الأنظمة البيئية المختلفة تحتوي على أحياء وجمادات متنوعة. وان الجمادات تشمل الكثير من المواد الضرورية والأساسية لحياة الكائنات الحية التي تعيش في هذه الأنظمة البيئية ومن هذه المواد التي تحتاجها الأحياء وتستهلكها بشكل كبير ودائم هي الأكسجين ، ثاني أكسيد الكربون والماء ، و هذه المواد لا تنفد ، وذلك لأن هناك أنظمة تدوير طبيعية تعمل علي اعادة هذه المواد مرة بعد مرة ، الامر الذي يجعلها متوفرة بنسب متوازنة وثابتة وصالحة للاستخدام والاستهلاك مجددا في الأنظمة البيئية المتخلفة .
دورة الماء في الطبيعة
دورة المياه تسمى بالدورة الهيدرولوكية، وهي عبارة عن حركة المياه المستمرة بين القارات والمحيطات والغلاف الجوي فالمياه تتواجد في الكرة الأرضية على ثلاث حالات وهي:
الحالة السائلة
المياه تتواجد بالشكل السائل في الكرة الأرضية بشكل كبير حيث انها تمثل سبعين بالمئة من سطح الأرض، وان معظم المياه السائلة موجودة في المحيطات وذلك لان المحيطات تحتوي على ستة وتسعين بالمئة من إجمالي حجم المياه على سطح الأرض، في حين انها تتواجد بشكل قليل على شكل الانهار وبحيرات المياه العذبة، والمياه الجوفيّة.
الحالة الصلبة
مثل الثلج والجليد.
الغازات أو بخار الماء
و الغازات وبخار الماء تتواجد بكميات قليلة في الغلاف الجوي.
مراحل دورة المياه
دورة المياه تمر بعدة مراحل وهي:
التبخر
فان عملية التبخر هي عبارك عن تحول المياه على سطح الأرض من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية ثم انتقالها إلى الغلاف الجوي، و عملية التبخر تعتبر إحدى العمليات الرئيسية في دورة المياه، وهي من أهم العوامل التي تكون مؤثرة في حدوث عملية التبخر، و يوجد العديد من الحالات للتبخر وهي:
التسامي
هي عبارة عن تحول الجليد أو الثلج من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية ويكون بشكل مباشر.
النتح
و هي عبارة عن عملية التبخر التي يمكن ان تحدث في أوراق النباتات، وذلك لتبخر المياه من خلال الثغرات الدقيقة جداً او المسامات الموجودة في أوراق النبات.
التبخر الكلي
و هو عبارة عن التبخر الذي ينتج عن عمليتي النتح والتبخُر من الثلوج والجليد ومياه التربة والنباتات وجميع الأسطح معا.
التكاثف
و هو عبارة عن العملية العكسية للتبخر، وذلك لان المياه تتحول من حالة البخار إلى الحالة السائلة، وان ذلك تحدث عند احتواء الهواء على كمية من بخار الماء، ويجب ان تكون هذه الكمية من البخار الذي يحمله الهواء أكبر من الحد الأعلى الذي يمكن ان يستطيع استقباله في درجة الحرارة السائدة، و التكاثف يحدث بسبب البرودة أو عند اختلاط كتل هوائية ذات درجات حرارة مختلفة، وعندما بخار الماء يتحرر من الغلاف الجوي ينتج عنه هطول الأمطار.
الهطول
هطول الأمطار يحدث نتيجة لعملية التكاثف التي تحدث في الغلاف الجوي، فالهطول يعتبر إحدى الطرق التي يتم فيها تدوير المياه من الغلاف الجوي إلى المحيطات أو الأرض في حالة المياه السائلة وهي الأمطار، أو المياه الصلبة كالبرد والثلج .
والضباب لا يعتبر شكل من أشكال الهطول، وذلك لأن الماء الموجود في الضباب لا يتكاثف، ولا يتحول إلى سائل ثم يسقط إلى الأرض، ولكن الضباب يعتبر جزء من دورة المياه لأنه عبارة عن ماء معلقا في الغلاف الجوي.
عمليات أخرى يمر بها الماء
حيث انه كما اوضحنا ان العمليات الأساسية التي تمر فيها المياه في دورة المياه في الطبيعة هي: التبخُر والتكاثف والهطول، ولكن هناك عمليات أخرى تحصل خلال دورة المياه وهي:
الجريان السطحي
ويكون ذلك مثل ذوبان الجليد الذي يحصل بسبب ذوبان الأنهار الجليدية والثلج ، و التي تقوم على تشكيل تيارات أو برك.
التبخر النتحي
و هي عبارة عن مزيج لعمليتي التبخر والنتح، ويمكن استخدامه في بعض الأحيان لكي نقوم بتقييم حركة المياه في الغلاف الجوي.
دورة الأكسجين في الطبيعة
عنصر الأكسجين يتواجد بتركيز عال جدا في القشرة الأرضية وذلك بنسبة46.4%، ويوجد في الغلاف الجوي بنسبة 21% ، وكذلك يتواجد في الغلاف المائي والحيوي.
وينتقل الاكسجين من مستودع لآخر داخل النظام البيئي كالآتي:
عملية البناء الضوئي
وهذه العملية تحدث في النباتات الخضراء وكذلك الطحالب الخضراء، فيتم إنتاج معظم (O2) الجوي.
التحلل الضوئي للماء
حيث ان هذه العملية تعمل علي انتاج كمية قليلة من (O2) وذلك بسبب تأثير الأشعة فوق البنفسجية على جزيئات الماء وفي الظاهر أن كمية الأكسجين في حالة تزايد مستمرة، ولكن نجد الحقيقة غير ذلك وذلك لأنها توجد حالة من التوازن فالأكسجين يستهلك ويتحد مع غيره من العناصر وذلك بفعل:
التنفس
وهي عبارة عن عملية احتراق ولكنها تكون بطيئة ومتدرجة عبر خطوات، وأنزيمات خاصة بكل خطوة حتى الطاقة لا تنطلق دفعة واحدة.
تحلل المواد العضوية
وان في هذه العملية وفي حالة وجود المادة العضوية فاته يتم استهلاك الأكسجين المذاب في الماء وكذلك يتم استهلاكه في خالة وجوده ضمن البيئة الهوائية المحيطة بالمادة العضوية.
احتراق الوقود الأحفوري
حيث انه عند احتراق الوقود الأحفوري فان الأكسجين الحر يتحد مع النيتروجين، أو الكربون، أو الكبريت، أو الهيدروجين، وغيرها، والذي ينتج عنه أكاسيد لهذه العناصر مثل (SO2, NO2, CO2) التي توجد على شكل غازات، وانها ا تتصاعد إلى أعلى في الغلاف الجوي.
فيحدث لها الاتي اما بالنسبة لغاز (CO2) فان معظمه يستخدم في عملية البناء الضوئي وتستكمل دورة الأكسجين في هذا المسار، وان جزء قليل من (CO2) يتفاعل مع الماء ويكون HCO-3/CO2-3 الأمر الذي يؤدي إلى تثبيت الأكسجين في الصخور الجيرية (CaCO3)، وفي هذه الحالة نقول: إن دورة الأكسجين لم تكتمل في هذا المسار.
وان دورة ثاني اكسيد الكربون تعتبر جزء لا يتجزأ من هذه الدورات.
دورة الماء في الطبيعة
دورة المياه تسمى بالدورة الهيدرولوكية، وهي عبارة عن حركة المياه المستمرة بين القارات والمحيطات والغلاف الجوي فالمياه تتواجد في الكرة الأرضية على ثلاث حالات وهي:
الحالة السائلة
المياه تتواجد بالشكل السائل في الكرة الأرضية بشكل كبير حيث انها تمثل سبعين بالمئة من سطح الأرض، وان معظم المياه السائلة موجودة في المحيطات وذلك لان المحيطات تحتوي على ستة وتسعين بالمئة من إجمالي حجم المياه على سطح الأرض، في حين انها تتواجد بشكل قليل على شكل الانهار وبحيرات المياه العذبة، والمياه الجوفيّة.
الحالة الصلبة
مثل الثلج والجليد.
الغازات أو بخار الماء
و الغازات وبخار الماء تتواجد بكميات قليلة في الغلاف الجوي.
مراحل دورة المياه
دورة المياه تمر بعدة مراحل وهي:
التبخر
فان عملية التبخر هي عبارك عن تحول المياه على سطح الأرض من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية ثم انتقالها إلى الغلاف الجوي، و عملية التبخر تعتبر إحدى العمليات الرئيسية في دورة المياه، وهي من أهم العوامل التي تكون مؤثرة في حدوث عملية التبخر، و يوجد العديد من الحالات للتبخر وهي:
التسامي
هي عبارة عن تحول الجليد أو الثلج من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية ويكون بشكل مباشر.
النتح
و هي عبارة عن عملية التبخر التي يمكن ان تحدث في أوراق النباتات، وذلك لتبخر المياه من خلال الثغرات الدقيقة جداً او المسامات الموجودة في أوراق النبات.
التبخر الكلي
و هو عبارة عن التبخر الذي ينتج عن عمليتي النتح والتبخُر من الثلوج والجليد ومياه التربة والنباتات وجميع الأسطح معا.
التكاثف
و هو عبارة عن العملية العكسية للتبخر، وذلك لان المياه تتحول من حالة البخار إلى الحالة السائلة، وان ذلك تحدث عند احتواء الهواء على كمية من بخار الماء، ويجب ان تكون هذه الكمية من البخار الذي يحمله الهواء أكبر من الحد الأعلى الذي يمكن ان يستطيع استقباله في درجة الحرارة السائدة، و التكاثف يحدث بسبب البرودة أو عند اختلاط كتل هوائية ذات درجات حرارة مختلفة، وعندما بخار الماء يتحرر من الغلاف الجوي ينتج عنه هطول الأمطار.
الهطول
هطول الأمطار يحدث نتيجة لعملية التكاثف التي تحدث في الغلاف الجوي، فالهطول يعتبر إحدى الطرق التي يتم فيها تدوير المياه من الغلاف الجوي إلى المحيطات أو الأرض في حالة المياه السائلة وهي الأمطار، أو المياه الصلبة كالبرد والثلج .
والضباب لا يعتبر شكل من أشكال الهطول، وذلك لأن الماء الموجود في الضباب لا يتكاثف، ولا يتحول إلى سائل ثم يسقط إلى الأرض، ولكن الضباب يعتبر جزء من دورة المياه لأنه عبارة عن ماء معلقا في الغلاف الجوي.
عمليات أخرى يمر بها الماء
حيث انه كما اوضحنا ان العمليات الأساسية التي تمر فيها المياه في دورة المياه في الطبيعة هي: التبخُر والتكاثف والهطول، ولكن هناك عمليات أخرى تحصل خلال دورة المياه وهي:
الجريان السطحي
ويكون ذلك مثل ذوبان الجليد الذي يحصل بسبب ذوبان الأنهار الجليدية والثلج ، و التي تقوم على تشكيل تيارات أو برك.
التبخر النتحي
و هي عبارة عن مزيج لعمليتي التبخر والنتح، ويمكن استخدامه في بعض الأحيان لكي نقوم بتقييم حركة المياه في الغلاف الجوي.
دورة الأكسجين في الطبيعة
عنصر الأكسجين يتواجد بتركيز عال جدا في القشرة الأرضية وذلك بنسبة46.4%، ويوجد في الغلاف الجوي بنسبة 21% ، وكذلك يتواجد في الغلاف المائي والحيوي.
وينتقل الاكسجين من مستودع لآخر داخل النظام البيئي كالآتي:
عملية البناء الضوئي
وهذه العملية تحدث في النباتات الخضراء وكذلك الطحالب الخضراء، فيتم إنتاج معظم (O2) الجوي.
التحلل الضوئي للماء
حيث ان هذه العملية تعمل علي انتاج كمية قليلة من (O2) وذلك بسبب تأثير الأشعة فوق البنفسجية على جزيئات الماء وفي الظاهر أن كمية الأكسجين في حالة تزايد مستمرة، ولكن نجد الحقيقة غير ذلك وذلك لأنها توجد حالة من التوازن فالأكسجين يستهلك ويتحد مع غيره من العناصر وذلك بفعل:
التنفس
وهي عبارة عن عملية احتراق ولكنها تكون بطيئة ومتدرجة عبر خطوات، وأنزيمات خاصة بكل خطوة حتى الطاقة لا تنطلق دفعة واحدة.
تحلل المواد العضوية
وان في هذه العملية وفي حالة وجود المادة العضوية فاته يتم استهلاك الأكسجين المذاب في الماء وكذلك يتم استهلاكه في خالة وجوده ضمن البيئة الهوائية المحيطة بالمادة العضوية.
احتراق الوقود الأحفوري
حيث انه عند احتراق الوقود الأحفوري فان الأكسجين الحر يتحد مع النيتروجين، أو الكربون، أو الكبريت، أو الهيدروجين، وغيرها، والذي ينتج عنه أكاسيد لهذه العناصر مثل (SO2, NO2, CO2) التي توجد على شكل غازات، وانها ا تتصاعد إلى أعلى في الغلاف الجوي.
فيحدث لها الاتي اما بالنسبة لغاز (CO2) فان معظمه يستخدم في عملية البناء الضوئي وتستكمل دورة الأكسجين في هذا المسار، وان جزء قليل من (CO2) يتفاعل مع الماء ويكون HCO-3/CO2-3 الأمر الذي يؤدي إلى تثبيت الأكسجين في الصخور الجيرية (CaCO3)، وفي هذه الحالة نقول: إن دورة الأكسجين لم تكتمل في هذا المسار.
وان دورة ثاني اكسيد الكربون تعتبر جزء لا يتجزأ من هذه الدورات.
