يصل حدود مجال الغلاف الحيوي في الغلاف الجوي حتى ارتفاع

يصل حدود مجال الغلاف الحيوي في الغلاف الجوي حتى ارتفاع

على الرغم من أن المحيط الحيوي يبلغ طوله حوالي 20 كيلومترًا (12 ميلًا) من أعلى إلى أسفل ، إلا أن جميع أشكال الحياة تقريبًا موجودة بين حوالي 500 متر (1640 قدمًا) تحت سطح المحيط إلى حوالي 6 كيلومترات (3.75 ميل) فوق مستوى سطح البحر. أصل المحيط الحيوي . يوجد المحيط الحيوي منذ حوالي 3.5 مليار سنة

من المحتمل أن ذكر كلمة نظام يستدعي شيئًا ميكانيكيًا أو كهربائيًا ينتجه البشر: على سبيل المثال ، نظام التدفئة والتبريد. هذا التطبيق للكلمة قريب من المعنى العلمي ولكن في نظام العلوم يحدد مجموعة واسعة من الأمثلة. من الناحية العلمية ، النظام هو أي مجموعة من التفاعلات التي يمكن فصلها عقليًا عن بقية الكون لأغراض الدراسة والملاحظة والقياس. وهكذا ، بحكم التعريف ، فإن النظام هو شيء تتلاءم فيه الأجزاء المختلفة معًا بشكل متناغم ، كما لو كانت مصممة – أو تم تكييفها على مدى ملايين السنين – للقيام بذلك.

يُعرف أي شيء خارج النظام بالبيئة ، وتحدد العديد من المصطلحات المؤهلة مستوى التفاعل بين النظام وبيئته. النظام المعزول هو نظام مغلق تمامًا عن بيئته بحيث لا تمر المادة ولا الطاقة عبر حدوده. هذا مجرد بناء نظري ، على أية حال ، لأنه ، من الناحية العملية ، فإن البعض يهم دائمًا يتدفق بين النظام والبيئة. على سبيل المثال ، بغض النظر عن مدى إحكام إغلاق قبو أو حجرة داخلية أخرى ، هناك دائمًا مجال للمادة على المستوى المجهري أو الذري للمرور عبر الحاجز ؛ علاوة على ذلك ، فإن الطاقة ، التي لا تتطلب في العديد من الأشكال أي وسيط مادي لنقلها ، ستمر أيضًا.

الأرض نفسها هي تقريب لنظام مغلق ، أو نظام يمكن فيه ، على الرغم من صوت اسمه ، تبادل الطاقة (ولكن ليس المادة) مع البيئة. تمتص الأرض الطاقة الكهرومغناطيسية من الشمس وتعيد تلك الطاقة إلى الفضاء في شكل مختلف ، لكن القليل جدًا من المادة تدخل أو تغادر نظام الأرض. ومع ذلك ، فإن الأرض ليست نظامًا مغلقًا تمامًا ، حيث يمكن أن تدخل النيازك الغلاف الجوي ويمكن للهيدروجين الهروب. بدون تدخل النيازك ، في الواقع ، من غير المحتمل أن توجد حياة على الكوكب ، لأن هذه المقذوفات من الفضاء جلبت الماء لأول مرة (وربما حتى أساسيات الحياة القائمة على الكربون) إلى كوكب الأرض منذ أكثر من أربعة مليارات سنة .

ومع ذلك ، فإن الأرض تشبه إلى حد كبير نظامًا مغلقًا أكثر مما تشبهه بنظام مفتوح ، أو نظام يسمح بالتبادل الكامل والحر لكل من المادة والطاقة مع بيئتها. يعد نظام الدورة الدموية للإنسان مثالاً على النظام المفتوح ، وكذلك “المجالات” المختلفة للأرض (الغلاف الأرضي والغلاف المائي والمحيط الحيوي والغلاف الجوي) التي نناقشها لاحقًا في هذا المقال. قد يختلف توزيع المادة والطاقة داخل هذه الأنظمة الأرضية بمرور الوقت ، لكن الكمية الإجمالية للطاقة والمواد داخل نظام الأرض الأكبر ثابتة.

الأربعة “الكرات”.

من ناحية أخرى ، فإن الأنظمة الفرعية الأربعة أو “الكرات” داخل نظام الأرض الأكبر هي أنظمة مفتوحة إلى حد كبير. من بين هذه الأنظمة الفرعية الأربعة ، فإن اسم واحد فقط ، وهو الغلاف الجوي ، مألوف من الحياة اليومية ، في حين أن القطاعات الثلاثة الأخرى (الغلاف الأرضي والغلاف المائي والمحيط الحيوي) قد تبدو في البداية مثل المصطلحات العلمية. ومع ذلك ، لكل منها هوية ومعنى مميزان ، وكل منها يمثل جزءًا من الأرض محددًا بوضوح في آن واحد وغير منفصل فعليًا عن بقية الكوكب.

الغلاف الأرضي هو الجزء العلوي من القشرة القارية للكوكب ، وهو الجزء من الأرض الصلبة الذي يعيش عليه البشر والذي يوفر لهم معظم طعامهم ومواردهم الطبيعية. وهي أيضًا الأقدم ، يليها الغلاف المائي ، الذي بدأت بداياته بمئات الملايين من السنين من الأمطار التي حدثت منذ حوالي أربعة مليارات سنة. يشمل الغلاف المائي اليوم جميع المياه الموجودة على الأرض ، باستثناء بخار الماء في الغلاف الجوي. هذا الأخير ، بالمناسبة ، ربما كان الأخير من بين أربعة أنظمة فرعية تتشكل: على الرغم من أن الأرض في مراحلها الأولى كانت بها غطاء من الغازات حولها ، لم يكن هناك أكسجين. (راجع علم الحفريات لمعرفة المزيد عن الغلاف الجوي المبكر ، والأكسجين ، والحياة المبكرة.)

الجو.

يتكون الغلاف الجوي اليوم من 78٪ نيتروجين و 21٪ أكسجين و 0.93٪ أرجون. تتكون نسبة 0.07٪ المتبقية من بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والأوزون (شكل من أشكال الأكسجين تترابط فيه ثلاث ذرات أكسجين كيميائيًا) والغازات النبيلة. تمت ملاحظة الغازات النبيلة ، بما في ذلك الأرجون والنيون ، بسبب افتقارها إلى التفاعل ، مما يعني أنها شديدة المقاومة للترابط الكيميائي مع العناصر الأخرى.

يميل النيتروجين أيضًا إلى أن يكون غير نشط ، والسبب في وفرته في الغلاف الجوي يكمن في حقيقة أنه لم يحاول أبدًا الارتباط بعناصر أخرى. لذلك ، فإن النيتروجين ، إلى جانب الغازات النبيلة ، هو ببساطة “معلق في الهواء” (بالمعنى الحرفي للكلمة) ، متبقيًا من الوقت الذي ألقته فيه البراكين في الغلاف الجوي منذ عدة مليارات من السنين. على النقيض من ذلك ، فإن الأكسجين (سواء في جزيئات O و O أو الأوزون) والعناصر الأخرى في الهواء أمر حيوي للحياة. علاوة على ذلك ، الأكسجين هو أحد عنصرين ، إلى جانب الهيدروجين ، الذي يدخل في تكوين الماء.

التداخل بين الأنظمة الفرعية.

الغلاف الجوي الحالي لم يكن ليوجد بدون المحيط الحيوي. من أجل ضخ الأكسجين في الهواء ، كان لابد من وجود نباتات تأخذ ثاني أكسيد الكربون وتطلق الأكسجين في عملية التمثيل الضوئي. نتج هذا عن سلسلة معقدة للغاية من التطورات التطورية من أشكال الحياة أحادية الخلية اللاهوائية ، أو التي تتنفس بدون أكسجين ، إلى ظهور الطحالب. مع تطور الحياة النباتية ، أدخلت في النهاية المزيد والمزيد من الأكسجين في الغلاف الجوي ، حتى أصبح الهواء قابلاً للتنفس للحياة الحيوانية. وهكذا ، حافظ الغلاف الجوي والغلاف الحيوي على بعضهما البعض.

هذا التداخل نموذجي وحتمي بالفعل عندما يتعلق الأمر بالأنظمة الفرعية للأرض المفتوحة ، والأمثلة على هذا التداخل موجودة في كل مكان. على سبيل المثال ، تنمو النباتات (الغلاف الحيوي) في الأرض (الغلاف الأرضي) ، لكنها تمتص الماء (الغلاف المائي) وثاني أكسيد الكربون (الغلاف الجوي) للبقاء على قيد الحياة. كما أن النباتات لا تمتص فقط: فهي تعيد الأكسجين إلى الغلاف الجوي ، ومن خلال توفير التغذية للحيوانات ، فإنها تساهم في الغلاف الحيوي. في نفس الوقت ، المكونات العديدة للصورة التي تم وصفها للتو متورطة في دورات بيوجيوكيميائية معقدة ، والتي سننظر إليها لاحقًا.

المحيط الحيوي في السياق.

المحيط الحيوي ، بالطبع ، جزء لا يتجزأ من عمل أنظمة الأرض. بادئ ذي بدء ، الغلاف الجوي الحالي ، كما أشرنا ، هو نتاج التنفس من جانب النباتات التي تتلقى ثاني أكسيد الكربون وتنتج الأكسجين. بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر النتح ، وهو شكل من أشكال التبخر من الكائنات الحية (النباتات بشكل أساسي) ، آلية ذات أهمية أساسية لنقل الرطوبة من الغلاف المائي عبر المحيط الحيوي إلى الغلاف الجوي.

We examine transpiration later, within the larger context of evapotranspiration, along with another area in which the biosphere interacts closely with one or more of the other earth systems: soil. Though soil is part of the geosphere, its production and maintenance is an achievement of all spheres. The role of the biosphere in this instance is particularly important: the amount of decayed organic material (i.e., dead plants and animals) is critical to the quality of the soil for sustaining further life in the form of plants and other organisms that live underground.

على الرغم من أهمية المحيط الحيوي ، فقد يكون من المدهش معرفة ما هو جزء صغير من نظام الأرض الكلي الذي يشغله. بصفتنا كائنات حية ، نميل إلى التحيز لصالح العالم الحي ، لكن الغالبية العظمى من كتلة ومساحة الكوكب مخصصة للمادة غير الحية. يمثل الغلاف الأرضي وحده ما يقرب من 82٪ من الكتلة المجمعة للأنظمة الفرعية الأربعة. (هذه ليست كتلة الأرض مجتمعة ، والتي ستكون أكبر بكثير ؛ تذكر أن الغلاف الأرضي هو فقط الطبقة العليا القصوى من الأرض ، ولا يشمل الأعماق الشاسعة للغطاء السفلي واللب).

من الكتلة المتبقية التي تشكل أنظمة الأرض الأربعة ، يزيد الغلاف المائي قليلاً عن 18٪ ، والغلاف الجوي أقل من 1٪ ، والغلاف الحيوي 0.00008٪. لاحظ فقط مقدار الكتلة الموجودة في الهواء ، والتي نميل إلى التفكير فيها على أنها عديمة الوزن (على الرغم من أنها ليست كذلك بالطبع) ، مقارنة بالمحيط الحيوي. حتى داخل الجزء اللامتناهي من الكتلة الكلية للمحيط الحيوي ، تمثل المملكة الحيوانية أقل من 2٪ ، والباقي مخصص لممالك أخرى: النباتات ، والفطريات ، والمونيرا (بما في ذلك البكتيريا) ، والبروتيستا ، مثل الطحالب. (راجع التصنيف والأنواع لمزيد من المعلومات حول ممالك الكائنات الحية.)

المياه والدورة الهيدرولوجية

كما يعرف أي بستاني الفناء الخلفي، النباتات تحتاج التربة جيدة و الماء. أثناء الدوران في جميع أنحاء الأرض ، يشق الماء طريقه عبر الكائنات الحية في المحيط الحيوي وكذلك الخزانات الموجودة داخل الغلاف الأرضي. كما أنه يدور بشكل مستمر بين الغلاف المائي والغلاف الجوي. هذه الحركة ، المعروفة باسم الدورة الهيدرولوجية ، مدفوعة بعمليتي التبخر والنتح التوأم.

أول هذه العمليات ، بالطبع ، هي الوسائل التي يتم من خلالها تحويل المياه السائلة إلى حالة غازية ونقلها إلى الغلاف الجوي ، في حين أن العملية الثانية – وهي مصطلح أقل شيوعًا – هي العملية التي تفقد بها النباتات الماء من خلال ثغورها ، صغيرة فتحات على الجانب السفلي من الأوراق. عادة ما يتحدث العلماء عن الاثنين كظاهرة واحدة ، التبخر النتح. الغلاف الجوي هو مجرد جزء من عدة “حجرات” يتم فيها تخزين المياه داخل البيئة الأكبر. في الواقع ، الغلاف الجوي هو الخزان الرئيسي الوحيد للمياه على الأرض الذي لا يعتبر جزءًا من الغلاف المائي.

المحاسبة عن إمدادات مياه الأرض.

الماء الذي يراه أو يختبره معظمنا ليس سوى جزء صغير جدًا من الإجمالي. في الواقع ، يجب أن يكون هذا البيان مؤهلاً: تشكل المحيطات ، التي شاهدها معظم الناس ، حوالي 5.2 ٪ من إجمالي إمدادات المياه على الأرض. قد لا يبدو هذا جزءًا كبيرًا ، ولكن في الواقع ، تعد المحيطات ثاني أكبر حجرة مائية على الأرض. إذا كانت المحيطات جزءًا صغيرًا ولكنها تحتل المرتبة الثانية من حيث الوفرة ، فهناك شيئان صحيحان: يجب أن يكون هناك الكثير من المياه على الأرض ، ويجب أن يكون معظمها في مكان واحد.

في الواقع ، يتم تخزين الغالبية العظمى من المياه على الأرض في طبقات المياه الجوفية ، أو التكوينات الصخرية الجوفية ، التي تحتوي على 94.7٪ من مياه الكوكب. وبالتالي ، تمثل المياه الجوفية العميقة والمحيطات 99.9٪ من الإجمالي. تحتل الأنهار الجليدية وغيرها من أشكال الجليد الدائم وشبه الدائم المرتبة الثالثة بنسبة 0.065٪. 0.03٪ أخرى تظهر على شكل مياه جوفية ضحلة ، مصدر معظم إمدادات المياه المحلية. يليها المياه السطحية الداخلية ، بما في ذلك الرواسب الشاسعة مثل البحيرات الكبرى وبحر قزوين بالإضافة إلى أنظمة نهر ميسيسيبي – ميسوري والأمازون والنيل وغيرها الكثير ، والتي تشكل مجتمعة 0.003٪ فقط من مياه الأرض.

الرطوبة الجوية والطقس.

هذا يترك 0.002٪ فقط ، وهي النسبة التي تمتصها الرطوبة في الغلاف الجوي: السحب والضباب والضباب ، وكذلك المطر والصقيع والثلج والبرد. في حين أنه قد يبدو مذهلاً أن رطوبة الغلاف الجوي هي جزء صغير من الإجمالي ، فإن هذه الحقيقة تقول أكثر عن الكميات الهائلة من الماء على الأرض أكثر مما تقوله عن الكمية الصغيرة في الغلاف الجوي. تزن هذه الكمية “الصغيرة” ، بعد كل شيء ، 1.433 × 10 13 طنًا (1.3 × 10 13 طنًا) ، أو 28659.540.000.000.000 جنيه (12999.967.344.000.002 كجم).

هذه الرطوبة في الغلاف الجوي هي مصدر كل الأحوال الجوية ، والتي لها تأثير واضح على أشكال الحياة على الأرض. (الطقس هو حالة الغلاف الجوي في وقت معين وفي مكان معين ، في حين أن المناخ هو نمط الطقس في منطقة معينة على مدى فترة زمنية طويلة.) من ناحية ، المطر ضروري لتوفير المياه للنباتات ، والظروف الصحراوية يمكن أن تحافظ فقط على أشكال حياة محددة للغاية ؛ من ناحية أخرى ، يمكن أن تكون العواصف والأمطار الجليدية والفيضانات مميتة.

الدورات البيوجيوكيميائية

ليس الماء هو المادة الوحيدة التي تدور عبر أنظمة الأرض المختلفة. لذلك ، أيضًا ، قم بعمل ستة مواد أخرى أو بالأحرى عناصر كيميائية. تتكون هذه العناصر من نوع واحد من الذرات ، مما يعني أنه لا يمكن تفكيكها كيميائيًا لصنع مادة أبسط ، كما هو الحال مع مركبات مثل الماء. العناصر الستة التي تدور في جميع أنحاء أنظمة الأرض هي الهيدروجين والأكسجين والكربون والنيتروجين والفوسفور والكبريت. توفر القائمتان التاليتان تصنيفات لوفرة هذه القوائم. يوضح الأول ترتيبها ومشاركتها في الكتلة المعروفة للكوكب بأكملها ، بما في ذلك القشرة والمادة الحية والمحيطات والغلاف الجوي. توضح القائمة الثانية وفرتها النسبية وترتيبها في جسم الإنسان.

وفرة العناصر المختارة على الأرض (الترتيب والنسبة المئوية):

  • 1. الأكسجين (49.2٪)
  • 9- الهيدروجين (0.87٪)
  • 12- الفوسفور (0.11٪)
  • 14. الكربون (0.08٪)
  • 15. الكبريت (0.06٪)
  • 16- نيتروجين (0.03٪)

وفرة العناصر المختارة في جسم الإنسان (الترتيب والنسبة المئوية):

  • 1. الأكسجين (65٪)
  • 2- الكربون (18٪)
  • 3. الهيدروجين (10٪)
  • 4. النيتروجين (3٪)
  • 6. الفوسفور (1٪)
  • 9- الكبريت (0.26٪)

لاحظ أن ترتيب كل هذه العناصر (باستثناء الأكسجين) منخفض نسبيًا في إجمالي كتلة العناصر المعروفة للأرض ، في حين أن وفرتها النسبية أعلى بكثير داخل جسم الإنسان. هذا مهم ، بالنظر إلى حقيقة أن هذه العناصر كلها ضرورية لحياة الكائنات الحية. تشارك جميع هذه العناصر الستة في الدورات البيوجيوكيميائية ، وهو مصطلح يستخدم للإشارة إلى التغييرات التي يمر بها عنصر معين أثناء مروره ذهابًا وإيابًا عبر أنظمة الأرض المختلفة وخاصة بين المواد الحية وغير الحية.

دورات الكربون والنيتروجين.

الكربون ، على سبيل المثال ، موجود في جميع الكائنات الحية وهو جزء لا يتجزأ من التعريف العلمي لكلمة عضوي. لا يشير المصطلح الأخير ، كما يُعتقد عمومًا ، إلى الكائنات الحية والتي كانت تعيش سابقًا وأجزائها ومنتجاتها ، مثل العرق أو البول. عضوي يشير إلى وجود مركبات تحتوي على الكربون والهيدروجين. لا يشمل عالم المواد العضوية عالم الأحياء ، وعالم الأحياء سابقًا ، وأجزائهم ومنتجاتهم ، بل يشمل أيضًا مواد مثل البلاستيك التي لم تكن تعيش على الإطلاق.

تتضمن دورة الكربون نفسها الحركة بين عوالم الأحياء وغير الحية ، العضوية وغير العضوية. تعمل هذه الدورة الكيميائية الجيوكيميائية المعقدة للغاية على تدوير الكربون من التربة وصخور الكربونات (وهي غير عضوية لأنها لا تحتوي على مركبات الكربون والهيدروجين) إلى النباتات ، وبالتالي إلى الحيوانات ، التي تضع ثاني أكسيد الكربون في الهواء. وبالمثل ، فإن دورة النيتروجين تنقل هذا العنصر بين كل هذه الخزانات.

نظرًا لأن النيتروجين غير نشط للغاية ، فإن مشاركة الكائنات الحية الدقيقة في دورة النيتروجين أمر بالغ الأهمية لنقل هذا العنصر بين أنظمة الأرض المختلفة. تقوم هذه الكائنات “بإصلاح” النيتروجين ، مما يعني أنه من خلال معالجة العنصر من خلال أجسامها ، فإنها تحدث تفاعلًا كيميائيًا يجعل النيتروجين قابلاً للاستخدام في الحياة النباتية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المواد الحارقة والمحللات في التربة مسؤولة عن تحويل النترات والنترات (مركبات النيتروجين والأكسجين) من أجسام الحيوانات الميتة إلى عنصر النيتروجين الذي يمكن إعادته إلى الغلاف الجوي.

تطبيقات الحياة الواقعية

التربة والحياة فيها

التربة نوع من المرساة للمحيط الحيوي. إنها تعج بالحياة مثل مناطق أخرى قليلة داخل نظام الأرض ، وفي الواقع ، هناك مخلوقات أكثر – نباتية ، وحيوانية ، ومونيرا ، وبروتيستا ، وفطريات – تعيش في التربة أكثر من فوقها. تزود المعادن من الصخور التي تعرضت للعوامل الجوية في التربة النباتات بالمغذيات التي تحتاجها للنمو ، مما يؤدي إلى تحريك أولى الخطوات العديدة التي تتجذر بها الكائنات الحية في التربة وتساهم فيها.

أنواع النمل العمري N تؤدي وظيفة إيجابية للبيئة . L IKE ديدان الأرض ، THEY تهوية التربة وتساعد على جلب الأوكسجين والمواد العضوية من سطح التربة بينما يتناقل من الأسفل . (© رالف أ. كليفينجر / كوربيس. مستنسخة بإذن. )

النباتات توفر الغذاء للحيوانات ، التي عندما تموت ، تصبح أيضًا واحدة مع التربة. وكذلك النباتات نفسها. تترك الكائنات الحية من كل من المملكتين النباتية والحيوانية ورائها مواد لتغذية مثل البكتريا والفطريات ، والتي تعد ، إلى جانب المواد الحارقة ، ضرورية لعمل شبكات الغذاء (انظر المدخل). تعتبر Detritivores ، التي تعد ديدان الأرض مثالًا رائعًا عليها ، كائنات أكثر تعقيدًا بكثير من المحللات أحادية الخلية النموذجية.

لا يمكننا رؤية البكتيريا ، ولكن تقريبًا أي شخص قد حفر في التراب اكتشف نوعًا آخر من الكائنات الحية: شعبة Annelida في مملكة الحيوان ، والتي تشمل جميع الديدان المجزأة ، من بينها دودة الأرض. (بالمناسبة ، تقع عائلة العلقة أيضًا ضمن شعبة Annelida.) قد تبدو هذه المخلوقات اللزجة في البداية مثيرة للاشمئزاز ، ولكن بدون دودة الأرض المسماة بشكل مناسب ، لا يمكن لعالمنا أن يوجد كما هو.

تستهلك المواد الحاملة للمركبات بقايا الحياة النباتية والحيوانية ، والتي تحتوي عادة على إنزيمات وبروتينات معقدة للغاية بحيث لا تفيد التربة في حالتها الأصلية. من خلال التغذية على البقايا العضوية ، تقوم الحطام بتدوير هذه المواد الكيميائية المعقدة من خلال أنظمتها الداخلية ، مما يتسبب في خضوع المواد لتفاعلات كيميائية تؤدي إلى انهيار مكوناتها. نتيجة لذلك ، يتم توفير العناصر الغذائية البسيطة والقابلة للاستخدام للتربة.

ديدان الأرض ، المرئية والكبيرة نسبيًا ، ليست الديدان الوحيدة التي تعمل في التربة. هناك أيضًا كائنات عديمة اللون من فصيلة النيماتودا ، أو الديدان المستديرة. تشتمل هذه الشعبة على الديدان الخطافية والديدان الدبوسية ، والتي يمكن أن تكون ضارة جدًا بالجسم عندما تعيش داخلها كطفيليات. (انظر الطفيليات وعلم الطفيليات.) هذا سبب وجيه (من بين العديد) لعدم أكل الأوساخ. لكن الديدان الخيطية في التربة ، ومعظمها أكبر بقليل من الكائنات الحية الدقيقة ، تؤدي الوظيفة الحيوية لمعالجة المواد العضوية عن طريق التغذي على النباتات الميتة. حتى في حالة التربة ، ومع ذلك ، فإن بعض الديدان الخيطية هي طفيليات تعيش على جذور المحاصيل مثل الذرة أو القطن.

بالإضافة إلى ديدان الأرض ، يعد النمل والمخلوقات الأخرى أيضًا من السكان المهمين في التربة. مثل ديدان الأرض ، يقوم النمل بتهوية التربة ويساعد على جلب الأكسجين والمواد العضوية من السطح أثناء تدوير التربة من الأسفل. من بين المخلوقات الكبيرة التي تسمي التربة موطنًا ، حيوانات الخُلد ، التي تعيش على ديدان الأرض ، واليرقات (يرقات الحشرات) ، وجذور النباتات. عن طريق حفرها تحت الأرض ، فإنها تساعد على تفكيك التربة ، مما يجعلها أكثر مسامية وبالتالي تستقبل كل من الرطوبة والهواء. تشمل المخلوقات الكبيرة الأخرى المختبئة الفئران والسناجب الأرضية ، وفي بعض المناطق ، حتى كلاب البراري.

التربة والبيئات تساعد في خلقها

تحدد خمسة عوامل مختلفة جودة التربة: المادة الأم (الكائنات الحية المتحللة والصخور المتأثرة التي تتكون منها) ، والمناخ ، ووجود الكائنات الحية ، والتضاريس (شكل الأرض ، بما في ذلك السمات الطبيعية البارزة) ، ومرور زمن. تؤثر هذه العوامل على قدرة التربة على استدامة الحياة.

على سبيل المثال ، في الصحراء ، المكان الذي من الواضح أنه يحتوي على وفرة أقل من أشكال الحياة وتعقيدها (انظر المجتمعات البيولوجية) ، فإن التربة نفسها تفتقر إلى هذه الجودة التي تحافظ على الحياة. في الواقع ، يُشار عادةً إلى التربة الصحراوية بأنها غير ناضجة تربة. عادةً ما يكون للتربة الصحية أفق عميق A ، وهي المنطقة التي تظهر فيها المواد العضوية المتحللة ويوجد فوقها الدبال. بشكل عام ، كلما كان الأفق أعمق ، كانت التربة أفضل. من ناحية أخرى ، فإن التربة غير الناضجة لها أفق رفيع جدًا ولا يوجد بها أفق B ، وهي التربة التحتية التي تفصل عادةً الأفق A عن طبقة من المواد التي تتعرض للعوامل الجوية والتي تقع على مستوى أقل ، في الأفق C فوق الصخر.

في الصحاري ، بحكم التعريف ، إمدادات المياه محدودة للغاية ، وفقط تلك الأنواع التي تتطلب القليل جدًا من الماء – على سبيل المثال ، أنواع الصبار التي تنمو في جنوب غرب أمريكا – هي القادرة على البقاء. لكن نقص المياه ليس هو المشكلة الوحيدة. غالبًا ما تحتوي التربة الجوفية الصحراوية على رواسب ثقيلة من الأملاح ، وعندما يضيف المطر أو الري الماء إلى التربة السطحية ، ترتفع هذه الأملاح. وبالتالي ، فإن سقي التربة السطحية الصحراوية في الواقع يمكن أن يجعلها بيئة أسوأ للنمو.

غابات الأمطار الاستوائية.

تواجه التربة في الغابات المطيرة مشكلة معاكسة تمامًا وهي التربة الصحراوية: فبدلاً من كونها غير ناضجة ، فقد تجاوزت مرحلة النضج وبلغت الشيخوخة ، وهي النقطة التي أزال فيها نمو النبات وتسرُّب المياه (حركة المياه إلى أسفل عبر التربة) معظم مغذياته. في البيئات الواقعة بالقرب من خط الاستواء ، سواء كانت هذه المناطق صحراوية أو غابات مطيرة ، تميل التربة إلى أن تكون “قديمة”. يساعد هذا في تفسير حقيقة أن المناطق الاستوائية عادة ما تكون منخفضة في الإنتاجية الزراعية ، على الرغم من حقيقة أنها تتمتع بمناخ مناسب بخلاف ذلك.

نظرًا لسوء جودة التربة الاستوائية ، قد يتساءل المرء كيف تقع بعض الغابات المطيرة الأكثر خصوبة في المناطق الاستوائية في إفريقيا وأمريكا الجنوبية. الجواب هو أن الغابة المطيرة لديها تشكيلة واسعة من أشكال الحياة بحيث لا يوجد أبدًا نقص في المواد العضوية المتحللة “لتغذية” التربة. بسبب اتساع ونطاق التنوع البيئي للغابات المطيرة ، لا بد أن تكون هناك دائمًا نباتات وحيوانات تموت ، وتجدد ما يمكن أن يكون تربة فقيرة. إن معدل التسوس السريع الشائع في المناطق الدافئة والرطبة (التي تكون مضيافة للغاية للبكتيريا والميكروبات الأخرى) يدعم أيضًا عملية تجديد المعادن في الأرض.

تساعد حقيقة أن المواد العضوية المتحللة ضرورية لحياة التربة على تفسير سبب قلق العديد من علماء البيئة منذ فترة طويلة بشأن تدمير الغابات الاستوائية المطيرة. على سبيل المثال ، في البرازيل ، كانت أجزاء شاسعة من غابات الأمازون المطيرة واضحة المعالم ، وخضعت لشكل مدمر للغاية من زراعة القطع والحرق التي تحركها المخاوف الاقتصادية الحديثة – رغبة قادة البلاد في خلق فرص عمل و الصادرات – ولكنها تشبه الممارسات المطبقة (وإن كانت على نطاق أصغر بكثير) من قبل الشعوب ما قبل الحداثة في أمريكا الوسطى والجنوبية.

عن طريق إزالة مظلة الغابة الكثيفة للأشجار العالية ، فإن القطع الواضح يعرض الأرض لحرارة الشمس وقصف الأمطار الموسمية. الشمس والمطر ، بفضل إزالة هذه الحماية ، تسقط مباشرة على الأرض ، وتعطشها في المقام الأول وتآكلها في الثانية. علاوة على ذلك ، عند إزالة الأشجار والنباتات الأخرى ، تختفي أيضًا الحياة الحيوانية التي تدعمها هذه النباتات ، وهذا له تأثير مباشر على التربة عن طريق إزالة الكائنات الحية التي قد تتحلل نفاياتها وأجسادها في نهاية المطاف وتثريها.

ما الذي يجعل التربة جيدة؟

قد تكون تربة الغابة المطيرة البرازيلية قديمة وضعيفة ، ولكن لحسن الحظ هناك أماكن في العالم تروي فيها التربة قصة مختلفة تمامًا. بدلاً من أن تكون هذه التربة فقيرة بالمغذيات ، فهي غنية بالمغذيات ، وبدلاً من أن تكون حمراء ، فإن هذه التربة سوداء عميقة وغنية. في بعض الأحيان توجد مناطق ذات تربة جيدة وسيئة على مقربة ، كما في مصر القديمة ، حيث أتاح النيل شريطًا ضيقًا من الأراضي المنتجة بشكل غير عادي ، على طول البلاد ، وتحيط بها الصحاري. أطلق المصريون على الأخيرة اسم “الأرض الحمراء” بسبب تربتها فقيرة المغذيات ، في حين أن منطقتهم الخصبة كانت “الأرض السوداء”.

مثلما أصبحت مصر ، بعد ضمها من قبل الرومان في 30 قبل الميلاد ، تُعرف باسم سلة خبز الإمبراطورية الرومانية ، هناك “أراضٍ سوداء” أخرى تعتبر بمثابة سلة خبز في عالم اليوم. على عكس مصر ، يقع معظمها في المناطق المعتدلة بدلاً من المناطق الاستوائية. (انظر المناطق الأحيائية لمزيد من المعلومات حول المناطق المعتدلة.) تشمل الأمثلة الغرب الأوسط للولايات المتحدة وغرب كندا وجنوب روسيا ، وهي مناطق تتميز بسهول شاسعة من التربة السوداء الخصبة. تحت هذه التربة السطحية الغنية توجد تربة فرعية سميكة تساعد على الاحتفاظ بالرطوبة والمواد المغذية.

تجعل الأنهار مثل نهر النيل أو نهر المسيسيبي ميسوري أو نهر الفولجا في روسيا أغنى أنواع التربة على الأرض ، والتربة الغرينية ، والرواسب الفتية من الرمال والطمي والطين. يسحب النهر التربة معه أثناء تدفقه ، وبذلك تأتي العناصر الغذائية من المناطق التي يمر من خلالها النهر. ثم يودع النهر هذه العناصر الغذائية في التربة الغرينية في الدلتا ، المنطقة التي يدخل فيها الجسم الأكبر ، عادة من المياه المالحة. (سميت الدلتا بهذا الاسم لأنها تتسع في المنطقة القريبة من البحر ، فإن شكل النهر يشبه شكل الحرف اليوناني دلتا ، أو Δ).

نظرًا لأنها مستودعات للتربة الغرينية المتراكمة ، فإن مناطق الدلتا مثل ميسيسيبي ولويزيانا في الولايات المتحدة (حيث ميسيسيبي-ميسوري ، أكبر نظام نهري في أمريكا الشمالية ، يصب في خليج المكسيك) ، فهي خصبة للغاية. وينطبق الشيء نفسه على دلتا نهر الفولجا والنيل ، ودلتا نهر الدانوب والأنهار الأوروبية الرئيسية الأخرى ، والأنهار الأقل شهرة في كندا أو أستراليا.

سماد.

من الممكن أيضًا تحسين التربة بشكل مصطنع غير الموجودة في دلتا النهر ، أو التي لم تباركها الطبيعة بطريقة أخرى. أهم طريقة لتحقيق ذلك هي استخدام الأسمدة التي تزيد من العناصر الغذائية في التربة نفسها. كما ذكرنا سابقًا ، فإن النيتروجين غير تفاعلي بدرجة كبيرة ، مما يعني أنه لا يميل إلى الارتباط كيميائيًا بمواد أخرى. ومع ذلك ، نظرًا لأنه عنصر ضروري في الدورات الكيميائية الحيوية ، فمن الأهمية بمكان أن يتم إدخال النيتروجين إلى التربة بطريقة تجعله مفيدًا ، ويتم ذلك عادةً عن طريق دمجه مع عنصر شديد التفاعل: الأكسجين.

قد تحتوي الأسمدة على نيتروجين على شكل نترات ، وهو مركب من النيتروجين والأكسجين ، أو قد تحتوي على نيتروجين – هيدروجين D ESERT TORTOISE و BEAVERTAIL CACTUS في OJAVE ESERT . O نلي أولئك فأنواع النباتات والحيوانات التي يمكن أن يدوم LIMITED WATER SUPPLY AND التربة غير البالغة ودائع HEAVY من طبقات SALT في أسفل يستطيع البقاء على قيد الحياة DESERT البيئة . (© د. سوزيو. مستنسخة بإذن. )مجمع. قد تكون الأخيرة هي الأمونيا (NH ) أو الأمونيوم (NH ). لاحظ أن الأمونيا هي أكثر بكثير من المنتج الذي ترتبط به بسهولة: منظف منزلي. في الواقع ، الأمونيا مادة وفيرة للغاية ، تحدث بشكل طبيعي ، على سبيل المثال ، في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة والكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي. تنعكس أهمية الأمونيا في حقيقة أنها والماء هما المادتان الوحيدتان اللتان يشير إليه الكيميائيون بانتظام بأسمائهم الشائعة ، على عكس الاسم العلمي مثل ثاني أكسيد الكربون.

أما بالنسبة للأمونيوم ، فإن ذرة الهيدروجين الزائدة تجعلها مادة تذوب في الماء وتنجذب إلى الأسطح الطينية سالبة الشحنة والمواد العضوية في التربة. لذلك ، فإنه يميل إلى أن يعلق في مكان واحد بدلاً من أن يتحرك ، كما تفعل النترات. عادةً ما تتلقى النباتات في التربة الحمضية النيتروجين من الأمونيوم ، ولكن في التربة غير الحمضية ، تكون النترات عادةً الشكل الأكثر فائدة للأسمدة. يتم الجمع بين السمادين أيضًا لتكوين نترات الأمونيوم ، وهي قوية كسماد ومتفجرات. (تم استخدام نترات الأمونيوم في أول تفجير لمركز التجارة العالمي ، في عام 1993 ، وفي تفجير أوكلاهوما سيتي الأكثر تدميراً بعد ذلك بعامين).

تآكل التربة والحفاظ عليها

يمكن أن يؤدي سوء إدارة الأراضي الزراعية و / أو تأثير القوى الطبيعية إلى نتائج مدمرة ، كما يتضح من الأحداث التي وقعت خلال عامي 1934 و 1935 في منطقة تشمل تكساس وأوكلاهوما وكانساس وشرق كولورادو. في غضون بضعة أشهر فقط ، تحولت الأراضي الزراعية التي كانت منتجة إلى حقول لا قيمة لها من البقايا والأتربة ، وهي صالحة مقابل لا شيء تقريبًا. بحلول الوقت الذي انتهى فيه الأمر ، كانت المنطقة قد اكتسبت لقبًا مريرًا: “وعاء الغبار”.

ومن المفارقات ، في السنوات التي سبقت أوائل الثلاثينيات من القرن الماضي ، بدت مزارع وعاء الغبار المستقبلية منتجة بشكل ملحوظ. حصد المزارعون بسعادة غلات وفيرة ، عامًا بعد عام ، دون أن يعلموا أنهم كانوا في الواقع يمهدون الطريق لتآكل التربة على نطاق واسع. لطالما عرف المزارعون في ثلاثينيات القرن الماضي مبدأ تناوب المحاصيل كوسيلة لإعطاء التربة راحة واستعادة مغذياتها. ولكن لكي تكون ناجحًا ، يجب أن يشمل تناوب المحاصيل سنوات الراحة (أي لا تزرع أي محاصيل) ، ويجب أن تستفيد من المحاصيل التي تعيد تغذية التربة بالمغذيات.

يعد القطن والقمح أمثلة على المحاصيل التي تستنفد المحتوى الغذائي في التربة ، وفي الواقع كان القمح هو المحصول المفضل في وعاء الغبار في المستقبل. في بعض الأماكن ، تناوب المزارعون بين زراعة القمح ورعي الماشية على نفس قطعة الأرض. كما دمرت حوافر الماشية التربة ، التي أضعفت بالفعل بسبب تربية القمح. كانت الأرض جاهزة لتصبح موقعًا لكارثة طبيعية كاملة ، وفي أعماق الكساد الكبير ، جاءت تلك الكارثة على شكل رياح عاتية. نثرت هذه الرياح كميات هائلة من التربة من السهول الكبرى في الغرب الأوسط إلى ساحل المحيط الأطلسي ، وتحولت المساحات التي كانت مموجة بالقمح إلى أراضٍ قاحلة تشبه الصحراء.

تعافت الأراضي الزراعية في ولايات السهول منذ فترة طويلة من وعاء الغبار ، وتغيرت الممارسات الزراعية بشكل كبير. بدلاً من تناوب سنة من القمح مع سنة لرعي الماشية ، يطبق المزارعون في منطقة وعاء الغبار دورة مدتها ثلاث سنوات من القمح والذرة الرفيعة والأراضي البور. كما قاموا بغرس الأشجار لتكون بمثابة حواجز ضد الرياح.

بعد سنوات من وعاء الغبار ، كان من الممكن أن يصبح الغرب الأمريكي مرة أخرى موقعًا لكارثة أخرى ، لو لم يتعلم المزارعون والمسؤولون الزراعيون من أخطاء الجيل السابق. خلال السبعينيات ، تمتعت المزارع الأمريكية بفائض كبير لدرجة أن المزارعين بدأوا بشكل متزايد في بيع محاصيلهم إلى الاتحاد السوفيتي ، وتم تشجيع المزارعين على زراعة حتى أراضي المحاصيل الهامشية لزيادة الأرباح. أثار هذا قلق الناشطين البيئيين ، الذين لفتوا الانتباه إلى تدفق المغذيات من أراضي المحاصيل إلى موارد المياه. نتيجة للمخاوف العامة بشأن هذه القضايا وما يتصل بها ، أصدر الكونجرس في عام 1977 قانون الحفاظ على التربة والموارد المائية ، الذي يفرض تدابير للحفاظ على التربة والمياه وحمايتها.

النضوب وتأثيره على التربة

مثل التعرية ، فإن الغسل ينقل المواد عبر التربة ، فقط في هذه الحالة يكون حركة هبوطية. يمكن أن تحمل المياه المتسربة جميع أنواع المواد المذابة ، بدءًا من العناصر الغذائية إلى الملوثات. إن إدخال الملوثات المصنعة إلى التربة ، ومن ثم منسوب المياه الجوفية ، يمثل بالطبع تهديدًا خطيرًا للبيئة. من ناحية أخرى ، عندما يتعلق الأمر بالنفايات البشرية وغيرها من الأشكال الطبيعية للسموم ، فإن الطبيعة نفسها قادرة على تحقيق قدر معين من التنظيف بمفردها.

في نظام خزان الصرف الصحي ، الذي يستخدمه الأشخاص غير المتصلين بشبكة الصرف الصحي البلدية ، تعالج البكتيريا اللاهوائية النفايات ، وتزيل قدرًا كبيرًا من محتواها السام في الخزان نفسه. (عادة لا يتم إدخال هذه البكتيريا بشكل مصطنع إلى الخزان ؛ فهي ببساطة تتجمع في بيئة طبيعية لها). تترك مياه الصرف الخزان وتمر عبر حقل تصريف ، حيث تتسرب المياه عبر طبقات من الحصى وغيرها. الفلاتر التي تساعد على إزالة المزيد من محتواها الضار. في مجال الصرف ، تتعرض النفايات للتحلل الهوائي بواسطة أشكال أخرى من البكتيريا قبل أن يتم ترشيحها من خلال أنابيب الصرف إلى الأرض أو تبخرها.

بالإضافة إلى تنقية المياه ، فإن الترشيح يمرر أيضًا العناصر الغذائية إلى أعماق الأفق أ وإلى الأفق ب – وهو أمر لا يكون دائمًا مفيدًا. في بعض النظم البيئية ، يزيل الترشيح كميات كبيرة من النيتروجين المذاب من التربة ، ويصبح من الضروري تسميد التربة بالنترات. ومع ذلك ، غالبًا ما تواجه التربة صعوبة في الارتباط بالنترات ، والتي تميل إلى الترشيح بسهولة ، وهذا يؤدي إلى وفرة زائدة من النيتروجين في المستويات المنخفضة من التربة والمياه الجوفية. تُعرف هذه الحالة باسم التشبع بالنيتروجين ، والتي يمكن أن تؤثر على إغناء المياه بالمغذيات (موضوع نوقش لاحقًا) وتتسبب في تدهور وموت الأشجار ذات الجذور في منطقة متأثرة من الأرض.

كيف تتشكل الصحارى

دعونا الآن نفكر فيما يمكن أن يسميه المرء نظامًا بيئيًا متطرفًا : الصحراء. من بين صحاري العالم ، الأكثر إثارة للإعجاب هي الصحراء ، والتي تنتشر اليوم على مساحة 3.5 مليون ميل مربع. (9.06 مليون كيلومتر مربع) ، وهي مساحة أكبر من الولايات المتحدة القارية. فقط حوالي 780 فدانًا (316 هكتارًا) منها ، أي ما يزيد قليلاً عن 1 ميل مربع. (2.6 كيلومتر مربع) ، خصبة. الباقي عبارة عن حجر وأرض جافة مع شجيرات متناثرة – وهنا وهناك تستخدم الكثبان الرملية المتدحرجة عادةً لتصوير الصحراء في الأفلام.

منذ 8000 عام فقط – رمشة عين من حيث النطاق الزمني للأرض – كانت منطقة من الأنهار المتدفقة والوديان الخصبة. لآلاف السنين كانت بمثابة موطن للعديد من الثقافات ، بعضها متقدم جدًا ، للحكم من أعمالهم الفنية. على الرغم من أنهم تركوا وراءهم سجلاً غير عادي في شكل لوحاتهم الفنية الصخرية ومنحوتاتهم ، والتي تظهر فهماً للتمثيل الواقعي الذي لم يكن من الممكن مواجهته حتى زمن الإغريق ، إلا أن هوية الشعوب الصحراوية المبكرة نفسها تظل غامضة إلى حد كبير .

تطور النظام البيئي الصحراوي القديم.

يتم تحديد مراحل الثقافات الصحراوية القديمة من خلال أسماء الحيوانات الأليفة التي كانت سائدة في أوقات معينة ، وهذه الأسماء مجتمعة تحكي قصة تحول النظام البيئي الصحراوي من غابة إلى عشبية إلى صحراء. كانت الفترة الأولى هي فترة الصياد ، من حوالي 6000 إلى حوالي 4000 قبل الميلاد ، عندما كان العصر الحجري القديم ، أو العصر الحجري القديم ، نجا الناس عن طريق صيد العديد من الحيوانات البرية التي كانت متوفرة في ذلك الوقت في المنطقة. بعد ذلك جاءت فترة هيردر ، من حوالي 4000 إلى 1500 قبل الميلاد ، وكما يوحي اسمهم ، كان هؤلاء الناس يحتفظون بقطعان الحيوانات ويمارسون أيضًا الزراعة الأساسية.

جاءت نقطة عالية من الحضارة الصحراوية القديمة مع فترة هيردر ، والتي ، وليس من المستغرب ، كانت أيضًا علامة على ذروة النظام البيئي المحلي من حيث قدرته على الحفاظ على أشكال الحياة المتنوعة. ولكن من خلال مجموعة معقدة من الظروف التي لا يفهمها العلماء اليوم تمامًا ، بدأ التصحر – التحول البطيء للأراضي العادية إلى صحراء – في الظهور. وعندما أصبحت الصحراء أكثر جفافًا وجفافًا ، اختفت القطعان.

في نهاية المطاف، بدأ المصريون في جلب الخيول المستأنسة لعبور الصحراء: ومن هنا جاء اسم الفترة الحصان ( كاليفورنيا 1500- كاليفورنيا 600 قبل الميلاد )، عندما ربما تشبه الصحراء المراعي الجافة في غرب تكساس أو السافانا جنوب الصحراء الكبرى في أفريقيا اليوم. حوالي 600 قبل الميلاد ومع ذلك ، فقد أصبح المناخ قاسياً للغاية ، وإمدادات المياه محدودة للغاية ، واستنفد النظام البيئي بشكل كبير من دعم أشكال الحياة بحيث لا يمكن حتى للخيول البقاء على قيد الحياة في المناخ المحظور. لم يكن هناك سوى حيوان ثديي واحد يمكنه: المخلوق القوي الذي لا ينضب على ما يبدو والذي أعطى اسمه لعصر الإبل ، والذي يستمر حتى يومنا هذا.

مكافحة التصحر.

ماذا حدث للصحراء؟ الجواب معقد مثل موضوع التصحر. لا يؤدي التصحر دائمًا إلى ما يعتقده الناس عادةً على أنه صحراء ؛ بل هي عملية تساهم في جعل المنطقة أكثر جفافاً وجفافاً ، ولأنها عادة ما تكون تدريجية ، يمكن عكسها في بعض الحالات. كما أنه ليس من الضروري أن يقوم المجتمع بمشاريع زراعية ميكانيكية واسعة النطاق ، مثل تلك الخاصة بوعاء الغبار الأمريكي في ثلاثينيات القرن الماضي ، لإحداث أضرار طويلة الأجل يمكن أن تؤدي إلى التصحر. استنزفت ثقافة بويبلان لما يعرف الآن بجنوب غرب الولايات المتحدة منطقة جافة وهشة بالفعل بعد حوالي ميلادي 800 عن طريق إزالة المدرجات الضئيلة من أشجار المسكيت.

وعلى الرغم من أن الأسباب البشرية ، سواء في شكل سوء الإدارة أو الضرر المتعمد ، قد ساهمت بالتأكيد في التصحر ، فإن الطبيعة نفسها هي القوة الدافعة في بعض الأحيان. يمكن للتغيرات طويلة المدى في هطول الأمطار أو المناخ العام ، وكذلك التعرية المائية وتعرية الرياح مثل التسبب في وعاء الغبار ، أن تحول المنطقة إلى صحراء دائمة. قد ينجو النظام البيئي من الجفاف قصير المدى ، ولكن إذا اضطرت التربة إلى البقاء لفترة طويلة دون رطوبة مناسبة ، فإنها تطلق سلسلة من التفاعلات التي تتضاءل فيها الحياة النباتية ، ومعها الحياة الحيوانية. وهكذا ، تُحرم التربة من المواد العضوية الطازجة اللازمة لاستمرار قوتها ، وتبدأ عملية تدهور بطيئة وثابتة.

دورة الفوسفور

بعد فحص ما يمكن أن يحدث خطأ (وصحيح) في التربة ، وهو مكون رئيسي للمحيط الحيوي ، سنخصص ما تبقى من هذا المقال لجانبين آخرين من المحيط الحيوي مذكور سابقًا: الدورات الكيميائية الجيولوجية والدورة الهيدرولوجية. في سياق الدورات البيوجيوكيميائية ، سننظر في دورة الفوسفور ، جنبًا إلى جنب مع التخثث – مثال آخر على “ما يمكن أن يحدث بشكل خاطئ”.

نظرًا لتفاعله العالي مع الأكسجين ، يتم استخدام الفوسفور في إنتاج أعواد الثقاب وقنابل الدخان وغيرها من الأجهزة الحارقة. كما أنه مهم في مختلف التطبيقات الصناعية وفي الأسمدة. في الواقع ، استخدم البشر القدماء الفوسفور دون أن يعرفوا ذلك عندما قاموا بتخصيب محاصيلهم بعظام الحيوانات. في أوائل القرن التاسع عشر ، أدرك الكيميائيون أن العنصر الأساسي في العظام كان الفوسفور ، والذي تستخدمه النباتات في عملية التمثيل الضوئي – التحويل البيولوجي للطاقة من الشمس إلى طاقة كيميائية. مع هذا الاكتشاف ، تم إدراك أن الفوسفور سوف يصنع سمادًا أكثر فاعلية عند معالجته بحمض الكبريتيك ، مما يجعله قابل للذوبان أو قابلاً للذوبان في الماء.

تمتص الكائنات الحية الدقيقة في المحيط الحيوي مركبات الفوسفور غير القابلة للذوبان ، ومن خلال عمل الأحماض داخل الكائنات الحية الدقيقة ، تحولها إلى فوسفات قابل للذوبان. ثم يتم امتصاص هذه الفوسفات القابلة للذوبان عن طريق الطحالب والنباتات الخضراء الأخرى التي تأكلها الحيوانات. عندما تموت ، تقوم الحيوانات بدورها بإطلاق الفوسفات مرة أخرى في التربة. كما هو الحال مع جميع العناصر ، تظل الكمية الإجمالية للفوسفور على الأرض ثابتة ، لكن توزيعها لا يزال ثابتًا. يمر جزء من الفوسفور من الغلاف الأرضي إلى المحيط الحيوي ، لكن الغالبية العظمى منه تنتهي في المحيط. قد تجد طريقها إلى الرواسب في المياه الضحلة ، وفي هذه الحالة تستمر في الدوران ، أو قد يتم نقلها إلى الأجزاء العميقة من البحار ،

ولأن الأسماك تمتص جزيئات الفوسفور ، فإن بعضها يعود إلى اليابسة من خلال صيد واستهلاك المأكولات البحرية. أيضا ، ذرق الطائر أو روث الطيور التي تعيش في بيئة المحيط (مثل طيور النورس) تعيد أجزاء من الفوسفور إلى البيئة الأرضية. ومع ذلك ، يعتقد العلماء أن الفوسفور ينتقل بشكل مطرد إلى المحيط ، ومن ثم لا يحتمل أن يعود. ولهذا السبب ، فإن الأسمدة القائمة على الفوسفور مهمة ، لأنها تغذي التربة بالمغذيات التي لولاها ستفقد باطراد. ومع ذلك ، لا يزال الفوسفور يشق طريقه عبر المياه ، وهذا يخلق مشكلة خطيرة في شكل التخثث.

EUTROPHICATION.

التخثث (من مصطلح يوناني يعني “تغذية جيدة”) هو حالة من زيادة الإنتاجية البيولوجية في جسم مائي. أحد الأسباب الرئيسية للإغناء بالمغذيات هو ارتفاع معدل إدخال العناصر الغذائية ، في شكل فوسفات أو نترات ، وهو مركب النيتروجين والأكسجين. نتيجة تآكل التربة ، تشق الأسمدة طريقها إلى المسطحات المائية ، كما يفعل جريان المنظفات في مياه الصرف الصحي. تحفز الفوسفات والنترات المفرطة النمو في الطحالب والنباتات الخضراء الأخرى ، وعندما تموت هذه النباتات ، فإنها تنجرف إلى قاع البحيرة أو أي جسم مائي آخر. هناك ، تستهلك المُحلِّلات بقايا النباتات ، وأثناء القيام بذلك ، فإنها تستخدم أيضًا الأكسجين الذي سيكون متاحًا للأسماك والرخويات ، وأشكال الحياة الأخرى. نتيجة لذلك ، تموت هذه الأنواع لتحل محلها أنواع أخرى أكثر تحملاً لمستويات الأكسجين المنخفضة – على سبيل المثال ، الديدان. وغني عن القول ، أن نتيجة التخثث مدمرة للنظام البيئي للبحيرة.

أصبحت بحيرة إيري – إحدى البحيرات العظمى الواقعة على حدود الولايات المتحدة وكندا – مثالًا صارخًا على التخثث في الستينيات. نتيجة لتركيزات الفوسفات العالية ، اختنقت مياه إيري بنمو النباتات والطحالب. كانت الأسماك غير قادرة على العيش في الماء ، وكانت الشواطئ تفوح منها رائحة الطحالب المتحللة ، وأصبح إيري معروفًا على نطاق واسع باسم “ميت” الجسم من المياه. أدى هذا الوضع إلى تمرير معايير بيئية جديدة وضوابط للتلوث من قبل كل من الولايات المتحدة وكندا ، اللتين عملت حكومتهما على تقليل محتوى الفوسفات في الأسمدة والمنظفات بشكل كبير. في غضون بضعة عقود ، وبفضل الإجراءات الجديدة ، عادت البحيرة مرة أخرى إلى الحياة. هكذا،

التبخر

تربط العديد من الظواهر والعمليات التي وصفناها معًا المحيط الحيوي بـ “مجالات” أخرى من الأرض. هذا هو الحال مع النتح التبخر ،

ROSS القسم OF A LILAC LEAF . و العنصر الأساسي في تعميم المواد إدامة الحياة بين مختلف EARTH SYSTEMS IS النتح ، وتبخر الرطوبة من النباتات . P LANTS تفقد مياهها من خلال أغشية الأنسجة المعروفة باسم الميزوفيل الإسفنجي ( يظهر هنا ) ، تم العثور عليها في التجاويف الصغيرة التي تقع فيما بينها تسمى المسام ذات الأوراق المجهرية بالثغرات . (© ليستر في بيرجمان / كوربيس. مستنسخة بإذن. )مجموع التبخر والنتح. المصطلح الثاني من هذه المصطلحات أقل شهرة من الأول ، لكن الكلمات تشير في الواقع إلى نفس العملية. الفرق الوحيد هو أن التبخر ينطوي على حركة تصاعدية للمياه من مصادر غير حية ، بينما النتح هو تبخر الرطوبة من المصادر الحية.

النتح لا يقل أهمية عن التبخر عندما يتعلق الأمر بوضع الرطوبة في الغلاف الجوي. إنه في الواقع يضخ المزيد من الماء في الهواء أكثر من التبخر: أي مساحة كبيرة من الغطاء النباتي تميل إلى ترشيح كميات أكبر بكثير من الرطوبة مقارنة بالمنطقة غير المرققة ، مثل سطح البحيرة أو التربة الرطبة. على الرغم من أن الحيوانات يمكن أن تلعب دورًا في النتح ، إلا أن لنتح النبات أهمية بيئية أكبر بكثير.

يُفقد الماء في النباتات من خلال الأغشية الرطبة لنسيج يعرف باسم ميسوفيل الإسفنجي ، الموجود في التجاويف الصغيرة التي تقع تحت مسام الأوراق المجهرية التي تسمى الثغور. تظل الثغور مفتوحة معظم الوقت ، ولكن عندما تحتاج إلى إغلاقها ، فإن الخلايا الحراسة حول حدودها تدفعها إلى الإغلاق. نظرًا لأن النباتات تعتمد على الثغور في “التنفس” عن طريق سحب ثاني أكسيد الكربون ، فإنها تبقيها مفتوحة – تمامًا كما يجب أن تظل مسام الإنسان مفتوحة. خلاف ذلك ، لن يأخذ الشخص ما يكفي من الأكسجين ، وسوف يموت.

حقيقة أن الثغور تتعرض لتلقي ثاني أكسيد الكربون لأطروحة التمثيل الضوئي للنبات تعني أيضًا أن الثغور مفتوحة للسماح بفقدان الرطوبة في الغلاف الجوي. يمكن القول ، إذن ، أن النتح في النباتات – كما هو حيوي لعمل غلافنا الجوي – هو في الواقع نتيجة لا مفر منها لعملية التمثيل الضوئي ، وهي عملية غير ذات صلة. (انظر الكربوهيدرات لمزيد من المعلومات حول التمثيل الضوئي.)

نقل الحيوانات.

يحدث النتح في الحيوانات (بما في ذلك البشر) لنفس السبب الذي يحدث مع النباتات: كمنتج ثانوي للتنفس. يجب أن تحافظ الحيوانات على أسطحها التنفسية الرطبة ، مثل الرئتين ، مفتوحة للغلاف الجوي. قد لا نفكر في تنفسنا على أنه نقل الرطوبة إلى الهواء ، ولكن يمكن إثبات وجود الرطوبة في رئتينا ببساطة عن طريق التنفس على قطعة من الزجاج ومراقبة السحابة الضبابية المتبقية هناك.

يمكن أن يتسبب النتح في إصابة الحيوانات بالجفاف ، ولكنه قد يكون مهمًا أيضًا في تهدئة أجسامها. عندما ترتفع درجة حرارة أجسام الإنسان ، فإنها تنتج العرق ، مما يبرد سطح الجلد إلى حد ما. إذا كان الهواء من حولنا رطبًا جدًا ، فهذا يعني أنه بالفعل مشبع إلى حد كبير بالماء ، ولا مكان للعرق ليتبخر. لذلك ، بدلاً من الاستمرار في تبريد أجسامنا ، فإن التعرق ببساطة يشكل طبقة لاصقة على الجلد. لكن بافتراض أن الهواء قادر على امتصاص المزيد من الرطوبة ، فإن العرق سوف يتبخر ، مما يبرد أجسادنا إلى حد كبير.

آثار الحرارة والبرودة.

عندما يكون الصيف في ذروته ، تكون درجات حرارة الهواء دافئة وتكون الأشجار مرققة بالكامل (أي مغطاة بأوراق الشجر) ، ويحدث معدل نتح مرتفع. يتم ضخ الكثير من المياه في الغلاف الجوي من خلال أوراق الشجر بحيث يتجاوز معدل التبخر النتح عادةً مدخلات المياه إلى البيئة المحلية من خلال هطول الأمطار. والنتيجة هي أن التربة تصبح جافة ، وبعض الجداول تتوقف عن التدفق ، وبحلول أواخر الصيف في المناطق المعتدلة الحارة للغاية ، مثل جنوب الولايات المتحدة ، هناك خطر كبير من الجفاف والمشاكل ذات الصلة ، مثل حرائق الغابات.

عندما تسقط الأشجار أوراقها في الخريف ، تنخفض معدلات النتح بشكل كبير. وهذا يجعل من الممكن إعادة شحن التربة الجافة من خلال هطول الأمطار وتدفق الجداول مرة أخرى. هذا هو الحال في منطقة معتدلة ، والتي ، بحكم تعريفها ، هي منطقة لها أربعة فصول اعتاد عليها معظم الناس في الولايات المتحدة (خارج هاواي وألاسكا وجنوب فلوريدا وتكساس المتطرف). على النقيض من ذلك ، في منطقة استوائية ، هناك “موسم جاف” يحدث فيه النتح ، و “موسم ممطر” تغمر فيه الرطوبة من الغلاف الجوي الأرض الصلبة. قد يكون موسم الأمطار هذا شديدًا لدرجة أنه ينتج عنه فيضانات.