التدوير الكيميائي

تصف الدورة الكيميائية أنظمة الدوران المتكرر للمواد الكيميائية بين مركبات وحالات ومواد أخرى، وعودتها إلى حالتها الأصلية، وهي ظاهرة تحدث في الفضاء وعلى العديد من الأجرام السماوية، بما في ذلك الأرض. ومن المعروف أن الدورة الكيميائية النشطة تحدث في النجوم والعديد من الكواكب والأقمار الطبيعية.

تلعب الدورات الكيميائية دورًا هامًا في استدامة الغلاف الجوي للكواكب، والسوائل، والعمليات البيولوجية، ولها تأثير كبير على الطقس والمناخ. تُطلق بعض الدورات الكيميائية طاقة متجددة ، بينما قد تُؤدي دورات أخرى إلى تفاعلات كيميائية معقدة، ومركبات عضوية، وكيمياء ما قبل الحياة . على الأجرام الأرضية كالأرض، تُعرف الدورات الكيميائية التي تشمل الغلاف الصخري بالدورات الجيوكيميائية . تُعد الدورات الجيوكيميائية المستمرة إحدى السمات الرئيسية للعوالم النشطة جيولوجيًا. أما الدورة الكيميائية التي تشمل الغلاف الحيوي فتُعرف بالدورة البيوجيوكيميائية .

في معظم النجوم التي تندمج فيها الهيدروجين، بما في ذلك الشمس ، تحدث دورة كيميائية تُعرف بدورة الكربون-النيتروجين-الأكسجين ( دورة CNO )، وهي جزء من عملية التخليق النووي النجمي . إلى جانب هذه الدورة، تمتلك النجوم أيضًا دورة الهيليوم. ^{[ 1 ]} وقد وُجدت دورات مختلفة تشمل الغاز والغبار في المجرات. ^{[ 2 ]}

تتضمن غالبية الدورات الكيميائية المعروفة على كوكب الزهرة غلافه الجوي الكثيف ومركبات الكربون والكبريت، وأهمها دورة ثاني أكسيد الكربون القوية. ^{[ 3 ]} ويُعتقد أن غياب دورة كربون كاملة، بما في ذلك دورة الكربون الجيوكيميائية على سبيل المثال، هو سبب ظاهرة الاحتباس الحراري الجامح ، نتيجةً لغياب بالوعة كربون كبيرة. ^{[ 4 ]} كما تحدث دورات الكبريت، بما في ذلك دورات أكسيد الكبريت، حيث يتواجد أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي العلوي، مما يؤدي إلى وجود حمض الكبريتيك ^{[ 5 ]} الذي يعود بدوره إلى أكاسيد من خلال التحلل الضوئي . ^{[ 6 ]} وتشير الدلائل أيضًا إلى وجود دورة أوزون على كوكب الزهرة مماثلة لدورة الأوزون على الأرض. ^{[ 7 ]}

تحدث على الأرض أنواع عديدة من الدورات الكيميائية. وتلعب الدورات البيوجيوكيميائية دورًا هامًا في استدامة المحيط الحيوي. ومن أبرز الدورات الكيميائية النشطة على الأرض ما يلي:

• دورة الكربون – تتكون من دورة الكربون الجوية (ودورة ثاني أكسيد الكربون)، ودورة الكربون البيولوجية الأرضية ، ودورة الكربون المحيطية ، ودورة الكربون الجيولوجية
• دورة النيتروجين – التي تحول النيتروجين بين أشكاله من خلال التثبيت ، والأمونيا ، والنترجة ، وإزالة النيتروجين
• دورة الأكسجين ودورة الأوزون-الأكسجين – دورة بيوجيوكيميائية للأكسجين المتداول بين الغلاف الجوي والمحيط الحيوي (المجموع العالمي لجميع النظم البيئية) والغلاف الصخري
• دورة الأوزون والأكسجين – تعمل باستمرار على تجديد الأوزون في الغلاف الجوي وتحويل الأشعة فوق البنفسجية إلى حرارة
• دورة الماء – تحرك الماء باستمرار على السطح وفوقه وتحته، متحولاً بين حالات السائل والمحلول والجليد والبخار.
• دورة الميثان – تنقل الميثان بين المصادر الجيولوجية والبيوجيوكيميائية والتفاعلات في الغلاف الجوي
• دورة الهيدروجين – دورة بيوجيوكيميائية ناتجة عن مزيج من العمليات البيولوجية وغير البيولوجية
• دورة الفوسفور – حركة الفوسفور عبر الغلاف الصخري والغلاف المائي والغلاف الحيوي
• دورة الكبريت – عملية بيوجيوكيميائية ناتجة عن تمعدن الكبريت العضوي، وأكسدته، واختزاله، ودمجه في المركبات العضوية
• تقوم دورة الكربونات والسيليكات بتحويل الصخور السيليكاتية إلى صخور كربوناتية عن طريق التجوية والترسيب ، ثم تحول الصخور الكربوناتية مرة أخرى إلى سيليكات عن طريق التحول والنشاط البركاني . ^{[ 8 ]}
• دورة الصخور – تحوّل الصخور بين أشكالها الثلاثة: الرسوبية، والمتحولة، والنارية
• دورة الزئبق – عملية بيوجيوكيميائية يتراكم فيها الزئبق الموجود بشكل طبيعي بيولوجيًا قبل أن يتحد مع الكبريت ويعود إلى مصادره الجيولوجية على شكل رواسب.

وتشمل الدورات الكيميائية الأخرى بيروكسيد الهيدروجين . ^{[ 9 ]}

تشير الأدلة الحديثة إلى أن دورات كيميائية مماثلة لتلك الموجودة على الأرض تحدث على نطاق أصغر على المريخ ، بفضل غلافه الجوي الرقيق، بما في ذلك دورات ثاني أكسيد الكربون (وربما الكربون)، ^{[ 10 ]} والماء، ^{[ 11 ]} والكبريت، ^{[ 12 ]} والميثان، ^{[ 13 ]} والأكسجين، ^{[ 14 ]} والأوزون، ^{[ 15 ]} والنيتروجين . ^{[ 16 ]} تشير العديد من الدراسات إلى دورات كيميائية أكثر نشاطًا على المريخ في الماضي، إلا أن مفارقة الشمس الفتية الخافتة أثبتت أنها إشكالية في تحديد الدورات الكيميائية المتضمنة في نماذج المناخ المبكرة للكوكب. ^{[ 17 ]}

يمتلك كوكب المشتري ، كغيره من الكواكب الغازية العملاقة، دورة ميثان في غلافه الجوي . ^{[ 18 ]} وتشير الدراسات الحديثة إلى وجود دورة هيدرولوجية للماء والأمونيا تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك الموجودة على الكواكب الأرضية مثل الأرض ^{[ 18 ]} ، بالإضافة إلى دورة كبريتيد الهيدروجين . ^{[ 19 ]}

توجد دورات كيميائية مهمة على أقمار المشتري. تشير الأدلة الحديثة إلى أن أوروبا تمتلك عدة دورات نشطة، أبرزها دورة الماء. ^{[ 20 ]} وتشير دراسات أخرى إلى دورة أكسجين ^{[ 21 ]} ودورة ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن الإشعاع ^{[ 18 ]} . ويبدو أن كلاً من آيو وأوروبا يمتلكان دورات كبريت ناتجة عن التحلل الإشعاعي تشمل غلافهما الصخري. ^{[ 22 ]} بالإضافة إلى ذلك، يُعتقد أن أوروبا تمتلك دورة ثاني أكسيد الكبريت . ^{[ 18 ]} كما يساهم قرص البلازما المحيط بآيو في دورة الكبريت على المشتري وجانيميد . ^{[ 23 ]} وتشير الدراسات أيضًا إلى وجود دورات أكسجين نشطة على جانيميد ^{[ 24 ]} ودورات أكسجين وثاني أكسيد الكربون ناتجة عن التحلل الإشعاعي على كاليستو . ^{[ 18 ]}

بالإضافة إلى دورة الميثان الخاصة بكوكب زحل ^{[ 18 ]} تشير بعض الدراسات إلى وجود دورة للأمونيا ناتجة عن التحلل الضوئي تشبه دورة كوكب المشتري. ^{[ 25 ]}

تُعدّ دورات أقمار تيتان ذات أهمية خاصة. فقد كشفت رصدات مركبة كاسيني-هويجنز لغلاف تيتان الجوي وتفاعلاته مع غطائه السائل عن وجود العديد من الدورات الكيميائية النشطة، بما في ذلك دورة الميثان ^{[ 26 ]} ، ودورة الهيدروكربونات ^{[ 27 ]} ، ودورة الهيدروجين ^{[ 28 ]} ، ودورة الكربون ^{[ 29 ]} . أما إنسيلادوس، فيمتلك دورة هيدرولوجية نشطة، ودورة سيليكات، وربما دورة نيتروجين. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

يحتوي كوكب أورانوس على دورة ميثان نشطة. ^{[ 32 ]} يتم تحويل الميثان إلى هيدروكربونات من خلال التحلل الضوئي الذي يتكثف، وعند تسخينه، يطلق الميثان الذي يرتفع إلى الغلاف الجوي العلوي.

تشير الدراسات التي أجراها غروندي وآخرون (2006) إلى أن دورات الكربون النشطة تعمل على تيتانيا ، وأمبريل، وأرييل، وأوبرون من خلال التسامي والترسيب المستمر لثاني أكسيد الكربون، على الرغم من فقدان بعضه في الفضاء على مدى فترات زمنية طويلة. ^{[ 33 ]}

تُحرك الحرارة الداخلية والحمل الحراري لكوكب نبتون دورات من غاز الميثان، ^{[ 18 ]} والكربون، ^{[ 34 ]} ومزيج من المواد المتطايرة الأخرى داخل الغلاف الصخري لكوكب تريتون. ^{[ 35 ]}

توقعت النماذج وجود دورات نيتروجين موسمية على القمر تريتون ، ^{[ 36 ]} إلا أن هذا لم يتم دعمه من خلال الملاحظات حتى الآن.

تتوقع النماذج وجود دورة نيتروجين موسمية على بلوتو ^{[ 37 ]} ويبدو أن الملاحظات التي أجرتها مركبة نيو هورايزونز تدعم هذا.