الغلاف الجوي (Atmosphere )
Download
Report
Transcript الغلاف الجوي (Atmosphere )
أغلفة كوكب األرض
النظم البيئية الطبيعية
المحاضر 2
البيئة في فلسطين
د.هبة الفارس
2011-01-25
أغلفة كوكب األرض
•
•
•
•
•
يتميز كوكب األرض عن باقي كواكب المجموعة الشمسية
بوجود خمسة أغلفة تلعب دوراً أساسيا في حماية الحياة على
األرض وهي:
الغالف الجوي () Atmosphere
الغالف الحيوى () Biosphere
الغالف المائى () Hydrosphere
الغالف اليابس () Lithosphere
الغالف الجوي () Atmosphere
• هو الجزء الغازي الذي يحيط بالكرة األرضية و يتكون هذا
الغالف من النيتروجين (بنسبة )%78.1و االكسجين (بنسبة
)%20.9باإلضافه إلى كميات صغيره من ثانى أكسيد الكربون
(بنسبة )%0.03و غازات أخرى بتركيزات قليلة جداً أهمها
(بخار الماء والهيدروجين و الهليوم و األرجون و الكربتون).
• اهمية الغالف الجوي
-1يحمي الكائنات الحية من االشعة الكونية و االجسام الفضائية
التي تسقط على االرض كالشهب
-2ينظم الغالف الجوي درجات الحرارة على االرض
الغالف الجوي () Atmosphere
ويتكون الغالف الغازي من أربع طبقات طبقا ً للخواص
الكيميائية والحيوية:
– التروبوسفير ( : )Troposphereيصل ارتفاعها الى حوالي 17
كم فوق خط االستواء و 8كم فوق القطب الشمالي و الجنوبي و
تشكل هذه الطبقة % 80-75من كتلة الهواء المكونة للغالف
الغازي .وهي الطبقة التي تحدث فيها تغيرات الطقس.
الغالف الجوي () Atmosphere
• الستراتوسفير ( :)Stratosphereيصل ارتفاعها الى 30كم و
يوجد فيها حزام األوزون الذي يحمي الكائنات الحية على الكرة
االرضية من اإلشعاعات فوق البنفسجية .تخلو هذه الطبقة من بخار
الماء تقريبا ً و تجري بين طبقتي الستراتوسفير و التروبوسفير
عواصف هوائية تصل سرعتها الى اكثر من 400كم في الساعة
تسمى بالتيارات النفاثة ( )Jet Streamsوالتي تؤثر على الظروف
المناخية في طبقة التروبوسفير.
الغالف الجوي () Atmosphere
– المزوسفير ( : )Mesosphereتمتد هذه الطبقة حتى ارتفاع
يصل إلى حوالي 80كم.
– الثروموسفير ( : )Thermosphereيصل ارتفاع هذه الطبقة
إلى حوالي 400كم و في هذه الطبقة تتأين الغازات نتيجة
درجات الحرارة العالية التي تصل إلى حوالي 1000م ⁰في
حدودها العليا.
– و توجد في هذه الطبقة عدة طبقات يختلف ارتفاعها حسب
ساعات النهار و نشاط اإلشعاع الشمسي
– وتعمل هذه الطبقات على عكس األمواج القصيرة
الغالف المائي () Hydrosphere
•
•
•
•
الماء من أهم المصادر الطبيعية المنتشرة على سطح الكرة
األرضية وفي باطنها
قال تعالى ( :وجعلنا من الماء كل شيء حي).
حسب الموازنة المائية ال يوجد فقدان أو خسارة في الميزان
المائي العالمي
يشمل هذا الغالف جميع المسطحات المائية التي تغطى نحو ثالثة
أرباع الكرة األرضية ( )%70.8فهو يشمل مياه األنهار
والبحيرات العذبة والمحيطات والبحار والبحيرات الملحة .كما
يشمل المحيطات واألنهار المتجمدة وجبال الجليد واألجزاء
المتجمدة من التربة .ويشمل أيضا ً المياه الجوفية وبخار الماء
والسحب في الهواء.
الغالف المائي () Hydrosphere
• ترتبط أجزاء المياه في النظام البيئي المائي الكبير مع بعضها
البعض من خالل
.1التيارات المائية واألفقية والعمودية و التي تحدث بفعل
الرياح,
.2وعوامل التبادل الغازي بين المياه والهواء,
.3واختالف درجات الحرارة و الكثافة في المياه
.4وعمليات المد والجزر الناتجة عن جاذبية القمر في المناطق
الساحلية
الغالف الصخري () Lithosphere
• يتراوح سمك الغالف الصخري 100-80كم.
• هو الحيز الذي توجد عليه الحياة البرية ويشكل الغالف اليابس قشرة
االرض الخارجية الصلبة التي تتكون منها القارات وقيعان المسطحات
المائية ( أنهار -بحار -بحيرات -محيطات) وتبلغ أجزاء اليابس
المعرضة للهواء % 28من سطح األرض .
• يتم التعرف على نوعية صخور القشرة األرضية بطرق غير مباشرة
بإستخدام الحاسبات الجيوفيزيائية
• حيث تقسم إلى قسمين
أ -القشرة األرضية سمكها 5كم تحت البحار و60كم تحت الجبال
وتقسم الى الصخور الرسوبية ,السيال ( ,)sialالسيما ()sima
ب -الجزء العلوي من الجبة العليا ()upper mantel
الغالف الحيوي () Biosphere
• الحيز الذي توجد به الحياة في الكرة األرضية ويضم هذا
الغالف الحياة في أعماق المحيطات وعلى سطح األرض و
على قمم الجبال و ال يزيد أقصى سمك له على 14كم .
ويشمل الغالف الحيوي جميع النظم البيئية الطبيعية
( )Ecosystemsعلى كوكب األرض.
النظم البيئية الطبيعية
• يعرف النظام البيئي الطبيعي بأنه مجتمع من الكائنات الحية
المختلفة من نباتات وحيوانات تعيش وتتفاعل مع بعضها في
مكان معين مثل الغابة و البحيرة...
• ويحدث في النظام اإليكولوجي عمليات معقده ومتشابكة
ومترابطة تتميز بالعديد من المسارات التي تؤدى إلى تغير
معدالت نمو الجماعات الحية و تصل بها إلى حاله مستقره
من التوازن في إطار النظام ككل.
النظم البيئية الطبيعية
• يشكل المحيط الحيوي المجموع الكلي للنظم البيئية على
كوكب االرض.
• ويتكون النظام البيئي الطبيعي من :
.1مكونات حية ()Biotic components
.2مكونات غير حية ()Abiotic components
مكونات النظام البيئي
تؤثر على بعضها البعض
)( Abiotic components
عوامل ال إحيائية
في مجتمع
مثالً (مناخ ,تربة ,ماء
ضوء ,أوكسجين ,معادن)
) )Biotic components
عوامل إحيائية
مجموعات (عشائر) منظمة
تشمل (نباتات ,حيوانات
فطريات ,بكتيريا)
المكونات الحية
• تمتاز المكونات الحية للنظام البيئي الطبيعي بوجود مظاهر الحياة
.1الغذاء
.2النمو
.3والتكاثر
و تعتمد المكونات الحية على العناصر الغير حية حتى تستطيع النمو
و التكاثر.
تؤثر الكائنات الحية في المكونات الغير حية حيث تساهم النباتات في
تجوية الصخور وتكوين التربة وحمايتها من التعرية
تصنيف الكائنات الحية
•
•
•
•
تصنف الكائنات الحية حسب تغذيتها و حصولها على الطاقة الى:
كائنات حية منتجة :وهي كائنات حية ذاتية التغذية معظمها من
نباتات وطحالب خضراء وكائنات دقيقة قادرة على التمثيل
الضوئي مثل الهوائم النباتية ()Phytoplankton
كائنات حية مستهلكة :وهي كائنات حية غير ذاتية التغذية
معظمها من الحيوانات التي تحصل على غذائها من المواد
العضوية ,او بأكل كائنات حية اخرى
كائنات حية محللة :وهي كائنات حية غير ذاتية التغذية تعتمد في
غذائها على المواد العضوية الرمية .اهم الكائنات المحللة
البكتيريا و الفطريات
دورة النظام البيئي الطبيعي
الطاقة
الشمسية
كائنات حية
منتجة
كائنات حية
مستهلكة
كائنات حية
محللة
سريان الطاقة في النظام البيئي الطبيعي
•
•
•
•
.1
.2
.3
يعد االشعاع الشمسي المصدر الوحيد للطاقة في النظام البيئي.
معظم االشعة الشمسية ذات موجات قصيرة جدا تقاس بالميكرون و الذي يعادل
1/1000من المليميتر
يتم توليد الطاقة في الشمس عن طريق التفاعالت الكيماوية التي بموجبها تحويل ذرات
الهيدروجين الى الهيليوم و يتولد عن الفائض طاقة هي الطاقة الشمسية (على شكل
موجات كهرومغناطيسية).
تقسم الموجات حسب اطوالها الى ثالث اقسام
االشعة فوق البنفسجية و يتراوح طولها من 400-10نانوميتر وتشكل %7-6من
االشعاع الشمسي ولها اخطار بيئية عديدة.
االشعة المرئية ويتراوح طول موجاتها بين 700-400نانوميتر وتتضمن االشعة
البنفسجية و الزرقاء والخضراء والصفراء والبرتقالية والحمراء وهي ضرورية لعملية
التمثيل الضوئي تشكل %42من االشعاع الشمسي.
االشعة تحت الحمراء وتتراوح اطوال موجاتها بين 700نانوميتر وملم واحد وتشكل
%51من االشعاع الشمسي .ويستخدم الجزء االكبر منها في تسخين الغالف الجوي
وسطح االرض وتحريك الرياح وتبخير المياه.
سريان الطاقة في النظام البيئي الطبيعي
•
•
•
•
تسير الطاقة في النظام البيئي الطبيعي في اتجاه واحد إي من
الطاقة الشمسية الى المنتجات ثم إلى المستهلكات و اخيرا إلى
المحلالت و في كل خطوة تفقد قسما ً من الطاقة على شكل
حرارة.
يفسر الفقدان الحراري من خالل قانونا الديناميكا الحرارية
القانون االول للديناميكية الحرارية في إي عملية فيزيائية أو
كيميائية فإن الطاقة ال تفنى وال تتجدد وإنما تتغير من شكل إلى
اخر مثل النباتات
القانون الثاني :يفسر تسرب و تبعثر الطاقة على شكل حرارة
خالل عملية تحويل الطاقة من شكل الى اخر
سريان الطاقة في النظام البيئي الطبيعي
• و تعتمد كمية الطاقة الحرارية الغير مستفاد منها على كفاءة
االستفادة من الطاقة.
• تبلغ كفاءة النباتات الخضراء من الطاقة الشمسية في النظام
البيئي الطبيعي حوالي %1فقط وهي كفاءة قليلة جداً.
• و عند تحويل الطاقة المجتمعة في النباتات الخضراء الى
المستهلك فإن كفاءة استفادة المستهلكات تبلغ %10في كل
خطوة الحقة
سريان الطاقة في النظام البيئي الطبيعي
الطاقة الشمسية
4000 Kcal/m2/day
الشمس
الطاقة الشمسية
عملية التمثيل الضوئي
حرارة
مستهلك ثانوي
0.4 Kcal/m2/day
10%
حرارة
مستهلك اولي
4 Kcal/m2/day
10%
1%
النباتات الخضراء
40 Kcal/m2/day
اسباب هدر الطاقة في المستويات الغذائية
•
•
•
•
إن الكتلة الحية التي تأكلها المستهلكات ال تهضم كلها وإنما يمر
بعضها خالل الجهاز الهضمي دون االستفادة منها.
يتحول قسم كبير مما تأكله المستهلكات إلى غاز ثاني أكسيد
الكربون وطاقة تستخدمها في الحركة والتنفس و الحفاظ على
درجات حرارة الجسم ,وتتشتت هذه الحرارة في البيئة المحيطة.
يذهب قسم كبير من الكتلة الحية مباشرة إلى الكائنات الحية
المحللة على شكل فضالت.
ال يستهلك سوى جزء بسيط من الكتلة الحية الموجودة في اي
نظام بيئي.
السالسل الغذائية
• مجموعات من الكائنات الحية بحيث تتميز بمستويات غذائية
متالحقة في مجتمع معين من الكائنات الحية ،بحيث تنتقل
الطاقة بين هذه المستويات عن طريق التغذية فتدخل الطاقة
هذه السلسلة عن طريق تثبيت المواد األولية (التي ينتجها
النبات) التي تتغذى عليها الحيوانات آكلة العشب ،ثم تنتقل
بعد ذلك الى الحيوانات اآلكلة للحوم .وعندما يتلوث أحد
مكونات السلسلة الغذائية بملوث مقاوم للتغير (مثل المعادن
كالزئبق والكادميوم مثالً) فينتقل ذلك الملوث خالل السلسلة
الغذائية وينتشر ،ويتنج عن ذلك ما يعرف بالتركيز الحيوي.
السالسل الغذائية
• تعني السلسلة الغذائية تحويل الطاقة الكيماوية او طاقة الطعام
المستغلة من مصدر ما عن طريق سلسلة من االنواع المختلفة
بحيث يأكل بها كل نوع من الكائنات الحية النوع الذي يسبقه.
• وغالبا ً ما تكون السلسلة الغذائية على اليابسة قصيرة بحيث تتكون
من حلقتين او ثالث حلقات و ذلك لوجود عدد كبير من اكالت
االعشاب الكبيرة الحجم.
• مثال في المنطقة الرعوية
طاقة الشمس
حرارة
حرارة
انسان
مواشي
اعشاب
السالسل الغذائية
• في البيئة المائية
طاقة شمسية
حرارة
حرارة
حرارة
حشرات مائية صغيرة
هوائم حيوانية
هوائم نباتية
حرارة
حرارة
اسماك كبيرة
اسماك صغيرة
حشرات مائية كبيرة
السالسل الغذائية
تقسم مستويات السالسل الغذائية الى
• النباتات المستوى الغذائي االول first trophic level
• المستهلكات االولية تتغذى على النباتات second trophic
level
• المستهلكات الثانوية تتغذى على اكلة االعشاب third trophic
level
• المستهلكات التي تتغذى على اكلة اللحوم fourth trophic
level
• وتسمى كمية الطاقة المخزونة في المادة العضوية عند كل
مستوى غذائي بالكتلة الحية . Biomass
السالسل الغذائية
• السالسل الغذائية تبين كيفية تراكم
وانتقال الملوثات إلى جسم اإلنسان.
• ويتضاعف تركيز الملوثات الكيماوية
عشرات االالف من المرات خالل
مرورها عبر السالسل الغذائية اي من
المنتجات حتى االنسان نتيجة قدرة
الخاليا على تجميعها وتركيزها في ان
واحد
ْْ
ْْ
ْْ
ْْ
ْ
ْْْْْ
ْْْْْ
ْْْْْْْْْْْ
السالسل الغذائية
•
.1
.2
.3
.4
.5
عندما يصل تركيز الملوثات الكيماوية المختلفة من معادن ثقيلة و مبيدات
وغيرها في جسم االنسان الى مستوى التركيز الحرج يحدث اضطراب في
العمليات الحيوية للخاليا بسبب حدوث االمراض ومن اهمها االمراض
السرطانية وغالبا ً ما نجد الملوثات الكيماوية في المصادر الغذائية التالية:
لحوم الحيوانات البحرية التي تعيش في المياه الملوثة بالمواد الكيماوية
السامة وخاصة في المناطق الصناعية التي تلقي بنفاياتها في المياه دون
معالجتها.
الخضار و الفواكه التي يستعمل في انتاجها المبيدات بأنواعها وبكميات كبيرة
جداً
المواد الغذائية المعلبة والمضاف اليها مواد حافظة لوقايتها من الفساد.
المشروبات المختلفة االنواع والمحتوية على الصبغات والنكهات الصناعية.
لحوم الحيوانات التي تربى على الهرمونات والخبز العفن.
خالصة:
السلسلة الغذائية هي عالقة أحادية االتجاه.
تبدأ هذه السلسلة بالمنتجين وتنتهي بالمستهلكين.
السلسلللللللللللللللللللللللة هللللللللللللللللللللللي عالقللللللللللللللللللللللات أحاديللللللللللللللللللللللة اإلتجللللللللللللللللللللللاه.
مثال :
• عشـب ===> أرنـب ===> ثعـلب
مستهلك II
مستهلك I
• منتج
الشبكة الغذائية
• الشبكة الغذائية :هي مجموعة من السالسل الغذائية التي تتقاطع فيما بينها
األهرام البيئية
هرم غذائي
يعبر عن تناقص الكتلة االحيائية في السلسلة الغذائية عند االنتقال من المنتجات الى المستهلكات.
الكتلة االحيائية – كتلة الكائنات الحية ,وتقاس بوزنها الجاف أي وزنها بدون الماء الذي فيها.
مستهلكات رابعية
مستهلكات ثالثية
مستهلكات ثانوية
مستهلكات أولية
منتجات
مدى تحمل الكائنات الحية للعوامل الكيماوية
والفيزيائية
• يعتمد تواجد ووفرة وتوزيع انواع الكائنات الحية على مستوى تواجد
العوامل الكيماوية والفيزيائية في البيئة.
• ولكل نوع من انواع الكائنات الحية مدى تحمل معين بالنسبة للعوامل
الكيماوية مثل (المياه والعناصر الكيماوية الالزمة لحياة الكائنات الحية)
والفيزيائية (مثل درجات الحرارة والضوء)في البيئة التي تعيش فيها.
قانون مدى التحمل ويشمل:
حداًامثل يكون فيه هذا الحد افضل ما يمكن بالنسبة لحياة ونشاط الكائنالحي من نوع محدد.
حداً اعلى و حداً ادنى اليستطيع فيه الكائن الحي ان يتجاوزها -ويسمى المجال بين الحد االعلى و الحد االدنى بسعة التحمل
قانون مدى التحمل
الحد األعلى
لالحتمال
الحد األمثل
اختفاء الكائنات الحية
وفرة الكائنات الحية
العامل البيئي
كثافة العشائر الحية
اختفاء الكائنات الحية
الحد األدنى لالحتمال
من االمثلة على مدى التحمل
•
•
•
•
•
•
-1الحرارة :لكل كائن مدى حراري معين ,وهذا المدى الحراري يعتمد
على عوامل خارجية وداخلية مثل الصفات الوراثية للكائن الحي,
وعمره ,ودرجة التغذية ,و معدل تركيز االمالح وغيرها.
بكتيريا محبة للحرارة المرتفعة تعيش في الينابيع الكبريتية الساخنة
وتتحمل درجات حرارة تصل الى 100م
تقسم الكائنات الحية االخرى الى:
كائنات ال تتحمل البرودة مثل الطحالب الحارة او الدافئة.
كائنات حية تتحمل درجات الحرارة المنخفضة ولكنها ال تتحمل االنجماد
مثل بعض الحشرات والعناكب.
المناعة ضد التجمد مثل طحالب المياه العذبة و النماتود
الضوء:
• يوثر على عملية التمثيل الضوئي في النباتات
• هجرة الحيوانات و الطيور
االمالح المعدنية:
الكادميوم والرصاص و الزئبق سامة للكائنات الحية
نقص العناصر يؤدي الى توقف النمو و ضعف االنتاج في
النبات
نقص اليود عن افقاريات يؤدي الى امراض في الغدة الدراقية
العوامل غير الحية المحددة في النظم البيئية
الطبيعية
• قانون العوامل المحددة يرتبط مع قانون مدى التحمل :ويعني
ان وجود احد العوامل الكيماوية او الفيزيائية الالزمة لحياة
الكائن الحي بشكل كبير جداً او قليل جداً يمكن ان يحد من
نمو الكائنات الحية الحد االنواع في النظام البيئي الطبيعي
حتى لو كانت جميع العوامل االخرى مثالية بالنسبة لهذا
النوع .ويسمى هذا العامل الكيماوي او الفيزيائي بالعامل
المحدد .مثل نقص الفسفور في حقل ذرة تتوفر فيه جميع
عناصر النمو االخرى بشكل مثالي.
استقرار النظم البيئية الطبيعية
• للنظم البيئية الطبيعية قدرة على تحمل التغيرات السلبية الطارئة عليها,
وتسمى هذه القدرة بالثبات او االستقرار.
• ويعرف االستقرار بانه الحالة الثابتة التي ال يحدث فيها تغيير.
• والنظم البيئية الطبيعية ليست ثابتة وانما ديناميكية مثل تغيرات الطقس و
تغيرات بفعل نشاطات االنسان من انشاء سدود و تلويث البيئة و ازالة
الغطاء النباتي.
• ويكون تاثير هذه التغيرات على عدة اشكال:
.1الفعل التضافري بحيث تزيد من حدة هذه التأثيرات السلبية في الكائنات
الحية() Synergistic effect
.2او في اتجاه معاكس تقلل من حدتها ()Antagonistic effect
.3او قد اليكون لها اي تأثير على بعضها البعض (.)No reaction
• انواع االستقرار
.1الثبات او المقاومة :قدرة النظم البيئية الطبيعية او الكائنات الحية على تحمل التأثيرات
السلبية دون ان تتضرر.
.2المرونة قدرة النظم البيئية الطبيعية او الكائنات الحية على العودة الى الحالة االصلية
السابقة بعد التضرر او الخروج من حالة االتزان الديناميكي.
ان احد عوامل ثبات او مقاومة النظم البيئية هو تعدد او تباين االنواع
كلما تعددت االنواع في النظام البيئي كانت قدرة هذا النظام على استيعاب حالة عدم التوازن
مجتمعات الذروة ( (climax communitiesالغابات االستوائية تعيش فيها انواع
عديدة
( بيئة الغابات :مقاومة عالية ومرونة قليلة)
( بيئة االعشاب الطبيعية :مقاومة قليلة و مرونة عالية)
الزراعة االحادية ( )Monocultureنوع واحد من المحاصيل
• التوازن البيئي :هو ميل النظام البيئي إلى االستقرار و هو
توازن ديناميكي
• (متغير).