ฟอสฟอรัส และยังเป็นแหล่งปุ๋ยธรรมชาติ คือ เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลงก็จะถูกย่อยสลายกลายเป็นฮิวมัส เพิ่มความอุดมสมบูรณ์แก่ดิน ดินที่มีลักษณะความสมบูรณ์หรือมีธาตุอาหารแตกต่างกันย่อมมีผลต่อพืชและสัตว์ที่อาศัยดินนั้นดำรงชีวิตอยู่ในแง่ของชนิด จำนวน การแพร่กระจาย การเจริญเติบโต เช่น บริเวณดินเค็มก็จะมีพืชพวกทนเค็มขึ้นอยู่
5. ไฟป่า มีทั้งผลดีและผลเสียต่อสิ่งมีชีวิต ผลเสียคือ เป็นอันตรายโดยตรงต่อสิ่งมีชีวิต ทำลายแหล่งอาหารและที่อยู่อาศัย สร้างผลเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมอื่น ๆ เช่น ดิน น้ำ อันจะส่งผลถึงการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต ส่วนผลดีของไฟป่าคือ ช่วยเพิ่มธาตุอาหารบางชนิดให้พืชช่วยเร่งการงอกของเมล็ดพืชบางชนิด
6. ความเป็นกรดเป็นด่าง มีความสำคัญต่อกระบวนการหายใจและระบบการทำงานของเอนไซม์ ภายในร่างกาย ซึ่งเป็นตัวการที่สำคัญมาก เพราะตัวความเป็นกรดหรือด่างเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยก็อาจเป็นอันตรายได้ นอกจากนี้ยังมีความ สำคัญต่อการเจริญเติบโตของพืชด้วย
7. การแย่งชิง เป็นการแย่งชิงกันระหว่างสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดกัน เนื่องจากมีความต้องการปัจจัยพื้นฐานเหมือนกันแต่มีจำนวนจำกัด หรือมีไม่เพียงพอที่จะทำให้สิ่งมีชีวิตดำรงอยู่ได้เป็นปกติ เช่น การแย่งชิงน้ำ อาหาร แสงสว่าง ที่อยู่อาศัย เช่น การที่พืชสองชนิดขึ้นอยู่ใกล้เคียงกันจะแก่งแย่งกันครอบครองพื้นที่ทำให้ทั้งสองฝ่ายไม่เจริญเติบโตเท่าที่ควร บางครั้งฝ่ายที่อ่อนแอกว่าจะถูกแก่งแย่งจนตายไป
8. การกินซึ่งกันและกัน เป็นการที่สิ่งมีชีวิตหนึ่งกินสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เป็นอาหารมีผลต่อการควบคุมจำนวนของสัตว์ในแต่ละระบบนิเวศเพื่อให้เกิดความสมดุล ระบบนิเวศที่ขาดความสมดุลในเรื่องการกินซึ่งกันและกัน มีผลทำให้เกิดปัญหา เช่น ไร่ข้าวโพดมีตั๊กแตนมากินและทำลายข้าวโพดเสียหาย ถ้าไม่มีสัตว์อื่นมากินตั๊กแตน ก็จะทำให้ตั๊กแตนแพร่พันธุ์ได้รวดเร็ว เกิดเสียสมดุลทางธรรมชาติ
9. มลภาวะ เป็นปัจจัยที่เข้ามามีบทบาทในการเปลี่ยนแปลงหรือกำหนดลักษณะของสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิตในระบบนิเวศ การเกิดมลภาวะก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมหรือระบบนิเวศที่ไม่พึงประสงค์ ซึ่งเกิดจากกิจกรรมของมนุษย์เป็นส่วนใหญ่
ประเภทของระบบนิเวศ
1. ระบบนิเวศบนบก (Terrestrial Ecosystems) เป็นระบบนิเวศที่ปรากฏอยู่บนพื้นดินซึ่งแตกต่างกันไปโดยใช้ลักษณะเด่นของพืชเป็นหลักแบ่ง ซึ่งขึ้นกับปัจจัยสำคัญ 2 ประการ คือ อุณหภูมิและปริมาณน้ำฝน ทำให้พืชพรรณต่างๆ แตกต่างกัน ระบบนิเวศบนบกนั้นพอแบ่งออกได้ดังนี้
1.1 ระบบนิเวศน์ป่าไม้ (Forest Ecosystem) เป็นระบบนิเวศที่พื้นที่ส่วนใหญ่ปกคลุมไปด้วยป่าไม้ สามารถแบ่งย่อยออกไปได้ดังนี้
1) ระบบนิเวศน์ป่าไม้เขตร้อน ได้แก่ ระบบนิเวศป่าเบญจพรรณ ป่าเต็งรัง ป่าดิบชื้น ป่าดิบแล้ง ป่าดิบเขา เป็นต้น
2) ระบบนิเวศน์ป่าไม้เขตอบอุ่น ได้แก่ ระบบนิเวศป่าผลัดใบเขตอบอุ่น ป่าเมดิเตอร์เรเนียน
3) ระบบนิเวศน์ป่าไม้เขตหนาว ได้แก่ระบบนิเวศป่าสน
4) ระบบนิเวศน์ป่าชายฝั่ง (ป่าชายเลน ป่าชายหาด ป่าโขดหิน)
1.2 ระบบนิเวศน์ทุ่งหญ้า (Grassland Ecosystem) เป็นระบบนิเวศที่มีพืชตระกูลหญ้าเป็นพืชเด่น แบ่งได้ดังนี้
1) ระบบนิเวศน์ทุ่งหญ้าเขตร้อน ได้แก่ ระบบนิเวศทุ่งหญ้าซาวันนา โดยมีทุ่งหญ้าที่กว้างใหญ่ที่สุดในโลกที่รูจักกันในนามทุ่งหญ้าซาฟารี
2) ระบบนิเวศน์ทุ่งหญ้าเขตอบอุ่น ได้แก่ ระบบนิเวศทุ่งหญ้าแพรรี่, ทุ่งหญ้าสเตปป์
3) ระบบนิเวศน์ทุ่งหญ้าเขตหนาว ทุ่งหญ้าทุนดรา
1.3 ระบบนิเวศน์ทะเลทราย (Desert Ecosystem) เป็นพื้นที่ที่มีปริมาณฝนตกน้อยกว่าปริมาณการระเหยน้ำ แต่บางพื้นที่อาจมีฝนตกบ้างเล็กน้อยก็จะมีหญ้าเขตแห้งแล้งงอกงามได้ ได้แก่
1) ระบบนิเวศน์ทะเลทรายเขตร้อน ทะเลทรายเขตอบอุ่น
ระบบนิเวศนทุ่งหญ้ากึ่งทะเลทรายเขตร้อน ทุ่งหญ้ากึ่งทะเลทรายเขตร้อน
2. ระบบนิเวศทางน้ำ (Aquatic Ecosystems) เป็นระบบนิเวศในแหล่งน้ำต่าง ๆ ของโลก ซึ่งโครงสร้างหลัก คือ น้ำนั่นเอง แบ่งออกได้ดังนี้
2.1 ระบบนิเวศน้ำจืด (Fresh water Ecosystem) เป็นระบบที่น้ำเป็นน้ำจืด อาจแบ่งย่อยเป็น
2.1.1 ระบบนิเวศน้ำนิ่ง เช่น หนอง บึง ทะเลสาบน้ำจืด เป็นต้น
2.1.2 ระบบนิเวศน้ำไหล เช่น ลำธาร ห้วย แม่น้ำ เป็นต้น
2.2 ระบบนิเวศน้ำกร่อย (Estuarine Ecosystem) เป็นระบบนิเวศที่เกิดขึ้นตรงรอยต่อระหว่างน้ำจืดกับน้ำเค็ม มักเป็นบริเวณที่เป็นปากแม่น้ำต่าง ๆ จะมีตะกอนมากจึงมีป่าไม้กลุ่มป่าชายเลนขึ้นจึงเรียกว่าระบบนิเวศป่าชายเลน แต่บางพื้นที่อาจเป็นแอ่งน้ำขนาดใหญ่ เช่น ทะเลสงขลาตอนกลางก็จะมีลักษณะเป็นทะเลสาบน้ำกร่อยมีพืชน้ำสลับกับป่าโกงกาง
2.3 ระบบนิเวศน้ำเค็ม (Marine Ecosystem) เป็นระบบนิเวศที่มีน้ำเป็นน้ำเค็ม โดยปกติจะมีความเค็มประมาณพันละ 35 มีทั้งที่เป็นทะเลปิดและทะเลเปิด เนื่องจากเป็นห้วงน้ำขนาดใหญ่ จึงนิยมแบ่งออกเป็นระบบนิเวศย่อยตามความลึกของน้ำอีกด้วย คือ
2.3.1 ระบบนิเวศชายฝั่ง (Coastal Ecosystem) เป็นบริเวณที่ตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของน้ำขึ้นน้ำลง สิ่งมีชีวิตต้องปรับตัวให้เข้ากับสภาพการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำดังกล่าว มีระบบย่อย 2 ประเภท คือ ระบบนิเวศโขดหินชายฝั่ง และ ระบบนิเวศชายหาด
2.3.2 ระบบนิเวศน้ำตื้น เป็นระบบนิเวศที่นับจากระบบนิเวศชายฝั่งลงไปจนถึงน้ำลึก 200 เมตร
2.3.3 ระบบนิเวศทะเลลึก เป็นระบบนิเวศที่นับต่อเนื่องจากความลึก 200 เมตรลงไปถึงท้องทะเล ส่วนนี้มักเป็นบริเวณที่แสงแดดส่องลงไปไม่ถึง ดังนั้นจึงขาดแคลนผู้ผลิตของระบบ สัตว์น้ำต่าง ๆ จึงมีจำนวนน้อยและใช้ชีวิตโดยรอซากสิ่งชีวิตอื่นที่ตายจากด้านบนแล้ว
การสูญเสียธาตุอาหารไปจากระบบนิเวศ
ระบบนิเวศแต่ละแห่งอาจมีการสูญเสียธาตุอาหารออกไปนอกระบบได้โดยมีสาเหตุใหญ่ ๆ มาจาก 5 ประการ
1. สูญเสียโดยมนุษย์ กิจกรรมบางอย่างเป็นการทำให้ธาตุอาหารสูญเสียไปจากระบบนิเวศเป็นอันมาก เช่น การทำไม้ การทำเกษตรกรรม
2. สูญเสียไปโดยสัตว์ โดยธรรมชาติธาตุอาหารที่สัตว์บริโภคเข้าไปจะหมุนเวียนกลับคืนสู่ระบบนิเวศได้อีก แต่สัตว์บางชนิดมีการอพยพออกจากระบบนิเวศ จึงเท่ากับเป็นการนำธาตุอาหารออกไปจากระบบนิเวศ
3. สูญเสียไปโดยลม ระบบนิเวศที่เป็นที่โล่งมักถูกลมพัดพาออกไปได้ง่าย และไปสะสมอยู่ในระบบนิเวศที่มีสิ่งกีดขวางลม เช่น ป่าที่มีต้นไม้ใหญ่หนาแน่น ธาตุอาหารที่อยู่ในฝุ่นละอองจึงถูกเคลื่อนย้ายออกไปนอกระบบนิเวศ
4. สูญเสียไปโดยน้ำ น้ำเป็นตัวการนำธาตุอาหารออกไปจากระบบนิเวศได้ 2 วิธี วิธีแรก โดยการกัดเซาะ (Erosion) โดยพัดพาเอาดินและวัตถุหน้าดินบางอย่างไหลบ่าออกไปนอกระบบนิเวศ วิธีที่สอง โดยการซึม จากผิวดินลงไปข้างล่าง และชะล้างเอาธาตุอาหารไปสะสมอยู่ดินชั้นล่าง ที่พืชไม่สามารถดูดกลับมาใช้ในระบบนิเวศได้อีก
5. สูญเสียไปโดยขบวนการระเหิด เป็นรูปแบบหนึ่งของขบวนการแปรสภาพของธาตุอาหารในดินไปเป็นแก๊ส ที่พืชใช้ประโยชน์ไม่ได้ และอาจถูกเคลื่อนย้ายออกไปนอกระบบ เช่น ธาตุไนโตรเจน อยู่ในดินที่อากาศถ่ายเทได้ดี จะมีปฏิกิริยาบางอย่างเกิดขึ้น ทำให้กลายเป็นก๊าซ
การปรับเปลี่ยนระบบนิเวศ (Ecological Succession)
การเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศ(Ecological Succession) คือ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระบบนิเวศ เช่น มีสิ่งมีชีวิตใหม่เกิดขึ้น เกิดชุมชนใหม่ มีการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมทางกายภาพ ซึ่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนชนิดของสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ในชุมชนแห่งนั้นไปด้วย โดยการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวต้องใช้เวลาในการก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงพอสมควร การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีสาเหตุสำคัญพอสรุปได้ 4 ประการ คือ
1. ปัจจัยการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา (Geological Cycle) อาจทำให้เกิดธารน้ำแข็งภูเขาไฟระเบิด แผ่นดินไหว คลื่นสึนามิ ล้วนเป็นสาเหตุให้ดุลธรรมชาติในกลุ่มสิ่งมีชีวิตเสียไป
2. ปัจจัยจากการเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศอย่างรุนแรง ทำให้เกิดภัยวิบัติต่าง ๆ เช่น ไฟป่า น้ำท่วม พายุทอร์นาโด (Tonado) พายุเฮอริเคน (Hericanes) ทำให้สภาพแวดล้อมแปรเปลี่ยนไป สิ่งมีชีวิตถูกทำลายไปแล้วเกิดการเปลี่ยนแปลงแทนที่ขึ้นใหม่
3. ปัจจัยจากการกระทำของมนุษย์ (Human Factor) ได้แก่ การตัดไม้ทำลายป่า การทำไร่เลื่อนลอย ภาวะมลพิษที่เกิดจากโรงงานอุตสาหกรรม การสร้างเขื่อนหรือฝายกั้นน้ำและอื่น ๆ ซึ่งมีผลทำให้สภาพแวดล้อมแปรเปลี่ยนไป ดุลธรรมชาติถูกทำลาย เกิดโรคระบาด แมลงศัตรูพืชระบาดทำให้สิ่งมีชีวิตล้มตาย จึงเกิดการเปลี่ยนแปลแทนที่ของกลุ่มสิ่งมีชีวิตขึ้นใหม่อีก
4. ปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตที่มีต่อแหล่งที่อยู่อาศัย เป็นผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแทนที่ เพราะกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ ทำให้สิ่งแวดล้อมบริเวณนั้น เช่น อุณหภูมิ ความเข้มข้นของแสง ความชื้น ความเป็นกรด ด่างของพื้นดินหรือแหล่งน้ำและอื่น ๆ เปลี่ยนไปทีละเล็กละน้อยจนในที่สุดไม่เหมาะสมต่อสิ่งมีชีวิตกลุ่มเดิม เกิดการเปลี่ยนแปลงแทนที่โดยกลุ่มสิ่งมีชีวิตใหม่ที่เหมาะสมกว่า
การปรับเปลี่ยนของระบบนิเวศ มี 2 ชนิด คือ
1. การเปลี่ยนแปลงแทนที่ขั้นปฐมภูมิ (Primary Succession) เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ในแหล่งที่ไม่เคยปรากฏสิ่งมีชีวิตใด ๆ มาก่อน เช่น บริเวณภูเขาไฟระเบิดใหม่ การเกิดแหล่งน้ำใหม่
2. การเปลี่ยนแปลงแทนที่ขั้นทุติยภูมิ (Secondary Succession) เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ในแหล่งที่เคยมีสิ่งมีชีวิตดำรงอยู่ก่อนแล้วแต่ถูกทำลายไป จึงมีการเปลี่ยนแปลงแทนที่ขึ้นใหม่เพื่อกลับเข้าสู่สภาพสมดุล เช่น บริเวณที่เคยเป็นป่าถูกบุกเบิกเป็นไร่นา แล้วละทิ้งกลายเป็นทุ่งหญ้าในภายหลัง ต่อมามีไม้ล้มลุก ไม้พุ่ม ไม้ใหญ่เข้าแทนที่ตามลำดับจนกลายเป็นป่าไม้อีกครั้งหนึ่ง
ประโยชน์ของการรักษาระบบนิเวศ
การรักษาระบบนิเวศให้คงสภาพมีจุดประสงค์เพื่อรักษาสภาพกับดุลของธรรมชาติเพื่อประโยชน์ของมนุษย์เอง พอสรุปได้ดังนี้
1. ด้านการพักผ่อนหย่อนใจ สภาพของธรรมชาติที่อยู่ในภาวะสมดุลย่อมก่อให้เกิดทัศนียภาพที่สวยงาม มีความร่มรื่น เป็นแหล่งพักผ่อนหย่อนใจได้ดี
2. คุณค่าทางด้านการสร้างแหล่งที่อยู่อาศัย (Habitat) ระบบนิเวศที่อยู่ในธรรมชาติจะเป็นแบบอย่างให้มนุษย์จำลองระบบนิเวศขึ้นมาใหม่ เช่น ความร่มรื่นของอุทยานแห่งชาติเขาใหญ่กับสภาพที่มนุษย์ปรับปรุงขึ้นมาที่สวนพฤกษศาสตร์พุแค ความแตกต่างของสถานที่สองแห่งนี้จะเห็นได้ชัดระหว่างธรรมชาติล้วน ๆ กับป่าที่มนุษย์ปรับปรุงตกแต่งขึ้น
3. ทางการศึกษาสภาวะแวดล้อม สภาพของระบบนิเวศหรือองค์ประกอบแต่ละส่วนของระบบนิเวศ สามารถใช้เป็นเครื่องบ่งชี้สภาพแวดล้อมและการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมได้ เช่น การคดงอของหางลูกกบ เป็นเครื่องบ่งชี้ว่าเกิดจากยากำจัดศัตรูพืชและจากการเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศ การม้วนของใบพืชบางชนิดเกิดเนื่องจากได้รับซัลเฟอร์ไดออกไซด์ซึ่งเป็นมลสารในอากาศ
4. ทางการวิจัยด้านวิทยาศาสตร์ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์บางครั้งต้องใช้ตัวอย่างที่เหมาะสม เช่น หอยทากชนิดหนึ่งมีระบบประสาทที่ง่ายและน่าสนใจเป็นอย่างยิ่งสำหรับนักประสาทวิทยา
5. คุณค่าทางด้านการอนุรักษ์ การเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศ ธรรมชาติที่มีความอุดมสมบูรณ์สูง ให้เสื่อมโทรมก่อให้เกิดความหวาดกลัวในหมู่มนุษย์ เนื่องจากเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงแล้วเป็นการยากที่จะทำให้กลับมามีสภาพดังเดิม และการเปลี่ยนแปลงอาจก่อให้เกิดผลกระทบอย่างรุนแรงต่อมนุษย์ เช่น การทำลายป่า การถมคลอง หนอง บึง ทำให้เกิดความแห้งแล้ง น้ำท่วม น้ำป่าไหลหลากอย่างรวดเร็ว ดังนั้นการรักษาระบบนิเวศให้คงสภาพตามธรรมชาติ หรือก่อให้เกิดความ สมดุลอย่างเสมอจะอำนวยประโยชน์ให้แก่มนุษย์อย่างมากมายแนวความคิดในเรื่องของนิเวศพัฒนาจึงเกิดขึ้น
ระบบนิเวศมีทั้งที่เกิดขึ้นมาเองตามธณรมชาติและระบบนิเวศที่มนุษย์สร้างขึ้นมาในภายหลัง เป็นที่น่าสังเกตว่าระบบนิเวศที่มนุษย์สร้างขึ้นมานั้นบางระบบม่าสารมารถดำรงอยู่ได้ด้วยตัวเองต้องพึ่งพาระบบนิเวศอื่นอยู่เสมอ เช่น ระบบนิเวศเมืองต้องอาศัยสารอาหาร วัตถุดิบการผลิต จากที่อื่นเสมอ
ตารางที่ 2.1 เปรียบเทียบโครงสร้างและลักษณะของระบบนิเวศธรรมชาติ (Natural Ecosystem)
กับระบบนิเวศที่มนุษย์สร้างขึ้น (Man-made Ecosystem)
ระบบนิเวศธรรมชาติ
(สระน้ำ หนองน้ำ ทุ่งหญ้า ป่าไม้ ฯลฯ)
ระบบนิเวศที่มนุษย์สร้างขึ้น
(บ้านเรือน โรงงานอุตสาหกรรม สวนสาธารณะ ฯลฯ)
1. แหล่งพลังงาน : ดวงอาทิตย์
2. ปล่อยออกซิเจน ใช้คาร์บอนไดออกไซด์
3. สร้างสารประกอบอินทรีย์จากสารอนินทรีย์
4. ลดภาวะความเป็นพิษจากสารมลพิษ
5. ควบคุมและคงสภาพระบบนิเวศเดิม
6. ก่อให้เกิดความสงบเงียบ
7. รักษาความงามตามธรรมชาติให้คงอยู่
(ถ้าไม่ถูกทำลายอย่างฉับพลัน)
8. สร้างความอุดมสมบูรณ์ให้กับพื้นดิน
9. ควบคุมปริมาณ และคุณภาพของต้นน้ำ
10. เป็นแหล่งอาศัยของสัตว์ป่า
1. แหล่งพลังงาน : น้ำมันเชื้อเพลิง ถ่านหิน ฯลฯ
2. ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ ใช้ออกซิเจน
3. บริโภคสารประกอบอินทรีย์
4. เพิ่มปริมาณของเสีย ซึ่งจำเป็นต้องกำจัด
โดยเทคนิคเฉพาะทาง
5. ทำลายสภาพเดิมของระบบนิเวศ
6. เพิ่มมลพิษทางเสียง
7. ทำลายสภาพแวดล้อมให้เลวลง
(ถ้าไม่ป้องกันและควบคุมที่เหมาะสม)
8. ทำลายความอุดมสมบูรณ์ของดิน
9. ทำลายปริมาณ และคุณภาพของต้นน้ำ
10. ทำลายแหล่งอาศัยของสัตว์ป่า
(ที่มา : สุมาลี พิตรากูล, 2532)
กฏเกณฑ์และปฏิสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตในระบบนิแวศ
องค์ประกอบในระบบนิเวศต่างมีบทบาทหรือหน้าที่ของตนเอง ซึ่งสามารถสร้างความสัมพันธ์ที่จะอยู่ร่วมกับสิ่งต่างๆ ได้ ความสัมพันธ์จะกระทำร่วมกันจนเป็นกลุ่มเล็กและกลุ่มใหญ่ สุดท้ายก็จะแสดงเอกลักษณะของระบบนั้นๆ ภายในระบบนั้นจะมีสิ่งแวดล้อมอยู่หลายๆ ประเภท ดังนั้นในระบบนิเวศจึงมีระบบย่อยหลายๆ ระบบ เช่น ระบบนิเวศป่าไม้ ประกอบด้วยระบบ(สิ่งแวดล้อม)น้ำ, ระบบ(สิ่งแวดล้อม)ดิน, ระบบ(สิ่งแวดล้อม)สัตว์ป่า, ระบบ(สิ่งแวดล้อม)พืช ฯลฯ ในทางปฏิบัติแล้วระบบนิเวศมักใช้เหมือนหรือแทนกันได้กับคำว่าระบบสิ่งแวดล้อมบางกรณีจะใช้คำเฉพาะร่วมกับระบบนิเวศก็จะทำให้เข้าใจได้เลยว่าเป็นระบบสิ่งแวดล้อม เช่น ระบบนิเวศเมือง ระบบนิเวศป่าไม้ ทำให้เข้าใจได้ว่าเป็นระบบสิ่งแวดล้อมของเมืองหรือป่าไม้
สิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมที่อยู่โดยรอบในฐานะที่เป็นองค์ประกอบและทำหน้าที่อย่างใดอย่างหนึ่งในระบบนิเวศ การที่สิ่งมีชีวิตทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบของระบบนิเวศนี้ เรียกว่า “Ecological Niches” นอกจากสิ่งมีชีวิตจะทำหน้าที่ในการดำรงลักษณะทางรูปธรรมอยู่ในระบบนิเวศหรือสิ่งแวดล้อมแล้ว ยังทำหน้าที่รับส่งธาตุและพลังงานในสิ่งแวดล้อมตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมทางกายภาพและต่อชีวบริเวณด้วย
1. สิ่งมีชีวิตมีภาระต่อสิ่งแวดล้อม
1. ภาระของสิ่งมีชีวิตต่อสิ่งแวดล้อมเดียวกันย่อมต่างกัน สิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันย่อมมีภาระหน้าที่ต่อสิ่งแวดล้อมต่างกัน แม้จะอาศัยอยู่ในถิ่นที่อยู่ (Habitat) เดียวกัน แต่สิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันอาจอาศัยอยู่ในระบบนิเวศที่คล้ายกันและมีภาระหน้าที่ต่อสิ่งแวดล้อมคล้ายกันได้ เช่น ม้าลายในแอฟริกา จิงโจ้ในออสเตรเลีย ต่างอยู่ในระบบนิเวศทุ่งหญ้า
2. ลักษณะความสัมพันธ์บางอย่างคล้ายกัน การกระทำหรือถูกกระทำของสิ่งมีชีวิตต่อสิ่งแวดล้อมในระบบนิเวศที่สำคัญจะมีลักษณะคล้ายคลึงกัน เช่น นกกินปรสิตที่อยู่บนสัตว์อื่นในแอฟริกากับนกกระยางจะจับแมลงที่อยู่ใกล้ช้าง
3. การกำหนดลักษณะความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมทางกายภาพ เช่น แสงแดด ความชื้น ธาตุอาหารในดิน ฯลฯ จะเป็นปัจจัยกำหนดลักษณะความสัมพันธ์หรือภาระของสิ่งมีชีวิตต่อสิ่งแวดล้อม เช่น ในดินที่ชื้นพวกหนอนหรือไส้เดือนจะช่วยผสานองค์ประกอบต่าง ๆ ของดิน ทำให้เกิดฮิวมัส ส่วนในดินที่แห้งหนอนหรือไส้เดือนเกิดไม่ได้ก็มีมดเข้าไปทำรังอาศัยอยู่
การเรียนรู้เกี่ยวกับ Ecological Niches จะช่วยให้เกิดความระมัดระวังในการเปลี่ยนแปลงหรือนำสิ่งแปลกปลอมเข้าไปในระบบนิเวศ เช่น การเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมทางกายภาพ อาจทำให้สิ่งมีชีวิตเปลี่ยนถิ่นที่อยู่หรือเปลี่ยนนิสัยการกินอาหาร สิ่งมีชีวิตจะกระทำต่อสิ่งแวดล้อมทั้งเป็นผู้ให้และผู้รับไปพร้อมกันนั่นคือ สิ่งมีชีวิตจัดว่าเป็นตัวประกอบ (Element) ที่สำคัญของระบบนิเวศอย่างหนึ่ง ซึ่งจะต้องทำหน้าที่ทั้งเป็นผู้ให้และผู้รับที่สมดุลกัน การเพิ่มประชากรของสิ่งมีชีวิตใด ๆ มากเกินไป ย่อมทำให้ระบบนิเวศหรือสิ่งแวดล้อมขาดสมดุล (วินัย วีระวัฒนานนท์ และ บานชื่น สีพันผ่อง, 2537)
2. ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติ
สิ่งแวดล้อมทั้งหลายไม่ว่าจะอาศัยที่ใดก็ตามจะต้องมีความสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมนั้นไม่เคยปรากฏว่าสิ่งมีชีวิตใดในธรรมชาติจะอยู่ได้โดยลำพังเพียงตัวเดียว สิ่งมีชีวิตทั้งมวลต่างก็มีความเกี่ยวข้องกัน ร่วมมือกัน พึ่งพากัน อยู่ร่วมกัน มีการแลกเปลี่ยนกัน เป็นสิ่งแวดล้อมให้แก่กัน ควบคุมสมดุลของจำนวนระหว่างชนิด ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมนี้ ทำให้มีการจัดตัวเป็นแบบแผนเฉพาะและมีการทำงานอย่างมีระบบเกิดขึ้น ซึ่งแตกต่างไปจากชุมชนหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ แบบแผนของชุมชนหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันนี้เรียก “Pattern of Diversity” มีดังนี้
1. Stratification Pattern เป็นแบบแผนของชุมชน หรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่มีการกระจายของสิ่งมีชีวิตอยู่ทั่วไปในลักษณะเป็นแนวตั้ง (Vertical Layering) เช่น ต้นไม้ที่มีระดับขนาดแตกต่างกันไป ในพวกไม้ยืนต้น ไม้พุ่มและไม้ล้มลุก
2. Zonation Pattern เป็นแบบแผนของชุมชนหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่มีการกระจายของสิ่งมีชีวิตต่อเนื่องลดหลั่นกันไป เนื่องจากความแตกต่างกันของระดับความอดทนที่มีต่อสภาพแวดล้อมที่แปรเปลี่ยนไปทีละน้อย ทำให้เกิดเป็นเขตต่างๆ ขึ้น
3. Activity Pattern แบบแผนของชุมชน หรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตแบบนี้ เกิดจากการตอบสนองต่อสภาพแวดล้อม การทำกิจกรรมอย่างใดอย่างหนึ่งของสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตบางพวกออกหากินเวลากลางคืน บางพวกก็ออกหากินในเวลากลางวัน ซึ่งทั้งสองพวกนี้จะมีความไวคนละช่วงเวลา (Periodicity) ทำให้แบบแผนของชุมชนหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตเปลี่ยนแปลงไปตามช่วงเวลา
4. Food Web Pattern เป็นแบบแผนของชุมชนของสิ่งมีชีวิตที่เกิดจากความสัมพันธ์เชิงอาหาร (Food Relationship) ในลักษณะที่ซับซ้อนหรือที่เรียกว่า “สายใยอาหาร” ซึ่งมีผลดีและให้ประโยชน์ในการถ่ายทอดพลังงาน และรักษาสมดุลของธรรมชาติ
5. Reproductive Pattern เป็นแบบแผนของชุมชนหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เป็นผลสืบเนื่องมาจาก
กระบวนการสืบพันธุ์
6. Social Pattern เป็นแบบแผนของชุมชนของสิ่งมีชีวิตที่เกิดจากการรวมฝูงกัน เช่น โขลงช้าง ฝูงลิง
7. Coactive Pattern เป็นแบบแผนของชุมชน หรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เกิดจากความสัมพันธ์ในการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิตที่มีการกระทบกระทั่งกันซึ่งมีหลายรูปแบบ เช่น ภาวะพึ่งพากัน ภาวะอิงอาศัย การแข่งขัน และ Antibiosis
8. Stochastic Pattern เป็นแบบแผนของชุมชนหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เกิดจากการพัดพาของกระแสลม กระแสน้ำ เช่น แพลงตอน แมงกะพรุน จอก แหน ผักตบชวา มะพร้าว เป็นต้น ซึ่งมีการผันแปรตลอดเวลา ทำให้มีแบบแผนไม่แน่นอน ขึ้นอยู่กับแรงธรรมชาติ
3. การแพร่กระจายของพืชและสัตว์
ในแต่ละส่วนของโลกพบว่ามีชนิดและปริมาณของพืชและสัตว์แตกต่างกัน ทั้งนี้เพราะสภาพแวดล้อมไม่เหมือนกัน เช่น บริเวณป่าดิบชื้น ป่าผลัดใบ ป่าสน ทุ่งหญ้า ทะเลทราย แม่น้ำ ทะเลสาบ ทะเลและมหาสมุทร ในแต่ละบริเวณนี้สิ่งมีชีวิตต้องปรับตัวให้เหมาะสมกับสิ่งแวดล้อม ทำให้ระบบการดำรงชีวิตแตกต่างกันไป พวกที่ปรับตัวไม่เหมาะสมก็ตายไปหรือย้ายถิ่นฐานกระจายออกไปสู่บริเวณอื่นๆ ต่อไป จึงทำให้เกิดการแพร่กระจายของพืชและสัตว์ แต่เนื่องจากสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดยังไม่มีความสมบูรณ์ด้วยตนเอง จึงไม่พบพืชและสัตว์ชนิดหนึ่งชนิดใดในทุกส่วนของโลกได้ นอกจากนี้ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่ควบคุมการแพร่กระจายของพืชและสัตว์ เช่น สภาพการแบ่งแยกทางภูมิศาสตร์ เป็นสิ่งกีดขวางที่สำคัญต่อการแพร่กระจายของประชากร สำหรับพืชและสัตว์บกจะมีเทือกเขาสูง แม่น้ำ ทะเลและมหาสมุทร เป็นสิ่งกีดขวางการแพร่กระจายสำหรับสัตว์น้ำในทะเลและมหาสมุทร สิ่งกีดขวางการแพร่กระจายคือ กระแสน้ำ อุณหภูมิของมวลน้ำ ในสัตว์บางชนิดที่สามารถเดินทางได้ไกล เช่น นก ก็ยังมีมหาสมุทรเป็นสิ่งกีดกั้นการแพร่กระจายอยู่
4 การปรับตัวของสิ่งมีชีวิต
การปรับตัว หมายถึง การที่สิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลงหรือการปรับลักษณะของตนเพื่อให้เหมาะสมที่จะอยู่รอดและแพร่พันธุ์ได้ในสภาพแวดล้อมนั้นๆ การปรับตัวของสิ่งมีชีวิตเป็นผลมาจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติ รูปแบบการปรับตัวอาจสรุปได้เป็น 3 แบบ คือ
1. การปรับตัวทางรูปร่างลักษณะหรือทางสัณฐาน (Morphological Adaptation) เป็นการปรับลักษณะ รูปร่างและอวัยวะภายนอกของสิ่งมีชีวิต เช่น ต้นโกงกางที่อยู่ตามป่าชายเลน มีรากค้ำจุนช่วยให้ไม่ล้มง่าย ผักกระเฉดมีทุ่นช่วยในการลอยตัว
2. การปรับตัวทางสรีระวิทยา (Physiological Adaptation) เป็นการปรับหน้าที่การทำงานของอวัยวะ เช่น นกทะเลมีต่อมขับเกลือ (Nasal Gland) สำหรับขับเกลือส่วนเกินออกนอกร่างกาย สัตว์เลือดอุ่นมีต่อมเหงื่อ สำหรับขับเหงื่อระบายความร้อน
3. การปรับตัวทางพฤติกรรม (Behavior Adaptation) เป็นการปรับการดำรงชีวิต เช่น การพันหลักของตำลึง หรือ การออกหากินกลางคืน การจำศีลของสัตว์ เพื่อหลบเลี่ยงสิ่งแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม
การหมุนเวียนของธาตุอาหารในระบบนิเวศ
การหมุนเวียนของแร่ธาตุและการถ่ายทอดพลังงานเป็นหัวใจสำคัญของระบบนิเวศทำให้ระบบนิเวศคงอยู่ได้ การหมุนเวียนของแร่ธาตุเป็นวัฏจักรจากสิ่งแวดล้อมเข้าสู่สิ่งมีชีวิตและจากสิ่งมีชีวิตถูกปลดปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมอีก หมุนเวียนสับเปลี่ยนกันไป การหมุนเวียนของธาตุอาหารนี้เกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันระหว่างกระบวนการทางชีวภาพ การะบวนการทางกายภาพ และกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นทั้งในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม ทำให้แร่ธาตุเกิดการหมุนเวียนอยู่ในระบบนิเวศได้จึงเรียกว่า การหมุนเวียนทางชีวธรณีเคมี หรือ วัฏจักรชีวธรณีเคมี (Biogeochemical Cycle)
ภาพที่ 2.8 การหมุนเวียนของสสารระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม
(ที่มา : จิราภรณ์ คชเสนี, 2540)
วัฏจักรชีวธรณีเคมี (Biogeochemical Cycle) บนโลกนี้มีมากมายแต่วัฏจักรชีวธรณีเคมีที่สำคัญ ซึ่งเป็นการหมุนเวียนธาตุอาหารหลักของสิ่งมีชีวิตมีดังนี้
วัฏจักรของน้ำ (Hydrologic Cycle in Ecosystem)
น้ำเป็นปัจจัยสำคัญในการดำรงชีวิตของมนุษย์ และเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย น้ำมีอยู่ในโลกทั้งหมดราว 1,350 ล้านลูกบาศก์กิโลเมตร ประมาณร้อยละ 1 ของน้ำจำนวนนี้จะอยู่ในทะเลสาบ แม่น้ำลำคลอง และใต้ดิน ปริมาณน้ำจำนวนหนึ่งจะถูกส่งผ่านไปมาในบรรยากาศ น้ำที่ถูกส่งเข้าสู่บรรยากาศจะตกลงเป็นฝนหรือหิมะในปริมาณใกล้เคียงกัน ปริมาณน้ำทั้งหมดจะอยู่ในทะเลมหาสมุทร ร้อยละ 97 อยู่ใต้ดิน ร้อยละ 0.6 อยู่ในดิน ร้อยละ 0.2 อยู่ในลักษณะของน้ำแข็ง ร้อยละ 2.1 และอยู่ในลักษณะของไอน้ำที่ลอยอยู่ในบรรยากาศ ร้อยละ 0.001
ภาพที่ 2.9 วัฏจักรของน้ำ
ที่มา : Miller, 2001.
จากภาพพลังงานจากแสงอาทิตย์ ทำให้น้ำจากแหล่งน้ำต่าง ๆ ระเหยกลายเป็นไอ รวมทั้งน้ำในดินด้วย ส่วนพืชมีการคายน้ำออกสู่บรรยากาศเช่นกัน น้ำเหล่านี้จะรวมตัวกันเป็นไอน้ำและเมื่อลอยสูงขึ้นสู่บรรยากาศก็รวมตัวกันเป็นเมฆ แล้วตกลงมาเป็นฝน บางส่วนถูกดูดเก็บไว้ในดิน ส่วนที่ไม่ได้ดูดเก็บไว้ก็ไหลลงสู่ลำธาร แม่น้ำ ทะเลสาบ แล้วลงสู่มหาสมุทรต่อไป น้ำในดินถ้าลงชั้นหินใต้ดินที่เก็บน้ำไว้ได้ก็จะเป็นแหล่งน้ำบาดาล ซึ่งอาจกลับขึ้นสู่ผิวโลกตามธรรมชาติ เป็นน้ำพุร้อนหรือด้วยการขุดเจาะน้ำกลับมาใช้ได้หรือไหลออกไปสู่ทะเล น้ำส่วนที่อยู่ในดินชั้นบนก็ถูกดูดมาใช้โดยพืชได้ สัตว์ได้รับน้ำโดยตรงจากแหล่งน้ำหรือจากพืช แล้วปล่อยน้ำออกมากับของเสียและการหายใจกลับสู่บรรยากาศ จึงเห็นได้ว่าน้ำสามารถหมุนเวียนเข้าสู่สิ่งมีชีวิตแล้วกลับคืนออกไปได้
วัฏจักรของน้ำจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตมากเพราะน้ำเป็นตัวละลายที่ดี จึงนำแร่ธาตุที่จำเป็นเข้าสู่พืช เพื่อสร้างเป็นสารอาหารให้แก่สิ่งมีชีวิต การทราบวัฏจักรของน้ำจึงมีประโยชน์ในด้านการอนุรักษ์สิ่งมีชีวิต และสภาพแวดล้อม
วัฏจักรของคาร์บอน (Carbon Cycle)
กล่องข้อความ: สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องการธาตุคาร์บอน (C) เพราะเป็นธาตุหลักในสารประกอบอินทรีย์ทุกชนิด คาร์บอนหมุนเวียนระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิตในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ ในบรรยากาศซึ่งมีอยู่ประมาณร้อยละ 0.04 และในน้ำซึ่งอยู่ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์อิสระ หรือรูปของไบคาร์บอเนต
ภาพที่ 2.10 วัฏจักรคาร์บอน
(ที่มา : วินัย วีระวัฒนานนท์ และ
บานชื่น สีพันผ่อง, 2537)
คาร์บอนที่อยู่ในอากาศจะอยู่ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ) โดยคาร์บอนไดออกไซด์ จะถูกพืชนำไปสร้างเป็นสารอาหาร โดยกระบวนการสังเคราะห์แสง ซึ่งจะถูกถ่ายทอดไปยังสัตว์โดยการกิน ในที่สุดทั้งพืชและสัตว์จะปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศด้วยการหายใจและบางส่วนที่ยังคงอยู่ในรูปของเนื้อเยื่อพืชและสัตว์ จะมีการหมุนเวียนกลับสู่บรรยากาศใหม่หลังจากพืชและสัตว์ตายและมีการย่อยสลายเกิดขึ้น นอกจากนี้บางส่วนที่ไม่ย่อยสลายก็ทับถมกันเป็นเวลานาน กลายเป็นถ่านหิน น้ำมันและก๊าซ เมื่อมนุษย์นำมาใช้เกิดการเผาไหม้ก็จะได้คาร์บอนไดออกไซด์คืนสู่บรรยากาศ นอกจากนี้ยังได้จากการระเบิดของภูเขาไฟเป็นครั้งคราวอีกด้วย
กล่องข้อความ: วัฏจักรของไนโตรเจน (Nitrogen Cycle)
ธาตุไนโตรเจนเป็นธาตุที่จำเป็นในการสร้างโปรโตปลาสซึม ของสิ่งมีชีวิต โดยจะเป็นส่วนประกอบหลักของโปรตีน ในบรรยากาศมีก๊าซไนโตรเจน ประมาณร้อยละ 78 แต่สิ่งมีชีวิตไม่สามารถนำมาใช้ได้โดยตรง แต่จะใช้ได้เมื่ออยู่ในสภาพของสารประกอบ แอมโมเนีย ไนไตรท์และไนเตรท ไนโตรเจนในบรรยากาศ จึงต้องเปลี่ยนรูปให้อยู่ในสภาพที่สิ่งมีชีวิต ส่วนใหญ่จะใช้ได้
กล่องข้อความ: ภาพที่ 2.11 วัฏจักรของไนโตรเจน
(ที่มา : ทบวงมหาวิทยาลัย, 2530)
วัฏจักรนี้จึงประกอบด้วยขบวนการตรึงไนโตรเจน (Nitrogen Fixation) ขบวนการสร้างแอมโมเนีย (Ammonification) ขบวนการสร้างไนเตรด (Nitrification) และขบวนการสร้างไนโตรเจน (Denitrification) ขบวนการเหล่านี้จะต้องอาศัยแบคทีเรีย จุลินทรีย์อื่นๆ จำนวนมาก จึงทำให้เกิดสมดุลของวัฏจักรไนโตรเจน นอกจากจะถูกตรึง โดยสิ่งมีชีวิตแล้ว ไนโตรเจนในบรรยากาศ ยังถูกตรึงจากธรรมชาติอีกด้วย เป็นต้นว่าเมื่อเกิดฟ้าแลบขึ้นมา ไนโตรเจนในท้องฟ้าจะเปลี่ยนแปลงทางเคมี ฟิสิกส์ ก่อให้เกิดสารประกอบไนเตรดขึ้นมา จากนั้นจะถูกน้ำฝนชะพาลงสู่พื้นดินต่อไป
วัฏจักรฟอสฟอรัส (Phosphorus Cycle)
ฟอสฟอรัส เป็นธาตุที่จำเป็นต่อการดำรงชีพของสิ่งมีชีวิต เพราะเป็นองค์ประกอบของ DNA, RNA และ ATP ฟอสฟอรัสเป็นธาตุที่อยู่ในธรรมชาติน้อยมาก และเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา เช่น แผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด ด้วยเหตุนี้ฟอสฟอรัสจึงถูกใช้หมุนเวียนอยู่ระหว่างสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิตในปริมาณที่จำกัด ดังนั้นฟอสฟอรัส จึงเป็นปัจจัยที่จำกัดจำนวนสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศหลายชนิด ฟอสฟอรัสส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของหินฟอสเฟตหรือแร่ฟอสเฟต เมื่อถูกกัดกร่อนโดยน้ำและกระแสลมปะปนอยู่ในดิน แล้วถูกน้ำชะล้างให้อยู่ในรูปที่ละลายน้ำได้ ซึ่งพืชสามารถนำไปใช้และ ถ่ายทอดไปในระบบนิเวศตามห่วงโซ่อาหาร เมื่อตายลงก็จะถูกย่อยสลายด้วยพอสฟาไท ซึ่งแบคทีเรีย (Phosphatizing Bacteria) ให้อยู่ในรูปที่ละลายน้ำได้ ส่วนนี้นอกจากพืชนำไปใช้โดยตรงแล้ว ยังถูกกระบวนการชะล้างพัดพาลงสู่ทะเล มหาสมุทรปะปนอยู่ในดินตะกอนทั้งทะเลลึกและตื้น และถูกสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ ในทะเลนำมาใช้ถ่ายทอดไปตามห่วงโซ่อาหารจนถึงปลาขนาดใหญ่และนกทะเล เมื่อสัตว์พวกนี้ตายลงเกิดการสะสมเป็นแหล่งสะสมชนิดกัวโน (Guano) ซึ่งเกิดจากการสะสมตัวของมูลนกและกระดูกนกเช่นเดียวมูลค้างคาว ธาตุไนโตรเจนที่เกิดร่วมอยู่ด้วยในมูลสัตว์เหล่านี้ละลายน้ำได้ดีมากจึงถูกพัดพาไปหมด คงเหลือไว้แต่ธาตุฟอสฟอรัสที่สลายตัวยาก นำมาใช้ไม่ได้ จากนั้นจะเริ่มวัฏจักรใหม่อีก
ภาพที่ 2.12 วัฏจักรฟอสฟอรัส
(ที่มา : สุมาลี พิตรากูล, 2532)
ปัจจุบันฟอสฟอรัสมีส่วนทำให้เกิดมลภาวะทางน้ำได้ เนื่องจากผงซักฟอกซึ่งมีฟอสเฟต เป็นส่วนผสม เมื่อปล่อยลงสู่แม่น้ำลำธาร ทำให้พืชน้ำเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้เกิดปัญหาแก่แหล่งน้ำมากขึ้น
วัฏจักรซัลเฟอร์ (Sulfur Cycle)
ซัลเฟอร์ หรือกำมะถันเป็นธาตุที่สำคัญในการเจริญเติบโตและเมตาโบลิซัม ของสิ่งมีชีวิตดังนั่นถ้าขาดกำมะถันจะไม่สามารถมีชีวิตอยู่ได้ กำมะถันที่พบในธรรมชาติจะอยู่ในสภาพของแร่ธาตุและในสภาพของสารประกอบหลายชนิด เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) และซัลเฟต (SO42-)
ภาพที่ 2.13 วัฏจักรซัลเฟอร์
(ที่มา : วินัย วีระวัฒนานนท์ และ บานชื่น สีพันผ่อง, 2537)
สารประกอบอินทรีย์ในพืชและสัตว์จะถูกย่อยสลายเป็นไฮโดรเจนซัลไฟต์ โดยปฏิกิริยาของแบคทีเรียและถูกเปลี่ยนต่อจนกลายเป็นซัลเฟต ซึ่งพืชจะนำกลับไปใช้ได้กำมะถันในซากของพืชและสัตว์บางส่วนจะถูกสะสมและถูกตรึงไว้ในถ่านหิน และน้ำมันปิโตรเลียม เมื่อมีการนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงเกิดการเผาไหม้ได้ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) เมื่อก๊าซนี้อยู่ในบรรยากาศจะรวมตัวกับละอองน้ำตกลงมาเป็นเม็ดฝนของกรดกำมะถันหรือกรดซัลฟิวริก (H2SO4) ซึ่งจะกัดและทำให้ สิ่งก่อสร้างต่าง ๆ สึกกร่อนและเป็นอันตรายต่อการหายใจของคน
วัฏจักรต่าง ๆ เหล่านี้เป็นวัฏจักรที่สำคัญในการรักษาสมดุลธรรมชาติ (Balance of Nature) ยังมีวัฏจักรอื่น ๆ อีกหลายอย่างในธรรมชาติ แต่ละวัฏจักรก็มีระบบภาวะธำรงดุลของตนเอง ถ้าส่วนใดส่วนหนึ่งของระบบถูกทำลายไปก็จะส่ง ผลกระทบไปยังวัฏจักรอื่น ๆ ทำให้สมดุลธรรมชาติเสียหาย การที่สารต่าง ๆ มีการหมุนเวียนกลับคืนสู่ธรรมชาติ ทำให้ปริมาณสารที่มีอยู่ในธรรมชาติไม่หมดสิ้นไป ทำให้มีอยู่ในปริมาณที่สมดุลกับสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศนั้น ๆ ดุลธรรมชาติจึงเป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวกับความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตด้วยกันกับสิ่งไม่มีชีวิตในธรรมชาติ
ความสมดุลในธรรมชาติ
สมดุลทางธรรมชาติ เป็นภาวะการณ์ทางธรรมชาติของระบบนิเวศใดก็ตามที่ระบบความสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบเป็นไปอย่างสมบูรณ์ หมายความว่า บรรดาสิ่งมีชีวิตทั้งหลายในระบบนิเวศจะต้องทำหน้าที่ครบถ้วน 3 กลุ่ม คือ มีทั้งผู้ผลิต ผู้บริโภคและผู้ย่อยสลาย ในส่วนของสิ่งไม่มีชีวิตเองก็ทำหน้าที่สนับสนุนอย่างต่อเนื่องไม่ขาดหาย ความสมดุลทางธรรมชาติมีความแตกต่างกันไปตามความแตกต่างของระบบนิเวศ ซึ่งในธรรมชาติระบบนิเวศจะมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา การเปลี่ยนแปลงนี้อาจเป็นไปโดยธรรมชาติหรือโดยมนุษย์ก็ได้ ลักษณะการเปลี่ยนแปลงเป็นไปได้ 2 แบบ คือ แบบกระทันหันและแบบค่อยเป็นค่อยไป การเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศโดยธรรมชาติแบบกระทันหัน ทำให้ระบบนิเวศเสียสมดุลและมีผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต ทำให้ตายหรือสูญพันธุ์ไปได้ง่าย เช่น การเกิดไฟไหม้ป่า อุทกภัย การเกิดโรคระบาด ฯลฯ สำหรับการเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไปตามธรรมชาติ เป็นการเปลี่ยนแปลงอย่างช้า ๆ ก่อให้เกิดอันตรายต่อมนุษย์และสิ่งสิ่งมีชีวิตอื่นน้อยมาก แต่เมื่อระยะเวลานานเข้าการเปลี่ยนแปลงจะมีมากขึ้น จะเกิดผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตอย่างเด่นชัดขึ้น เช่น ทุ่งนา หรือไร่ร้าง จะมีการเปลี่ยนแปลงเป็นทุ่งหญ้าและพืชพวกไม้พุ่มในเวลาต่อมา จนในที่สุดหากไม่มีสิ่งแวดล้อมภายนอกมารบกวนก็จะกลายเป็นป่าที่สมบูรณ์ได้ ดังนั้นสิ่งมีชีวิตจะต้องสามารถปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงได้
การสูญเสียความสมดุลในระบบนิเวศหากเกิดโดยธรรมชาติ ระบบนิเวศจะช่วยแก้ไขได้ด้วยตัวเอง แต่ถ้าเกิดจากมนุษย์จะแก้ไขได้ยากมาก เมื่อมนุษย์เพิ่มจำนวนมากขึ้นอย่างรวดเร็ว มีการพัฒนาวิถีชีวิตมากขึ้นด้วยเทคโนโลยี ทำให้ความเป็นอยู่สุขสบายมากขึ้นมนุษย์จึงได้ชื่อว่า “เป็นตัวการทำลายระบบนิเวศมากที่สุด”
สาเหตุที่ทำให้ระบบนิเวศเสียความสมดุล
1. การเพิ่มประชากร ทำให้ความต้องการใช้ที่ดินทำการเกษตรมากขึ้น โดยเฉพาะเขตร้อน ประชากรจะบุกเบิกป่าใหม่ ๆ เพื่อใช้พื้นที่ทำไร่เลื่อนลอยทำให้ดิน ป่าไม้ สภาวะแวดล้อมเสียหายปีละจำนวนมาก
2. การเกษตรสมัยใหม่ การเกษตรในปัจจุบันมุ่งเพื่อการค้ามากขึ้น มีการใช้ปุ๋ยและยาฆ่าแมลงจำนวนมาก สารเหล่านี้จะตกค้างในดิน และอาจถูกชะล้างลงสู่แหล่งน้ำ ทำให้มีผลต่อชีวิตสัตว์ในดินและในน้ำ
3. การขยายตัวของเมือง การเพิ่มประชากรทำให้ความต้องการที่อยู่อาศัยเพิ่มขึ้น เมืองขยายตัวอย่างรวดเร็ว ทำให้พื้นที่การเกษตรถูกใช้ไปเพื่อสร้างตึก ศูนย์การค้า ถนน ระบบนิเวศเปลี่ยนไป การถ่ายเทของเสียจากเมือง ก่อให้เกิดมลพิษของน้ำและอากาศ
4. การอุตสาหกรรม การพัฒนาอุตสาหกรรมทำให้ทรัพยากรถูกใช้เป็นวัตถุดิบมากยิ่งขึ้น กระบวนการผลิตทำให้มีของเสีย เช่น น้ำเสีย ไอเสีย ซึ่งส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศในบริเวณที่โรงงานอุตสาหกรรมตั้งอยู่และบริเวณใกล้เคียง
ความสมดุลของระบบนิเวศเป็นเรื่องสำคัญยิ่งต่อการพัฒนาในบุคปัจจุบัน เพราะการพัฒนาที่ขาดความเข้าใจในเรื่องระบบนิเวศจะทำให้ระบบนิเวศเสียสมดุล และจะส่งผลกระทบในทางลบมาสู่มนุษยชาติเอง
สมัครสมาชิก:
บทความ (Atom)