چرخههای بیوژئوشیمیایی
عناصر شیمیایی سازنده حیات به طور بیپایان بین موجودات زنده، خاک، آب و اتمسفر در گردش هستند و ردیابی این چرخهها نشان میدهد که اکوسیستمها و سامانه زمین چگونه به هم مرتبطاند.
Definition
چرخههای بیوژئوشیمیایی مسیرهایی هستند که از طریق آنها عناصر شیمیایی در میان بخشهای زنده، خاکی، آبی و اتمسفری اکوسیستمها و سامانه زمین حرکت کرده و دگرگون میشوند.
Scope
این موضوع به چرخه جهانی و در مقیاس اکوسیستم عناصر ضروری برای حیات میپردازد: چرخه کربن و تبادل آن بین زیستکره، اتمسفر و اقیانوسها؛ چرخه نیتروژن با تثبیت، نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون؛ چرخه فسفر؛ چرخه گوگرد؛ و چرخه هیدرولوژیکی به عنوان حامل مواد مغذی محلول. این مبحث به مخازن و شارها، زمانهای ماندگاری و چگونگی تغییر این چرخهها توسط فعالیتهای انسانی میپردازد.
Core questions
- کربن، نیتروژن و فسفر چگونه بین موجودات زنده و محیط حرکت میکنند؟
- هر عنصر در چرخه خود چه دگرگونیهایی را تجربه میکند؟
- مخازن و شارها چگونه کمیسازی میشوند و چه چیزی زمانهای ماندگاری را تعیین میکند؟
- فعالیتهای انسانی چگونه چرخههای بیوژئوشیمیایی جهانی را تغییر دادهاند؟
Key theories
- مخازن، شارها و زمانهای ماندگاری
- هر چرخه با مخازن یک عنصر و شارها بین آنها توصیف میشود، با نسبت اندازه مخزن به شار که زمان ماندگاری را تعریف میکند و نشان میدهد کدام بخشها به سرعت یا به آرامی به اختلال پاسخ میدهند.
- تغییر چرخههای عناصر توسط انسان
- تثبیت نیتروژن صنعتی، احتراق سوختهای فسیلی و استفاده از کودها تقریباً ورودیهای نیتروژن واکنشپذیر را دو برابر کرده و چرخههای کربن و فسفر را به طور قابل توجهی مختل کردهاند، با پیامدهای اکولوژیکی گسترده.
Mechanisms
عناصر از طریق دگرگونیهای بیولوژیکی و انتقال فیزیکی بین مخازن حرکت میکنند. کربن توسط فتوسنتز تثبیت میشود، توسط تنفس و تجزیه بازگردانده میشود و با اتمسفر و اقیانوسها تبادل میگردد؛ نیتروژن از اتمسفر توسط میکروبهای تخصصی تثبیت میشود، از طریق نیتریفیکاسیون و جذب تبدیل میشود و توسط دنیتریفیکاسیون به هوا بازمیگردد؛ فسفر، که فاقد فاز گازی است، به آرامی از طریق هوازدگی سنگ، جذب و رسوبگذاری چرخه میکند. اندازه هر مخزن نسبت به شار ورودی و خروجی تعیین میکند که با چه سرعتی گردش میکند و چقدر به اختلال حساس است.
Clinical relevance
درک بیوژئوشیمیایی زیربنای علم تغییرات اقلیمی، مدیریت یوتریفیکاسیون ناشی از آلودگی مواد مغذی، حاصلخیزی خاک و استفاده از کود، و طراحی سیاستها برای محدود کردن اختلال در چرخههای جهانی عناصر است. این یک زمینه آموزشی است، نه یک تجویز مدیریتی.
History
ورنادسکی در دهه ۱۹۲۰ زیستکره را به عنوان یک نیروی ژئوشیمیایی تعریف کرد و هاچینسون در اواسط قرن بیستم بیوژئوشیمی کمی را پیش برد. نگرانی در مورد اختلالات انسانی با مطالعات باران اسیدی، آبشار نیتروژن توصیف شده توسط گالووی، و نقش چرخه جهانی کربن در تغییرات اقلیمی افزایش یافت.
Key figures
- Vladimir Vernadsky
- G. Evelyn Hutchinson
- William Schlesinger
- James Galloway
Related topics
Seminal works
- schlesinger2013
- chapin2011
- galloway2004
Frequently asked questions
- چرا فسفر متفاوت از کربن و نیتروژن چرخه میکند؟
- فسفر شکل گازی قابل توجهی ندارد، بنابراین نمیتواند از طریق اتمسفر چرخه کند؛ در عوض به آرامی از طریق هوازدگی سنگها وارد اکوسیستمها میشود و در نهایت به رسوبات از دست میرود، که آن را به یک ماده مغذی محدودکننده رایج تبدیل میکند.
- آبشار نیتروژن چیست؟
- آبشار نیتروژن توالی اثرات زیستمحیطی است که یک اتم نیتروژن واکنشپذیر میتواند ایجاد کند، زیرا از طریق هوا، آب و خاک حرکت میکند و به نوبه خود به مه دود، باران اسیدی، یوتریفیکاسیون و گرمایش گلخانهای قبل از دنیتریفیکاسیون کمک میکند.