Eye on the Ocean · สาระวิทยาศาสตร ทางทะเล Eye on the Ocean: Bringing the Sea to the Classroom บทที่บทน 2.1 ํา สมุทรศาสตร

สาระวทยาศาสตรทางทะเล

Eye on the Ocean: Bringing the Sea to the Classroom

Eye on the Ocean

หนวยการเรยนรท 2: เคมในทะเล

โดย

มนวด หงสพฤกษ กลยา วฒยากร

วไลวรรณ อทมพฤกษพร ภาควชาวทยาศาสตรทางทะเล คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย

พชาญ สวางวงศ ภาควชาวารชศาสตร คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยบรพา

123



124



สารบญ หนา

บทท 2.1 บทนา.......................................................................................................................................…………….127 2.1.1 ประวตการศกษาทางเคมของทะเล ........................................................................................... ………..128 2.1.2 การวเคราะหนาทะเลในระยะแรก ............................................................................................. ………..128 2.1.3 พฒนาการของการวเคราะหนาทะเลในศตวรรษท 19 ................................................................. ………..129 2.1.4 พฒนาการความรเรองเคมทางทะเลระยะ 50 ปทผานมา ............................................................ ………..132

บทท 2.2 องคประกอบของธาตและสารประกอบในนาทะเล ...............................................................…………….133

2.2.1 องคประกอบหลกของธาตทละลายในนาทะเล........................................................................... ………..136 2.2.2 องคประกอบปรมาณรองและองคประกอบปรมาณนอยในนาทะเล ............................................. ………..137 2.2.3 สารอาหารในนาทะเล .............................................................................................................. ………..139

2.2.4 กาซทละลายในนาทะเล ........................................................................................................... ………..143 2.2.5 สารอนทรยในทะเล .................................................................................................................. ………..144

บทท 2.3 สมดลทางธรณเคมในทะเล .....................................................................................................…………….150 บทท 2.4 ปฏกรยาทางเคมในทะเล.........................................................................................................…………….154 บทท 2.5 เคมของทะเลไทย ....................................................................................................................…………….158

2.5.1 เคมของนาทะเล ...................................................................................................................... ………..158 2.5.2 การศกษาตะกอนพนทองทะเล ................................................................................................. ………..159

2.5.3 ภาวะมลพษในทะเล................................................................................................................. ………..160 บรรณานกรม………………………………………………………………………………………………… ......................164

125



126



บทท 2.1 บทนา สมทรศาสตรเปนวชาทวาดวยการศกษาดานวทยาศาสตรทางทะเล และสมทรศาสตรเคมคอการนาเอาเทคนคทางเคม กฎเกณฑทางเคมมาใชในการศกษาอธบายลกษณะทางเคมของมหาสมทร เพอทาความเขาใจกระบวนการตางๆ ทควบคมและทาใหเกดการแพรกระจายของธาตและสารประกอบในรปแบบตางๆ อกทงเพอใหเขาใจถงอทธพลทางเคมของทะเลและมหาสมทรตอกระบวนการทางชววทยา ทางธรณวทยา และทางฟสกสทเกดขนในทะเลและมหาสมทร ในดานกลบกน กระบวนการตางๆ เหลานกอาจทาใหเกดการเปลยนแปลงสภาพทางเคมของมหาสมทรดวย สมทรศาสตรเคมเปนวทยาศาสตรสภาวะแวดลอมอยางหนงซงใชในการบรรยาย อธบาย และพยากรณเหตการณทางชววทยา ธรณวทยา หรอฟสกส และวธการทสภาพแวดลอมอาจจะควบคมหรอจากดเหตการณเหลานน โดยทวไปเราจะพบวา ความรเรองเคมของมหาสมทรมสวนชวยในการแกปญหาทางชววทยา ธรณวทยา และฟสกสของทะเลมากกวาทจะแกปญหาทางเคม มหาสมทรเปรยบไดกบสถานปลายทางของสารตางๆ ทถกชะลางไปจากพนทวป บรรดาสงตางๆ ททะเลไดรบกจะถกสงตอไปเปนตะกอนทพนทะเล การเปลยนแปลงในธรรมชาตทางธรณวทยา เชน การเกดทวป กจะนาตะกอนเหลานกลบขนมาเหนอพนนา และในทสดจะเกดการกดกรอนลงสทะเลอก ธาตบางชนดตกลงสทะเลในสภาพของแขงทลอยอยในนา เชน การทลมพดพาฝนละอองลงสผวหนาทะเล หรอตะกอนทแขวนลอยอยในนา แมนาทไหลลงสทะเล เมออยในทะเล เศษหนและเศษดนเหลานจะคอนขางเฉอยตอการเกดปฏกรยาเคมและเคลอนทไปตามแรงพดพาของกระแสนา แลวในทสดกจะตกตะกอน ในการศกษาทางเคมของทะเล เราจะใหความสนใจกบสารทไดจากการชะลางของดน และหนบนพนทวป และละลายอยในสภาพของไอออนในนาทะเล ซงตราบใดทมนยงละลายอยในนา แรงโนมถวงของโลกกไมสามารถทาใหเกดการตกตะกอนได องคประกอบปรมาณมากทละลายในนาทะเล เชน โซเดยม (Na) โปแตสเซยม (K) และแมกนเซยม (Mg) มปรมาณคอนขางสมาเสมอในสวนตางๆ ของมหาสมทร ในขณะทองคประกอบปรมาณนอยบางชนดกแตกตางกนไดถง 100 เทา ความแตกตางเชนนเปนผลมาจากการทองคประกอบประเภทหลงเขาไปมสวนรวมในกระบวนการทางชววทยาและเคม ตวอยางเชน พชในทะเลจะอาศยอยไดเฉพาะในนาทระดบผวหนา ซงเปนบรเวณทมนสกดเอาธาตอาหารทละลายอยในนาไปสรางเปนเนอเยอ ซงสวนหนงจะละลายกลบคนสนาเมอพชตายลง หรอหลงจากทสตวกนเขาไปแลวขบถายออกมา หรอแบคทเรยยอยสลายซากของมน แตเนอเยอของพชสวนทไมละลายนาหรอยอยไมไดกจะตกตะกอนภายใตแรงโนมถวง ดงนนวงจรชวตจะนาไปสการแยกประเภทของสาร โดยทวไปจะพบวาในมหาสมทรนน “การสราง” (Synthesis) ของสงมชวตเกดขนในนาระดบบน สวน “การยอยสลาย” (Decomposition) เกดขนในนาระดบลกกวา การทวงจรชวตของพชเหลานมความสมพนธกบองคประกอบของนาทะเล จงทาใหเกดการกระจายของธาตตางๆ ทเกยวของกบสงทมชวตในทตางๆ ของมหาสมทรในความเขมขนทตางกน ซงความแตกตางเชนนจะเกดขนไมเฉพาะแตในนาทะเลเทานน แตเกดขนกบตะกอนททองทะเลดวย ในทางสมทรศาสตรเคม ไดมการศกษาถงการนาเขา (Input) และการสญเสยของสารประกอบและธาตตางๆ ทมอยในทะเล มการศกษาถงปรมาณและชนดของธาตกมมนตรงสซงสามารถใชเปนตวบอกอายของมวลนาอายของซากสงมชวต ใชเปนตวตดตามการเคลอนทของมวลนาและอตราการเกดการผสมผสานของนา นอกจากนยงมการศกษาถงกระบวนการทางเคมตางๆ ทเกดขนในมหาสมทรและสมดลเคมของกระบวนการเหลานน เปนตน ไอออนหลกทมปรมาณมากทละลายในนาทะเลมอตราสวนของไอออนแตละตวตอคาความเคมทคงท(ตารางท 2.1.1) ทาใหงานของนกสมทรศาสตรฟสกสในการทาแผนทแสดงความหนาแนนของนาทะเลงายขนมาก เพราะเพยงแตวดอณหภม

127



ของนา และการนาไฟฟา หรอคลอรนต (Chlorinity) กจะนาไปใชในการคานวณหาความหนาแนนของนาทะเลไดอยางละเอยด ซงถาองคประกอบของสารทละลายในนาทะเลไมคงทแลวจะทาใหงานนยงยากขนมากทเดยว 2.1.1 ประวตการศกษาทางเคมของทะเล ในระยะเรมแรก มนษยเราสนใจทะเลเพราะความตองการผลตผลจากทะเล เชน เกลอแกง (โซเดยมคลอไรด NaCl) แตนกเคมอยาง Robert Boyle (ค.ศ. 1627-1691) นบเปนคนแรกทสนใจทะเลในแงของวทยาศาสตร จงมผใหสมญาเขาวาเปนบดาแหงสมทรศาสตรเคม เขาไดพมพผลงานชอ “Observations and Experiments on the Saltness of the Sea” ในหนงสอเลมนไดบรรยายถงการทดลองตางๆ ทเขาทดลองศกษากบนาทะเล และขอมลประกอบทเขาไดจากนกเดนเรอและนกดานาในสมยนน เขาเปนผคดวธทดสอบนาทะเลอยางงายๆ โดยใชการทาปฏกรยาทางเคมกบสารละลายซลเวอรไนเตรต (AgNO3) โดยสงเกตวาเมอเตมสารละลายดงกลาวลงในนาทะเลจะไดตะกอนหนกสขาวขน แตเมอเตมลงในนา แมนาหรอนาจากทะเลสาบจะเหนเพยงนาขนขาวจางๆเทานน เขาสรปวาทะเลไดเกลอมาจากการชะลางพนดนทสะสมกนอย สวนนาจดมเกลอจากการ ชะลางพนดนเพยงเลกนอย Boyle พยายามหาความเคมของนาทะเล โดยการนานาททราบปรมาตรแลวมาทาระเหย แลวเผา หลงจากเผากนามาชงนาหนกอกครง นาหนกทเหลอคอปรมาณเกลอทงหมดในนาทะเล ซงกคอความเคมของนาทะเลนนเอง จากการทาซาหลายๆ ครงเขาพบวาไดคาทไมคอยตรงกน เขาจงสรปวาวธนไมเหมาะสมทจะใชในการหาปรมาณเกลอในทะเล ตอมาเขาจงหนมาวดความถวงจาเพาะของนาทะเลแทน โดยใชไฮโดรมเตอรแกว (Hydrometer) หรอพคโนมเตอร (Pycnometer) นอกจากนเขาและลกศษยของเขาชอ Robert Hooke (1667) ไดสรางกลองเกบตวอยางนาทะเล และไดเกบนาทะเลทระดบความลกตางๆ ในชองแคบองกฤษมาวดหาคาความเคม เขาใหนกเดนทางคนหนงทเดนทางโดยเรอไป Jamaica ใชไฮโดรมเตอรวดความถวงจาเพาะของนาทะเล แลวจงไดขอสรปวาความเคมของนาทะเลในทตางๆ มคาไมเทากน 2.1.2 การวเคราะหนาทะเลในระยะแรก Antoine Lavoisier (1743 - 1794) สนใจองคประกอบของนาทะเลชายฝงประเทศฝรงเศส และการศกษาของเขาไดนาไปสการคนพบวานาประกอบดวยไฮโดรเจนและออกซเจน ในป ค.ศ. 1776 เขาพมพผลการวเคราะหนาทะเลเปนครงแรก โดยใชนาทะเลจากชองแคบองกฤษนอกฝงเมอง Dieppe และตอมากวเคราะหนาจาก Dead Sea โดยการระเหยนาทะเลใหแหงอยางชาๆ ในขนแรกๆ เมอไดแคลเซยมคารบอเนต (CaCO3) และแคลเซยมซลเฟต (CaSO4) ตกตะกอนแลว กแยกออกลางแลวชงนาหนกไว เมอนาทะเลจวนจะแหงกสกดเกลอออกดวยแอลกอฮอลเพอแยกเกลอแมกนเซยม กากทเหลอนาไปละลายในสวนผสมของแอลกอฮอล 2 สวนกบนา 1 สวน แลวใหความรอนจนละลายหมด เมอปลอยใหเยนลงจะไดผลกผสมของเกลอโซเดยมและแมกนเซยมแยกตวออกแลวนาไปชงนาหนก นอกจากน Lavoisier ยงศกษาองคประกอบของนาแมนาตางๆ ในฝรงเศสและลกษณะทางธรณวทยาของลมนาดวย Torbern Olaf Bergman (1735 - 1784) กไดทาการศกษานาทะเลผวหนานอกฝงทวปยโรปและสงเกตวานาทะเลมฤทธเปนดางเลกนอย

128



2.1.3 พฒนาการของการวเคราะหนาทะเลในศตวรรษท 19 ในยคนการวเคราะหนาทะเลยงไมถกตองนก เพราะการนานาทะเลมาระเหยนน ชนดของเกลอทไดขนอยกบสภาวะทใชในการระเหย และการแยกเกลอออกยงไมสมบรณในเชงปรมาณ จงมขอขดแยงกนในเรองของชนดของเกลอทไดจากการระเหยนาทะเล ขณะนนยงไมพบทฤษฎทางไอออน (Ionic Theory) ของ Arrhenius จงยงไมสามารถอธบายปรากฎการณนได ในป ค.ศ. 1818 John Murray ใชวธของ Lavoisier วเคราะหนาทะเลจาก Firth of Forth (Scotland) แลวพบวาเกลอแตละสวนทแยกออกมาตามลาดบขนนนไมใชสารบรสทธ เขาจงเสนอวธวเคราะหโดยแยก “สวนทเปนกรด” และ “สวนทเปนดาง” หรอทเราเรยกกนในขณะนวา “ไอออนบวก” (Cation) และ “ไอออนลบ” (Anion) นนเอง ในการนเขาวเคราะหอนมลซลเฟต (SO4

2-) โดยการทาใหตกตะกอนดวยแบเรยมคลอไรด (BaCl2) วเคราะหธาตแคลเซยม (Ca) ดวยการตกตะกอนดวยออกซาเลต (Oxalate) แลวเปลยนเปนซลเฟตกอนทาการชง แมกนเซยมตกตะกอนโดยการเตมแอมโมเนยมฟอสเฟต ((NH4)3PO4) แลวชงนาหนกของแมกนเซยมไพโรฟอสเฟต (Mg2P2O7) หาปรมาณอนมลโซเดยมและคลอไรดโดยการระเหยของเหลวสวนทเหลอใหแหง แลวชงนาหนกของโซเดยมคลอไรด (NaCl) เปนทนาสงเกตวาวธเหลานหรอหลงจากผานการดดแปลงแลวกยงใชอยจนกระทงปจจบน

Alexander Marcet (1819) กใชวธวเคราะหคลายกบของ Murray แตเขาหาคาคลอไรดโดยการทาใหตกตะกอนเปนซลเวอรคลอไรด (AgCl) เขาใชเทคนคน วเคราะหนาทะเล 14 ตวอยางจากทะเลและมหาสมทรตางๆ ซงรวมถงมหาสมทรแอตแลนตก (Atlantic Ocean) มหาสมทรอารกตก (Arctic Ocean) ทะเลบอลตก (Baltic Sea) ทะเลดา (Black Sea) และทะเลเหลอง (Yellow Sea) แลวสรปวา ในบรรดาตวอยางนาทะเลจากทวโลกทเขาตรวจวเคราะหนน แมวาแตละตวอยางจะมความเคมไมเทากน แตกมชนดของธาตองคประกอบทละลายอยเหมอนกน และอตราสวนของธาตเหลานตอกนและกนกเปนคาตวเลขเดยวกน ดงนนนาทะเลจากแหลงตางๆ ในโลกกจะแตกตางกนเพยงในปรมาณรวมของเกลอเทานน (ตารางท 2.1.1)

กอนป ค.ศ. 1819 องคประกอบทางเคมของนาทะเลทพบแลวมเพยงโซเดยม (Na) แคลเซยม (Ca) อนมลซลเฟต (SO4

2-) และคลอไรด (Cl- ) ในป ค.ศ.1819 Wollaston ตรวจวเคราะหพบโปแตสเซยม (K) ในนาทะเล Balard (1826) ตรวจพบโบรมน (Br) Strecker (1853) พบโบรอน (B) และ Forchhammer (1865) พบสตรอนเทยม (Sr) และฟลออ รน (F) ซ ง Forchhammer ใชเวลาถง 20 ป ตงแตป ค.ศ. 1843 ในการวเคราะหนาทะเลหลายรอยตวอยางกวาจะประสบความสาเรจดงกลาว การสารวจรอบโลกของเรอสารวจสมทรศาสตรชาลเลนเจอร (H.M.S. Challenger) ระหวางป ค.ศ. 1872-1876 ไดเพมพนความรทางสมทรศาสตรทกสาขาอยางมากมาย นบไดวาเปนการบกเบกการสารวจทางทะเลอยางยงใหญและเปนระบบเปนครงแรก ในการสารวจครงนนม Buchanan เปนหวหนานกเคมประจาเรอ และไดเกบตวอยางนาทะเลจากหลายระดบความลกในแตละสถาน มาทาการวดความถวงจาเพาะของนาโดยใชไฮโดรมเตอร ตรวจวดปรมาณกาซคารบอนไดออกไซดโดยวธการไตเตรท มการเกบนาทะเลหลายตวอยางใสขวดสงกลบไปวเคราะหทหองปฏบตการในประเทศองกฤษ ซงตอมา Wiliam Dittmar (1884) ไดวเคราะหตวอยางนาทะเลเหลาน จานวน 77 ตวอยางเพอหาองคประกอบธาตปรมาณมาก เขาทางานอยางระมดระวงและละเอยดถถวนมาก โดยใชวธวเคราะหททดสอบแลวกบนาทะเลสงเคราะห ผลการวเคราะหของเขาดพอทจะเปรยบเทยบกบงานรนปจจบน และสนบสนนขอสรปของ Marcet ทกลาวไววาวาอตราสวนระหวางความเขมขนขององคประกอบหลกของนาทะเลและคาคลอรนต (Cl %o) เปนคาเกอบคงท จากการคนพบนจะเหนวาการตรวจหาความเคมของนาทะเลนน อาจกระทาไดโดยการวเคราะหปรมาณขององคประกอบธาตหลกตวใดตวหนงของนาทะเลกเพยงพอ ซงเขาเสนอวา

129



ควรใชอนมลคลอไรด (+ โบรไมด) เพอการน และอาจหานาหนกของธาตทงหมดทละลายในนาทะเลไดโดยการนาคาความเขมขนของอนมลคลอไรดเปนกรมตอกโลกรมแลวคณดวย 1.8058 ตารางท 2.1.1 องคประกอบปรมาณมากในนาทะเลทความเคม 35 สวนในพนสวน (ppt) และอตราสวนทคงทเมอเทยบกบคาคลอรนต (จาก Riley and Chester, 1971)

ไอออน กรม/กโลกรม หรอ ppt อตราสวนทคงท

กรม/กโลกรม/ Cl %o

คลอไรด, Cl- 19.353 - โซเดยม, Na+ 10.762 0.5561

ซลเฟต, SO42- 2.709 0.1400

แมกนเซยม, Mg2+ 1.293 0.0668

แคลเซยม, Ca2+ 0.411 0.02125

โปแตสเซยม, K+ 0.399 0.0206

โบรไมด, Br- 0.0673 0.00348

สตรอนเทยม, Sr2+ 0.0079 0.00041

โบรอน, B- 0.00445 0.00023

ฟลออไรด, F- 0.00128 6.67 × 10-5

กรอบขอความท 2.1.1 ทฤษฎเรองความคงทขององคประกอบทางเคมของนาทะเล(Concept of Constant Composition of Seawater) George Forchhammer (1865) ไดทาการวเคราะหนาทะเลหลายตวอยาง และสรปวาองคประกอบของเกลอในนาทะเลนนเหมอนกนไมวาจะนานาขนมาจากทใด M.F. Maury (1855) กลาวไวในหนงสอ Physical Geography of the Sea วาปรมาณเกลอทละลายในนาทะเลนนมคาประมาณ 3.5 % โดยนาหนก ยกเวนในบรเวณทมการระเหยมากผดปกต เชน ทะเลแดง หรอบรเวณทนาแมนาไหลลงทะเล เขาอธบายวา การทเปนเชนนเพราะมหาสมทรมการผสมผสานกนอยางทวถง จากผลงานของ William Dittmar (1884) ซงไดวเคราะหนาทะเล 77 ตวอยางจากทตางๆ ทวโลกทเกบโดยเรอสารวจสมทรศาสตรชาลเลนเจอร ระหวางป ค.ศ. 1872-1876 กไดยนยนคากลาวขางตน อยางไรกด ความคงทของอตราสวนองคประกอบของนาทะเลนเปนความจรงเฉพาะองคประกอบปรมาณมาก (Major constituents) อนไดแก องคประกอบทแสดงไวในตารางท 2.1.1 ซงมอตราสวนตอคลอรนตทคงทดงแสดงในตาราง

130



ทาไควาอยใ ไนโแบประชาวละลสารผลผ

การละเ

กรอบขอความท 2.1.2 ความเคม (Salinity) คอปรมาณรวมของเกลอในนาทะเล มหนวยเปนกรมของเกลอตอนาทะเล 1 กโลกรม หรอ สวน

ในพนสวน (part per thousand, ppt) ใชสญลกษณ %o แทน คาจากดความของความเคมของนาทะเลเปนดงน “ปรมาณเปนกรมของของแขงทงหมดในนาทะเลหนก 1 กโลกรมโดยเปลยนอนมลคารบอเนตทงหมดเปนออกไซด อนมลไอโอไดดและโบรไมดทงหมดถกแทนทดวยอนมลคลอไรด และสารอนทรยทงหมดถกออกซไดซ “ ความเคมของนาทะเลจะมคาอยในชวง 30-36 %o โดยมคาเฉลยประมาณ 34.7 %o ในบางบรเวณอาจพบคาทสงหรอตากวาน ความเคมของนาทะเลขนอยกบปรมาณไอออนหลกในนาทะเล เนองจากไอออนหลกจะมคาอตราสวนทคงทเมอเทยบกบปรมาณอนมลคลอไรดในนาทะเล (ตาราง 2.1.1) ทาใหเราสามารถตรวจวดคาความเคมของนาทะเลโดยการวดคาความเขมขนของไอออนหลกเพยงไอออนเดยวเทานน เมอทราบความเขมขนของ 1 ไอออนหลกแลวจะสามารถคานวณคาของไอออนหลกอนๆไดจากคาอตราสวนดงกลาว เนองจากอนมลคลอไรดมปรมาณมากทสดในนาทะเล จงเปนการงายในการตรวจวดคาความเคมโดยวธทางเคมซงทาไดโดยการไตเตรทกบสารละลายซลเวอรไนเตรต(AgNO3) ปรมาณความเขมขนของคลอไรดทไดจากการไตเตรทน เรยกวาคลอรนต (Chlorinity) [Cl%o] คลอรนตเปนปรมาณทงหมดของคลอรนโบรมนและไอโอดน ในหนวยกรมในนาทะเล 1 กโลกรม โดยทโบรมนกบไอโอดนถกแทนทดวยคลอรน ความสมพนธระหวางความเคม (S%o) กบคลอรนตคอ S%o = 1.80655 × Cl%o

สาหรบกาซทละลายในนาทะเลนน ไดมผพยายามวเคราะหปรมาณกาซออกซเจนในนาทะเลตงแตป ค.ศ. 1869 แตก

ดไมด จนกระทงไดนาวธของ Winkler (1888) มาดดแปลงใชในตอนตนศตวรรษท 20 โดย Fox (1909) ไดทาการวเคราะหมสามารถในการละลายนาของกาซออกซเจน คารบอนไดออกไซด และไนโตรเจน (รวมกาซเฉอยตวอนๆ ดวย) ในนาทะเลทนสมดลกบอากาศภายใตคาความเคมของนาทตางกน ขอมลของเขายงใชไดดจนถงปจจบนน

ในตอนปลายศตวรรษท 19 K.Brandt ไดตงขอสงเกตวาการขาดสารประกอบของฟอสฟอรสและสารประกอบของตรเจนอาจจากดการเจรญเตบโตของพชในทะเลแตยงพสจนไมไดชดเจนจนกระทงมวธการวเคราะหสารอาหาร (Nutrients) บเทยบส (Colorimetric) เมอประมาณป ค .ศ . 1920 โดย William Atkins ท Plymouth Marine Biological Association เทศองกฤษ ผลจากการวเคราะหสารอาหารนเองททาใหเราเขาใจการหมนเวยนทางชวเคมในทะเลดขน นกวทยาศาสตรเยอรมนชอ Hermann Wattenberg เปนผพฒนาการวเคราะหนาทะเลบนเรอสารวจ Meteor โดยเขาวดกาซออกซเจนทายนา (Dissolved Oxygen) สารอาหาร (Nutrients) ความเปนกรด-เบส (pH) และอลคาลนต (Alkalinity) ตลอดการวจมหาสมทรแอตแลนตกตอนใตระหวางป ค.ศ. 1925-1927 ทาใหเกดความเขาใจชดเจนถงความสาคญของสารอาหารตอลตขนปฐมภม (Primary productivity) ในนาทะเลของแพลงกตอนพช

ระยะหลงสงครามโลกครงท 2 มการพฒนาวธการวเคราะหสารกมมนตรงสในนาทะเลไดดขนมาก และมการศกษาถงแพรกระจายของไอโซโทปตางๆ ในทะเล มการรายงานถงกมมนตรงสในทะเลตงแตป ค.ศ. 1906 แตการวเคราะหโดยอยดในสมยนนยงทากนไมได กมมนตภาพรงสในทะเลนน สวนใหญมอยแลวในธรรมชาต สวนนอยเทานนทเกดจากการ

131



กระทาของมนษย ตอมา Y.Miyake และคณะ (1961) ไดตดตามการแพรกระจายของนวไคลดกมมนตรงสทเกดจากการทดลองระเบดปรมาณของสหรฐอเมรกาในมหาสมทรแปซฟก และใชขอมลนคานวณหาอตราการหมนเวยนของนาในมหาสมทรซงนบวาเปนการใชตวตามรอย (Tracer) เปนระยะทางไกลในทะเลเปนครงแรก ตอมามการศกษากนมากขนเรอยๆ เกยวกบการเปลยนสดสวนของไอโซโทป (Isotope fractionation) ในธรรมชาต และการแพรกระจายของไอโซโทปท เสถยร (Stable isotopes) ของธาตหลายชนด โดยเฉพาะอยางยงไอโซโทปของออกซเจนและไฮโดรเจนในโมเลกลของนา

2.1.4 พฒนาการความรเรองเคมทางทะเลระยะ 50 ปทผานมา ในระยะ 50 ปมาน การศกษาเรองของทะเลกาวหนาขนอยางรวดเรว มนษยมความเปนหวงกบสภาวะของมหาสมทรมากขน เพราะเรมประสบปญหาเกยวกบการใชประโยชนจากทะเล เชนปญหาการลดลงของผลตผลประมง ผลกระทบจากมลภาวะในทะเลชายฝงและการขดแรในทะเล และตระหนกถงบทบาทของทะเลในการควบคมบรรยากาศของโลก สมทรศาสตรเปนวชาทเปลยนแปลงเรวมาก การนาเอาวทยาการเทคโนโลยใหมๆ มาใชกบการศกษาทางทะเลทาใหเกดความกาวหนาไปอยางรวดเรว สถาบนสมทรศาสตรในประเทศตางๆ กถกจดตงเพมขนเรอยๆ ภายหลงจากการสารวจชาลเลนเจอร (Challenger Expedition) ในระยะแรกๆ มตาราทางสมทรศาสตรเพยงเลมเดยวคอ The Oceans เขยนโดย H.U. Sverdrup, M.W. Johnson และ R.H. Fleming (1942) แตในปจจบนมตาราเกยวกบการศกษาทางสมทรศาสตรจานวนมากขน การเรยนการสอนสมทรศาสตรในมหาวทยาลยกมแบบเปนหลกสตรเฉพาะทาง หลงจากสงครามโลกครงทสองไมกป ในดานสมทรศาสตรเคมนนศาสตราจารยทมชอเสยงเปนผบกเบกในสาขานกเชน Edward Goldberg จากสถาบนสมทรศาสตร Scripps ในสหรฐอเมรกา John P. Riley จากมหาวทยาลย Liverpool ประเทศองกฤษ และ Klaus Grasshoff จากมหาวทยาลย Kiel ประเทศเยอรมน เปนตน องคการ UNESCO กไดจดตง Intergovernmental Oceanographic Commission (IOC) ขน เพอสนบสนนความรวมมอระหวางรฐบาล ในประเทศไทยมการตงคณะกรรมการวทยาศาสตรทางทะเลแหงชาตขนในปพ.ศ. 2505 และมการเปดหลกสตรปรญญาตรสาขาวทยาศาสตรทางทะเล ทคณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย และทคณะประมง มหาวทยาลยเกษตรศาสตรในปพ.ศ. 2511 ซงตอมาไดขยายโปรแกรมการศกษาจนถงระดบปรญญาโทและปรญญาเอก นอกจากนมหาวทยาลยบรพา และมหาวทยาลยสงขลานครนทร มการสอนวชาทางสมทรศาสตรบางสาขาในหลกสตรของภาควชาวารชศาสตร

132



บทท 2.2 องคประกอบของธาตและสารประกอบในนาทะเล

นามคณสมบตในการเปนตวทาละลายทด เกลอหลายชนดสามารถละลายไดในนา ความเคมของนาทะเลกเกดจากเกลอทละลายในนานนเอง ในทางสมทรศาสตรเคมจะอธบายความเคมในรปของปรมาณของเกลอทละลายในนาทะเล นาทะเลทวโลกมความเคมเฉลย ประมาณ 35 สวนในพนสวน หมายความวา ในนาทะเล 1 กโลกรม มเกลอตาง ๆ ละลายอย 35 กรม นาทะเลบางแหงอาจมความเคมสงหรอตากวาคาเฉลยได เชน บรเวณ ทะเลแดง และ อาวเปอรเซย ซงอตราการระเหยของนาสง ความเคมของนาบรเวณนนอาจสงถง 40 สวนในพนสวน ในขณะทบรเวณขวโลกนาทะเลถกเจอจางเพราะมหมะตกมากและมการละลายของนาแขงในบางชวงเวลา ความเคมของนาจะตากวาบรเวณอน เปนตน หลายคนคงสงสยวาเกลอในทะเลเหลานมาจากไหน เหตใดนาทะเลจงมความเคมคอนขางคงทตลอดนบหลายรอยลานปทผานมา ทง ๆ ทนาจดจากแมนาตาง ๆ ทวโลกไหลลงสทะเลตลอดเวลา

กรอบขอความท 2.2.1 ธาตและสารประกอบตางๆ ในนาทะเลมแหลงทมาจากหลายแหลงดงนคอ

• จากหนทพนผวโลก โดยเปนผลจากกระบวนการสกกรอนของพนผวโลก ซงประกอบดวยกระบวนการสกกรอนทางกายภาพ ทางเคม และทางชวภาพ ทาใหธาตซงเปนองคประกอบของแรในหนทผวโลกเปลยนสภาพเปนสารละลายหรอสารแขวนลอยแลวถกพดพาโดยแมนาลงสทะเล

• จากภายในของโลก โดยถกดนออกมาในสภาพเปนกาซ หรอสารละลายซงธาตในกลมน เชน คลอรน โบรมนกามะถน ไนโตรเจน คารบอน หรอ นา อาจถกดนออกมาจากภายในโลกในลกษณะเปนกาซ ซงพบไดเมอเกดภเขาไฟระเบดรวมทงธาตตางๆ ถกดนขนมาในสภาพเปนสารละลายจากภายใตผวโลกเมอเกดนาพรอน โดยเฉพาะบรเวณพนทองทะเล เชน บรเวณนาพรอนในทองทะเลลก (Hydrothermal vent) ซงพบวามธาตตางๆ ในสภาพสารละลายทมความรอนสงกวาบรเวณใกลเคยงมากถกปลอยออกสนาทะเล

• จากภายนอกโลก โดยธาตตางๆในกลมนมปรมาณนอยทตรวจพบจากสะเกดดาวตกและฝนจากภายนอกโลกพบวามองคประกอบเปนโลหะทมนาหนกอะตอมมากเปนหลก เชน ธาตเหลก อยางไรกตามแมแหลงของธาตตางๆจากภายนอกโลกจะมปรมาณนอยกวาเมอเทยบกบจากแหลงอนแตการศกษาความเปนมาของสารเหลานอาจทาใหเขาใจถงการกาเนดของธาตตางๆ ทเปนองคประกอบของหนผวเปลอกโลกและทละลายในนาทะเลได

เนองจากนาเปนตวทาละลายทดจงตรวจพบธาตตางๆทเกดขนเองตามธรรมชาตทเปนองคประกอบในหนทพนผวโลกละลายอยในนาทะเลในปรมาณตางๆกน เชอกนวาเมอวธการวเคราะหไดรบการพฒนาดขนจะพบชนดของธาตในนาทะเลเพมขนอกได ทงนในแตละปแมนาสาคญของโลกมสวนในการพดพาธาตตางๆเหลานทงในสภาพสารละลายและแขวนลอยลงสทะเลเปนจานวนหลายลานตน ธาตทอยในสภาพสารแขวนลอยทมขนาดใหญและหนกจะถกพดพามากบแมนาลงสทะเลมจานวนไมนอยททงตวตกตะกอนในบรเวณชายฝงทะเล สวนสารแขวนลอยทมขนาดเลกและเบาจะถกพดพาตอไปและจะตกตะกอนทบถมในบรเวณทองทะเลลกในทสด การตกทบถมของสารเหลานทาใหพนทะเลบางแหงเปนแหลงแรธาตทอดมสมบรณในทะเล ธาตทละลายในนาทะเลจะถกพดพากระจายสบรเวณตางๆ และอาจเกดปฏกรยากบธาตอนทละลายในนาทะเล ทาใหธาตบางชนดตกตะกอนแยกตวออกจากนาทะเลอยางชาๆ จงมการเปรยบเทยบวาทะเลมสวนในการแยก รวบรวมและสะสมธาตตางๆ ทงในนาทะเลและในตะกอนทพนทองทะเลซงปจจบนพบวาธาตเหลานบางตวมความสาคญทางเศรษฐกจ

133



นาทะเลมองคประกอบของเกลอแรทแตกตางไปจากองคประกอบเกลอแรในนาจากแมนา ดงน 1. ความเขมขนของธาตหลกๆในนาทะเลจะมากกวาในนาแมนา ( ตารางท 2.1.1) 2. สวนประกอบหลกในนาแมนาคอ อนมลแคลเซยม (Ca2+) แมกนเซยม (Mg2+) และ ไบคารบอเนต (HCO

3- ) และ

สวนประกอบหลกในนาทะเลคอ อนมลโซเดยม (Na+ ) คลอไรด (Cl- ) ซลเฟต (SO4

2- ) ดงนนเราจงไมสามารถ

เตรยมนาทะเลโดยการระเหยนาจากแมนาโดยตรงได 3. สวนประกอบทางเคมของนาแมนาจะบงถงกระบวนการกดเซาะ ปรมาณสารตางๆทอยในดน หนเปลอกโลก และ

ความคงตว (Stability) ของแรธาต (Minerals) 4. สวนประกอบทางเคมของนาทะเลบอกถงสมดลระหวางปรมาณสารทถกนาพามาจากนาแมนา และอตราการทสาร ถกกาจดออกจากนาสดนตะกอนพนทองทะเล

ตารางท 2. 2.1 องคประกอบปรมาณมากในนาทะเล และนาแมนา (หนวย: มลลกรม/ลตร)

ไอออน นาทะเล นาแมนา

Na+ 10770 6.3 K+ 399 2.3

Mg2+ 1294 4.1

Ca2+ 412 15.0

Cl- 19340 7.8

SO42- 2712 11.2

HCO3- 140 58.4

134



รปท 2.2.1 เปรยบเทยบองคประกอบสาคญของนาฝน นาแมนาและนาทะเล (จาก The Open University, 1995)

กรอบขอความท 2.2.2 ในการนานาทะเลมาระเหยอยางชา ๆ เชนในการทานาเกลอ พบวาเกลอหลกทไดคอ NaCl แตทจรงแลวเกลอทตกตะกอนกอน NaCl คอ CaCO3 และ CaSO4. 2H2O ในตารางท 2.2.2 แสดงขนตอนการตกตะกอนของเกลอจากนาทะเล จะเหนไดวา NaCl เรมตกตะกอนกตอเมอนาระเหยออกไปจนกระทงปรมาตรของนาทะเลลดลงเหลอ 9.5 % ในธรรมชาตพบวามการตกตะกอนของเกลอจากนาทะเลตามธรรมชาตทาใหเกดหนเกลอระเหย (Evaporite) ในบางบรเวณ เชน ทางตอนเหนอของทะเลแดง บรเวณทะเล Salton ในแคลฟอรเนย สหรฐอเมรกา เปนตน และเกลอเหลานบางสวนกมการละลายกลบสนาทะเลไดอก ตารางท 2.2.2 เกลอทตกตะกอนจากการระเหยของนาทะเล 1 กโลกรม

นาหนกเกลอ (กรม) ความหนาแนน (กรม/ลตร)

ปรมาตร (ลตร) CaCO3

CaSO4. 2H2O NaCl MgCl2 MgSO4 NaBr KCl

1.026 1.000 1.050 0.533 0.0642 1.126 0.190 0.0530 0.5600 1.202 0.112 0.9070 1.214 0.095 0.0508 3.2614 0.0040 0.0078 1.221 0.064 0.1476 9.6500 0.0130 0.0356 1.236 0.039 0.0700 7.8960 0.0262 0.0434 0.0728 1.257 0.030 0.0144 2.6240 0.0174 0.0150 0.0358 1.278 0.023 2.2720 0.0254 0.0240 0.0518 1.307 0.016 1.4040 0.5382 0.0274 0.0620

0 2.585 1.8545 3.1640 0.3300 0.5339

135



รปท 2.2.2 ขนตอนการตกตะกอนของเกลอจากการระเหยของนาทะเล (จาก The Open University, 1995)

2.2.1 องคประกอบธาตหลกทละลายในนาทะเล นอกจากอนมลโซเดยม (Na+) และ คลอไรด (Cl- ) ซงเปนธาตทมมากทสดในนาทะเลแลว องคประกอบหลกในนาทะเลยงรวมอนมลโปแตสเซยม (K+) แมกนเซยม (Mg2+) แคลเซยม (Ca2+) ไบคารบอเนต (HCO3

- ) ซลเฟต (SO42- ) โบรไมด

(Br- ) โบรอน (B+ ) และฟลออไรด (F- ) องคประกอบทงสบนคดเปนปรมาณกวา 99 % ขององคประกอบทงหมดทละลายนา (ตารางท 2.1.1) องคประกอบหลก (Major constituents) หรอองคประกอบปรมาณมากน มความเขมขน มากกวา 1 มลลกรม ตอนาทะเล1 กโลกรม ธาตทเปนองคประกอบหลกในนาทะเลมปรมาณคอนขางคงทโดยอยในสภาพสมดลในนาทะเล และมความเขมขนไมเปลยนแปลงมากนก จงจดเปนกลมธาตประเภทอนรกษ (Conservative constituents) เพราะถกนาไปใชในกระบวนการทเกยวของกบสงมชวตในทะเลในปรมาณนอย เมอเทยบกบปรมาณทมอยทงหมด อตราสวนของความเขมขนของธาตในกลมนตอคาความเคมของนาทะเลคอนขางคงทในบรเวณและความลกตางๆ โดยเปนไปตามกฎ Constancy of Composition of Seawater (ตารางท 2.1.1) เนองจากอตราการนาเขาและการหายไปจากระบบของธาตกลมนในนาทะเลเทากน ซงหลกการนใชในการพจารณาการกาหนดเวลาพานก (Residence time) ของธาตใดธาตหนงทละลายในนาทะเล โดยสามารถคานวณไดจากปรมาณมวลของสารทงหมดของธาตนนทละลายในนาทะเลตออตราการนาเขาหรอการนาธาตนนออกจากนาทะเล ทงนการนาเขาอาจเกดโดยการพดพามากบแมนาลาคลองลงสทะเลรวมทงวธอนๆ ขณะทการนาออกอาจเกดโดยการตกตะกอนลงสพนทองทะเลหรอวธอนๆ ทงนการทธาตในนาทะเลมเวลาพานกตางกนเปนการบอกถงปฏกรยาตางๆ และความสมพนธของธาตเหลานนกบสภาพในทองทะเล ซงขนกบกระบวนการทางเคม กายภาพและชวภาพ ดงนนธาตทจดเปนกลมธาตปรมาณมากจะมเวลาพานกในนาทะเลยาวนานเมอเทยบกบชวงเวลาของการเกดการผสมผสานกนของนาในทะเล ซงทาใหมการกระจายของธาตตางๆ ในกลมนเปนไปอยางทวถง ขณะทธาตทมปรมาณนอยมกใชเวลาไมมากนกกจะถกนาออกจากนาทะเลได

136



2.2 มลลปรมนมตะก สงกทะเเตบตอนเลก

ชนดชวตของระดวาน

กรอบขอความท 2.2.3 เวลาพานก (Residence Time) เปนเวลาเฉลยซงธาตหรอสารทละลายนาจะคงอยในนาทะเล แนวคดนจะใชไดเฉพาะในกรณสภาวะสมดล (Steadystate) หรออาจกลาวไดวา ความเขมขนหรอปรมาณของสารทงหมดในทะเลจะคงทไมเปลยนแปลงตามกาลเวลา ซงกรณนจะเกดขนไดกตอเมออตราเพมขนของสารเทากบอตราลดหายไปของสารนนจากนาทะเล เวลาพานก (ป ) = ปรมาณธาตหรอสารทงหมดในระบบ อตราการแทนท (Replacement rate) สาหรบไอออนในนาทะเล เวลาพานก (ป ) = ปรมาณไอออนทงหมดในทะเล(ทงทละลายนาและแขวนลอย) (กก.) อตราการเพมในทะเลหรออตราการลดลงจากการตกตะกอน (กก./ป) อตราการเพมของธาตในทะเล = ปรมาณนาจดทไหลลงทะเลในแตละป x ความเขมขนเฉลยของธาตในนาแมนา อตราการลดลงของธาตจากนาทะเล = คาเฉลยอตราการตกตะกอนในทะเลแตละป x คาเฉลยองคประกอบของตะกอน

.2 องคประกอบปรมาณรองและองคประกอบปรมาณนอยในนาทะเล องคประกอบปรมาณรอง (Minor constituents) หมายถง องคประกอบทมความเขมขนในนาทะเลนอยกวา 1

กรมตอนา 1 กโลกรม (สวนในลานสวน) แตถาความเขมขนนอยมากในระดบสวนในพนลานสวน กจะเรยกวาองคประกอบาณนอย (Trace constituents) ดวยคณสมบตการเปนตวทาละลายทดของนาทาใหพบธาตทกชนดในนาทะเล ธาตเหลาความไวในการเกดปฏกรยาตาง ๆ ไดมากกวาธาตปรมาณมาก และสวนใหญจะจบกบสารแขวนลอยในนาไดด และตกอนรวมกบสารแขวนลอยเหลานน

องคประกอบปรมาณนอยในนาทะเล ไดแก แมงกานส (Mn) ตะกว (Pb) แคดเมยม (Cd) ทองแดง (Cu) เหลก (Fe) ะส (Zn) ไอโอดน (I) เซเลเนยม (Se) เปนตน ธาตเหลานหลายตวจะมบทบาทสาคญตอกระบวนการชวเคมของสงมชวตในล ธาตบางชนดถามปรมาณมากเกนไปกเปนพษตอสงมชวตในทะเล ในขณะทธาตบางชนดมความจาเปนอยางมากตอการโตของสงมชวตในทะเล ไดมการศกษาพบวาการเพมเหลกปรมาณเลกนอยลงในนาทะเลสามารถเพมการเตบโตของแพลงกพชได นนคอเปนการเพมผลผลตเบองตนในทะเล เนองจากธาตเหลานมความเขมขนตา ดงนนการเพมความเขมขนเพยงนอยกทาใหเกดการเปลยนแปลงอยางชดเจน

สงมชวตในทะเลลวนแลวแตสามารถสะสมธาตตางๆ ไวในรางกายโดยทบางชนดอาจสะสมธาตเดยวกนไดมากกวาอนๆ ธาตทมปรมาณนอยในนาทะเลกถกใชไปโดยสงทมชวตไมทางใดกทางหนงสามารถตรวจวดไดในเนอเยอของสงมเหลานน ธาตทมปรมาณนอยแหลงทพบวาสะสมตวไดมากในสงมชวตทอยชวงลางของระบบลกโซอาหาร เนองจากกลไกการสะสมและการกาจดธาตเหลานคอนขางซบซอนจงทาใหธาตทมปรมาณนอยในนาทะเลสะสมไดเพมขนในสงมชวตทอยบบน ในระบบลกโซอาหารธาตตางๆ ถกใชไปในกระบวนการเมตาโบลซมในสงมชวตตางๆ กนไป เชน ทองแดง (Cu) และ าเดยม (Va) จะถกสะสมอยในเลอดของหอยและ Ascidians ขณะทฟองนาบางประเภทสะสม ไททาเนยม (Ti) สวนสงกะส

137



(Zn) เปนองคประกอบของเอนไซม ขณะทเหลก (Fe) เปนองคประกอบสาคญในเลอดของสตว รวมทงเปนองคประกอบในพชนาบางชนด สารหรอธาตบางประเภทเมอเขาสรางกายของสงมชวตจะเปลยนรป (Speciation) เนองจากกระบวนการทางชวภาพซงอาจจะเปนผลจากการทางานของเอนไซมภายในรางกายท เกยวของกบกระบวนการเมตาบอลซมตางๆ เชน สาร Germanium (Ge) ทอยในรปอนนทรยทาหนาทเหมอนกบซลคอน (Si) จงถกดดเขาเปนสวนหนงของโครงสรางของไดอะตอมขณะท Ge ทอยในรปสารอนทรยจะคอนขางอยตวในนาทะเล อกตวอยางคอ ตะกว (Pb) และปรอท (Hg) กถกสงมชวตในนาดดซมเขาไปได โดยเฉพาะในสภาพทเปนสารอนทรยแตจะไมมปญหามากนกในสภาพทเปนสารอนนทรย สารทมเลขออกซเดชนหลายคากสามารถทจะแตกตวไดหลายรปซงจะทาใหสารดงกลาวอยในสภาพแตกตางกนไดขนกบสภาพสงแวดลอม โดยอาจจะอยในสภาพทถกรดวซ (Reduced) หรอออกซไดส (Oxidized) เชน สารประกอบทมโลหะบางตวเมอถกยอยสลายกจะปลดปลอยสารทอยในสภาพรดวซออกสนาทะเลแลวสารเหลานจะถกออกซไดสตอไป ขนอยกบสภาพของสงแวดลอมทเกยวของกบสภาวะรดอกซของสาร (Redox state) ซงจะมสวนในการควบคมสมดลการละลายของสารเหลานนได เชน Fe(III) จะละลายไดนอยมากในนาเมอเทยบกบ Fe(II) จงพบปรมาณเหลกละลายในนาทะเลนอย โดยสวนใหญจะอยในรปสารแขวนลอยในรปของ Fe(OH)3 หรอ FeOOH ถาสภาพในนาทะเลมคารดอกซเปลยนไป โดยอยในสภาพรดวซมากขนเหลกกจะละลายนาเพมขน โคบอลท (Co) และแมงกานส (Mn) กเชนเดยวกนจะละลายไดมากในสภาพรดวซ ในรปของ Co(II) และ Mn(II) ภายใตสภาพออกซไดส จะตกตะกอนเปนออกไซดในรปของ Co(III) และ Mn(IV) ซงเปนสวนหนงของสารแขวนลอยในนาทะเลซงอาจจะมธาตหลายอยางปนอย ธาตตางๆเหลานอาจจะถกรวมไวในเนอเยอของสงมชวตทออนนมหรอโครงกระดกทแขงแรงซงบางสวนจะกลบมาหมนเวยนไดใหม ปจจบนในบางบรเวณปรมาณของธาตในนาทะเลกลมนมการเปลยนแปลงไปโดยเปนผลจากกจกรรมของมนษย เชน การปลอยนาเสยจากชมชน โรงงานอตสาหกรรมและกจกรรมการเกษตร เปนตน ตารางท 2.2.3 แฟคเตอรสะสมของธาตปรมาณนอยในแพลงกตอนพช และแพลงกตอนสตวในทะเล เมอเทยบกบคาทมอยในนาทะเล

ธาต แพลงกตอนพช แพลงกตอนสตว ซลคอน (Si) แบเรยม (Ba) อลมเนยม (Al) เหลก (Fe) แมงกานส (Mn) ไททาเนยม (Ti) โครเมยม (Cr) ทองแดง (Cu) นเกล (Ni) สงกะส (Zn)

58000 110 200 650

9 30

4 8.5

4 54

- 25 23 96 4

- -

14 6 120

138



ตารางท 2.2.3(ตอ) แฟคเตอรสะสมของธาตปรมาณนอยในแพลงกตอนพช และแพลงกตอนสตวในทะเลเมอเทยบกบคาทมอยในนาทะเล

ธาต แพลงกตอนพช แพลงกตอนสตว เงน (Ag) แคดเมยม (Cd) ตะกว (Pb) ปรอท (Hg)

0.4 2 8

0.2

0.1 2 2

0.1 2.2.3 สารอาหารในทะเล องคประกอบปรมาณรองทมความสาคญอยางมากตอการดารงชพของสงมชวตในทะเล ไดแกสารประกอบของไนโตรเจน ฟอสฟอรส และซลกอน ซงถกจดเปนกลมทเรยกวา “สารอาหาร” นอกจากนยงมธาตปรมาณมากบางชนด เชน K และ ธาตปรมาณนอยอกหลายชนดทมความจาเปนตอสงมชวตในทะเล แตธาตทงสามคอ N, P และ Si ไดรบความสนใจเปนกรณพเศษ เนองจากสารประกอบของธาตทงสามมปรมาณนอยมากเมอเทยบกบองคประกอบปรมาณมาก จงมกเปนตวควบคมหรอจากดการเพมจานวนของแพลงกตอนพชในทะเลในกรณทมอยในอตราสวนทไมเหมาะสม

กรอบขอความท 2.2.4 จากการศกษาพบวาสารทสะสมตวเปนเนอเยอในแพลงกตอนพชมอตราเฉลย( Molar) ของธาตคารบอนตอธาตไนโตรเจน และฟอสฟอรส (C: N: P) เทากบ 106: 16:1 และเรยกอตราสวนนวา Redfield Ratio ซงเปนอตราสวนทเหมาะสมของธาตทงสามชนดในการดารงชพของแพลงกตอนพชในทะเล

ในนาทะเลทว ๆ ไป สารประกอบอนนทรยไนโตรเจนสวนใหญอยในรปของอนมลไนเตรต (NO3- ) โดยอนมลไนเตรต

สามารถถกเปลยนไปเปนอนมลไนไตรท (NO2- ) หรออนมลแอมโมเนยม (NH4

+) ไดโดยแบคทเรยในนามบทบาทอยางมากตอการเปลยนแปลงน การเปลยนรปแบบไปมาระหวางอนมลตางๆของไนโตรเจนขนอยกบสภาวะของการละลายของกาซออกซเจนในนา กระบวนการเปลยนจากอนมลแอมโมเนยมไปเปนอนมลไนเตรตเรยกวา ไนตรฟเคชน (Nitrification) ซงเกดขนในสภาวะทมกาซออกซเจนละลายอยในนามากพอ สวนกระบวนการทเปลยนจากอนมลไนเตรตหรอไนไตรทไปเปนกาซไนโตรเจนเรยกวาดไนตรฟเคชน (Denitrification)มกเกดในสภาวะทนาทะเลขาดแคลนกาซออกซเจน แพลงกตอนพชสามารถสรางโปรตนไดโดยใชอนมลไนเตรต ไนไตรท และแอมโมเนยม แตแบคทเรยจะเลอกใชสารอนทรยไนโตรเจนกอน ในทะเลยงพบวามสาหรายสเขยวแกมนาเงนทมความสามารถตรงกาซไนโตรเจนในนามาใชไดถาในนานนขาดแคลนสารประกอบไนโตรเจน กระบวนการนเรยกวา ไนโตรเจนฟกเซชน (Nitorgen fixation) หรอการตรงไนโตรเจน (รปท 2.2.3)

139



สารประกอบฟอสฟอรสในทะเลสวนใหญอยในรปอนมลออโธฟอสเฟต (PO43-) ซงแพลงกตอนพชสามารถนาไปใชได

โดยตรง สารประกอบประเภทอะดโนซนไตรฟอสเฟตมความสาคญในกระบวนการสงเคราะหดวยแสงของพช วฏจกรของสารประกอบฟอสเฟตในนาไมซบซอนเหมอนสารประกอบไนโตรเจน เพราะ สารประกอบฟอสฟอรสในทะเลมคาเลขออกซเดชนเดยวคอเทากบ 5 (รปท 2.2.4) สารประกอบซลกอนพบในนาทะเลทงในรปทละลายนาและในรปสารแขวนลอย สวนทอยในรปสารแขวนลอยเปนโครงสรางของเซลลของแพลงกตอนบางชนด และในรปอนนทรยทเปนแร ซลกอนทละลายในนาทะเลทวไปสวนใหญอยในรปกรดซลสก (H4SiO4) สงมชวตทใชสารประกอบซลกอนในการเตบโต ไดแก ไดอะตอม ซลโคแฟลกเจลเลต เรดโอเลเรยน นอกจากสงมชวตจะเปนตวควบคมปรมาณซลกอนในนาแลว กระบวนการทางธรณเคมของแรประเภทอลมโนซลเกตซงเปนแรทไดจากการกดเซาะของแผนดนและถกพามากบนาแมนากมบทบาทสาคญดวย สารอาหารมกเปนกลมสารประเภทไมอนรกษ (Non-Conservative constituents) เพราะถกนาไปใชในกระบวนการทางชวภาพโดยสงมชวตในทะเล โดยเฉพาะกระบวนการสงเคราะหดวยแสง (รปท 2.2.5)

กรอบขอความท 2.2.5 การเปลยนแปลงในปรมาณของสารอาหารในนาทะเลขนอยกบกจกรรมของสงมชวตในนาทะเลบรเวณนน โดยทวไป

ธาตไนโตรเจนเปนทตองการของแพลงกตอนพชมากกวาธาตฟอสฟอรสในการเพมผลผลตสารอนทรยโดยกระบวนการสงเคราะหดวยแสง แตธาตฟอสฟอรสกจาเปนในการสรางเนอเยอของแพลงกตอนพชเชนกน ดงนนการขาดแคลนธาตไนโตรเจนจะยงผลใหผลผลตทางชวภาพลดลงได ซงเปนผลกระทบจากการขาดแคลนชดเจนกวาการขาดธาตฟอสฟอรส สารอาหารทเปนองคประกอบในเนอเยอของสงมชวตจะถกปลดปลอยกลบสนาทะเลไดใหมโดยกระบวนการยอยสลายสารอนทรยจากสงมชวต ทาใหสารอาหารสามารถถกนากลบมาใชไดอกโดยกระบวนการสงเคราะหดวยแสงซงเปนประโยชนตอสงมชวตอนๆได การหมนเวยนของสารอาหารในนาทะเลมความสาคญอยางมากดานการเพมผลผลตทางชวภาพของทะเล

140



ร

ร

แพลงกตอนพช แพลงกตอนสตว อาหาร

ขบถาย ตรงไนโตรเจน

ไนโตรเจนอนนทรย ละลายนา (แอมโมเนย ไนไตรท ไนเตรต)

จลนทรย

ตรงไนโตรเจน

สงเคราะหอาหาร ตาย ยอยสลาย

ขบถาย

อาหาร

ดไนตรฟเคชน กาซไนโตรเจน

ดดซบบนสารแขวนลอย ตกตะกอน

ตะกอนพนทะเล

ปลดปลอยจากตะกอน

ตาย ยอยสลาย ไนโตรเจนอนทรย ละลายนา

ปท 2.2.3 วฏจกรของสารอาหารไนโตรเจนในทะเล

ปท 2

แพลงกตอนพช อาหาร

ฟอสฟอรสอนนทรย ละลายนา

ฟอสฟอรสอนทรย ละลายนา

แพลงกตอนสตว

จลนทรย


ไฮโดรลซส

ขบถาย

ขบถาย ตาย ยอยสลาย สงเคราะหอาหาร

ปลดปลอยจากตะกอน

ดดซบบนสารแขวนลอย ตกตะกอน

อาหาร

ตาย ยอยสลาย

.2.4 วฏจกรของสารอาหารฟอสฟอรสในทะเล

141



ซลคอนแขวนลอย

ซลคอนละลายนา

ปลดปลอย ดดซบ

สรางเปลอกแขง ตาย และปลดปลอย


อาหาร

แพลงกตอนพช

ขบถาย หรอตาย


ตกตะกอน

หนเปลอกโลก กระบวนการทางธรณวทยา

กดกรอน ผพง

รปท 2.2.5 วฏจกรของสารอาหารซลคอนในทะเล

รปท 2.2.6 การเปลยนแปลงความเขมขนของสารอาหารตามความลกของนาในมหาสมทร(จาก Riley and Chester, 1971)

142



2.2.4 กาซทละลายในนาทะเล กาซตางๆ ทเปนองคประกอบของบรรยากาศของโลกละลายอยในนาทะเลในปรมาณทตางๆ กน ปรมาณกาซในนาทะเลนยมวดเปนหนวย มลลลตรตอนาทะเล 1 ลตร ทงนกาซทละลายในนาทะเลทพบมากและมความสาคญตอระบบของสงมชวตในทะเล คอ กาซออกซเจน และกาซคารบอนไดออกไซด ขณะทกาซอนๆ ทละลายนา เชน กาซไนโตรเจน พบไดทวไป กาซเหลานมปรมาณแตกตางกนตามความลก (รปท 2.2.7) พบวาบรเวณผวหนานาทะเลมปรมาณกาซออกซเจนสงและจะลดลงอยางรวดเรวตามความลกของนาทะเล ขณะทกาซคารบอนไดออกไซดมปรมาณเพมขนจากผวหนานาตามความลกในทะเล ทงนเปนผลจากการสงเคราะหดวยแสงในชนผวหนานาทะเลทมความลกไมเกน 200 เมตร ซงเปนบรเวณทมแสงสองถงมการใชกาซคารบอนไดออกไซดและปลดปลอยกาซออกซเจนทเกดขนจากกระบวนการสงเคราะหดวยแสงออกสนาทะเล แตในระดบลกลงไปทไมมการสงเคราะหดวยแสงแตยงมการหายใจของสงมชวตและการยอยสลายสารอนทรยทเกดขนโดยกลมจลชพในทะเลทาใหปรมาณกาซคารบอนไดออกไซดเพมขนได สวนกาซไนโตรเจนทละลายนา สงมชวตสวนใหญไมสามารถนาไปใชไดโดยตรงนอกจากกลมแบคทเรยและสาหรายบางชนดเทานนโดยการจบไนโตรเจนเขาสเซลล (Nitrogen fixation) ดงนนการเปลยนแปลงในปรมาณของกาซไนโตรเจนทละลายนาจงเกดขนคอนขางนอยไมเหมอนการกระจายตามความลกของกาซคารบอนไดออกไซด และกาซออกซเจน

กาซตางๆ จะถกถายทอดผานรอยตอชนผวหนานาโดยวธการแทรกซมทางโมเลกล (Molecular diffusion) ซงเปนกระบวนการทเกดสองทางแมในสภาพทอมตว เมอความเขมขนของกาซในนาอยในสภาพทสมดลกบความเขมขนของกาซในอากาศกาซจะถายทอดในอตราทเทากนทงสองทาง ความหนาของชนอาจไมแนนอนโดยจะลดลงเมอความปนปวนของนาเพมขนทาใหกาซผสมผสานและมการแลกเปลยนไดเพมขน การละลายของกาซในนาเพมขนตามความกดดน อยางไรกตามการละลายจะเปนปฏภาคกลบกบความเคมของนาทงนกาซทสามารถละลายไดนอยและเชองชาตอปฏกรยาทางเคมในนา เชน ไนโตรเจน ออกซเจน อารกอน เปนตน สวนกาซทละลายนาไดดพวกนจะมปฏกรยาทางเคมในนาเกดขนไดด เชน SO2 , NO2 และ NH3

รปใน

ท 2.2.7 การเปลยนแปลงความเขมขนของกาซ (ซาย) ออกซเจน (ขวา) คารบอนไดออกไซด ตามความลกทะเล

143



ความเขมขนของกาซเหลานในนาทะเลจะสมดลกบความกดดน (Partial pressure) ของกาซในบรรยากาศ กาซออกซเจนและไนโตรเจนเปนกาซทละลายนาไดนอย และมปฏกรยาทางเคมในนาตา ในขณะทกาซคารบอนไดออกไซดสามารถละลายนาไดด และมปฏกรยาเคมไดรวดเรว โดยทาปฏกรยากบนาไดกรดคารบอนค (H2CO3) ถงแมวาคารบอนไดออกไซดจะเปนกาซทละลายนาไดดทสดแตความเขมขนในรปกาซทละลายนาในทะเลจะตามาก โดยคารบอนไดออกไซดในนาทะเลสวนใหญจะละลายนาอยในสภาพกรดคารบอนค (H2CO3) และสภาพอนมลคารบอนค (CO3

2- ) ทแตกตวแลว ความสมพนธของการละลายของกาซคารบอนไดออกไซดถกควบคมโดยสมดลทางเคมของปฏกรยาโดยระบบคารบอเนตในนา ปฏกรยาเหลานทาใหสามารถทจะกาหนดขนตอนในการลดปรมาณของกาซนในบรรยากาศเพอใหสภาวะกาซเรอนกระจกในบางบรเวณดขนได นอกจากนในทะเลยงมกาซกลมปรมาณนอย ซงมทศทางของการละลายจากอากาศสมหาสมทร และมสวนในการกอใหเกดสภาพมลพษในทะเลได โดยทงนอาจเปนกาซซงเปนผลพลอยไดจากกระบวนการทางอตสาหกรรม หรอกาซทเกดขนตามธรรมชาต กลมกาซทเปนผลจากทางอตสาหกรรมเชน Chlorofluorocarbons (CFC) และ Sulfur dioxide (SO2) เปนตน กาซทเกดบรเวณผวหนานาจากกระบวนการของสงทมชวตเชน Carbon monoxide (CO) Nitrous oxide (N2O) และ Dimethyl sulphide (DMS)-((CH3)2S) ทาใหกาซเหลานเคลอนยายจากนาทะเลสอากาศ ตารางท 2.2.4 กาซหลกในนาทะเลและบรรยากาศ

กาซ % ในบรรยากาศ(โดยปรมาตร) % ในนาทะเล(โดยปรมาตร) N2 78.8 48

O2 20.95 36 CO2 0.035 15

2.2.5 สารอนทรยในทะเล 2.2.5.1 สารอนทรยละลายนา สารอนทรยทละลายในนาทะเล ไดแก โปรตน คารโบไฮเดรต กรดอนทรย วตามน และนาตาล รวมทงสารทไดจากกระบวนการสงเคราะหดวยแสงโดยกลมแพลงกตอนพช สารเหลานมความสาคญตอการเจรญแพรพนธของแบคทเรยรวมทงการปรบสภาพทางเคมของนาทะเล เซลลของสาหรายทมชวตจะมผลตอการเปลยนแปลงประชากรของแพลงกตอนพชตามฤดกาลได ทงนสาหรายบางชนดอาจจะไมสามารถสงเคราะหสารอนทรยทจาเปนบางอยางได แตจะดดซมซบสารอนทรยจากนาทะเลทอยโดยรอบเพอนาไปใชในกระบวนการเจรญเตบโต และเมอสภาพนาทะเลถกปรบโดยสงมชวตเหลานกจะสามารถสงเคราะหและปลดปลอยสารองคประกอบทจาเปนในรปสารอนทรยทละลายนาได โดยอาจจะรวมถงสารอนทรยประกอบทมโมเลกลขนาดใหญ ซงจะทนทานตอการยอยสลายของแบคทเรย เคยมผประเมนวาสารกลมนอาจมเวลาพานกในนาทะเลไดนานถง 6,000 ป ซงนบวานานมากเมอเทยบกบสารประกอบอนทรยอนๆในมหาสมทร ความแตกตางทสาคญระหวางสารอนทรยทละลายนาและสารอนทรยแขวนลอยคอสารอนทรยทละลายนาจะไมจมตวลงสทองทะเลแตจะถกพดพาแลวผสมผสานกบสารอน สารกลมน อาจจะถกพดพาไปตามแนวราบไปเปนระยะทางไกล โดยกระแสนาจากแหลงทกาเนดกอนทจะสลายตว

144



ในทสด โดยทวไปแลวความเขมขนโดยเฉลยของสารอนทรยทละลายนาในทะเลจะมคาประมาณ 0.5 – 1 มลลกรม-คารบอน/ลตร ซงจะมากกวาคาเฉลยของสารอนทรยทอยในสภาพแขวนลอย กระบวนการแลกเปลยนสารในกลมสารอนทรยเหลานเกดขนตลอดเวลา โดยเปนผลของกระบวนการทางชวภาพ สารอนทรยละลายนาในทะเลไมไดเกดขนในทะเลทงหมด แตมสารอนทรยบางชนดทถกพดพามาจากแผนดนโดยแมนา และกระแสลม ในสภาพทงเปนสารแขวนลอยและสารละลายนา ตามบรเวณชายฝงทะเลบางแหงพบวาสารอนทรยทละลายนาอยในรปของสารประกอบฮวมสและอาจมสารอาหารเปนสวนประกอบปะปนอยดวย สารประกอบฮวมสในทะเลนในบางครงจะเรยกรวมๆกนวา “สารสเหลอง” (Yellow substances) ซงเหนไดอยางเดนชด และแสดงใหเหนถงความอดมสมบรณของทะเลบรเวณนน สารอนทรยละลายนาทมแหลงกาเนดจากแผนดนอาจจะมความอดมสมบรณในพนทมากกวาสารอนทรยทเกดจากทะเลบรเวณชายผงหรอไหลทวป 2.2.5.2 สารอนทรยแขวนลอย สารอนทรยแขวนลอยในนาโดยทวไป เรยกวา Seston ซงแบงไดตามขนาดและองคประกอบของมน โดยบรเวณผวหนานาสารอนทรยแขวนลอยมกประกอบดวยสงมชวตขนาดเลก (ขนาด < 1 ไมครอน) ซงสวนใหญเปนกลมแบคทเรยและเซลลสาหรายขนาดเลก สารแขวนลอยทเปนชนสวนอาจเปนเซลลของพวก Coccolith ไดอะตอม และชนสวนขนาดใหญมกเปนกลม Faecal pellet ซงเปนผลของการจบกลม (Repacking) ทางชวภาพ กลมสารอนทรยแขวนลอยทพบไดทวไปและมองเหนไดดวยตาเปลาเรยกวา Marine snow หรอ “Fluff” ซงมกจะประกอบดวยสารอนทรยทยอยสลายแลว (Detritus) และเซลลของสงทมชวต เชน แบคทเรย หรอชนสวนสารอนทรยอนๆทงนจะมขนาดและองคประกอบตางกนไปขนอยกบเวลาและสถานท Marine snow อาจจะมกลมจลชพหลายกลมเกดรวมอยไดมาก ซงมสวนทาใหองคประกอบทางอาหารอดมสมบรณและอาจมการสงเคราะหดวยแสงโดยจลชพบางกลม การยอยสลายในชนสวนสารอนทรยเหลานเองทปลดปลอยสารอาหารสนาทะเลในอตราทสงกวาบรเวณใกลเคยงได องคประกอบของ Marine snow อาจจะเปลยนแปลงไดขนกบพฤตกรรมของกลมจลชพทเปลยนแปลงในกลมประชากรได พฤตกรรมการกนและขบถายของเสยของแพลงกตอนสตวและสงมชวตในนาทะเล มผลทาใหเกดการจบตวกนเปน Faecal pellet ได ซงชนสารอนทรยนจะเคลอนตวโดยขยบไปมาได (Brownian movement) ในกระแสนา ซงพดพาชนสวนเหลานวนเวยนไปตามกระแสนา ทาใหเกดการชนกนของอนภาคและทาใหกอนขนาดใหญจบตดกบกอนขนาดเลกรวมตวกน ทาใหสารอนทรยแขวนลอยมขนาดโตขนได ซงมผลตอชนดและขนาดของชนสวนสารแขวนลอยในทะเล นบเปนวธการททงสารอนทรยและสารอนนทรยถกพดพาตกตะกอนลงสพนทองทะเลในระดบทตากวาชน Thermocline ทงน Faecal pellet มความสาคญในกระบวนการ Biopacking โดยกลมแพลงกตอนสตว จงพบตะกอนทเปนซาก siliceous และ calcareous ooze พวกนถกพดพาไปไกลได ทาใหปองกนซากโครงกระดกตางๆ จากการละลายนาได การเคลอนทในแนวดงของสตวกนพชในทะเลมสวนในการพดพาสารอนทรยลงสพนทองทะเลลกไดในระยะเวลาสนๆ 2.2.5.3 วฎจกรของสารอนทรยในทะเล สารอนทรยในทะเลสวนใหญอยในรปคารบอนอนทรย ซงเปนสารประกอบอนทรยทแพลงกตอนพชสรางขนโดยกระบวนการสงเคราะหดวยแสงในนาชนบนของทะเลทแสงสองถง ตลอดจนสารทถกขบถายออกจากเซลลของสงมชวต และสารทไดจากการยอยสลายซากพชสตวทตายแลว ซงประกอบไปดวยโมเลกลของสารประเภททมความสาคญตอกระบวนการทางชวเคม เชนคารโบไฮเดรต โปรตน ไขมน กรดอะมโน และกรดไขมน เปนตน สวนคารบอนอนนทรยไดแกกาซคารบอนไดออกไซด

145



อนมลคารบอเนตและไบคารบอเนตเปนสวนใหญ การหมนเวยนของคารบอนในมหาสมทรระหวางรปแบบตางๆของคารบอนอนทรยและคารบอนอนนทรย และการนาพาคารบอนจากนาชนบนลงสทะเลลกเบองลาง ถกควบคมโดยกระบวนการทงทางกายภาพและชวภาพ ซงรจกกนในชอ ”กลไกทางกายภาพ” (Physical pump) และ ”กลไกทางชวภาพ” (Biological pump) การทางานรวมกนของทงสองกระบวนการในทะเลเปนปจจยหลกในการเพมปรมาณกาซคารบอนไดออกไซดภายในมหาสมทร

กลไกทางกายภาพในทะเล เกดจากการไหลเวยนของกระแสนาในมหาสมทรตางๆอยางชาๆ และการทกาซคารบอนไดออกไซดละลายนาไดมากขนในนาทเยนมากกวาในนาอน มวลนาทะเลทเยนและหนกในมหาสมทรบรเวณละตจดสงๆ เชนมหาสมทรแอตแลนตกตอนเหนอ และมหาสมทรบรเวณขวโลกใต ซงดดละลายกาซคารบอนไดออกไซดจากอากาศไดมากกอนทจะจมตวลงสทะเลเบองลางและไหลเวยนอยในทะเล การจมตวลงของมวลนาดงกลาวถกชดเชยดวยการผดขนสผวนาของมวลนาในบรเวณอน โดยเมอมวลนาขนมาถงผวหนาทะเลทมอณหภมสงกวานาในทะเลลกกาซคารบอนไดออกไซดในมวลนานนจะละลายนาไดนอยลง จงมกาซบางสวนถกปลอยกลบสอากาศ ดงนนผลรวมของกระบวนการทงหมดคอการขบเคลอนกาซคารบอนไดออกไซดใหไหลผานใจกลางทะเลมหาสมทรไปตามกระแสการหมนเวยนของมวลนาทะเลในระดบลกนนเอง กลไกทางชวภาพ เปนกระบวนการรวมใหญในการเปลยนอนนทรยคารบอนทละลายนาไปเปนสารอนทรยในรปมวลชวภาพ และนาสงตอไปยงทะเลลกในรปทเปนสารอนทรยแขวนลอยหรอรปสารอนทรยละลายนา กระบวนการเรมตนจากการทแพลงกตอนพชในทะเลนาสารอาหารในรปไนเตรต ฟอสเฟต ซลเกต เหลก และกาซคารบอนไดออกไซด มาสรางอนทรยสารโดยกระบวนการสงเคราะหดวยแสง แพลงกตอนพชขบของเสยประเภทสารอนทรยทละลายนาไดสแหลงนา เชนเดยวกบทเปนแหลงอาหารใหแกแพลงกตอนสตว ซง แพลงกตอนสตวจะเปนแหลงอาหารแกสงมชวตในหวงโซอาหารลาดบสงตอๆไป สวนสารอนทรยจากการขบถายของเสยของสงมชวตตางๆ และซากของพชและสตวทตายบางสวนจะถกยอยสลายโดยจลนทรย ในขณะทบางสวนอาจรวมตวกนเปนอนภาคใหญขน และจมตวลงสนาชนลาง ซงจะถกยอยสลายโดยจลนทรยไดเชนเดยวกนในขณะจมตวลงสนาชนลาง และปลดปลอยคารบอนอนนทรยออกมาในรปของกาซคารบอนไดออกไซด โดยทวไปแลวคารบอนอนทรยสวนใหญประมาณ 99 เปอรเซนตจะถกหมนเวยนอยในนาชนบนโดยผานสายใยอาหารดงกลาว สวนอกประมาณ 1 เปอรเซนตของคารบอนอนทรยทถกนาสงผานมาถงพนทองทะเลในทายทสด จะทบถมสะสมเปนอนทรยสารอยในตะกอนพนทองทะเลตอไป ผลรวมของกระบวนการขบเคลอนทางชวภาพคอ การกาจดคารบอนอนทรยจากนาทะเลชนบนโดยการเปลยนใหเปนคารบอนอนนทรย และนาลงสนาทะเลชนลางทาใหนาชนลางมคารบอนอนนทรย ทละลายนาในปรมาณสง

146



ขบถาย

น าทะเลระดบลก

ผสมผสาน ไหลเวยนโดยกระแสนา

จมตวลง

จล นทรย

จมตวลง

อาหาร

ตาย ตาย

ขบถาย

แพลงกตอนพ

6CO2 + 2H2O →nutrients C6H12O6 + 4O2


จล นทรย

ปลา

CO2

บรรยากาศ

นาทะเลท ผ ว

คารบอนอนทรย ละลายนา

คารบอนอนทรยแขวนลอย


คารบอนอนทรยแขวนลอย

คารบอนอนทรย ละลายนา

สารอนนทรย (CNP) ละลายนา

แลกเปลยนกาซกบบรรยากาศ แสงอาทตย คารโบไฮเดรต

รปท 2.2.8 วฏจกรของสารคารบอนในทะเล

ในการเปลยนรปแบบของคารบอนอนทรยและคารบอนอนนทรยในทะเล มการเกดปฏกรยาทางเคมทงปฏกรยายอน

กลบ (Reversible) และปฏกรยารดกชน-ออกซเดชน (Reduction-Oxidation) ทเกยวของกบคารบอนอนนทรย และคารบอนอนทรยทละลายอยในนาทะเล โดยมสงมชวตตางๆในทะเลทาหนาทเปนตวเรงปฏกรยา (Catalyst) ทสาคญ ปฏกรยาทสาคญ ปฏกรยาหนงคอการยอยสลายสารอนทรย โดยจลนทรย ทงนสารอนทรยในทะเลมหาสมทรสวนใหญเปนแพลงกตอนพช ซงเมอตายจะถกยอยสลายโดยแบคทเรยภายใตสภาวะปกตทมออกซเจนละลายอยในนาดงสมการ

147



(CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 138O2 → 106CO2 + 122H2O + 16HNO3 + H3PO4

โดยสตร (CH2O)106(NH3)16H3PO4 แทนซากของแพลงกตอนพชทมองคประกอบทางเคมของอตราสวนของอะตอมของ C:N:P เปน 106:16:1 จากสมการจะเหนวาการออกซไดซทสมบรณตองใชออกซเจน 276 อะตอม มการปลอยอนมลฟอสเฟตออกสนา 1 ไอออน อนมลไนเตรต 16 ไอออน และกาซคารบอนไดออกไซด 106 โมเลกล อยางไรกตามภายใตสภาวะบางประการทไมเหมาะสมในทะเล เชนการทมวลนามการผสมผสานกนไดไมด เชนบรเวณทเปนแองนาทลก หรอบรเวณมการปดกนการไหลเวยนของนาตามธรรมชาต หรอบรเวณทมการปลอยของเสยจาก กจกรรมมนษยลงมามากๆเปนตน ปรมาณอนทรยสารในนาในบรเวณดงกลาวอาจเกดการสะสมจนสงมาก จนทาใหปรมาณออกซเจนละลายถกใชไปจนหมดได ทาใหเกดนาทะเลบรเวณนนเกดสภาวะนาทไรออกซเจน หรอทเรยกวา Anoxic condition ในสภาวะทนาทะเลมออกซเจนละลายตามากๆ หรอในสภาวะไรออกซเจนกตาม การยอยสลายสารอนทรยยงคงดาเนนตอไป โดยจลนทรยในทะเลสามารถใชอนมลไนเตรต หรอซลเฟต เปนตวรบไฮโดรเจน (Hydrogen acceptor) ซงเรยกกระบวนการยอยสลายสารอนทรยดงกลาววา ดไนตรฟเคชน และ ซลเฟตรดกชน ตามลาดบ โดยดไนตรฟเคชนเกดขนเมอออกซเจนละลายถกใชจนเกอบหมด ในขณะทซลเฟตรดกชน เกดเมออนมลไนเตรตถกใชในกระบวนการดไนตรฟเคชนจนหมด ในการยอยสารอนทรยโดยกระบวนการดไนตรฟเคชนแสดงดงสมการ

(CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 84.8 HNO3 → 106CO2 + 148.4H2O + 42.4N2 + 16NH3 + H3PO4 5NH3 + 3HNO3 → 4N2 + 9H2O รวมเปน

(CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 94.4 HNO3 → 106CO2 + 177.2H2O + 55.2N2 + H3PO4 ในทะเลมหาสมทรทวไปพบวา สวนหนงของไนโตรเจนจะเปลยนเปนกาซไนโตรเจน และอกสวนหนงละลายอยในนาในรปของอนมลแอมโมเนยม สวนการยอยสารอนทรยโดยกระบวนการซลเฟตรดกชน แสดงดงสมการ

(CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 53 SO42- → 106CO2 + 106H2O + 53S2- +16NH3 + H3PO4

ในกรณนกาซแอมโมเนยจะสะสมอยในนาเชนเดยวกบอนมลซลไฟด โดยไมถกออกซไดซตอไป ภายใตกระบวนการยอยสารอนทรยโดยกระบวนการดไนตรฟเคชน ทาใหเกดการสญเสยกาซไนโตรเจนสอากาศ ทาใหลดศกยภาพในการเปนตวเรงการเกดภาวะความอดมสมบรณของนาทะเลบรเวณนนลง ในขณะทกระบวนการยอยสารอนทรยโดยกระบวนการซลเฟตรดกชนมการปลดปลอยอนมลซลไฟดทเปนพษ และทาใหเกดการเปลยนแปลงพฤตกรรมของไอออนอนนทรยหลายตวภายใตสภาวะรดอกซตาของนาทะเล เชนเกดการปลดปลอยของฟอสฟอรส และเหลกจากตะกอนดนสนาชนบนภายใตสภาวะไรออกซเจน การหมนเวยนของคารบอนระหวางทะเลมหาสมทร บรรยากาศ และสงมชวตบนแผนดนเปนกระบวนการทสาคญมาก ทงนเพราะการหมนเวยนดงกลาวเปนกระบวนการสาคญในการควบคมสภาวะแวดลอมของโลก โดยคารบอนอนนทรยจะอยใน

148



รปของคารบอนไดออกไซดในบรรยากาศซงละลายไดในนาทะเล ในระหวางกระบวนการสงเคราะหดวยแสง คารบอนอนนทรยถกเปลยนโดยสงมชวตไปเปนคารบอนอนทรย ในรปของคารโบไฮเดรต ตอจากนนคารบอนอนทรยอาจถกทบถมฝงตวอยในดนตะกอนชายฝง หรออาจจะถกพดพาออกสพนทะเลลกในรปของแพลงกตอนและสงขบถายทตกลงมาจากนาชนบน อยางไรกตามคารบอนอนทรยสวนใหญเกอบทงหมดมกถกหมนเวยนผานกระบวนการหายใจหรอการยอยสลายโดยจลนทรย มบางสวนทอาจคงสภาพเดมไมเปลยนแปลงรปแบบไปเลย ซงเมอกาลเวลาผานไปเปนลานๆ ปคารบอนอนทรยสวนนจะกลายสภาพเปนแหลงสะสมของเชอเพลงฟอสซล การเผาไหมของเชอเพลงฟอสซลในปจจบนเปนการปลอยกลบคารบอนทถกเกบสะสมมาในอดตออกสบรรยากาศอกในรปของคารบอนไดออกไซด ซงเปนทเชอกนวาเปนสาเหตของการเกดสภาวะโลกรอน

149



บทท 2.3 สมดลทางธรณเคมในทะเล ธาตตาง ๆ ในทะเลไดมาจากการกดเซาะของแผนดน และถกพาลงสทะเลโดยแมนา แตมธาตบางชนดทเปนองคประกอบสาคญในนาทะเลทง ๆ ทมอยในองคประกอบของเปลอกโลกตา เชน อนมลคลอไรด เปนตน เนองจากอนมลคลอไรดเปนองคประกอบทสาคญของกาซทถกปลอยออกมาจากภเขาไฟโดยเฉพาะในชวงแรกของการกาเนดโลก โดยถกปลอยออกมาในรปไอกรด HCl และถกนาพาลงสทะเลโดยละลายไปกบนา อยางไรกตาม แหลงกาเนดของธาตสวนใหญในทะเลกคอ แมนา การทความเขมขนของเกลอตางๆ ในนาแมนาแตกตางอยางมากกบทพบในนาทะเล และการทนาทะเลยงคงความเคมเดมไดหลายรอยลานป ทงๆ ทนาแมนาไหลลงสทะเลตลอดเวลา แสดงวา ตองมกระบวนการทควบคมความสมดลของธาต ตาง ๆ ในทะเล ธาตใดทมความไวตอการเกดปฏกรยาจะถกกาจดออกจากนาทะเลไดงาย คงเหลอแตธาตทมความไวนอยกวา รปท 2.3.1 แสดงถงสมดลทางธรณเคมทเกดขนในทะเล จะเหนวา ธาตตาง ๆ ถกชะลางจากแผนดนแลวไหลผานแมนาลงสทะเล ซงองคประกอบของธาตตาง ๆ ในนานนจะขนกบลกษณะของดนหนทนาไหลผาน โดยทธาตทมปรมาณสงกคอธาตทเปนองคประกอบหลกในนาทะเล (ตารางท 2.3.1) สารแขวนลอยทมากบแมนาประกอบดวยแรเคลย (Clay minerals) เปนหลก การตกตะกอน และ การแลกเปลยนของไอออนทมประจบวก (Cation) ระหวางนาทะเลและสารแขวนลอย ชวยรกษาสมดลขององคประกอบหลก เชน โซเดยม โปแตสเซยม แคลเซยม แมกนเซยม ซลกอน ในนาทะเล และยงเปนตวชวยควบคมความเปนกรด-เบสในนาทะเลดวย สวนองคประกอบหลกทมประจลบ (Anion) ในนาทะเล เชน อนมลคลอไรด (Cl- ) และซลไฟด (S2- ) สวนใหญไดมาจากกาซทปลอยมากบภเขาไฟในรป ไอกรด HCl และ H2S นอกจากน ยงพบวา ภเขาไฟใตนาเปนแหลงกาเนดของธาตอนหลายชนดแกนาทะเล เชน แมงกานส (Mn) เหลก (Fe) สงกะส (Zn) แต ปฏกรยาทเกดทบรเวณภเขาไฟใตนากสามารถกาจดธาตหลายชนดออกจากนาทะเลไดเชนกน เชน แมกนเซยม (Mg) ซลเฟอร (S) ซลกอน (Si) เปนตน สงมชวตกมบทบาทในการควบคมองคประกอบหลกในนาทะเล

นกวทยาศาสตรทางทะเลถอวาองคประกอบของธาตตางๆ ในมหาสมทรอยในสภาพสมดล โดยเฉพาะกลมสารปรมาณมากซงมความเขมขนมากกวา 1 สวนในลานสวน (ppm) ทงนโดยยดหลกอตราการนาเขาของธาตเทากบอตราการนาออกหรอสญหายไป มหลกฐานทแสดงวาองคประกอบหลกของนาทะเลอยในสภาพทสมดลไมนอยกวา 100 ลานปมาแลว โดยอตราสวนความเขมขนของสารปรมาณมากแตละชนดตอความเคมมคาคงทในมหาสมทร สภาพดงกลาวนาไปสการพฒนาความเขาใจเกยวกบเรองเวลาพานกของสารในทะเล เวลาพานกของสารสวนใหญมกเปนเวลายาวนานเมอเทยบกบการผสมผสานของสารทเกดขนภายในมหาสมทรซงอาจจะใชเวลาประมาณ 500 ป ดงนนสารละลายในนาทะเลสวนใหญจงกระจายไดอยางทวถงในมหาสมทร โดยเฉพาะสารกลมปรมาณมากซงพบวาอาจมเวลาพานกสงเกน 100,000 ป (ตารางท 2.3.1) โดยกระบวนการทเกยวของกบสารเหลานมกเปนกระบวนการทางกายภาพ สารกลมทเปลยนรปแบบไดงาย ( Non-conservative) จะมการกระจายไมสมาเสมอ โดยมความแตกตางกนตามสถานทและความลกในทะเลมหาสมทร ทงนขนอยกบกระบวนการทางเคมและชวภาพในแตละสถานท สารทละลายนาทเปลยนแปลงรปแบบไดงายเหลานบางตวอาจมเวลาพานกเพยง 100 ปหรอนอยกวานน แตกพบวานานพอทสารเหลานนวนเวยนอยในระบบวงจรของสงมชวตในทะเลไดหลายครง ดงนนอาจกลาวไดวาวฎจกรของสารทละลายในนาทะเลขนอยกบ

150



• ตะกอนจากพนดนทถกพดพาลงสมหาสมทรโดยแมนา ลม หรอจากการระเบดของภเขาไฟ โดยสารเพยงสวนนอยมาจากสะเกดดาวจากนอกโลก นอกจากนยงรวมทงกลมกาซตางๆ ทเกดจากการระเบดของภเขาไฟและทพงขนจากภายในโลก ตามบรเวณ Hydrothermal Vent ซงสารเหลานจะมปฎกรยาทางเคมกบนาทะเลและพนผวโลกทเกดใหมโดยเฉพาะตามแนวสนเขาทมรอยแยกทมกาซถกพนขนมาตลอดเวลา

• ในบรรดาสารละลายทถกพดพาลงมหาสมทรในแตละปพบวาประมาณ 10% เปนเกลอทหมนเวยนในวฎจกร (Cyclic salts) บางสวนอยในสภาพถกพดพามาทางอากาศจากผวหนามหาสมทรจากฟองคลนและฟองอากาศซงจะมเกลอตดมาซงจะกระจายไปในบรรยากาศ และหมนเวยนกลบสมหาสมทรใหมโดยถกพดพามากบลมหรอละลายมาตามแมนา โดยเฉพาะพวกอนมลคลอไรด พบวาประมาณครงหนงของโซเดยมและปรมาณสารละลายนาสวนใหญจะเขาสมหาสมทรทางแมนาอยในรปของ เกลอหมนเวยน

• ธาตละลายนาสวนใหญจะมสวนรวมในวฎจกรของสงทมชวตทแยกเอาสารออกจากสารละลายในนาทะเลแลวปลอยกลบไปใหมอกหลายครงกอนทจะตกตะกอนทบทมในชนตะกอนทพนมหาสมทร สารบางตวเชน อนมลซลเฟต/แมกนเซยม (SO4

2- / Mg2+ ) จะถกปลดปลอยออกจากชนหนพนผวทองทะเลระหวางมการเกดการพงขนของนารอนจากภายในโลก

• การเปลยนแปลงทางเคมระหวางนาทะเลและตะกอนรวมทงชนหนทผวทองทะเลททาใหสารทละลายนาแยกตวออกจากสภาพสารละลายเรยกกระบวนการนวา Reverse weathering ทงนเนองจากธาตบางตวโดยเฉพาะทเปนองคประกอบของตะกอนรวมทง Clay minerals จะเปนตวปลดปลอยธาตตางๆทจาเปนระหวางทเกดการ ผกรอนของหนบรเวณพนผวโลก

• มหาสมทรมองคประกอบคงตวเนองจากอตราการนาเขาของสารละลายจากแหลงตางๆลงสมหาสมทร (Sources) จะอยในสภาพสมดลกบอตราทนาออกไปจากระบบ (Sinks)

• ทายทสดพนหนผวเปลอกโลกจะถกดนลงสชนหนหลอมเหลวบรเวณทมการจมตวของผวเปลอกโลกโดยชนตะกอนตางๆ รวมทงนาทะเลทถกกกในชนตะกอน ทาใหธาตบางตวทอยในนาทะเลกลบสชนหนหลอมเหลวภายใตผวโลก โดยกระบวนการเหลานแสดงใหเหนวาสารตางๆ ทละลายในนาทะเลในทสดจะมการหมนเวยนตามระบบวฎจกรของการผกรอนของผวเปลอกโลกแลวจะมการหมนเวยนกลบเขาสมหาสมทรไดอก

151



ขางตอนมลโบรมอยในแตละ สวนทการทผวหน

การระเหย หน

แมนา

มหาสมทร

บรรยากาศ

เกลอทะเลหมนเวยน

เกลอชะลาง ผกรอน เกลอทะเลหมนเวยน

ธาตปรมาณนอย

การตกตะกอนของไอออนโลหะปรมาณมาก H+

การกดกรอนผพง Ca2+ HCO3

-

การกลนตวของนาจากบรรยากาศ >90% Cl- 50% Na+

การละลายของตะกอน

ภเขาไฟใตนา

Ca2+ + Mg2+ + CO3

2-


เปลอกโลก

หนปน โดโลไมท

รปท 2.3.1 วฏจกรทางธรณเคมทควบคมการหมนเวยนของธาตในทะเล (ดดแปลงจาก Meadows and Campbell, 1975)

จากการประเมนสมดลของมวลสารพบวาสารละลายนาบางตวในนาทะเล มความเขมขนในหนหรอผวเปลอกโลกคอน

า และตาเกนกวาจะแสดงใหเหนวามาจากการผกรอนของหนผวเปลอกโลกเมอเทยบกบปรมาณทมอยในมหาสมทรเชน คลอไรด (Cl- ) ซงมมากในนาทะเลแตพบในหนเปลอกโลกเพยง 0.01% เทานน ขณะทพวกซลเฟอร (S) โบรอน (B) น (Br) จดเปนกลม Excess – Volatile นอกจากนยงมกลมธาตสาคญบางตวอาจจะเกดจากการระเบดของภเขาไฟกจดกลมนโดยเฉพาะระหวางทมการระเบดของภเขาไฟในยคแรกๆ และยงถกปลดปลอยอยตลอดเวลาแมสภาพในปจจบน ในปอนมลคลอไรดกถกปลดปลอยออกมานบลานตนในสภาพของกาซ HCl สบรรยากาศของโลก

ในชวงสบกวาปทผานมาพบวาพฤตกรรมของสารหลายตวในทะเลมสวนในการควบคมองคประกอบของนาทะเลในเปนในวฎจกรของสารแขวนลอย โดยสารทเกดจากกระบวนการทางชวภาพทผวหนานาจะจมตวลงในระดบลกมกระบวนางชวเคมเกดขนขณะจมตวลงทาใหองคประกอบของตะกอนทตกสะสมตวทพนทองทะเลแตกตางไปจากทเกดจากบรเวณานา

152



ตารางท 2.3.1 คาเฉลยของธาตบางชนดในเปลอกโลก ในแมนา และในทะเล (Turekian, 1969)

ธาต ความเขมขนในเปลอกโลก (ไมโครกรมตอกรม)

ความเขมขนในแมนา (ไมโครกรมตอลตร)

ความเขมขนในทะเล (ไมโครกรมตอลตร)

เวลาพานก (ป)

โซเดยม 2.4 x 104 9000 11.05 x 106 2.6 x 108 แมกนเซยม 2.0 x 104 4100 1.3 x 106 4.5 x 107 แคลเซยม 4.2 x 104 1500 4.2 x 105 8.0 x 106 โปแตสเซยม 2.4 x 104 2300 4.16 x 105 1.1 x 107 สตรอนเชยม 375 50 8.5 x 103 คลอรน 130 8000 1.99 x 107 ซลเฟอร 260 3700 9.5 x 105 โบรมน 2.5 20 6.8 x 104 โบรอน 10 10 4.5 x 103 ฟลออรน 625 100 1.4 x 103 ซลกอน 28.2 x 104 4000 1000 8000 ฟอสฟอรส 1.0 x 103 20 70 แบเรยม 425 10 30 8.4 x 104

อะลมเนยม 8.2 x 104 400 5 100 สงกะส 70 10 5 1.8 x 105 เหลก 5.6 x 104 670 3 140 ทองแดง 55 5 3 5 x 104 แมงกานส 950 5 2 1400 โครเมยม 100 1 0.6 350 ตะกว 12.5 3 3.0 x 10-2 2 x 103 ปรอท 0.08 0.07 5.0 x 10-2 4.2 x 104

แคดเมยม 0.2 1.0 x 10-4 5 x 105

153



บทท 2.4 ปฏกรยาทางเคมในทะเล

นาในทะเลมหาสมทร ประกอบดวยเกลอแรตางๆหลายชนดทละลายอยในสภาพไอออนเชนเดยวกบสารละลายเคมทวไปทปฏกรยาทางเคมตางๆมกเกดขนไดด เนองจากในสารละลายสารททาปฏกรยากนสามารถเขาสมผสกนไดใกลชด ไอออน บวกและไอออนลบทละลายอยในนาสามารถเขาทาปฏกรยาทางเคมกนไดในหลายลกษณะ เชนการรวมตวกนระหวางไอออนบวกและไอออนลบโดยแรงดงดดทางไฟฟาระหวางไอออนทมประจตางชนดกน (Electrostatic attraction) กอใหเกดบรรยากาศไอออน (Ion atmosphere) ทมประจตางชนดลอมอย โดยรอบไอออนทอยตรงกลาง ทาใหเกดเปนคไอออน (Ion pair) ตวอยางเชนการเกดค ไอออนระหวางไอออนของธาตปรมาณมากเชน Na+ K+ Mg2+ Ca2+ และ Sr2+ กบอน มลซลเฟต (SO4

2- ) ไบคารบอเนต (HCO3

- ) และคารบอเนต (CO32- ) ในทะเล ตวอยางเชน NaCO3

- NaSO4- CaHCO3

+ MgCO3o เปนตน

ปฏกรยาทสาคญในทะเลทควรรจกไดแก 2.4.1 ปฏกรยาไฮเดรชน (Hydration) ไอออนทละลายอยในนา จะมปฏกรยาอยางเหนยวแนนกบโมเลกลของตวทาละลาย (Solvent) ในกรณของของเหลว

ปฏกรยาไฮเดรชนจะทาใหโมเลกลของนาเขามาลอมรอบไอออนนน ๆ สารอเลคโตรไลทจะเกบโมเลกลของนาไวอยางด ดงนนถงแมวาจะพยายามระเหยนาออกจนเกดการตกผลกของเกลอ แตยงมโมเลกลของนาหลงเหลออยในผลกเกลอนน เชน เกลอยปซม ( MgSO4 .7H20) CuSO4 .5H20 และ FeCl2 .4H20 เปนตน

2.4.2 ปฏกรยาเกยวกบการละลายของกาซ นอกจากเกลอแรทละลายอยในนาทะเลแลว กาซกสามารถละลายไดในของเหลวเชนนาทะเลเชนกน การละลายของ

กาซมกเกดทผวหนาทะเล ซงสมผสกบบรรยากาศ และเปนกระบวนการสาคญในการแลกเปลยนสสารระหวางนาทะเลและบรรยากาศ ปรมาณการละลายของกาซมากนอยตางกนตามชนดกาซ เชน ทอณหภมและความดนมาตรฐาน นา 1 ลตร ละลายกาซไนโตรเจนได 1.05 x 10-3 โมล ออกซเจน 2.2 x 10-3 โมล และไฮโดรเจน 9.6 x 10-4 โมล โมเลกล N2 O2 และ H2

ทละลายในนายงคงเปนโมเลกลทเหมอนกบอยในกาซเพราะไมมการเปลยนแปลงใดๆเกดขน โมเลกลเหลาน แพรไปในนาโดยเกดแรงวนเดอวาลสกบโมเลกลนา แตกาซบางชนดเมอละลายในนาจะเกดการเปลยนแปลงทางเคม เชนกาซแอมโมเนย รวมกบนาใหแอมโมเนยมไฮดรอกไซด ( NH4OH) กาซคารบอนไดออกไซด ละลายนาใหกรดคารบอนก (H2CO3) เปนตน

2.4.3ปฏกรยาในการควบคมสภาพความเปนกรด-เบสของนาทะเล กาซคารบอนไดออกไซดในนาทะเลเปนสารตงตน (Reactant) ทสาคญในกระบวนการเกดระบบบฟเฟอรของนาทะเล

โดยเมอกาซคารบอนไดออกไซด ละลายในนาทะเล จะทาปฏกรยากบนาให H2CO3 ซงเปนกรดออน และแตกตวไดอนมล ไบคารบอเนต (HCO3

- ) และคารบอเนต (CO32- ) ตามลาดบ กรด H2CO3 และเกลอของมนทละลายอยในนาทะเล เรยกรวมๆกน

วา “ระบบคารบอนก” (Carbonic system) เปนระบบบฟเฟอรทสาคญในการทาใหนาทะเลมความเปนกรด-เบส (pH) ไมเปลยนแปลงมากนก โดยมคาอยในชวง 8.0 ± 0.2 ซงเปนสภาวะทเหมาะสมตอการดารงชพของสงมชวตโดยทวไปในทะเล

CO2 (gas) + H2O CO2 (soluble) + H2O (1) CO2 (soluble) + H2O H2CO3 (2) H2CO3 HCO3

- + H+ (3) HCO3

- CO3

2- + H+ (4)

154



ในขณะเดยวกน โมเลกลของนาซงเปนอเลกโตรไลทออนสามารถแตกตวเปนไอออนดวยตนเอง โดยถายเทโปรตอนใหแกกนระหวางโมเลกลนา ดงสมการ 2H2O H3O+ + OH- (5) ปฏกรยาท 4 เกดอยางรวดเรว ดงนนอาจกลาวไดวานาทะเลมไอออนทงสามคอ H+ HCO3

- และ CO32- อยในสภาวะสมดลซงกน

และกนในขณะใดขณะหนง จะเหนไดวา อตราสวนระหวางความเขมขนของอนมล HCO3- และอนมล CO3

2- จะเปนตวควบคมความเขมขนของไฮโดรเจนไอออนในนาทะเล ซงกคอความเปนกรดนนเอง ดงนนจงสามารถกลาวไดวา ระบบของกรดคารบอนกในนาทะเล เปนระบบบฟเฟอรทสาคญในการควบคมความเปนกรด-เบสของนาทะเล

2.4.4 ปฏกรยาการเกดไอออนเชงซอน ทสภาวะความเปนกรด-เบส (pH) ปกตของนาทะเลทวไป ไอออนของโลหะบางชนดในสารละลายนา กระทาตวเปน

Lewis acid คอรบคอเลกตรอน มกจะรวมกบไอออนและโมเลกลอนๆ เกดไอออนเชงซอน (Complex ion) ทเสถยรกวาเดม ไอออนโลหะเหลาน มกเปนไอออนโลหะทรานซชน เชน Ag+ Fe2+ Cu2+ Zn2+ เปนตน สวนไอออนหรอโมเลกล ทมารวมดวยซงเรยกวา ลแกนด (Ligand) ทาหนาทเปน Lewis base จายคอเลกตรอน ถาเปนไอออนกจะเปนไอออนลบ เชน Cl- Br- CN-

OH- ลแกนดทเปนโมเลกลไดแก NH3 H2O CO เปนตน เมอลแกนดรวมกบไอออนโลหะจะไดไอออนเชงซอน ตวอยางเชน Ag+ + 2NH3 [Ag(NH3)2]+

Ag+ + 2CN- [Ag(CN)2]- ไอออนเชงซอนแตกตวไดนอยมาก และเกดสมดลระหวางไอออนเชงซอนกบไอออนหรอโมเลกลทไดจากการแตกตว [Ag(NH3)2]+ Ag+ + 2NH3 การเกดไอออนเชงซอนเปนสาเหตหนงททาใหสารทละลายนอยมาก หรอทเรยกวาไมละลาย เชน AgCl สามารถละลายไดมากขนในนาทะเล ทเปนเชนนเพราะไอออนโลหะทเปนไอออนอสระไดเขาไปอยในไอออนเชงซอนซงเสถยรไมใครแตกตวงายนก ปรมาณไอออนอสระลดลง ของแขงจงละลายไดมากขนเพอรกษาสมดลใหคงไว

2.4.5 ปฏกรยาเกยวกบการหมนเวยนของสารอนทรย ปฏกรยาทสาคญอกปฏกรยาหนงในทะเล มหาสมทรเปดทวไปคอ ปฏกรยาการสงเคราะหสารอนทรยโดยแพลงกตอน

พช ซงรจกกนดในชอ”ปฏกรยาสงเคราะหดวยแสง” สามารถเขยนแสดงโดยสมการไดดงน CO2 + H2O → (CH2O) + O2 – 112 kcal

โดย (CH2O) แทนสตรทางเคมอยางงายของสารคารโบไฮเดรต ในการสงเคราะหดวยแสงจะไดกาซออกซเจน และมการคายพลงงานออกมาดวยในรปของความรอน (ปฏกรยาเอกโซเทอรมก) การสรางสารอนทรยจาเปนตองใชพลงงานจากแสงอาทตย ดงนนจงดาเนนไปในเวลากลางวน ภายใตสภาวะทเหมาะสมของความเขมแสง และอณหภมในทะเล การสงเคราะหดวยแสงสามารถเกดไดเตมท ทาใหผวหนาทะเล มหาสมทรทวไปอยในสภาวะทมปรมาณออกซเจนละลายคอนขางสง ในบางครงอาจสงมากกวาคาอมตวของมน (Supersaturation) ออกซเจนละลายนจะถกสงมชวตอน รวมทงแพลงกตอนพชเอง นาไปใชในการเผาผลาญทาลายอนทรยสารทสงมชวตสรางขนโดย “ปฏกรยาการหายใจ” ซงเปนปฏกรยายอนกลบของการสรางสารอนทรยนนเอง ดงสมการตอไปน

(CH2O) + O2 → CO2 + H2O

155



ปฏกรยาการหายใจ หรอการเผาผลาญอนทรยสารของสงมชวตสามารถเกดไดทงเวลากลางวน และกลางคน เนองจากไมจาเปนตองใชพลงงานจากภายนอก กระบวนการสงเคราะหดวยแสง และกระบวนการหายใจมกเกดควบคกนเสมอในนาทะเลในระดบลกตางๆ ทแสงสองถง สาหรบในทะเลลกทความลกของนามากกวาความลกทกระบวนการสงเคราะหดวยแสง และกระบวนการหายใจเกดขนในอตราทเทากน ซงเรยกวา “Compensation depth” กระบวนการหายใจเกดไดมากกวากระบวนการสงเคราะหดวยแสง ทาใหมการใชออกซเจนละลายโดยการหายใจของพช สตว และแบคทเรยมาก โดยไมมออกซเจนละลายจากกระบวนการสงเคราะหดวยแสงมาทดแทน ทาใหปรมาณออกซเจนละลายในนาลดนอยลงในทลก เมอเทยบกบทผวหนาทะเล อยางไรกตามปจจยหลกในการควบคมการดาเนนการของกระบวนการหายใจ คอการ Supply ของปรมาณอนทรยสาร

2.4.6 การดดซบบนผวของเหลกไฮดรอกไซด บรเวณชายฝงทะเลซงนามความลกไมมากนก และบรเวณเอสทร ซงมการผสมผสานกนระหวางนาจดจากแมนา

และนาทะเลจากภายนอก เปนบรเวณทมปรมาณสารแขวนลอยในนาสง ในบรเวณดงกลาวมกมการเกดปฏกรยาเคม ระหวางสารแขวนลอย และแรธาตทละลายนาในรปแบบตางๆ เชน การดดซบ (Adsorption) บนพนผวของสารแขวนลอย การดดซบบนผวของไฮดรอกไซดและออกไซดของเหลกและแมงกานส เปนตน

โดยทวไปในนาทะเล เราจะพบเหลก (Fe) ในสภาพออกซเดชนสเตต +2 (Fe2+) และ +3 (Fe3+) โดย Fe2+ ถกออกซไดซเปน Fe3+ ไดงายมาก แมแตดวยอากาศ Fe3+ + e- → Fe2+ E° = + 0.77 V ไอออน Fe3+ ถกไฮเดรตไดงาย ในสารละลายจงอยในรป [Fe(H2O)6]3+ และจะเปนกรดเลกนอยให H+ ดงสมการ [Fe(H2O)6]3+ [Fe(H2O)5(OH)]2+ + H+ สวนแมงกานส (Mn) มกพบในออกซเดชนสเตต +3 (Mn3+) ซงจะเกด Disproportionate ให Mn2+ และ MnO2

2 Mn3+ + 2 H2O → Mn2+ + MnO2 + 4H+

ถงแม Mn3+ ไมเสถยรในสารละลาย แตกสามารถเกดไอออนเชงซอนทเสถยรได เชน [Mn(CN)6]3- เหลกในนาทะเลปกตอยในรปไฮเดรต เชน Fe(OH)3 ละลายนาไดนอยมากและมกจะรวมตวกนเปนอนภาคคอลลอยด ซงมขนาดเลกมาก และจะแขวนลอยอยในนาทะเลตลอดไปโดยไมตกตะกอน จนกวาจะมกระบวนการอนใดเกดขน ซงทาใหการรวมตวของอนภาคคอลลอยดมขนาดใหญมากขนการตกตะกอนของเหลกไฮดรอกไซดจงเกดขนได ในบรเวณเอสทรทมปรมาณสารแขวนลอยสงจงเปนบรเวณทเหมาะในการทคอลลอยดของเหลกไฮดรอกไซด และแมงกานสออกไซดจะเคลอบบน ผวของสารแขวนลอย และตกตะกอนพรอมสารแขวนลอยลงสะสมในตะกอนดนพนทองนาในบรเวณเอสทร ในกระบวนการตกตะกอนดงกลาวมกมการดดซบโลหะปรมาณนอยอนในนาทะเล (เชนแคดเมยม ทองแดง ตะกว นกเกล) บนผวของสารแขวนลอยซงเคลอบดวย ไฮดรอกไซดและออกไซดของเหลกและแมงกานส และตกตะกอนพรอมไปดวย ซงจดวาเปนกระบวนการสาคญกระบวนการหนงในการดงโลหะปรมาณนอยออกจากนาทะเลลงมาสะสมในตะกอนดนพนทองนาในบรเวณใกลฝง

2.4.7 การแลกเปลยนไอออนระหวางแรดนเหนยวและธาตปรมาณมาก การแลกเปลยนไอออนระหวางแรดนเหนยวและธาตปรมาณมากในนาทะเลมความสาคญอยางยงในทางธรณเคมทาง

ทะเล โดยสวนใหญแรดนเหนยวจะแลกเปลยนไอออนกบ Na และ Mg มากกวา K ปฏกรยาการแลกเปลยนประจ (Metal-exchange reactions): เปนไปตามปฏกรยา

156



M’ + ML → M’L + M ปฏกรยาการแลกเปลยนลแกน (Ligand-exchange reactions):

ML + L’ → L + ML’ ปฏกรยาการแลกเปลยนทงประจและลแกน (Double-exchange reactions): ML + M’L’ → ML’ + M’L

2.4.8 ปฏกรยาระหวางโลหะปรมาณนอยและ ตะกอนอนนทรย (Precipitates) เปนกระบวนการควบคมทางธรณเคมของโลหะปรมาณนอยหลายตวในทะเล โดยการทาปฏกรยาดดซบบนพนผวของ

ตะกอนอนนทรยซ งเกดขนในทะเล เชนการเกดปฏกรยาดดซบระหวางโคบอลทและแร Goethite (FeOOH) ได เปน (Fe,Co)OOH หรอการเกดปฏกรยาดดซบระหวางตะกวกบแมงกานสออกไซด ไดเปน (Mn,Pb)O2 เปนตน การเกดปฏกรยาระหวางโลหะปรมาณนอยและตะกอนอนนทรย ถกควบคมโดยรดอกซโพเทนเชยลและความเปนกรด – ดาง (pH) ของนา โดยปกต pH ของนาทะเลเปลยนแปลงนอยมาก ดงนนจงอาจกลาวไดวากระบวนการดดซบของโลหะปรมาณนอยขนอยกบสภาวะของนาทมออกซเจนละลายอย (Oxidizing environment) และ สภาวะของนาทไรออกซเจน (Reducing environment) ดงน

• สภาวะของนาทมออกซเจนละลายอยางพอเพยง (Oxidizing environment) ซงเปนสภาวะทพบทวไปในทะเล มหาสมทรตางๆ จะพบวา แมงกานสและเหลกในปรมาณนอย (Sub-micro molar concentration) มกถกดงออกจากนาทะเล เนองจากปฏกรยาการตกตะกอนของเหลกไฮดรอกไซด และแมงกานสออกไซด และเกดเปนกอนแรแมงกานส (Manganese nodules) ซงพบทวไปในพนทองทะเลลก โดยเฉพาะในมหาสมทรแปซฟก กระบวนการสะสมตวของกอนแรแมงกานสเกดขนในอตราทชามาก ในขณะเดยวกนกอนแรแมงกานสเหลานจะสะสมโลหะปรมาณนอยอนๆ (Cu Ni Co Pb Zn Cd Mn) ในระหวางการเกดกอนแรนนโดยกระบวนการดดซบโลหะบนพนผวของกอนแรแมงกานส ทาใหโลหะปรมาณนอยในนาถกนาออกจากนาทะเลดวย

• สภาวะของนาไรออกซเจน (Reducing environment) นาภายใตภาวะการขาดแคลนออกซเจน มกพบในบรเวณแองนาทการแลกเปลยนของมวลนาในแอง และนาทะเลภายนอกเกดไดไมด หรอนาทะเลในทลก ซงทงสองกรณมการสะสมของอนทรยสารในนามาก ทาใหเกดปฏกรยาการเผาผลาญทาลายสารอนทรยโดยการออกซไดสดวยออกซเจนมาก จนนาเกดการขาดแคลนออกซเจนละลาย ในสภาวะดงกลาวแบคทเรยในนาจะรดวซ อนมล SO4

2_ ใน นาทะเลได S2- ซงสามารถเขาทาปฏกรยากบไอออนโลหะตางๆไดเปนโลหะซลไฟด ในนาทอยในสภาวะไรออกซเจนจะมความเขมขนของเหลกและแมงกานสในปรมาณคอนขางสง เนองจากซลไฟดของเหลกและแมงกานส มคาคงทผลคณการละลาย (Solubility product constant, Ksp ) สง ( Ksp ของ MnS มคา 7 x 10-16 Ksp ของ FeS มคา 4 x 10-18 ) จงละลายนาไดดท pH 6 - 7 สาหรบโลหะบางชนดเชนทองแดงและตะกว ซงมซลไฟดทมคาคงทผลคณการละลายตา จงมกพบโลหะทองแดง และตะกวในปรมาณนอยในนาทอยในภาวะไรออกซเจน เนองจากสภาวะดงกลาวเหมาะสมในการตกตะกอนของ CuS ( Ksp มคา 8.5 x 10-36 ) และ PbS ( Ksp มคา 1 x 10-28 ) สะสมอยในตะกอนพนทองทะเล

157



บทท 2.5 เคมของทะเลไทย 2.5.1 เคมของนาทะเล การศกษาดานเคมของนานนาไทยในระยะแรกเรมตนจากการวดคาออกซเจนทละลายนา ความเขมขนของธาตอาหารปรมาณนอย อนไดแก สารประกอบของไนโตรเจน (ไนเตรต ไนไตรท แอมโมเนย) และสารประกอบของฟอสฟอรส ในการสารวจประมงของกรมประมง และการสารวจสมทรศาสตรโดยกรมอทกศาสตร กองทพเรอ งานระดบรเรมนกระทากนกอนป พ.ศ. 2500 และตอมากเพมพารามเตอรทตรวจวดมากขน คณภาพของขอมลทไดกพฒนาดขนเปนลาดบ ในปจจบนพารามเตอรทตรวจวดเปนประจาไดแก อณหภม ความเคม ออกซเจนละลาย ธาตอาหารปรมาณนอย (ไนเตรต ไนไตรท แอมโมเนย ไนโตรเจนรวม ฟอสเฟต ฟอสฟอรสรวม ซลเกต) โลหะปรมาณนอยทอาจเปนพษได สารตกคางจากยาฆาแมลง สารออแกโนคลอรน ปโตรเลยมไฮโดรคารบอน สารอนทรยรวม เปนตน ขอมลเหลานทตรวจวดไดในระยะแรกๆ อาจไมใครถกตองนก แตเมอนกวเคราะหมประสบการณมากขน คาตวเลขทไดในปหลงๆ จงมคณภาพดขน เนองจากนาเปนตวทาละลายทดทสด จงสามารถละลายกาซและแรธาตทกชนดทมอยบนเปลอกโลก ซงจะพบในความเขมขนตางๆ กน ขนอยกบความมากนอยในธรรมชาตบนเปลอกโลก และความสามารถในการละลายของธาตนนๆ โดยทวไป แรธาตตางๆ จะละลายในนาจดไดดกวาในนาทะเล โดยเฉพาะธาตทมเลขออกซเดชนสงกวา 2 ซงหลายชนดจะแยกตวออกตกตะกอนไดงายในนาทะเลททมความเปนดางอยางออน และมไฮดรอกซลไอออนสง ประกอบกบในนาทะเลเองกมเกลอตางๆละลายอยในระดบความเขมขนในธรรมชาตคอนขางสงอยแลว คอประมาณ 35 กรมตอลตร เมอเปรยบเทยบกบในนาฝนทมสารละลายอยเพยง 7 มลลกรมตอลตร และในนาแมนาทมคาเฉลยเพยง 118 มลลกรมตอลตร จะเหนไดวา การทพบวามโลหะปรมาณนอย หรอภาษาสามญอาจเรยกวาโลหะหนกในนาธรรมชาตนน เปนเรองปกต จะเรยกวาเกดสภาวะมลพษในนากตอเมอ ความเขมขนทพบมคาสงเกนปกตในธรรมชาตจนถงระดบทอาจเกดอนตรายตอสงมชวตในนา หรอในระดบทเมอเกดการสะสมในสงมชวตในทะเลทเปนอาหารของมนษยในระดบสงจนถงขนทอาจกอใหเกดอนตรายตอผบรโภค สงมชวตในนาโดยเฉพาะอยางยงสตวทกนอาหารโดยการกรองจากนาทะเล มความสามารถในการสะสมโลหะไดในปรมาณสงมาก เชน ประเภทหอย (ดจากตารางท 2.5.1) คอเปนเรองธรรมดาทจะพบวาความเขมขนของโลหะตางๆ ในเนอเยอของสงมชวตในทะเลจะมคาสงกวาตวเลขในนาทะเลหลายตอหลายเทา ตารางท 2.5.1 แฟกเตอรสะสมของธาตบางชนดในเนอเยอหอยตางๆเปรยบเทยบกบความเขมขนในนาทะเล

ธาต หอยเชลล หอยนางรม หอยแมลงภ แคดเมยม (Cd) 2,260,000 318,000 100,000 โครเมยม (Cr) 200,000 60,000 320,000 ทองแดง (Cu) 3,000 13,700 3,000 เหลก (Fe) 291,500 68,200 196,000 ตะกว (Pb) 5,300 3,300 4,000 สงกะส (Zn) 28,000 110,300 9,100

158



น

ซงเปใตแลเปนสเจาพไนไตหนากรมฟอส มกาฐานอนทอาห 2.5.2 ทองทจะบได แธรรม2540

เขมขรปขปรม

กรอบขอความท 2.5.1 แฟกเตอรสะสม (Concentration Factor) = ปรมาณของธาตนนในสงทศกษา ปรมาณของธาตนนในนาทะเลทนาหนกเทาก

นอกจากทะเลทางดานอาวไทยแลว ประเทศไทยยงมทะเลทางดานมหาสมทรอนเดยอกสวนหนง คอ ทะเลอนดามน นทะเลเปด ลกษณะทางเคมของทะเลดานนจงแตกตางจากทะเลดานอาวไทย ซงมฝงลอมรอบประมาณ 2 ดานครง มดานะตะวนออกเฉยงใตของอาวไทยเทานนทเปดออกสทะเลจนใต อาวไทยตอนบน (หรอตอนใน) เปนอาวรปตว ก เกอบจะเหลยมจตรส ความยาวดานละประมาณ 100 กโลเมตร มแมนาสายใหญไหลลง 4 สาย ไดแก แมนาแมกลอง ทาจน ระยา และบางปะกง บรเวณนจงไดรบอทธพลจากแมนาอยางมาก โดยเฉพาะบรเวณใกลฝง ปรมาณสารอาหารไนเตรต รท แอมโมเนยม และฟอสเฟต ในแมนาเจาพระยามความเขมขนสงกวาแมนาสายอน เนองจากชมชนรมฝงแมนาคอนขางแนน ทาใหทะเลชายฝงมสารอาหารสง และในฤดฝน นาชายฝงมความเคมตากวาในฤดแลงอยางเหนไดชด การสารวจของประมงในปพ.ศ. 2535 พบวาปรมาณสารอาหารในผวหนาทะเลมไนเตรต 0.6-2.3 ไมโครโมล ไนไตรท 0.1-.06 ไมโครโมล เฟต 0.1-0.4 ไมโครโมล คาตาคอสถานหางฝง คาสงคอสถานใกลฝงและปากแมนา

ในอาวไทยตอนกลางและตอนลาง โดยทวไปจะพบปรมาณสารอาหารตากวาในอาวไทยตอนบน รายงานสวนใหญไมรนาเสนอขอมลสารประกอบไนโตรเจนรวม หรอสารประกอบฟอสฟอรสรวม ซงรวมถงรปแบบอนทรยสารดวย และมหลกวาสารอาหารประเภทสารประกอบไนโตรเจนนนอยในรปสารอนทรยถง 95% (ไมรวมกาซ) สาหรบสารอาหารฟอสฟอรสรยมปรมาณถง 50%ของสารประกอบฟอสฟอรสทงหมด และสลายตวเปนสารฟอสฟอรสอนนทรยได ดงนนการศกษาสารารจงควรวดปรมาณรวมจงจะไดสถานภาพทถกตอง

การศกษาตะกอนพนทองทะเล ตะกอนเปนแหลงสะสมของสารแขวนลอยในนาสวนทอยเหนอตะกอนนน ถาเราใชทอตะกอนฝงเจาะลงไปในพนท

ะเล จะพบวาตะกอนทระดบผวหนาจะบอกถงสภาวะปจจบนซงสมพนธโดยตรงกบสภาพนา ระดบลกลงไปในทอตะกอนอกถงสภาพนาทะเลในอดต เมอเราทราบอตราการตกตะกอน เรากจะเปรยบเทยบสภาวะการปนเปอนปจจบนกบในอดตละในระดบลกๆ มกจะพบคาคงทตามความลก แสดงวาไมมความเปลยนแปลงความเขมขนตามความลก ซงกคอระดบชาต คอยคกอนทจะเกดการปนเปอนจากการกระทาของมนษย จากการศกษาตะกอนผวหนาดนในอาวไทยในปพ.ศ. พบวาชวงของคาโลหะหนกในทะเลเปนดงตารางท 2.5.2

การศกษาเกยวกบสารอนทรยในทะเลไทยยงมไมมากนก ทงนเพราะโดยธรรมชาตสารอนทรยในนาทะเลมอยในความนทตากวาสารอนนทรยมาก และสารอนทรยกสลายตวไดงาย การศกษาสวนใหญจงเปนการวดปรมาณสารอนทรยรวมในอง Total Organic Carbon (TOC) และสารอนทรยในรปทละลายนา Dissolved Organic Carbon (DOC) และการหาาณสารอนทรยรวมในรปคารบอนอนทรยทออกซไดซไดงายในดนตะกอน (Total Oxidizable Organic Carbon) สวนการ

159



ศกษาชนดแยกประเภทของสาร มกจะเนนสารอนทรยในกลมทจดวาเปนสารมลพษ ซงลงสแหลงนาโดยการกระทาของมนษย เชน สารปโตรเลยมไฮโดรคารบอน และสารกลมออรกาโนคลอรน เปนตน

ตารางท 2.5.2 โลหะชนดหนกบางชนดในดนตะกอนอาวไทย เมอ เมษายน 1996 (หนวย: มลลกรมตอกรม)

โลหะ คาเฉลยความเขมขน (ไมโครกรม/กรม น.น.แหง) Al 5.34 + 1.03 Fl 1.22 + 0.35 Cd 0.35 + 0.04 Cr 62.7 + 13.1 Cu 25.7 + 12.7 Pb 29.9 + 15.0 Zn 51.6 + 12.1 Mn 368 + 104

2.5.3 ภาวะมลพษในทะเล

ภาวะมลพษในทะเล หมายถงสภาวะทเกดจากการทมนษยนาสงแปลกปลอมตางๆ รวมทงพลงงานลงสทะเล แลวทาใหเกดผลกระทบทเปนอนตรายตอทรพยากรมชวตในทะเล และเปนผลเสยตอคณภาพของนาทะเล ตอการประมง และความสวยงามของทะเลโดยทวไป กจกรรมตางๆ ของมนษยไดนาธาตหลายชนดลงสทะเลในปรมาณททาใหสมดลธรรมชาตเปลยนแปลงไปในดานเสย เชน คารบอนไดออกไซดจากการเผาไหมเชอเพลงฟอสซล โลหะหนกทอาจกอใหเกดพษได เชน ปรอท ตะกว แคดเมยม แตเทาทเปนมายงไมพบวาสารดงกลาวนอยในระดบนาเปนหวงแตอยางใด ไมวาจะเปนปรมาณทพบในนาทะเล ในดนตะกอน หรอในเนอเยอของสตวทะเล (ตารางท 2.5.3)

160



ตารางท 2.5.3 คาโดยเฉลยของโลหะบางชนดในปลาทะเล ปลาหมก และหอยจากอาวไทย (ไมโครกรมตอกรมนาหนกแหง) ประเภท Cd Cr Cu Pb Zn Hg คามาตรฐานอาหารทะเลไทย น.น. สด ปลาทะเล 0.02-0.7 - 0.15-12.6 0.06-0.45 10-55 0.02-0.3 Hg 0.5 Cd 0.2 หมกกลวย 1 - 0.8 0.02-0.3 Cu 70 (หมก/หอย) Cu 2 (ปลา) กง 0.04-0.06 - 0.04 0.03-0.04 0.02-0.3 Pb 1 ป 0.02-0.8 - 1.85-14.2 0.02-0.3 Zn 100 หอยแครง 0.5-2 0.5-2 6-7 หมายเหต หอยแมลงภ 0.9-6.8 0.3-1.1 9-16 0.03-0.04 - น.น.แหงของเนอปลา หอยลาย 0.35-0.7 0.3-1.5 ประมาณ 20% ของน.น.สด หอยเชลล 0.4-0.7 - -น.น.แหงของหอยนางรม หอยนางรม 0.3-4.6 0.1-0.2 ประมาณ 10% ของน.น.สด

นอกจากโลหะหนกแลวในทะเลยงมการปนเปอนของสารอนๆเชน นวไคลดกมมนตรงส คราบนามน สารสงเคราะหท

ใชเปนยาฆาแมลง เชนสารประเภทออรกาโนคลอรน ซงตกคางอยในธรรมชาตไดนาน เปนตน ปญหาคราบนามนทเกดขนในบรเวณปากแมนา ทองทะเล และบรเวณชายฝงทะเลของประเทศไทย พบวามแนวโนมทจะเกดมากขนและเกดบอยครงขน สาเหตหลกทกอใหเกดปญหามลภาวะทางนาทเกยวกบคราบนามนคอเกดจากการรวไหล หรอการทงนามนลงสแมนา หรอทองทะเลโดยตรง ซงการรวไหลหรอถายนามนทงนนอาจจะเกดขนดวยความตงใจ หรอไมตงใจของเรอบรรทกนามน และเรอสนคาตางๆ นอกจากนบางสวนของนามนทปนเปอนในทะเลอาจมาจากนาทงจากโรงงานอตสาหกรรม โรงกลนนามน และจากบานเรอนดวย จากรายงานสถตของการเกดปญหาการรวไหลของนามนนบจากป พ.ศ. 2516 ถง 2543 มถง 51 ครง (ขอมลจากกรมควบคมมลพษ) โดยเกดจากอบตเหตในบรเวณอาวไทยตอนใน (โดยเฉพาะบรเวณปากแมนา) มากทสดเปนจานวนถง 31 ครง ฝงทะเลตะวนออก 14 ครง อาวไทยตอนลาง และทะเลอนดามนจานวน 6 ครง นามนทรวไหลลงสแหลงนาน บางสวนจะละลายนา และเกดการสะสมในสงมชวตทอาศยในบรเวณปนเปอน แตสวนใหญของนามนจะเกาะตดกบตะกอนแขวนลอย และตกลงไปสะสมอยในดนตะกอนเบองลาง โดยทวไปนาทะเลชายฝงของอาวไทยมการปนเปอนของปโตรเลยมไฮโดรคารบอนในปรมาณทสงกวานาชายฝงทะเลอนดามน (ตารางท 2.5.4) เนองจากฝงอาวไทยมกจกรรมดานการขนสงนามน การกลนนามน และมโรงงานอตสาหกรรมอยมากกวาฝงทะเลอนดามน สวนการปนเปอนของสารปโตรเลยมไฮโดรคารบอนในนาทะเลทอยไกลฝงออกไปพบวามคาตากวานาทะเลชายฝง และนาทะเลบรเวณปากแมนาจะมการปนเปอนสงทสด แสดงใหเหนวาแหลงทมาของนามนทปนเปอนในแหลงนาเหลานนาจะเปนนาทงจากกจกรรมบนฝง โดยเฉพาะอยางยงจากโรงงาน อตสาหกรรม และการใชเรอสญจรไปมาในบรเวณปากแมนา

161



ตารางท 2.5.4 การปนเปอนของปโตรเลยมไฮโดรคารบอนในนาทะเล (ไมโครกรมตอลตร) ป พ.ศ. บรเวณทศกษา พสย เฉลย n เอกสารอางอง

2537

ฝงทะเลตะวนออก -ชายฝง -หางฝง 5 กม. -หางฝง 10 กม.

0.57 - 11.8 0.11 - 1.75 0.05 - 1.43

2.85 0.67 0.63

54 54 54

กฤตยาพร ทพภะทต 2538

2537 อาวไทยตอนใน ชายฝงทะเลตะวนออก

0.20 – 8.26 0.05 – 11.8

3.07 1.38

16 162

อาวไทยตอนใน -500 ม. จากฝง

-3000 ม. จากฝง

0.07 - 76.2 0.12 - 25.3

3.00 1.97

42 40

ฝงทะเลตะวนออก 0.14 – 10.0 1.37 36 อาวไทยตอนลาง 0.01 – 12.0 2.45 16

2538

ทะเลอนดามน 0.06 - 2.64 0.25 26

Wattayakorn et al., 1998

2539 อาวไทย 0.05 – 4.13 0.68 77 Wongnapapan et al., 1999 2536 แมนาเจาพระยาตอนลาง 2.9 - 43.8 12.0 84 เชาว นกอย 2538

ปญหาจากภาวะมลพษในทะเลมกจะพบในทะเลชายฝงทมผคนอยหนาแนน และเปนแหลงอตสาหกรรม และเกษตร

กรรม ของเสยจากชมชนทผานทางแมนาลาคลองลงสทะเลกเชน นาทงจากบานเรอน จากเรอ จากโรงงาน ขยะมลฝอย และจากกจกรรมในทะเลเอง เชน จากการขดแร และทมมากขนเรอยๆ กไดแก นาเสยทปลอยลงทะเลจากการเพาะเลยงชายฝง ซงมกจะมสารอนทรยสง และนาเสยจากการยอยสลายอาหารสวนเกนทใชเลยงสตวนา ผลกระทบจากนาทงชายฝงน จะมไมมากนกหากฝงทะเลเปนทะเลเปด และมการหมนเวยนถายเทของนาทะเลไดด ทาใหไมมการสะสมของเสยไวนาน การหมนเวยนของกระแสนาชายฝงทคลองตว จะชวยลดความเขมขนของของเสยโดยใหกระจายออกไปในทะเลเปด การทจะพจารณาวาของเสยเหลานจะมผลกระทบตอทะเลมากนอยเพยงใด ตองหาขอมลเกยวกบสงตอไปน คอ ชนดและปรมาณของของเสย ขอมลพนฐานทางเคมของของเสยและความเปนพษ สงมชวตทอาศยอยในแหลงนาทรบของเสย และความสามารถของทะเลในการถายเทมวลนาทรองรบของเสยดงกลาว โดยทวไป พบวายงไมมสภาวะขาดออกซเจนในทะเลไทย บางบรเวณทมออกซเจนละลายตาอยางนาเปนหวง เชน บรเวณเอสทรปากแมนาเจาพระยา และปากแมนาทาจน ในชวงฤดนานอย (เดอนมนาคม-เมษายน) อยางไรกตามเมอนาแมนาไหลไปผสมผสานกบนาทะเลทมออกซเจนละลายสง นาทะเลจะถายเทออกซเจนใหนาแมนาโดยการผสมผสานของมวลนาจากทงสองแหลง ทาใหคณภาพนาโดยรวมดขน นอกจากนบรเวณชายฝงทะเลทมการเพาะเลยงอยางหนาแนนในบอชายฝง และมการใหอาหารเสรมแกสตวในบอเลยง ทาใหนาทะเลในบอเลยงมปรมาณสารอนทรยสง เมอมการถายนาทงทาใหนาทะเล

162



บรเวณใกลเคยงเสอมคณภาพได จงควรกาชบผทาการเพาะเลยงเชนวาน ใหนานาเสยจากบอเลยงผานการบาบดเสยกอนทจะปลอยทงทะเล ในประเทศไทย การตรวจวดคณภาพนาในทะเลไทยเปนงานประจาทอยในความรบผดชอบของหลายหนวยราชการ เชน กรมประมง กรมอทกศาสตร กรมควบคมมลพษ กรมอนามย แตการศกษาวจยเปนครงคราวมการดาเนนการโดยหนวยงานอนอกมาก รวมทงมหาวทยาลยท มการเรยนการสอนทางดานวทยาศาสตรทางทะเล เชน จฬาลงกรณมหาวทยาลย มหาวทยาลยบรพา มหาวทยาลยเกษตรศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร เปนตน ตวแปรทตรวจวดเปนประจาไดแก อณหภม ความเคม ความเปนกรด-เบส ออกซเจนละลาย ตะกอนแขวนลอย ปรมาณสารอาหาร อนไดแก สารประกอบของไนโตรเจน (ไนเตรต ไนไตรท แอมโมเนย ไนโตรเจนรวม) ฟอสฟอรส และซลเกต คารบอนอนทรยทละลายนา นอกจากน ระหวางป พ.ศ. 2517 ถง พ.ศ.2530 สานกงานคณะกรรมการวจยแหงชาตไดจดทาโครงการศกษาวจยคณภาพนา และคณภาพทรพยากรมชวตในนานนาไทย มผลงานรวมเลมตพมพ 4 ฉบบ และอก 1 ชดทเปนแหลงอางองทด ไดแก รายงานสถานภาพการศกษาวทยาศาสตรทางทะเลในประเทศไทยทตพมพในป พ.ศ. 2540 เนองจากทางกระทรวงวทยาศาสตรเทคโนโลยและสงแวดลอม เลงเหนความสาคญของการสารวจและพยากรณทางสมทรศาสตร และสภาพแวดลอมทางทะเลเปนประจา จงไดเรมโครงการ SEAWATCH ขนในปพ.ศ. 2536 โดยวางทนลอยสมทรศาสตรในอาวไทยจานวน 7 ทน ประกอบดวยเครองมอตรวจวดกระแสนา ความสงของคลน ความโปรงแสง ออกซเจนละลาย อณหภม ความเคม และสถานตรวจอากาศยอย มระบบบนทกขอมลสงสญญาณผานดาวเทยมทาใหสามารถตรวจ ตดตามผลแบบปจจบนได ในระยะตอมาไดมการตดตงทนสารวจสมทรศาสตรเพมอก 3 ตาแหนงทางฝงทะเลอนดามน ปจจบนโครงการนอยภายใตความรบผดชอบของ GISTDA ตาแหนง ทตดตงทนสารวจ ไดแก เกาะชาง ระยอง เกาะสชง เพชรบร หวหน เกาะเตา แทนขดเจาะปลาทอง นครศรธรรมราช สงขลา เกาะภเกต และสตล

163



บรรณานกรม กฤตยาพร ทพภะทต 2538 ปโตรเลยมไฮโดรคารบอนในนา และตะกอนบรเวณชายฝงทะเล จงหวดระยอง วทยานพนธ

ปรญญามหาบณฑต สหสาขาวทยาศาสตรสงแวดลอม บณฑตวทยาลย จฬาลงกรณมหาวทยาลย 182 หนา กลยา วฒยากร 2540 เคมอนทรยในนานนาไทย ใน: สถานภาพการศกษาวทยาศาสตรทางทะเลและสมทรศาสตร สานก

งานคณะกรรมการวจยแหงชาต หนา 79-95 เชาวน นกอย 2538 การปนเปอนของปโตรเลยมไฮโดรคารบอนในนา ตะกอน และหอยแมลงภ Perna viridis บรเวณแมนา

เจาพระยาตอนลาง วทยานพนธปรญญามหาบณฑต สหสาขาวทยาศาสตรสงแวดลอม บณฑตวทยาลย จฬาลงกรณมหาวทยาลย 117 หนา

มนวด หงสพฤกษ 2532 สมทรศาสตรเคม สานกพมพจฬาลงกรณมหาวทยาลย, 329 หนา สานกงานคณะกรรมการวจยแหงชาต 2540 สถานภาพการศกษาวทยาศาสตรทางทะเลและสมทรศาสตร สาขาสมทรศาสตร

เคม คณะอนกรรมการวชาการวทยาศาสตรทางทะเล 153 หนา ISBN: 974-8027-78-3 Brewer, P.G. “ Minor Elements in Sea Water.” p. 415-496 In Chemical Oceanography, (Riley, J.P. and Skirrow, G.

eds.) Vol. 1, 2nd edition, Academic Press. Holland, H.D. 1978 The Chemistry of the Atmosphere and Oceans. John Wiley and Son, 351 p. Libes, S. M. 1992 An Introduction to Marine Biogeochemistry, John Wiley and Son, 734 p. Meadows, P.S. and Campbell, J.I. 1974. An Introduction to Marine Science, Blackie, 176 p. Millero, F. J. and Sohn, M.L. 1992 Chemical Oceanography, CRC Press, 531p. The Open University. 1995. Seawater: Its Composition, Properties and Behaviour. 168 p. Riley, J.P. and Chester, R. 1971. An Introduction to Marine Chemistry, Academic Press, 465 p. SEAFDEC, 1999. Proceedings of the First Technical Seminar on Marine Fishery Resource Survey in the South

China Sea Area I: Gulf of Thailand and East Coast of Peninsular Malaysia, Nov. 1997. Bangkok, 366p. Stowe, K. 1996. Exploring Ocean Science (2nd Ed.), John Wiley, 426 p. Summerhayes, C.P. and Thorpe, S.A. 1996. Oceanography: An Illustrated Guide, Manson, 352 p. Turekian, K.K. 1969 Handbook of Geochemistry (Wedepohl, K.H. ed.) Vol. 1 Springer Verlag, Berlin Wattayakorn, G. B. King, E. Wolanski and P. Suthanaruk. 1998. Seasonal dispersion of petroleum contaminants in

the Gulf of Thailand. Continental Shelf Resaerch 18: 641-659. Wilson, T.R.S. 1975 “Salinity and the Major Elements of Sea Water.” p. 365-413. In Chemical Oceanography,

(Riley, J.P. and Skirrow, G. eds.) Vol. 1, 2nd edition, Academic Press. Wongnapapan, P., G. Wattayakorn and A. Snidvongs. 1999. Petroleum hydrocarbons in seawater and some

sediments of the South China Sea. Area 1: Gulf of Thailand and the East Coast of Peninsular Malaysia. Proc. 1st Technical Seminar on Marine Fishery Resources Survey in the South China Sea. 24-26 Nov.

1997. 105-110.

164

Documents

Eye on the Ocean · สาระวิทยาศาสตร ทางทะเล Eye on the Ocean: Bringing the Sea to the Classroom บทที่บทน 2.1 ํา สมุทรศาสตร