الدورات البيوجيوكيميائية
تدور العناصر الكيميائية التي تبني الحياة بلا نهاية بين الكائنات الحية والتربة والمياه والغلاف الجوي، ويكشف تتبع هذه الدورات عن كيفية ترابط النظم البيئية ونظام الأرض.
Definition
الدورات البيوجيوكيميائية هي المسارات التي تتحرك بها العناصر الكيميائية وتتحول بين الأقسام الحية والتربة والمائية والجوية للنظم البيئية ونظام الأرض.
Scope
يغطي هذا الموضوع الدورات العالمية ودورات النظم البيئية للعناصر الأساسية للحياة: دورة الكربون وتبادلها بين المحيط الحيوي والغلاف الجوي والمحيطات؛ ودورة النيتروجين مع التثبيت والنترجة ونزع النتروجين؛ ودورة الفوسفور؛ ودورة الكبريت؛ والدورة الهيدرولوجية كناقل للمغذيات الذائبة. ويتناول المخزونات والتدفقات، وأوقات المكوث، وكيف غير النشاط البشري هذه الدورات.
Core questions
- كيف تتحرك الكربون والنيتروجين والفوسفور بين الكائنات الحية والبيئة؟
- ما هي التحولات التي يمر بها كل عنصر في دورته؟
- كيف يتم قياس المخزونات والتدفقات وما الذي يحدد أوقات المكوث؟
- كيف غيرت الأنشطة البشرية الدورات البيوجيوكيميائية العالمية؟
Key theories
- المخزونات والتدفقات وأوقات المكوث
- تُوصَف كل دورة بمخزونات عنصر ما والتدفقات بينها، حيث تحدد نسبة حجم المخزون إلى التدفق وقت المكوث وتكشف عن الأقسام التي تستجيب بسرعة أو ببطء للاضطراب.
- التغيير البشري لدورات العناصر
- لقد أدى التثبيت الصناعي للنيتروجين، واحتراق الوقود الأحفوري، واستخدام الأسمدة إلى مضاعفة مدخلات النيتروجين التفاعلي تقريبًا وإحداث اضطراب كبير في دورات الكربون والفوسفور، مع عواقب بيئية واسعة النطاق.
Mechanisms
تتحرك العناصر بين الخزانات من خلال التحولات البيولوجية والنقل الفيزيائي. يتم تثبيت الكربون عن طريق التمثيل الضوئي، ويعاد عن طريق التنفس والتحلل، ويتم تبادله مع الغلاف الجوي والمحيطات؛ ويتم تثبيت النيتروجين من الغلاف الجوي بواسطة ميكروبات متخصصة، ويتحول من خلال النترجة والتمثيل الغذائي، ويعاد إلى الهواء عن طريق نزع النتروجين؛ أما الفوسفور، الذي يفتقر إلى طور غازي، فيدور ببطء من خلال تجوية الصخور والامتصاص والترسيب. يحدد حجم كل مخزون بالنسبة للتدفقات الداخلة والخارجة مدى سرعة دورانه ومدى حساسيته للاضطراب.
Clinical relevance
يُعد الفهم البيوجيوكيميائي أساسًا لعلم تغير المناخ، وإدارة التخثث الناتج عن تلوث المغذيات، وخصوبة التربة واستخدام الأسمدة، وتصميم السياسات للحد من اضطراب دورات العناصر العالمية. هذا سياق تعليمي، وليس وصفة إدارية.
History
صاغ فيرنادسكي المحيط الحيوي كقوة جيوكيميائية في عشرينيات القرن الماضي، وطور هاتشينسون الكيمياء البيوجيوكيميائية الكمية في منتصف القرن العشرين. تزايد القلق بشأن الاضطراب البشري مع دراسات الأمطار الحمضية، وسلسلة النيتروجين التي وصفها غالاوي، ودور دورة الكربون العالمية في تغير المناخ.
Key figures
- Vladimir Vernadsky
- G. Evelyn Hutchinson
- William Schlesinger
- James Galloway
Related topics
Seminal works
- schlesinger2013
- chapin2011
- galloway2004
Frequently asked questions
- لماذا تختلف دورة الفوسفور عن دورة الكربون والنيتروجين؟
- لا يمتلك الفوسفور شكلًا غازيًا مهمًا، لذا لا يمكنه الدوران عبر الغلاف الجوي؛ وبدلًا من ذلك يدخل النظم البيئية ببطء من خلال تجوية الصخور ويفقد في النهاية إلى الرواسب، مما يجعله مغذيًا محددًا شائعًا.
- ما هي سلسلة النيتروجين؟
- سلسلة النيتروجين هي تسلسل التأثيرات البيئية التي يمكن أن يسببها ذرة واحدة من النيتروجين التفاعلي أثناء تحركها عبر الهواء والماء والتربة، مساهمة بدورها في الضباب الدخاني، والأمطار الحمضية، والتخثث، والاحترار الدفيئة قبل أن يتم نزع النتروجين منها.