βιογεωχημικοί κύκλοι

Διεργασίες επιστροφής των χημικών στοιχείων στα οικοσυστήματα μετά τον θάνατο των έμβιων οργανισμών. Αναγκαία προϋπόθεση για την ύπαρξη των οικοσυστημάτων και συνεπώς για την επιβίωση των οργανισμών είναι η εισαγωγή ενέργειας και η ύπαρξη των χημικών στοιχείων, με τα οποία οι οργανισμοί οικοδομούν τις οργανικές ενώσεις που τους αποτελούν. Ενώ όμως η βιόσφαιρα εφοδιάζεται συνεχώς με ενέργεια από τον ήλιο, οι ποσότητες των χημικών στοιχείων που διαθέτει είναι πεπερασμένες και δεν αναπληρώνονται, καθώς ο πλανήτης, με την εξαίρεση των μετεωριτών, δεν έχει εισροές σε χημικά στοιχεία. Για τον λόγο αυτό είναι απαραίτητη η ύπαρξη διεργασιών με τις οποίες τα χημικά στοιχεία που έχουν ενσωματωθεί στους οργανισμούς επιστρέφονται και κατά τη διάρκεια της ζωής των οργανισμών αλλά και μετά τον θάνατό τους στα οικοσυστήματα, έτσι ώστε να χρησιμοποιηθούν εκ νέου από άλλους. Οι διεργασίες αυτές που περιλαμβάνουν βιολογικά, γεωλογικά και χημικά φαινόμενα αποτελούν τους β.κ. ή κύκλους της ύλης. Από τα 92 φυσικώς υπάρχοντα χημικά στοιχεία, τα 30 έως 40 χρησιμοποιούνται από τους οργανισμούς. Αυτά, με κριτήριο την ποσότητα με την οποία είναι αναγκαία στους οργανισμούς, διακρίνονται σε μακροθρεπτικά και μικροθρεπτικά στοιχεία. Στα μακροθρεπτικά στοιχεία, δηλαδή τα στοιχεία που χρειάζονται σε μεγάλες ποσότητες, περιλαμβάνονται ο άνθρακας, το οξυγόνο, το υδρογόνο και το άζωτο, τα οποία συνολικά αποτελούν περίπου το 96% β.κ. της έμβιας ύλης. Στα μακροθρεπτικά στοιχεία περιλαμβάνονται επίσης το κάλιο, το θείο, ο φώσφορος, το μαγνήσιο, το ασβέστιο και το χλώριο, τα οποία αποτελούν περίπου το 4% β.κ. της έμβιας ύλης και γενικά χρειάζονται σε μικρότερες ποσότητες από τα τέσσερα προηγούμενα.Τα μικροθρεπτικά στοιχεία, ή ιχνοστοιχεία, στα οποία περιλαμβάνονται ο σίδηρος, το βόριο, το ιώδιο, το κοβάλτιο, ο χαλκός, το πυρίτιο, το μαγγάνιο και ο ψευδάργυρος, αν και χρειάζονται σε ελάχιστες ποσότητες, είναι απολύτως απαραίτητα για τις λειτουργίες των οργανισμών και συνιστούν περίπου το 0,01% β.κ. της έμβιας ύλης. Κάθε μακροθρεπτικό και μικροθρεπτικό χημικό στοιχείο ακολουθεί έναν καθορισμένο για αυτό β.κ., με τον οποίο οι οργανισμοί το παραλαμβάνουν από το περιβάλλον και το επιστρέφουν πίσω σε αυτό. Όλοι οι β.κ. περιλαμβάνουν μια δεξαμενή αποθήκευσης του ανακυκλούμενου στοιχείου και μια δεξαμενή ανταλλαγής του, μεταξύ των βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων των οικοσυστημάτων. Οι κύκλοι των οποίων η δεξαμενή είναι η ατμόσφαιρα (κύκλος άνθρακα, οξυγόνου, αζώτου) χαρακτηρίζονται αέριοι, ενώ οι κύκλοι των οποίων η δεξαμενή είναι ο φλοιός της Γης (κύκλος φωσφόρο, θείου) χαρακτηρίζονται ιζηματογενείς. Ειδικά ο κύκλος του θείου περιλαμβάνει εκτός από την ιζηματογενή και αέρια φάση. Οι αέριοι κύκλοι τείνουν να είναι πιο ολοκληρωμένοι από τους ιζηματογενείς, με την έννοια ότι έχουν την ικανότητα να αυτορρυθμίζονται γρηγορότερα από τους δεύτερους. Αν για παράδειγμα σε μια περιοχή οι αυξημένες βιομηχανικές καύσεις προκαλέσουν αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, η διασπορά του αερίου με τον άνεμο και η αυξημένη πρόσληψή του από τα φυτά, για τις ανάγκες της φωτοσύνθεσης, τείνουν να επαναφέρουν τη συγκέντρωση στα φυσιολογικά επίπεδα. Αντιθέτως, διαταραχές που γίνονται σε ιζηματογενείς κύκλους αντισταθμίζονται με πολύ μικρότερη ταχύτητα, καθώς οι μεταβολές στον φλοιό της Γης εκτυλίσσονται πολύ πιο αργά από τις μεταβολές στην ατμόσφαιρα. Στους ιζηματογενείς κύκλους, γενικώς, όταν ένα χημικό στοιχείο προστίθεται στη δεξαμενή αποθήκευσης με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα από αυτήν που επιστρέφει στη δεξαμενή ανταλλαγής, υπάρχει κίνδυνος να πάψει να είναι διαθέσιμο στους οργανισμούς και τα οικοσυστήματα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ανεξάρτητα πάντως από το πόσο αργά ή γρήγορα μπορούν να αποκαθίστανται οι διαταραχές στους κύκλους, η ικανότητα αυτορρύθμισής τους δεν είναι απεριόριστη. Γι’ αυτό ακριβώς άλλωστε πολλές από τις ανθρώπινες παρεμβάσεις στους β.κ. προκαλούν σημαντικές οικολογικές διαταραχές. ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΣΤΗ ΦΥΣΗ