أغلفة كوكب الأرض النظم البيئية الطبيعية

1. أغلفة كوكب الأرض النظم البيئية الطبيعية المحاضر 2 البيئة في فلسطين د.هبة الفارس 25-01-2011

2. أغلفة كوكب الأرض • يتميز كوكب الأرض عن باقي كواكب المجموعة الشمسية بوجود خمسة أغلفة تلعب دوراً أساسيا في حماية الحياة على الأرض وهي: • الغلاف الجوي (Atmosphere ) • الغلاف الحيوى (Biosphere ) • الغلاف المائى (Hydrosphere ) • الغلاف اليابس (Lithosphere)

3. الغلاف الجوي (Atmosphere ) • هو الجزء الغازي الذي يحيط بالكرةالأرضية و يتكون هذا الغلاف من النيتروجين (بنسبة 78.1%) والاكسجين (بنسبة 20.9%) بالإضافه إلى كميات صغيره من ثانى أكسيد الكربون (بنسبة0.03%) و غازات أخرى بتركيزات قليلة جداً أهمها (بخار الماء والهيدروجين و الهليوم والأرجون و الكربتون). • اهمية الغلاف الجوي 1- يحمي الكائنات الحية من الاشعة الكونية والاجسام الفضائية التي تسقط على الارض كالشهب 2- ينظم الغلاف الجوي درجات الحرارة على الارض

4. الغلاف الجوي (Atmosphere ) ويتكون الغلاف الغازي من أربع طبقات طبقاً للخواص الكيميائية والحيوية: • التروبوسفير (Troposphere) : يصل ارتفاعها الى حوالي 17 كم فوق خط الاستواء و8 كم فوق القطب الشمالي و الجنوبي و تشكل هذه الطبقة 75-80 % من كتلة الهواء المكونة للغلاف الغازي.وهي الطبقة التي تحدث فيها تغيرات الطقس.

5. الغلاف الجوي (Atmosphere ) • الستراتوسفير (Stratosphere): يصل ارتفاعها الى 30 كم و يوجد فيها حزام الأوزون الذي يحمي الكائنات الحية على الكرة الارضية من الإشعاعات فوق البنفسجية. تخلو هذه الطبقة من بخار الماء تقريباً و تجري بين طبقتي الستراتوسفير و التروبوسفير عواصف هوائية تصل سرعتها الىاكثر من 400 كم في الساعة تسمى بالتيارات النفاثة (Jet Streams) والتي تؤثر على الظروف المناخية في طبقة التروبوسفير.

6. الغلاف الجوي (Atmosphere ) • المزوسفير (Mesosphere) : تمتد هذه الطبقة حتى ارتفاع يصل إلى حوالي 80كم. • الثروموسفير (Thermosphere) : يصل ارتفاع هذه الطبقة إلى حوالي 400كم و في هذه الطبقة تتأين الغازات نتيجة درجات الحرارة العالية التي تصل إلى حوالي 1000م⁰ في حدودها العليا. • و توجد في هذه الطبقة عدة طبقات يختلف ارتفاعها حسب ساعات النهار و نشاط الإشعاع الشمسي • وتعمل هذه الطبقات على عكس الأمواج القصيرة

7. الغلاف المائي (Hydrosphere ) • الماء من أهم المصادر الطبيعية المنتشرة على سطح الكرة الأرضية وفي باطنها • قال تعالى: ( وجعلنا من الماء كل شيء حي). • حسب الموازنة المائية لا يوجد فقدان أو خسارة في الميزان المائي العالمي • يشمل هذا الغلاف جميع المسطحات المائية التي تغطى نحو ثلاثة أرباع الكرة الأرضية( 70.8%) فهو يشمل مياه الأنهار والبحيرات العذبة والمحيطات والبحار والبحيرات الملحة. كما يشمل المحيطات والأنهار المتجمدة وجبال الجليد والأجزاء المتجمدة من التربة. ويشمل أيضاً المياه الجوفية وبخار الماء والسحب في الهواء.

8. الغلاف المائي (Hydrosphere ) • ترتبط أجزاء المياه في النظام البيئي المائي الكبير مع بعضها البعض من خلال • التيارات المائية والأفقية والعمودية و التي تحدث بفعل الرياح, • وعوامل التبادل الغازي بين المياه والهواء, • واختلاف درجات الحرارة و الكثافة في المياه • وعمليات المد والجزر الناتجة عن جاذبية القمر في المناطق الساحلية

9. الغلاف الصخري (Lithosphere ) • يتراوح سمك الغلاف الصخري 80-100 كم. • هو الحيز الذي توجد عليه الحياة البرية ويشكل الغلاف اليابس قشرة الارض الخارجية الصلبة التي تتكون منها القارات وقيعان المسطحات المائية ( أنهار- بحار- بحيرات- محيطات) وتبلغ أجزاء اليابس المعرضة للهواء 28 % من سطح الأرض . • يتم التعرف على نوعية صخور القشرة الأرضية بطرق غير مباشرة بإستخدام الحاسبات الجيوفيزيائية • حيث تقسم إلى قسمين أ- القشرة الأرضية سمكها 5كم تحت البحار و60كم تحت الجبال وتقسم الى الصخور الرسوبية, السيال (sial), السيما (sima) ب- الجزء العلوي من الجبة العليا (upper mantel)

10. الغلاف الحيوي (Biosphere ) • الحيز الذي توجد به الحياة في الكرة الأرضية ويضم هذا الغلاف الحياة في أعماق المحيطات وعلى سطح الأرض و على قمم الجبال و لا يزيد أقصى سمك له على 14كم . ويشمل الغلاف الحيوي جميع النظم البيئية الطبيعية (Ecosystems) على كوكب الأرض.

11. النظم البيئية الطبيعية • يعرف النظام البيئي الطبيعي بأنه مجتمع من الكائنات الحية المختلفة من نباتات وحيوانات تعيش وتتفاعل مع بعضها في مكان معين مثل الغابة و البحيرة... • ويحدث في النظام الإيكولوجي عمليات معقده ومتشابكة ومترابطة تتميز بالعديد من المسارات التي تؤدى إلى تغير معدلات نمو الجماعات الحية و تصل بها إلى حاله مستقره من التوازن في إطار النظام ككل.

12. النظم البيئية الطبيعية • يشكل المحيط الحيوي المجموع الكلي للنظم البيئية على كوكب الارض. • ويتكون النظام البيئي الطبيعي من : • مكونات حية (Biotic components) • مكونات غير حية (Abiotic components)

13. مكونات النظام البيئي تؤثر على بعضها البعض Biotic components ) ( Abiotic components)) عوامل لا إحيائيةعوامل إحيائية مجموعات (عشائر) منظمة في مجتمع مثلاً (مناخ, تربة, ماءتشمل(نباتات, حيوانات ضوء, أوكسجين, معادن)فطريات, بكتيريا)

14. المكونات الحية • تمتاز المكونات الحية للنظام البيئي الطبيعي بوجود مظاهر الحياة • الغذاء • النمو • والتكاثر و تعتمد المكونات الحية على العناصر الغير حية حتى تستطيع النمو و التكاثر. تؤثر الكائنات الحية في المكونات الغير حية حيث تساهم النباتات في تجوية الصخور وتكوين التربة وحمايتها من التعرية

15. تصنيف الكائنات الحية • تصنف الكائنات الحية حسب تغذيتها و حصولها على الطاقة الى: • كائنات حية منتجة: وهي كائنات حية ذاتية التغذية معظمها من نباتات وطحالب خضراء وكائنات دقيقة قادرة على التمثيل الضوئي مثل الهوائم النباتية (Phytoplankton) • كائنات حية مستهلكة : وهي كائنات حية غير ذاتية التغذية معظمها من الحيوانات التي تحصل على غذائها من المواد العضوية, او بأكل كائنات حية اخرى • كائنات حية محللة: وهي كائنات حية غير ذاتية التغذية تعتمد في غذائها على المواد العضوية الرمية. اهم الكائنات المحللة البكتيريا و الفطريات

16. الطاقة الشمسية دورة النظام البيئي الطبيعي كائنات حية منتجة كائنات حية محللة كائنات حية مستهلكة

17. سريان الطاقة في النظام البيئي الطبيعي • يعد الاشعاع الشمسي المصدر الوحيد للطاقة في النظام البيئي. • معظم الاشعة الشمسية ذات موجات قصيرة جدا تقاس بالميكرون و الذي يعادل 1/1000 من المليميتر • يتم توليد الطاقة في الشمس عن طريق التفاعلات الكيماوية التي بموجبها تحويل ذرات الهيدروجين الىالهيليوم و يتولد عن الفائض طاقة هي الطاقة الشمسية (على شكل موجات كهرومغناطيسية). • تقسم الموجات حسب اطوالهاالى ثلاث اقسام • الاشعة فوق البنفسجية و يتراوح طولها من 10-400 نانوميتر وتشكل 6-7% من الاشعاع الشمسي ولها اخطار بيئية عديدة. • الاشعة المرئية ويتراوح طول موجاتها بين 400-700 نانوميتر وتتضمن الاشعة البنفسجية و الزرقاء والخضراء والصفراء والبرتقالية والحمراء وهي ضرورية لعملية التمثيل الضوئي تشكل 42% من الاشعاع الشمسي. • الاشعة تحت الحمراء وتتراوح اطوال موجاتها بين 700 نانوميتر وملم واحد وتشكل 51% من الاشعاع الشمسي. ويستخدم الجزء الاكبر منها في تسخين الغلاف الجوي وسطح الارض وتحريك الرياح وتبخير المياه.

18. سريان الطاقة في النظام البيئي الطبيعي • تسير الطاقة في النظام البيئي الطبيعي في اتجاه واحد إي من الطاقة الشمسية الى المنتجات ثم إلى المستهلكات واخيرا إلى المحللات و في كل خطوة تفقد قسماً من الطاقة على شكل حرارة. • يفسر الفقدان الحراري من خلال قانونا الديناميكا الحرارية • القانون الاول للديناميكية الحرارية في إي عملية فيزيائية أو كيميائية فإن الطاقة لا تفنى ولا تتجدد وإنما تتغير من شكل إلى اخر مثل النباتات • القانون الثاني: يفسر تسرب و تبعثر الطاقة على شكل حرارة خلال عملية تحويل الطاقة من شكل الىاخر

19. سريان الطاقة في النظام البيئي الطبيعي • و تعتمد كمية الطاقة الحرارية الغير مستفاد منها على كفاءة الاستفادة من الطاقة. • تبلغ كفاءة النباتات الخضراء من الطاقة الشمسية في النظام البيئي الطبيعي حوالي 1% فقط وهي كفاءة قليلة جداً. • و عند تحويل الطاقة المجتمعة في النباتات الخضراء الى المستهلك فإن كفاءة استفادة المستهلكات تبلغ 10% في كل خطوة لاحقة

20. سريان الطاقة في النظام البيئي الطبيعي الشمس الطاقة الشمسية 4000 Kcal/m2/day الطاقة الشمسية عملية التمثيل الضوئي حرارة حرارة 1% مستهلك ثانوي 0.4 Kcal/m2/day مستهلك اولي 4 Kcal/m2/day النباتات الخضراء 40 Kcal/m2/day 10% 10%

21. اسباب هدر الطاقة في المستويات الغذائية • إن الكتلة الحية التي تأكلها المستهلكات لا تهضم كلها وإنما يمر بعضها خلال الجهاز الهضمي دون الاستفادة منها. • يتحول قسم كبير مما تأكله المستهلكات إلى غاز ثاني أكسيد الكربون وطاقة تستخدمها في الحركة والتنفس و الحفاظ على درجات حرارة الجسم, وتتشتت هذه الحرارة في البيئة المحيطة. • يذهب قسم كبير من الكتلة الحية مباشرة إلى الكائنات الحية المحللة على شكل فضلات. • لا يستهلك سوى جزء بسيط من الكتلة الحية الموجودة في اي نظام بيئي.

22. السلاسل الغذائية • مجموعات من الكائنات الحية بحيث تتميز بمستويات غذائية متلاحقة في مجتمع معين من الكائنات الحية، بحيث تنتقل الطاقة بين هذه المستويات عن طريق التغذية فتدخل الطاقة هذه السلسلة عن طريق تثبيت المواد الأولية (التي ينتجها النبات) التي تتغذى عليها الحيوانات آكلة العشب، ثم تنتقل بعد ذلك الى الحيوانات الآكلة للحوم. وعندما يتلوث أحد مكونات السلسلة الغذائية بملوث مقاوم للتغير (مثل المعادن كالزئبقوالكادميوم مثلاً) فينتقل ذلك الملوث خلال السلسلة الغذائية وينتشر، ويتنج عن ذلك ما يعرف بالتركيز الحيوي.

23. السلاسل الغذائية • تعني السلسلة الغذائية تحويل الطاقة الكيماوية او طاقة الطعام المستغلة من مصدر ما عن طريق سلسلة من الانواع المختلفة بحيث يأكل بها كل نوع من الكائنات الحية النوع الذي يسبقه. • وغالباً ما تكون السلسلة الغذائية على اليابسة قصيرة بحيث تتكون من حلقتين او ثلاث حلقات و ذلك لوجود عدد كبير من اكلاتالاعشاب الكبيرة الحجم. • مثال في المنطقة الرعوية طاقة الشمس حرارة حرارة اعشاب مواشي انسان

24. السلاسل الغذائية • في البيئة المائية طاقة شمسية حرارة حرارة حرارة هوائم نباتية هوائم حيوانية حشرات مائية صغيرة حرارة حرارة حشرات مائية كبيرة اسماك صغيرة اسماك كبيرة

25. السلاسل الغذائية تقسم مستويات السلاسل الغذائية الى • النباتات المستوى الغذائي الاولfirst trophic level • المستهلكات الاولية تتغذى على النباتات second trophic level • المستهلكات الثانوية تتغذى على اكلةالاعشابthird trophic level • المستهلكات التي تتغذى على اكلة اللحوم fourth trophic level • وتسمى كمية الطاقة المخزونة في المادة العضوية عند كل مستوى غذائي بالكتلة الحية Biomass.

26. السلاسل الغذائية • السلاسل الغذائية تبين كيفية تراكم وانتقال الملوثات إلى جسم الإنسان. • ويتضاعف تركيز الملوثات الكيماوية عشرات الالاف من المرات خلال مرورها عبر السلاسل الغذائية اي من المنتجات حتى الانسان نتيجة قدرة الخلايا على تجميعها وتركيزها في ان واحد ْْْْْ ْْْْْ ْْْْْْْْْْ ْْْْْْْْْْْ

27. السلاسل الغذائية • عندما يصل تركيز الملوثات الكيماوية المختلفة من معادن ثقيلة و مبيدات وغيرها في جسم الانسانالى مستوى التركيز الحرج يحدث اضطراب في العمليات الحيوية للخلايا بسبب حدوث الامراض ومن اهمهاالامراض السرطانية وغالباً ما نجد الملوثات الكيماوية في المصادر الغذائية التالية: • لحوم الحيوانات البحرية التي تعيش في المياه الملوثة بالمواد الكيماوية السامة وخاصة في المناطق الصناعية التي تلقي بنفاياتها في المياه دون معالجتها. • الخضار و الفواكه التي يستعمل في انتاجها المبيدات بأنواعها وبكميات كبيرة جداً • المواد الغذائية المعلبة والمضاف اليها مواد حافظة لوقايتها من الفساد. • المشروبات المختلفة الانواع والمحتوية على الصبغات والنكهات الصناعية. • لحوم الحيوانات التي تربى على الهرمونات والخبز العفن.

28. خلاصة: • السلسلة الغذائية هي علاقة أحادية الاتجاه. • تبدأ هذه السلسلة بالمنتجين وتنتهي بالمستهلكين. • السلسلة هي علاقات أحادية الإتجاه. • مثال : • عشـب ===> أرنـب ===> ثعـلب • منتج مستهلك I مستهلك II

29. الشبكة الغذائية • الشبكة الغذائية: هي مجموعة من السلاسل الغذائية التي تتقاطع فيما بينها

30. الأهرام البيئية هرم غذائي يعبر عن تناقص الكتلة الاحيائية في السلسلة الغذائية عند الانتقال من المنتجات الى المستهلكات. الكتلة الاحيائية – كتلة الكائنات الحية, وتقاس بوزنها الجاف أي وزنها بدون الماء الذي فيها. مستهلكات رابعية مستهلكات ثالثية مستهلكات ثانوية مستهلكات أولية منتجات

31. مدى تحمل الكائنات الحية للعوامل الكيماوية والفيزيائية • يعتمد تواجد ووفرة وتوزيع انواع الكائنات الحية على مستوى تواجد العوامل الكيماوية والفيزيائية في البيئة. • ولكل نوع من انواع الكائنات الحية مدى تحمل معين بالنسبة للعوامل الكيماوية مثل (المياه والعناصر الكيماوية اللازمة لحياة الكائنات الحية) والفيزيائية (مثل درجات الحرارة والضوء)في البيئة التي تعيش فيها. قانون مدى التحمل ويشمل: • حداًامثل يكون فيه هذا الحد افضل ما يمكن بالنسبة لحياة ونشاط الكائن الحي من نوع محدد. • حداً اعلى و حداً ادنىلايستطيع فيه الكائن الحي ان يتجاوزها • ويسمى المجال بين الحد الاعلى و الحد الادنى بسعة التحمل

32. قانون مدى التحمل

33. من الامثلة على مدى التحمل • 1- الحرارة : لكل كائن مدى حراري معين, وهذا المدى الحراري يعتمد على عوامل خارجية وداخلية مثل الصفات الوراثية للكائن الحي, وعمره, ودرجة التغذية, و معدل تركيز الاملاح وغيرها. • بكتيريا محبة للحرارة المرتفعة تعيش في الينابيع الكبريتية الساخنة وتتحمل درجات حرارة تصل الى 100مْ • تقسم الكائنات الحية الاخرىالى: • كائنات لا تتحمل البرودة مثل الطحالب الحارة او الدافئة. • كائنات حية تتحمل درجات الحرارة المنخفضة ولكنها لا تتحمل الانجماد مثل بعض الحشرات والعناكب. • المناعة ضد التجمد مثل طحالب المياه العذبة والنماتود

34. الضوء: • يوثر على عملية التمثيل الضوئي في النباتات • هجرة الحيوانات و الطيور الاملاح المعدنية: الكادميوم والرصاص والزئبق سامة للكائنات الحية نقص العناصر يؤدي الى توقف النمو و ضعف الانتاج في النبات نقص اليود عن افقاريات يؤدي الىامراض في الغدة الدراقية

35. العوامل غير الحية المحددة في النظم البيئية الطبيعية • قانون العوامل المحددة يرتبط مع قانون مدى التحمل: ويعني ان وجود احد العوامل الكيماوية او الفيزيائية اللازمة لحياة الكائن الحي بشكل كبير جداً او قليل جداً يمكن ان يحد من نمو الكائنات الحية لاحدالانواع في النظام البيئي الطبيعي حتى لو كانت جميع العوامل الاخرى مثالية بالنسبة لهذا النوع. ويسمى هذا العامل الكيماوي او الفيزيائي بالعامل المحدد. مثل نقص الفسفور في حقل ذرة تتوفر فيه جميع عناصر النمو الاخرى بشكل مثالي.

36. استقرار النظم البيئية الطبيعية • للنظم البيئية الطبيعية قدرة على تحمل التغيرات السلبية الطارئة عليها, وتسمى هذه القدرة بالثبات او الاستقرار. • ويعرف الاستقرار بانه الحالة الثابتة التي لا يحدث فيها تغيير. • والنظم البيئية الطبيعية ليست ثابتة وانما ديناميكية مثل تغيرات الطقس و تغيرات بفعل نشاطات الانسان من انشاء سدود و تلويث البيئة وازالة الغطاء النباتي. • ويكون تاثير هذه التغيرات على عدة اشكال: • الفعل التضافري بحيث تزيد من حدة هذه التأثيرات السلبية في الكائنات الحية( Synergistic effect) • او في اتجاه معاكس تقلل من حدتها (Antagonistic effect) • او قد لايكون لها اي تأثير على بعضها البعض (No reaction).

37. انواع الاستقرار • الثبات او المقاومة: قدرة النظم البيئية الطبيعية او الكائنات الحية على تحمل التأثيرات السلبية دون ان تتضرر. • المرونة قدرة النظم البيئية الطبيعية او الكائنات الحية على العودة الى الحالة الاصليةالسابقة بعد التضرر او الخروج من حالة الاتزان الديناميكي. ان احد عوامل ثبات او مقاومة النظم البيئية هو تعدد او تباين الانواع كلما تعددت الانواع في النظام البيئي كانت قدرة هذا النظام على استيعاب حالة عدم التوازن • مجتمعات الذروة ((climax communities الغابات الاستوائية تعيش فيها انواع عديدة ( بيئة الغابات: مقاومة عالية ومرونة قليلة) ( بيئة الاعشاب الطبيعية: مقاومة قليلة و مرونة عالية) • الزراعة الاحادية (Monoculture) نوع واحد من المحاصيل

38. التوازن البيئي : هو ميل النظام البيئي إلى الاستقرار و هو توازن ديناميكي • (متغير).