ออกซิเจนที่ละลายน้ำ (DO หรือ Dissolved oxygen) เป็นองค์ประกอบสำคัญของคุณภาพน้ำที่มีบทบาทสำคัญในการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตในน้ำ เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของสุขภาพของแหล่งน้ำ มีอิทธิพลต่อทุกสิ่งตั้งแต่การอยู่รอดของปลาและสิ่งมีชีวิตในน้ำอื่นๆ ไปจนถึงการทำงานโดยรวมของระบบนิเวศในน้ำ
บทความนี้ เราจะมาสำรวจว่าออกซิเจนที่ละลายน้ำคืออะไร ก่อตัวขึ้นได้อย่างไร เหตุใดจึงมีความสำคัญ และมีการวัดอย่างไร
ออกซิเจนที่ละลายในน้ำ (Dissolved oxygen) คืออะไร
ออกซิเจนที่ละลายน้ำหมายถึงปริมาณก๊าซออกซิเจน (O₂) ที่ละลายในน้ำ ซึ่งแตกต่างจากออกซิเจนในบรรยากาศซึ่งอยู่ในรูปแบบก๊าซ
ออกซิเจนที่ละลายน้ำมีอยู่ในน้ำในกรณีนี้ไม่ใช่โมเลกุลของตัวน้ำเอง แต่เป็นออกซิเจนในสถานะโมเลกุล ทำให้สิ่งมีชีวิตในน้ำ เช่น ปลา สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง และพืช เข้าถึงออกซิเจนได้ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ต้องพึ่งพาออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำเพื่อการหายใจ เช่นเดียวกับสัตว์บกที่ต้องพึ่งพาออกซิเจนในบรรยากาศ
ระดับออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำโดยทั่วไปจะวัดเป็นมิลลิกรัมต่อลิตร (มก./ล.) หรือเป็นเปอร์เซ็นต์ของออกซิเจนอิ่มตัว ปริมาณออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำสามารถกักเก็บได้นั้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น อุณหภูมิ ความดัน และความเค็ม
ออกซิเจนอยู่ในน้ำได้อย่างไร
ออกซิเจนเข้าสู่แหล่งน้ำผ่านกระบวนการหลักสองประการ:
- การแพร่กระจายจากชั้นบรรยากาศ: ออกซิเจนจากชั้นบรรยากาศละลายในน้ำที่ผิวน้ำ ปริมาณออกซิเจนที่สามารถแพร่กระจายลงในน้ำได้นั้นได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความดันบรรยากาศ และการเคลื่อนที่ของน้ำ น้ำเย็นสามารถกักเก็บออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำได้มากกว่าน้ำอุ่น
- การสังเคราะห์แสงโดยพืชน้ำ: พืชน้ำ สาหร่าย และแพลงก์ตอนพืชมีส่วนช่วยเพิ่มระดับออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำผ่านการสังเคราะห์แสง ในช่วงเวลากลางวัน สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และปล่อยออกซิเจนลงในน้ำเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์แสง
สัตว์ต้องการออกซิเจนละลายน้ำมากแค่ไหน
บริเวณที่มีออกซิเจนต่ำคือบริเวณที่มีออกซิเจนละลายน้ำน้อยกว่า 2 มก./ลิตร บริเวณที่เป็นพิษหรือไม่มีออกซิเจนคือบริเวณที่มีออกซิเจนละลายน้ำน้อยกว่า 0.2 มก./ลิตร พื้นที่เหล่านี้มักถูกเรียกว่า “เขตมรณะ” เพราะสัตว์ส่วนใหญ่ไม่สามารถอยู่รอดได้ที่นั่น
โดยทั่วไปแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยอมรับว่าสัตว์น้ำต้องการความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้ำ 5.0 มก./ลิตร หรือมากกว่าจึงจะมีชีวิตอยู่และเจริญเติบโตได้ อย่างไรก็ตาม ปริมาณออกซิเจนที่สัตว์ต้องการนั้นแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับขนาดของสัตว์หรือความซับซ้อนและที่ที่มันอาศัยอยู่
ค่ามาตรฐานออกซิเจนในน้ำ dissolved oxygen โดยทั่วไป สำหรับหน่วยมก./ลิตร:
- 0-3 มก./ลิตร: ออกซิเจนไม่เพียงพอต่อการดำรงชีวิต
- 4-6 มก./ลิตร: ปลาและแมลงเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่สามารถอยู่รอดได้
- 6-7 มก./ลิตร: ใช้ได้กับปลาน้ำอุ่น
- 8-10 มก./ลิตร: ดีมากสำหรับปลาส่วนใหญ่
การวัดปริมาณออกซิเจนที่ละลายน้ำนั้นทำได้อย่างไร
การวัดปริมาณออกซิเจนที่ละลายน้ำนั้นถือเป็นส่วนสำคัญของการตรวจสอบคุณภาพน้ำ มีวิธีการต่างๆ หลายวิธีที่ใช้ในการวัดระดับ DO:
- เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมี (DO Meters): เซ็นเซอร์เหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าอิเล็กโทรดคลาร์ก ซึ่งเป็นวิธีการทั่วไปในการวัดปริมาณออกซิเจนที่ละลายน้ำ โดยจะทำงานโดยผลิตกระแสไฟฟ้าที่เป็นสัดส่วนกับปริมาณออกซิเจนที่แพร่กระจายเข้าไปในเซ็นเซอร์ เครื่องวัด DO สมัยใหม่มักมีการชดเชยอุณหภูมิเพื่อให้แน่ใจว่าการอ่านค่ามีความแม่นยำ
- การไทเทรตแบบวินเคลอร์ (Winkler titration): เป็นวิธีการทางเคมีที่ออกซิเจนที่ละลายน้ำในตัวอย่างน้ำทำปฏิกิริยากับรีเอเจนต์เฉพาะเพื่อสร้างตะกอน ปริมาณของตะกอนที่เกิดขึ้นจะแปรผันตามระดับ DO และสามารถวัดได้โดยการไทเทรต วิธีนี้มีความแม่นยำสูงแต่ต้องใช้แรงงานมากกว่าวิธีการที่ใช้เซ็นเซอร์
ความสำคัญออกซิเจนที่ละลายในน้ำ (Dissolved oxygen)
ออกซิเจนที่ละลายน้ำมีความสำคัญต่อการอยู่รอดและสุขภาพของสิ่งมีชีวิตในน้ำ ออกซิเจนมีบทบาทสำคัญหลายประการในระบบนิเวศของน้ำ:
- การหายใจ: สิ่งมีชีวิตในน้ำ รวมทั้งปลา สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง และแบคทีเรียที่ใช้ออกซิเจน ต้องอาศัยออกซิเจนที่ละลายน้ำเพื่อหายใจ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้อาจเครียดได้หากขาดออกซิเจน ส่งผลให้การเจริญเติบโต การสืบพันธุ์ และอัตราการรอดชีวิตลดลง
- กระบวนการทางชีวเคมี: DO มีความจำเป็นต่อกระบวนการทางชีวเคมีต่างๆ ที่เกิดขึ้นในน้ำ ตัวอย่างเช่น ออกซิเจนช่วยในการย่อยสลายสารอินทรีย์โดยแบคทีเรียที่ใช้ออกซิเจน ซึ่งช่วยรักษาคุณภาพของน้ำและการหมุนเวียนของสารอาหาร
- การรักษาสมดุลของระบบนิเวศ: ระดับออกซิเจนที่ละลายน้ำที่เพียงพอช่วยรักษาสมดุลของระบบนิเวศในน้ำ ระดับออกซิเจนที่ละลายน้ำต่ำหรือที่เรียกว่าภาวะขาดออกซิเจนอาจนำไปสู่บริเวณที่ระดับออกซิเจนต่ำเกินไปจนไม่สามารถหล่อเลี้ยงสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ได้ ส่งผลให้สิ่งมีชีวิตในน้ำตาย
- ตัวบ่งชี้คุณภาพน้ำ: ออกซิเจนที่ละลายน้ำเป็นตัวบ่งชี้คุณภาพน้ำที่สำคัญ โดยทั่วไปแล้ว ระดับที่สูงบ่งบอกถึงสภาพแวดล้อมที่มีสุขภาพดีและมีออกซิเจนเพียงพอ ในขณะที่ระดับที่ต่ำอาจเป็นสัญญาณของมลพิษ ยูโทรฟิเคชัน หรือความเครียดจากสิ่งแวดล้อมอื่นๆ
