البيئة والغلاف الحيوي

• أصف الغلاف الحيوي للأرض.
• أفسّر سبب تأثير العوامل الحيوية والعوامل غير الحيوية في الغلاف الحيوي للأرض.
• أوضح كيف تتفاعل غُلف الأرض بعضها مع بعض.
• أبيّن العوامل التي تحدد المناطق المناخية.
• أصف توزيع الأقاليم الحيوية على الأرض.

من الفرد إلى الغلاف الحيوي: سلّم المستويات

يحتوي الغلاف الحيوي على جميع البيئات التي تعيش فيها الكائنات الحية، ويؤثّر فيه عدد من العوامل الحيوية والعوامل غير الحيوية.

• الجماعة الحيوية ⁦(Population)⁩: أفراد النوع الواحد الذين يعيشون معًا في البيئة نفسها.
• المجتمع الحيوي ⁦(Biological Community)⁩: الجماعات المختلفة معًا.
• النظام البيئي ⁦(Ecosystem)⁩: المجتمعات الحيوية والعوامل غير الحيوية في البيئات التي تعيش فيها.

ما المقصود بالغلاف الحيوي؟

من أين تأتي طاقة الأنظمة البيئية؟

• الشمس مصدر الطاقة الرئيس في معظم الأنظمة البيئية؛ لضرورتها لعملية البناء الضوئي.
• المنتجات (الكائنات ذاتية التغذية) تمتص جزءًا من طاقة الشمس، ثم تُثبّتها في مُركّبات عضوية داخل أجسامها.
• تنتقل الطاقة المُختزنة إلى الكائنات غير ذاتية التغذية، ويُفقد جزء منها طاقةً حرارية وفضلات.

وماذا عن أعماق البحار حيث لا يصل ضوء الشمس؟

• في الظلام: بعض الكائنات الدقيقة، مثل بعض البكتيريا والأثريات، تحصل على الطاقة بأكسدة مُركّبات غير عضوية، مثل $\text{H}_2$ و $\text{H}_2\text{S}$.
• أو بأكسدة مُركّبات عضوية، مثل الميثان $\text{CH}_4$، لإنتاج مواد عضوية (سُكّر الغلوكوز).

• تنتقل الطاقة ضمن سلاسل وشبكات غذائية، ويُسمّى المستوى الواحد منها المستوى الغذائي.

ما الفرق بين البناء الضوئي والبناء الكيميائي؟

دورة المواد: لا تُستهلك بل تُدوَّر

• تحتاج الكائنات الحية إلى الماء، وإلى مواد تكفل لها البقاء، مثل: الكربون، والنيتروجين، والفسفور.
• هذه المواد لا تُستهلك، وإنّما تُنقَل بتدويرها بين البيئة والكائنات الحية عن طريق عمليات بيوجيوكيميائية.

ما العمليات التي تؤدي إلى:

• أ. تحوُّل المواد العضوية إلى مواد غير عضوية في الماء والتربة والهواء؟

• ب. انتقال المواد غير العضوية من الصخور إلى الماء والتربة والهواء؟

• مواد عضوية تُوفِّرها المُنتِجات، وتستفيد منها الكائنات الحية بوصفها مُغذِّيات.
• مواد غير عضوية تتوافر في البيئة (هواء، ماء، تربة)، وتستفيد منها الكائنات الحية.
• الوقود الأحفوري: مواد عضوية، مثل: النفط، والخُثّ. الصخور: مواد غير عضوية، مثل المعادن.

المناخ: لماذا تختلف الأقاليم الحيوية؟

• مُكوّنات المناخ: درجة الحرارة، والهطل، وأشعة الشمس، والرياح.
• عوامل تؤثر في مناخ المنطقة: دوائر العرض، والتضاريس، والقرب من المسطحات المائية والتيارات الناتجة عنها.
• للمناخ أهمية كبيرة في توزيع الأقاليم الحيوية التي تتميز بوجود نباتات وحيوانات محددة.
• نباتات كل إقليم وحيواناته لها خصائص تساعدها على البقاء والتكاثر.

• تتوزع الأقاليم الحيوية المختلفة في مناطق متنوعة على الأرض.

أوضح العوامل التي تؤثر في مناخ منطقة ما.

الغابات الاستوائية: دافئة طوال العام وتنوّع حيوي كبير

• الأمطار: الغابات المطيرة ثابتة نسبيًا حوالي $200 - 400\ \text{cm}$ سنويًا.
• الغابات الجافة في فصل محدد حوالي $150 - 200\ \text{cm}$ سنويًا، مع موسم جفاف من ستة إلى سبعة أشهر.
• الحرارة: مرتفعة على مدار العام بمتوسط $25 - 29\ \text{°C}$.
• النباتات: أشجار في طبقات عمودية تتنافس للحصول على الضوء؛ أوراق الغابات المطيرة عريضة دائمة الخضرة.
• في الغابات الجافة تتساقط أوراق النباتات في مواسم الجفاف.
• الحيوانات: تنوع حيوي كبير من الحشرات، والبرمائيات والزواحف، والطيور، والثدييات.

السافانا: أمطار قليلة وأشجار متباعدة

• الأمطار: منخفضة حوالي $30 - 50\ \text{cm}$ سنويًا، وقد تمتد شهور الجفاف إلى ثمانية أو تسعة أشهر.
• الحرارة: مرتفعة على مدار العام، في المتوسط $24 - 29\ \text{°C}$.
• النباتات: أشجار متباعدة أوراقها صغيرة تساعدها على تحمل الجفاف.
• الأعشاب تنمو عند هطول المطر وتشكل مصدرًا لغذاء الحيوانات.
• الحيوانات: حمر وحشية، وأسود، وضباع، وحشرات.

الأراضي العشبية: شتاء بارد وحشائش تتحمل الحرائق

• الأمطار: موسمية، شتاؤها جاف نسبيًا وصيفها رطب، بمتوسط سنوي بين $30 - 100\ \text{cm}$.
• الحرارة: الشتاء بارد (أقل من $-10\ \text{°C}$)، والصيف حوالي $30\ \text{°C}$.
• النباتات: حشائش وأعشاب بارتفاع بضع سنتيمترات إلى مترين، تتحمل الجفاف والحرائق وتنمو بسرعة بعدها.
• الحيوانات: الخيول البرية، والثدييات التي تعيش في الجحور.

الصحراء: جفاف شديد ونباتات تخزّن الماء

• الأمطار: منخفضة حوالي $30\ \text{cm}$ سنويًا.
• الحرارة: تتفاوت يوميًا وموسميًا؛ تتجاوز $50\ \text{°C}$ في الصحاري الحارة، وتنخفض إلى أقل من $-30\ \text{°C}$ في الباردة.
• النباتات: قصيرة متباعدة تتحمل الحرارة والجفاف.
• جذور عميقة لامتصاص أكبر كمية من الماء، وتخزين الماء، وأوراق صغيرة المساحة تقلّل النتح.
• تدافع عن نفسها ضد المفترسات بالأشواك أو إفراز المواد السامة.
• الحيوانات: الثعابين، والسحالي، والخنافس، والطيور المهاجرة.

التندرا: برد قارس وتربة متجمدة

• الأمطار: متوسط الهطل السنوي من $20 - 100\ \text{cm}$.
• الحرارة: الشتاء بارد، يصل المتوسط في بعض المناطق إلى $-30\ \text{°C}$، وفي الصيف عادة أقل من $10\ \text{°C}$.
• النباتات: حزازيات، أشنات، أعشاب، شجيرات قصيرة.
• طبقة التربة المتجمدة بشكل دائم (التربة الصقيعية) تحدّ من نمو جذور النباتات.
• الحيوانات: ثيران المسك الكبيرة، والدببة، والذئاب، والثعالب، وتهاجر إليها الطيور صيفًا للتعشيش.

الغابات عريضة الأوراق: أوراق تسقط قبل الشتاء

• الأمطار: متوسط الهطل السنوي في جميع الفصول من $70$ إلى أكثر من $200\ \text{cm}$، وفي بعضها يهطل الثلج شتاءً.
• الحرارة: متوسط الشتاء $0\ \text{°C}$، والصيف حار رطب تصل فيه إلى $35\ \text{°C}$.
• النباتات: طبقات عمودية من الأشجار والشجيرات والأعشاب.
• تسقط أوراق الأشجار في نصف الكرة الشمالي قبل الشتاء لتقليل البناء الضوئي، ولصعوبة امتصاص الماء المتجمد.
• الحيوانات: ثدييات، طيور، حشرات؛ تلجأ الثدييات إلى السبات الشتوي، وتهاجر الطيور شتاءً.

الغابات الصنوبرية: أشجار مخروطية وأوراق إبرية

• الأمطار: معدل الهطل السنوي في جميع الفصول بين $30 - 70\ \text{cm}$.
• قد يصل الهطل في الغابات الصنوبرية الساحلية في شمال غرب المحيط الهادئ بالولايات المتحدة الأمريكية إلى $300\ \text{cm}$.
• الحرارة: الشتاء بارد والصيف حار، وفي بعضها $-50\ \text{°C}$ شتاءً و $20\ \text{°C}$ صيفًا.
• النباتات: أشجار مخروطية الشكل مثل الصنوبر، ما يمنع تراكم الثلج على أغصانها وتكسرها.
• أوراقها صغيرة الحجم إبرية لتقليل عملية النتح.
• الحيوانات: الطيور، والدببة البنية، والنمور، والحشرات.

خنفساء ناميبيا: تحصد الماء من الهواء

• تحصل بعض الحشرات، مثل خنفساء صحراء ناميبيا (Stenocara gracilipes)، على الماء بحصاده من الهواء الجوي.
• سطح هيكلها الخارجي مُغطّى بمادة شمعية لا ينفذ منها الماء، وتبرز منه نتوءات صغيرة لا تصلها المادة الشمعية.
• تقف الخنفساء بزاوية 45° مقابل الهواء، فتلتصق بجسمها قطيرات ماء وتتجمّع على النتوءات.
• تُغيّر الخنفساء زاوية وقوفها، فتنزلق قطيرات الماء لتصل فمها.

• فريق من العلماء حاكى تصميم هيكلها، ووظّفه في تصميم مخيمات اللاجئين لتجميع الماء من رطوبة الجو.
• المادة هي البولي دايميثيل سيليوكسين ⁦(Polydimethylsiloxane (PDMS))⁩، ويُشار إليها عادة بالسيليكون، مُغطّاة بأكسيد النحاس ⁦(II) CuO⁩.