علوم الأرض والجيولوجيا

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.

مجلة العلوم
‫‪عناقيد الحالات: لغز رئيسي من ألغاز جائحة كورونا
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لكوفيد-19 بدعم من مركز بوليتزر Pulitzer Centre
في 10 مارس، عندما التقى 61 شخصًا للتدريب على التراتيل بكنيسة  في ماونت فيرنون بواشنطن، بدا كل شيء طبيعيًا. ولمدة ساعتين ونصف الساعة أنشد المنشدون، وتناولوا الكعك والبرتقال، وأنشدوا مرة أخرى. ولكن أحدهم كان يعاني منذ ثلاثة أيام ما يبدو كأنه زكام، والذي تبين فيما بعد أنه كوفيد-19 COVID-19. وفي 12 مايو نشرت ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪هل أنت سجين "غرف الصّدى"؟
. عمّار العاني باحث في المعلوماتية وتأثير وسائل التواصل الاجتماعي، سورية
في الوقت الذي تظهر فيه معظم الأبحاث العلمية أن ظاهرة الاحترار العالمي والتغير المناخي حقيقة مؤكدة، فإن نحو 15% من الجمهور لا يصدق هذه النظرية ويعتبرها خدعة من قبل الحكومات. وتظهر الإحصاءات أن نحو 5% من الأهالي يمتنعون عن تقديم اللقاحات الأساسية لأطفالهم إيماناً منهم بأخطارها، على الرغم من التوافق شبه الكامل في الأوساط الطبية على أن هذه المخاوف لا أساس لها.
   ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪"سرعة خاطفة": جهود أمريكية لإنتاج اللقاح تخرجإلى العلن
قلم:       جون كوهين
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
الحكمة المتعارف عليها هي أن إنتاج لقاح لكوفيد-COVID-19 19 لن يكون ممكنا قبل سنة على الأقل من الآن، ولكن جهود الجهات التنظيمية في حكومة الولايات المتحدة، والتي تعرف بعملية السرعة الخاطفة  Operation Warp Speed أو أسرع من الضوء، لا تنطبق عليها هذه الحكمة التقليدية. وهذا المشروع،  المبهم حتى الآن، والذي من المرجح أن يُعلِن عنه البيت الأبيض رسميًا في الأيام القادمة، سيختار مجموعة متباينة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪أصبح العدو القديم حليفًا .. استخدام الفيروسات في علاج السرطان
. خالد صنبر، د. معتصم البارودي، د. نبيل أحمد باحثون في مجال الأمراض والفيروسات بكلية الطب في هيوستن، الولايات المتحدة
على الرغم من كونها أكثر الكائنات بساطًة فإن الفيروسات أتقنت عملية التطور بصورة مذهلة؛ فقد أتاح استغلال تلك المخلوقات الدقيقة لمخلوقات أكثر تعقيدًا، لحاجتها إلى التكوينات الخلوية، قدرة كبيرة لها على اجتياز العقبات التطورية. ففي جينومنا الخاص، اتخذت الفيروسات مخبئًا لإحدى أكثر الرحلات نجاحًا عبر الزمن، إذ يعتقد أن نحو %10 من ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪قصة الفيروسات .. 3 رواد أسهموا في اكتشافاتها المذهلة
. إسلام حسين باحث في مجال الفيروسات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الوريات المتحدة
يعتبر أواخر القرن التاسع عشر العصر الذهبي لعلم الميكروبيولوجيا علم الأحياء المجهرية، إذ شهد اكتشافات كثيرة عن بعض أنواع المكروبات، وتحديدا البكتيريا والفطريات. وأدت هذه الاكتشافات إلى تكوين نظرية شمولية عن الميكروبات، تعرف بنظرية الجراثيم germ theory، التي بنيت على معلومات توفرت لدى العلماء في ذلك الوقت. افترضت هذه النظرية توفر بعض الخصائص في أي مسبب ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪ساعي البريد الفيروسي والعلاج الجيني .. آمال كبيرة لعلاجات واعدة
. باسل طارق عساف اختصاصي في علم الأمراض المقارن، و باحث رئيسي في شركة فايزر للأبحاث و تطوير الأدوية الولايات المتحدة
يعد فك الشيفرة الوراثية وتحليل التسلسل الجيني للحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين DNA للإنسان من أهم الإنجازات الطبية في القرن الحادي والعشرين. وكان لذلك الإنجاز أثر بالغ في تقدم علوم الطب الجيني ومعرفة عدد كبير من الطفرات الجينية المسببة لعدة أمراض جينية لم يكن يُعرف سببها حتى ذلك الاكتشاف، كأمراض الهيموفيليا الناعور أو ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪النفايات الطبية في زمن كورونا.. إدارة حكيمة لتلافي الأخطار الكارثية
محمد البسام كاتب علمي ، الكويت
       لم تقتصر تداعيات فيروس كورونا المسبب لجائحة كوفيد-19 على العدد الكبير من حالات الإصابة والوفاة، ولا على المجالات الاقتصادية والسياسية والتعليمية، ولا على العلاقات الاجتماعية والعائلية، بل امتدت لتشمل كل مجالات الحياة وتشعباتها، وجميع مناحي المعيشة وتفاصيلها، حتى غدت حاضرة في كل جزئية من الجزئيات اليومية للإنسان، ومرتبطة بكل تحركاته داخل المنازل وخارجها.
     وعلى الرغم من الأضرار الهائلة التي ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪معرفة تاريخ العلم ومسيرته..تكامل منطقي لتطور المعارف والعلوم
. سائر بصمه جي باحث في تاريخ العلوم عند العرب - سورية
يهتم الكثير من الناس بثمار العلم والتقنية، لكن رجال العلم الحقيقيين يهتمون بالشجرة التي أفرزت هذه الثمار. فالثمرة بما تحويه من مكونات وعناصر مفيدة استمدت هذه العناصر من جذور شجرتها، والجذور استمدت العناصر التي تغذي بها نفسها من التربة والبيئة الصالحة لها.
وقصة الشجرة والثمرة التي نرويها تشبه إلى حد بعيد قصة العلم ومنجزاته. فلا يمكن لأي رجل علم يريد أن يطور في أبحاثه العلمية ويقدم ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الأوبئة العالمية.. مقدمات فلسفية وفكرية
. نزار خليل العاني باحث، وأكاديمي سابق في عدد من الجامعات، سورية
كتبتُ على صفحات هذه المجلة منذ نحو خمس سنوات مقالة بعنوان الأوبئة في الأدبيات والمدونات غير العلمية، أظهرت فيها وجود تلازم بين الوباء والإنسان على مر التاريخ. ويتعرض العالم  حاليا لسطوة فيروس درجنا على تسميته  كورونا أو كوفيد  COVID19، وارتأيت أن أشارك القراء بهذه المقدمات الفلسفية والفكرية، بعد أن خاض الكثيرون في الجوانب العلمية. وجاء في خاتمة مقالتي السابقة عن الأوبئة: ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪العلماء يكتشفون جوانب إيجابية للقاءات الافتراضية
بقلم:       مايكل برايس
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
لم تكن كاثلين بروسير Kathleen Prosser، اختصاصية الكيمياء البيولوجية، تخطط لتقديم بحثها في مؤتمر هذا الربيع، ولكن عندما أجبر كوفيد-19 المنظمين على إلقاء سلسلة من اجتماعات الكيمياء المحلية في كندا، والتي كانت تسمى العطل الأسبوعية لنقاشات الكيمياء اللاعضوية Inorganic Discussion Weekends، وأن يوفروا بديلًا افتراضيًا، سجلت بروسير نفسها لتعطي محاضرتها. بروسير هي مواطنة كندية تعمل في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪زيادة مقاومة النباتات للحرارة تنتج محاصيل أوفر
قلم:   إريك شتوكشتاد
ترجمة:  صفاء كنج
فيما تحوِّل النباتات ضوء الشمس إلى سكر، تجابه خلاياها خطر الاحتراق نتيجة الحرارة المرتفعة. إذ تولد عملية البناء الضوئي Photosynthesis منتجات كيميائية ثانوية يمكن أن تتلف آلية التحويل الضوئي Light converting machinery نفسها - وكلما ارتفعت حرارة الطقس زاد احتمال خروج العملية عن السيطرة مع تسارع بعض التفاعلات الكيميائية وتباطؤ أخرى. حالياً، عدّل فريق من علماء الجينات النباتات جينياً لزيادة قدرتها على ... (قراءة المقال)
أخبار العلوم
‫‪مجهر ألماسي يكشف أسرارَ مغناطيسية للصخور القديمة
قلم:   بول فوسن
ترجمة:  صفاء كنج
على منضدة داخل المختبر المحمي مغناطيسياً، حيث يعمل روجر فوRoger Fu، وهواختصاصي بعلم الكواكب من جامعة هارفارد Harvard University، يوجد جهاز متواضع يمكنه نبش قصص الماضي الجيولوجي السحيق. ويتكون مجهر الألماس الكمي Quantum diamond microscope اختصاراً: المجهر QDM من عدد من الملفات الكهرومغناطيسية Electromagnetic coils الملفوفة حول كاميرا وليزر صغير وما يشبه شريحة اختبار وردية اللون. ولكن الشريحة ليست من ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪قدرتك على اتخاذ القرار: وكالة خارقة لا تستطيع الفيزياء شرحها
قلم:     ريتشارد ويب
ترجمة: همام بيطار
في الآونة الأخيرة كنت أفكر في اقتناء جرو، وكما تعلم، فقد دفعني إلى ذلك الرغبة في الحصول على بعض من الرفقة، شيءٌ ما ليحفزني خلال تلك الأيام الكئيبة عندما تكون المعنويات منخفضة والجسد متعبا.
بل إنني ذهبت إلى دارٍ لإيواء الكلاب الضالة؛ لأنّ ذلك بدا الشيء المناسب فعله. وهناك شاهدت كلبة محببة بعينين جميلتين ولعوبتين. ذكرتني بكلبنا المهجن Mutt ويسكي Whiskey عندما كنت طفلاً. وفي نهاية المطاف ... (قراءة المقال)
‫‪القوانين الأساسية لعلم الكونيات
بدأ الكون بحدث يُعرف بالانفجار العظيم قبل ١٣.٨ مليار سنة تقريبا، تمدد حجمه بعدها ولازال يتوسع. ولكن، ماهي قوانين الطبيعة التي تشكل نظرتنا للزمن والمكان في الأبعاد الكبيرة ... (قراءة المقال)