ما هي الدورات البيوجيوكيميائية – Biogeochemical

تعريف الدورات البيوجيوكيميائية

تعني الدورات البيوجيوكيميائية بشكل أساسي تحرك العناصر الغذائية والعناصر الأخرى بين العوامل الحيوية وغير الحيوية.

يتم اشتقاق مصطلح البيوجيوكيمياء من كلمة `bio` التي تعني الحياة، و `geo` التي تعني العناصر الجيولوجية، و `الكيميائية` التي تشير إلى العناصر التي تتحرك في دورة الحياة .

المادة الموجودة على الأرض محفوظة في شكل ذرات ، نظرًا لأن المادة لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها ، يتم إعادة تدويرها في نظام الأرض بأشكال مختلفة ، تحصل الأرض على الطاقة من الشمس التي تُشع مرة أخرى كحرارة ، وتبقى جميع العناصر الأخرى موجودة في نظام مغلق ، تشمل العناصر الرئيسية ما يلي:

• كربون
• هيدروجين
• نتروجين
• الأكسجين
• الفوسفور
• الكبريت

يتم إعادة تدوير هذه العناصر من خلال المكونات الحيوية وغير الحيوية للنظام البيئي، حيث تشمل المكونات اللاأحيائية للنظام البيئي الغلاف الجوي والغلاف المائي والغلاف الصخري.

أنواع الدورات البيوجيوكيميائية

تنقسم الدورات البيوجيوكيميائية أساسًا إلى نوعين:

الدورات الغازية: تشمل الكربون والأكسجين والنيتروجين ودورة المياه.

الدورات الرسوبية: تشمل المواد الكبريتية والفوسفورية ودورة صخرية وما إلى ذلك.

وسوف نتعرف على بعض كل من هذه الدورات البيوجيوكيميائية باختصار:

دورة المياه

يتبخر الماء من المسطحات المائية المختلفة، ويتكاثف ويبرد، ثم يعود إلى الأرض كمطر. هذه الدورة الحيوية الكيميائية مسؤولة عن الحفاظ على ظروف الجو، حيث يتفاعل الماء بأشكاله المختلفة مع المحيطات ويؤثرعلى درجة حرارة وضغط الغلاف الجوي.

توجد عملية أخرى تُسمى التبخر النتح (أي البخار الناتج من الأوراق)، والتي تساعد في هذه العملية بتبخُّر الماء من الأوراق والتربة والأجسام المائية إلى الغلاف الجوي الذي يتكثف مرة أخرى ويسقط كمطر.

دورة الكربون

دورة الكربون هي إحدى الدورات البيوجيوكيميائية التي تتم فيها تبادل الكربون بين المحيط الحيوي والغلاف الأرضي والغلاف المائي والغلاف الجوي

تستخدم جميع النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون وضوء الشمس لعملية التمثيل الضوئي ، وهكذا يتم تخزين الكربون في النبات ، عندما ماتت النباتات الخضراء ، يتم دفنها في التربة التي تتحول إلى وقود أحفوري مصنوع من الكربون ، عند حرق هذه الوقود الأحفوري ، تطلق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

بالإضافة إلى ذلك، تحصل الحيوانات التي تتغذى على النباتات على الكربون المخزن فيها، وعندما تتحلل تلك الحيوانات بعد الموت، يعود هذا الكربون إلى الغلاف الجوي، ويعود الكربون أيضًا إلى البيئة من خلال عملية التنفس الخلوي للحيوانات.

يتم إنتاج كميات هائلة من الكربون على شكل ثاني أكسيد الكربون، ويتم تخزينه على شكل وقود أحفوري مثل الفحم والنفط، ويمكن استخراجه لأغراض تجارية وغير تجارية مختلفة. وعند استخدام المصانع لهذا الوقود، يتم إطلاق الكربون مرة أخرى في الغلاف الجوي أثناء الاحتراق.

دورة النيتروجين

تتم حركة النيتروجين من خلال الدورة البيوجيوكيميائية، حيث يتم تحويله إلى عدة أشكال ويتم تداوله في الغلاف الجوي والأنظمة البيئية المختلفة، مثل النظم البيئية الأرضية والبحرية.

النيتروجين هو عنصر أساسي في الحياة، حيث يتم تثبيته في الغلاف الجوي بواسطة البكتيريا المثبتة للنيتروجين الموجودة في العقيدات الجذرية للنباتات البقولية، وتتيح للتربة والنباتات الاستفادة منه.

تقوم البكتيريا الموجودة في جذور النباتات بتحويل غاز النيتروجين هذا إلى مركب قابل للاستخدام يسمى الأمونيا ، يتم توفير الأمونيا أيضًا للنباتات في شكل أسمدة ، يتم تحويل هذه الأمونيا إلى نترات ونترات ، تقوم بكتيريا نزع النتروجين بتقليل النترات إلى نيتروجين وإعادتها إلى الغلاف الجوي.

دورة الأكسجين

تتحرك هذه الدورة البيوجيوكيميائية عبر الغلاف الجوي والغلاف الصخري والغلاف الحيوي، حيث يعد الأكسجين عنصرًا وفيرًا على الأرض، ويتوفر بشكل العناصر في الغلاف الجوي بنسبة 21٪.

تقوم النباتات بإطلاق الأكسجين خلال عملية التمثيل الضوئي، ويتنفس البشر والحيوانات الأخرى هذا الأكسجين ويتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون الذي يطلقهما، ويستخدم النباتات هذا الثاني أكسيد الكربون في عملية التمثيل الضوئي لإنتاجالأكسجين، وتستمر هذه الدورة.

دورة الفوسفور

في هذه العملية الحيوكيميائية، يتنقل الفوسفور عبر القشرة المائية والقشرة الصخرية والقشرة الحيوية. يتم استخراج الفوسفور من الصخور نتيجة الأمطار والتعرية، ويتم غسل الفوسفور في التربة والمسطحات المائية. تحصل النباتات والحيوانات على هذا الفوسفور من خلال التربة والمياه وتنمو. تحتاج الكائنات الحية الدقيقة أيضا إلى الفوسفور لنموها. عندما تموت النباتات والحيوانات، يتحلل الجسم، ويعاد تخزين الفوسفور في التربة والمسطحات المائية التي تستهلكها النباتات والحيوانات مرة أخرى، وتستمر دورة الفوسفور

دورة الكبريت

يتم نقل الكبريت عبر الصخور والمياه والكائنات الحية. يتم إطلاق الكبريت في الجو عن طريق طحن الصخور، ثم يتحول إلى مركبات الكبريتات. تمتص الكائنات الحية الدقيقة والنباتات هذه الكبريتات وتحولها إلى شكل عضوي. يستهلك الحيوانات الكبريت العضوي من خلال الغذاء. عندما تموت الحيوانات وتتحلل، يعاد الكبريت إلى التربة ليتم استخدامه مرة أخرى من قبل النباتات والميكروبات. تستمر هذه الدورة

يعتبر الكبريت عنصرًا أساسيًا في الجزيئات الكبيرة للكائنات الحية، حيث يشارك في تكوين روابط ثنائية الكبريت داخل البروتينات كجزء من حمض السيستين الأميني، مما يساهم في تحديد أنماط طيها ثلاثي الأبعاد وبالتالي وظائفها. وتتمثل دورات الكبريت فيالمحيطات والأرض والغلاف الجوي.

على الأرض ، يتم ترسيب الكبريت بأربع طرق رئيسية:

• هطول الأمطار 
• السقوط المباشر من الغلاف الجوي 
• وتجوية الصخور
• تحلل المواد العضوية

ثاني أكسيد الكبريت (SO2) هو شكل كبريت الغلاف الجوي، وعندما تمطر في الغلاف الجوي، يذوب الكبريت ويتحول إلى حمض كبريتيك ضعيف (H2SO4)، مما يؤدي إلى هطول أمطار حمضية. يمكن أيضا تساقط الكبريت مباشرة من الغلاف الجوي في عملية تسمى السقوط. تحدث أيضا عملية تجوية للصخور المحتوية على الكبريت، وتؤدي إلى إطلاق الكبريت في التربة. تتشكل هذه الصخور من رواسب المحيطات التي تنقلت إلى الأرض عبر العمليات الجيولوجية.

بعد موت الكائنات الحية وتحللها، يمكن للنظم البيئية الأرضية استخدام كبريتات التربة (SO 4 2−) التي تحررت في الجو كغاز الكبريتيد الهيدروجين (H 2 S). قد يدخل الكبريت الغلاف الجوي أيضًا عن طريق الفتحات الحرارية في الأرض.

يصل الكبريت إلى المحيط عن طريق التدفق السطحي من الأرض، والتساقط، والفتحات الحرارية تحت الماء. تعتمد بعض النظم البيئية البحرية على المواد الكيميائية، التي تستخدم الكبريت كمصدر للطاقة الحيوية، ويعزز الكبريت هذه النظم البيئية البحرية على شكل كبريتات

لعبت الأنشطة البشرية دورًا رئيسيًا في تغيير توازن دورة الكبريت العالمية ، يؤدي حرق كميات كبيرة من الوقود الأحفوري ، وخاصة من الفحم ، إلى إطلاق كميات كبيرة من غاز كبريتيد الهيدروجين في الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى هطول أمطار حمضية ، المطر الحمضي هو مطر أكّال يتسبب في تلف النظم البيئية المائية والبيئة الطبيعية عن طريق خفض درجة الحموضة في البحيرات ، مما يؤدي إلى قتل العديد من الحيوانات المقيمة ، كما أنه يؤثر على البيئة التي يصنعها الإنسان من خلال التدهور الكيميائي للمباني.