الدورة البيوجيوكيماوية ألهم العناصر المغذية

:من إنجازمحمد كمال -

علي الذكتور: -وزا

2014-2013 السنة الجامعية

المستدامة: والتنمية البيئة ماسترالقارية : المنظومة مادة

التصميم

المقدمة•البيوجيوكيميائية تعريف • الدورات

الغازية: الدورة أوالالمياه .. ..................1-1 دورةاألكسجين ................... 1-2 دورةالكربون ................... 1-3 دورةالنيتروجين ................... 1-4 دورة

الرسوبية: الدورة ثانياالفسفور .................... 1-1 دورةالكبريت ... ................. 2-2 دورة

خالصةالمراجع

الطبيعية، الدوري الجدول عناصر جميع األرض قشرة غير تحوي

. المختبرات في في المصنعة العناصر هذه وجود نسبة وتتفاوت

. النادر ومنها الشائع فمنها هي الطبيعة، التالية الثمانية والعناصر

من أكثر وتشكل شيوعا % 99األكثر القشرة صخور مكونات من

والحديد واأللمنيوم والسليكون األكسجين وهي األرضية،

. والمغنزيوم والبوتاسيوم والصوديوم العناصر والكالسيوم أن غير

: والمهمة الرئيسية عناصر ستة هي الحيوي البيئي النظام في

والفسفور والهيدروجين والنيتروجين والكربون األكسجين

تحتاجها .والكبريت التي العناصر من أكبر عددا ذلك إلى نضيف

. األكثر العناصر عن مختلفة وهي قليلة بكميات الحية الكائنات

المادة تكوين في العناصر هذه وتدخل الجمادات عالم في وجودا

) ( مركبات شكل على الحية الكائنات في الحية الكتلة الحية

والفيتامينات والبروتينات الكربوهيدرات مثل مختلفة كيميائية

وغيرها.

العQالم الحيQوي بين مكونQات وبمQا أن هQذه المQواد الكيميائيQة تنتقQل

)الQQQQQدورات االجيولQQQQQوجي فأننQQQQQا نسQQQQQمي انتقالهQQQQQا هQQQQQذو

البيوجيوكيماوية؟. (البيوجيوكيميائية الدورات هذه ماهي إذن

المقQQQQدمة

غير • أو مباشرة بطريقة الطبيعية المواد أو العناصر دورة هي

غير المكونات من أي الشمسية الطاقة بواسطة مباشرة

دورة شكل على الحية غير إلى ثم الحية المكونات إلى .الحية

البيئة • في الطاقة وسريان الطبيعية الدورات فهم يساعد

التلوث حدوث كيفية مثل البيئية المشاكل تفهم على

الطاقة وكمية األخرى الحية والكائنات اإلنسان إلى وانتقاله

سكان من المتزايدة لألعداد الغذائية المواد إلنتاج األزمة

كوكب تسخين مثل المعاصرة البيئية المشكالت وحل األرض

األرض وحزام .األرض

البيوجيوكيميائية تعريف • الدورات

الشمسية • الطاقة تحركه . هائًال نظاما الطبيعة في المياه دورة تمثل

والقارات المحيطات بين جسرا الجوي الغًالف فيه . ويعمل

يتبخران • فرعية بصورة القارات وماء رئيسية وبصورة المحيطات ماء

. الحامل الهواء نقل علي الرياح وتعمل الجوى الغًالف في باستمرار

تبدأ الرياح حيث شاهقة ارتفاعات والي بعيدة لمسافات الماء لبخار

. الهطل وحدوث الغيوم تكوين في معقدة عمليات

الساقط • الماء أما دورته بذلك ينهي المحيط سطح علي الساقط الماء

. المحيط إلي طويلة رحلة فأمامه اليابسة علي

الشعاب • مع ينساب منه . جزءا أن اليابسة علي الهطل لماء يحدث ما

الجزء هذا ويسمي والمحيطات البحار باتجاه الجاري واألودية . بالماء

المياه .. .................. 1-1 دورة

الغازية: الدورة أوال

• , يمتص أو الجوى للغًالف ويعود أخرى مرة يتبخر الماء من أخر جزء

. النتح عملية خًالل من الجوى للغًالف ويعاد النباتات قبل من

المصدر • بذلك . مشكًال األرض باطن إلي فيتخلل المتبقي الجزء أما

. الهطل ماء من . جزءا أن ذكره يجدر ومما الجوفية للمياه الرئيس

ولفترات \ محصورا يبقي أن يمكن ماء أو ثلج شكل علي الساقط

قسم أو كاألقطاب األرض سطح علي باردة مناطق في طويلة

, النباتات أجسام في قصيرة لفترات أويحصر البحيرات أو الجبال

والحيوانات.

علينا • الطبيعة في البيوجيوكيميائية والعناصر المياه دورة بين للربط

. الضوئي التمثيل وعملية العناصر وإذابة نقل في الماء دور نتذكر أن

من • للمياه مستمرة حركة تمثل المياه دورة أن نتبين بهذااليابسة , إلى الجوى الغًالف ومن الجوى الغًالف إلي ،المحيطات

. تضاريس في المستمر التغير وما المحيطات إلى اليابسة ومن. الخطوات لهذه نتاج إال األرض سطح

حوالي • األكسجين هذه% 21يشكل و الجاف الهواء حجم منكمان اليابسة على الهوائية الحية الكائنات حاجة تكفي النسبة

حياة لضمان الماء في مذاب يكون األكسجين من قسم انالمائية . الحية الكائنات

في • الغازان يدخل إذ الكربون بدورة األكسجين دورة ترتبطالنباتات . تنفس عملية

األوزون .• حزام بناء في مهم دور األكسجين يلعباألكسجين • من ذرات ثًالث من يتكون غاز عن عبارة األوزون و

الزرقة إلى لونه يميل نفاذة رائحة ذو و األكسدة شديد وهوفوق األشعة وصول يمنع الذي الجو في الوحيد الغاز وهو

األرض . إلى البنفسجية

األكسجين ................... 1-2 دورة

األوزون • حزام تحطيم إلى تؤدي بنشاطات اإلنسان يقومالعسكرية الطائرات النووية التفجيرات منها و الواقي

الكيميائية المواد و األوزون حزام إلى تصل التي النفاثةو فلور الكلورو و النيتروجين اكاسيد مثل المختلفة

الكلوروالفلوروالعضوية ) تسمى( CFCمركبات والتيالفريون الغازات, تجاريا هذه كيميائيا وتمتاز ثابتة بأنها

الزمن من طويلة لفترة ثابتة سنة 100إلى 70تقدر تبقىالتبريد غازات مثل عديدة مجًالت في المواد هذه تستخدم

بعض و الشاحنات في الهيدروليك أجهزة و الثًالجات فيعازلة . كمواد البًالستيكية الصناعات

• 

منها • تبنى التي العضوية المركبات بناء في األساسية اللبنة فهو الحياة عنصر الكربون . الحية الكائنات تركيب في رئيسي عنصر فهو ثم ومن الحية الكائنات وبالتالي الخًاليا

تركيزه يبلغ حتى الصخرية األرض قشرة تركيب في ثانوي الرابع% 0.032ولكنه ترتيبهارتباط بسبب والكربون والهيدروجين األكسجين دورة الكربون دورة البعض ويعتبر عشر . جميع دورات في موجود يكون يكاد األكسجين أن غير واحدة دورة في العناصر هذه

األخرى . العناصر

في • الكربون تحرك التي فهي الضوئي التمثيل بعميلة الطبيعة في الكربون دورة تبدأ . هذه وفي له الحاملة األخرى األشكال في العنصر هذا وجود لتوقف توقفت لو الطبيعةوالماء الشمس أشعه من والضوء الجو من الكربون أكسيد ثان غاز النبات يأخذ العمليةالمعادلة في نجملها المعادالت من مجموعة في الكربوهيدارات منها ليصنع والتربة

التالية:•6CO2 + 6H2O ___ C6H12O6 + 6O2

األكسجين .• ويطلق الجوى الكربون أكسيد ثاني النبات يستهلك العميلة هذه وفي

الضوئي • التمثيل على القادرة الكائنات من حكمها في وما النباتات تقوم كيف الحظمن الطبيعة في المتزايد الكربون أكسيد ثاني من وكميات البحار ومياه الجو بتخليص

. االحفورى الوقود حرق جراء

الكربون ................... 1-3 دورة

في • أجسادها في العضوية المادة من جزء بحرق والمستهلكات المنتجات تقوم

وتطلق الجو األكسجين لذلك فتأخذ مثًال كالتنفس الحيوية بهذا. CO2عملياتها وهي

. . مماثًال شيئا المحلًالت وتفعل الكبرى دوراتها داخل للكربون صغيرة دورة تغلق

رسوبيات • مع الدقيقة البحرية الكائنات في الموجودة الحية الكتلة تتجمع أن يمكن

الطبيعي والغاز البترول عنه لينتج معينة ظروف تحت العميقة غير البحار قيعان

. الفحم لتكوين المستنقعات في مماثل شئ ويحدث حين بعد الزيتي والصخور

. النباتات بقايا مع الحجري

وهى • االحفورى الوقود مصادر هي عنصر هذه مستودعات من ضخم مستودع

الشكل الكربون على ليعود والصناعة المواصًالت في اإلنسان يحرقه الطبيعة في

CO2. . السنين مًاليين مئات أو عشرات تستغرق قد . كثيرا أطول دورة هذه الجو إلى

ان • . CO2 ثم المياه هذه من يعود وقد والمحيطات البحار مياه في يذوب الجو

. . انه المعلوم ومن به تشبيعها ودرجة المياه حرارة ذلك في يتحكم الجو إلي

ذوبان مياه . CO2يزداد فان ثم ومن المياه بردت تمثل كلما والمحيطات البحار

الكربون أكسيد ثاني لغاز ضخما .خزانا الجو في نسبته إنقاص في يساعد

بأخذ • البحرية الحية الكائنات من مجموعة لتبنى CO2تقوم الماء في الذائب

. األجزاء هذه تتكون كثير وغيرها والقواقع كالمرجان الصلبة وهياكلها أصدافها

الكالسيوم كربونات مادة من الكالسيت CaCO3الصلبة معادن شكل على

. وغيرها واالراغونيت

• ) ( الكلسية الحجرية الصخرة وتتكون الصلبة أجزاءها تتجمع تموت عندما

الناس يبنى منها التي بكثرة تراها التى والدولوميت الجيري كالحجر

ثم. ومن الكربون بيوتهم لعنصر ضخم مستودع هذه . فالصخور

أو • االسمنت كصناعه الصناعة في الصخور هذه اإلنسان يستعمل عندماليخرج بالحرارة الكالسيوم الكربونات تتحلل مثل الجو CO2 الجير إلي

. البترول توليد في الكربون دورة تشبه . جدا طويلة دورة ليكمل

الصخور • من جزء يذيب اليسيرة حموضته بسبب المطر ماء إن ثمالبيكربونات إلى ويحولها من Ca(HCO3)2الحجرية تترسب أن تلبث ما التي

. من الرغم وعلى الجو إلى الكربون أكسيد ثاني غاز ويخرج الكربوناتبتحرير كفيل الطويل الجيولوجي الزمن أن إلى الظاهرة هذه بطئ

. الجيرية الصخور من الغاز هذا من كبيرة كميات

البراكين • غازات من يخرج الذي الكربون أكسيد ثاني ذلك كل إلي نضيف . تحليل من يخرج الذي الميثان غاز وكذلك االستوائية الغابات حرق من والرطبة األراضي وبيئات المستنقعات في . هوائيا ال العضوية المادة

وغيرها . األرز وزراعات

الذي • النيتروجين عنصر إلي الحية الكائنات جميع تحتاج

, والمادة والبروتينيات االمينية األحماض تركيب في يدخل

لنيتروجين غازا أن مع الغًالف% 78يشكل N2الوراثية من

البيئية , النظم في األخرى والكائنات المنتجات أن إال الجوى

الجوى الغًالف من مباشرة استخًالصه تستطيع ال الطبيعية

. تتحول إذا بذلك القيام بوسعها وغيران منه واالستفادة

الخاملة الغازية الحالة من النيتروجين ايونات N2عنصر إلى

NH4االمونيوم النترات + تثبيت NO3 _أو العملية هذه وتسمى

التالية : بالطرق تتم أن ويمكن النيتروجين

النيتروجين ................... 1-4 دورة

: الحيوي التثبيت

• ) ( البقوليات جذور على عقيدات في ريزوبيوم النيتروجين تثبيت بكتيريا تعيش

. غاز تحويل هذه العقدية البكتيريا وتستطيع والعدس والحمص كالفول

االمونيوم ايون إلى الجوى NH4النيتروجينبتحويل + أخرى أنواع تقوم ثم

النتريت ايونات إلى NO2االمونيوم- . األكسجين مع االمونيا باتجاه وذلك

نترات • إلى النيتريت بتحويل أخرى بكتيريا تقوم النهاية NO3فيهي - والنترات

في واستعمالها بجذورها امتصاصها الخضراء النباتات تستطيع التي المادة

, . اي األخيرتين العملتين نسمى دعنا النيتروجينية العضوية مركباتها بناء

, سبق ما تبسيط ويمكن النترجة عملية فنترات نيتريت إلى االمونيوم تحويل

: التالية المعادلة وفق

• ____ __ ____ __ _ _ نترات نترجة نتريت نترجة امونيوم تثبيت جوى نيتروجين

: الجوى تثبيت . ثانيا

أن • والصواعق البرق في الكامنة الكبيرة للطاقة يمكن

أكسيد ثاني غاز إلى الجو من النيتروجين غاز بتحويل تقوم

إلى NO3فنترات NO2النيتروجين النيتروجين يصل وبذلك

النباتات متناول في األمطار مع والتربة األرض سطح

. بهذه المثبتة النيتروجين كمية غيران منه االستفادة

. الحيوي التثبيت بطريقة قورنت ما إذا . جدا قليلة الطريقة

: االصطناعي تثبيت

• . حيث الكيميائية األسمدة مصانع في التثبيت من النوع هذا ويتم

تعتبر التي غيرها أو النترات أو االمونيوم مركبات . صناعيا تنتج

النيتروجينية . لألسمدة الرئيسية المكونات

أو • فوسفاتية نيتروجينية أو فقط نيتروجينية األسمدة تكون قد

. الغذاء عناصر تضم األخيرة وهذه بوتاسية فوسفاتية نيتروجينية

. في خاصة األسمدة من كبيرة كميات تستعمل الثًالثة الرئيسية

) ( السماد من جزء فان الحالة هذه مثل في العمودية الزراعة

) ( الري مياه مع يخرج مثًال نترات شكل على النيتروجينى

) ( الجوفية أو السطحية مياه إلى ليصل البزل مياه الزائدة

فيلوثها .

• , الغًالف إلى النيتروجين غاز بإعادة النيتروجين دورة إغًالق ويمكن

, البكتيريا من أنواع بها وتقوم الزنترة عليها يطلق عملية خًالل الجوى

والبحار البحيرات مياه في مباشرة أو التربة في تعيش

) الموجود. ) النتريت أو النترات تحويل باختزال تقوم حيث والمحيطات

) ( النيتروجين غاز أو الجزيئي النيتروجين إلي المياه في أو التربة في

N2. الجوى الغًالف إلي يتصاعد الذي

النيتروجين في دورةالطبيعة

والكربون • الماء دورات عن الطبيعة في الفوسفور دورة تختلف

. خزاناتها احد ليس الجوى الغًالف كون في والنيتروجين واألكسجين

حيث • فوسفات شكل على كعنصر األرضية القشرة في الفوسفور يوجد

الفوسفات ايون مشكلة منه ذرة مع األوكسجين من ذرات أربع تتحد

معدن مكونا الكالسيوم كاتيون موجب ايون مع بدوره يتحد الذي

) ( القشرة صخور من كثير في والموجود الكالسيوم فوسفات االبتيت

. والرسوبية منها النارية األرضية

الفوسفات • ايون ينتقل الفوسفات على الحاوية الصخور تتجوى عندما

. ) ( إلى ذلك وبعد التربة عبر المنتجات النباتات إلى ثم ومن الماء إلي

) ( مكونات من رئيسيا مكونا يصبح حيث المستهلكات الحية الكائنات

, الخًاليا RNA ,DNA ( ATP.) أغشية االدينوسين فوسفات ثًالثي

الرسوبية: الدورة ثانياالفسفور .................... 1-1 دورة

الطبيعة في الفوسفور دورة

التي • الصخور أنواع بعض من الكبريت بخروج الممثلة الكبريت دورة تبدأ

الجبس ) معدن من تتكون التي الجبس صخور مثل CaSO4.2H2Oتحتويه

الحر الكبريت الكيميائية .Native Sulfurوخام التجوية عملية خًالل

ذاتية • كبريتات شكل على الكبريت أو SO4 -2ينتقل السطحية المياه مع

، والمحيطات البحار لمياه منه األكبر الجزء ويصل حيث الجارية الجوفية

البحار . في الذائبة بالكبريتات المطاف وينتهي التربة إلى يصل أقل وجزء

الطويل الزمن مع تتحول رسوبيات شكل على ترسيبها إلى والمحيطات

الكبريت . . دورة تغلق وبذلك واالنهيدريت الجبس صخور إلى

دورة ... ................. 2-2

الكبريت

شكل • على تمصه أن للنباتات فيمكن التربة إلى يصل الذي الكبريت أما

وخاصة العضوية موادها تركيب في يدخل حيث ذائبة كبريتات

. النباتية البروتينات

خالل • المختلفة برتبها المستهلكات إلى الكبريت هذا ينتقل أن ويمكن

المحلالت تقوم والنباتات المستهلكات موت وبعد الغذائية السلسلة

، الهوائيا أو هوائيا إما الكبريت على المحتوية العضوية المواد بتحليل

لتعود التربة إلى الكبريت عودة الحالتين كلتا في النتيجة وتكون

، أخرى نباتات فتمتصه

خاللها • الراشحة األمطار مياه بواسطة التربة غسيل خالل ينتقل أو

في تصل بدورها وهذه الجوفية المياه أو الجارية السطحية المياه إلى

الرسوبيات وتكون ذالك بعد لتترسب والمحيطات البحار إلى النهاية

الزمن خالل الكبريت على المحتوية الرسوبية الصخور ثم ومن

على المحتوية النباتية العضوية للمادة يمكن أو الطويل الجيولوجي

كالمستنقعات باألكسجين فقيرة مائية بيئة في والمتراكمة الكبريت

الفحم إلى الطويل الزمن مع وتتحول وتتراكم الهوائيا تتحلل أن

. الكبريت على المحتوي الحجري

ال • للكبريت غازي طور بتكون الفسفور دورة عن الكبريت دورة وتمتاز

الفسفور . دورة في مثله نجد

الغازات • من أنواع عدة شكل على الجوي الغًالف إلى الكبريت يصل

الكبريت: أكسيد ثاني الهيدروجين SO2 ومنها . H2Sوكبريتيد

الوقود • حرق من رئيسي بشكل الكبريت أكسيد ثاني غاز ينتج

معدن مثل ، أشكاله بإحدى الكبريت على أصًال المحتوي االحفوري

والموجودة FeS2البايريت الكبريت على المحتوية العضوية المواد أو

الحجري . الفحم في

ليكون • الماء مع الجو في الكبريت أكسيد ثاني غاز يتفاعل وعادة

الكبريتيك الحمضي H2SO4حمض المطر تكون في يسهم Acidالذي

Rain المشكًالت من العديد ويسبب األرض سطح على يهطل والذي

البيئية.

من • الكبريت أكسيد من الكبريت أكسيد ثاني غاز ينتج أن يمكن

الكبريت ) بكتيريا بفعل الكيميائية( Thiobacillusمركباته التغذية ذاتية

.

فهو • الجوي الغًالف إلى يصل الذي الهيدروجين كبريتيد غاز مصدر أما

. إذ الكبريت على المحتوية العضوية للمركبات الًالهوائي التحلل

بكتيريا مثل البكتيريا أنواع بعض الكبريت Sporovibrioتقوم باختزال

المشبعة كالتربة فيها األكسيجين وجود يقل التي المناطق في

وزرائب العادمة المياه نقل وشبكات الراكدة والمستنقعات بالمياه

الحيوانات .

ملوثات • من يعتبر الذي الهيدروجين كبريتيد غاز االختزال هذا من ينتج

. الفاسد البيض رائحة تشبه كريهة رائحة وله سام غاز ألنه الجو

وكبريتيد • الكبريت أكسيد ثاني غازي أن إلى هنا اإلضافة وتجدر

. البراكين وهو آخر مصدر من الجوي الغًالف إلى يصًال قد الهيدروجين

الخالصة

داخل    المواد أن للعناصر البيوجيوكيميائية الدورات من نستنتجوذلك باستمرار وتدويرها استخدامها ويعاد محدودة، البيئي النظام

. الطاقة سريان عملية أن عكس العناصر حيث دورات دراسةكبيرة أهمية لها والنيتروجين والكربون الماء دورة مثل المختلفة. ذاك أو العنصر بهذا غناه أو البيئي النظام فقر على التعرف فيغير المستويات أو التلوث مستويات رصد خاللها من ويمكن

. البيئي النظام في بها المرغوب

استمرار يبقى إذنالدورات

البيوجيوكيماوية وثيقا ارتباطا مرتبطداخل المواد بدورة

. الغذائية السالسل

المراجع

( دQاء / أبو ديه ، محمQاتوغ ، عليQ1996ح . ) علم البيئة ، دار مالشـروق ، عمان ، األردن.

( 1991أبو الفتح ، حسين . ) علم البيئة ، جامعة الملك سعود ، م عماد شؤون المكتبات، الرياض ، المملكة العربية السعودية .

/ يحي ، الفرحان سامح ، العلوم ( . 2000) غرايبه إلى المدخل ماألردن . ، عمان الشروق، دار ، البيئية

( 1988نحال ، إبراهيم . ) أساسيات علم البيئة وتطبيقاتها ، جامعة محلب ، كلية الزراعة، حلب ، الجهورية العربية السورية .

.الشبكة العنكبوتية