ما هي مراحل دورة الكربون في الطبيعة؟

تتوفر العناصر الكيميائية الأساسية اللازمة لتكوين وتطوير المواد العضوية في الطبيعة ولكن بكميات محدودة، لذا تعتمد استمرارية الحياة على الأرض على إعادة تدوير هذه العناصر، والكربون هو أحدها. يعتبر الكربون من اللبنات الأساسية للحياة، يأتي في المرتبة 15 من حيث الوفرة في القشرة الأرضية، إذ تتكون جميع الأنسجة الحية من مركبات الكربون سواء كانت نباتات أو حيوانية أو بشرية، لكن ماذا يحدث لهذه الكميات من الكربون؟ هذا ما تحدده دورة الكربون، فما هي مراحلها؟

ما هي دورة الكربون؟

تتواجد العناصر الأساسية، بما في ذلك الكربون، مرة في النباتات وفي اليوم التالي تصبح جزءاً من الحيوان، ثم تنتقل لاحقاً مع الهواء أو الماء والتربة، أي أنها قد تكون جزءاً من الكائنات الحية وكذلك المكونات غير الحية. 

تتحرك هذه العناصر مراراً وتكراراً ما بين النُظم البيئية وكائناتها الحية من خلال العمليات الحيوية والجيولوجية والكيميائية، ويشار إليها بالدورات البيوجيوكيميائية، وأكثرها شيوعاً هي دورة الكربون.

بعبارة أخرى، يمكن تعريف دورة الكربون بأنها العملية التي يتم فيها تبادل مركبات الكربون بين المحيط الحيوي والغلاف الأرضي والغلاف الجوي والغلاف المائي، وطريقة طبيعية لإعادة استخدام جزيئات الكربون في مواقع جغرافية مختلفة.

اعتماداً على طول المدة التي تستغرقها دورة الكربون يتم تقسيمها إلى:

• دورة الكربون القصيرة: تستغرق أياماً أو شهوراً أو سنوات حتى يتنقل الكربون عبر البيئة.
• دورة الكربون الطويلة: تستغرق ملايين السنين وتنتهي بتشكيل الوقود الأحفوري.

مراحل دورة الكربون القصيرة

بشكل عام، تنقسم دورة الكربون إلى عدة مراحل، وتضم:

دخول الكربون إلى الغلاف الجوي

تبدأ دورة الكربون بدخوله إلى الغلاف الجوي من خلال إحدى العمليتين، التنفس أو الاحتراق.

التنفس

تتطلب خلايا الكائنات الحية الأوكسجين لتحطيم الغذاء والحصول على الطاقة، في عملية تُعرف بالتنفس الخلوي. في هذه العملية، تتم أكسدة السكر بواسطة الأوكسجين، وتكون النواتج طاقة وغاز ثاني أوكسيد الكربون وبخار الماء. يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون مع بخار الماء في الغلاف الجوي، بينما تبقى الطاقة للنبات ليستخدمها.

غلوكوز + أوكسجين ← ثاني أوكسيد الكربون + ماء + طاقة

اقرأ أيضاً: ما هي مركبات الكربون الهيدروفلورية وكيف سيؤثر منع استخدامها على المناخ؟

الاحتراق

قد يُضاف غاز ثاني أوكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي نتيجة الأنشطة البشرية، بحرق الوقود الهيدروكربوني مثل الخشب والفحم والغاز الطبيعي والنفط، حيث يتحد الكربون الناتج عن الحرق مع أوكسجين الغلاف الجوي لتكوين ثاني أوكسيد الكربون وبخار الماء.

اقرأ أيضاً: يتسبب الإنسان بـ90% منها وللطبيعة دورها أيضاً في حرائق الغابات

امتصاص المنتجين ثاني أوكسيد الكربون: التمثيل الضوئي

تسمى النباتات والطحالب بالكائنات المنتجة، لأنها تتمتع بالقدرة على إنتاج السكريات اللازمة لإنتاج الطاقة والتكاثر، من خلال ما يعرف بعملية التمثيل الضوئي. في عملية التمثيل الضوئي، تسحب النباتات ثاني أوكسيد الكربون من الهواء في الغلاف الجوي، وتحوله بوجود الضوء والماء إلى الكربوهيدرات.

دخول مركبات الكربون في السلسلة الغذائية

تنتقل مركبات الكربون من النباتات إلى الحيوانات والإنسان من خلال السلاسل الغذائية، حيث يتغذى الإنسان والحيوان على النباتات، فيتحول الكربون إلى أشكال أخرى من المركبات، مثل الدهون وعديد السكاريد، ويُعاد إطلاق بعضه من خلال الزفير في عملية التنفس.

التحلل: عودة الكربون إلى الغلاف الجوي

تحلل المحللات كالبكتيريا والفطور جثث الكائنات بعد موتها، وتعيد إطلاق غاز ثاني أوكسيد الكربون إلى التربة ثم إلى الغلاف الجوي.

دورة الكربون طويلة المدى

تحافظ دورة الكربون طويلة المدى على كوكبنا من خلال منع كل الكربون الموجود على الأرض من الوصول للغلاف الجوي، فتعمل كمنظم للحرارة. 

على مدى مئات وحتى آلاف وملايين السنين، تتم إعادة توجيه الكربون لتكوين:

• وقود أحفوري في الأرض (الفحم والنفط والغاز)، بعد تراكم بقايا النباتات والحيوانات وحبسها تحت تأثير ضغط وحرارة عاليين.
• حجر جيري في المحيطات، عوضاً عن تحوله إلى سكريات، وهو ما يعرف بدورة الكربون في المحيطات.

اقرأ أيضاً: علماء يحلون لغز المنظم الحراري للأرض

دورة الكربون في المحيطات

يُطلق على المحيطات والبحار لقب بالوعات الكربون، لأنها تمتص كميات من الكربون تتجاوز ما ينبعث منها، حيث يمر الكربون فيها بالمراحل التالية:

1. يتحد ثاني أوكسيد الكربون في الغلاف الجوي بالمطر مكوناً حمض الكربونيك الضعيف.
2. يذيب الحمض الصخور، وهو ما يعرف بالتجوية الكيميائية، فتتحرر أيونات المغنيسيوم أو البوتاسيوم أو الصوديوم، وتنتقل إلى مياه المحيطات.
3. تتحد أيونات الكالسيوم في مياه المحيطات مع أيونات البيكربونات مكونة كربونات الكالسيوم.
4. تدخل كربونات الكالسيوم في تشكيل قواقع وقشور الكائنات المائية.
5. تتراكم الكائنات بعد موتها فوق بعضها مشكلة الحجر الجيري بمرور الوقت في قاع المحيطات، حيث تتعرض لضغط هائل فيتشكل الحجر الجيري.
6. يُطلق الحجر الجيري الكربون للغلاف الجوي بفعل العوامل الجوية.

إذاً، قد تكون نسبة الكربون في الغلاف الجوي صغيرة نسبياً، إلا أنه بمثابة غطاء يغلّف سطح كوكبنا، لذا فإن أي خلل في توازن مراحل دورة الكربون يحدث ضرراً جسيماً بالبيئة والكوكب.