الدورات الجيوكيميائية لبعض العناصر الأولية والثانوية

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الثاني

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

العناصر الأولية العناصر الثانوية الدورات الجيوكيميائية لبعض العناصر علوم الأرض والجيولوجيا

تنتقل هذه العناصر إلى الكائنات الحيّة حيث تعود ثانية إلى حالتها من خلال عمليات الأيض الغذائي أو عندما تموت هذه الكائنات فتدخل هذه العناصر إلى كائنات حيّة أخرى، وهلم جرّا.

1- العناصر الأساسية (الأولية): 

إن كل عنصـر من العناصر الأساسية التي تدخل في تركيب المواد الحيّة كالهيدروجين والكربون والنيتروجين والأكسجين والفوسفور يشكل أكثر من 0.5% من وزن المادة الحيّة.

ويوجد الهيدروجين في جميع المركبات الحيوية تقريباً. فالهيدروجين الجزيئي (H₂) يتم إنتاجه وأكسدته بواسطة أنواع مختلفة من البكتيريا.

وتتم عملية تأيض كبريتيد الهيدروجين والميثان بواسطة الكائنات الدقيقة اللاهوائية. وعملية الأكسدة بواسطة الأنزيمات (الخمائر) هي عبارة عن عملية زهرجة (إزالة الهيدروجين من المركبات).

 

ومما يجدر ذكره أن الكربون عنصـر فريد من نوعه، إذ أنه يشكل عدداً من المركبات يزيد عن المركبات التي تتشكل من جميع العناصر مجتمعة

وتقوم عملية البناء الضوئي في النباتات بإنقاص ثاني أكسيد الكربون في الهواء، حيث يتحول هذا الغاز بفعل عملية البناء الضوئي إلى مركبات عضوية، وتتحول هذه المركبات في النهاية بفعل عملية التنفس في النبات والحيوان إلى ثاني أكسيد الكربون.

 

غير أن هناك بالمقابل كميات هائلة من الكربون مخزونة في باطن الأرض على شكل نفط وفحم حجري وغاز طبيعي، وهي التي تكونت أصلاً من بقايا عضوية ونباتية طمرت تحت رواسب عظيمة وتحولت تحت الضغط والحرارة إلى هيدروكربونات.

وتتكون الترسبات الكربونية في البحار والمحيطات بفعل الكائنات الصدفية كالمحار والحلزون وغيرها، وهي التي يدخل في تركيبها غاز ثاني أكسيد الكربون الذائب في المياه، كما أن الكربونات يمكن أن تترسب بطريق غير مباشرة في المياه الطبيعية بسبب ارتفاع الأس الهيدروجيني (pH) لهذه المياه.

 

وتقدّر كمية غاز ثاني أكسيد الكربون المضاف سنوياً للغلاف الجوي بحوالي 1 مليجرام لكل سنتمتر مربع واحد من سطح الأرض بسبب استخدام الوقود الحفري في عمليات الاحتراق. ولقد أدّى ذلك إلى ازدياد غاز ثاني أكسيد الكربون في الهواء بنسبة 9% في الفترة ما بين 1900 و 1960.

والأكسجين عنصـر ضروري لجميع الكائنات الحيّة، وإن كان هناك كائنات دقيقة مجهرية معيّنة تحيا بدون الهواء.

فهي في بعض الحالات قادرة على أن تحيا حياة طفيلية أو غير طفيلية، وفي بعض الحالات الأخرى تعيش بطريقة واحدة لا غير.

 

وينتج الأكسجين من النباتات الخضـراء في عملية البناء الضوئي، وهذا الأكسجين يستخدم في عملية تنفس الكائنات الحيّة. وعملية التنفس هذه مضادة لعملية البناء الضوئي كما هو موضح في لمعادلة التالية:

والأكسجين الذي ينطلق أثناء عملية البناء الضوئي ينتج من تحليل المياه.

 

ويتراوح متوسط كمية النيتروجين في معظم الأنسجة النباتية بين 2% و 6% من مجموع وزن هذه النباتات وهي في الحالة الجافة،

في حين تتراوح هذه النسبة في الحيوانات وبعض أنواع البكتيريا بين 6% و 13% من وزنها وهي في حالة رماد.

 

وتقوم بعض أنواع البكتيريا كالطحالب الزرقاء المخضـرة بتحويل النيتروجين الجزيئي إلى مركبات عضوية.

ويقدر هتشينسون (Hutchinson) كمية النيتروجين التي يتم تثبيتها في السنة الواحدة بحوالي س×10 ¹² جرام، أو ما يقارب س/5 ميكروجرام (Ug) من النيتروجين لكل سنتمتر مربع واحد من سطح الأرض.

ويعود جزء من النيتروجين الجزيئي (N₂) إلى الغلاف الجوي مرة ثانية بواسطة البكتيريا غير الهوائية التي تعمل على تحويل النتّرات  والنتّريت إلى النيتروجين الجزيئي. ويشكل النيتروجين عنصـراً رئيسياً في البروتينات والأحماض الأمينية. كما يشكل عنصراً رئيسياً في فضلات الأحياء بصورة يوريا وأمونيا.

 

2- العناصر الثانوية: 

نأتي الآن إلى العناصر الثانوية الضـرورية التي تدخل في تركيب الكائنات الحيّة. وترتيب هذه العناصر من حيث درجة تركيزها على النحو التالي: الصوديوم، الكلسيوم، المغنيسيوم، الكبريت، الكلور، البوتاسيوم، الحديد، السيليكون، الفانديوم، الزنك، البورون، الفلور، المنجنيز، الكوبلت، النحاس، واليود.

ويعتبر الكلسيوم من الناحية البيولوجية من أهم عناصر العائلة القلوية، فهو يوجد في الهياكل العظيمة على صورة كربونات وفوسفات، أما المغنسيوم فيدخل في تركيب جزيء الكلوروفيل، كما أنه يشارك في التفاعلات التي تجري في الأنزيمات.

 

ويتراكم الراديوم في بعض النباتات في حين أن الكائنات البحرية وخاصة الأسماك فإنها تحتوي على كمية من الراديوم أقل مما تحتوي عليه النباتات البحرية. والدورة الجيوكيميائية للكبريت تتأثر بشكل ملحوظ بالتفاعلات البيولوجية.

والألومنيوم وهو الذي يكوّن ثاني أكثر العناصر وجوداً في القشـرة الأرضية، إلا أنه نادر الوجود في أنسجة الكائنات الحيّة، باستنثاء حالة واحدة وهي الطحالب (Lycopo-dium alpinum) والتي تصل نسبة ما فيها من أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) إلى 33% من رماد هذه الطحالب.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]