โฟมทะเล

โฟมทะเล  เป็นโฟมประเภทหนึ่ง เกิดขึ้นจากความปั่นป่วนของน้ำทะเลที่มีระดับความเข้มข้นสูงของสารอินทรีย์ละลายน้ำ (ได้แก่ โปรตีน, ลิกนิน และไขมัน) จากแหล่งต่าง ๆ เช่น การย่อยสลายนอกฝั่งหลังปรากฏการณ์ขี้ปลาวาฬ (ปรากฏการณ์สาหร่ายสะพรั่ง – algal blooms) สารประกอบอินทรีย์เหล่านี้ทำหน้าที่เป็นสารลดแรงตึงผิว หรือสารทำให้เกิดฟอง เมื่อน้ำทะเลถูกกวนจากการซัดของคลื่นในเขตชายฝั่ง สารลดแรงตึงผิวภายใต้สภาวะที่ปั่นป่วนเหล่านี้จะช่วยดักจับอากาศให้ก่อตัวเป็นฟองอากาศ และเกาะติดกันเป็นโฟมด้วยแรงตึงผิว โฟมทะเลเป็นปรากฏการณ์เกิดขึ้นทั่วโลก และความแตกต่างขึ้นอยู่กับสภาพภูมิประเทศและอิทธิพลจากสภาพแวดล้อมทางทะเล น้ำจืดที่ไหลลงทะเล และพื้นผิวดินทรายโดยรอบ เนื่องจากโฟมทะเลมีความหนาแน่นและความคงสภาพต่ำจึงถูกพัดด้วยแรงลมทะเลเข้าฝั่ง เมื่อโฟมทะเลมีปริมาณมากจะก่อตัวเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า ทะเลโฟม (sea of foam) โฟมทะเลต่างจากฟองคลื่นเนื่องจากเป็นสารคอลลอยด์ โดยมีฟองอากาศเป็นอนุภาคคอลลอยด์
การก่อตัว.
โฟมทะเลก่อรูปขึ้นภายใต้สภาวะที่คล้ายคลึงกับการก่อตัวของฟองคลื่น (หรือละอองคลื่น) จากคลื่นหัวแตกอัดอากาศเข้าสู่ชั้นน้ำ ความแตกต่างหลักของโฟมทะเลจากฟองคลื่น คือ การก่อตัวของโฟมทะเลเกิดจากการมีระดับความเข้มข้นสูงของสารอินทรีย์ละลายน้ำบนผิวน้ำทะเล เช่นจากสิ่งมีชีวิตจำพวกพืช ได้แก่แมคโครไฟต์ และแพลงก์ตอนพืช สารอินทรีย์เหล่านี้อาจได้มาจากธรรมชาติหรือที่มนุษย์สร้างขึ้น ซึ่งยิ่งมีความเข้มข้นมากโฟมทะเลที่เกิดขึ้นจะยิ่งคงสภาพนานขึ้นและสะสมเป็นปริมาณมากขึ้น แต่ฟองคลื่นจะคงสภาพเป็นฟองในช่วงสั้นมากและแตกออกเป็นละอองคลื่น
กระบวนการทางกายภาพที่นำไปสู่การก่อตัวของโฟมทะเล คือ
การกระทบของคลื่นผิวน้ำจะดึงอากาศจากบรรยากาศเข้าสู่ชั้นน้ำซึ่งนำไปสู่การสร้างฟอง ฟองอากาศเหล่านี้ถูกผลักให้ไหลวนไปรอบ ๆ ในระยะตื้น ๆ บนผิวน้ำเนื่องจากแรงลอยตัว ฟองอากาศขนาดเล็กมากที่อยู่ในชั้นน้ำจะถูกกวาดเข้าไปเจือปน (กัก) ในน้ำทะเลทั้งหมดในลักษณะสารคอลลอยด์ ทำให้อัตราส่วนของก๊าซที่ละลายในมหาสมุทรชั้นบนมีอัตราส่วนที่สูงขึ้นเรื่อย ๆ จนไม่อาจรวมกันได้อีก ฟองอากาศที่มีขนาดใหญ่ที่ไม่เจือปนกับน้ำจะสะสมสารที่ไม่ชอบน้ำในขณะที่ค่อย ๆ ลอยกลับสู่ผิวน้ำ รวมกับสารอินทรีย์ละลายน้ำที่มีอยู่ในน้ำทะเลบริเวณนั้นจะทำให้คงสภาพเป็นฟองและรวมตัวกันเป็นโฟมทะเล 
การศึกษาเกี่ยวกับโฟมทะเลบางชิ้นรายงานว่า การแตกของเซลล์สาหร่ายในช่วงที่มีการพองตัวมากขณะเน่าสลายพร้อม ๆ กัน จะทำให้โอกาสการก่อตัวของโฟมทะเลมีมากขึ้น 
เม็ดฝนที่ตกลงมาบนผิวน้ำทะเลสามารถนำไปสู่การก่อตัวและทำลายโฟมทะเลได้เช่นกัน การศึกษาบางชิ้นแสดงให้เห็นว่าการก่อตัวของโฟมทะเลอาจเพิ่มขึ้นได้เนื่องจากฝนที่ตกชุกขึ้น ความปั่นป่วน (turbulence) ในชั้นพื้นผิวของทะเลยังอาจส่งผลต่อความเข้มข้นของสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำและช่วยในการสร้างโฟมที่มีสารก่อตัวหนาแน่น
องค์ประกอบ.
ส่วนประกอบที่สร้างโฟมทะเลโดยทั่วไปเป็นส่วนผสมของสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้ ได้แก่ จากแพลงก์ตอนสัตว์ แพลงก์ตอนพืช สาหร่าย (รวมถึง ไดอะตอม) แบคทีเรีย เชื้อรา โปรโตซัว และ เศษซากพืช แม้ว่าการเกิดโฟมทะเลแต่ละครั้งจะมีลักษณะเฉพาะแตกต่างกันไป ในบางพื้นที่พบว่าโฟมทะเลประกอบด้วยโปรตีนเป็นหลักซึ่งมีบทบาททั้งในการสร้างโฟมใหม่และคงสภาพโฟมเก่า หรือที่มีไขมันหรือคาร์โบไฮเดรตเป็นหลัก การมีสารประกอบโปรตีนสูงและความเข้มข้นของคาร์โบไฮเดรตต่ำเป็นหลักฐานชี้ให้เห็นว่า มีแบคทีเรียเติบโตจำนวนมาก น้ำตาลที่เคยมีอยู่ในเมือกที่สร้างโดยสาหร่ายหรือพืชได้ถูกแบคทีเรียกินเข้าไปอย่างรวดเร็วและขับถ่ายสารประกอบโปรตีนออกมาปริมาณมาก การวิจัยเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่า เมื่อนำโฟมไปทำให้แห้ง จะพบสารคาร์บอนอินทรีย์ซึ่งประกอบด้วย กรดฟีนอลิก น้ำตาล น้ำตาลอะมิโน และ กรดอะมิโน 
ในอ่าวฟันดีซึ่งมีแอมพิพอด (ชนิด "Corophium volutator)" อาศัยอยู่อย่างหนาแน่น อัตราการตายที่สูงโดยธรรมชาติของแอมพิพอด รวมกับการขับถ่ายจากนกทะเลที่กินพวกมัน ทำให้น้ำตาลอะมิโนถูกปล่อยออกมาในบริเวณนั้นและมีความเข้มข้นสูงทำให้เกิดโฟมทะเลได้ 
ในช่วงปรากฏการณ์ขี้ปลาวาฬพบว่าสารอินทรีย์ที่ก่อโฟมทะเลเพิ่มขึ้นอย่างมากในบริเวณนั้น งานวิจัยบางชิ้นแสดงให้เห็นว่ามีไมโครแพลงก์ตอนในโฟมทะเลในระดับที่สูงมาก โดยเป็นแพลงก์ตอนพืชจำพวกออโตทรอพ มากกว่าเฮเทโรทรอพ ในบางกรณีโฟมทะเลเกิดจากชีวมวลที่สร้างโดยไดอะตอมบางชนิด นอกจากนี้ยังพบโฟมทะเลที่มีแบคทีเรียหลากหลายจำนวนมาก โฟมทะเลอายุยาวนานมีแนวโน้มที่จะมีความหนาแน่นของแบคทีเรียสูงขึ้น การศึกษาชิ้นหนึ่งพบว่า 95% ของแบคทีเรียในโฟมทะเลเป็นแบคทีเรียรูปแท่ง ในขณะที่ผิวน้ำโดยรอบส่วนอื่นมีความหนาแน่นของแบคทีเรียเหล่านี้เพียง 5% - 10% นอกจากนี้ยังมีความแปรปรวนตามฤดูกาลขององค์ประกอบโฟมทะเล ในบางภูมิภาคมีการเกิดละอองเรณูจำนวนมากตามฤดูกาลซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงทางเคมีในโฟมทะเลได้ แม้ว่าโฟมจะไม่เป็นพิษโดยธรรมชาติ แต่ก็อาจมาจากสารปนเปื้อนที่มีความเข้มข้นสูง ฟองโฟมสามารถปนเปื้อนด้วยสารประกอบ ปิโตรเลียม ยาฆ่าแมลง และ สารกำจัดวัชพืช ซึ่งเป็นสารไม่ชอบน้ำสะสมตัวบนผิวฟองขณะลอยตัวสู่ผิวน้ำ
ความคงสภาพและช่วงชีวิต.
ในทางอุณหพลศาสตร์โครงสร้างโฟมทะเลไม่เสถียร แม้ว่าโฟมทะเลบางชนิดสามารถคงสภาพในสิ่งแวดล้อมได้นานหลายวัน โฟมทะเลมีสองประเภทที่แบ่งตามความคงสภาพ 
นอกจากนี้น้ำทะเลที่มีสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำที่ปล่อยออกมาจากแพลงก์ตอนพืชและสาหร่ายแมคโครไฟติก ซึ่งถูกปั่นป่วนในสภาพแวดล้อมของคลื่นชายฝั่ง ส่วนใหญ่มีแนวโน้มที่จะผลิตโฟมที่คงตัวและมีอายุยาวขึ้นเมื่อเทียบกับน้ำทะเลที่มีส่วนประกอบเหล่านี้เพียงอย่างหนึ่งอย่างเดียว เช่น น้ำทะเลที่ผ่านการกรองในบ่อเพาะเลี้ยงสาหร่ายทะเล ("Ecklonia maxima") จะสามารถสร้างโฟมได้ (จากเครื่องพ่นอากาศ) แต่ขาดความเสถียรจากการกรองสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำในน้ำทะเลออกไป จึงเกิดเป็นฟอง (spume) และแตกในเวลาสั้น ๆ นอกจากนี้สาหร่ายทะเลที่อยู่ในน้ำไหลจะลดการเคลือบผิวด้วยเมือก ซึ่งเป็นสารที่ให้เกิดฟองได้ และยังพบว่าเกลือประเภทต่าง ๆ มีผลต่อการเกาะกันของฟองภายในโฟมทะเลซึ่งมีส่วนทำให้ความเสถียรของโฟมต่างกัน 
บทบาททางนิเวศวิทยา.
แหล่งอาหาร.
การปรากฏขึ้นของโฟมทะเลในสิ่งแวดล้อมทางทะเลมีบทบาทต่อระบบนิเวศหลายประการ รวมถึงการสร้างแหล่งอาหารและการสร้างแหล่งที่อยู่ ในฐานะของการเป็นแหล่งอาหาร โฟมทะเลที่มีองค์ประกอบที่เสถียรซึ่งมีความสำคัญต่อระบบนิเวศมากกว่าเนื่องจากสามารถคงอยู่ได้นานขึ้น จึงสามารถขนถ่ายสารอาหารภายในสิ่งแวดล้อมทางทะเลได้ อายุการสลายตัวที่นานขึ้นส่งผลให้มีโอกาสสูงขึ้นที่พลังงานที่อยู่ในโฟมทะเลจะเคลื่อนย้ายวัฏจักรอาหารไปสู่ระดับโภชนาการที่สูงขึ้น ตัวอย่างเช่นในอ่าวฟันดี "แอมพิพอด" ("Corophium volutator") สามารถบรรลุ 70% ของความต้องการทางโภชนาการจากน้ำตาลและกรดอะมิโนที่ได้จากโฟมทะเล อย่างไรก็ตามในบางครั้งพบว่าโฟมทะเลเป็นพิษต่อสัตว์ ซึ่งอาจมาจากฟีนอลิกที่มีความเข้มข้นสูง และหรือการมีโลหะหนัก หรือยาฆ่าแมลงที่รวมอยู่ในโฟมทะเลเป็นบางครั้ง ทำให้เกิดความเป็นพิษ ทางชายฝั่งตะวันตกของคาบสมุทรเคป ประเทศแอฟริกาใต้ โฟมทะเลมักเกิดขึ้นในพื้นที่ชายฝั่งที่มีสาหร่ายทะเลขนาดใหญ่ในช่วงที่มีลมตะวันตกพัดแรง โฟมที่เกิดขึ้นในสภาวะเหล่านี้อาจเป็นแหล่งอาหารที่สำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตในท้องถิ่น จากเศษสารอินทรีย์ที่อยู่ในโฟมทะเล 
การถ่ายเทสารอาหาร.
โฟมทะเลยังทำหน้าที่เป็นตัวขนถ่ายทั้งสิ่งมีชีวิตและสารอาหารภายในสิ่งแวดล้อมทางทะเล และบางครั้งถ่ายเทไปสู่สภาพแวดล้อมอื่น คือ แนวน้ำขึ้นน้ำลง หรือพื้นดินชายฝั่ง การกระทบของคลื่นสามารถทำให้โฟมเข้าไปในแนวน้ำขึ้นน้ำลงและสามารถคงอยู่ได้เมื่อกระแสน้ำลดลง และนำสารอาหารไปยังเขตน้ำขึ้นน้ำลงด้วย นอกจากนี้โฟมทะเลสามารถขนถ่ายสารอาหารให้ลอยตัวไปกับอากาศได้ในสภาวะที่มีลมแรงซึ่งจะถ่ายเทต่อไปยังพื้นดินใกล้เคียง ความสามารถของโฟมทะเลในการขนถ่ายสารต่าง ๆ ยังเป็นประโยชน์ต่อสิ่งมีชีวิตระดับมหภาค เนื่องจากเชื้อของสาหร่ายขนาดใหญ่สามารถเคลื่อนย้ายไปยังสภาพแวดล้อมระดับจุลภาคที่แตกต่างกันได้จึงส่งผลต่อภูมิทัศน์ของน้ำขึ้นน้ำลง และก่อให้เกิดปฏิสัมพันธ์ทางนิเวศวิทยาใหม่ ๆ 
แหล่งอาศัย.
นอกจากนี้โฟมทะเลยังเป็นแหล่งอาศัยของจุลินทรีย์ในทะเลจำนวนมาก งานวิจัยบางชิ้นแสดงให้เห็นว่ามีกลุ่มไมโครไฟโตแพลงก์ตอน นาโนไฟโตแพลงตอน และไดอะตอมในทะเลโฟม กลุ่มแพลงก์ตอนพืชในโฟมทะเลมีึความหนาแน่นมากกว่าเขตผิวน้ำทะเล
อันตราย.
ความเป็นพิษ.
โฟมทะเลที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติส่วนใหญ่ไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ และมักเป็นตัวบ่งชี้ถึงสภาพระบบนิเวศในมหาสมุทรที่ดี อย่างไรก็ตามการที่โฟมทะเลสัมผัสกับสารปนเปื้อนที่มีความเข้มข้นสูงในผิวหน้าของน้ำทะเล ทั้งจากการเน่าเปื่อยของสาหร่ายจำนวนมหาศาล เช่นการเกิดปรากฏการณ์ขี้ปลาวาฬขนาดใหญ่ที่สลายตัวใกล้ชายฝั่ง รวมถึงจากการผลิตและการขนส่งเชื้อเพลิงฟอสซิล และสื่งปฏิกูลที่ถูกพัดพาหลังพายุ สารปนเปื้อนเหล่านี้มีส่วนทำให้เกิดโฟมทะเลที่เป็นพิษผ่านการดูดซับลงบนผิวของฟองอากาศ ฟองอาจแตกกระเซ็นและปล่อยสารพิษไปกับฝอยน้ำสู่บรรยากาศ ที่เรียกว่า ละอองคลื่น หรือ ละอองลอย หรืออาจยังคงอยู่ในฟอง สารพิษที่ปล่อยออกมาทางละอองลอยและฟองอากาศแตกสามารถสูดดมได้โดยมนุษย์ จุลินทรีย์ที่ใช้โฟมทะเลเป็นที่อยู่อาศัยได้เพิ่มความไวต่อการสัมผัสสารปนเปื้อน ดังนั้นสารพิษเหล่านี้สามารถรวมเข้ากับวัฏจักรอาหารโดยรอบระบบนิเวศชายฝั่งได้ 
สาหร่ายสะพรั่งที่เป็นอันตราย.
โฟมสามารถที่ก่อตัวขึ้นหลังจากการย่อยสลายของสาหร่ายสะพรั่งที่เป็นอันตราย (HABs) นอกจากประกอบด้วยสาหร่ายแล้ว ยังประกอบด้วย ไดโนแฟลเจลเลต และ ไซยาโนแบคทีเรีย ชีวมวลจากสาหร่ายสะพรั่งที่เน่าเปื่อยจะรวมอยู่ในโฟมทะเลในชั้นบนสุดของผิวน้ำทะเล เมื่อโฟมทะเลที่รวมเข้ากับการแตกตัวสารพิษจากสาหร่ายจะแตกกระเซ็นสู่อากาศทำให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับระบบทางเดินหายใจ ได้แก่ สาหร่าย "Phaeocystis globosa" ในเนเธอร์แลนด์ การสะสมชีวมวลปริมาณมากทำให้สามารถสร้างโฟมพิษจำนวนมากและมักจะซึมลงบนชายหาด 
ในการศึกษาสาเหตุของการตายของนกทะเลในแคลิฟอร์เนียในปี 2550 และในแปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือในปี 2552 ยังพบว่าโฟมทะเลจากสาหร่าย "Akashiwo sanguinea" ที่เน่าเปื่อยได้ขจัดสารกันน้ำบนขนนกทำให้นกบินได้ยากขึ้น นำไปสู่ภาวะตัวเย็นเกินที่รุนแรงถึงชีวิตในนกหลายชนิด 
กิจกรรมของมนุษย์.
ในขณะที่โฟมทะเลเป็นผลมาจากการปั่นป่วนของน้ำทะเลที่มีส่วนผสมของสารอินทรีย์ในชั้นผิวหน้ามหาสมุทร หรือจากกิจกรรมของมนุษย์ ซึ่งสามารถนำไปสู่การผลิตโฟมที่มากเกินไปและมักเป็นพิษ นอกจากน้ำมันอินทรีย์ กรดและโปรตีนที่สะสมอยู่ในชั้นบนสุดของผิวน้ำทะเลแล้ว สารประกอบจากระบบการผลิตและขนส่งปิโตรเลียม เช่น น้ำมันดิบ น้ำมันเครื่องที่ปล่อยหรือรั่วออกจากเรือบรรทุกน้ำมัน สารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์เช่นผงซักฟอก สิ่งปฏิกูล และการใช้ยาฆ่าแมลงสามารถเข้าสู่ผิวน้ำทะเลและรวมอยู่ในโฟมได้ และสร้างโฟมทะเลที่มีอายุยาวนานขึ้น ในการศึกษาหนึ่งพบว่า polychlorinated biphenyls (PCBs) ซึ่งเป็นมลพิษอินทรีย์แบบถาวรที่พบว่าสะสมอยู่ในโฟมทะเล
แท่นขุดเจาะก๊าซธรรมชาติและสถานีรับ-เก็บ อาจมีส่วนร่วมในการสร้างโฟมทะเล จากกระบวนการใช้น้ำทะเลเพื่อเปลี่ยนแก๊สธรรมชาติเป็นแก๊สธรรมชาติเหลว การศึกษาชิ้นหนึ่งแสดงให้เห็นว่ามี โพรแคริโอต (อาร์เคียและแบคทีเรีย) และไซยาโนแบคทีเรียในโฟมที่สร้างขึ้นใกล้กับสถานีก๊าซธรรมชาติเหลว โพรแคริโอตเหล่านี้สามารถรีไซเคิลสารเคมีที่ปล่อยออกมาจากสถานีซึ่งทำให้เพิ่มการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์อื่น นอกจากนี้มีการบันทึกว่าระดับอินทรีย์คาร์บอนรวม (TOC) ที่สูงขึ้นและชีวมวลของแพลงก์ตอนในโฟมทะเลที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้กับสถานีก๊าซธรรมชาติ อินทรีย์คาร์บอนหลังจากดูดซึมโดยโปรคาริโอตจะถูกถ่ายไปยังวัฏจักรอาหารโดยการกลืนกินของสัตว์กินพืช