น้ำทะเล...เค็ม...แค่ไหน??

ทำไมน้ำทะเลถึงเค็ม ?

นักวิทยาศาสตร์คาดว่าน้ำในมหาสมุทรมีแร่ธาตุมากมายละลายอยู่ถึง 5 พันล้านล้านตัน ถ้าเอาเกลือออกจากทะเลแล้วแผ่ไปตามพื้นดิน จะได้ชั้นเกลือหนามากกว่า 500 ฟุต เทียบเท่าตึกที่สูงถึง 40 ชั้น

เมื่อนำเกลือในทะเลมาแผ่บนพื้น จะเทียบเท่าตึกสูง 40 ชั้น

ความเค็มของน้ำในมหาสมุทรนั้นมากเกินที่จะนำไปเปรียบเทียบกับเกลือในทะเลสาบน้ำจืด เช่น เมื่อระเหยเอาน้ำทะเลปริมาตร 1 ลูกบาศก์ฟุต จะได้ปริมาณเกลือ 2.2 ปอนด์ หรือประมาณ 1 กิโลกรัม แต่น้ำจืดในปริมาตรเท่ากันจะมีเกลือเพียง 0.01 ปอนด์ เท่านั้น บอกได้ว่าน้ำทะเลมีความเค็มมากกว่าน้ำจืดถึง 220 เท่า แต่นักวิทยาศาสตร์สงสัยมากไปกว่าว่าทำไมน้ำทะเลถึงเค็ม ??? อะไรเป็นต้นกำเนิดของทะเล ??? และเกลือในทะเล ??? และจะสามารถอธิบายส่วนประกอบทางเคมีของน้ำทะเลได้อย่างไรบ้าง ??? เมื่ออยากรู้ก็ต้องหา...คำตอบ

กำเนิดทะเล๊ ทะเล

คำที่เราเรียกว่า “มหาสมุทร : Ocean” และ “ทะเล : Sea” นั้น สามารถใช้สลับกันไปมาได้ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าทะเลนั้นมีมานานกว่า 500 ล้านปี เพราะจากหลักฐานการค้นพบหินฟอสซิลสัตว์ พบอยู่ในใต้ทะเลโบราณ กำเนิดทะเลนั้นมีหลายทฤษฎี แต่ยังไม่มีทฤษฎีใดที่จะสามารถอธิบายกำเนิดได้ทั้งหมด นักธรณีวิทยาส่วนมากยอมรับในข้อสมมติฐานที่ว่าทั้งชั้นบรรยากาศและมหาสมุทรมีการสะสมเกลือผ่านกาลเวลามายาวนาน มีการผ่านกระบวนการดึงเอาแก๊สออกตามโครงสร้างภายในของโลก ด้วยทฤษฎีนี้ แสดงว่ามหาสมุทรนั้นมีกำเนิดมายาวนานจากการระเหยของน้ำและแก๊สที่หลอมละลายอยู่ในหินอัคนีบนพื้นโลกอันร้อนระอุ แล้วขึ้นไปปะทะกับเมฆเกิดการกลั่นเป็นฝนตกลงมาซ้ำแล้วซ้ำเล่า สะสมอยู่ในทะเล สารต่างๆนับไม่ถ้วนละลายไหลรวมกันมาอยู่ในมหาสมุทรนี้ตามแรงโน้มถ่วงของโลก กลายเป็นน้ำเค็มเช่นในปัจจุบัน

เกลือมาจากไหน ???

น้ำทะเลเป็นสารละลายอ่อนๆของสารหลายอย่าง ซึ่งเป็นทั้งสารละลายเกลือแร่ธาตุที่มีความหลากหลาย รวมกับสสารทางชีววิทยาที่เน่าเปื่อยผุพังของสิ่งมีชีวิตในทะเล เกลือในมหาสมุทรส่วนใหญ่นั้นมาจากกระบวนการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆของการสลายสารที่ทำให้หินอัคนีเย็นตัวลง การกัดกร่อนทางกายภาพทั้งจากพื้นดิน ภูเขาสูง ละลายรวมตัวกันโดยฝน และไอน้ำในอากาศ ชะสารต่างๆเหล่านี้ให้ไหลลงสู่ทะเล และเกลือบางส่วนก็ละลายจากหิน และตะกอนจากพื้นดิน นอกจากนี้เกลืออีกส่วนก็อาจมาจากของแข็ง หรือแก๊สที่เกิดจากการแตกตัวของเปลือกโลก เช่น การเกิดภูเขาไฟระเบิด หรือจากชั้นบรรยากาศ เป็นต้น

ที่มาของแหล่งของเกลือในมหาสมุทร

ถ้าน้ำจืดไหลลงสู่ทะเล แล้วทำไมทะเลยังเค็ม??

ความเค็มของมหาสมุทรนั้นเป็นผลจากกระบวนการต่างๆในธรรมชาติที่ค่อยๆสะสมจากน้อยๆจนกระทั่งเค็มขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งจากการประมาณอัตราการไหลของแม่น้ำและสายน้ำต่างๆจากยูไนเต็ด สเตท น่าจะพาสารละลายของแข็ง 225 ล้านตัน และตะกอน 513 ล้านตัน ลงทะเลได้ใน 1 ปี และถ้าคำนวณจากอดีตจนกระทั่งปัจจุบันจะมีสสารสะสมในทะเลออสเตรเลียถึง 6,000 กิโลกรัม ต่อตารางไมล์ และ 1.2 แสนกิโลกรัม ต่อตารางไมล์ในทะเลแถบยุโรป ในความเป็นจริงโดยเฉลี่ยแล้วแม่น้ำได้รับสารละลายเกลือประมาณ 4 พันล้านตัน หรือ 4 ล้านล้านกิโลกรัม ใน 1 รอบปี

เมื่อเริ่มแรกทะเลก็ยังมีความเค็มไม่มาก แต่เมื่อผ่านกาลเวลามายาวนานเป็นร้อยล้านปีทะเลจึงมีความเค็มมากยิ่งขึ้น โดยเฉลี่ยทั่วโลกแล้วในปีหนึ่งจะมีเกลือประมาณ 4 พันล้านตันละลายเข้าสู่ทะเล ซึ่งในส่วนนี้ก็จะมีเกลือบางส่วนที่ตกตะกอนลงสู่ก้นทะเล มากน้อยแตกต่างกันไปในแต่ละปี หรือพูดง่ายๆว่าทะเลในวันนี้มีความสมดุลของความเค็มจากเกลือที่เข้ามาและออกไป นั่นเองอาจเป็นหนึ่งคำตอบที่ว่า “ทำไมน้ำทะเลถึงไม่เค็มกว่านี้อีก”

ความไม่ธรรมดาของน้ำทะเล...

นักวิทยาศาสตร์ศึกษาองค์ประกอบของน้ำทะเลกันมานาน แต่ก็ยังไม่ได้ส่วนประกอบทางเคมีที่สมบูรณ์ที่สุด ส่วนหนึ่งคือขาดความเที่ยงของวิธีและกระบวนการการวัดสารประกอบต่างๆ และเนื่องจากมหาสมุทรนั้นมีขนาดใหญ่ถึง 70% ของพื้นที่ผิวโลกทั้งหมด ทั้งสารประกอบต่างๆยังมีความซับซ้อนเนื่องจากสะสมผ่านกาลเวลาที่ยาวนาน ซึ่งในปัจจุบันค้นพบสารประกอบทางเคมีแล้วอย่างน้อย 77 ชนิด ซึ่งยังเป็นปริมาณที่น้อยมาก และบางอย่างก็เกิดการรวมตัวกันตกเป็นตะกอนอยู่ก้นทะเลอีกด้วย

พื้นที่มหาสมุทร 70% ของโลก

ความเค็มและความหลากหลาย...

นักวิทยาศาสตร์ทางทะเลรายงาน ค่าความเค็ม (ปริมาณเกลือทั้งหมด) และความเข้มข้นของสารประกอบทางเคมีแต่ละชนิดในน้ำทะเล เช่น คลอไรด์ โซเดียม แมกนีเซียม เป็นส่วนในพันส่วน (parts per thousand) เช่น ความเค็ม 35 ส่วน หมายถึงมีเกลือ 35 กรัม ละลายอยู่ในน้ำทะเลทุกๆ 1 กิโลกรัม (1,000 กรัม)

ความเค็มน้ำในมหาสมุทรแต่ละแห่งนั้นแตกต่างกันไป ขึ้นกับปัจจัยต่างๆ เช่น การละลายของน้ำแข็ง การไหลของกระแสน้ำในแม่น้ำ การระเหย การตกของน้ำฝน การตกของหิมะ กระแสลม การเกิดคลื่น และกระแสน้ำในมหาสมุทรในทุกทิศทางที่ทำให้เกิดการไหลรวมกันของน้ำเค็ม

น้ำเค็มที่เค็มที่สุด !!!!

น้ำเค็มที่เค็มที่สุดคือมีเกลือถึง 40 ส่วน นั้นพบในทะเลแดงและอ่าวเปอร์เซีย ซึ่งเป็นที่ที่มีอัตราการระเหยของน้ำสูงมาก ส่วนมหาสมุทรที่เค็มที่สุดก็คือมหาสมุทรแอตแลนติกทางเหนือ โดยมีเกลือละลายอยู่โดยเฉลี่ย 37.9 ส่วน โดยบริเวณที่เค็มที่สุดของมหาสมุทรนี้ก็คือแถบทะเลซากัสโซ (Sargasso Sea) ซึ่งมีพื้นที่ประมาณ 2 ล้านตารางไมล์ อยู่ถัดไปทางตะวันตกของหมู่เกาะคะเนรี (Canary Islands) 2,000 ไมล์ ซึ่งทะเลซากัสโซนี้เป็นที่รู้จักกันดีว่าเป็นบริเวณที่เต็มไปด้วยแอลจีสีน้ำตาล (Brown Algae) ที่เรียกว่า “ซากัสซัม Sargassum” จึงเป็นที่มาของชื่อทะเลนั่นเอง ความเค็มของทะเลนี้เกิดจากการที่น้ำบริเวณนี้มีอุณหภูมิที่สูงมาก จึงเกิดอัตราการระเหยที่สูง และเนื่องจากเป็นบริเวณที่ห่างไกลจากพื้นดินจึงไม่มีการไหลของน้ำจืดมาแต่อย่างใด

แหล่งของแอลจีสีน้ำตาล Sargassum

ทะเลที่มีความเค็มน้อยๆนั้นพบที่บริเวณขั้วโลก เพราะเกลือในน้ำนั้นถูกเจือจางด้วยการละลายของน้ำแข็งขั้วโลก และมีการตกตะกอนอย่างต่อเนื่อง เช่น ในทะเลบอลติกมีค่าความเค็มประมาณ 5-15 ส่วน ทะเลดำน้อยกว่า 20 ส่วน หรือน้ำบริเวณพูเกต์ซาวด์ในทาโคมามีความเค็ม 21-27 ส่วน โดยพื้นที่นี้มีการไหลของน้ำจากแหล่งน้ำจืดถึง 4.1 พันล้านแกลลอนต่อวัน เป็นต้น

โดยเฉลี่ยจากทะเลทั่วโลกแล้วจะมีค่าเค็มอยู่ที่ประมาณ 35 ส่วน มีองค์ประกอบทางเคมีที่ได้ทำการวิเคราะห์แล้ว 77 ชนิด โดยทั้งการตรวจสอบคุณสมบัติของสารทางเคมีและฟิสิกส์ของสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาที่พบในท้องทะเล ดังตาราง

องค์ประกอบในน้ำทะเลของ Dittmar

สิ่งมีชีวิตในทะเลตอบสนองต่อองค์ประกอบต่างๆที่มีในทะเลอย่างไร

น้ำทะเลและแม่น้ำนั้นมีองค์ประกอบในน้ำที่แตกต่างกันหลายอย่าง ดังนี้

1. ส่วนประกอบของโซเดียม และคลอไรด์ในน้ำทะเลมีถึง 85% แต่แม่น้ำมีเพียง 16%

2. แม่น้ำมีแคลเซียมมากกว่าคลอไรด์ แต่ทะเลกลับมีคลอไรด์มากกว่าแคลเซียมถึง 46 เท่า

3. ซิลิกาเป็นสารสำคัญในแม่น้ำ แต่ไม่ใช่ในทะเล

4. แม่น้ำมีแคลเซียมและไบคาร์บอเนตเกือบ 50% แต่ในทะเลน้อยกว่า 2%

ความแตกต่างขององค์ประกอบทางเคมีในน้ำเหล่านี้ทำให้มีผลต่อพืช สัตว์ และสิ่งมีชีวิตอื่นๆในแหล่งน้ำ ทะเลเป็นแหล่งสารละลายที่เหมาะสมแก่การดำรงชีพของสิ่งมีชีวิตบางชนิด เช่น สัตว์จำพวกมอลลัสก์ (Mollusk) เช่น หอยนางรม หอยตลับ หอยแมลงภู่ จะดึงเอาแคลเซียมจากน้ำทะเลมาสร้างเปลือกและโครงสร้างแข็งของพวกมัน  รวมถึงฟอแรมินิเฟอร์ (Foraminifer) หรือสัตว์จำพวกโปรโตซัว และสัตว์ที่มีเปลือกแข็ง (Crustacean) จำพวกปู กุ้ง กุ้งลอบสเตอร์ เพรียง ก็เช่นกัน ปะการังก็มีโครงสร้างที่มีส่วนประกอบของไบคาร์บอเนต แพลงก์ตอนจะเป็นพืชและสัตว์ขนาดเล็กที่คอยควบคุมการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบในน้ำทะเล ไดอะตอมก็ใช้ซิลิกาในการสร้างเปลือกหุ้มของพวกมัน

สัตว์ในทะเลบางชนิดก็ทำให้สารเคมีในทะเลเข้มข้นขึ้น บางชนิดก็ปล่อยสารออกมา เช่น ลอบสเตอร์จะทำให้ปริมาณของทองแดงและโคบอลต์เข้มข้นขึ้น หอยทากจะปล่อยสารตะกั่ว ปลิงทะเลจะแยกแร่วาเนเดียมออกมา ฟองน้ำและสาหร่ายทะเลจะดึงไอโอดีนจากทะเล

จะเห็นได้ว่าสิ่งมีชีวิตในทะเลนั้นมีอิทธิพลเป็นอย่างมากต่อองค์ประกอบของน้ำทะเล แต่อย่างไรก็ตามสารต่างๆที่มีอยู่ในท้องทะเลนั้นก็ไม่ได้รับผลกระทบใดๆจากสัตว์เหล่านี้ เพราะการรักษาสมดุลของสารต่างๆตามธรรมชาตินั่นเอง เช่น ปริมาณแคลเซียมที่มากเกินกว่าที่จะละลายได้ในทะเลก็จะตกตะกอนออกมา หรืออาจจะตกลงสู่พื้นทะเลในรูปของแคลเซียมไบคาร์บอเนต เป็นต้น

ปะการัง

การวัดความเค็มของน้ำทะเลด้วยวิธีทางเคมีหรือคุณสมบัติทางฟิสิกส์ของน้ำทะเล

1. วิธีทางเคมี เป็นการตรวจหาปริมาณคลอไรด์หรือคลอรินิตี้ (Chlorinity) ในน้ำทะเล แล้วนำค่าที่ได้มาคำนวณหาค่าความเค็มอีกทีหนึ่ง โดยอาศัยหลักการที่ว่าสัดส่วนของเกลือชนิดต่างๆ ในน้ำทะเลมีค่าคงที่ 2. วิธีทางฟิสิกส์ ทำได้หลายวิธี ได้แก่

2.1 วิธีทางทัศนศาสตร์ โดยอาศัยหลักที่น้ำมีความเค็มไม่เท่ากันทำให้เกิดการหักเหของแสงได้ต่างกัน วิธีนี้ใช้กับเครื่องมือวัดความเค็มแบบง่ายที่รู้จักกันโดยทั่วไปโดยเฉพาะผู้ประกอบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ มีลักษณะเป็นกล้องทรงกระบอกขนาดเล็ก เพียงหยดน้ำทะเลที่ต้องการวัดความเค็มแล้วน้ำไปส่องกับบริเวณที่มีแสง ก็จะสามารถอ่านค่าความเค็มออกมาได้

2.2 วัดความเค็มจากความหนาแน่นของน้ำโดยอาศัยหลักการ “วัตถุลอยในน้ำได้ต่างกัน” น้ำที่มีความเค็มสูงจะมีความหนาแน่นมาก จะทำให้วัตถุลอยในน้ำนั้นได้ดีกว่าในน้ำที่มีความเค็มต่ำ เครื่องมือชนิดนี้จะมีลักษณะเป็นกระเปาะแก้วที่มีสเกลล์อ่านค่าความเค็ม วิธีวัดก็เพียงลอยอุปกรณ์ชิ้นนี้ลงบนน้ำที่ต้องการวัดแล้วอ่านค่าบนสเกลออกมา

2.3 วิธีวัดจากค่าความนำไฟฟ้า โดยอาศัยหลักการว่าน้ำทะเลสามารถนำไฟฟ้าได้ดีขึ้นเมื่อความเค็มเพิ่มขึ้น เป็นวิธีการที่ใช้โดยนักวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปเพราะมีความถูกต้องแม่นยำสูง มีความสะดวกในการใช้ เพียงหย่อนหัวอ่านลงไปในน้ำทะเลที่ต้องการวัดก็สามารถอ่านค่าความเค็มออกมาได้ในทันที หรือมีบางชนิดที่สามารถบันทึกข้อมูลไว้ในตัวเองได้เพื่อที่จะนำข้อมูลออกมาใช้ในภายหลัง เป็นเครื่องมือที่มีราคาค่อนข้างสูง จึงมีใช้อยู่ตามห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ทางทะเลเสียเป็นส่วนใหญ่ เรียกกันโดยทั่วไปว่าเครื่อง ซีทีดี (CTD)

ข้อมูลจาก

http://www.palomar.edu/oceanography/salty_ocean.htm

http://www.uniserv.buu.ac.th/forum2/topic.asp?TOPIC_ID=5678

ภาพจาก

http://www.wisegeek.org/what-is-the-difference-between-kosher-salt-and-regular-salt.htm

http://citadel.sjfc.edu/students/erv04949/e-port/vsg/ocean.html

https://seaweedindustry.com/seaweed/type/sargassum-muticum

http://www.kidsdiscover.com/spotlight/coral-reefs/