الدورات الطبيعية في البيئة
الأنظمة البيئية المختلفة تحتوي على أحياء وجمادات متنوعة، وتشمل الجمادات الكثير من المواد الأساسية والضرورية لحياة الكائنات الحية التي تعيش في هذه الأنظمة البيئية. وتحتاج الأحياء وتستهلك بشكل كبير ودائم للغاية المواد مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والماء، ولا تنفذ هذه المواد لوجود أنظمة طبيعية تعمل على إعادة تدويرها مرارا وتكرارا، مما يجعلها متوفرة بنسب متوازنة وثابتة وصالحة للاستخدام والاستهلاك مجددا في هذه الأنظمة البيئية المتعددة .
دورة الماء في الطبيعة
دورة المياه تعرف أيضا بالدورة الهيدرولوجية، وهي حركة مستمرة للمياه بين القارات والمحيطات والغلاف الجوي. فالمياه توجد في الكرة الأرضية في ثلاث حالات، وهي
الحالة السائلة
المياه توجد بشكل كبير في الكرة الأرضية على شكل سائل، حيث تمثل 70% من سطح الأرض، وأغلبية المياه السائلة موجودة في المحيطات. وذلك لأن المحيطات تحتوي على 96% من إجمالي حجم المياه على سطح الأرض، بينما توجد بكميات قليلة في شكل الأنهار والبحيرات العذبة والمياه الجوفية.
الحالة الصلبة
مثل الثلج والجليد.
الغازات أو بخار الماء
تحتوي الغلاف الجوي على كميات قليلة من الغازات وبخار الماء.
مراحل دورة المياه
دورة المياه تمر بعدة مراحل وهي:
التبخر
عملية التبخر تعني تحول المياه على سطح الأرض من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية ثم انتقالها إلى الغلاف الجوي، وهي عملية رئيسية في دورة المياه، وتعتمد عملية التبخر على العديد من العوامل المؤثرة، ويمكن أن تحدث في العديد من الحالات
التسامي
هي عملية تحوُّل الجليد أو الثلج مباشرةً من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية.
النتح
تشير هذه العملية إلى التبخر الذي يحدث في أوراق النباتات، حيث يتم تبخير الماء عن طريق الثغرات الدقيقة أو المسامات الموجودة في الأوراق.
التبخر الكلي
هو عملية التبخر التي تنتج عن الثلوج والجليد ومياه التربة والنباتات وجميع الأسطح معا، حيث يتحولون إلى بخار.
التكاثف
و هو عبارة عن العملية العكسية للتبخر، وذلك لان المياه تتحول من حالة البخار إلى الحالة السائلة، وان ذلك تحدث عند احتواء الهواء على كمية من بخار الماء، ويجب ان تكون هذه الكمية من البخار الذي يحمله الهواء أكبر من الحد الأعلى الذي يمكن ان يستطيع استقباله في درجة الحرارة السائدة، و التكاثف يحدث بسبب البرودة أو عند اختلاط كتل هوائية ذات درجات حرارة مختلفة، وعندما بخار الماء يتحرر من الغلاف الجوي ينتج عنه هطول الأمطار.
الهطول
تهطل الأمطار نتيجة لعملية التكاثف في الغلاف الجوي، وتعتبر الهطول واحدة من الطرق التي يتم فيها تدوير المياه من الغلاف الجوي إلى المحيطات أو الأرض في حالة المياه السائلة كالأمطار، أو المياه الصلبة مثل البرد والثلج .
الضباب لا يعتبر هطولًا للأمطار لأن الماء الموجود في الضباب لا يتكاثف ولا يتحول إلى سائل ثم يسقط على الأرض، ولكن الضباب يعتبر جزءًا من دورة المياه لأنه يشكل ماءً معلقًا في الغلاف الجوي.
عمليات أخرى يمر بها الماء
كما ذكرنا سابقاً، تتضمن دورة المياه في الطبيعة عمليات أساسية مثل التبخر والتكاثف والهطول، بالإضافة إلى عمليات أخرى
الجريان السطحي
يحدث ذوبان الجليد نتيجة ذوبان الأنهار الجليدية والثلوج، مما يؤدي إلى تشكيل تيارات أو برك مائية مشابهة لذوبان الجليد.
التبخر النتحي
الطريقة هي مزيج لعمليتي التبخر والنتح، ويمكن استخدامها في بعض الأحيان لتقييم حركة المياه في الغلاف الجوي.
دورة الأكسجين في الطبيعة
الأكسجين متواجد بتركيز عال جدا في قشرة الأرض بنسبة 46.4%، ويوجد في الغلاف الجوي بنسبة 21%، وكذلك في الغلاف المائي والحيوي.
وينتقل الاكسجين من مستودع لآخر داخل النظام البيئي كالآتي:
عملية البناء الضوئي
يحدث هذا العملية في النباتات الخضراء والطحالب الخضراء، ويتم إنتاج معظم الأوكسجين الجوي (O2).
التحلل الضوئي للماء
حيث ان هذه العملية تعمل علي انتاج كمية قليلة من (O2) وذلك بسبب تأثير الأشعة فوق البنفسجية على جزيئات الماء وفي الظاهر أن كمية الأكسجين في حالة تزايد مستمرة، ولكن نجد الحقيقة غير ذلك وذلك لأنها توجد حالة من التوازن فالأكسجين يستهلك ويتحد مع غيره من العناصر وذلك بفعل:
التنفس
الاحتراق التدريجي هو عملية احتراق بطيء تتم عبر مراحل مختلفة، حيث تتحكم إنزيمات خاصة بكل مرحلة حتى لا يتم إطلاق الطاقة في مرة واحدة.
تحلل المواد العضوية
عند وجود المواد العضوية، يؤدي عدم وجود الأوكسجين إلى استهلاك الأوكسجين المذاب في الماء، كما يتم استهلاك الأوكسجين في حال وجوده ضمن البيئة الهوائية المحيطة بالمواد العضوية في هذه العملية.
احتراق الوقود الأحفوري
عند احتراق الوقود الأحفوري، يتحد الأكسجين الحر مع النيتروجين أو الكربون أو الكبريت أو الهيدروجين وغيرها، ويتكون عنها أكاسيد غازية مثل (SO2، NO2، CO2) ولا تصعد إلى الأعلى في الغلاف الجوي.
يحدث الآتي: بالنسبة لغاز ثاني أكسيد الكربون (CO2)، يستخدم معظمه في عملية التمثيل الضوئي ويتم استكمال دورة الأكسجين في هذا المسار. وتتفاعل كمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون (CO2) مع الماء لتشكيل HCO-3/CO2-3، مما يؤدي إلى تثبيت الأكسجين في صخور الحجر الجيري (CaCO3). وفي هذه الحالة، يمكننا أن نقول: إن دورة الأكسجين لم تكتمل في هذا المسار.
تعد دورة وانثاني أكسيد الكربون جزءاً لا يتجزأ من هذه الدورات.