مراحل ” دورة الكبريت ” وأهميتها
تعريف دورة الكبريت
دورة الكبريت هي إحدى الدورات البيوجيوكيميائية التي تتألف من عمليات مختلفة تساعد في تحريك الكبريت عبر خزانات مختلفة مثل الغلاف الجوي والمحيط الحيوي والغلاف الصخري
الكبريت هو معدن مهم في الكائنات الحية ويوجد في الجزيئات الحيوية مثل البروتينات، إضافة إلى كونه معدنًا أساسيًا موجودًا في الصخور والتربة، حيث يُعتبر الغلاف الصخري الخزان الرئيسي للمركبات الكبريتية
تسمى دورة الكبريت دورة كيميائية جيولوجية حيوية حيث يتحرك العنصر في حالات الأكسدة المختلفة عبر النظم البيئية المختلفة على الأرض، مما يؤثر على كل من العملية البيولوجية والجيولوجية، ونتيجة للتضيق الكيميائي للكبريت، فإنه يظل مستقرًا في حالات الأكسدة المتعددة التي تمكن من تكوين مجموعة متنوعة من المركبات العضوية وغير العضوية.
يعتبر الكبريت العنصر العاشر الأكثر وفرة على سطح الأرض، ويتواجد بأشكال مختلفة في الصخور والتربة
تتضمن دورة الكبريت العملياتالأرضية والجوية، ومع ذلك يتم الاحتفاظ بمعظمها في الغلاف الصخري
يتم تقييد جميع احتياطيات الكبريت في الغلاف الصخري، والتي يتم إطلاقها ببطء من خلال عمليات التجوية.
يمكن أن تعمل مركبات الكبريت المتكونة أثناء الدورة كمؤكسدات أو مخفضات اعتمادًا على حالة أكسدة المركبات
تلعب الكائنات الدقيقة دورًا مهمًا في دورة الكبريت حيث تحتوي هذه الكائنات على أنظمة وآليات إنزيمية متخصصة لتكوين مركبات كبريتية مختلفة، ويمكن أن يوجد الكبريت في الطبيعة بشكل مشترك مع عناصر أخرى مثل الفوسفور والنيتروجين
قد تتأثر تركيز الكبريت في التربة بالأنشطة البشرية، مثل إضافة الأسمدة التي تحتوي على الكبريت إلى التربة
على الرغم من أن مركبات الفوسفور غير العضوية تتميز بصعوبة الذوبان في الماء، إلا أن جزيئات الكبريت عادة ما تكون أكثر قابلية للذوبان، مما يزيد من توافرها للنباتات والكائنات الحية الدقيقة في التربة.
مراحل دورة الكبريت
تتألف دورة الكبريت من عدة عمليات أرضية وجوية مختلفة، حيث تتضمن عمليات أكسدة واختزال مختلفة. وفيما يلي الخطوات الأساسية لدورة الكبريت:
الكبريت في الغلاف الجوي
يوجد الكبريت في الغلاف الجوي في الغالب على شكل SO 2، وينشأ معظم SO 2 في الغلاف الجوي من الأنشطة البشرية مثل احتراق الوقود الأحفوري، وتلعب العمليات الطبيعية مثل الانفجارات البركانية أيضًا دورًا أساسيًا في زيادة تركيز SO 2 في الغلاف الجوي.
يتبع SO 2 H 2 S، والذي يمثل غازًا مهمًا آخر موجودًا في الغلاف الجوي، والمصدر الأساسي لـ H 2 S في الغلاف الجوي هو الغاز المنطلق بفعل الميكروبات على الكائنات الحية الميتة المتحللة.
تتحلل الميكروبات الموجودة في الموائل الأرضية والمائية على حد سواء الأشكال العضوية وغير العضوية اللاهوائي، ينتج عن التحلل اللاهوائي إطلاق H 2 S، والذي يتأكسد بعد ذلك في الهواء ليشكل SO 2.
عادة ما تكون الكائنات الحية الدقيقة المختزلة للكبريتات التي تشارك في عملية التحلل لا هوائية حيث تنتج H 2 S من الشكل المؤكسد للكبريت.
الكبريت في المحيط الحيوي
يتم إدخال الكبريت إلى المحيط الحيوي بإحدى طريقتين، إما من الغلاف الجوي أو من تجوية الصخور، وفي كلا الحالتين، ينتقل الكبريت في النهاية إلى التربة ثم المحيط
يساعد الكبريت الموجود في الغلاف الجوي على تكوين السحب من خلال زيادة عدد قطرات السحب وتقليل حجمها، وتتساقط جزيئات الكبريت، المعروفة باسم الهباء الجوي، من الغلاف الجوي إلى المحيط الحيوي
يصل ثاني أكسيد الكبريت الموجود في الغلاف الجوي إلى البيئة البحرية، حيث يذوب الغاز في مياه الأمطار ويتحول إلى قطرات ضعيفة من حمض الكبريتيك. بالإضافة إلى ذلك، تنتقل الكبريت من الصخور إلى التربة والماء من خلال التجوية الكيميائية في عملية التآكل الجذري، ويتم إطلاق الكبريت في الهواء أيضا عن طريق التجوية، حيث يتحول جزء منه إلى كبريتات.
امتصاص النبات والحيوان للكبريت
- عند وصول الكبريت إلى المحيط الحيوي الأرضي والمائي، يتم امتصاصه بواسطة النباتات والكائنات الحية الدقيقة، ومن بين هذه الكائنات مجموعة من البكتيريا تسمى بكتيريا الكبريت الخضراء، وهي بكتيريا ضوئية ذاتية التغذية تستخدم الكبريت كشكل من أشكال الطاقة
- تساعد الكائنات الحية الدقيقة الأخرى الموجودة في التربة على توفير الكبريت للنباتات، بحيث يمكن للنباتات استهلاكه عن طريق الماء في التربة
- ثم يتم استخدام الكبريت الذي تمتصه الكائنات الحية في تكوين الجزيئات الحيوية مثل البروتينات والنيوكليوتيدات.
- في النظام البيئي للمحيطات، تستخدم الكائنات الحية الدقيقة ذات التغذية الكيميائية الكبريت لإنتاج مركبات عضوية على شكل كبريتات.
التحرر والإفراج
- ينتقل الكبريت الموجود في المحيط الحيوي عبر السلسلة الغذائية، حيث يتغذى المستهلكون على المنتجين ويصل إلى سلاسل الميكروبات
- يقع الكبريت الذي لا يدور في أعماق الموائل البرية والبحرية ويبقى هناك في شكل مركب (FeS) في الصخور.
- يخضع الكبريت في السلسلة الغذائية بعد ذلك لعملية التحلل، وتحويل الكبريتات إلى كبريتيدات بحيث يمكن إعادتها إلى الغلاف الجوي.
- تعمل بكتيريا تقليل الكبريت على الأشكال العضوية للكبريت لتكوين أشكال غير عضوية مثل كبريتيد الهيدروجين (H 2 S)، والذي يتم تقليله إلى S.
- يعود الكبريت الموجود في الالغلاف الصخري أيضًا إلى الغلاف الجوي بسبب النشاط البركاني
أمثلة على دورة الكبريت
فيما يلي بعض الأمثلة على خزانات الكبريت التي تشارك في دورة الكبريت:
الغلاف الجوي
يوجد الكبريت على شكل ثاني أكسيد الكبريت وكبريتيد الهيدروجين في الغلاف الجوي، والذي يعتبر أحد مواقع تخزين الكبريت. ويتم الحصول على الكبريت في الغلاف الجوي سواء من النشاطات البشرية على الأرض أو العمليات الطبيعية مثل التجوية الكيميائية والأنشطة الميكروبية
يصل الكبريت إلى المحيط الحيوي في الغلاف الجوي إما عن طريق هطول الأمطار أو على شكل تداعيات، ومع استمرار دورة الكبريت، يدور الكبريت من الغلاف الجوي إلى المحيط الحيوي ويعود إلى الغلاف الجوي
المحيط الحيوي
يتكون المحيط الحيوي من كائنات حية تشمل النباتات والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة، وتلعب الكائنات الحية الدقيقة دورًا مهمًا في دورة الكبريت بين هذه الكائنات
يوجد الكبريت في الغلاف الحيوي في كل من الأشكال العضوية وغير العضوية، حيث يبقى الشكل غير العضوي في التربة بينما يتحرك الشكل العضوي عبر السلسلة الغذائية.
تشمل دورة الكبريت دورة دوران الكبريت من الغلاف الجوي إلى المحيط الحيوي ومن ثم العودة إلى الغلاف الجوي
تؤثر الأنشطة البشرية، مثل إضافة الأسمدة الاصطناعية الغنية بالكبريت، على دورة الكبريت في المحيط الحيوي، ومع ذلك، يمكن للمحيط الحيوي أيضًا أن يعمل كمغسلة للكبريت، حيث يمكن للعديد من الكائنات الحية تناول الكبريت كمعدن لنموها وتطورها
أهمية دورة الكبريت
الكبريت هو عنصر أساسي ومكون مهم للجزيئات الحيوية مثل البروتينات والأحماض النووية، وبالتالي، فهم دورة الكبريت يساعد في فهم الجزيئات الحيوية ووظائفها
- الدورة الكبريتية ضرورية لتوازن تركيز الكبريت في خزانات مختلفة لجعل الأرض مكانًا مضيافًا للحياة
- الكبريت موجود في الطبيعة بشكل مشترك مع عناصر أخرى مثل النيتروجين والحديد والفوسفور، وبالتالي فإن دورة الكبريت تؤثر أيضًا على توفر العناصر الأخرى
- الكبريت بكتيريا ذاتية التغذية، وهي كائنات كيميائية تستطيع تحويل الطاقة الكيميائية إلى أشكال أخرى من خلال السلسلة الغذائية، مما يزيد من الكتلة الحيوية على الكوكب
- يستخدم تمعدن الكبريت كنظام لإدارة النفايات الطبيعية حيث يساعد في إعادة تدوير مركبات الكبريت
- تتمثل العمليات البيولوجية التي تحدث في النظام البيئي الأرضي في دورة الكبريت في زيادة توافر الكبريت للنباتات والكائنات الحية الدقيقة
- يُساعد فهم آلية دورة الكبريت على فهم الفسيولوجيا للكائنات الحية الدقيقة المختلفة التي تشارك في هذه العملية
- مسارات التمثيل الغذائي للكبريت في مختلف البكتيريا لها آثار طبية مهمة حيث أن بعض الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض مثل المتفطره السليه تستخدم الكبريت كمصدر للطاقة.
التأثيرات البشرية على دورة الكبريت
- يزيد حرق الوقود الأحفوري وأشكال الاحتراق الأخرى من تركيز ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى بعض الاختلال في تركيز الكبريت على الأرض.
- يمكن أن تؤثر إضافة الأسمدة الاصطناعية إلى التربة على خصوبتها ونمو النباتات والأنشطة الميكروبية الموجودة فيها
- تتسبب عمليات تكرير البترول والمعالجة الصناعية في إطلاق حامض الكبريتيك وثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي
- يؤدي ثاني أكسيد الكبريت إلى زيادة درجة حرارة الأرض، حيث تزيد الجزيئات المتكونة من الغازات في السحب من حجمها، ويتسبب زيادة ثاني أكسيد الكبريت في السحب إلى زيادة هطول الأمطار الحمضية على الأرض.
- يؤدي التطور الصناعي وزيادة عدد سكان العالم والتحول إلى الميكنة في الزراعةوالحراجة إلى تغيير مساحات شاسعة من المناظر الطبيعية التي لم تتعرض للإضطراب من قبل، وهذا يؤدي فيما بعد إلى تغيير في المحيط الحيوي الأرضي.