تعتبر دورة الكربون ودورة الماء كلاهما دورات بنظام البيئة، إذ يطلق عليهما مسمى دورة البيوجيوكيميائية، وهو ما يشير لكونها مواد، وتلك المواد تتحرك فيما بين أجزاء حيوية والتي تمثلها (الكائنات الحية) وكذلك اللاأحيائية والتي يمثلها (الغلاف الجوي والغلاف الصخري والغلاف المائي) الموجودين بكوكب الأرض، وكلًا منهم دورات مغذية، إذ يحدث بهم الانتقال في العناصر الغذائية (الكربون والماء)، ومن ثم فإن المقارنة بين دورة الماء ودورة الكربون تتركز بأن:
يمر الماء بعملية تعرف بعملية التبخر.
ينتقل الكربون وهو ما يعني أنه ينتقل إلى الغلاف الجوي من الكائنات الحية.
أولاً دورة المياه
تعرف دورة الماء بأنها تلك الدورة التي يصير بها الماء المتواجد على سطح الأنهار والمحيط والبحيرات، بحيث يتحول لبخار ماء، ومن ثم يتحول من ماء بشكله المعروف عبر أشعة الشمس عبر عملية اسمها عملية التبخر، لينتج بخار ماء.
كذلك قد يصبح الجليد والثلج بخار ماء عبر عملية التصعد، إذ يدخل بخار الماء للغلاف الجوي من النباتات عبر عملية يطلق العلماء عليها مسمى عملية النتح.
يبرد بخار الماء عالياً بالغلاف الجوي ويتحول لقطرات ماء عبر عملية تعرف بالتكثيف.
حينما تتحول قطرات الماء لبلورات من الجليد الثقيلة للغاية، فذلك يجعلها من غير الممكن أن تبقى بالهواء، فإنها تسقط في تلك الحالة على الأرض مثل الثلج والمطر وأنواع غيرها من التساقط.
تشهد مناطق مياه البحيرات والأنهار والمحيطات حالة من التبخر عاليًا، حيث تقوم المستنقعات والغابات بالتقاط الكثير من الكربون من الغلاف الجوي ثم تقوم بتخزينه، كما تفعل ذلك المحيطات بالكرة الأرضية ولكن على نحوٍ مؤثر.
تتسبب السحب بهطول الأمطار في كافة أنحاء العالم، كذلك يتسبب هطول الأمطار الغزيرة بهطول الأمطار على نحوٍ متكرر بالمناطق التي تمتلك الجبال الكبيرة.
حين يسقط المطر تقوم التربة بامتصاصه، كما تسمح بتصريف المياه، وقد تبقى تلك المياه مخزنة بالتربة، ثم تتدفق في البحر وإلى الأنهار أو البحيرات، أو أن تبقى على السطح مصل البرك، والمياه تقابل نوعان من التربة برحلتها وهما:
التربة ذات القوام الرملي القابلة للنفاذ والتي تسمح لهطول الأمطار بسرعة كبيرة بالتجفيف عبر التربة.
التربة غير النفاذة أو التربة الطينية والتي تتسبب بتصريف المياه عبر التربة ببطء، في حين لا تسمح بعض أنواع الصخور والتربة على الإطلاق بأي تصريف للمياه.
ثانياً دورة الكربون
عبر عملية التمثيل الضوئي، يُسحب ثاني أكسيد الكربون بالهواء لكي يتم إنتاج الغذاء المُصنع من الكربون والذي يتم من خلاله نمو النبات.
ينتقل الكربون إلى الحيوانات من النباتات، وينتقل الكربون الموجود في النباتات إلى الحيوانات التي تأكلها.
ينتقل الكربون إلى التربة من الحيوانات والنباتات، إذ تموت الحيوانات والنباتات وتتحلل أخشابها وأجسامها وأوراقها، الأمر الذي يؤدي لوصول الكربون إلى الأرض.
ينتقل الكربون إلى الغلاف الجوي من الكائنات الحية، وتتخلص النباتات والحيوانات من غاز ثاني أكسيد الكربون عبر عملية تعرف بعملية التنفس، في حين يتنفس الإنسان ثاني أكسيد الكربون (CO2).
ينتقل الكربون إلى الغلاف الجوي من الوقود في حالة حرق الوقود من محطات الطاقة والوقود الأحفوري والشاحنات والسيارات، وسرعان ما يدخل غالبية الكربون على صورة غاز ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي.
أخيرًا، فإن الكربون ينتقل إلى المحيطات من الغلاف الجوي، ثم يذوب بالماء.
الكتلة الحيوية الخشبية يتم تخزين كميات كبيرة من الكربون بها، وينتهي جزء آخر بالنهاية كمواد عضوية بنفايات أرض الغابات وبالتربة، وقد تنتج التغييرات بكمية الكربون المخزنة بالغابات عن مجموعة مختلفة من التأثيرات الطبيعية والبشرية، من بينها على هيئة ألوان وتعبر تلك الألوان حول مدلولات علمية وبيئية وتلك هي الألوان:
الأخضر هو كتلة حيوية عالية، أكبر تخزين للكربون.
الأصفر هو كتلة حيوية منخفضة، أقل تخزين للكربون.
الانبعاثات التي تنتج عن ثاني أكسيد الكربون هي ناتجة عن الحرق الحادث للوقود الأحفوري وصناعة هامة وهي صناعة الأسمنت، والتي تتضمن ثاني أكسيد الكربون الذي ينتج خلال استهلاك الوقود السائل والصلب والغاز.
الفرق بين دورة الماء والكربون والنيتروجين
الدورات الثلاث الرئيسية للنظام البيئي هي دورة الكربون ودورة الماء وهما ما سبق تعريفهن، بينما الدورة الثالثة فإنها دورة النيتروجين، وتلك الدورات الثلاث تعمل بشكل متوازن لكونها المسؤولة عن عملية نقل النفايات ومد النظام البيئي وتجديده بالمغذيات الهامة لاستمرار وبقاء الحياة، فإن أصبحت أي من تلك الدورات الثلاث ليست متوازنة لأي سبب، يمكن أن تكون التأثيرات على النظام البيئي كارثية وفق ما ذكره العلماء.
دورة حياة الكربون
تقوم الحياة النباتية في النظام البيئي بعملية التمثيل الضوئي، حيث تأخذ النباتات من الشمس الطاقة والماء وثاني أكسيد الكربون وتنتج الأكسجين والكربوهيدرات.
وفيما يتعلق بدورة حياة النيتروجين يوجد أغلب النيتروجين الموجود بالنظم البيئية في شكل غاز نيتروجين، ويتكون حوالي ثمانية وسبعون بالمئة من الغلاف الجوي للأرض من غاز النيتروجين.
دورة حياة النيتروجين
إن النيتروجين الموجود بالغلاف الجوي يكون مستقر ولا يتحد مع العناصر الأخرى بسهولة، ويمتلك البرق طاقة تكفي لتحويل النيتروجين لنترات، والذي يمثل شكل من النيتروجين يُستخدم بالحياة النباتية.
دورة حياة المياه
إن دورة المياه تبدأ مع هطول الأمطار، وفي الغلاف الجوي تتبخر مياه الأنهار والبحيرات والمحيطات، وفي الظروف المناسبة تتجمع أبخرة الماء، لتكون السحب، وبالنهاية، تتكثف تلك الأبخرة وتتحول إلى مطرًا أو شكلًا من أشكال هطول الأمطار.
معادلة دورة الكربون
إن المعادلة الكيميائية الخاصة بعملية التمثيل الضوئي هي 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2.
لا تتمكن الكائنات الحية من صناعة الكربون الخاص بها، فكيف يُدمج الكربون بالكائنات الحية، يكون الكربون في الغلاف الجوي، بصورة غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2)، لتلتقط النباتات وغيرها من الكائنات المنتجة ثاني أكسيد الكربون ثم يحولونه لجلوكوز (C6H12O6) عبر عملية التمثيل الضوئي، ثم حينما تأكل الحيوانات النباتات أو غيرها من الحيوانات الأخر، تكتسب الكربون من هذه الكائنات.
أوجه التشابه بين دورة الماء والكربون
يوجد بعض الخصائص المشتركة ما بين دورة الماء ودورة الكربون، كما يوجد كذلك تشابه ما بين كل من دورة الكربون ودورة الماء، والتي يمكن بيانها فيما يلي:
إن دورة الكربون تتكون من جزأين بشكل طبيعي وهما دورة الكربون المائية والأرضية.
تستخدم النباتات الأرضية ما يوجد من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لتوليد الأكسجين الذي يساعد بالحفاظ على حياة الحيوانات، أيضًا تولد النباتات المائية الأكسجين، في حين أنها تستخدم من الماء ثاني أكسيد الكربون.
يتضمن كلاهما مواد سائلة تتساقط من الغلاف الجوي على الأرض.
ينطوي كلاهما على نقل المواد ما بين النباتات والحيوانات والأرض.
ينطوي كلاهما على نقل المواد ما بين الفضاء الخارجي والأرض.
الأسئلة الشائعة
كيف تتم دورة الكربون و الأكسجين قصيرة الأمد؟
حين احتراق ذلك الوقود يرجع الكربون ثانية للغلاف الجوي على هيئة غاز ثاني أكسيد الكربون ليعود تدويره مرة أخرى.
