دورة الكربون: الخصائص والمراحل والأهمية - بيئة - 2026

و دورة الكربون هي عملية التداول لهذا العنصر الكيميائي في الهواء والماء والتربة والكائنات الحية. إنها دورة كيميائية حيوية من النوع الغازي ، وأكثر أشكال الكربون وفرة في الغلاف الجوي هو ثاني أكسيد الكربون (CO2).

توجد أكبر مخازن الكربون في المحيطات والوقود الأحفوري والمواد العضوية والصخور الرسوبية. وبالمثل ، فهو ضروري في بنية الجسم للكائنات الحية ويدخل في السلاسل الغذائية مثل ثاني أكسيد الكربون من خلال عملية التمثيل الضوئي.

تمتص أجهزة البناء الضوئي (النباتات ، والعوالق النباتية ، والبكتيريا الزرقاء) الكربون من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي ، ثم تأخذه الحيوانات العاشبة من هذه الكائنات. تستهلك هذه الحيوانات آكلة اللحوم ، وفي النهاية تتم معالجة جميع الكائنات الحية الميتة بواسطة المُحلِّلات.

بالإضافة إلى الغلاف الجوي والكائنات الحية ، يوجد الكربون في التربة (الغلاف الجوي) وفي الماء (الغلاف المائي). في المحيطات ، تأخذ العوالق النباتية والطحالب الكبيرة وكاسيات البذور المائية ثاني أكسيد الكربون المذاب في الماء لإجراء عملية التمثيل الضوئي.

رسم توضيحي لدورة الكربون

يتم إعادة دمج ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أو الماء من خلال تنفس الكائنات الحية الأرضية والمائية على التوالي. بمجرد موت الكائنات الحية ، يتم إعادة دمج الكربون في البيئة المادية على شكل ثاني أكسيد الكربون أو كجزء من الصخور الرسوبية أو الفحم أو النفط.

تعد دورة الكربون مهمة جدًا لأنها تؤدي وظائف مختلفة مثل كونها جزءًا من الكائنات الحية ، مما يساعد على تنظيم درجة حرارة الكوكب وحموضة الماء. وبالمثل ، فإنه يساهم في عمليات تآكل الصخور الرسوبية ويعمل كمصدر للطاقة للإنسان.

مميزات

كربون

يحتل هذا العنصر المرتبة السادسة من حيث الوفرة في الكون وبنيته تسمح له بتكوين روابط مع عناصر أخرى مثل الأكسجين والهيدروجين. يتكون من أربعة إلكترونات (رباعي التكافؤ) تشكل روابط كيميائية تساهمية قادرة على تكوين بوليمرات ذات أشكال هيكلية معقدة.

الجو

يوجد الكربون في الغلاف الجوي بشكل أساسي على شكل ثاني أكسيد الكربون (CO2) بنسبة 0.04٪ من تكوين الهواء. على الرغم من أن تركيز الكربون في الغلاف الجوي قد تغير بشكل كبير في الـ 170 سنة الماضية بسبب التطور الصناعي البشري.

قبل الفترة الصناعية ، كان التركيز يتراوح من 180 إلى 280 جزء في المليون (أجزاء في المليون) واليوم يتجاوز 400 جزء في المليون. بالإضافة إلى ذلك ، يوجد الميثان (CH4) بنسبة أقل بكثير وأول أكسيد الكربون (CO) في آثار صغيرة.

ثاني أكسيد الكربون والميثان (CH4)

تمتلك هذه الغازات التي أساسها الكربون خاصية امتصاص وإشعاع طاقة الموجة الطويلة (الحرارة). لهذا السبب ، فإن وجوده في الغلاف الجوي ينظم درجة حرارة الكوكب ، عن طريق منع الحرارة التي تشعها الأرض من الهروب إلى الفضاء.

من بين هذين الغازين ، يلتقط الميثان مزيدًا من الحرارة ، لكن ثاني أكسيد الكربون يلعب الدور الأكثر تحديدًا بسبب وفرته النسبية.

العالم البيولوجي

يتكون معظم تركيب الكائنات الحية من الكربون ، وهو ضروري في تكوين البروتينات والكربوهيدرات والدهون والفيتامينات.

الغلاف الصخري

الكربون هو جزء من المادة العضوية والهواء في التربة ، كما يوجد في شكل عنصري مثل الكربون والجرافيت والماس. بالطريقة نفسها ، فهو جزء أساسي من الهيدروكربونات (الزيت والقار) الموجودة في الرواسب العميقة.

تكوين الكربون

عندما يموت الغطاء النباتي في أحواض البحيرات أو المستنقعات أو البحار الضحلة ، يتراكم حطام النبات في طبقات مغطاة بالمياه. يتم بعد ذلك إنشاء عملية تحلل لاهوائية بطيئة تسببها البكتيريا.

تغطي الرواسب طبقات المواد العضوية المتحللة التي تخضع لعملية تدريجية لتخصيب الكربون على مدى ملايين السنين. يمر هذا بمرحلة من الجفت (50٪ كربون) ، ليجنيت (55-75٪) ، فحم (75-90٪) وأخيراً أنثراسيت (90٪ أو أكثر).

تكوين الزيت

يبدأ بتحلل هوائي بطيء ، ثم هناك مرحلة لاهوائية تتكون من بقايا عوالق وحيوانات ونباتات بحرية أو بحيرات. تم دفن هذه المادة العضوية بواسطة طبقات رسوبية وتعرضت لدرجات حرارة وضغوط عالية داخل الأرض.

ومع ذلك ، نظرًا لكثافته المنخفضة ، يرتفع الزيت عبر مسام الصخور الرسوبية. في نهاية المطاف ، إما أن تصبح محاصرة في مناطق غير منفذة أو تشكل نتوءات قارية ضحلة.

الغلاف المائي

يحافظ الغلاف المائي على التبادل الغازي مع الغلاف الجوي ، وخاصة الأكسجين والكربون في شكل CO2 (قابل للذوبان في الماء). يوجد الكربون في الماء ، وخاصة في المحيطات ، وبشكل أساسي على شكل أيونات بيكربونات.

تلعب أيونات البيكربونات دورًا مهمًا في تنظيم درجة الحموضة في البيئة البحرية. من ناحية أخرى ، توجد في قاع البحر كميات كبيرة من الميثان المحتبسة مثل هيدرات الميثان.

أمطار حمضية

يخترق الكربون أيضًا بين الوسط الغازي والسائل ، عندما يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع بخار الماء في الغلاف الجوي ويشكل H2CO3. يترسب هذا الحمض بمياه الأمطار ويحمض التربة والمياه.

مراحل دورة الكربون

احتجاز الكربون وتخزينه. المصدر: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin and Jamie Paynederivative work: Jarl Arntzen (talk) derivative work: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

مثل أي دورة بيوجيوكيميائية ، فإن دورة الكربون هي عملية معقدة تتكون من شبكة من العلاقات. إن فصلهم إلى مراحل محددة ليس سوى وسيلة لتحليلهم وفهمهم.

- المرحلة الجيولوجية

تذاكر

تأتي مدخلات الكربون في هذه المرحلة إلى حد أقل من الغلاف الجوي ، عن طريق المطر الحمضي والهواء المرشح على الأرض. ومع ذلك ، فإن المدخل الرئيسي هو مساهمات الكائنات الحية ، سواء من خلال فضلاتها أو بواسطة أجسادها عند موتها.

التخزين والدوران

في هذه المرحلة ، يتم تخزين الكربون ويتحرك في طبقات عميقة من الغلاف الصخري مثل الفحم والنفط والغاز والجرافيت والماس. إنه أيضًا جزء من صخور الكربونات ، محاصر في التربة الصقيعية (طبقة أرضية متجمدة في خطوط العرض القطبية) ومذابة في الماء والهواء في مسام التربة.

في ديناميات الصفائح التكتونية ، يصل الكربون أيضًا إلى الطبقات العميقة من الوشاح وهو جزء من الصهارة.

المغادرين

يؤدي تأثير المطر على الصخور الجيرية إلى تآكلها ويتحرر الكالسيوم مع العناصر الأخرى. يتم غسل الكالسيوم الناتج عن تآكل هذه الصخور الكربونية في الأنهار ومن هناك إلى المحيطات.

وبالمثل، CO ₂ يتم تحريرها عندما يذوب الجليد الدائم أو بسبب الإفراط في حراثة التربة. ومع ذلك ، فإن الإنتاج الرئيسي يحركه الإنسان عن طريق استخراج الفحم والنفط والغاز من الغلاف الصخري ، لحرقها كوقود.

النشاط البشري ، القائم على استهلاك الهيدروكربونات ، يطلق الكربون في الغلاف الجوي

- المرحلة الهيدرولوجية

تذاكر

الغلاف الجوي CO ₂ عندما يتعلق الأمر في اتصال مع يذوب سطح الماء تشكيل حمض الكربونيك والميثان يدخل الغلاف الصخري من قاع البحر، كما تم الكشف في القطب الشمالي. بالإضافة إلى ذلك ، تدخل أيونات HCO ₃ الأنهار والمحيطات بسبب تآكل صخور الكربونات في الغلاف الصخري وغسل التربة.

عندما تمطر ، تحمل المياه الكربون على شكل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ومن الصخور. عند الوصول إلى المحيط ، تستخدمه الشعاب المرجانية والعوالق والحيوانات المائية الأخرى في النمو. هذه الكائنات الحية - المرجان والعوالق والحيوانات المائية - تموت وتدخل الكربون في التربة

التخزين والدوران

يذوب ثاني أكسيد الكربون في الماء مكونًا حمض الكربونيك (H2CO3) ، مما يؤدي إلى إذابة كربونات الكالسيوم في القشرة ، مكونًا كربونات حمض الكالسيوم (Ca (HCO3) 2). لذلك ، يوجد الكربون ويدور في الماء بشكل أساسي في صورة CO2 و H2CO3 و Ca (HCO3) 2.

من ناحية أخرى ، تحافظ الكائنات البحرية على تبادل مستمر للكربون مع بيئتها المائية عن طريق التمثيل الضوئي والتنفس. أيضًا ، توجد احتياطيات كبيرة من الكربون على شكل هيدرات الميثان في قاع البحر ، مجمدة بسبب درجات الحرارة المنخفضة والضغط العالي.

المغادرين

يتبادل المحيط الغازات مع الغلاف الجوي ، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون والميثان ، ويتم إطلاق جزء من هذا الأخير في الغلاف الجوي. في الآونة الأخيرة ، تم الكشف عن زيادة في تسرب الميثان المحيطي على أعماق أقل من 400 متر ، مثل قبالة سواحل النرويج.

تؤدي الزيادة في درجة الحرارة العالمية إلى تسخين المياه في أعماق لا تزيد عن 400 متر وإطلاق هيدرات الميثان. حدثت عملية مماثلة في العصر الجليدي ، مما أدى إلى إطلاق كميات كبيرة من الميثان ، مما أدى إلى ارتفاع درجة حرارة الأرض وتسبب في نهاية العصر الجليدي.

- مرحلة الغلاف الجوي

تذاكر

يدخل الكربون الغلاف الجوي من تنفس الكائنات الحية ومن النشاط البكتيري الميثاني. وبالمثل ، بسبب حرائق الغطاء النباتي (المحيط الحيوي) ، والتبادل مع الغلاف المائي ، وحرق الوقود الأحفوري ، والنشاط البركاني والانطلاق من الأرض (جيولوجي).

إطلاق الكربون الجيولوجي في الغلاف الجوي عن طريق ثوران بركان. المؤلف: Ciencia1.com

التخزين والدوران

في الغلاف الجوي ، يوجد الكربون بشكل أساسي في الشكل الغازي مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان (CH4) وأول أكسيد الكربون (CO). وبالمثل ، يمكنك العثور على جزيئات الكربون العالقة في الهواء.

المغادرين

مخرجات الكربون الرئيسية من مرحلة الغلاف الجوي هي ثاني أكسيد الكربون الذي يذوب في مياه المحيط والذي يستخدم في عملية التمثيل الضوئي.

- المرحلة البيولوجية

تذاكر

يدخل الكربون المرحلة البيولوجية باعتباره ثاني أكسيد الكربون من خلال عملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها النباتات والبكتيريا الضوئية. وبالمثل ، فإن أيونات Ca2 + و HCO3 التي تصل إلى البحر عن طريق التعرية وتستخدمها الكائنات الحية المختلفة في تصنيع الأصداف.

تمتص النباتات والكائنات الحية الدقيقة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وتحوله إلى أكسجين وطاقة من خلال عملية التمثيل الضوئي

التخزين والدوران

تتكون كل خلية وبالتالي أجسام الكائنات الحية من نسبة عالية من الكربون ، وتشكل البروتينات والكربوهيدرات والدهون. يدور هذا الكربون العضوي عبر المحيط الحيوي من خلال الشبكات الغذائية من المنتجين الأساسيين.

تدمجها كاسيات البذور والسراخس وحشيشة الكبد والطحالب والطحالب والبكتيريا الزرقاء عن طريق التمثيل الضوئي. ثم يتم استهلاك هذه الكائنات من قبل العواشب ، والتي ستكون غذاء للحيوانات آكلة اللحوم.

تستهلك الحيوانات العاشبة النباتات وتطلق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. عندما تموت هذه الحيوانات فإنها تعيد دمج الكربون في التربة. نفس الشيء يحدث مع المرجان والعوالق في قاع المحيط

المغادرين

إن التسرب الرئيسي للكربون من هذه المرحلة إلى الآخرين في دورة الكربون هو موت الكائنات الحية التي تعيد دمجها في التربة والماء والغلاف الجوي. شكل هائل وجذري من موت الكربون وإطلاقه هو حرائق الغابات التي تنتج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون.

من ناحية أخرى ، فإن أهم مصدر للميثان في الغلاف الجوي هو الغازات التي تطردها الماشية في عملياتها الهضمية. وبالمثل ، فإن نشاط البكتيريا اللاهوائية المولدة للميثان والتي تحلل المواد العضوية في المستنقعات ومحاصيل الأرز هو مصدر للميثان.

أهمية

تعتبر دورة الكربون مهمة بسبب الوظائف ذات الصلة التي يؤديها هذا العنصر على كوكب الأرض. يسمح دورانها المتوازن بتنظيم كل هذه الوظائف ذات الصلة للحفاظ على ظروف الكواكب في وظيفة الحياة.

في الكائنات الحية

الكربون هو العنصر الرئيسي في بنية الخلايا حيث أنه جزء من الكربوهيدرات والبروتينات والدهون. هذا العنصر هو أساس كل كيمياء الحياة ، من الحمض النووي إلى أغشية الخلايا والعضيات والأنسجة والأعضاء.

تنظيم درجة حرارة الأرض

ثاني أكسيد الكربون هو غاز الدفيئة الرئيسي ، مما يجعل من الممكن الحفاظ على درجة حرارة مناسبة للحياة على الأرض. بدون غازات الغلاف الجوي مثل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء وغيرها ، فإن الحرارة المنبعثة من الأرض سوف تتسرب تمامًا إلى الفضاء وسيكون الكوكب كتلة مجمدة.

الاحتباس الحراري

من ناحية أخرى ، فإن فائض ثاني أكسيد الكربون المنبعث في الغلاف الجوي ، مثل ذلك الذي يسببه البشر حاليًا ، يكسر التوازن الطبيعي. يؤدي هذا إلى ارتفاع درجة حرارة الكوكب ، مما يغير المناخ العالمي ويؤثر سلبًا على التنوع البيولوجي.

تنظيم درجة الحموضة المحيطية

يعد ثاني أكسيد الكربون والميثان المذاب في الماء جزءًا من آلية معقدة لتنظيم درجة الحموضة في الماء في المحيطات. وكلما زاد محتوى هذه الغازات في الماء ، يصبح الرقم الهيدروجيني أكثر حمضية ، وهو أمر سلبي للحياة المائية.

مصدر الطاقة

الفحم هو جزء أساسي من الوقود الأحفوري ، سواء من الفحم المعدني أو النفط أو الغاز الطبيعي. على الرغم من التشكيك في استخدامه بسبب الآثار البيئية السلبية التي ينتجها ، مثل ارتفاع درجة الحرارة العالمية وإطلاق المعادن الثقيلة.

القيمة الاقتصادية

الفحم هو معدن يدر مصادر عمل وأرباح اقتصادية لاستخدامه كوقود ، ويستند التطور الاقتصادي للبشرية إلى استخدام هذه المادة الخام. من ناحية أخرى ، في شكله المتبلور من الماس ، وهو نادر جدًا ، له قيمة اقتصادية كبيرة لاستخدامه كحجر ثمين.

المراجع

1. كالو ، ب. (محرر) (1998). موسوعة علم البيئة والإدارة البيئية.
2. كريستوفر آر وفيلدينغ ، سي آر (1993). مراجعة للأبحاث الحديثة في علم الترسبات النهرية. الجيولوجيا الرسوبية.
3. Espinosa-Fuentes، M. De la L.، Peralta-Rosales، OA and Castro-Romero، T. Biogeochemical cycles. الفصل 7. التقرير المكسيكي عن تغير المناخ ، المجموعة الأولى ، الأسس العلمية. النماذج والنمذجة.
4. مارغاليف ، ر. (1974). علم البيئة. إصدارات أوميغا.
5. ميلر ، جي وتايلر ، جي آر (1992). البيئة والبيئة. Grupo الافتتاحية Iberoamérica SA de CV
6. Odum ، EP and Warrett ، GW (2006). أساسيات علم البيئة. الطبعه الخامسة. طومسون.