מחזורי חמצן, חנקן ופחמן

מחזור חמצן

חמצן הוא מרכיב חשוב מאוד באוויר והוא נדרש לשמירה על החיים.
חמצן משתתף בתגובות בסיסיות רבות לקיום החיים, הוא המקבל הסופי של אלקטרונים שרשרת הנשימה שהיא ספק האנרגיה המקסימלי באורגניזמים אירוביים (הם אלה שצורכים חַמצָן).

פוטוסינתזה היא התהליך הבסיסי שבו מפיקים צמחים את המזון שלהם (כלומר הם אוטוטרופים). על מנת לבצע פוטוסינתזה, כלורופלסטים (בצמחים ירוקים) תופסים פחמן דו חמצני (אשר מכיל חמצן ופחמן) מהסביבה, מים, ולבסוף, באמצעות אנזימים ואנרגיית אור, ליצר: חמצן וגלוקוז.
ה חַמצָן המיוצר בפוטוסינתזה יוצא בצורת גז והוא זה שנמצא באוויר. הוא מוצג על ידי כל האורגניזמים האירוביים, שם הוא נכנס לשרשרת הנשימה כמקבל אלקטרונים סופי. ליצירת מים הנקראים מי חמצון ומסולקים על ידי יצורים חיים בזיעה, שתן, דמעות וכו ' פחמן דו חמצני (המכיל גם חמצן), הוא תוצר של תגובות קטבוליות אירוביות והוא מופנה על ידי אורגניזמים אירוביים ומוחזר על ידי צמחים באופן שנראה לעיל.

חמצן זה, הנמצא באוויר, משמש את האדם גם בתגובותיו של בעירה, אשר, כפי שניתן לראות בעבר, מייצרת פחמן דו חמצני הממוחזר גם ב פוטוסינתזה.

באופן זה יש מחזור מתמיד של חמצן ומעין סימביוזה בין האורגניזמים הנושמים חמצן לבין הצמחים, שם האורגניזמים אירובי משתמשים בחמצן מצמחים לצורך חילוף החומרים שלהם ומייצרים פחמן דו חמצני המשמש צמחים לייצור חמצן ו חומרים מזינים.

מחזור חנקן

תהליך מחזורי טבעי שבמהלכו משולב חנקן בקרקע והופך לחלק מאורגניזמים חיים לפני החזרה לאטמוספרה. חנקן, חלק חיוני מחומצות האמינו, הוא יסוד בסיסי בחיים. הוא נמצא בשיעור של 79% באטמוספרה, אך יש להפוך חנקן גזי לצורה שמישה כימית לפני שיוכל לשמש אורגניזמים חיים. זה מושג באמצעות מחזור החנקן, שבו חנקן גזי הופך לאמוניה או חנקות. האנרגיה שתורמת מקרני השמש והקרינה הקוסמית משמשת לשילוב חנקן ו- חמצן גזי לחנקות, המועברות על פני כדור הארץ על ידי יְרִידַת גְשָׁמִים. קיבוע ביולוגי, האחראי על מרבית תהליך המרת החנקן, מיוצר על ידי פעולה של חיידקים מקובעים חנקן חופשיים, חיידקים סימביוטיים החיים על שורשי צמחים (במיוחד קטניות וזקנים), אצות כחולות-ירוקות, חזזיות מסוימות ואפיפיטים ביער טְרוֹפִּי
ה חַנקָן קבוע בצורה של אמוניה וחנקות, הוא נספג ישירות על ידי הצמחים ומשולב ברקמותיהם בצורה של חלבונים מהצומח. לאחר מכן החנקן עובר במעלה שרשרת המזון מצמחים לאוכלי עשב, ומשם לטורפים. כאשר צמחים ובעלי חיים מתים, תרכובות חנקניות מתפרקות ומייצרות אמוניה, תהליך הנקרא אמוניפיקציה. חלק מאמוניה זו מוצאת על ידי צמחים; השאר מתמוסס במים או נשאר באדמה, שם המיקרואורגניזמים ממירים אותו לחנקות או ניטריטים בתהליך הנקרא ניטריפיקציה. ניתן לאחסן חנקות בחומוס מתפרק או להיעלם מהאדמה על ידי שטיפה, להישטף לנחלים ואגמים. אפשרות אחרת היא להמיר לחנקן באמצעות דניטריפיקציה ולחזור לאטמוספרה.

במערכות טבעיות, החנקן שאובד באמצעות דניטריפיקציה, שטיפה, שחיקה וכדומה מוחלף בתהליך הקיבוע ובמקורות חנקן אחרים. התערבות אנתרופית (אנושית) במחזור החנקן יכולה, עם זאת, להוביל לפחות חנקן במחזור, או להעמיס על המערכת. לדוגמא, עיבוד אינטנסיבי, קציר ופינוי יערות גרמו לירידה בתכולת החנקן בקרקע (חלק מה הפסדים בשטחים חקלאיים יכולים להשלים רק באמצעות דשני חנקן מלאכותיים, הכרוכים בהוצאה גדולה נִמרָץ). מצד שני, שטיפת חנקן מאדמות חקלאיות מופרות מדי, כריתת יערות ללא הבחנה, פסולת בעלי חיים ומים. שאריות הוסיפו יותר מדי חנקן למערכות אקולוגיות במים, מה שגרם לירידה באיכות המים ולעורר צמיחה מוגזמת של אַצוֹת. בנוסף, חנקן דו חמצני המשתחרר לאטמוספירה על ידי אגזוזי רכב תחנות כוח תרמיות מתפרקות ומגיבות עם מזהמים אטמוספריים אחרים המולידים ערפיח פוטוכימיים.

מחזור הפחמן

דרכה אנרגיה זורמת דרך המערכת האקולוגית הארצית. המחזור הבסיסי מתחיל כאשר צמחים, באמצעות פוטוסינתזה, משתמשים בפחמן דו חמצני (CO₂) נמצאים באטמוספירה או מומסים במים. חלק מפחמן זה הופך לחלק מרקמות הצמח בצורת פחמימות, שומנים וחלבונים; השאר מוחזר לאטמוספרה או למים באמצעות נשימה. כך, פחמן עובר לאוכלי עשב שאוכלים צמחים ובכך משתמשים, מסדרים מחדש ומפרקים תרכובות פחמן. הרבה ממנו משוחרר בצורה של CO₂ על ידי נשימה, כתוצר לוואי של חילוף החומרים, אך חלקו מאוחסן ברקמות של בעלי חיים ועובר לקרניבורים, הניזונים מאוכלי עשב. בסופו של דבר, כל תרכובות הפחמן מתפרקות על ידי פירוק, ופחמן משתחרר כ- CO.₂, המשמש שוב צמחים.

• המשך לקרוא: פַּחמָן.