الدورات البيوجيوكيميائية (الكيمياء البيئية)
تتبع الدورات البيوجيوكيميائية كيفية تحرك العناصر وتحولها بين الغلاف الجوي والغلاف المائي والغلاف الصخري والمحيط الحيوي، مما يربط الكيمياء والبيولوجيا والجيولوجيا على النطاق الكوكبي.
Definition
دراسة الحركة الدورية والتحول الكيميائي للعناصر عبر الأقسام البيئية للأرض والكائنات الحية، من منظور كيميائي.
Scope
يغطي هذا المجال الدورات العالمية للكربون والنيتروجين والفوسفور والكبريت والعناصر النزرة، بما في ذلك الخزانات والتدفقات والتحولات الكيميائية التي تربط بينها. ضمن الكيمياء البيئية، ينصب التركيز على التفاعلات الكيميائية وتغيرات حالة الأكسدة التي تدفع الدورات، وعلى كيفية تأثير النشاط البشري عليها.
Sub-topics
Core questions
- ما هي الخزانات والتدفقات الرئيسية لكل عنصر؟
- ما هي التحولات الكيميائية والميكروبية التي تدفع كل دورة؟
- كيف ترتبط الدورات ببعضها البعض وبالمناخ؟
- كيف غيرت الأنشطة البشرية الدورات العنصرية العالمية؟
Key theories
- نموذج الخزان والتدفق لدوران العناصر
- تُمثل الدورة العالمية لكل عنصر كخزانات متصلة بتدفقات؛ ويسمح تحديد كمية هذه التدفقات واضطرابها بفعل النشاط البشري بتقييم الاختلالات مثل تراكم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
- ترابط الدورات البيوجيوكيميائية
- ترتبط دورات الكربون والنيتروجين والفوسفور من خلال التكافؤ (stoichiometry) للإنتاج البيولوجي، لذا فإن إحداث اضطراب في دورة واحدة ينتشر عبر الدورات الأخرى.
Mechanisms
تُنظم الدورات كخزانات متصلة بتدفقات تتوسطها عملية التمثيل الضوئي، والتنفس، والتجوية، والترسيب، والمدخلات البشرية. تقوم تفاعلات الأكسدة والاختزال الميكروبية بتحويل حالات الأكسدة، بينما يربط التكافؤ البيولوجي (biological stoichiometry) الدورات ببعضها البعض، مما يجعلها تستجيب بشكل مشترك للاضطرابات.
Clinical relevance
تدعم الدورات البيوجيوكيميائية تغير المناخ، والتخثث، ومشاكل جودة الهواء والماء، وتؤطر العواقب الكوكبية لاستخدام الوقود الأحفوري وإنتاج الأسمدة.
History
تعود جذور الكيمياء البيوجيوكيميائية إلى مفهوم فيرنادسكي للمحيط الحيوي وتحليلات هاتشينسون الكمية للدورات، وقد نضجت لتصبح علمًا للتغير العالمي مع إمكانية قياس الاضطرابات البشرية لدورات الكربون والنيتروجين.
Key figures
- Vladimir Vernadsky
- G. Evelyn Hutchinson
- William H. Schlesinger
Related topics
Seminal works
- schlesinger2013
- falkowski2000
- galloway2008
Frequently asked questions
- كيف يرتبط هذا بالدورات البيوجيوكيميائية في علم البيئة؟
- يتناول نفس الدورات العالمية ولكنه يركز على التفاعلات الكيميائية وتغيرات حالة الأكسدة، مكملاً بذلك رؤية علم بيئة النظم الإيكولوجية للمجمعات والتدفقات والكائنات الحية.