لكل شيء على سطح الأرض دورة تحافظ عليه من الزوال، فكل المواد تدور في دائرة تجعلها محفوظة في الكون بنفس التوازن، وبالنسبة للماء والكربون فهناك بعض التشابه في دورتهما.
دورة الماء
يعمل دورة المياه بواسطة طاقة الشمس، حيث يسخن سطح المحيط والمياه السطحية الأخرى بفعل أشعة الشمس، مما يتسبب في تبخر الماء السائل وتحول الجليد المباشرة إلى بخار الماء. هذه العمليات التي تحركها الشمس تنقل الماء إلى الجو في شكل بخار.
يتكثف بخار الماء في الغلاف الجوي مع مرور الوقت ليتحول إلى غيوم، وينخفض في النهاية عند هطول الأمطار أو الثلوج، حيث تواجه الأمطار عدة خيارات، فإما أن تتبخر مرة أخرى، أو تدفق على سطح الأرض، أو ترشح إلى باطن الأرض.
في النظم الإيكولوجية الأرضية الطبيعية، يضرب المطر عادةً أوراق النباتات قبل وصولها إلى التربة، ويتبخر بعض الماء بسرعةٍ من أسطح النباتات، ويصل الماء المتبقي إلى التربة، وفي معظم الأحيان، يبدأ الماء في الانتقال إلى الأسفل.
عمومًا، يتحرك الماء على سطح الأرض كتدفق مائي فقط عندما تكون التربة مشبعة بالماء، أو عندما يكون هطول الأمطار شديدًا، أو عندما لا يمتص السطح الكثير من الماء، ويمكن أن يكون السطح غير الماص صخريًا في نظام بيئي طبيعي، أو إسفلتيًا أو أسمنتيًا في نظام بيئي حضري أو ضواحي.
يمكن لجذور النباتات امتصاص بعض الماء من التربة العليا، حيث يستخدم النبات جزءا من هذا الماء في عملية الأيض الخاصة به، ويمكن لماء النبات الذي يتم تخزينه في أنسجة النبات الوصول إلى أجسام الحيوانات عند تناولها للنباتات، وعلى الرغم من ذلك، فإن معظم الماء الذي يتم امتصاصه من قبل النبات سيتم تفريغه مرة أخرى إلى الغلاف الجوي في عملية تسمى النتح.
في عملية النتح، يتم امتصاص الماء من الأرض عن طريق الجذور، ويتحرك للأعلى عبر أنابيب الأوعية الدموية المصنوعة من الخلايا الميتة، ويتبخر من خلال الثغور الموجودة في الأوراق.
إذا لم يتم امتصاص الماء عن طريق جذور النباتات، فقد يتسرب إلى باطن الأرض والأساس، مما يشكل المياه الجوفية. المياه الجوفية هي المياه المحتجزة في المسام بين الجزيئات في الرمال والحصى، أو في الشقوق في الصخور، وتعتبر خزانا هاما للمياه العذبة. تتدفق المياه الجوفية الضحلة ببطء عبر المسام والشقوق، وقد تجد طريقها في النهاية إلى مجرى مائي أو بحيرة، حيث يمكن أن تتحول مرة أخرى إلى مياه سطحية.
– تقع بعض المياه الجوفية في عمق القاعدة ويمكن أن تبقى هناك لآلاف السنين، عادة ما تكون خزانات المياه الجوفية أو طبقات المياه الجوفية هي مصدر مياه الشرب أو مياه الري التي يتم جمعها عبر الآبار، اليوم يتم استخدام العديد من طبقات المياه الجوفية بشكل أسرع من المياه المتجددة التي تتحرك لأسفل من أعلى.
دورة الكربون
يتم دراسة دورة الكربون بسهولة عندما ينظر إليها على أنها دراجتان فرعيتان مترابطتان، الأولى تتعامل مع تبادل الكربون السريع بين الكائنات الحية، والثانية تتعامل مع تحرك الكربون على المدى الطويل من خلال العمليات الجيولوجية.
على الرغم من أننا سننظر إلى هذه الدورات بشكل منفصل، إلا أنها مترابطة، حيث يعمل التمثيل الضوئي في النباتات البرية والبكتيريا والطحالب على تحويل ثاني أكسيد الكربون أو البيكربونات إلى جزيئات عضوية.
يتم تمرير الجزيئات العضوية التي تنتجها أجهزة التمثيل الضوئي عبر سلاسل الغذاء، ويقوم التنفس الخلوي بتحويل الكربون العضوي إلى غاز ثاني أكسيد الكربون.
يحدث تخزين الكربون العضوي على المدى الطويل عندما يتم دفن المواد العضوية من الكائنات الحية في الأعماق الأرضية أو غمرها في قاع المحيط لتشكيل الصخور الرسوبية، ونشاط بركاني، وفي الآونة الأخيرة، يعيد حرق الوقود الأحفوري من قبل الإنسان هذا الكربون المخزن إلى دورة الكربون.
خصائص مشتركة بين دورة الماء ودورة الكربون
كلا من دورة الماء ودورة الكربون هما دورات بيوجيوكيميائية، أي أن المواد تتنقل بين الكائنات الحية والأجزاء غير الحية (القشرة الصخرية والغلاف الجوي والغلاف المائي) في كوكب الأرض.
كل من هاتين الدورتين عبارة عن دورات مغذائية مغذية، حيث تنتقل العناصر الغذائية (الماء والكربون) عبر الأجزاء المختلفة من الأرض.
– تستخدم كلتا الدورتين النباتات كمكون لا يتجزأ، تستخدم دورة المياه النباتات لاستيعاب الماء والشفط من السطح، بحيث يمكن إرسال الماء إلى الغلاف الجوي، تستخدم دورة الكربون النباتات لامتصاص ثاني أكسيد الكربون، والذي تتم إزالته من الغلاف الجوي (وإعادة إرساله إلى الغلاف الجوي عندما يكون النبات ميتًا)، يتم الاحتفاظ بالمياه في جسم النباتات ويستخدم لأغراض مختلفة، بما في ذلك نقل المواد الغذائية والتمثيل الغذائي، وبالمثل، يستخدم الكربون في عملية التمثيل الضوئي ويشكل أيضًا جسم النبات (من خلال جزيئات عضوية مختلفة).
يتم استخدام دورة المياه ودورة الكربون تحت السطح لتخزين المياه والكربون على المدى الطويل، وعندما يتسرب الماء إلى سطح الأرض، يتشكل المياه الجوفية ويمكن تخزينها لفترة طويلة، وبالمثل، يتم تخزين الكربون في الصخور (مفضلة أن تكون كربونات) على المدى الطويل، ويعتبر ذلك بديلا قابلا للتطبيق لعزل الكربون بهدف منع تغير المناخ.