Skip to main content
Global

3.2: מחזורים ביוגיאוכימיים

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    207593

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    אנרגיה זורמת בכיוון דרך מערכות אקולוגיות, נכנסת כאור שמש (או מולקולות אנאורגניות לכימואוטוטרופים) ויוצאת כחום במהלך טרנספורמציה אנרגטית בין רמות טרופיות. במקום לזרום דרך מערכת אקולוגית, החומר המרכיב אורגניזמים נשמר וממוחזר. ששת היסודות הנפוצים ביותר הקשורים למולקולות אורגניות - פחמן, חנקן, מימן, חמצן, זרחן וגופרית - לובשים מגוון צורות כימיות ועשויים להתקיים לתקופות ארוכות באטמוספירה, ביבשה, במים או מתחת לפני כדור הארץ. תהליכים גיאולוגיים, כגון בליה, שחיקה, ניקוז מים והכנעת הלוחות היבשתיים, כולם ממלאים תפקיד במחזוריות היסודות על פני כדור הארץ. מכיוון שלגיאולוגיה ולכימיה יש תפקידים מרכזיים בחקר תהליכים אלה, מיחזור של חומר אנאורגני בין אורגניזמים חיים לסביבתם הלא חיה נקרא מחזורים ביוגיאוכימיים.

    ששת היסודות הנ"ל משמשים אורגניזמים במגוון דרכים. מימן וחמצן נמצאים במים ובמולקולות אורגניות, שתיהן חיוניות לחיים. פחמן נמצא בכל המולקולות האורגניות, ואילו חנקן הוא מרכיב חשוב בחומצות גרעין וחלבונים. זרחן משמש לייצור חומצות גרעין והפוספוליפידים המרכיבים ממברנות ביולוגיות. לבסוף, גופרית היא קריטית לצורה התלת מימדית של חלבונים.

    רכיבה על אופניים של אלמנטים אלה קשורה זו בזו. לדוגמה, תנועת המים היא קריטית לשטיפת גופרית וזרחן לנהרות, אגמים ואוקיינוסים. מינרלים עוברים דרך הביוספרה בין המרכיבים הביוטיים והאביוטיים ומאורגניזם אחד למשנהו.

    מחזור המים

    ההידרוספרה היא האזור של כדור הארץ בו מתרחשת תנועת מים ואגירת מים: כמים נוזליים על פני השטח (נהרות, אגמים, אוקיינוסים) ומתחת לפני השטח (מי תהום) או קרח, (כיפות קרח קוטביות וקרחונים), וכאדי מים באטמוספירה. גוף האדם הוא כ -60 אחוז מים ותאי האדם הם יותר מ -70 אחוז מים. מתוך מאגרי המים על פני כדור הארץ, 97.5 אחוזים הם מי מלח (ראה דמות \(\PageIndex{1}\) לְהַלָן). מבין המים שנותרו, יותר מ 99 אחוז הם מי תהום או קרח. לפיכך, פחות מאחוז אחד של מים מתוקים נמצא אגמים ונהרות. אורגניזמים רבים תלויים באחוז קטן זה, שמחסור בהם יכול להשפיע לרעה על מערכות אקולוגיות. בני אדם, כמובן, פיתחו טכנולוגיות להגברת זמינות המים, כמו חפירת בארות לקציר מי תהום, אגירת מי גשמים ושימוש בהתפלה להשגת מים ראויים לשתייה מהאוקיאנוס. למרות שמרדף זה אחר מים ראויים לשתייה נמשך לאורך ההיסטוריה האנושית, אספקת המים המתוקים ממשיכה להיות נושא מרכזי בעידן המודרני.

    התהליכים השונים המתרחשים במהלך מחזור המים מומחשים ב דמות \(\PageIndex{2}\) לְהַלָן. התהליכים כוללים את הדברים הבאים:

    • אידוי וסובלימציה
    • עיבוי ומשקעים
    • זרימת מים תת קרקעית
    • נגר עילי והתכת שלג
    • זרימת זרם
    F-D_55EC0פדה0CDF0755376C6F96ב0743C9E3C558D4EC6A04F68A2+תמונה_קטני+תמונה_זעיל.png
    איור\(\PageIndex{1}\). רק 2.5 אחוז מהמים בכדור הארץ הם מים מתוקים, ופחות מאחוז אחד מהמים המתוקים נגישים בקלות ליצורים חיים.

    מחזור המים מונע על ידי אנרגיית השמש כשהוא מחמם את האוקיינוסים ומי שטח אחרים. זה מוביל לאידוי (מים נוזליים לאדי מים) של מים עיליים נוזליים וסובלימציה (קרח לאדי מים) של מים קפואים, ובכך להעביר כמויות גדולות של מים לאטמוספירה כאדי מים. עם הזמן אדי מים אלה מתעבים לעננים כטיפות נוזליות או קפואות ובסופו של דבר מובילים למשקעים (גשם, שלג, ברד), המחזירים מים לפני כדור הארץ. גשם המגיע לפני כדור הארץ עשוי להתאדות שוב, לזרום על פני השטח או לחלחל לאדמה. הנצפה ביותר היא נגר עילי: זרימת מים מתוקים מעל היבשה מגשם או קרח נמס. נגר יכול לעשות את דרכו דרך נחלים ואגמים אל האוקיינוסים.

    ברוב הסביבות היבשתיות הטבעיות גשם נתקל בצמחייה לפני שהוא מגיע לפני הקרקע. אחוז ניכר של מים מתאדה מיד משטחי הצמחים. מה שנשאר מגיע לאדמה ומתחיל לנוע למטה. נגר עילי יתרחש רק אם האדמה תהיה רוויה במים בגשם כבד. מים באדמה יכולים להיספג על ידי שורשי הצמח. הצמח ישתמש בחלק מהמים הללו למטבוליזם שלו וחלק מזה ימצא את דרכו לבעלי חיים שאוכלים את הצמחים, אך חלק גדול מהם יאבד בחזרה לאטמוספירה באמצעות תהליך המכונה טרנספירציה: מים נכנסים למערכת כלי הדם של צמחים דרך השורשים ומתאדים, או עוברים, דרך הסטומטה (פתחי מיקרוסקופ קטנים) של העלים. אקולוגים משלבים טרנספירציה והתאדות למונח יחיד המתאר מים המוחזרים לאטמוספירה: evapotranspiration. מים באדמה שאינם נקלטים על ידי צמח ואינם מתאדים מסוגלים לחלחל אל תת הקרקע והסלע שם הם יוצרים מי תהום.

    מי תהום הוא מאגר משמעותי, תת קרקעי של מים מתוקים. הוא קיים בנקבוביות בין חלקיקים בעפר, חול וחצץ או בסדקים בסלעים. מי תהום יכולים לזרום לאט דרך הנקבוביות והסדקים הללו ובסופו של דבר מוצאים את דרכם לנחל או לאגם שם הם הופכים שוב לחלק ממי השטח. נחלים רבים זורמים לא בגלל שהם מתחדשים ממי גשמים ישירות אלא בגלל שהם מקבלים זרימה קבועה ממי התהום שמתחת. חלק ממי התהום נמצאים עמוק מאוד בסלע ויכולים להימשך שם אלפי שנים. מרבית מאגרי מי התהום, או האקוויפרים, הם המקור למי שתייה או השקיה הנמשכים דרך בארות. במקרים רבים האקוויפרים הללו מתרוקנים מהר יותר מכפי שהם מתחדשים על ידי מים המחלחלים מלמעלה.

    גשם ונגר עילי הם דרכים עיקריות בהן מינרלים, כולל זרחן וגופרית, עוברים מחזור מיבשה למים. ההשפעות הסביבתיות של נגר יידונו בהמשך ככל שמתוארים מחזורים אלה.

    F-D_DC96D14A0F6E84B7ביא62C463C137D88B2CA54875A050E9B1023AF27+תמונה_טיני+תמונה_זעיל.png
    איור\(\PageIndex{2}\). מים מהיבשה והאוקיאנוסים נכנסים לאטמוספירה על ידי אידוי או סובלימציה, שם הם מתעבים לעננים ונופלים כגשם או שלג. מים זורמים עלולים להיכנס לגופי מים מתוקים או לחדור לאדמה. המחזור הושלם כאשר מי תהום או מי תהום נכנסים שוב לאוקיינוס. (קרדיט: שינוי עבודות מאת ג'ון מ 'אוונס והווארד פרלמן, USGS)

    מחזור הפחמן

    פחמן הוא היסוד השני בשכיחותו באורגניזמים, לפי מסה. פחמן קיים בכל המולקולות האורגניות (ובכמה מולקולות שאינן אורגניות כגון CO 2), ותפקידו במבנה הביומולקולות הוא בעל חשיבות עליונה. תרכובות פחמן מכילות אנרגיה, ורבות מהתרכובות הללו מצמחים מתים ואצות התאבנו במשך מיליוני שנים וידועות כדלקים מאובנים. מאז 1800, השימוש בדלקים מאובנים הואץ. מאז תחילת המהפכה התעשייתית הביקוש לאספקת הדלק המאובנים המוגבלת של כדור הארץ עלה, מה שגרם לכמות הפחמן הדו חמצני באטמוספירה שלנו לעלות באופן דרסטי. עלייה זו בפחמן דו חמצני קשורה לשינויי אקלים ומהווה דאגה סביבתית מרכזית ברחבי העולם.

    מחזור הפחמן נחקר בקלות רבה ביותר כשני תת-מחזורים מחוברים זה לזה: האחד עוסק בחילופי פחמן מהירים בין אורגניזמים חיים והשני עוסק במחזוריות ארוכת טווח של פחמן באמצעות תהליכים גיאולוגיים. כל מחזור הפחמן מוצג ב דמות \(\PageIndex{3}\) לְהַלָן.

    F-D_D6A08C78C610FDD867D2603A3DF551774A05E4BF87586AD06907+תמונה_קטני+תמונה_זעיל.png
    איור\(\PageIndex{3}\). גז פחמן דו חמצני קיים באטמוספירה ומומס במים. פוטוסינתזה ממירה גז פחמן דו חמצני לפחמן אורגני, והנשימה מחזירה את הפחמן האורגני בחזרה לגז פחמן דו חמצני. אחסון לטווח ארוך של פחמן אורגני מתרחש כאשר חומר מאורגניזמים חיים קבור עמוק מתחת לאדמה והופך למאובן. פעילות וולקנית ולאחרונה פליטות אנושיות מחזירות את הפחמן המאוחסן הזה למחזור הפחמן. (קרדיט: שינוי עבודות מאת ג'ון מ 'אוונס והווארד פרלמן, USGS)

    מחזור הפחמן הביולוגי

    אורגניזמים מחוברים בדרכים רבות, אפילו בין מערכות אקולוגיות שונות. דוגמה טובה לקשר זה היא חילופי פחמן בין הטרוטרופים לאוטוטרופים באמצעות פחמן דו חמצני אטמוספרי. פחמן דו חמצני (CO 2) הוא אבן הבניין הבסיסית בה משתמשים אוטוטרופים לבניית תרכובות בעלות אנרגיה גבוהה כגון גלוקוז. האנרגיה הרתומה מהשמש משמשת אורגניזמים אלה ליצירת הקשרים הקוולנטיים המקשרים אטומי פחמן זה לזה. קשרים כימיים אלה אוגרים אנרגיה זו לשימוש מאוחר יותר בתהליך הנשימה. רוב האוטוטרופים היבשתיים משיגים את הפחמן הדו חמצני שלהם ישירות מהאטמוספירה, בעוד שאוטוטרופים ימיים רוכשים אותו בצורה מומסת (ביקרבונט, HCO 3 -).

    פחמן מועבר מיצרנים לרמות טרופיות גבוהות יותר באמצעות צריכה. לדוגמה, כאשר פרה (צרכן ראשוני) אוכלת דשא (מפיק), היא משיגה חלק מהמולקולות האורגניות שנוצרו במקור על ידי הפוטוסינתזה של הצמח. לאחר מכן ניתן להעביר את התרכובות האורגניות לרמות טרופיות גבוהות יותר, כמו בני אדם, כאשר אנו אוכלים את הפרה. בכל רמה, לעומת זאת, אורגניזמים מבצעים נשימה, תהליך שבו מולקולות אורגניות מתפרקות כדי לשחרר אנרגיה. כאשר מולקולות אורגניות אלה מתפרקות, פחמן מוסר ממולקולות המזון ליצירת CO 2, גז שנכנס לאטמוספירה. לפיכך, CO 2 הוא תוצר לוואי של נשימה. נזכיר כי CO 2 נצרך על ידי יצרנים במהלך הפוטוסינתזה לייצור מולקולות אורגניות. כאשר מולקולות אלה מתפרקות במהלך הנשימה, הפחמן נכנס שוב לאטמוספירה כ- CO 2. חילופי פחמן כמו זה עשויים לחבר את כל האורגניזמים על פני כדור הארץ. חשבו על זה: הפחמן בדנ"א שלכם היה פעם חלק מצמח; לפני מיליוני שנים אולי זה היה חלק מהדינוזאור.

    מחזור הפחמן הביוגיאוכימי

    תנועת הפחמן דרך היבשה, המים והאוויר מורכבת, ובמקרים רבים היא מתרחשת לאט הרבה יותר מהתנועה בין אורגניזמים. פחמן מאוחסן לתקופות ארוכות במה שמכונה מאגרי פחמן, הכוללים את האטמוספירה, גופי מים נוזליים (בעיקר אוקיינוסים), משקעי אוקיינוס, אדמה, סלעים (כולל דלקים מאובנים) ופנים כדור הארץ.

    כאמור, האטמוספירה היא מאגר עיקרי של פחמן בצורה של פחמן דו חמצני החיוני לתהליך הפוטוסינתזה. רמת הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה מושפעת מאוד ממאגר הפחמן באוקיינוסים. חילופי הפחמן בין האטמוספירה למאגרי המים משפיעים על כמות הפחמן שנמצא בכל אחד מהם. פחמן דו חמצני (CO 2) מהאטמוספירה מתמוסס במים ומגיב עם מולקולות מים ליצירת תרכובות יוניות. חלק מהיונים הללו משתלבים עם יוני סידן במי הים ויוצרים סידן פחמתי (CaCO 3), מרכיב עיקרי בקליפות של אורגניזמים ימיים. אורגניזמים אלה מתים בסופו של דבר וקליפותיהם יוצרות משקעים על קרקעית האוקיינוס. לאורך זמן גיאולוגי, הסידן פחמתי יוצר אבן גיר, המהווה את מאגר הפחמן הגדול ביותר על פני כדור הארץ.

    ביבשה, פחמן מאוחסן באדמה כפחמן אורגני כתוצאה מפירוק אורגניזמים או מבליה של סלעים יבשתיים ומינרלים (קרקעות העולם מחזיקות משמעותית יותר פחמן מהאטמוספירה, לשם השוואה). מתחת לאדמה עמוקים יותר נמצאים דלקים מאובנים, שרידים מפורקים אנאירובית של צמחים ואצות שחיו לפני מיליוני שנים. דלקים מאובנים נחשבים למשאב שאינו מתחדש מכיוון שהשימוש בהם עולה בהרבה על קצב היווצרותם. משאב שאינו מתחדש מתחדש לאט מאוד או בכלל לא. דרך נוספת לפחמן להיכנס לאטמוספירה היא מהיבשה (כולל אדמה מתחת לפני האוקיאנוס) על ידי התפרצות הרי געש ומערכות גיאותרמיות אחרות. משקעי פחמן מקרקעית האוקיינוס נלקחים עמוק בתוך כדור הארץ בתהליך ההכנעה: תנועת לוח טקטוני אחד מתחת לאחר. פחמן משתחרר כפחמן דו חמצני כאשר הר געש מתפרץ או מפתחי אוורור הידרותרמיים וולקניים.

    מחזור החנקן

    הכנסת חנקן לאורגניזמים חיים קשה. צמחים ופיטופלנקטון אינם מצוידים לשלב חנקן מהאטמוספירה (שם הוא קיים כקשר הדוק, משולש קוולנטי N 2) למרות שמולקולה זו מהווה כ -78 אחוז מהאטמוספירה. חנקן נכנס לעולם החי באמצעות חיידקים חיים חופשיים וסימביוטיים, המשלבים חנקן במולקולות האורגניות שלהם באמצעות תהליכים ביוכימיים מיוחדים. מינים מסוימים של חיידקים מסוגלים לבצע קיבוע חנקן, תהליך המרת גז חנקן לאמוניה (NH 3), שהופך באופן ספונטני לאמוניום (NH 4 +). אמוניום הופך על ידי חיידקים לניטריטים (NO 2 -) ולאחר מכן חנקות (NO 3 -). בשלב זה, המולקולות המכילות חנקן משמשות צמחים ויצרנים אחרים לייצור מולקולות אורגניות כגון DNA וחלבונים. חנקן זה זמין כעת לצרכנים.

    חנקן אורגני חשוב במיוחד לחקר הדינמיקה של המערכת האקולוגית מכיוון שתהליכים רבים של המערכת האקולוגית, כגון ייצור ראשוני, מוגבלים על ידי אספקת החנקן הזמינה. כפי שמוצג ב דמות \(\PageIndex{4}\) לְהַלָן, החנקן שנכנס למערכות חיות הופך בסופו של דבר מחנקן אורגני בחזרה לגז חנקן על ידי חיידקים (איור\(\PageIndex{4}\)). תהליך הדניטריפיקציה הוא כאשר חיידקים ממירים את החנקות לגז חנקן, ובכך מאפשרים לו להיכנס מחדש לאטמוספירה.

    800px-חנקן_מחזור.svg.png
    איור\(\PageIndex{4}\). חנקן נכנס לעולם החי מהאטמוספירה באמצעות חיידקים מקבעים חנקן. חנקן ופסולת חנקנית זו מבעלי חיים מעובדת לאחר מכן בחזרה לחנקן גזי על ידי חיידקי אדמה, המספקים גם לקורי מזון יבשתיים את החנקן האורגני הדרוש להם. (אשראי: "מחזור חנקן" מאת יוהן דריאו וראקי מורשה תחת CC BY-SA 3.0)

    פעילות אנושית יכולה לשנות את מחזור החנקן בשני אמצעים עיקריים: בעירה של דלקים מאובנים, המשחררים תחמוצות חנקן שונות, ועל ידי שימוש בדשנים מלאכותיים (המכילים תרכובות חנקן וזרחן) בחקלאות, שנשטפים לאחר מכן לאגמים, נחלים, ונהרות על ידי נגר עילי. חנקן אטמוספרי (מלבד N 2) קשור למספר השפעות על המערכות האקולוגיות של כדור הארץ, כולל ייצור גשם חומצי (כחומצה חנקתית, HNO 3) והשפעות גזי חממה (כמו תחמוצת החנקן, N 2 O), שעלולות לגרום לשינויי אקלים. השפעה עיקרית מנגר דשנים היא אטרופיקציה של מים מלוחים ומים מתוקים, תהליך שבו נגר תזונתי גורם לצמיחת יתר של אצות, לדלדול החמצן ולמוות של בעלי חיים מימיים.

    במערכות אקולוגיות ימיות, תרכובות חנקן הנוצרות על ידי חיידקים, או באמצעות פירוק, נאספות במשקעי קרקעית האוקיאנוס. לאחר מכן ניתן להעביר אותו ליבשה בזמן גיאולוגי על ידי התרוממות קרום כדור הארץ ובכך לשלב אותו בסלע יבשתי. למרות שתנועת החנקן מסלע ישירות למערכות חיות נתפסה באופן מסורתי כחסרת משמעות בהשוואה לחנקן הקבוע מהאטמוספירה, מחקר שנערך לאחרונה הראה שתהליך זה אכן עשוי להיות משמעותי ויש לכלול אותו בכל מחקר על מחזור החנקן העולמי.

    מחזור הזרחן

    זרחן הוא חומר מזין חיוני לתהליכי חיים. זהו מרכיב עיקרי בחומצות גרעין ופוספוליפידים, וכסידן פוספט הוא מהווה את המרכיבים התומכים בעצמותינו. זרחן הוא לעתים קרובות החומר התזונתי המגביל (הכרחי לצמיחה) במערכות אקולוגיות מימיות, במיוחד מים מתוקים.

    זרחן מופיע בטבע כיון הפוספט (PO 4 3-). בנוסף לנגר פוספט כתוצאה מפעילות אנושית, נגר טבעי על פני השטח מתרחש כאשר הוא נשטף מסלע המכיל פוספט על ידי בליה, ובכך שולח פוספטים לנהרות, אגמים ואוקיינוס. מקורו של סלע זה באוקיינוס. משקעי אוקיינוס המכילים פוספט נוצרים בעיקר מגופם של אורגניזמים באוקיינוס ומהפרשותיהם. עם זאת, אפר וולקני, אירוסולים ואבק מינרלי עשויים להיות גם מקורות פוספט משמעותיים. משקע זה מועבר אז ליבשה לאורך זמן גיאולוגי על ידי התרוממות פני כדור הארץ. (איור למטה)

    זרחן מוחלף גם באופן הדדי בין פוספט המומס באוקיינוס לבין אורגניזמים ימיים. תנועת הפוספט מהאוקיאנוס ליבשה ודרך האדמה איטית ביותר, כאשר ליון הפוספט הממוצע הוא בעל זמן מגורים אוקיאני בין 20,000 ל 100,000 שנה.

    F-D_6913E4E0CE644CD903C0A4ד6150ג1ג189923382D33FFF733AFCFF+תמונה_קטני+תמונה_זעיל.png
    איור\(\PageIndex{5}\). בטבע, זרחן קיים כיון הפוספט (PO43-). בליה של סלעים ופעילות וולקנית משחררת פוספט לאדמה, למים ולאוויר, שם הוא הופך לזמין לקורי מזון יבשתיים. פוספט נכנס לאוקיינוסים בנגר עילי, זרימת מי תהום וזרימת נהר. פוספט מומס במחזורי מי האוקיינוס לתוך קורי מזון ימיים. חלק מהפוספט מארגי המזון הימיים נופל לקרקעית האוקיינוס, שם הוא יוצר משקעים. (קרדיט: שינוי עבודות מאת ג'ון מ 'אוונס והווארד פרלמן, USGS)

    עודף זרחן וחנקן הנכנסים למערכות אקולוגיות אלו מנגר דשנים ומביוב גורמים לצמיחה מוגזמת של אצות. המוות והריקבון שלאחר מכן של אורגניזמים אלה מדלדל את החמצן המומס, מה שמוביל למותם של אורגניזמים מימיים כמו רכיכות ודגים. תהליך זה אחראי לאזורים מתים באגמים ובפיות נהרות מרכזיים רבים ולהרג דגים מסיבי, המתרחש לעתים קרובות במהלך חודשי הקיץ (ראה דמות \(\PageIndex{6}\) לְהַלָן).

    Figure_46_03_08.jpg
    איור\(\PageIndex{6}\). אזורים מתים מתרחשים כאשר זרחן וחנקן מדשנים גורמים לצמיחה מוגזמת של מיקרואורגניזמים, אשר מדלדל חמצן והורג את החי. ברחבי העולם, אזורים מתים גדולים נמצאים באזורי חוף בעלי צפיפות אוכלוסין גבוהה. (אשראי: מצפה כדור הארץ של נאס"א)

    אזור מת הוא אזור באגמים ובאוקיינוסים ליד פיות הנהרות שבהם שטחים גדולים מתרוקנים מעת לעת מהצומח ובעלי החיים הרגילים שלהם. אזורים אלה נגרמים על ידי אאוטרופיקציה יחד עם גורמים אחרים, כולל דליפת נפט, השלכת כימיקלים רעילים ופעילויות אנושיות אחרות. מספר האזורים המתים גדל במשך מספר שנים, ויותר מ -400 אזורים אלה היו נוכחים החל משנת 2008. אחד האזורים המתים הגרועים ביותר הוא מול חופי ארצות הברית במפרץ מקסיקו: נגר דשנים מאגן נהר המיסיסיפי יצר אזור מת של מעל 8,463 קילומטרים רבועים. נגר פוספט וחנקה מדשנים משפיע לרעה גם על מספר מערכות אקולוגיות של אגם ומפרץ, כולל מפרץ צ'ספיק במזרח ארצות הברית.

    מחזור הגופרית

    גופרית היא מרכיב חיוני למולקולות של יצורים חיים. כחלק מחומצת האמינו ציסטאין, הוא מעורב ביצירת חלבונים. כפי שמוצג ב דמות \(\PageIndex{7}\) לְהַלָן, מחזורי גופרית בין האוקיינוסים, היבשה והאטמוספירה. גופרית אטמוספרית נמצאת בצורה של דו תחמוצת הגופרית (SO 2), הנכנסת לאטמוספירה בשלוש דרכים: ראשית, מפירוק מולקולות אורגניות; שנית, מפעילות וולקנית ופתחי אוורור גיאותרמיים; ושלישית, משריפת דלקים מאובנים על ידי בני אדם.

    F-D_22BA206EFB0325FCDBD61E4D7B6567B43AF77פה763524B97EFA6BC+תמונה_טיני+תמונה_זעיל.PNG
    איור\(\PageIndex{7}\). דו תחמוצת הגופרית מהאטמוספירה הופכת לזמינה למערכות אקולוגיות יבשתיות וימיות כאשר היא מומסת במשקעים כחומצה גופרתית חלשה או כאשר היא נופלת ישירות לכדור הארץ כנפילה. בליה של סלעים גם הופכת סולפטים לזמינים למערכות אקולוגיות יבשתיות. פירוק אורגניזמים חיים מחזיר סולפטים לאוקיינוס, לאדמה ולאווירה. (קרדיט: שינוי עבודות מאת ג'ון מ 'אוונס והווארד פרלמן, USGS)

    ביבשה, גופרית מופקדת בארבע דרכים עיקריות: משקעים, נשירה ישירה מהאטמוספירה, בליה של סלעים ופתחי אוורור גיאותרמיים. גופרית אטמוספרית נמצאת בצורה של דו תחמוצת הגופרית (SO 2), וככל שגשם יורד באטמוספירה, גופרית מומסת בצורה של חומצה גופרתית חלשה (H 2 SO 4). גופרית יכולה גם ליפול ישירות מהאטמוספירה בתהליך הנקרא נשירה. כמו כן, כאשר סלעים המכילים גופרית מזג אוויר, גופרית משתחררת לאדמה. סלעים אלה מקורם במשקעי אוקיינוס המועברים ליבשה על ידי התרוממות גיאולוגית של משקעי אוקיינוס. לאחר מכן מערכות אקולוגיות יבשתיות יכולות לעשות שימוש בסולפטים קרקעיים אלה (SO 4 2-), הנכנסים לרשת המזון על ידי נטילת שורשי צמחים. כאשר צמחים אלה מתפרקים ומתים, גופרית משתחררת בחזרה לאטמוספירה כגז מימן גופרתי (H 2 S).

    גופרית נכנסת לאוקיינוס בנגר מהיבשה, מנפילה אטמוספרית ומפתחי אוורור גיאותרמיים מתחת למים. מערכות אקולוגיות מסוימות מסתמכות על כימואוטוטרופים המשתמשים בגופרית כמקור אנרגיה ביולוגי. גופרית זו תומכת אז במערכות אקולוגיות ימיות בצורה של סולפטים.

    פעילויות אנושיות מילאו תפקיד מרכזי בשינוי האיזון של מחזור הגופרית העולמי. שריפת כמויות גדולות של דלקים מאובנים, במיוחד מפחם, משחררת כמויות גדולות יותר של גז מימן גופרתי לאטמוספירה. כאשר גשם יורד דרך גז זה, הוא יוצר את התופעה המכונה גשם חומצי, הפוגע בסביבה הטבעית על ידי הורדת ה- pH של אגמים, ובכך הורג רבים מהצמחים ובעלי החיים התושבים. גשם חומצי הוא גשם מאכל הנגרם על ידי מי גשמים הנופלים לקרקע דרך גז דו תחמוצת הגופרית, והופכים אותם לחומצה גופרתית חלשה, הגורמת נזק למערכות אקולוגיות מימיות. גשם חומצי משפיע גם על הסביבה מעשה ידי אדם באמצעות השפלה כימית של מבנים. לדוגמה, אנדרטאות שיש רבות, כמו אנדרטת לינקולן בוושינגטון הבירה, ספגו נזק משמעותי מגשם חומצי לאורך השנים. דוגמאות אלה מראות את ההשפעות הרחבות של פעילויות אנושיות על הסביבה שלנו ואת האתגרים שנותרו לעתידנו.

    קריאה משלימה מוצעת

    ברוקנר, מ '2018. אזור המתים של מפרץ מקסיקו. [אתר אינטרנט] < https://serc.carleton.edu/microbelif...one/index.html >

    תורמים וייחוסים