دورات المواد: دورة المغذيات والكربون والنيتروجين والكبريت
دورات المواد: دورة المغذيات والكربون والنيتروجين والكبريت!
دورة المغذيات:
ويأتي الإمداد بالمواد الغذائية غير ثاني أكسيد الكربون ، إلى النظام البيئي أساسًا من التربة ، ولكن أيضًا إلى حد أقل من الهواء والمطر والثلج وكالغبار.
إن الإمداد بالعديد من المغذيات محدود للغاية بسبب نقص إمداداتها في التربة وفي المصادر الأخرى. يتم تدوير المغذيات بطريقة يتم دمجها في النباتات والحيوانات ، أو يتم إتاحتها لامتصاص النبات من خلال تحلل بقايا النباتات والحيوانات الميتة.
تدعى المسارات من المصادر إلى البالوعات والعودة إلى المصادر ، الدورات العنصرية ، وتختلف بين العناصر المختلفة. نحن نعتبر باختصار الدورات الثلاث الأكثر أهمية ، تلك الكربون والنتروجين والكبريت.
دورة الكربون:
الكربون هو أساس جميع الجزيئات العضوية. فهو يصنع موادنا الوراثية (DNA و RNA) والبروتينات الضرورية للحياة. الكربون خاص جدا بسبب قدرته على الربط مع أي جزيء آخر تقريبا. العنصر الرئيسي في أجسامنا هو الكربون.
دورة الكربون هي العملية التي يتم من خلالها تدوير الكربون من خلال الهواء والأرض والنباتات والحيوانات والوقود الأحفوري. توجد كميات كبيرة من الكربون في الغلاف الجوي مثل ثاني أكسيد الكربون (CO 2 ). يتم تدوير ثاني أكسيد الكربون بواسطة النباتات الخضراء خلال عملية تعرف باسم التمثيل الضوئي لتصنيع الجزيئات العضوية (الجلوكوز ، وهو الغذاء).
هذا هو المكان الذي يأتي من تغذية كل كائن حيوي. الحيوانات تفعل العكس من النباتات - أنها تطلق ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى في الهواء كمنتج النفايات من التنفس. (ملاحظة: تخضع النباتات أيضًا لعملية التنفس لصنع الطعام ، ولكن معظم غاز ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء يأتي من تنفس مغاير التغذية). عندما تحلل المواد العضوية الميتة ، تُطلق ثاني أكسيد الكربون في الهواء أيضًا.
المحللون ضروريون لأنه بدونها ، فإن كل الكربون الموجود على هذا الكوكب سيصبح في نهاية المطاف محبوسًا في جثث الموتى وغيرها من النفايات. يسمح التسوس بإطلاق الكربون مرة أخرى في الشبكة الغذائية. يتم تخزين الكربون أيضًا في الوقود الأحفوري ، مثل الفحم ، والبترول ، والغاز الطبيعي.
عندما يتم حرقها ، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى في الهواء. البراكين والحرائق أيضا إطلاق كميات كبيرة من CO2 في الغلاف الجوي. يمكن أن يذوب ثاني أكسيد الكربون في الماء ، حيث يتم إرجاع بعض منه في وقت لاحق إلى الغلاف الجوي. يمكن أخذ الباقي لتشكيل كربونات الكالسيوم ، التي تبني الأصداف ، والصخور ، والهياكل العظمية للأوليات والشعاب المرجانية.
دورة الكربون هي سلسلة معقدة من العمليات التي تدور خلالها جميع ذرات الكربون الموجودة. استخدمت ذرات الكربون نفسها في جسمك اليوم في جزيئات أخرى لا تعد ولا تحصى منذ بداية الوقت. 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. لسوء الحظ ، نادرا ما يتم التأكيد على مدى أهميتها بما فيه الكفاية. بدون الأداء السليم لدورة الكربون ، يمكن تغيير كل جانب من جوانب الحياة بشكل كبير.
باستخدام الطاقة من الشمس ، تدور دورة الكربون حول الطبيعة ، من الغلاف الجوي إلى الغابة والعودة. هنا كيف يعمل. تمتص الأشجار ثاني أكسيد الكربون من الهواء أثناء نموها. في الواقع ، حوالي نصف وزنها الجاف هو هذا الكربون الممتص. بينما تموت الأشجار القديمة وتتحلل ، أو تستهلك في حرائق الغابات ، يتم إطلاق الكربون مرة أخرى في الهواء كثاني أكسيد الكربون. هذه هي دورة الكربون الطبيعية.
عندما يستخدم الحطب كمصدر للطاقة ، يتم إحضار جزء من دورة الكربون الطبيعية إلى منازلنا لتسخينها. حريق على الموقد يطلق الطاقة الشمسية المخزنة من قبل الشجرة أثناء نموها. إذا تم النظر في دورة الوقود بالكامل ، فإن موقد الحرق النظيف سيعمل على تسخين منزلك بشكل أكثر كفاءة وبأثر بيئي أقل من أي خيار آخر للوقود.
خيارات الوقود الأخرى - النفط والغاز والفحم - هي وقود أحفوري ، وعندما يتم حرقها ، يتم إطلاق الكربون القديم الذي تم دفنه في أعماق الأرض في الغلاف الجوي. ويرتبط ارتفاع تركيز ثاني أكسيد الكربون من استخدام الوقود الأحفوري بالاحترار العالمي وتغير المناخ والطقس غير المعتاد الذي شهدناه في السنوات الأخيرة.
لا تساهم حريق الخشب في الاحترار العالمي لأنه لا يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون أكثر مما يمكن أن تطلقه الغابات الطبيعية إذا تركت دون أن تمس. استخدام الخشب للحرارة يعني تقليل حرق الوقود الأحفوري ، وانبعاثات غازات الدفيئة الأقل ، وبيئة صحية.
دورة النيتروجين:
دورة مغذيه اخرى مهمة هي النيتروجين. يعتبر النيتروجين عنصرا بالغ الأهمية لجميع أشكال الحياة. تحتوي البروتينات ، المكونة من جميع الخلايا الحية ، على معدل 16٪ من النيتروجين بالوزن. المواد النتروجينية المعقدة الأخرى المهمة للحياة هي الأحماض النووية والسكريات الأمينية. من دون إمداد مستمر من النيتروجين ، ستتوقف الحياة على الأرض.
دورة النيتروجين تشبه إلى حد ما دورة الكربون ، ولكن مع وجود عدد من الاختلافات الحرجة. على الرغم من أن 79٪ من الغلاف الجوي الأرضي يتكون من نيتروجين عنصري (N 2 ) ، إلا أن هذا الغاز الخامل غير متاح تمامًا للاستخدام من قبل معظم النباتات والحيوانات. هذا في تناقض صارخ مع كمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون (0 ، 03 ٪) في الغلاف الجوي ، والتي هي متاحة بسهولة لامتصاص النبات.
وهناك عدد قليل نسبيا من الميكروبات القادرة على تثبيت النيتروجين الجوي من غير العضوي إلى الشكل العضوي. هذا التثبيت الميكروبيولوجي يبلغ متوسطه 140 إلى 700 ملغم / م 2 سنة. في المناطق الزراعية الخصبة للغاية يمكن أن تتجاوز 20000 ملغم / م 2 سنة.
من المعروف أن عددًا من البكتيريا والفطريات والطحالب الخضراء المزروعة قادرة على إصلاح النيتروجين. ينطوي تثبيت النيتروجين على الدمج المباشر للنيتروجين في الغلاف الجوي في الجسم العضوي للكائنات الحية المثبتة. ويشكل المثبتون على النتروجين جزءًا صغيرًا جدًا من هذه المجموعات بشكل عام.
يمكن تقسيمها إلى:
1. مثبتات النيتروجين التكافلية ، والتي هي إلى حد كبير البكتيريا ، والتي ترتبط مع جذور البقوليات (أعضاء البازلاء وفول الأسرة) وبعض النباتات المزهرة الأخرى ، و
2. مثبطات النيتروجين الحية الحرة. يحتوي جنس Rhizobium على تلك البكتيريا التي تسكن العقيدات التي تتطور على جذور أعضاء عائلة البازلاء والفاصولياء. وهي موجودة في التربة وتصيب الجذور الناعمة مع نمو الشتلات. وتنتج الجذور عقيدات خاصة تضم الريزوبيا ، حيث تقوم البكتيريا بتحويل النيتروجين الجوي إلى مكونات النيتروجين العضوي في خلاياها الخاصة.
وبما أن الخلايا البكتيرية تموت بسرعة كبيرة ، فإن هذا النتروجين يصبح متاحًا للنباتات الأعلى. في الواقع تضيف محاصيل البرسيم والفاصوليا النيتروجين إلى التربة التي تنمو فيها وتزيل الحاجة إلى الأسمدة المكلفة. ويجري بذل جهد علمي كبير في العديد من البلدان للعثور على البكتيريا التي يمكن أن تشكل ارتباطا مشابها لمحاصيل الحبوب.
يبدو أن مثبتات النيتروجين التكافلية تقتصر على النظم البيئية الأرضية ولم يتم العثور عليها في الموائل المائية ، باستثناء واحد هو الدودة البحرية التي تهاجم الأخشاب المغمورة. من بين المثبتات النيتروجين غير التكافلية كلا من البكتيريا الحية الهوائية واللاهوائية بالإضافة إلى البكتيريا الزرقاء.
هذه تحدث في التربة وفي كل من المياه البحرية والمياه العذبة ويمكن أن تضيف إلى محتوى النيتروجين في هذه البيئات. إن مصدرًا إضافيًا لكن عامًا ثانويًا للنيتروجين في الغلاف الجوي للتربة والمياه هو عواصف رعدية تحدث فيها تحويلات النيتروجين الكيميائي.
يدخل النيتروجين المنتج - السلسلة الغذائية للمستهلك عندما تأخذه النباتات من محلول التربة إما كنترات أو كإيونات الأمونيوم. ويمكن أيضا تحويل النترات إلى الأمونيا عن طريق إزالة البكتيريا في التربة ، وخاصة عن طريق البكتيريا والفطريات في التربة التي تم تسجيلها في الماء. هذا التحويل يحدث أيضا في ظروف الأكسجين المنخفض في البحيرات. وتسمى هذه العملية نزع النتروجين. يمكن للبكتريا الآزوتية ، بدورها ، أن تستخدم نيتروجين الأمونيا كمصدر للطاقة لتجميع بروتوبلازمها.
تحدث هذه العملية ببطء فقط ، على كل حال ، في ظل الظروف الحمضية. أولاً يتم تحويل الأمونيا إلى نتريت بواسطة جنس البكتريا Nitrosomonas ، ثم يتم تحويل النتريت إلى نترات بواسطة جنس آخر ، Nitrobacter. هذه العملية ذات الخطوتين تسمى النترجة. كلتا المجموعتين البكتيرية تحصل على طاقتهما من عملية الأكسدة هذه ثم تستخدمان بعض الطاقة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى الكربون الخلوي.
أخيراً ، بعد أخذ النترات وتحويلها بواسطة النباتات والميكروبات الأعلى إلى بروتين وأحماض نووية ، يتم استقلابه وإعادته إلى الجزء الرئيسي من الدورة كمنتجات نفايات ذلك الأيض (النتروجين العضوي غير الحيوى).
تستخدم العديد من البكتيريا والفطريات الغذائية في كل من التربة والماء هذه المادة الغنية النيتروجين العضوي ، وتحويلها وإطلاقها كأمونيا غير عضوية في عملية تسمى ammonification. تتضمن أجزاء أخرى من الدورة إطلاق غاز النيتروجين وأكسيد النيتريك ، والعودة إلى الغلاف الجوي ، على الرغم من أنها ذات أهمية محدودة.
دورة الكبريت:
الكبريت هو عنصر غذائي مهم للكائنات الحية ، كونه مكون أساسي لبعض الأحماض الأمينية والبروتينات والكيمياء الحيوية الأخرى. تلبي النباتات احتياجاتها الغذائية للكبريت من خلال استيعاب مركبات معدنية بسيطة من البيئة.
يحدث هذا غالباً في صورة كبريتات مذابة في مياه التربة التي يتم تناولها عن طريق الجذور ، أو كغاز ثاني أوكسيد غازي تمتصه أوراق الشجر في بيئات يكون فيها الغلاف الجوي ملوثًا إلى حد ما مع هذا الغاز. وتحصل الحيوانات على الكبريت الذي تحتاجه عن طريق أكل النباتات أو الحيوانات الأخرى ، وهضم واستيعاب أشكالها العضوية من الكبريت ، والتي تستخدم بعد ذلك لتجميع الكيمياء البيوكيميائية المحتوية على الكبريت.
في بعض الحالات ، وخاصة في الزراعة المدارة بشكل مكثف ، يمكن أن يكون توفر أشكال مفيدة من الناحية البيولوجية للكبريت عاملاً مقيدًا لإنتاجية النباتات ، وقد يثبت أن استخدام السماد المحتوي على الكبريت مفيد. كما يمكن أن ترتبط مركبات الكبريت بأضرار بيئية مهمة ، مثلما يحدث عندما يدمر ثاني أكسيد الكبريت الغطاء النباتي ، أو عندما تتسبب التصريفات الحمضية المرتبطة بمعادن الكبريتيد في تدهور النظم الإيكولوجية.
يمكن أن يحدث الكبريت (S) في العديد من الأشكال الكيميائية في البيئة. وتشمل هذه الأشكال العضوية والمعدنية ، والتي يمكن تحويلها كيميائيا من خلال العمليات البيولوجية وغير العضوية. ثاني أكسيد الكبريت هو غاز يمكن أن يكون سامًا للنباتات بتركيزات أصغر بكثير من جزء في المليون في الغلاف الجوي ، والحيوانات بتركيزات أكبر.
هناك العديد من المصادر الطبيعية لانبعاثات ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي ، مثل الثورات البركانية وحرائق الغابات. ترتبط انبعاثات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت أيضًا بالأنشطة البشرية ، خاصة حرق الفحم ومعالجة بعض خامات المعادن.
في الغلاف الجوي ، يتأكسد ثنائي أكسيد الكبريت إلى كبريتات ، وهو أنيون يحدث كجسيمات صغيرة يتم فيها موازنة الشحنة السالبة كهربائياً بواسطة الشحنات الموجبة للكاتيونات ، مثل الأمونيوم (NH + 4) ، الكالسيوم (Ca 2+ ) ، أو أيون الهيدروجين (H + ). يمكن استخدام هذه الجسيمات الدقيقة كنواة تكثيف لتشكيل بلورات الثلج ، والتي قد تستقر من الغلاف الجوي
أهم المواد الأساسية للحياة هي الماء ، واحدة من panchabltutas رقص الجاز. هذا في المعروض المحدود. تعتمد الأشكال الحية على المناطق الأرضية على المياه الخالية من الأملاح - المياه العذبة. بسبب تبخر المياه الحرارية الشمسية من المحيطات وترتفع كبخار للماء ، وعندما تنتقل عبر المناطق الأرضية ، تكتسب ارتفاعًا كبيرًا يبرد البخار ليترسب كالماء أو الثلج. من إجمالي المياه المقدرة في الأرض وجوها.
