دورة الأكسجين وأهميتها للبيئة

هناك متطلبات معينة يحتاجها كل كائن حي – سواء كان نباتًا أو حيوانًا – للبقاء على قيد الحياة، والأكسجين هو أحد اللبنات الأساسية للحياة، وهو ضروري في العديد من العمليات التي تحافظ على عمل الأرض كما نعرفها، وإنه عنصر مهم للحياة على الأرض.
وفقًا لتاريخ الأرض تم إدخال غاز الأكسجين لأول مرة بواسطة البكتيريا الزرقاء من خلال عملية تسمى عملية التمثيل الضوئي، وفي وقت سابق منذ حوالي 4.6 مليار سنة لم تكن هناك حياة على كوكب الأرض لأن الغلاف الجوي كان خاليًا من الأكسجين.

ما هو الأكسجين؟

هو عبارة عن عنصر كيميائي (مادة تحتوي على نوع واحد فقط من الذرات)، وهذا العنصر يكون موجود في شكل غاز. لفهم تعريف الأكسجين تتبع ما يلي:

• إنه العنصر الثامن في الجدول الدوري ويمثله الرمز O.
  
• إنه غير معدني ويمكن دمجه مع معظم العناصر الأخرى لتكوين مركبات أكثر تعقيدًا.
  
• إنه العنصر الثالث الأكثر شيوعًا في كل الكون (الهيدروجين والهيليوم هما في الواقع أول عنصرين).
  
• إنه العنصر الأكثر شيوعًا في قشرة الأرض.
  
• إنه عديم اللون وعديم الغاز.
  
• يشكل ما يقرب من 65٪ من جسم الإنسان عند النظر إليها بالكتلة.
  
• يشكل غاز الأكسجين حوالي 21٪ من الهواء في الغلاف الجوي للأرض.
  
• يُصنع الماء عندما يقترن بذرتين من الهيدروجين.
  

ما هي دورة الأكسجين؟

لا شيء على الأرض يتوقف عن الحركة حقًا – من العمليات داخل جسمنا إلى أصغر العناصر التي تشكل المادة كما نعرفها، حيث يتم إنشاء الأكسجين واستخدامه باستمرار من خلال عمليات مختلفة على كوكبنا، ودورة الأكسجين هي كيفية تحرك هذا العنصر بين مناطق الأرض، وهي:

• الجو: ما نعتقد أنه هواء.
  
• المحيط الحيوي: حرفيًا كل ما يعيش على الأرض.
  
• الغلاف الصخري: قشرة الأرض.
  

بشكل عام ترتبط دورة الأكسجين عادةً بدورة الكربون، وتستخدم النباتات ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون لإنتاج الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي (هم المبدعون الرئيسيون للأكسجين في الغلاف الجوي)، وهذا يعني أن النباتات تتنفس في ثاني أكسيد الكربون ومن ثم تتنفس الأكسجين. 
يتكون الماء من ذرات الهيدروجين والأكسجين، وأثناء عملية التمثيل الضوئي يتم دمج الهيدروجين مع ذرات الكربون لإنتاج الأكسجين الذي يتم إطلاقه بعد ذلك في الغلاف الجوي، ونحن البشر والحيوانات نتنفس هذا الأكسجين ثم نتنفس ثاني أكسيد الكربون، كما تستخدم النباتات ثاني أكسيد الكربون وتنتج الأكسجين وتكتمل الدورة.
على مدى ملايين السنين أصبح الأكسجين جزءًا لا يتجزأ من صخورنا وأرضنا، وعندما يجري الماء فوق الصخور يدخل الأكسجين إلى الماء، ويُعرف الأكسجين الموجود في الماء بالأكسجين المذاب (DO)، وهذا الأكسجين المذاب هو الذي يدعم الحياة المائية، حيث تستخدم الحيوانات الموجودة في الماء الأكسجين لاستقلاب أو تكسير بعض المواد العضوية، وهذا شكل آخر من أشكال دورة الأكسجين، حيث تستهلك الكائنات الحية الأكسجين باستمرار في الماء، ومن ثم يعود الأكسجين باستمرار إلى الماء من الهواء. الأكسجين مهم أيضًا في أجزاء من الأرض تُعرف باسم الغلاف المائي، حيث يمكن العثور على أي مناطق من الماء سواء فوق سطح الأرض أو تحت سطح الأرض.

ما هي عملية التمثيل الضوئي؟

هي العملية التي تستخدمها النباتات والطحالب وبعض البكتيريا لتسخير الطاقة من ضوء الشمس وتحويلها إلى طاقة كيميائية، حيث يعمل التمثيل الضوئي بالأكسجين كموازنة للتنفس عن طريق امتصاص ثاني أكسيد الكربون الذي تنتجه جميع الكائنات الحية وإعادة الأكسجين إلى الغلاف الجوي، وهنا نصف بعض المبادئ العامة لعملية التمثيل الضوئي ونوضح كيف يدرس العلماء هذه العملية الطبيعية للمساعدة في تطوير الوقود النظيف ومصادر الطاقة المتجددة. 
ومع ذلك فإن أحد المخاوف المتعلقة بإزالة الغابات في بعض أعظم الموارد الخضراء في العالم هو أنه عن طريق إزالة النباتات فإن عملية التمثيل الضوئي لا تعيد الأكسجين إلى الغلاف الجوي، وبالتالي تقلل من جودة الهواء وتتسبب في عدد من المشاكل الأخرى.

العمليات التي تستخدم الأكسجين:

السبب في أن الأرض يجب أن تستمر في تجديد مستويات الأكسجين الخاصة بها هو أنه لأنها تسهل العديد من العمليات داخل الكائنات الحية – فإنها غالبًا ما تُستهلك، والطرق الرئيسية لاستهلاك الأكسجين هي:

• التنفس: عندما نتنفس الهواء فإننا نطلقه على هيئة ثاني أكسيد الكربون بدلاً من التخلص منه كأكسجين، وتساعد عملية التمثيل الضوئي والعمليات الأخرى التي تحدث بشكل طبيعي على تقسيم هذا إلى أكسجين ثنائي الذرة قابل للتنفس.
  
• التحلل: في حين أن تحلل المواد العضوية يمكن أن يؤدي إلى تقليل المزيد من الأكسجين فإن هذه العملية تتطلب أيضًا الكثير من الأكسجين لكي تحدث، وبالتالي تصبح مكونًا دوريًا أساسيًا لكيفية تجديد الأكسجين.
  
• الأكسدة: ربما تعرف هذه العملية باسمها الأكثر شيوعًا وهو الصدأ، فعندما يتحد الأكسجين مع معادن معينة فإنه يستهلك في عملية الصدأ، وهذا هو السبب في أن بعض العناصر المعدنية المتبقية في المناطق المعرضة للرطوبة (الهيدروجين والأكسجين) تكون أكثر عرضة للتغطية بالصدأ، ومع ذلك فإن هذه العملية تستخدم الأكسجين دون إعادته إلى الغلاف الجوي.
  
• الاحتراق: إحدى الطرق الأخرى التي يستخدم بها الأكسجين هي عملية الاحتراق أو النار، وهذا هو السبب في أن الناس يقولون لا يجب إشعال النار، وإن إخماد النيران من الوصول إلى الأكسجين يعني عدم وجودها.