ملاحظات قصيرة عن دورة الكربون ودورة النيتروجين ودورة الكبريت (2158 كلمة)
ملاحظات قصيرة عن دورة الكربون ودورة النيتروجين ودورة الكبريت!
المواد المختلفة بما في ذلك المواد المغذية والمعادن المختلفة تتحرك في النظام البيئي بطريقة دورية. وتعرف الاحتياطيات الرئيسية أو حجرة التخزين الخاصة بالمواد باسم الخزانات. عندما يكون الخزان الرئيسي للمغذيات موجودًا في الغلاف الجوي ، يُعرف بالدورة الغازية ، على سبيل المثال دورة النيتروجين ، التي تحتوي على خزانها في شكل غاز النيتروجين (N2) الذي يشكل حوالي 78٪ من الغلاف الجوي.
عندما يكون الخزان في القشرة الأرضية أو الرواسب ، فإنه يعرف باسم دورة رسوبية ، مثل دورة الفسفور ، التي لديها احتياطيها كصخور فوسفاتية. دورة الكبريت هي مثال على نوع وسيط ، والتي لديها خزان في كل من التربة والجو.
قد تكون حركة المواد من خزان إلى آخر مدفوعة بالعوامل المادية مثل طاقة الرياح أو الجاذبية. قد يكون أيضًا بسبب الطاقة الكيميائية ، على سبيل المثال ، عندما يصل الجسم المائي إلى الإشباع - يكون الخزان ممتلئًا كيميائيًا ، وبالتالي لا يمكن أن يحمله على هذا النحو.
ثم يتم ترسيخ المواد عادة. ويعرف متوسط الوقت الذي تبقى فيه مادة (جزيء مادة ما) في خزان ما في وقت الإقامة.
المواد الغذائية مثل الكربون والنيتروجين والكبريت والأكسجين والهيدروجين والفوسفور وما إلى ذلك تتحرك في مسارات دائرية من خلال المكونات الحيوية واللاحيوية وتعرف باسم الدورات البيوجيوكيميائية.
يتحرك الماء أيضًا في دورة تعرف باسم الدورة الهيدرولوجية. المواد المغذية للتنقل عبر السلسلة الغذائية والوصول في نهاية المطاف إلى حجرة المخلفات (التي تحتوي على المادة العضوية الميتة) حيث تقوم الكائنات الحية الدقيقة المختلفة بالتحلل.
يتم تحويل المواد المغذية المتنوعة العضوية من النباتات والحيوانات الميتة إلى مواد غير عضوية عن طريق التحلل الميكروبي التي تستخدمها النباتات (المنتجون الأوليون) بسهولة وتبدأ الدورة من جديد.
1. دورة الكربون:
دورة الكربون هي الدورة البيوجيوكيميائية التي يتم من خلالها تبادل الكربون بين المحيط الحيوي ، والغلاف الجوي ، والغلاف الأرضي ، والغلاف المائي ، والغلاف الجوي للأرض. إنها واحدة من أهم دورات الأرض وتسمح بإعادة تدوير الكربون وإعادة استخدامه في جميع أنحاء المحيط الحيوي وكافة الكائنات الحية.
دورة الكربون هي سلسلة معقدة من العمليات التي تدور خلالها جميع ذرات الكربون الموجودة. كان من الممكن أن يكون الخشب الذي تم حرقه منذ بضعة عقود فقط قد أنتج ثاني أكسيد الكربون الذي أصبح من خلال عملية التمثيل الضوئي جزءًا من النبات. عندما تأكل هذا النبات ، يمكن أن يصبح نفس الكربون من الخشب المحترق جزءًا منك. دورة الكربون هي إعادة تدوير طبيعية كبيرة من ذرات الكربون.
بدون الأداء السليم لدورة الكربون ، يمكن تغيير كل جانب من جوانب الحياة بشكل كبير. تتفاعل النباتات والحيوانات والتربة لتشكل الدورات الأساسية للطبيعة. في دورة الكربون ، تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وتستخدمه ، جنبا إلى جنب مع المياه التي تحصل عليها من التربة ، لجعل المواد التي يحتاجونها للنمو. تتضمن عملية التمثيل الضوئي ذرات الكربون من ثاني أكسيد الكربون إلى السكريات.
فالحيوانات ، مثل الأرنب ، تأكل النباتات وتستخدم الكربون لبناء أنسجتها الخاصة. حيوانات أخرى ، مثل الثعلب ، تأكل الأرنب ثم تستخدم الكربون لاحتياجاتهم الخاصة. هذه الحيوانات تعيد ثاني أكسيد الكربون إلى الهواء عندما تتنفس ، وعندما تموت ، حيث يتم إرجاع الكربون إلى التربة أثناء التحلل. يمكن استخدام ذرات الكربون في التربة في نبات جديد أو كائنات دقيقة صغيرة. الخزانات الرئيسية التالية للكربون مرتبطة بمسارات التبادل:
أنا. الجو.
ثانيا. المحيط الحيوي الأرضي ، والذي عادة ما يتم تعريفه ليشمل أنظمة المياه العذبة والمواد العضوية غير الحية ، مثل كربون التربة.
ثالثا. المحيطات ، بما في ذلك الكربون غير العضوي المذاب والكائنات الحية الحية وغير الحية.
د. الرواسب بما في ذلك الوقود الأحفوري
5. باطن الأرض ، يتم إطلاق الكربون من غلاف الأرض والقشرة إلى الغلاف الجوي والغلاف المائي بواسطة البراكين وأنظمة الطاقة الحرارية الأرضية.
الحركات السنوية للكربون ، تبادل الكربون بين الخزانات ، تحدث بسبب مختلف العمليات الكيميائية والفيزيائية والجيولوجية والبيولوجية. يحتوي المحيط على أكبر تجمع نشط للكربون بالقرب من سطح الأرض ، ولكن الجزء المحيط العميق من هذا المجمع لا يتبادل بسرعة مع الغلاف الجوي في غياب تأثير خارجي ، مثل تسرب مياه الآبار العميقة غير المسيطر عليها.
تعتبر ميزانية الكربون العالمية هي ميزان التبادل (الدخل والخسائر) للكربون بين مكامن الكربون أو بين حلقة محددة دورة الكربون.
يتم إطلاق الكربون في الغلاف الجوي بعدة طرق:
أنا. من خلال التنفس الذي تقوم به النباتات والحيوانات. هذا تفاعل طارد للحرارة وهو ينطوي على تحطيم الجلوكوز (أو جزيئات عضوية أخرى) في ثاني أكسيد الكربون والماء.
ثانيا. من خلال تحلل المادة الحيوانية والنباتية. تقوم الفطريات والبكتيريا بتكسير مركبات الكربون في الحيوانات والنباتات الميتة وتحويل الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون في حالة وجود الأكسجين أو الميثان إن لم يكن.
ثالثا. من خلال احتراق المواد العضوية التي تؤدي إلى أكسدة الكربون الذي يحتوي عليه ، وإنتاج ثاني أكسيد الكربون (وأشياء أخرى ، مثل بخار الماء). حرق الوقود الأحفوري مثل الفحم ، والمنتجات النفطية يطلق ثاني أكسيد الكربون. حرق الوقود الزراعي أيضا يطلق ثاني أكسيد الكربون
د. الانفجارات البركانية وتحول الغازات في الغلاف الجوي. الغازات البركانية هي في المقام الأول بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت.
v يتم نقل الكربون داخل المحيط الحيوي مع تغذية الكائنات غيرية التغذية على الكائنات الحية الأخرى أو أجزائها (مثل الفواكه). وهذا يشمل امتصاص المواد العضوية الميتة (المخلفات) بالفطريات والبكتيريا للتخمير أو التسوس.
السادس. يترك معظم الكربون المحيط الحيوي من خلال التنفس. عندما يكون الأكسجين موجودًا ، يحدث التنفس الهوائي ، الذي يطلق ثاني أكسيد الكربون في الهواء المحيط أو الماء ، بعد تفاعل C 6 H 12 O 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O. وبخلاف ذلك ، يحدث التنفس اللاهوائي ويطلق الميثان إلى البيئة المحيطة ، التي تجعل طريقها في النهاية إلى الغلاف الجوي أو الغلاف المائي (مثل غاز المستنقعات أو انتفاخ البطن).
تداول ثاني أكسيد الكربون:
أنا. تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.
ثانيا. خلال عملية التمثيل الضوئي ، تحتوي النباتات على ذرات الكربون من ثاني أكسيد الكربون إلى السكريات.
ثالثا. فالحيوانات ، مثل الأرنب ، تأكل النباتات وتستخدم الكربون لبناء أنسجتها الخاصة ، وتسلسل محتوى الكربون
د. من خلال السلسلة الغذائية ، يتم نقل الكربون إلى الثعالب والأسود إلخ.
v. تقوم الحيوانات بإرجاع ثاني أكسيد الكربون في الهواء عندما تتنفس ، وعندما تموت ، حيث يتم إرجاع الكربون إلى التربة أثناء التحلل
في حالة المحيط:
في مناطق تسطح المحيطات ، يتم إطلاق الكربون في الغلاف الجوي. وعلى العكس من ذلك ، فإن المناطق التي ينزل فيها البئر تنقل الكربون (CO 2 ) من الغلاف الجوي إلى المحيط. عندما يدخل ثاني أكسيد الكربون إلى المحيط ، فإنه يشارك في سلسلة من التفاعلات التي تكون محليا بالتوازن:
أنا. تحويل ثاني أكسيد الكربون (الغلاف الجوي) إلى CO 2 (مذاب).
ثانيا. تحويل ثاني أكسيد الكربون (مذاب) إلى حمض الكربونيك (H 2 CO 3 ).
ثالثا. تحويل حمض الكربونيك (H 2 CO 3 ) إلى أيون بيكربونات.
د. تحويل أيون البيكربونات إلى أيونات كربونية.
في المحيطات ، يمكن للكربونات الذائبة أن تتحد مع الكالسيوم الذائب لترسب كربونات الكالسيوم الصلبة ، كربونات الكالسيوم CaCO 3 ، معظمها كأصداف الكائنات الحية المجهرية. عندما تموت هذه الكائنات ، تغرق قذائفها وتتراكم في قاع المحيط. مع مرور الوقت تشكل هذه الرواسب الكربونية الحجر الجيري الذي يعتبر أكبر خزان للكربون في دورة الكربون.
يأتي الكالسيوم الذائب في المحيطات من التجوية الكيميائية لصخور سيليكات الكالسيوم ، والتي تتفاعل خلالها الأحماض الكربونية والأحماض الأخرى في المياه الجوفية مع المعادن الحاملة للكالسيوم التي تحرر أيونات الكالسيوم إلى المحلول وتترك وراءها بقايا معادن طينية غنية بالألومنيوم مشكلة حديثًا. المعادن غير قابلة للذوبان مثل الكوارتز.
يتأثر تدفق ثاني أكسيد الكربون أو امتصاصه في محيطات العالم بوجود فيروسات واسعة الانتشار في مياه المحيطات تصيب العديد من أنواع البكتيريا. وينتج عن الوفيات البكتيرية الناتجة سلسلة من الأحداث التي تؤدي إلى زيادة كبيرة في تنفس ثاني أكسيد الكربون ، مما يعزز دور المحيطات كمغسلة للكربون.
2. دورة النيتروجين :
دورة النيتروجين عبارة عن مجموعة من العمليات البيوجيوكيميائية التي يخضع فيها النتروجين للتفاعلات الكيميائية ، وتتشكل التغييرات ، وتتحرك عبر مكامن الاختلاف على الأرض ، بما في ذلك الكائنات الحية.
مطلوب النيتروجين لجميع الكائنات الحية للعيش والنمو لأنه هو العنصر الأساسي في الحمض النووي ، الحمض النووي الريبي ، والبروتين. ومع ذلك ، لا يمكن لمعظم الكائنات الحية استخدام النيتروجين في الغلاف الجوي ، أكبر خزان. العمليات الخمس في دورة النيتروجين
أنا. تثبيت النيتروجين
ثانيا. امتصاص النيتروجين
ثالثا. تمعدن النيتروجين
د. النترجة
ضد نزع النترتة
يؤثر البشر على دورة النيتروجين العالمية في المقام الأول من خلال استخدام الأسمدة النيتروجينية.
تثبيت النيتروجين: N 2 -> NH 4 +
تثبيت النيتروجين هو العملية التي يتم فيها تحويل N2 إلى الأمونيوم ، لأنها الطريقة الوحيدة التي يمكن للكائنات الحية الحصول على النيتروجين مباشرة من الغلاف الجوي. بعض البكتيريا ، على سبيل المثال تلك الموجودة بين جنس Rhizobium ، هي الكائنات الحية الوحيدة التي تثبت النيتروجين من خلال عمليات التمثيل الغذائي.
غالبًا ما تشكل البكتيريا المثبتة للنيتروجين علاقات تكافلية مع النباتات المضيفة. ومن المعروف أن هذا التكافل يحدث في عائلة النباتات البقولية (مثل الفول والبازلاء والبرسيم). في هذه العلاقة ، تسكن البكتيريا المثبتة للنيتروجين عقيدات جذر البقوليات وتتلقى الكربوهيدرات وبيئة مواتية من النباتات المضيفة لهم مقابل بعض النيتروجين الذي يقومون بإصلاحه. هناك أيضا البكتيريا المثبتة للنيتروجين الموجودة بدون مضيفات النباتات ، والمعروفة باسم مثبتات النيتروجين المعيشة الحرة. في البيئات المائية ، تعتبر الطحالب الخضراء المزرقة (وهي في الحقيقة جراثيم تُدعى البكتيريا الزرقاء cyanobacteria) مثبِّتًا هامًا للنتروجين يعيش بحرية.
II. امتصاص النيتروجين: NH 4 + -> Organic N
وعادة ما يتم دمج الأمونيا المنتجة بواسطة بكتيريا تثبيت النيتروجين بسرعة في البروتينات ومركبات النيتروجين العضوية الأخرى ، إما عن طريق النبات العائل أو البكتيريا نفسها أو أي كائن آخر من التربة.
III. تمعدن النيتروجين: عضوي N -> NH 4 +
بعد دمج النيتروجين في المادة العضوية ، فإنه غالباً ما يتم تحويله مرة أخرى إلى نيتروجين غير عضوي عن طريق عملية تسمى تمعدن النيتروجين ، والمعروفة باسم الانحلال. عندما تموت الكائنات الحية ، تستهلك المُحلِّلات (مثل البكتيريا والفطريات) المادة العضوية وتؤدي إلى عملية التحلل.
خلال هذه العملية ، يتم تحويل كمية كبيرة من النيتروجين الموجود داخل الكائن الميت إلى الأمونيوم. مرة واحدة في شكل الأمونيوم ، النيتروجين متاح للاستخدام من قبل النباتات أو لمزيد من التحول إلى نترات (NO 3 - ) من خلال عملية تسمى النترجة.
IV. النترجة: NH 4 + -> NO 3 -
يتم تحويل بعض الأمونيوم الناتج عن التحلل إلى نترات عبر عملية تسمى النترجة. البكتيريا التي تنفذ هذا التفاعل تكتسب طاقة منه. تتطلب النترجة وجود الأكسجين ، لذلك يمكن أن يحدث النترجة فقط في البيئات الغنية بالأكسجين مثل المياه المتداولة أو المتدفقة والطبقات السطحية من التربة والرواسب. عملية النترتة لها بعض النتائج الهامة.
تكون أيونات الأمونيوم مشحونة بشكل إيجابي وبالتالي يتم لصقها (يتم امتصاصها) بجسيمات الطين المشحونة سلبًا والمواد العضوية للتربة. تمنع الشحنة الإيجابية من غسل النيتروجين الأمونيوم من التربة (أو ترشحه) عن طريق هطول الأمطار.
وعلى النقيض من ذلك ، لا تحتفظ جزيئات التربة بأيونات نيترات مشحونة سلبًا ، وبالتالي يمكن غسلها أسفل التربة ، مما يؤدي إلى انخفاض خصوبة التربة وإثراء النترات في سطح مجرى النهر والمياه الجوفية.
V. nitrification: NO 3 - -> N 2 + N 2 O
من خلال إزالة النترتة ، يتم تحويل الأشكال المؤكسدة من النيتروجين مثل النترات والنتريت (NO 2 ) إلى ثنائي النيتروجين (N 2 ) ، وإلى حد أقل ، غاز أكسيد النيتروز. إزالة النتروجين هو عملية لا هوائية تنفذ بواسطة البكتيريا المستخلصة من النتروجين ، والتي تحول النيترات إلى نيتروجين في التسلسل التالي:
NO 3 - -> NO 2 - -> NO -> N 2 O -> N 2
أكسيد النيتريك وأكسيد النيتروز كلاهما من الغازات المهمة بيئياً. يسهم أكسيد النيتريك (NO) في الضباب الدخاني ، وأكسيد النيتروز (N 2 O) هو أحد غازات الدفيئة الهامة ، مما يسهم في تغير المناخ العالمي.
3. دورة الكبريت:
الكبريت هو أحد المكونات التي تشكل البروتينات والفيتامينات. تتكون البروتينات من الأحماض الأمينية التي تحتوي على ذرات الكبريت. الكبريت مهم لعمل البروتيين والإنزيمات في النباتات ، وفي الحيوانات التي تعتمد على النباتات للكبريت.
يدخل الغلاف الجوي من خلال المصادر الطبيعية والبشرية. يمكن أن تكون الموارد الطبيعية على سبيل المثال الانفجارات البركانية أو العمليات البكتيرية أو التبخر من الماء أو الكائنات الحية المتحللة. عندما يدخل الكبريت الغلاف الجوي من خلال النشاط البشري ، فإن هذا هو أساسًا العمليات الصناعية التي تنبعث منها غازات ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وكبريتيد الهيدروجين (H2S) على نطاق واسع.
عندما يدخل ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي فإنه يتفاعل مع الأكسجين لإنتاج غاز أكسيد الكبريت الثلاثي أكسيد الكبريت (SO 3 ) ، أو مع مواد كيميائية أخرى في الغلاف الجوي ، لإنتاج أملاح الكبريت. قد يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الماء لإنتاج حمض الكبريتيك (H 2 SO 4 ). كما يمكن إنتاج حامض الكبريتيك من ثنائي ميثيل سلفيد ، الذي ينبعث إلى الغلاف الجوي بواسطة أنواع العوالق.
كل هذه الجسيمات سوف تستقر على الأرض ، أو تتفاعل مع المطر وتعود إلى الأرض كترسب حمضي. ثم يتم امتصاص الجسيمات من قبل النباتات مرة أخرى ويتم إطلاقها مرة أخرى في الغلاف الجوي ، بحيث تبدأ دورة الكبريت من جديد.
أنا. الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط هي موارد طاقة بالغة الأهمية التي يتم استنفادها.
ثانيا. تنتج الموارد القائمة على الوقود الهيدروكربوني مستويات التلوث وغازات البيت الأخضر. ترتبط إدارتها بالتكنولوجيا المحسنة وإيجاد مصادر بديلة للطاقة تأخذ ذلك في الاعتبار.
ثالثا. إن الاستخدامات الحصيفة والمستدامة للموارد على المستويين الفردي والجماعي يمكن أن تفيد قطاعًا عريضًا من المجتمع كما تلبي أجيال المستقبل.
