الدورات الكيميائية في الطبيعة

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الرابع

KFAS

الدورات الكيميائية في الطبيعة علوم الأرض والجيولوجيا

هناك دورات محكمة التنظيم تحفظ للغازات المكوّنة للغلاف الجوي ثبات نسبها واتزانها، وسنستعرض فيما يلي أهم هذه الدورات:

دورة الكربون: 

تتمثل دورة الكربون في الطبيعة خلال عملية البناء الضوئي، والتي يتم بواسطتها تثبيت غاز ثاني أكسيد الكربون في النبات.

ومن ناحية أخرى فإن عملت التنفس وتحلل الكائنات الحية تعمل على انطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون نحو الهواء الجوي. وبذلك يحافظ الهواء على نسب ثابتة للغازات المكونة له.

وتعتبر هذه الدورة ذات أهمية بالغة لاستمرار الحياة على سطح الأرض. وتحوي المحيطات كربوناً يقدّر بحوالي 60 مثلاً لما هو موجود في الهواء.

 

وتتوقف كمية ثاني أكسيد الكربون التي تستوعبها المحيطات على درجة حرارة المياه وعلى درجة حمضيتها.

أما كمية ثاني أكسيد الكربون المدفونة في الأرض على هيئة كربونات الكالسيوم في الحجر الجيري والرخام والطباشير فتقدّر بحوالي 600 مثل للكمية الموجودة في المحيطات والغلاف الجوي.

ولو أمكن لجميع ما تحتويه الصخور والمحيطات من ثاني أكسيد الكربون أن ينطلق نحو الغلاف الجوي لشكّل ذلك كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون حول كوكب الأرض أشبه ما يكون بجوّ كوكب الزهرة الذي يتكون أساساً من غاز ثاني أكسيد الكربون بنسبة 95%.

 

وغاز أول أكسيد الكربون (CO) سام، وينتج عند الاحتراق غير الكامل للوقود في السيارات. وتزداد نسبة تركيز هذا الغاز في الأماكن المزدحمة بالسيارات وسط المدن الكبيرة.

وإذا ما وجد هذا الغاز على درجة تركيز عالية في الهواء فإنه يتحد مع هيموجلوبين الدم ويمنعه من نقل الأكسجين من الرئتين إلى أجزاء الجسم المختلفة فيسبب الاختناق والموت، ولهذا فإن الأمر يتطلب دائماً إجراء قياسات لمعرفة درجة تركيز هذا الغاز في المناطق المزدحمة.

أما على الصعيد العالمي فإن المصادر الرئيسية لهذا الغاز هي احتراق الوقود الحفري (بترول، فحم حجري، غاز طبيعي) وتأكسد غاز الميثان (CH₄)، وهو الذي ينتج في الطبيعة بسبب تحلل الكائنات الدقيقة اللاهوائية.

 

ومن الملاحظ أن دورة الكربون في الطبيعة باتت تتأثر بسبب تدخل الإنسان وما حققه من تطور علمي وتكنولوجي.

فالتوسع في استخدام الوقود الحفري أدّى إلى زيادة إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بمقدار حوالي 13% في الفترة ما بين أوائل القرن الحالي وعام 1960.

 

دورة الكبريت في الطبيعة:

ينطلق غاز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) نتيجة لاحتراق بعض مصادر الطاقة التي تحوي نسبة عالية من الكبريت.

بالإضافة إلى بعض المصادر الطبيعية الأخرى كالبراكين وتأكسد كبريتيد الهيدروجين، وهو الذي ينتج بفعل تلف المتعضّيات.

غير أن الإنسان أخذ يتدخل بأنشطته المختلفة في عملية التوازن الطبيعي لهذا الغاز خاصة في المناطق الصناعية.

 

ويتأكسد ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي حيث يتحول في النهاية إلى حامض الكبريتيك أثناء وجود الضباب أو عند هطول الأمطار.

ويتشكل ما يعرف بالمطر الحمضي الذي يلحق الضرر بالإنسان والحيوان والنبات. ولهذا فإن الأمر يتطلب التقليل ما أمكن من استخدام الوقود الذي يحتوي على نسب عالية من الكبريت.

 

دورة النيتروجين في الطبيعة:

تتمثل هذه الدورة في التفاعل الذي يحدثه البرق بين النيتروجين والأكسجين في الهواء فتتكون أكاسيد النيتروجين التي تذوب في مياه الأمطار فتسقط على التربة حيث تتفاعل مع بعض الأملاح مكوّنة أملاحاً نيتروجينية تمتصها النباتات وتستفيد منها.

كما أن هناك بعض الكائنات الدقيقة التي تعمل على تثبيت نيتروجين الجو في التربة، وتحوله إلى مركبات سهلة الامتصاص.

ومن ناحية أخرى فإن هناك بعض العمليات مثل تحلّل المواد العضوية والأجسام الميّتة بفعل أنواع معيّنة من البكتريا والتي تؤدي بدورها إلى عودة النيتروجين إلى الجو وبذلك تحافظ على ثبات نسبة النيتروجين في الهواء.

 

وتعتبر أكاسيد النيتريك (NO) و(NO₂) من الغازات التي تسترعي الاهتمام في الوقت الحاضر لأنها تتحكم في تركيز الأوزون في طبقة الستراتوسفير.

والمصدر الرئيسي لأكاسيد النيتروجين هو تفاعل أكسيد النيتروز N₂O (الغاز الضاحك) الذي ينتج أساساً من تحلّل أملاح النيترات في التربة بفعل بكتريا خاصة.

ويتمثل الخطر أيضاً بسبب ما تطلقه الطائرات الأسرع من الصوت (SST) من أكسيد النيتريك الذي يتفاعل مع الأوزون ويحوله إلى أكسجين.

 

وتشير الدراسات المختلفة إلى أن طيران 500 طائرة بوينج مدة 7 إلى 8 ساعات يومياً لفترة سنة كاملة على ارتفاع حوالي 20 كيلومتراً يمكن أن يؤدي إلى نقصان الأوزون بنسبة 10% من مجموع الأوزون الجوي.

ومن المعروف أن غاز الأوزون يشكل درعاً واقياً يحمي الأرض من الأشعة فوق البنفسجية ذات الموجة المتوسطة (UV-B)، وهي أشعة قاتلة، لذا فإن أي نقص يطرأ على كمية الأوزون في طبقة الستراتوسفير سيؤدي إلى ازدياد الأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى الأرض، وبالتالي سيتسبب في الحروق البالغة والسرطانات الجلدية.

 

دورة الكلور:

إن المصدر الطبيعي الرئيسي للكلور الجوي هو تأكسد كلوريد الايروسولات وتحوله إلى حامض الكلوردريك عند مستوى سطح الأرض.

ولقد باتت هذه الدورة تسترعي أنظار العالم لأن أي تغيّر يطرأ على درجة تركيز الكلور وأكسيد الكلور في طبقة الستراتوسفير سيؤدي إلى تدهور طبقة الأوزون، التي تحمي الأرض وما عليها من الآثار المدمرة للأشعة فوق البنفسجية، إذ إن الكلور شأنه شأن أكسيد النيتريك يتحد مع الأوزون فيتشكل أكسيد الكلور وجزيئات الأكسجين.

 

وبذلك يعمل الكلور على تحطيم جزيئات الأوزون. على أن مما يجدر ذكره أن الكلور الذي يتكون عند مستوى سطح الأرض يذوب في ماء المطر.

ولهذا فإن درجة تركيزه لا ترتفع بشكل ملحوظ في طبقة الستراتوسفير، إلا أن مركبات فلوروكلوريد الكربون (Chlorofluoro carbons) تعمل على زيادة تركيز الكلور في طبقة الستراتوسفير.

 

فهذه المركبات عبارة عن غازات خاملة، غير سامة وغير قابلة للاشتعال ولا تذوب في مياه المطر. ومن أشهر هذه الغازات غاز (CFCl₃) وغاز (CF₂Cl₂)، وهذان الغازان يطلق عليهما تجارياً غاز الفريون.

وتستخدم هذه الغازات في صناعة التبريد وفي علب بخّاخات الرش(Spray cans)، وعندما تصل هذه الغازات إلى طبقة الستراتوسفير فإنها تتحطم بفعل التأثير الضوء كيميائي للأشعة فوق البنفسجية التي يقل طول موجاتها عن 2300 انجستروم، فتتفكك ذرات الكلور وتتحد بالأوزون الذي يتحول إلى أكسجين.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]