اکولوژی چیست؟ - جلسه سوم
اهداف جلسه:
• آشنایی با نقش ماده حیاتی، آب
• آشنایی با عنصر کربن و نقش آن در کره زمین
• آشنایی با عنصر اساسی بدن، ازت
وسایل مورد نیاز:
• کامپیوتر مجهز به اینترنت
• آزمایشگاه مدرسه
مقدمه
تا این مرحله از پروژه شما با مفهوم اکولوژی، سلسله مراتب جانداران، انتقال انرژی از تولید کننده اولیه، چرخه حیات و چرخه تجزیه کنندگان آشنا شدید. در ادامه قصد داریم در زمینه نقش آب، که حیاتی ترین ماده بر روی کره خاکی ما است و هم چنین اهمیت کربن و ازت بیاموزیم.
3-1 آب ماده حیات
حتماً تاکنون درباه آب و اهمیت آن شنیده اید. در کره زمین انرژی همواره در داخل و خارج جریان دارد اما مواد شیمیایی اساسی برای فرآیند های حیاتی محدودند، هرچند باید دایماً در چرخش باشند. آب یکی از فراوان ترین ترکیبات کره زمین است که حیات تمام موجودات به آن بستگی دارد. در ساختمان موجودات زنده نیز آب نقش حیاتی دارد (70 درصد وزن بدن ما را آب تشکیل می دهد)، ولی از همه مهم تر کیفیت آن است که بسیاری از ترکیبات شیمیایی می توانند در آن حل شوند.
برای آنکه گیاهان بتوانند مواد معدنی را از طریق ریشه های خود جذب کنند، به آب احتیاج دارند. حیوانات وابسته به آبی هستند که در شش های آنها وجود دارد. این آب باعث می شود که جانوران بتوانند اکسیژن هوا را جذب کنند. اما به دلیل حلالیتی که آب دارد،نسبت به آلودگی بسیار آسیب پذیر است. بسیاری از تولیدات شیمیایی از جمله سموم خیلی خطرناک می توانند از راه های متعدد وارد چرخه آب شده، از این طریق به محیط زیست وارد شوند. جدی ترین آلوده کننده ها آنهایی هستند که تبدیل به مواد آلی نمی شوند یا در فرآیند های طبیعی شکسته نمی شوند. این آلودگی ها می توانند به وسیله گیاهان و حیوانات گرفته شده و در نهایت در بدن حیواناتی که در بالای زنجیره غذایی قرار دارند، تجمع یابند.
3-2 چرخه آب
چرخه آب یا چرخه هیدرولوژی به معنی گردش آب در طبیعت است. جالب است بدانید تمام مراحل این چرخه به وسیله خورشید انجام می گیرد. خورشید سطح اقیانوس ها را گرم و آب را تبخیر می کند. هنگامی که آب تبخیر شده سرد شود، ابر تشکیل می شود و به وسیله باد که خود بر اثر انرژی گرمایی خورشید به وجود آمده، به نواحی دور یا نزدیک منتقل می گردد. هنگامی که ابر ها اشباع شدند، باران می بارد. فعالیت انسان بر چرخه آب به صورت های مختلف تأثیر می گذارد.
ریزش باران یکی از اساسی ترین حلقه های ارتباطی در یکی از چرخه های مهم طبیعت است که با توزیع رطوبت حاصل از تبخیر آب سطح زمین و دریا انجام می گیرد.از این طریق آب مورد نیاز تمام فرآیند های حیاتی گیاهان و حیوانات تأمین می گردد. به طور متوسط یک ملکول آب هر 10 تا 15 روز از طریق این چرخه عبور می کند و این درحالی است که هر ملکول آب می تواند تا 1500 سال در اقیانوس باقی بماند.
آبی که برای مصارف خانگی برداشت می شود، غالباً به حالت آلوده به چرخه باز می گردد. برای فرآیند های صنایع و نیز به منظور سرد کردن نیروگاه ها از آب استفاده می شود. این صنایع دی اکسید گوگرد را به آب وارد می کنند و از این طریق so2 به داخل ابر ها راه می یابد و بعداً به صورت باران های اسیدی به زمین وارد می شود. کود های شیمیایی نیز از خاک شسته می شود و به داخل آبراهه ها وارد می گردد.
اکولوژیست ها می توانند با استفاده از انواع وسایل الکترونیکی، کیفیت آب را در رودخانه ها و نهر ها اندازه گیری کنند. با استفاده از این وسایل می توان مقدار نمک های موجود در آب مثل نمک طعام را اندازه گیری کرد. به علاوه برای تعیین اسید آب نیز مورد استفاده قرار می گیرند. موادی که دارای PH کم تر از 7 می باشند، اسیدی و آنهایی که بیش تر از 7 است، قلیایی می باشند. تعداد کمی از جانداران در PH کم تر از 4 می توانند زنده بمانند.
برخی از تولیدات خاص و زاید انسانی حتی زمانی که حل می شوند نیز مخاطره آمیزند. سوختن مواد فسیلی مانند زغال سنگ باعث آزاد شدن دی اکسید گوگرد و اکسید های ازت می گردد. این اکسید ها با بخار آب در هوا مخلوط شده اسید های ضعیفی تولید می کنند. هنگامی که اینها به صورت باران اسیدی نازل می شوند، می توانند باعث خساراتی شدید به درختان گردند و حتی آنها را خشک کنند.باران اسیدی هم چنین از جذب اکسیژن به وسیله ماهی ها و لارو حشرات آبزی جلوگیری کرده در نتیجه خسارت زیادی به حیات دریاچه ها وارد می کند و با سولفاته کردن، آنها را از بین می برد.
با توجه به مطالبی که بیان شد، به نقش آب در حیات اکثر جانوران و همچنین اهمیت چرخه آب سالم در زندگی بشر بیش از پیش پی بردید. علاوه بر نقش موثر آب در اکولوژی عنصری به نام کربن نیز نقشی اساسی در حیات کره زمین بر عهده دارد.
3-3 اهمیت کربن
تمام حیات کره زمین بر عنصر کربن استوار است. کربن همواره به شکل های متنوع شیمیایی بین قسمت های مختلف بیوسفر در حرکت است. کربن در بدن تمام موجودات زنده، در دریا ها، در هوا، و در سطح کره زمین یافت می شود. در اتمسفر، هنگامی که با اکسیژن ترکیب می شود، تشکیل دی اکسید کربن (co2) می دهد. در گیاهان به صورت کربوهیدرات در می آید و منبع انرژی برای گیاهان و در نهایت حیواناتی که از گیاهان تغذیه می کنند، می شود. کربن در روی زمین، در استخوان و صدف حیوانات به صورت کربنات های آهک وجود دارد. گیاهان اصلی تر محل تغییر کربن بوده و می توانند دی اکسید کربن هوا را در جریان فتوسنتز به کربوهیدرات تبدیل کنند. تجزیه، نهایتاً تمام کربن را به فضا باز می گرداند.
تمام گیاهانی که رشد می کنند، کربن را از اتمسفر می گیرند. بعضی از آنها در فرآیندهای حیاتی گیاه می سوزند و بعضی دیگر از املاح کربنه در ساختمان گیاهی وارد می شوند. سلولز نمونه این امر است به طوری که هر تنه درخت مخزنی از کربن است. هنگامی که درخت می سوزد، این کربن مجدداً به صورت دی اکسید کربن به اتمسفر باز می گردد.
کربن در بدن حیوانات و گیاهانی که به دلایلی تجزیه نشده باشند، به صورت ذخیره باقی می ماند (فقدان اکسیژن یکی از این دلایل است). در باتلاق های دوران کربونیفر که حدود 280 میلیون سال قبل به پایان رسیده، درختان و سایر پوشش های گیاهی از بین رفتند و حتی در آن شرایط تجزیه نشدند و لایه های ضخیمی را تشکیل دادند. در طول میلیون ها سال گرمای زمین و فشار ناشی از طبقات بالا باعث گردید که کربن این گیاهان تبدیل به زغال گردد.
تحت همین شرایط حرارت و فشار وارده بر رسوبات عظیمی که از موجودات ریز میکروسکوپی کف دریاها تشکیل شده بود. باعث گردید که این مواد تبدیل به ماده ای آبکی از کربن به نام "نفت" شوند. هنگامی که این مواد فسیلی می سوزند، کربن آنها در هوا رها می شود. تخمین زده شده که مقدار کربنی که در زغال و نفت درون زمین وجود دارد، حدود 50 برابر بیش از مقدار کربنی است که در بدن کلیه موجودات زنده جهان موجود است.
3-4 چرخه کربن
از تمام کربن موجود بر روی زمین، کم تر از 1% در چرخش و در زیست کره فعال است. بقیه آن به صورت کربن غیر آلی در سنگ ها و کربن آلی در سوخت های فسیلی مانند زغال سنگ و نفت، وجود دارد. گیاهان برای رشد کربن اتمسفر را به صورت co2 گرفته، آن را در ساختمان شان بکار می برند. از این طریق است که کربن وارد زنجیره غذایی می شود. اکوسیستم های مختلف کربن را به نسبت های متفاوت می گیرند. در جنگل های بارانی حاره ای، در جایی که گیاهان رشد سریع دارند، کربن صد برابر کویر در ساخت و کار دخالت دارد.
حیوانات به گیاهان وابسته اند و این وابستگی به دلیل گازکربونیک موجود در آنها است که آن را یا به صورت مستقیم از گیاهان می گیرند یا حیواناتی که گیاهخوارند تغذیه کرده کربن آنها را می گیرند. حیوانات با تغذیه از گیاهان که با فتوسنتز گازکربنیک هوا را تبدیل به کربوهیدرات می کنند، کربن مورد نیاز بدن خود را تأمین می کنند. تمتم موجودات زنده تا حدودی به کربن وابسته اند، با این حال تمام آنها نیز مقداری از کربن را از طریق تنفس در هوا رها می سازند. هنگامی که حیوانات می میرند، کربن بدن آنها به صورت ترکیبات شیمیایی پیچیده است که با تجزیه آزاد می گردد.
در اینجا چرخه دیگری از عنصر کربن که شاید برایتان جالب باشد، بیان می کنیم. بعضی از ماهیان آزاد هنگامی که به بالای رودخانه رسیدند و تخم ریزی کردند، آنقدر خسته می شوند که می میرند. بدن این ماهیان مرده در بستر آغازین رودخانه که عمق کمی دارد، پوسیده و تجزیه می شود. در نتیجه، مواد غذایی فراوانی همرا آب به نواحی پایین دست که تخم ها یا نوزادان تازه از تخم درآمده وجود دارند، می رسد. بدین ترتیب کربن مورد نیاز ماهی های کوچک به شکل موثری از والدین تأمین می گردد.
3-5 ازت، عنصر اساسی بدن
ازت یکی از اجزاء پروتئین و DNA است. بدین سبب، ازت عنصر اساسی ساختمان بدن تمام موجودات محسوب می شود. اگرچه گاز ازت حدود 78 درصد جو زمین را تشکیل می دهد، اما گیاهان و حیوانات نمی توانند آن را به این شکل مورد استفاده قرار دهند. در جریان چرخه ازت است که باکتری های ریز، ازت را به ترکیبات متعددی تبدیل کرده آن را به صورت ازت قابل استفاده برای موجودات زنده در می آورند. باکتری هایی که تثبیت کننده ازت هستند، می توانند ازت هوا را به طور مستقیم به نیترات در خاک تبدیل کنند.
نیترات در آب محلول است، بنابراین گیاهان می توانند با ریشه خود آن را جذب کنند و حیوانات ازت مورد نیاز خود را از گیاهان به دست می آورند. پروتئین موجود در مواد زاید از قبیل مدفوع حیوانات یا مواد گیاهی و حیوانی مرده نیز دارای ازت است. باکتری های زیادی پروتئین ها را شکسته در نهایت نیتروژن را تبدیل به نیترات که قابل استفاده سایر موجودات است، می نماید. قسمتی از این نیترات ها به وسیله گیاهان جذب می گردد و باقی مانده اش پس از تبدیل به گاز ازت چرخه ازت را کامل می کنند.
در این جلسه با مهم ترین مواد حیاتی موجود در کره زمین و هم چنین نقش آنها آشنا شدید. در آزمایشگاه مدرسه می توانید این عناصر را بیش تر مورد مطالعه قرار دهید.
تکلیف1:
مقداری آب از رودخانه یا جوی محل زندگی تان تهیه نمایید. آن را با دستگاه اندازه گیری کیفیت بسنجید و میزان PH و نمک آن را بیابید. از اعداد به دست آمده چه نتیجه ای می گیرید؟ فعالیت خود را همراه عکس و گزارش برای ما ارسال نمایید.
تکلیف2:
درباره دوران کربونیفر که در متن درس آمده تحقیق نمایید و نتایج یافته های خود را برای ما ارسال نمایید.
محل بازدید/ اردو/ خرید:
برای آنکه با چرخه آب بیش تر آشنا شوید، به محلی بروید که رودخانه یا برکه آب طبیعی دارد و محیط پیرامون آن را بررسی کنید.
منابع مطالعه:
برای کسب اطلاع بیش تر در زمینه چرخه آب، چرخه کربن و ازت، فصل سوم از کتاب اکولوژی، تألیف: دکتر محمدرضا اردکانی، انتشارات: دانشگاه تهران را مطالعه نمایید. هم چنین می توانید به وب سایت زیر مراجعه نمایید.
بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان
تهیه: الهام گارسچی - تنظیم: مریم فروزان کیا
اکولوژی چیست؟ - جلسه اول
اکولوژی چیست؟ - جلسه دوم
اکولوژی چیست؟ - جلسه سوم
اکولوژی چیست؟ - جلسه چهارم
اکولوژی چیست؟ - جلسه پنجم
اکولوژی چیست؟ - جلسه ششم
اکولوژی چیست؟ - جلسه هفتم
اکولوژی چیست؟ - جلسه هشتم
