מחזור ביוגאוכימי

איור של משאבת הלווייתנים האוקיינוס מראה איך לווייתנים מעגל של חומרים מזינים דרך עמוד המים.

מחזור ביוגיאוכימי, באקולוגיה ובמדעי כדור הארץ, הוא מחזור שבו חומר כימי נע דרך תאים ביוטיים (ביוספרה) ואביוטי (ליתוספירה, אטמוספירה, והידרוספרה) של כדור הארץ. ישנם מחזורים ביוגיוכימיים לפחמן, חמצן, חנקן, זרחן, גופרית ומים, (מחזורים אלו מקורם בטבע); ויש מחזורים המושרשים על ידי האדם כמו אלה של כספית ואטרזין. במחזורים מסוימים יש מאגרים שבהם חומר נשאר במשך תקופה ארוכה של זמן (כגון באוקיינוס או באגם).

מערכות

במערכות אקולוגיות רבות יש מחזורים ביוגיוכימיים רבים הפועלים כחלק מהמערכת, למשל מחזור המים, מחזור הפחמן, מחזור חנקן, וכו'. כל האלמנטים הכימיים המתרחשים אורגניזמים הם חלק במחזורים ביוגיוכימיים. נוסף על היותם חלק מאורגניזמים חיים, האלמנטים הכימיים הללו מתפתחים גם על ידי גורמים אביוטיים של מערכות אקולוגיות כגון מים (הידרוספרה), קרקע (ליתוספירה) או אוויר (אטמוספירה)

גורמי החיים של הפלנטה יכולים להתייחס באופן קולקטיבי לביוספרה. כל החומרים המזינים - כגון פחמן, חנקן, חמצן, זרחן וגופרית - המשמשים במערכות אקולוגיות של אורגניזמים חיים הם חלק ממערכת סגורה; לכן, כימיקלים אלה ממוחזרים במקום ללכת לאיבוד ולהתחדש כל הזמן כמו במערכת פתוחה.

זרימת האנרגיה במערכת האקולוגית היא מערכת פתוחה; השמש כל הזמן נותן את כדור הארץ אנרגיה בצורה של אור בזמן שהוא משמש בסופו של דבר ואיבד בצורה של חום בכל רמות trophic של מזון באינטרנט. פחמן משמש לייצור פחמימות, שומנים וחלבונים, המקורות העיקריים של אנרגיית המזון. תרכובות אלה מתחמצנות לשחרור דו תחמוצת הפחמן, אשר ניתן ללכוד על ידי צמחים לעשות תרכובות אורגניות. התגובה הכימית מופעלת על ידי אנרגיית האור של השמש

זה אפשרי עבור מערכת אקולוגית להשיג אנרגיה ללא אור שמש. פחמן חייב להיות משולב עם מימן וחמצן כדי להיות מנוצל כמקור אנרגיה, תהליך זה תלוי באור השמש. מערכות אקולוגיות בים העמוק, שבו אין אור שמש יכול לחדור, להשתמש גופרית. מימן גופרתי ליד פתחי הידרותרמיות יכול להיות מנוצל על ידי אורגניזמים כגון תולעת צינור ענק. במחזור הגופרית, גופרית יכולה להיות ממוחזרת לעד כמקור אנרגיה. אנרגיה ניתן לשחרר באמצעות חמצון והפחתת תרכובות גופרית (למשל, חמצון היסודי גופרית כדי סולפיט ולאחר מכן סולפט).

למרות כדור הארץ כל הזמן מקבל אנרגיה מן השמש, ההרכב הכימי שלה הוא קבוע למעשה, כמו חומר נוסף הוא רק הוסיף מדי פעם על ידי מטאוריטים. כי זה הרכב כימי לא מתחדש כמו אנרגיה, כל התהליכים התלויים בכימיקלים אלה חייבים להיות ממוחזרים. מחזורים אלה כוללים הן את הביוספרה החיה והן את הליטוספירה, האווירה, ואת ההידרוספרה.

מאגרים

פחם הוא מאגר של פחמן.

הכימיקלים מוחזקים לעיתים לפרקי זמן ארוכים במקום אחד. מקום זה נקרא מאגר, אשר, למשל, כולל דברים כמו פחם פיקדונות כי הם מאוחסנים פחמן במשך תקופה ארוכה של זמן. כאשר כימיקלים מוחזקים רק לתקופות קצרות של זמן, הם מוחזקים בבריכות החליפין. דוגמאות לבריכות החלפה כוללות צמחים ובעלי חיים.

צמחים וחיות לנצל פחמן לייצר פחמימות, שומנים, חלבונים, אשר לאחר מכן ניתן להשתמש בהם כדי לבנות מבנים פנימיים שלהם או להשיג אנרגיה. צמחים ובעלי חיים משתמשים באופן זמני בפחמן במערכות שלהם ולאחר מכן משחררים אותו בחזרה לאוויר או לסביבתו. בדרך כלל, המאגרים הם גורמים אביוטי ואילו הבריכות החליפין הם גורמים ביוטיים. פחמן מוחזק לזמן קצר יחסית בצמחים ובעלי חיים בהשוואה לפיקדונות פחם. משך הזמן שחומר כימי מוחזק במקום אחד נקרא זמן המגורים שלו.

מחזורים מרכזיים

מחזורי הביוגיאוכימיה הידועים והחשובים ביותר מוצגים להלן:

• 
  מחזור הפחמן
• 
  מחזור החנקן
• 
  מחזור תזונתי
• 
  מחזור החמצן
• 
  מחזור הזרחן
• 
  מחזור גופרית
• 
  מחזור הסלע
• 
  מחזור המים

ישנם מחזורים ביוגיוכימיים רבים הנמצאים כעת במחקר בפעם הראשונה כאשר שינויי אקלים והשפעות אנושיות משנים באופן דרמטי את המהירות, העוצמה והאיזון של המחזורים הלא ידועים יחסית. אלה מחזורים ביוגיוכימיים שנלמדו לאחרונה כוללים

את מחזור כספית[3], ואת מחזור האדם נגרמת של אטרזין, אשר עשוי להשפיע על מינים מסוימים.

מחזורי ביוגיוכימיים תמיד כרוכים במצב שיווי משקל חם: איזון ברכיבה על אופניים בין האלמנטים. עם זאת, האיזון הכולל עשוי להכיל תאים המופצים בקנה מידה עולמי.

כמו מחזורי biogeochemical לתאר את התנועות של חומרים על פני הגלובוס כולו, המחקר של אלה הוא מטבעו רב תחומית. מחזור הפחמן עשוי להיות קשור למחקר באקולוגיה ובמדעי האטמוספירה.[4] דינמיקה ביוכימית תהיה קשורה גם לתחומי הגיאולוגיה והפדולוגיה (לימוד הקרקע). [5]

פונקציות של מחזורים ביוגיאוכימים

• הם מסייעים לתפקוד המערכת האקולוגית.
• הם להקל על אחסון של אלמנטים.
• הם מאפשרים את הפיכת החומר מצורה אחת לאחרת.
• הם מווסתים את זרימת החומרים.

ראו גם

• Butcher, Samuel S., ed. (1993). Global biogeochemical cycles. London: Academic Press. ISBN 9780080954707.
• Exley, C (15 בספטמבר 2003). "A biogeochemical cycle for aluminium?". Journal of Inorganic Biochemistry. 97 (1): 1–7. doi:10.1016/S0162-0134(03)00274-5. {{cite journal}}: (עזרה)
• Jacobson, Michael C.; Charlson, Robert J.; Rodhe, Henning; Orians, Gordon H. (2000). Earth system science from biogeochemical cycles to global change (2nd ed.). San Diego, Calif.: Academic Press. ISBN 9780080530642.
• Palmeri, Luca; Barausse,, Alberto; Jorgensen, Sven Erik (2013). "12. Biogeochemical cycles". Ecological processes handbook. Boca Raton: Taylor & Francis. ISBN 9781466558489.{{cite book}}: תחזוקה - ציטוט: extra punctuation (link)