دورة الكربون

2011 اللافلزات

آلان بي گوب

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الكيمياء

الكربون عبارة عن مركّب يمر عبر دورة زمنية في الوسط البيئي تسمى «الدورة الكيميائية الحيوية».

تشكل البيئة مصدر كل الكربون الموجود في الحيوانات والنباتات، أما مصدر الكربون الضروري للكائنات

الحية فهو الغلاف الجوي، ومع أن الغلاف الجوي يحتوي فقط على (0.038 بالمئة) من ثاني أكسيد الكربون، إلا أن هذه الكمية الضئيلة تعدّ مهمة جداً. تقوم

النباتات بتحويل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي إلى جزيئات كربونية عضوية بواسطة عملية تعرف باسم «البناء الضوئي»،

التي يتحد خلالها النبات مع ثاني أكسيد الكربون والماء باستخدام الطاقة التي يستمدها من الشمس كي يكوّن الجلوكوز، ثم يقوم النبات بتحويل الجلوكوز إلى مركّبات أخرى، حيث يخزنها كي يستعملها في مراحل لاحقة، وعندما تأكل الحيوانات

النبات، تستخدم الطعام المختزن للحصول على الطاقة وبناء أنسجتها، وبذلك ينتقل الكربون من النباتات إلى الحيوان. كما أن الكربون على شكل ثاني أكسيد الكربون مهم بالنسبة للنباتات كي تقوم بصنع غذائها. فالنباتات والحيوانات تفكك المركّبات الكربونية بواسطة عملية يطلق عليها اسم «التنفس الخلوي».

ومن خلال هذه العملية، يتم تحرير الطاقة المختزنة وثاني أكسيد الكربون، و يعود ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي. كما تحتفظ الأشجار بالكربون داخل أخشابها، وعند احتراق الأشجار، ينطلق الكربون على شكل ثاني أكسيد الكربون. عندما تموت النباتات والحيوانات، فإنها تتحلل أو تتفكك، ويتحرر نتيجة ذلك ثاني أكسيد الكربون الذي ينطلق مباشرة إلى الغلاف الجوي، وفي بعض الأحيان تطمر مخلفات النبات والحيوان بسرعة أو تتحلل في المستنقعات، حيث تتوافر كميات ضئيلة من الأكسجين. و عندما يحدث ذلك، يظل الكربون محتجزاً ولا ينطلق مباشرة إلى الغلاف الجوي، وقد يظل

الكربون محتجزاً لآلاف السنين، أو حتى لملايين السنين، وقد تحوّل العمليات الجيولوجية و الحرارة و الضغط هذا الكربون المحتجز إلى نفط أو فحم حجري أو غاز طبيعي، يطلق على هذه الأشكال من الكربون اسم الوقود الأحفوري؛ لأنها تظل محتجزة لفترات زمنية طويلة. وعندما يقوم الناس بحرق الوقود الأحفوري للحصول على الطاقة، يتحرر الكربون ويعود إلى الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون. إن تشكل الوقود الأحفوري ليس الطريقة الوحيدة التي يتم بواسطتها احتجاز الكربون، إذ أن كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون تذوب في مياه المحيطات، وتقوم بعض الكائنات الحية التي تعيش في المحيطات بتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى كربونات الكالسيوم لتكوين غلافها الخارجي. وعندما تموت هذه الكائنات الحية، تسقط أغلفتها وتستقر في قاع المحيط. تؤدي العمليات الكيميائية في بعض المحيطات إلى ذوبان ثاني أكسيد الكربون في مياه المحيط، وتكوين كربونات الكالسيوم التي تستقر في قاع تلك المحيطات، ومع مرور الزمن تتراكم الأغلفة و كربونات الكالسيوم وتتحوّل إلى حجر الكلس، و من المحتمل أن تؤدي هذه العملية إلى بقاء الكربون محتجزاً لملايين السنين، و يؤدي التآكل (أو التعرية) فيما بعد إلى تحرير هذا الكربون و إعادته إلى البيئة بصورة بطيئة. تمثل دورة

الكربون توازناً دقيقاً بين الكربون المحتجز داخل الكائنات الحية والبيئة، ويتغير هذا التوازن عند حرق الوقود الأحفوري، لكن العلماء لا يعلمون بالضبط كيفية عمل هذه الآلية.