الدورات الكيميائية الارضية الأحيائية

تعد حركة العناصر الرئيسة وانتقالها مثل الكاربون والهيدروجين والأوكسجين والنتروجين والفسفور والكبريت بين المكونات الحية وغير الحية للنظام البيئي من الامور المهمة التي تؤدي إلى معرفة ذلك النظام ، إذ أن انتقال هذه العناصر من حالة لاعضوية إلى حالة عضوية وبالعكس يؤدي إلى الاختلاف والتباين بين انواع الكائنات الحية واعدادها من منطقة إلى أخرى على وفق سرعة الانتقال أو التحويل هذه العناصر ، كونها تشارك في بنية الخلية الحية ومن ثم بنية الكائن الحي .

وتسمى دورة العناصر المختلفة بين الكائن الحي ومحيطـه ثم رجوعها إلى الكائن الحي بدورة العناصر البيوجيوكيميائية ( Biogeochemical Cycle ان العلاقة بين الكائن الحي والمحيط الذي يعيش فيه مع كائنات حية أخرى ومكونات غير إحيائية هي علاقة معقدة جدا ، وتفهم هذه العلاقة بين العناصر الأساسية جميعها . والكائنات الحية هي القاعدة المتينة التي يستند اليها ادراك المفاهيم الاساسية لتشعبات علم البيئة . بشكل عام توضح دورات العناصر الانسياب الدوري لهذه العناصر من المحيط اللاإحيائي إلى داخل الكائن الحي ضمن الفعاليات الحيوية ، وعودتها إلى المحيط اللاإحياتي مرة أخرى عن طريق فعاليات الإحتراق والأكسدة والتحلل في هذه الكائنات .

فيما يأتي ايجاز لبعض الدورات في الطبيعة دورة الماء ( Hydrologic Cycle )

 تعتمد صيغ الحياة كلها على الماء ، إذ يشكل الماء النسبة الأعلى في بنية الكائن الحي وتتراوح هذه النسبة بين 60-90 % من الوزن الطري لمعظم الاحياء بصورة عامة ونادراً ما تنخفض هذه النسبة كما هو الحال في بذور النباتات الجافة حتى تصل إلى حدود 10 % من وزنها الطري في حين ترتفع النسبة لتصل إلى ما يزيد عن 90 % كما في كائنات اخرى م ثل نبات الخيار والرقي وبعض قناديل البحر تشكل مياه البحار والمحيطات أكثر من 70 % من المساحة الكلية للكرة الأرضية . والماء ينتقل بين اليابسة والجو والمسطحات المائية ، وتقوم أشعة الشمس التي تشكل المصدر الحراري الرئيس في الأرض بتبخير جزيئات الماء ( المياه السطحية والنتح في النباتات التي تتجمع على هيئة غيوم تنتقل بفعل التيارات الهوائية إلى مواقع مختلفة ، وعندما تبرد الغيوم بفعل طبقات الجو الباردة تتحول إلى مياه أو ثلوج تسقط على سطح الأرض حيث تستخدم الاحياء بعضاً منها ، وبعضها يجري على سطح التربة على هيئة مياه سطحية كالأنهار والسيول ، ومن ثم تعود إلى البحار والمحيطات ، والبعض الآخر من المياه يستقر في الأرض بصورة مياه جوفية وهذه الأخيرة تعاد إلى سطح الأرض بشكل ينابيع أو باستخدام المضخات لاستخراجها منها ومن ثم تعود إلى البحار والمحيطات ، وتتكرر هذه الدورة  .

دورة الكاربون

 ( Carbon Cycle ) تعد دورة الكاربون من ابسط دورات العناصر بسبب تميز مكوناتها الرئيسة ، يوجد الكاربون في الحالة الغازية ( في الهواء ) على هيئة غاز ثنائي أوكسيد الكاربون ( CO ) ، وفي الحالة الصلبة ( في التربة ) على هيئة صخور جيرية ، وفي الحالة السائلة ( في الماء ) على هيئة ثنائي أوكسيد الكاربون الذائب أو أيونات البيكاربونات ان تتحول مركباته من حالة إلى أخرى . تثبت النباتات الخضر غاز ثنائي أوكسيد الكاربون على هيئة مركبات كاربوهيدراتية ( سكريات ) من خلال عملية البناء الضوئي ، وعند تغذي الحيوانات آكلة العشب على النباتات تنتقل المواد الكاربونية عبر النظام الحيوي من النباتات إلى الحيوانات ثم يعود الكاربون إلى البيئة مرة اخرى من خلال عمل المحللات التي تحلل المواد العضوية بعد موت الكائنات الحية . قد يكون الكاربون في صورة املاح كاربونات غير عضوية كما هو الحال في وجوده في الاجزاء الصلبة لبعض الحيوانات مثل الاصداف ، وهذا النوع من الكاربون يبقى زمناً طويلاً . حيث ينتج الحجر الجيري من الترسبات البحرية للكاربونات الحيوانية وينتج الترسيب غير العضوي للكاربونات في المياه . كما يوجد الكاربون في رواسب عضوية من الفحم والنفط ، ويبقى هكذا إلى ان يطلق عند الاحتراق أو عند الانفجارات البركانية وعندها يعود إلى البيئة .

دورة النتروجين ( Nitrogen Cycle ) 

يعد النتروجين اكثر العناصر شيوعاً ضمن الغلاف الجوي ، حيث يحتوي الهواء 78 % من النتروجين بصورة غازية . وهو موجود في التربة بشكل نترات     (No) وأمونيا (NH) يمكن ان يمتصها النبات ويحولها إلى حوامض امينية ثم بروتينات مختلفة أو حوامض نووية داخل النبات ، كما يمكن لأيونات النترات والأمونيا ان تدخل في بنية البروتينات داخل جسم الحيوان الذي يتغذى على النباتات . ويمكن ان تتحلل هذه المواد العضوية بعد موت الكائنات الحية ، ويمكن لهذه المركبات النتروجينية أيضاً ان تتحلل إلى يوريا ومنتجات اخراجية أخرى . يتم تحلل المركبات النتروجينية في الطبيعة بطرائق عدة منها :

أ - التحلل البكتيري والفطري لاجسام الكائنات الحية بعد موتها ، وفي هذه الحالة يتم تثبيت النتروجين الحيوي بوساطة بعض انواع الطحالب الخضر المزرقة ، وكذلك بعض انواع البكتريا مثل بكتريا الرايزوبيوم      (Rhizobium) الموجودة في العقد الجذرية للنباتات البقولية ، حيث تقوم بتثبيت النتروجين الجوي وتحويله إلى مركبات يستطيع النبات الاستفادة منها

ب - التثبيت الفيزيائي للمركبات النتروجينية ، يتم عن طريق البرق والرعد حيث يعود النتروجين إلى صيغته الجوية بتأثير البكتريا النازعة للنتروجين خلال عملية نزع النتروجين ( Denitrification ) التي يشارك فيها أكثر من نوع من البكتريا ، لذا فأن الانسياب الدوري للنتروجين خلال جميع اجزاء النظام البيئي كلها يتطلب توازناً دقيقاً لفعل أنواع من البكتريا بحيث يحتفظ بالمستويات الصحيحة للمواد الغذائية الأولية النباتية من دون افراط في تراكم منتجات التحلل كالأمونيا . وهناك مصدر آخر للنتروجين هو الفعل البركاني . ويمكن رفد الترب الزراعية بالمركبات النتروجينية عند استعمال الاسمدة النتروجينية ، ولذا فأن دورة النتروجين دورة معقدة وتكون في نفس الوقت ثابتة ، اذ تمتاز في كل مرحلة من مراحلها بكونها مسيطراً عليها احيائياً ولا احيائياً .

دورة الفسفور ( Phosphorus Cycle ) 

تعد دورة الفسفور من الدورات الرسوبية  (Sedimentary Cycles) حيث تنتقل المواد من اليابسة إلى الماء ثم تعود إلى اليابسة مرة اخرى شكل. ان المخزن الاساس للفسفور هو الصخور الفوسفاتية في قشرة الأرض ، ومن خلال عوامل التعرية فأن الفسفور يصل إلى مصادر المياه ومن ثم إلى المحيطات ، فيترسب في قعر المحيط الضحل وقرب السواحل . والفسفور من العناصر الاساسية في جميع الكائنات الحية ، ويؤدي دوراً مهماً في كل خطوة من خطوات البناء العضوي ، فهو يشترك في تركيب الاحماض النووية في الخلية ( الدنا DNA والرنا RNA ) كما يوجد ضمن تركيب المركبات العضوية الأخرى للخلية كالدهون المفسفرة ومركبات الطاقة مثل ثلاثي فوسفات الادينوسين ( ATP ) . وتقوم النباتات بامتصاصه على هيئة فسفور لاعضوي والذي يكون اقل تواجداً في الطبيعة من النتروجين اللاعضوي . وان الخزين الاساس للفسفور في الطبيعة وكما ذكرنا سابقا هو الصخور الفوسفاتية ، فضلاً عن بقايا براز الطيور وفضلات الاسماك وترسبات الحيوانات المتحجرة .

يتحول الفسفور إلى فوسفات ذائبة مثل فوسفات الكالسيوم بفعل بكتريا الفوسفـات ( الفسفتة )  (Phosphotizing Bacteria) . تقوم النباتات بامتصاص الفوسفات الذائبة واستخدامها في بناء المركبات العضوية المختلفة ، كما تقوم الحيوانات بدورها بالتغذي على النباتات ومن ثم تنتقل المركبات العضوية إلى بنية الحيوانات التي يكون الفسفور جزءاً منها ، وعند موت الحيوانات والنباتات تتحول هذه المركبات العضوية بفعل البكتريا إلى ترسبات مثل الترسبات العظمية شكل .

الدورات الكيميائية الارضية الأحيائية