Transcript غاز ثاني اوكسيد الكربون

‫المحاضر ‪3‬‬
‫د‪ .‬هبة الفارس‬
‫دورة المواد البيوجيوكيماوية‬
‫المواد ال تفنى وال تستحدث وإنما تتحول من شكل إلى أخر‪.‬‬
‫تتواجد هذه العناصر داخل أجسام الكائنات الحية أو خارجها‪.‬‬
‫تكون إما على شكل مواد عضوية أو مواد غير عضوية‪.‬‬
‫دورة املواد البيوجيوكيماوية‬
‫‪ ‬يوجد في الطبيعة حوالي ‪ 105‬عناصر كيميائية معروفة لحد اآلن‪ ,‬من‬
‫الممكن أن تكتشف عناصر كيماوية أخرى مع تقدم علوم الكيمياء والفيزياء‪,‬‬
‫وتحتاج الكائنات الحية إلى حوالي ‪ 40‬عنصرا من العناصر للمحافظة‬
‫على حياتها ونشاطها ‪.‬‬
‫‪ ‬من أهم هده العناصر هو الكربون‪ ,‬واألكسجين ‪ ,‬والنيتروجين‪,‬‬
‫والهيدروجين‪ ,‬والفسفور‪ ,‬والبوتاسيوم والكالسيوم ‪ ,‬والحديد‪ ,‬والمغنسيوم ‪.‬‬
‫دورة ااملواد البيوجيوكيماوية‬
‫‪ ‬الدورة البيوجيوكيماوية هي دورة العناصر أو المواد الطبيعية بطريقة‬
‫مباشرة أو غير مباشرة بواسطة الطاقة الشمسية أي من المكونات غير‬
‫الحية إلى المكونات الحية ثم إلى غير الحية على شكل دورة‬
‫‪ ‬يساعد فهم الدورات الطبيعية وسريان الطاقة في البيئة على تفهم المشاكل‬
‫البيئية مثل كيفية حدوث التلوث وانتقاله إلى اإلنسان والكائنات الحية‬
‫األخرى وكمية الطاقة األزمة إلنتاج المواد الغذائية لألعداد المتزايدة من‬
‫سكان األرض وحل المشكالت البيئية المعاصرة مثل تسخين كوكب األرض‬
‫وحزام األرض‬
‫تعتبر النباتات المائية واألرضية عنصر أساسي في دورات المواد‪.‬‬
‫حيث تقوم باستيعاب مواد غير عضوية تحتوي على هذه العناصر واستغاللها في بناء مواد عضوية‪.‬‬
‫تتغذى الكائنات الحيوانية على النباتات وهكذا تحصل على هذه العناصر‪.‬‬
‫يوجد يف الطبيعة دورتان رئيستان‪:‬‬
‫‪ ‬الدورة الغازية‬
‫‪ ‬الدورة الرسوبية‬
‫الدورة الغازية‬
‫‪ ‬وتشمل الدورة الغازية دورة الكربون‪ ,‬النيتروجين‪ ,‬األكسجين‪ ,‬الهيدروجين‬
‫و المياه‪ .‬و تعد الدورة الغازية أكثر كماال من الدورة الرسوبية‪ ,‬نظرا أالن‬
‫الدورة الغازية تسير بسرعة اكبر‪.‬‬
‫دورة الكربون‬
‫‪ ‬بعد الغالف الغازي والغالف المائي المستودع الرئيس للكربون غير‬
‫العضوي ويوجد الكربون في الطبيعة في حالة صلبة في الطبقات الصخرية‬
‫وفي المركبات العضوية ‪ ,‬وفي حالة سائلة في خاليا الكائنات الحياة وفي‬
‫المياه ‪ ,‬كما يوجد الكربون في حالة غازية في الغالف الغازي وهواء‬
‫التراب ‪ .‬بين هذه الحاالت يتم التبادل والتفاعل في دورة الكربون‪.‬‬
‫‪ ‬و تبدأ دورة الكربون بأن تقوم النباتات الخضراء و الطحالب الخضراء‬
‫بأخذ ثاني أوكسيد الكربون من الهواء المحيط ‪ ,‬ويأخذ الماء من التربة‬
‫بواسطة الشعيرات الجذرية ثم تستخدم الطاقة الشمسية للقيام بعملية التمثيل‬
‫الضوئي وإنتاج المركبات العضوية حسب المعادلة التالية ‪:‬‬
‫‪6H2O+6CO2‬‬
‫‪C6H12O6+6O2‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫دورة الكربون‬
‫وتتوقف أثناء الليل عملية التمثيل الضوئي ويحل مكانها عملية التنفس و ينتج عن‬
‫ذالك غاز ثاني اوكسيد الكربون الذي يعود إلى الغالف الغازي ‪.‬‬
‫وفي المناطق التي ترتفع فيها كثافة النباتات تزداد نسبة غاز ثاني أوكسيد الكربون‬
‫في الليل إلى حوالي ‪ %25‬عن المعدل الطبيعي وبخاصة في الجزء القريب من‬
‫التربة‪.‬‬
‫مع طلوع الشمس تأخذ نسبة ثاني أوكسيد الكربون بالعودة إلى معدلها الطبيعي‪.‬‬
‫وعندما تتغذى المستهلكات على المواد العضوية تتحول تلك المواد إلى كتلة حيوية‬
‫وينطلق غاز ثاني أوكسيد الكربون إلى الغالف الغازي عن طريق التنفس‪ ,‬و ينتج‬
‫عن الكائنات الحية المنتجة و المستهلكة إفرازات وفضالت‪ ,‬وبعد موت هذه الكائنات‬
‫الحية( بعد فترة من الزمن بحكم قوانين الطبيعة ) تتعرض مع إفرازاتها إلى عمليات‬
‫تحلل ويعود معها غاز ثاني أوكسيد الكربون إلى الغالف الغازي ثانية ‪.‬‬
‫دورة الكربون‬
‫‪ ‬ويترتب على عمليات تجوية الصخور الكلسية العضوية ( ‪Organic‬‬
‫‪ ) Limestone‬و الدولوميت (‪ )Dolomite‬و التي أسهمت في تكوينها‬
‫المواد العضوية عودة قسم من الكربون المثبت إلى الغالف الغازي‪.‬‬
‫دورة الكربون‬
‫‪ ‬وكذلك البراكين تقوم أيضا بإعادة قسم من الكربون إلى الغالف الغازي‪,‬‬
‫حيث تأخذ النباتات الخضراء والطحالب من جديد ثاني اوكسيد الكربون و‬
‫تدور الدورة‪.‬‬
‫اثر زيادة ثاين اوكسيد الكربون على صحة اإلنسان‬
‫‪ ‬في المناطق الصناعية التي تتميز بركود الهواء يصل تركيز غاز ثاني‬
‫اوكسيد الكربون الكربون إلى معدل مرتفع مما يؤثر على صحة و سالمة‬
‫اإلنسان وبخاصة كبار السن و الذين يعانون من أمراض القلب‪ .‬ففي سنة‬
‫‪ 1954‬أدى زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في مدينة لندن إلى وفاة‬
‫حوالي ‪ 4000‬شخص‪.‬‬
‫دورة الكربون و االحتباس احلراري‬
‫‪Global Warming‬‬
‫‪ ‬بعد إن يستقبل سطح الكرة األرضية أشعة الشمس يعكس قسم كبير من هذه‬
‫األشعة على شكل أشعة تحت حمراء (‪ )Infrared‬لتجنب ازدياد درجة‬
‫حرارة سطح األرض‪.‬‬
‫‪ ‬وعند زيادة نسبة ثاني أوكسيد الكربون في الغالف الغازي (نسبة ‪ co2‬في‬
‫الهواء حاليا حاولي ‪ %0,03‬أي حوالي ‪ 350‬جزء من المليون تزداد‬
‫سنويا إلى ‪ )%0,2‬تقل نسبة معدالت األشعة تحت الحمراء المعكوسة من‬
‫األرض إلى الفضاء الخارجي و بالتالي تتجمع في الغالف الغازي ‪.‬‬
‫دورة الكربون و االحتباس احلراري‬
‫‪Global Warming‬‬
‫‪ ‬يعود هذا إلى خصائص غاز ثاني أوكسيد الكربون في امتصاص األشعة‬
‫تحت الحمراء األمر الذي يؤدي إلى رفع درجات حرارة الغالف الغازي و‬
‫بالتالي ارتفاع حرارة األرض و إحداث تغير للمناخ العالمي ( ‪Global‬‬
‫‪.)Warming‬‬
‫‪ ‬تسمى هذه الظاهرة بظاهرة البيت الزجاجي‪ ,‬ففي البيت الزجاجي يسمح‬
‫السطح الزجاجي بدخول الضوء المنظور (‪ )400-700 nm‬ولكنه يحجز‬
‫األشعة تحت الحمراء المنعكسة من السطح و النباتات داخل البيت الزجاجي‬
‫مسببا ذلك االرتفاع في درجة الحرارة‪.‬‬
‫دورة الكربون و االحتباس احلراري‬
‫‪Global Warming‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫تساهم بظاهرة البيت الزجاجي ما يعرف بغازات البيت الزجاجي وهي غاز ثاني‬
‫أوكسيد الكربون ‪ ,‬غاز الميثان وأكسيد النيتروجين ومركبات الكلور و الفلور‬
‫العضوية ( ‪ )CFC-11;CFC – 12‬وبخار الماء غيرها ‪.‬‬
‫وجميع هذه الغازات تمتص األشعة تحت الحمراء المنعكسة من سطح األرض‬
‫لذلك تعمل على شكل مصيدة لهذه الغازات ‪.‬‬
‫ويالحظ على المستوى العالمي اليوم زيادة نسبة غاز الميثان في الهواء بسبب‬
‫تسرب هذا الغاز من آبار البترول و مناجم الفحم و مكب النفايات ومحاطات‬
‫معالجة المياه العادمة و الحفر االمتصاصية و مزارع تربية األبقار تحلل المواد‬
‫العضوية الالهوائي و غير ذلك من المصادر ‪.‬‬
‫وعندما ينتقل غاز الميثان إلى طبقة الستراتوسفير فأنه يتحلل إلى كربون و‬
‫هيدروجين حيث تتحد ذرات الكربون مع األكسجين لتكون غاز ثاني أوكسيد‬
‫الكربون ‪.‬‬
‫دورة الكربون‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫إما الهيدروجين فيتحد مع األكسجين ليكون بخار الماء (الماء) الذي ال‬
‫يتواجد بطبيعة في طبقة الستراتوسفير إال بكميات قليلة جدا‪ .‬و بذلك يتكون‬
‫غازان من غازات البيت الزجاجي ‪.‬‬
‫وفي المناطق الباردة جدا من الستراتوسفير يتحول بخار الماء إلى بلورات‬
‫صغيرة من الجليد مكونا بذلك السحب االستراتوسفيرية ‪.‬‬
‫واثنا تنقل هذه البلورات الجليدية في طبقة الستراتوسفير فأنها تجمع على‬
‫سطحها ذرات الكلورين و الفلورين الناتجة عن مركبات الكلور فلور‬
‫العضوية المتكسرة‬
‫وبتالي تزيد من سرعة التفاعالت الكيماوية و استنزاف حزام األوزون ال‬
‫سيما وان كثيرا من التفاعالت الكيماوية تحدث بصورة اسرع عند تفاعلها‬
‫على سطوح صلبة ‪.‬‬
‫دورة الكربون‬
‫‪ ‬تنبئة الجنة الدولية للمناخ إن ظاهرة البيت الزجاجي إذا استمرت ستؤدي إلى‬
‫ارتفاع درجات الحرارة العالمية ‪ْ 4,5-1,5‬م ‪.‬‬
‫‪ ‬أهم اإلضرار البيئية المتوقعة ‪:‬‬
‫‪ .1‬انصهار كمية كبيرة من جليد القطبين الشمالي و الجنوبي مما يسبب‬
‫ارتفاع منسوب البحار وتغير نسبة األمالح المذابة فيها و إغراق العديد‬
‫من المدن الساحلية ‪.‬‬
‫اثر االحتباس احلراري ( ظاهرة البيت الزجاجي) على‬
‫البيئة‬
‫‪ .2‬إمكانية اختالل األنظمة اإلنتاجية الزراعية في العالم بسبب زيادة كمية‬
‫اإلمطار في بعض المناطق في حين تتأثر مناطق أخرى في الجفاف مما‬
‫قد يؤدي إلى الحد من تنوع المحاصيل الزراعية ‪.‬‬
‫‪ .3‬زيادة انتشار اإلمراض مثل مرض المالريا إلى مناطق لم تعرف هذا‬
‫المرض‬
‫‪ .4‬إمكانية التأثير على صحة اإلنسان من خالل ضربات الحرارة و الكرب‬
‫الحراري ‪.‬‬
‫‪ .5‬إمكانية تعرض التنوع الحيوي للخطر بسبب فقدان مواطن الكائنات الحية‬
‫من غابات و مناطق رطبة بسبب الجفاف‪.‬‬
‫كيف نقلل من ظاهرة البيت الزجاجي؟‬
‫‪ ‬وللتقليل من ظاهرة البيت الزجاجي‬
‫‪ .1‬يجب المحافظة على النظام البيئي بالتوفير في استهالك طاقة الوقود‬
‫الحفري و رفع كفاءة االستفادة منه‬
‫‪ .2‬وإيجاد مصادر بديلة للطاقة مثل الطاقة الشمسية والرياح‬
‫‪ .3‬باإلضافة إلى ذلك ال بد من منع إزالة الغابات االستوائية ألنها تساهم في‬
‫تقليل نسبة ثاني اوكسيد الكربون‬
‫دورة األكسجني‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫يشكل األكسجين حوالي ‪ %21‬من حجم الهواء الجاف و هذه النسبة تكفي‬
‫حاجة الكائنات الحية الهوائية على اليابسة كمان ان قسم من األكسجين يكون‬
‫مذاب في الماء لضمان حياة الكائنات الحية المائية ‪.‬‬
‫ترتبط دورة األكسجين بدورة الكربون إذ يدخل الغازان في عملية تنفس‬
‫النباتات ‪.‬‬
‫يلعب األكسجين دور مهم في بناء حزام األوزون ‪.‬‬
‫و األوزون عبارة عن غاز يتكون من ثالث ذرات من األكسجين وهو شديد‬
‫األكسدة و ذو رائحة نفاذة يميل لونه إلى الزرقة وهو الغاز الوحيد في الجو‬
‫الذي يمنع وصول األشعة فوق البنفسجية إلى األرض ‪.‬‬
‫دورة األكسجني‬
‫‪ ‬يقوم اإلنسان بنشاطات تؤدي إلى تحطيم حزام األوزون الواقي و منها‬
‫التفجيرات النووية الطائرات العسكرية النفاثة التي تصل إلى حزام األوزون‬
‫و المواد الكيميائية المختلفة مثل اكاسيد النيتروجين و الكلورو فلور و‬
‫مركبات الكلوروالفلوروالعضوية (‪ )CFC‬والتي تسمى تجاريا الفريون ‪,‬‬
‫وتمتاز هذه الغازات بأنها ثابتة كيميائيا تبقى ثابتة لفترة طويلة من الزمن‬
‫تقدر ‪ 70‬إلى ‪ 100‬سنة تستخدم هذه المواد في مجالت عديدة مثل غازات‬
‫التبريد في الثالجات و أجهزة الهيدروليك في الشاحنات و بعض الصناعات‬
‫البالستيكية كمواد عازلة ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫إضرار اضمحالل حزام االوزون‬
‫‪ ‬هناك العديد من اإلضرار المتوقعة من جراء اضمحالل حزام وبتالي وصول األشعة‬
‫فوق البنفسجية إلى سطح كوكب األرض والتي من أهمها ما يلي ‪:‬‬
‫‪ .1‬إحداث إضرار لصحة و سالمة اإلنسان‪ ,‬إذ من المعروف إن األشعة الشمسية من‬
‫المتطلبات األساسية للحياة على كوكب األرض‪ ,‬ولكن األشعة فوق البنفسجية طاقة‬
‫عالية تحدث اإلضرار لصحة والسالمة اإلنسان ‪ .‬من أهم اإلضرار الصحية‬
‫المتوقعة ما يلي ‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫سرطان الجلد‬
‫التأثير السلبي على نظام المناعة‬
‫تعكر مياه العينين‬
‫اسمرار البشرة وترهلها و تجلدها و تجعدها‬
‫إضرار اضمحالل حزام األوزون‬
‫‪ .2‬الحد من اإلنتاج الزراعي‪ ,‬ال تزال المعلومات حول تأثير األشعة فوق البنفسجية‬
‫في الحياة النباتية و الحيوانية محدودة‪ %70 .‬من المحاصيل االقتصادية حساسة‬
‫لألشعة ب فوق البنفسجية ‪ ,‬و تؤثر هذه األشعة في تقليل التركيب الضوئي و‬
‫المجموع الورقي و بالتالي تحد من اإلنتاج الزراعي ‪ .‬ومن الجدير بالذكر إن هناك‬
‫اختالفا واضحا في درجة التأثير بين أنواع النباتات المختلفة‪.‬‬
‫‪ .3‬الحد من إنتاج الغذاء من البحار‪ ,‬حيث تتضرر الهوائم النباتية‬
‫)‪ )phytoplankton‬والحيوانية (‪ )zooplankton‬من جراء تعرضها‬
‫لألشعة فوق البنفسجية‪.‬‬
‫‪ .4‬المساهمة في مشكلة تسخين كوكب األرض‪ ,‬إذ أن اضمحالل حزام األوزون يزيد‬
‫من كمية األشعة التي تصل إلى سطح األرض‪.‬‬
‫‪ .4‬زيادة حدة مشكلة تلوث الهواء في المدن إذ إن تدمير حزام األوزون سيزيد من‬
‫كمية األشعة فوق البنفسجية في طبقة التربوسفير في الغالف الجوي‪.‬‬
‫ثاني أكسيد الكربون ‪H20 +CO2‬‬
‫التنفس‬
‫التمثيل الضوئي‬
‫التمثيل الضوئي‬
‫مصادر احتراق‬
‫تنفس‬
‫نباتات متحللة‬
‫‪O2‬‬