Οι κύκλοι της ύλης

 Για να δεις τις εικόνες πρέπει να έχεις εγκαταστήσει το πρόγραμμα acrobat Reader

  Η ζωντανή ύλη δημιουργείται από βασικές ανόργανες ουσίες, με την επίδραση της ηλιακής ενέργειας. 

      Η ζωντανή ύλη αποθηκεύει αυτή την ενέργεια με χημική μορφή και κυκλοφορεί στα τροφικά δίκτυα, όπου καταναλώνεται σε κάθε κρίκο. Η «τροφοδοτική» ενέργεια συντελεί στην ανάπτυξη και στη λειτουργία του κάθε καταναλωτή. Αυτοί αποβάλλουν απορρίμματα (αναπνοή, περιτ­τώματα, πτώματα) που ξαναδίνουν τα βασικά ανόργανα στοιχεία.

        Η αδρανής ύλη, λοιπόν, αντίθετα από την ενέργεια, δεν υπο­βαθμίζεται στη φύση. Υφίσταται μονάχα διάφορους μετασχη­ματισμούς, πού της επιτρέπουν να χρησιμεύει, κατά κάποιο τρόπο, ως μέσο για τη μεταφορά της ενέργειας. Κάθε στοιχείο κυκλοφορεί μόνιμα στους δικούς του κύκλους, που το κάνουν να περνάει από το ζωντανό στον ανόργανο κόσμο.

Το νερό

Ο κύκλος του

     Ο κύκλος του νερού είναι πολύ γνωστός σ' όλους τους μαθητές: αφού εξατμιστεί με την ηλιακή ενέργεια το νερό συμπυκνώνεται στην ατμόσφαιρα και σχηματίζει νέφη, που τα παρασύρει ο άνεμος.

    Τα νέφη, όταν παγώσουν, πέφτουν στη γη με τη μορφή βροχής ή χιονιού. Έτσι, το νερό επιστρέφει στην πηγή του. Ένα μέρος του κατακρατείται από τα φυτά και τα ζώα που το έχουν ζωτική ανάγκη (χρειάζονται κατά μέσο όρο 100 τόνοι νερού για να παραχθεί ένας τόνος φυτικής ύλης). Κάθε στάδιο του κύκλου επιτελεί ένα συγκεκριμένο οικολογικό ρόλο: οι βροχές επιτρέπουν την ανάπτυξη της φυτικής ζωής, η διήθηση εξασφαλίζει την τροφοδότηση των υπόγειων στρωμάτων και υ­δάτινων ροών και διαποτίζει το έδαφος, οι υδάτινες ροές τροφο­δοτούν τα ποτάμια κ.λπ.

Ο πλανήτης μας διαθέτει με τις θάλασσες απέραντες δεξαμενές αλμυρού νερού. Όσο για το γλυκό νερό,  αυτό υπάρχει σε πολύ μικρότερες ποσότητες: στην υδρόγειο, το 97% του νερού περιέχεται στις θάλασσες, το 2% είναι στερεοποιημένο στους πάγους και μόλις το 1% εμφανίζεται με τη μορφή γλυκού νερού, κι απ' αυτό μόνο το 1 /4 μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο.     

    Αν και η δυναμικότητα του πλανήτη σε νερό επαρκεί ευρύτατα για τις σημερινές ανάγκες του, η κατανομή των αποθεμάτων είναι πολύ άνιση: σε πολλές χώρες το γλυκό νερό σπανίζει.

  Η κατανάλωση νερού αυξάνει υπερβολικά στις βιομηχανικές χώρες· και ενώ οι πλούσιες χώρες το σπαταλούν, οι φτωχές το στερούνται.  Εδώ, θα ήταν μάταιη μια ανακατανομή ή μια πολι­τική απόφαση. Μόνον οι κατάλληλες τεχνικές θα επέτρεπαν να χρησιμοποιηθούν καλύτερα οι πενιχρές φυσικές πηγές. Όμως κι εδώ ακόμα, μια απερίσκεπτη επέμβαση του ανθρώπου στους φυ­σικούς κύκλους μπορεί να επιφέρει αποτελέσματα αντίθετα από τα επιδιωκόμενα.

Το φράγμα του  Ασουάν στην Αίγυπτο αποτε­λεί ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα.

• Μια διατάραξη του κύκλου: το φράγμα του  Ασουάν

    Το φράγμα του Ασουάν, 17 φορές μεγαλύτερο σε όγκο από την πυραμίδα του Χέοπος, κατασκευασμένο στα νότια του Δέλτα του Νείλου, δημιουργεί μια τεχνητή λίμνη πλάτους 500 χλμ. και μέγι­στου βάθους 70 μ. Ό στόχος του έργου είναι διπλός: να παράγει μια μεγάλη ποσότητα ηλεκτρισμού (10 δισ. κιλοβατόρες το χρόνο) και κυρίως να αποτελέσει μια τεράστια υδατοδεξαμενή για άρδευση και για να διευθετήσει την παροχή του Νείλου, ώστε να καταπολεμηθούν η ξηρασία και οι πλημμύρες. Ωστόσο το φράγμα, για να βοηθήσει ν" αναπτυχθεί η γεωργία και πέρα από την εύφορη κοιλάδα του Νείλου, προκάλεσε καταστροφικά απο­τελέσματα που η απαρίθμηση τους είναι εντυπωσιακή: Η τεχνητή πλημμύρα του φράγματος κατέκλυσε καλλιεργή­σιμα χωράφια- η λίμνη εκτείνεται σε επιφάνεια 5.000 τ. χλμ.

   Η κατακράτηση του φράγματος συντελεί στο να χάνεται μια τεράστια ποσότητα νερού, υπολογίζεται πράγματι ότι κάθε χρόνο εξατμίζονται 10.000 δισ. κυβικά μέτρα.

-Το φράγμα κατακρατεί τις στερεές ύλες που μεταφέρονταν από το ποτάμι προς το Δέλτα και σχημάτιζαν φυσικά φράγματα ανά­μεσα στη θάλασσα και τις λίμνες γλυκού νερού. Ό Νείλος τα διαβρώνει αντί να τα σταθεροποιεί. Πρέπει να ανεγερθούν τε­χνητά προχώματα.

-Ή εύφορη ιλύς, το φυσικό αυτό λίπασμα που παρασυρμένο από το ποτάμι κατακάθιζε στα χωράφια την εποχή των ετήσιων πλημμυρών, συσσωρεύτηκε στο βυθό της τεχνητής λίμνης. Δεν κάνει πια εύφορες τις καλλιέργειες κι έτσι πρέπει να αντικαταστα­θεί από τεχνητά λιπάσματα.

-Χωρίς την ιλύ και τα θρεπτικά άλατα, οι τροφικές αλυσίδες, αποκομμένες από τους παραγωγούς τους, έσπασαν από τον πρώτο τους κρίκο.  Η ποσότητα των σαρδέλων και άλλων ψα­ριών, που αποτελούσαν σημαντική τροφή για τους κατοίκους του Δέλτα του Νείλου και των παραλίων, ελαττώθηκε σημαντικά.

   -Στις όχθες της λίμνης και κατά μήκος των αρδευτικών αγωγών πολλαπλασιάστηκε ένα είδος γαστερόποδου. Αυτό επιτρέπει να αναπαραχθούν πολύ μικρά υδρόβια σκουλήκια, που ως παράσιτα τού ανθρώπινου σώματος εισχωρούν στην κυκλοφορία του αίμα­τος και προκαλούν μια σοβαρή και μερικές φορές θανατηφόρα ασθένεια. ' Η επιδημία πλήττει ποσοστό μεγαλύτερο από τα 3/4 τού αγροτικού πληθυσμού της κοιλάδας.

   -Το αρδευτικό δίκτυο πού ξεκινάει από το Νείλο διαπότισε με μεγάλες ποσότητες νερού το υπέδαφος της κοιλάδας, που περι­κλείει τεράστια κοιτάσματα άλατος. Τα άλατα διαλύθηκαν και απορροφήθηκαν από τα υπόγεια στρώματα: το υπέδαφος έγινε ένα μεγάλο αρμυρισμένο σφουγγάρι. Το αρδευτικό νερό, αλμυρό πια, κατάστρεψε τις καλλιέργειες. "Έτσι, ακόμα και τα αποθέματα γλυκού νερού και τα πηγάδια απειλούνται τώρα από τα άλατα.

Τα περιστατικά αυτά, το ένα μετά το άλλο, μας δείχνουν γι' άλλη μία φορά ότι η τυφλή επέμβαση του ανθρώπου σ' ένα φυσικό σύστημα μπορεί να έχει σοβαρές συνέπειες, όταν αυτός δε γνωρίζει τα οικολογικά δεδομένα τού συστήματος αυτού.

Αυτό το διαπιστώσαμε σχετικά με τις τροφικές- αλυσίδες. Πρέ­πει τώρα να επεκτείνουμε αυτή την αρχή σε άλλους μηχανισμούς και, όπως θα δούμε, στο σύνολο των οικολογικών συστημάτων.

0 άνθρακας

O κύκλος του

Ό άνθρακας είναι το βασικό στοιχείο κάθε ζωντανής δομής- δεν υπάρχει ζωή χωρίς άνθρακα. Τα φυτά τον αντλούν από την ατμό­σφαιρα και το νερό και τον μετατρέπουν σε ζωντανή ύλη. Ο άνθρακας αποβάλλεται στην ατμόσφαιρα με την αναπνοή των φυτών και των ζώων ή στο έδαφος με τα πτώματα και τα περιττώ­ματα στην τελευταία αυτή περίπτωση χρησιμοποιείται από τα βακτηρίδια και τα μη πράσινα φυτά (τους αποσυνθέτες), που τον ενσωματώνουν στη δική τους τροφική αλυσίδα.

Ο άνθρακας μπορεί επίσης να συσσωρευτεί με τη μορφή μαυροχώματος (χούμου), τύρφης ή ιζήματος. Στο πέρασμα των χιλιε­τιών, συσσωρεύτηκαν μ' αυτόν τον τρόπο τεράστιες απολιθωμέ­νες οργανικές μάζες. Ό άνθρωπος τις επανακτά με τη μορφή κάρβουνου και υδρογονανθράκων.    Εκτός από' αυτά τα ιδιαίτερα αποθέματα, ο άνθρακας δημιουργεί στη φύση αποθεματικούς χώρους, που τροφοδοτούν την ατμόσφαιρα (διοξείδιο τού άν­θρακα) και τους ωκεανούς. Ο αποθηκευτικός χώρος της θάλασ­σας παίζει επίσης το ρόλο του ρυθμιστή για την ατμόσφαιρα, απορροφώντας το πλεόνασμα διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα.

 Διατάραξη του κύκλου

Ο άνθρωπος αντλεί απερίσκεπτα από τα μεγάλα αποθέματα των καύσιμων ορυκτών (κάρβουνο, πετρέλαιο και υδρογονάνθρακες). Έκτος από το ότι εξαντλεί μ' αυτό τον τρόπο τα περιορισμένα αποθέματα του, αυξάνει την περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε διοξείδιο του άνθρακα με τις επανειλημμένες καύσεις που είναι απαραίτητες για την επανάκτηση αυτής της ενέργειας. Ό ωκεα­νός δεν απορροφά αυτά τα απόβλητα με την ίδια ταχύτητα πού αποδεσμεύονται και το διοξείδιο του άνθρακα συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα. Τότε δημιουργείται κάτι παρόμοιο με το φαι­νόμενο του θερμοκηπίου: το στρώμα του διοξειδίου του άνθρακα δημιουργεί φράγμα στη θερμότητα πού εκπέμπει το έδαφος (υπέ­ρυθρη ακτινοβολία) αντί να την αφήσει να διαφύγει, όπως περίπου συμβαίνει σ' ένα θερμοκήπιο όπου το γυαλί εμποδίζει τη διάχυση της θερμότητας προς τα έξω. Άρα τα αυξανόμενα κατά­λοιπα όιοξειόίου του άνθρακα στον αέρα απειλούν να ανεβάσουν την ατμοσφαιρική θερμοκρασία. Μερικοί μάλιστα ειδικοί φοβού­νται και την τήξη, αργά ή γρήγορα, των πάγων, γεγονός που θα ανύψωνε το επίπεδο της θάλασσας και θα πλημμύριζε απέραντες εκτάσεις και μάλιστα ολόκληρες χώρες.

Άλλοι προβάλλουν το αντίθετο επιχείρημα: η σκόνη, που απο­δεσμεύεται στην ατμόσφαιρα συγχρόνως με το διοξείδιο του άν­θρακα από τα βιομηχανικά καύσιμα, θα εμπόδιζε την είσοδο της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα. Σ' αυτή την περίπτωση το κλίμα θα πάγωνε. Μήπως αυτά τα δύο φαινόμενα άλληλοεξουδετερώνουν τους κινδύνους που περιγράψαμε; Κανένας δεν μπορεί να το πει, όμως και η ελάχιστη σωφροσύνη θα συνιστούσε να περιορίσουμε τα κατάλοιπα.

Το οξυγόνο

O κύκλος του

Το οξυγόνο συνεργάζεται με τον άνθρακα για τη δημιουργία της ζωής, στην οποία είναι εξίσου απαραίτητο. Ακολουθεί τον ίδιο κύκλο με τον άνθρακα αλλά σε αντίθετη φορά: αφού παραχθεί με τη φωτοσύνθεση, συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα όπου το αντλούν τα ζώα και τα φυτά. Όπως κι ο άνθρακας, διαθέτει δύο δεξαμενές, τη θάλασσα και την ατμόσφαιρα, που εξισορροπού­νται μεταξύ τους: το νερό απορροφά το οξυγόνο της ατμόσφαι­ρας ώσπου να κορεστεί.  Αν ή ποσότητα του στη θάλασσα είναι ιδιαίτερα σημαντική, η ατμόσφαιρα «πίνει» με τη σειρά της το παραπανίσιο οξυγόνο.

 Διατάραξη του κύκλου

   Η ισορροπία ανάμεσα στις δυο αντίθετες αντιδράσεις, τη φωτο­σύνθεση και την αναπνοή, αποτρέπει τη διατάραξη των κύκλων. Οι συνεχείς καύσεις {που αποδεσμεύουν στον αέρα διοξείδιο του άνθρακα και απορροφούν οξυγόνο) δεν προσβάλλουν αισθητά τόν κύκλο του. Όμως, στα νερό η μείωση της ποσότητας του οξυγόνου έχει σοβαρότερες συνέπειες: αν το νερό περιέχει πάρα πολλές θρεπτικές ουσίες (φαινόμενο ευτροφισμού), τα φύκια πολλαπλασιάζοντας, απορροφούν μεγάλες ποσότητες οξυγόνου και το στερούν από τα ψάρια, πού ψοφάνε. Στις λίμνες, αυτή η εξέλιξη συντελείται φυσικά πολύ αργά (χιλιάδες χρόνια), μπορεί όμως να επιταχυνθεί αξιοσημείωτα από τα βιομηχανικά λύματα, τα απορρυπαντικά και τα λιπάσματα.

Το άζωτο

   O κύκλος του

Το άζωτο συμμετέχει στη σύνθεση της ζωντανής ύλης, όπως το οξυγόνο και ο άνθρακας.          Βρίσκεται σε αποθέματα στην ατμό­σφαιρα, γεν μπορεί όμως να χρησιμοποιηθεί όπως είναι από τα περισσότερα φυτά. Οι μικροοργανισμοί το μετατρέπουν σε σύν­θετα σώματα, όπως είναι τα νιτρικά άλατα, που μπορούν να απορροφηθούν από τις ρίζες των φυτών και να εισχωρήσουν έτσι στις τροφικές αλυσίδες. Στην πραγματικότητα ο κύκλος του είναι αρκετά σύνθετος. Για παράδειγμα, οι αποσυνθέτες μεταχειρίζο­νται το άζωτο των πτωμάτων, οι ηλεκτρικές εκκενώσεις των κα­ταιγίδων μεταφέρουν επίσης λίγο άζωτο στο έδαφος, άλλοι μι­κροοργανισμοί το απελευθερώνουν στην ατμόσφαιρα. Το άζωτο παίζει αποφασιστικό ρόλο στην ανάπτυξη των φυτών και συνε­πώς στην καλλιέργεια .

   Διατάραξη του κύκλου

   Ο κύκλος του έχει βαθύτατα μεταβληθεί από τις τεχνικές μεθό­δους της σύγχρονης αγροτικής καλλιέργειας: τα χημικά λιπά­σματα με βάση το άζωτο εμπλουτίζουν τα φτωχά εδάφη και επι­λύουν τροφοδοτικά προβλήματα. Μερικά όμως προϊόντα, πάρα πολύ περιεκτικά σε άζωτο, είναι τοξικά για τον ανθρώπινο οργανι­σμό. Το παραπανίσιο άζωτο δεν κατακρατείται εντελώς από τα φυτά και κυλάει σε μεγάλες ποσότητες προς τα ρυάκια, προκαλώ­ντας τον τεχνητό ευτροφισμό.

Άλλοι κύκλοι, άλλες διαταράξεις

Ορισμένα επίσης στοιχεία έχουν κι αυτά έναν ειδικό κύκλο στη φύση, όπου και παίζουν αποφασιστικό ρόλο.  Έτσι το φώσφορο, που συμμετέχει στη σύνθεση των πρωτεϊνών και των ζωντανών κυττάρων, περνάει με τη μεσολάβηση των υδάτων από τους βρά­χους στις τροφικές αλυσίδες, και επιστρέφει με τα πτώματα ή τα απορρίμματα στο έδαφος ή στο θαλάσσιο περιβάλλον. Στη θά­λασσα, ό κύκλος του φωσφόρου διακόπτεται: πράγματι, τα πτώ­ματα των ψαριών, που είναι πλούσια σε φώσφορο, κατακάθονται στα μεγάλα βάθη. Έτσι ο κύκλος ανακόπτεται από τη φύση.

  Όπως συμβαίνει και με το άζωτο, οι υπερβολικές ποσότητες φωσφορικών αλάτων και τα πάρα πολύ πλούσια σε φώσφορο απορρυπαντικά μπορούν να προκαλέσουν στα ύδατα το φαινό­μενο του τεχνητού ευτροφισμού.

   Τέλος, το θείο (θειάφι) απορροφάται από τα φυτά με τη μορφή θειικού άλατος και συμμετέχει επίσης στις τροφικές αλυσίδες με τις πρωτεΐνες και τα αμινοξέα. Μικροοργανισμοί το απελευθερώ­νουν στην ατμόσφαιρα με τη μορφή θειούχου υδρογόνου. Οι βιομηχανικές καύσεις, απελευθερώνοντας στον αέρα ένα σημα­ντικό μέρος θείου, μολύνουν τις κατοικημένες περιοχές.

Βιβλιογραφία:  Dominique Simonnet   «Τι είναι οικολογία»