מחזור ביוגאוכימי

מחזור ביוגאוכימי, באקולוגיה ובמדעי כדור הארץ, מתאר מצב שבו חומר כימי נע דרך תאים ביוטיים (ביוספרה) ואביוטיים (ליתוספירה, אטמוספירה, והידרוספרה) של כדור הארץ. לדוגמה במחזור החנקן, הוא מקובע על ידי חיידקים בקרקע ההופכים אותו לזמין לצמח ליצירת חלבונים. 

בטבע ישנם מחזורים לפחמן, חמצן, חנקן, זרחן, גופרית ומים. קיימים מחזורים שנוצרו על ידי האדם כגון 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 ומחזור החנקן. כל האלמנטים הכימיים המתרחשים ביצורים חיים הם חלק ממחזורים ביוגיוכימיים. נוסף על היותם חלק מאותם יצורים, האלמנטים הכימיים הללו מתפתחים גם על ידי גורמים אביוטיים של מערכות אקולוגיות כגון מים (הידרוספרה), קרקע (ליתוספירה) או אוויר (אטמוספירה)

גורמי החיים של כדור הארץ יכולים להתייחס באופן שיתופי 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 זמן פולטת אנרגיה המגיעה לכדור הארץ בצורה של אור המנוצל על ידי מגוון אורגניזמים ובסופו של דבר אותה אנרגיה משתחררת כחום לאורך כל הרמות הטרופיות של מארג המזון. פחמן משמש לייצור פחמימות, שומנים וחלבונים, המקורות העיקריים של אנרגיית המזון. תרכובות אלה מתחמצנות לשחרור דו תחמוצת הפחמן, אשר ניתן ללכידה על ידי צמחים ונבנה לתרכובות אורגניות. התגובה הכימית מופעלת על ידי אנרגיית האור 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, יכולות להשתמש בגופרית. 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 שכדור הארץ כל הזמן מקבל אנרגיה מן השמש, ההרכב הכימי שלו הוא קבוע למעשה, מעט חומר נוסף מדי פעם על ידי מטאוריטים. כל התהליכים התלויים בכימיקלים אלה חייבים להיות ממוחזרים. מחזורים אלה כוללים הן את הביוספרה החיה והן את הליטוספירה, האווירה ואת ההידרוספרה.

מאגרים 

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

צמחים וחיות מנצלים פחמן לייצר פחמימות, שומנים, חלבונים, אשר לאחר מכן משמשים כדי לבנות מבנים פנימיים 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 בריכות החליפין הם גורמים ביוטיים. פחמן מוחזק לזמן קצר יחסית בצמחים ובעלי חיים בהשוואה למאגרי פחם. משך הזמן שחומר כימי מוחזק במקום אחד נקרא זמן המגורים שלו.

מחזורים מרכזיים 
מחזורי הביוגאוכימיה הידועים והחשובים ביותר מוצגים להלן: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 המחזורים הביוגיוכימיים שנלמדו לאחרונה

מחזור כספית, 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 ביוגאוכימיים לתאר את התנועות של חומרים על פני הגלובוס כולו, המחקר של אלה הוא מטבעו רב תחומי. מחזור הפחמן עשוי להיות קשור למחקר באקולוגיה ובמדעי האטמוספירה. דינמיקה ביוכימית תהיה קשורה גם לתחומי הגאולוגיה והפדולוגיה (לימוד הקרקע).

פונקציות של מחזורים ביוגאוכימים
 הם מסייעים לתפקוד המערכת האקולוגית.
 הם מקלים על אחסון של אלמנטים.
 הם מאפשרים את הפיכת החומר מצורה אחת לאחרת.
 הם מווסתים את זרימת החומרים.

ראו גם
 מגוון ביולוגי
 טבע

לקריאה נוספת

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

ביולוגיה
גאוכימיה