استدامة الطاقة والمواد في الأنظمة البيئية

استدامة الطاقة والمواد في الأنظمة البيئية
 E n e r g y a n d Ma t t e r S u s t a i n a b i l i t y i n E c o s y s t em 
 

الكائناتُ الحيَّةُ وبيئاتُها
Organisms and their Environment
 الأنظمةَ البيئيةَ تتألَّفُ منْ مُكوِّناتٍ حيَّةٍ ومُكوِّناتٍ غيرِ حيَّةٍ.

- تتفاعلُ الكائناتُ الحيَّةُ بعضُها معَ بعضٍ بعلاقاتٍ غذائيةٍ مُتنوِّعةٍ، مثلِ: الافتراسِ، والتقايضِ.  - تتفاعلُ الكائناتُ الحيَّةُ معَ المُكوِّناتِ غيرِ الحيَّةِ في النظامِ البيئيِّ بما يضمنُ استدامةَ انتقالِ الطاقةِ والموادِّ الغذائيةِ في الأنظمةِ البيئيةِ المختلفةِ، ثمَّ استدامةِ مُكوِّناتِ هذهِ الأنظمةِ وإنتاجيتِها.

استدامةُ انتقالِ الطاقةِ في الأنظمةِ البيئيةِ
Energy Transfer Sustainability in Ecosystems
الكائنات الحيَّة تحتاجُ إلى الغذاءِ لاستخدامِهِ في إنتاجِ الطاقةِ اللازمةِ لأداءِ العملياتِ الحيويةِ  المختلفةِ التي تساعدُها على البقاءِ.

السلسلةُ الغذائيةُ Food Chain
السلسلةُ الغذائيةُ هي نموذجٌ يُبيِّنُ استدامةَ تسلسلِ انتقالِ الطاقةِ بينَ الكائناتِ الحيَّةِ المختلفةِ عنْ طريقِ العلاقاتِ الغذائيةِ المُتنوِّعةِ في الأنظمةِ البيئيةِ.

تضمُّ السلسلةُ الغذائيةُ مستوياتٍ غذائيةً عديدةً، يُمثِّلُ كلٌّ منْها أنواعًا منَ الكائناتِ الحيَّةِ، هيَ:
 

1- المُنتِجاتُ Producers : كائناتٌ حيَّةٌ تُنتِجُ غذاءَها بنفسِها، مثلُ:
النباتاتِ، والبكتيريا الخضراءِ المُزرَقَّةِ، وأنواعِ الطحالبِ، مُستخدِمةً في ذلكَ عملياتٍ عديدةً، مثلَ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ Photosynthesis. تُخزِّنُ المُنتِجاتُ الغذاءَ داخلَ أجسامِها في صورةِ موادَّ عضويةٍ، مثلَ السُّكَّرياتِ.

طحالب خضراء

 

 

 

 

 

 

أتحقَّقُ: أُوضِّحُ كيفَ تحصلُ الطحالبُ الخضراءُ على غذائِها.

عن طريق القيام بعملية البناء الضوئي.

2- المُستهلِكاتُ Consumers
المُستهلِكاتُ هي كائناتٌ حيَّةٌ لا تُنتِجُ غذاءَها بنفسِها، وتتغذّى بالمُنتِجاتِ، وتُسمّى كائناتٍ غيرَ ذاتيةِ التغذيةِ Heterotrophs، وتحصلُ على الغذاءِ منَ الكائناتِ الأُخرى عنْ طريقِ الافتراسِ، أوِ التطفُّلِ، أوْ غيرِهِما منَ العلاقاتِ الغذائيةِ. تهضمُ المُستهلِكاتُ الغذاءَ الذي تحصلُ عليْهِ، وتستخدمُهُ في إنتاجِ الطاقةِ اللازمةِ لاستمرارِ حياتِها خلالَ عمليةِ التنفُّسِ الخلويِّ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ما الفوائد التي تقدمها الكائنات غير ذاتية التغذية؟

1- زيادةِ خصوبةِ التربةِ عن تخلَّصُها منْ نواتجِ عملياتِ هضمِ الغذاءِ في صورةِ فضلاتٍ،

2- المساهمة في انتشار النباتات عن طريق نقلِ بذورِ النباتاتِ التي لمْ تُهضَمْ؛ ما يؤدّي إلى انتشارِها في مناطقَ أُخرى منَ النظامِ البيئيِّ.

أفكر أستنتجُ: كيفَ تساعدُ  الكائناتُ غيرُ ذاتيةِ التغذيةِ على زيادةِ حجمِ الغطاءِ  النباتيِّ في منطقةٍ ما؟ عندما تتخلص الكائنات الحية غير ذاتية التغذية من نواتج عمليات هضم الغذاء في صورة فضلات، فتزيد هذه الفضلات من خصوبة التربة أو تنقل بذور العديد من النباتات التي لم تهضم، وبالتالي انتشارها في مناطق متفرقة من النظام البيئي مما يؤدي إلى زيادة حجم الغطاء النباتي.

الربط بالكيمياء  بكتيريا أكسدةِ الحديدِ كائناتٌ حيَّةٌ دقيقةٌ تعيشُ في المياهِ التي تحوي تراكيزَ عاليةً منَ الحديدِ، وتعملُ على أكسدةِ أيوناتِ الحديدِ  للحصولِ على الغذاءِ والطاقةِ اللازمينِ لاستمرارِ حياتِها؛ لذا تظهرُ المياهُ التي توجدُ فيها هذهِ البكتيريا باللونِ الأحمرِ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تُقسَّمُ المُستهلِكاتُ بحسبِ المستوى الغذائيِّ الذي توجدُ فيهِ إلى أربعةِ أقسامٍ كما في الشكل التالي: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

المُحلِّلات Decomposers: وهيَ كائناتٌ حيَّةٌ تُحلِّلُ مُكوِّناتِ النباتاتِ والحيواناتِ الميتةِ وغيرِها، ثمَّ تعيدُها إلى التربةِ، مثلُ: الفطرياتِ، والبكتيريا. وهذه الكائناتٍ الحيَّةٍ لا تظهرُ في السلاسلِ الغذائيةِ.

أبحثُ: في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ أهميةِ المُلقِّحاتِ البَرِّيَّةِ في توفيرِ الغذاءِ لكثيرٍ منَ الكائناتِ الحيَّةِ على سطحِ الأرضِ. ، ثمَّ أكتبُ تقريرًا عنْ ذلكَ، ثمَّ أقرأُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفِّ.

الربط بالزراعة المُلقِّحاتُ منَ المُستهلِكاتِ التي تُسهِمُ في المحافظةِ على التنوُّعِ الحيويِّ على سطحِ الأرضِ. تساعدُ المُلقِّحاتُ البَرِّيَّةُ، مثلُ النحلِ البَرِّيِّ على بقاءِ النباتاتِ، وهيَ تتنقَّلُ بينَ أنواعٍ مختلفةٍ منَ الأزهارِ؛ ما يُعزِّزُ عمليةَ التلقيحِ الخلطيِّ، فتنتجُ نباتاتٌ ذاتُ صفاتٍ جينيةٍ مُتنوِّعةٍ تُلائِمُ التغيُّراتِ المناخيةَ المستقبليةَ. يُعَدُّ الذبابُ أيضًا منَ المُلقِّحاتِ المُهِمَّةِ، وبخاصةٍ في الظروفِ الباردةِ والرطبةِ عندَما يكونُ عددُ النحلِ النشطِ قليلًا، في وقتِ إزهارِ أشجارِ التفّاحِ والكرزِ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ما العوامل التي تُؤثِّرُ في استمرار انتقال الطاقة؟ عواملُ عديدةٌ تُؤثِّرُ في استمرارِ انتقالِ الطاقةِ في بعضِ السلاسلِ الغذائيةِ؛ ما يؤدّي إلى موتِ بعضِ الكائناتِ الحيَّةِ في المستوياتِ الغذائيةِ المختلفةِ، أوْ يتسبَّبُ في مرضِها. ومنْ هذهِ العواملِ: الكوارثُ
الطبيعيةُ مثلُ البراكينِ، وأنشطةُ الإنسانِ الضارَّةُ بالبيئةِ مثلُ استخدامِ المبيداتِ الحشريةِ في رشِّ المزروعاتِ.

تأثير المبيدات الحشرية.
يستخدمُ الإنسانُ كثيرًا منَ المبيداتِ الحشريةِ في أعمالِ الزراعةِ؛ ما يؤدي إلى تسرب بعضها إلى مختلفِ مُسطَّحاتِ المياهِ، مُسبِّبةً زيادةً في سُمِّيَّةِ هذهِ المياهِ بتراكمِها في أجسامِ الكائناتِ الحيَّةِ في المستوياتِ الغذائيةِ المُكوِّنةِ للسلسلةِ الغذائيةِ. وقدْ يصلُ تأثيرُ المبيداتِ الحشريةِ إلى الإنسانِ عندَ تناولِهِ أسماكًا تتراكمُ في أنسجتِها جزيئاتٌ منْ مبيدٍ حشريٍّ؛ ما يُسبِّبُ لهُ أمراضًا عديدةً، مثلَ بعضِ أمراضِ الجهازِ العصبيِّ والجهازِ التنفُّسيِّ.

أبحثُ: في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ آثارٍ أُخرى تنتجُ منْ تغذّي الإنسانِ بأسماكٍ تحتوي أجسامُها على تراكيزَ عاليةٍ منَ المبيداتِ الحشريةِ، ثمَّ أكتبُ تقريرًا عنْ ذلكَ، ثمَّ أقرأُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفِّ.

 

 

 

 

 

 

 

 

أتحقَّقُ: أُوضِّحُ أهميةَ المُحلِّلاتِ في الأنظمةِ البيئيةِ.

هي كائنات حية تحلل مكونات النباتات والحيوانات الميتة وتعيدها إلى التربة مما يزيد من خصوبتها، وكذلك المحافظة على استدامة المواد الغذائية المختلفة في البيئية.

الشبكةُ الغذائيةُ Food Web
تتغذّى المُفترِساتُ غالبًا بأنواعٍ مُتعدِّدةٍ منَ الفرائسِ في المواطنِ البيئيةِ التي يرتبطُ بعضُها ببعضٍ، مُكوِّنةً شبكةً غذائيةً. تُمثِّلُ الشبكةُ الغذائيةُ Food Web وصفًا للعلاقاتِ الغذائيةِ المُتنوِّعةِ بينَ الكائناتِ الحيَّةِ المختلفةِ في الموطنِ البيئيِّ، وتُبيِّنُ كيفَ يرتبطُ بعضُها ببعضٍ.
توجدُ الكائناتُ الحيَّةُ في الشبكاتِ الغذائيةِ تبعًا لمستوى تغذيتِها. تُعَدُّ الأرانبُ والسناجبُ والفئرانُ والطيورُ التي تتغذّى بالبذورِ، والحشراتُ التي تتغذّى بالنباتاتِ، مُستهلِكاتٍ أُولى؛ لذا توضَعُ فوقَ مستوى المُنتِجِ مباشرةً، وهكذا.

أتحقَّقُ: أُقارِنُ بينَ السلاسلِ والشبكاتِ الغذائيةِ.

 السلسلة الغذائية: نموذج يبين استدامة تسلسل انتقال الطاقة بين الكائنات الحية المختلفة عن طريق العلاقات الغذائية المتنوعة في الأنظمة البيئية. أما الشبكة الغذائية: فهي وصف للعلاقات الغذائية المتنوعة بين الكائنات الحية المختلفة في الموطن البيئي، وتبين كيف يرتبط بعضها ببعض.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

الطاقةُ المفقودةُ في الأنظمةِ البيئيةِ Energy Loss in Ecosystems
تحصلُ النباتاتُ والحيواناتُ منْ تغذيتِها بالنباتاتِ على كمِّيةِ طاقةٍ أكبرَ منْ تلكَ التي تُخزِّنُها في أنسجتِها؛ ذلكَ أنَّ بعضَ الطاقةِ التي تستهلكُها الكائناتُ الحيَّةُ تتحرَّرُ إلى البيئةِ المحيطةِ بأشكالٍ مختلفةٍ. وهذهِ الطاقةُ المفقودةُ تختلفُ في النباتاتِ عنْها في الحيواناتِ.

يُمكِنُ للحيوانِ تخزينُ الطاقةِ التي يستمدُّها منَ الغذاءِ في أنسجتِهِ إلى حينِ استخدامِها، وقدْ تنتقلُ هذهِ الطاقةُ إلى البيئةِ المحيطةِ في صورةِ طاقةٍ مفقودةٍ خلالَ بعضِ العملياتِ الحيويةِ مثلِ إفرازِ البولِ. فمثلًا، في أثناءِ حدوثِ عمليةِ التنفُّسِ الخلويِّ داخلَ خلايا الحيوانِ، تتكسَّرُ الروابطُ بينَ جزيئاتِ الغذاءِ؛ ما يؤدّي إلى فقدانِ جزءٍ منَ الطاقةِ، وانتقالِها إلى البيئةِ المحيطةِ في صورةِ طاقةٍ حراريةٍ؛ لذا، فإنَّ نسبةً بسيطةً فقطْ منَ الطاقةِ الموجودةِ في غذاءِ الحيوانِ تتحوَّلُ إلى طاقةٍ مُخزَّنةٍ في أنسجةِ جسمِهِ.

 

أتحقَّقُ: أرسمُ مُخطّطًا يُوضِّحُ ما تحصلُ عليْهِ ورقةُ النباتِ منْ طاقةٍ، وما تفقدُهُ منْها.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

الأهراماتُ البيئيةُ Ecological Pyramids
الأهراماتِ البيئيةِ Ecological Pyramids هي الرسومِ والنماذجِ التي تُبيِّنُ العلاقاتِ بينَ الكائناتِ  الحيَّةِ المختلفةِ ضمنَ المستوياتِ الغذائيةِ المختلفةِ في نظامٍ بيئيٍّ.

لاحظ الشكل أسفل الذي يُبيِّنُ أنواعَ هذهِ الأهراماتِ.

أنواع الأهرامات البيئية
هرم العداد	هرم الكتلة	هرم الطاقة
هرمٌ بيئيٌّ يُمثِّلُ أعدادَ الكائناتِ الحيَّةِ في المستويات الغذائيةِ المُكوِّنةِ لسلسلةٍ غذائيةٍ. وهوَ يضمُّ المُنتِجاتِ في أسفلِ الهرمِ، والمُستهلِكاتِ العليا في أعلى الهرمِ. بوجهٍ عامٍّ، تكونُ أعدادُ المُنتِجاتِ (مثلُ النباتاتِ) أكثرَ بكثيرٍ منْ أعدادِ المُستهلِكاتِ الأولى، وتكونُ أعدادُ المُستهلِكاتِ الأولى أكثرَ بكثيرٍ منْ أعدادِ المُستهلِكاتِ الثانيةِ، وهكذا. وهرمُ الأعدادِ في هذهِ الحالةِ يكونُ طبيعيًّا.	يُطلَقُ على الهرمِ الذي يعتمدُ على الكتلةِ الحيويةِ لكلِّ مستوى غذائيٍّ اسمُ هرمِ الكتلةِ الحيويةِ.Pyramid of Biomass والكتلةُ الحيويةُ هيَ كتلةُ المادةِ الحيَّةِ  في جسمِ الكائنِ الحيِّ التي تُستخدَمُ في رسمِ هرمِ الكتلةِ الحيويةِ. تُحسَبُ الكتلةُ  الحيويةُ بتجفيفِ أنسجةِ الكائنِ الميتِ كلِّها في فرنٍ خاصٍّ، ثمَّ تقاسُ كتلةُ الكائنِ الحيِّ؛ ذلكَ أنَّ محتوى الماءِ الموجودِ في  الأنسجةِ يختلفُ منْ كائنٍ حيٍّ إلى آخرَ؛ ما يُؤثِّرُ في الكتلةِ الحيويةِ لكلِّ كائنٍ حيٍّ. يكونُ هرمُ الكتلةِ الحيويةِ طبيعيًّا في بعضِ الأنظمةِ البيئيةِ. فمثلا، الكتلة الجافةُ للأعشابِ أكبرُ منَ الكتلةِ الجافةِ للجرذانِ، والكتلةُ الجافةُ للجرذانِ أكبرُ منَ الكتلةِ  الجافةِ للبومِ الذي يتغذّى بها.	يُطلَقُ على نموذجِ الهرمِ الذي يُبيِّنُ كمِّيةَ الطاقةِ في كلِّ مستوى غذائيٍّ للسلاسلِ والشبكاتِ  الغذائيةِ اسمُ هرمِ الطاقةِ Pyramid of Energy. ونظرًا إلى اختلافِ كمِّيةِ الطاقةِ التي تنتقلُ بينَ المستوياتِ الغذائيةِ المختلفةِ؛ فإنَّ ٪ 10 تقريبًا منَ الطاقةِ المتوافرةِ في المستوى الغذائيِّ تنتقلُ إلى المستوى الذي يليهِ.
لكنْ، قدْ تكونُ أعدادُ المُنتِجاتِ أقلَّ بكثيرٍ منْ أعدادِ المُستهلِكاتِ الأولى، عندئذٍ يكونُ هرمُ الأعدادِ مقلوبًا، مثلَ وجودِ شجرةٍ واحدةٍ كبيرةٍ تتغذّى بأوراقِها أعدادٌ كثيرةٌ منَ اليرقاتِ التي يتغذّى بها عديدٌ منَ الطيورِ.	قدْ يكونُ هرمُ الكتلةِ الحيويةِ مقلوبًا في بعضِ الأنظمةِ المائيةِ. فمثلا الكتلةُ الجافةُ  للعوالقِ النباتيةِ أقلُّ منَ الكتلةِ الجافةِ  للعوالقِ الحيوانيةِ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

أتحقَّقُ: أُفسِّرُ سببَ وجودِ بعضِ أهراماتِ الكتلةِ الحيويةِ بصورةٍ مقلوبةٍ.

لأن الكتلة الحيوية الجافة للمنتجات أقل من الكتلة الحيوية الجافة للمستهلكات.

مثال 1

جمعَ بعضُ الطلبةِ كائناتٍ حيَّةً منْ نظامٍ بيئيٍّ حولهم، وكانَتْ أعدادُها كما في الجدولِ الآتي:

موقع العينة	1	2	3	4	5	6
عدد النباتات	70	53	27	39	20	31
عدد الجنادب	10	2	3	6	1	8

 

 

 

 

 

1. أحسُبُ مُتوسِّطَ عددِ الكائناتِ الحيَّةِ في كلِّ مستوى غذائيٍّ.
2. أرسمُ هرمَ أعدادٍ، مُضمِّنًا إيّاهُ ما توصَّلْتُ إليْهِ في الفرعِ الأوَّلِ منَ السؤالِ.
3. أَصِفُ شكلَ هرمِ الأعدادِ، مُبرِّرًا إجابتي.
بعدَ ذلكَ عملَ الطلبةُ على إيجادِ مُتوسِّطِ الكتلةِ الجافةِ للفردِ الواحدِ في العيِّناتِ الستِ ضمنَ المستوى الغذائيِّ لكلٍّ منَ النباتاتِ والجنادبِ في المواقعِ المختلفةِ، فكانَتْ كالآتي:
وزنُ الكتلةِ الجافةِ للنباتاتِ = 43 g ، وزنُ الكتلةِ الجافةِ للجنادبِ = 10 g :
4. أرسمُ هرمَ كتلةٍ حيويةٍ بناءً على وزنِ كلٍّ منَ الكتلتينِ أعلاهُ.
5. أَصِفُ شكلَ هرمِ الكتلةِ الحيويةِ، مُبرِّرًا إجابتي.

الحل

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مثال 2

يُمثِّلُ الشكلُ أدناه كمِّيةَ الطاقةِ التي تحصلُ عليْها بعضُ المُنتِجاتِ منْ ضوءِ الشمسِ بوحدةِ
KJ (وحدةٌ لقياسِ الطاقةِ). أحسُبُ مقدارَ الطاقةِ المستدامةِ بينَ كلٍّ منَ المُستهلِكاتِ الأولى،
والمُستهلِكاتِ الثانيةِ، والمُستهلِكاتِ الثالثةِ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

الحلُّ:
ينتقلُ ما نسبتُهُ % 10 فقطْ منَ الطاقةِ منْ مستوى غذائيٍّ إلى المستوى الذي يليهِ. وبذلكَ تكونُ
كمِّيةُ الطاقةِ التي تحصلُ عليْها الكائناتُ الحيَّةُ في المستوياتِ الغذائيةِ كما يأتي:
المُستهلِكاتُ الأولى: 90000 × 10% = 9000 KJ
المُستهلِكاتُ الثانيةُ: 9000 × 10% = 900 KJ
المُستهلِكاتُ الثالثةُ: 900 × 10% = 90 KJ

استدامةُ تدويرِ الموادِّ Matter Cycling Sustainability
تنتقلُ الطاقةُ بينَ الكائناتِ الحيَّةِ بطرائقَ تتيحُ لكلٍّ منْها الحصولَ على كمِّيةٍ محدودةٍ منَ الطاقةِ. أمّا الكمِّيةُ الكبرى المُتبقِّيةُ فتتحرَّرُ إلى البيئةِ المحيطةِ. وخلافًا لذلكَ، تنتقلُ الموادُّ باستمرارٍ بينَ المُكوِّناتِ الحيَّةِ والمُكوِّناتِ غيرِ الحيَّةِ في الأنظمةِ البيئيةِ المختلفةِ عنْ طريقِ تدويرِ المادةِ Matter Cycling. 

يُعَدُّ تدويرُ الموادِّ عمليةً ضروريةً لاستمرارِ حياةِ الكائناتِ الحيَّةِ؛ إذْ تُمثِّلُ هذهِ العمليةُ لها حاجةً مستمرةً للبقاءِ حيَّةً في الأنظمةِ البيئيةِ المُنتشِرةِ في الغلافِ الحيويِّ. ولأنَّ هذهِ الموادَّ لا تُستهلَكُ؛ فإنَّهُ يعادُ تدويرُها في الغلافِ الحيويِّ عنْ طريقِ الدوراتِ البيوجيوكيميائيةِ Biogeochemical Cycles.

الدورات البيوجيوكيميائية تدويرُ عدد منَ العناصرِ والجزيئاتِ الكيميائيةِ المختلفةِ ضمنَ دوراتٍ مغلقةٍ خلالَ المُكوِّناتِ الحيَّةِ والمُكوِّناتِ غيرِ الحيَّةِ في النظامِ البيئيِّ.

 تمرُّ الموادُّ في أثناءِ الدوراتِ البيوجيوكيميائيةِ خلالَ المُكوِّناتِ الحيَّةِ والمُكوِّناتِ غيرِ الحيَّةِ؛ ما يضمنُ استدامتَها في الغلافِ الحيويِّ. ومنَ الأمثلةِ على هذهِ الموادِّ: الكربونُ، والنيتروجينُ، والأكسجينُ، والفسفورُ.

أفكر لماذا سُمِّيَتِ الدوراتُ البيوجيوكيميائيةُ بهذا الاسمِ؟ لأنها دورات يتم فيها تدوير العناصر والجزيئات الكيميائية المختلفة ضمن دورات مغلقة خلال المكونات الحية وغير الحية للأنظمة البيئية.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

استدامةُ الكربونِ Carbon Sustainability
يستمرُّ تدويرُ الكربونِ في الأنظمةِ البيئيةِ بأشكالٍ مختلفةٍ خلالَ المُكوِّناتِ الحيَّةِ والمُكوِّناتِ غيرِ الحيَّةِ في النظامِ البيئيِّ، وتمرُّ هذهِ العمليةُ بمراحلَ عديدةٍ.

1- تعملُ النباتاتُ على تحويلِ ثاني أكسيدِ الكربونِ الجوِّيِّ إلى مُركَّباتٍ كربونيةٍ مُعقَّدةٍ في أثناءِ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ، في ما يُعرَفُ بتثبيتِ الكربونِ Carbon Fixation الجوِّيِّ.

2- يتحرَّرُ جزءٌ منَ الكربونِ المُثبَّتِ، وينتقلُ إلى الغلافِ الجوِّيِّ عنْ طريقِ عمليةِ التنفُّسِ الخلويِّ في النباتاتِ.

3- المُركَّباتُ الكربونيةُ المُعقَّدةُ والمُخزَّنةُ (مثلُ السُّكَّرياتِ) داخلَ النباتاتِ فتنتقلُ خلالَ السلاسلِ الغذائيةِ إلى الكائناتِ الأُخرى، حيثُ يتحرَّرُ جزءٌ منَ الكربونِ في صورةِ غازِ CO₂ مُنتقِلًا إلى الغلافِ الجوِّيِّ، منْ كلِّ مستوى غذائيٍّ منَ المستوياتِ المُكوِّنةِ للسلاسلِ الغذائيةِ، عنْ طريقِ  عمليةِ التنفُّسِ الخلويِّ في النباتاتِ.
4- يتحرَّرُ الكربونُ مُنتقِلًا إلى الغلافِ الجوِّيِّ في صورةِ غازِ CO₂ حينَ تُحلِّلُ المُحلِّلاتُ أجسامَ الكائناتِ الميتةِ.

5- تُسهِمُ عملياتُ حرقِ الوَقودِ الأحفوريِّ، وأدخنةُ المصانعِ والسيّاراتِ في إطلاقِ غازِ CO₂ إلى الغلافِ الجوِّيِّ.

أبحثُ في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ مصادرَ أُخرى لغاز ثاني أكسيدِ الكربونِ، ثمَّ أكتبُ تقريرًا عنْها، ثمَّ أقرأُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفِّ.

 

 

 

 

 

 

استدامةُ النيتروجينِ Nitrogen Sustainability
تشيرُ دورةُ النيتروجينِ إلى الطريقةِ التي يستمرُّ فيها وجودُهُ بينَ المُكوِّناتِ الحيَّةِ والمُكوِّناتِ غيرِ الحيَّةِ في النظامِ البيئيِّ؛ إذْ تحصلُ الحيواناتُ على حاجتِها منَ النيتروجينِ في صورةِ بروتيناتٍ حينَ تتغذّى بالنباتاتِ أوِ الحيواناتِ الأُخرى.

تثبيتُ النيتروجينِ الجوِّيِّ
1. تثبيتُ النيتروجينِ الجوِّيِّ بوساطةِ البرقِ لتكوينِ أيوناتِ النتراتِ (^-NO₃)، ثمَّ وصولِهِا سطحَ الأرضِ معَ الأمطارِ.

2. البكتيريا المُثبِّتةُ للنيتروجينِ: توجدُ هذهِ البكتيريا على جذورِ بعضِ النباتاتِ، وهيَ تُحوِّلُ النيتروجينَ الجوِّيَّ (N₂) إلى أمونيا(NH₃).
3. المُحلِّلاتُ: تعملُ المُحلِّلاتُ على تحليلِ فضلاتِ الحيواناتِ والكائناتِ الميتةِ إلى أيوناتِ الأمونيومِ(⁺NH₄).

4. بكتيريا النترتةِ: تُحوِّلُ هذهِ البكتيريا النيتريتَ(NO₂) إلى النتراتِ (^-NO₃).
5. الامتصاصُ: تمتصُّ النباتاتُ النترات (^-NO₃).

6. بكتيريا اختزالِ النتراتِ: تختزلُ هذهِ البكتيريا أيوناتِ النتراتِ(^-NO₃)لإنتاجِ النيتروجينِ الجوِّيِّ(N₂)

 

 

أفكر أستنتجُ ما يحدثُ للكائناتِ الحيَّةِ عندَ اختفاءِ بكتيريا النترتةِ.لن تستطيع النباتات امتصاص أيونات النترات (-NO3)، لأن بكتيريا النترتة تعمل على تحويل النيتريت (NO2) إلى صورة أيونات تستطيع النباتات امتصاصها وهي أيونات النترات.

الربط بالزراعة يستخدمُ المُزارِعونَ طرائقَ عِدَّةً لتعويضِ النيتروجينِ المفقودِ منَ التربةِ؛ نتيجةَ الزراعةِ المستمرةِ لأنواعٍ مُحدَّدةٍ منَ المحاصيلِ التي تمتصُّ النيتروجينَ. ومنْ هذهِ الطرائقِ: استخدامُ الأسمدةِ الغنيةِ بالنيتروجينِ (الطبيعيةُ، أو المُصنَّعةُ)، وزراعةُ البقولياتِ في سنواتٍ مُتفرِّقةٍ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

اختزالُ النتراتِ
يتحرَّرُ النيتروجينُ منْ أجسامِ الحيواناتِ في صورةِ بولٍ حينَ تُحطِّمُ أكبادَها الحموضُ الأمينيةُ التي لا تَلزمُها. وتحصلُ النباتاتُ على النيتروجينِ عنْ طريقِ امتصاصِهِ منَ التربةِ على هيئةِ أيوناتِ النتراتِ (^-NO₃)، أوْ بتثبيتِ النيتروجينِ الجوِّيِّ، ثمَّ تستخدمُهُ في بناءِ البروتيناتِ التي تحتاجُ إليْها. وبذلكَ تستمرُّ عمليةُ تدويرِ النيتروجينِ بينَ مُكوِّناتِ الأنظمةِ البيئيةِ، أنظرُ الشكلَ في الأعلى الذي يُبيِّنُ آليَّةَ استمرارِ تدويرِ النيتروجينِ في نظامٍ بيئيٍّ.

أتحقَّقُ: أُوضِّحُ أهميةَ المُحلِّلاتِ في استدامةِ النيتروجينِ في الطبيعةِ.

المحللات ستقوم على تحليل المركبات النيتروجينية في أجسام الحيوانات والكائنات الميتة وتحويلها إلى أيونات الأمونيوم وتزويد التربة بها.

 

استدامةُ الفسفورِ Phosphorus Sustainability
فيم تستخدم الكائنات الحية الفسفور؟

تحتاجُ الكائناتُ الحيَّةُ إلى الفسفورِ (في صورةِ أيوناتِ الفوسفاتِ PO₄^-3 غالبًا) لأنه

1- يدخل في تركيب حموضِها النوويةِ(DNA و RNA).

2- يدخل في تركيب الدهونِ المُفسفَرةِ.

3- يدخل في تركيب جزيئاتِ حفظِ الطاقةِ (ATP).

4- يدخلُ في تركيبِ الأملاحِ المُكوِّنةِ للعظامِ والأسنانِ في الفقارياتِ.

خلافًا للموادِّ الأُخرى، فإنَّ عمليةَ استدامةِ تدويرِ الفسفورِ لا تمرُّ بالغلافِ الجوِّيِّ؛ إذْ يقتصرُ وجودُهُ غالبًا على طبقاتِ الصخورِ فقطْ في الأنظمةِ البيئيةِ المُنتشِِرةِ على اليابسةِ؛ ما يُفسِّرُ سببَ استخدامِ هذهِ الصخورِ مصدرًا للأسمدةِ الزراعيةِ.
تبدأُ عمليةُ استدامةِ الفسفورِ بعملياتِ التعريةِ (تفتيتُ الصخورِ) التي تعملُ على إضافةِ أيوناتِ الفسفورِ غيرِ العضويِّ إلى التربةِ. وحينَ يصبحُ الفسفورُ مذابًا في الماءِ، فإنَّ النباتاتِ والطحالبَ وغيرَها تمتصُّهُ لبناءِ بعضِ المُركَّباتِ العضويةِ التي تَلزمُها. تحصلُ المُستهلِكاتُ على حاجتِها منَ الفسفورِ حينَ تتغذّى بالمُنتِجاتِ، ثمَّ يعودُ الفسفورُ إلى التربةِ مَرَّةً أُخرى عنْ طريقِ فضلاتِ الحيواناتِ، أوْ تحلُّلِ الكائناتِ الميتةِ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

أتحقَّقُ: أُوضِّحُ كيفَ تعودُ أيوناتُ الفسفورِ إلى الأنظمةِ البيئيةِ بعدَ دخولِها أجسامَ المُستهلِكاتِ. 

عنْ طريقِ فضلاتِ الحيواناتِ، أوْ تحلُّلِ الكائناتِ الميتةِ.

 

استدامةُ الأكسجينِ Oxygen Sustainability
تحتاجُ النباتاتُ والحيواناتُ ومعظمُ الكائناتِ الحيَّةِ الأُخرى إلى الأكسجينِ لأداءِ عمليةِ التنفُّسِ الخلويِّ الهوائيِّ، والحصولِ على الطاقةِ اللازمةِ لعملياتِها الحيويةِ المختلفةِ. تُطلِقُ بعضُ الكائناتِ الحيَّةِ (مثلُ النباتاتِ) غازَ الأكسجينِ مباشرةً إلى الغلافِ الجوِّيِّ في أثناءِ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ؛ ما يُسهِّلُ وصولَهُ إلى معظمِ الكائناتِ الحيَّةِ الأُخرى، مثلَ الإنسانِ الذي يستخدمُهُ في إنتاجِ الطاقةِ، ويُحرِّرُ بدلًا منْهُ غازَ ثاني أكسيدِ الكربونِ.
يُمكِنُ أيضًا تدويرُ غازِ الأكسجينِ في عديدٍ منَ الأنظمةِ البيئيةِ بصورةٍ غيرِ مباشرةٍ، وذلكَ بإعادةِ تدويرِ بعضِ الموادِّ الغذائيةِ الأُخرى، مثلِ مُركَّباتِ الكربونِ والنيتروجينِ والفسفورِ.

أفكر كيفَ تُؤثِّرُ عمليةُ قطعِ أشجارِ الغاباتِ في دورةِ الأكسجينِ؟ لن يتحرر O2 إلى الغلاف الجوي بفعل عملية البناء الضوئي التي تقوم بها الأشجار، وبالتالي تواجه الكائنات الحية الأخرى صعوبة في الحصول على O2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

استدامةُ الماءِ في الطبيعةِ Water Sustainability in Nature
يتحرَّكُ الماءُ باستمرارٍ بينَ المحيطاتِ والغلافِ الجوِّيِّ والأرضِ؛

1- تتبخَّرُ جزيئاتُ الماءِ منَ المحيطاتِ أوِ المُسطَّحاتِ المائيةِ الأُخرى. وقدْ تحدثُ عمليةُ التبخُّرِ منْ أوراقِ النباتاتِ في أثناءِ عمليةِ النتحِ.

2- يتكوُّنِ بخارٍ يصلُ إلى الغلافِ الجوِّيِّ. وكذلكَ يُمكِنُ أنْ ينتقلَ بخارُ الماءِ بوساطةِ الرياحِ إلى طبقاتِ الجوِّ العليا. وحينَ تنخفضُ درجاتُ الحرارةِ في الطبقاتِ الدنيا منَ الغلافِ الجوِّيِّ، فإنَّ بخارَ الماءِ يتكثَّفُ في صورةِ قطراتٍ صغيرةٍ جدًّا؛ ما يؤدّي إلى تشكُّلِ السُّحُبِ.

3- عندما تصبحُ القطراتُ كبيرةً بحيثُ لا يُمكِنُ للهواءِ نقلُها، فإنَّها تهطلُ على سطحِ الأرضِ في صورةِ مطرٍ، أوْ ثلجٍ، أوْ صقيعٍ، أوْ بَرَدٍ.
4- تتدفَّقُ المياهُ على سطحِ الأرضِ عنْ طريقِ الجريانِ السطحيِّ، ثمَّ تدخلُ نهرًا أوْ مجرى مياهٍ آخرَ ينقلُها إلى محيطٍ أوْ بحيرةٍ. وقدْ تتسرَّبُ المياهُ إلى باطنِ الأرضِ، في ما يُعرَفُ بالمياهِ الجوفيةِ التي يُمكِنُ أنْ تتدفَّقَ إلى الأنهارِ والجداولِ والبحيراتِ والمحيطاتِ، أوْ قدْ تمتصُّها جذورُ بعضِ النباتاتِ مَرَّةً أُخرى.

 

 

أتحقَّقُ: أُوضِّحُ دورَ النباتاتِ في استدامةِ الماءِ في الطبيعةِ.

النباتات تساعد في استدامة الماء في الطبيعة من خلال عملية النتح عن سطح أوراقها والتي تعمل على تبخر الماء وصوله إلى الغلاف الجوي لاستمرار دورة الماء.

الربط بالمجتمع  مَرَّ صلى الله عليه وسلم بسعدٍ وهوَ يتوضَّأُ، فقالَ: «ما هذا السَّرْفُ؟ »، فقالَ: أفي الوضوءِ إسرافٌ؟ قالَ: «نعمْ، وإنْ كنْتَ على نهرٍ جارٍ ». (رواهُ ابنُ ماجه). ولهذا يجبُ توعيةُ المواطنينَ بأهميةِ ترشيدِ استهلاكِ المياهِ؛ كون الأردنُّ يعاني شُحًّا في مصادرِ المياهِ الطبيعيةِ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

الإثراء والتوسع

 

أثر الجفاف في السلاسل والشبكات الغذائيةِ في الأردنِّ
 

يُعرَّفُ الجفافُ بأنَّهُ نقصٌ حادٌّ في كمِّياتِ المياهِ في مناطقَ مُعيَّنةٍ؛ نتيجةً لشُحِّ الأمطارِ، أوْ عدمِ وجودِ مصادرَ للمياهِ في هذهِ المناطقِ؛ ما يُؤثِّرُ سلبًا في الأنظمةِ البيئيةِ السائدةِ فيها. يؤدّي الجفافُ في المناطقِ الزراعيةِ إلى جفافِ التربةِ، ثمَّ نقصِ رطوبتِها السطحيةِ؛ ما يضرُّ بعمليةِ
الإنباتِ لكثيرٍ منَ النباتاتِ (المُنتِجاتُ)، وهوَ ما يتسبَّبُ في انخفاضِ أعدادِها.

تقلُّ أعدادُ المُستهلِكاتِ (الحيواناتُ آكلةُ الأعشابِ) إذا انخفضَتْ أعدادُ المُنتِجاتِ التي تتغذّى بها؛ ما يُؤثِّرُ سلبًا في أعدادِ الكائناتِ الحيَّةِ الأُخرى التي تعتمدُ على آكلاتِ الأعشابِ في غذائِها، وهوَ ما يؤدّي إلى حدوثِ خللٍ واضطرابٍ في السلاسلِ والشبكاتِ الغذائيةِ في المناطقِ التي تعرَّضَتْ للجفافِ؛ إمّا بموتِ هذهِ الكائناتِ، وإمّا بانتقالِها إلى مناطقَ أُخرى بحثًا عنِ الغذاءِ.
تُعَدُّ مناطقُ الباديةِ الجنوبيةِ (مثلُ وادي رَمٍّ) إحدى أكثرِ المناطقِ عرضةً للجفافِ في الأردنِّ؛ نظرًا إلى مُناخِها الحارِّ والجافِّ نتيجةَ ارتفاعِ درجاتِ الحرارةِ الذي يُسبِّبُ تبخُّرَ الماءِ، وندرةِ هطلِ الأمطارِ فيها؛ ما أدّى إلى تصحُّرِها بعدَ الانخفاضِ الكبيرِ في أعدادِ النباتاتِ التي تُمثِّلُ حجرَ الأساسِ في السلاسلِ الغذائيةِ لهذهِ المناطقِ، وهوَ ما أثَّرَ سلبًا في التنوُّعِ الحيويِّ فيها.

أبحثُ في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنِ الطرائقِ الواجبِ استخدامُها للتقليلِ منَ الجفافِ، ثمَّ أكتبُ تقريرًا عنْها، ثمَّ أقرأُهُ أمامَ زملائي/زميلاتي في الصفِّ.