7. ก๊าซในน้ำทะเล

7. ก๊าซในน้ำทะเล

ก๊าซต่าง ๆ ในอากาศก็สามารถละลายได้กับน้ำทะเลบริเวณผิวหน้าน้ำ พืชและสัตว์ที่อาศัยในทะเลจำเป็นต้องใช้ก๊าซต่าง ๆ ในการดำรงชีวิต ไม่มีสิ่งมีชีวิตใด ๆ ในทะเลที่จะสลายโมเลกุลของน้ำเพื่อให้ได้ก๊าซออกซิเจนมาใช้โดยตรง และไม่มีพืชใด ๆ ในทะเลที่สามารถผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างเพียงพอที่จะใช้ในขบวนการเมตาบอลิซึมในตัวเอง เมื่อพิจารณาตามปริมาณจะพบว่าก๊าซหลัก ๆ ที่พบในน้ำทะเล คือ ก๊าซไนโตรเจน ออกซิเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ตามลำดับ (ตารางที่ 5.4) สัดส่วนของก๊าซนี้จะแตกต่างไปจากในบรรยากาศ

ต่างไปจากของแข็ง ก๊าซจะละลายได้ดีในน้ำทะเลที่มีอุณหภูมิต่ำ หนึ่งลูกบาศก์เมตรของน้ำทะเลในขั้วโลก จะมีก๊าซละลายน้ำมากกว่าน้ำในเขตร้อนที่มีปริมาตรเท่ากัน ก๊าซไนโตรเจนจะมีคุณสมบัติเป็น conservative constituent ใน ขณะที่ก๊าซออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์จะมีคุณสมบัติ nonconservative constituent

ตารางที่ 5.4 สัดส่วนของก๊าซในอากาศและที่ละลายในน้ำทะเล

ที่มา Garrison (2007)

1.       ไนโตรเจน ปริมาณก๊าซไนโตรเจนที่มีอยู่ในน้ำทะเลมีประมาณ 48 เปอร์เซ็นต์ (ในอากาศจะมีประมาณ 78 เปอร์เซ็นต์) โดยบริเวณชั้นของผิวหน้าน้ำในมหาสมุทรจะมีคุณสมบัติที่อิ่มตัวด้วยก๊าซไนโตรเจน สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในทะเลจะใช้ไนโตรเจนเป็นสารตั้งต้นในการสร้างโปรตีนและสารที่จำเป็นในปฎิกริยาทางชีวเคมีอื่น ๆ แต่จะไม่นำไปใช้ในรูปของก๊าซไนโตรเจนโดยตรง โดยสิ่งมีชีวิตบางชนิดจะตรึง (fixed) ไนโตรเจนมาเปลี่ยนให้อยู่ในรูปที่ใช้ประโยชน์ได้ เช่นแบคทีเรียบางชนิดจะสามารถผลิตไนเตรทจากก๊าซไนโตรเจน สารประกอบไนโตรเจนที่สิ่งมีชีวิตนำมาใช้จะมีการ recycle เป็นวงจรตามลำดับชั้นของสิ่งมีชีวิต

2.       ออกซิเจน ก๊าซออกซิเจนที่ละลายในน้ำจะมีประมาณ 36 เปอร์เซ็นต์หรือ ประมาณ 6 มิลลิกรัมต่อลิตร ก๊าซชนิดนี้จะมีความสำคัญต่อขบวนการหายใจของสัตว์ แหล่งที่สำคัญของก๊าซออกซิเจนในมหาสมุทรแหล่งหนึ่งคือ ผลผลิตที่ได้จากการสังเคราะห์แสงของพืชในทะเลในบริเวณที่แสงส่องถึง ซึ่งถือว่าเป็นผิวหน้าของมหาสมุทรเท่านั้นโดยจะมีการแลกเปลี่ยนระหว่างผิวหน้าน้ำและชั้นบรรยากาศด้วย

3.       คาร์บอนไดออกไซด์ ปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศมีน้อยมากคือประมาณ 0.03 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น เนื่องจากพืชจะต้องใช้ก๊าซชนิดนี้ในการสังเคราะห์แสงเป็น carbon source เพื่อใช้ในการเจริญเติบโต ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มีคุณสมบัติที่ละลายน้ำได้ดี มีปริมาณ 15 เปอร์เซ็นต์ในน้ำ และสามารถรวมตัวกับน้ำเกิดปฏิกริยาทางเคมีทำให้เกิดกรดคาร์บอนิคซึ่งเป็นกรดอ่อน เช่นเดียวกับพืชบก พืชน้ำจะใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์แสง ดังนั้นตามความเป็นจริงแล้วปริมาณของมันอาจน้อยกว่าในทางทฤษฎี และมีการ แลกเปลี่ยนกันระหว่างผิวหน้าน้ำกับชั้นบรรยากาศได้ บางส่วนของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายน้ำอาจอยู่ในรูป คาร์บอเนตไอออนซึ่งอยู่ในตะกอน แร่ธาตุ เปลือกและโครงร่างของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ

ภาพที่ 5.5 แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นของก๊าซออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ตามระดับความลึก จะเห็นได้ว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะเพิ่มขึ้นตามระดับความลึก ส่วนก๊าซออกซิเจนจะลดลงอย่างรวดเร็วจนถึงความลึก ระดับหนึ่งจึงค่อยเพิ่มขึ้นตามระดับความลึก ที่บริเวณผิวหน้าน้ำและบริเวณที่แสงส่องถึงมีปริมาณออกซิเจนสูงเนื่องจาก ผลจากการสังเคราะห์แสง ส่วนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งจะถูกใช้ไปในขบวนการสังเคราะห์แสงก็จะมีปริมาณน้อยกว่า ที่ความลึกจากผิวหน้าน้ำลงมาปริมาณออกซิเจนลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากจะถูกใช้โดยแบคทีเรียในการย่อยสลายสารอินทรีย์และจากการหายใจของสัตว์ทะเล ซึ่งผลจากการหายใจก็จะทำให้คาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มมากขึ้นที่ความลึกมาก ๆ ปริมาณออกซิเจนจะค่อย ๆ เพิ่มขึ้น เนื่องจากที่ระดับความลึกดังกล่าวจะมีสิ่งมีชีวิตที่จะใช้ออกซิเจนในการหายใจน้อยมาก รวมทั้งได้รับออกซิเจนเพิ่มขึ้นจากการเคลื่อนตัวของมวลน้ำที่มาจากบริเวณขั้วโลก

ภาพที่ 5.5 การเปลี่ยนแปลงก๊าซออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำทะเลตามระดับความลึก
ที่มา Garrison (2007)