שינויים

[[תמונה:Carbon cycle-cute diagram.jpeg|שמאל|thumb|300px|תרשים של [[מחזור הפחמן]] שהוא אחד המחזורים הביוגאוכימיים בכדור הארץ. ניתן לראות את מאגרי הפחמן ואת זרמי החומר בינהם.]]

[[תמונה:Carbon cycle-cute diagram.jpeg|שמאל|thumb|300px|תרשים של [[מחזור הפחמן]] שהוא אחד המחזורים הביוגאוכימיים בכדור הארץ. ניתן לראות את מאגרי הפחמן ואת זרמי החומר בינהם.]]

כל היסודות הכימיים שנמצאים ב[[יצור חי|יצורים חיים]] נוטלים חלק במחזורים ביוגאוכימיים. בנוסף להיותם מרכיבים של היצורים החיים, היסודות הכימיים האלה נעים גם בגורמים א-ביוטים של [[מערכת אקולוגית|המערכות האקולוגיות]] כמו המים (הידרוספרה), האדמה (ליטוספרה) והאוויר (אטמוספירה). ניתן להתייחס לסך הגורמים החיים בפלנטה כאל [[ביוספרה]]. כל הכימיקלים, חומרי מזון או יסודות כמו פחמן, חנקן, חמצן, זרחן וכו' שיצורים חיים משתמשים בהם נמצאים במחזור סגור (בניגוד למערכת פתוחה שמייבאת ומייצאת חומר).  

כל היסודות הכימיים שנמצאים ב[[יצור חי|יצורים חיים]] נוטלים חלק במחזורים ביוגאוכימיים. בנוסף להיותם מרכיבים של היצורים החיים, היסודות הכימיים האלה נעים גם בגורמים א-ביוטים של [[מערכת אקולוגית|המערכות האקולוגיות]] כמו המים (הידרוספרה), האדמה (ליטוספרה) והאוויר (אטמוספירה). ניתן להתייחס לסך הגורמים החיים בפלנטה כאל [[ביוספרה]]. כל הכימיקלים, חומרי מזון או יסודות כמו פחמן, חנקן, חמצן, זרחן וכו' שיצורים חיים משתמשים בהם נמצאים במחזור סגור (בניגוד למערכת פתוחה שמייבאת ומייצאת חומר).  

לעומת זאת המערכת, היא פתוחה בהיבט של [[אנרגיה]] - השמש מספקת לה כל הזמן [[אנרגיה סולארית]] שמניעה את המערכת, והאנרגיה נפלטת החוצה מכדור הארץ בצורה של אנרגיית חום:

לעומת זאת המערכת ביו-גאו-כימית פתוחה בהיבט של [[אנרגיה]] - השמש מספקת לה כל הזמן [[אנרגיה סולארית]] שמניעה את המערכת, והאנרגיה נפלטת החוצה מכדור הארץ בצורה של אנרגיית חום:

: חלקה נפלט באופן מיידי כמעט לאחר שחימם את כדור הארץ.  

: חלקה נפלט באופן מיידי כמעט לאחר שחימם את כדור הארץ.  

: חלק מהאנרגיה מניע תהליכים פיזיקליים או כימיים שונים על גבי הפלנטה (כמו הפקת חלק מהרוח והגלים, אידוי מים, או הספקת אנרגיה לתגובות כימיות שונות) ואז נפלט כאנרגיית חום.  

: חלק מהאנרגיה מניע תהליכים פיזיקליים או כימיים שונים על גבי הפלנטה (כמו הפקת חלק מהרוח והגלים, אידוי מים, או הספקת אנרגיה לתגובות כימיות שונות) ואז נפלט כאנרגיית חום.  

מבחינה [[תרמודינמיקה|תרמודינמית]] המחזורים הם חלק מ[[מערכת מפזרת]] שנמצאת במרחק מ[[שיווי משקל תרמודימי]] תודות לאנרגיה הסולארית.  

מבחינה [[תרמודינמיקה|תרמודינמית]] המחזורים הם חלק מ[[מערכת מפזרת]] שנמצאת במרחק מ[[שיווי משקל תרמודימי]] תודות לאנרגיה הסולארית.  

==סוגים שונים של מהירות זרימה==

===סוגים שונים של מהירות זרימה===

ניתן להפריד את הזרמים בתוך המחזורים ל-3 סוגי זרמים , לפי סוגי ה"מאגרים" שבהם המחזורים מתקיימים. מחזורים מהירים בתוך בתוך המערכת הביולוגית, מחזורים איטיים יותר שבהם חומרים עוברים מ/אל הביוספרה למאגרים גאופיזיים כמו האוקיינוס או האטמוספירה, וקיימים גם זרמים איטיים בהרבה של תהיליכים גאופיזיים לגמרי כמו תנועת היבשות.  

ניתן להפריד את הזרמים בתוך המחזורים ל-3 סוגי זרמים, לפי סוגי ה"מאגרים" שבהם המחזורים מתקיימים. מחזורים מקיימים מהירות זרימה מהירה  בתוך המערכת הביולוגית, מחזורים איטיים יותר שבהם חומרים עוברים מ/אל הביוספרה למאגרים גאופיזיים כמו האוקיינוס או האטמוספירה, וקיימים גם זרמים איטיים בהרבה של תהיליכים גאופיזיים לגמרי כמו תנועת היבשות או זרימת מים בתוך האוקיינוס.  

המחזור המהיר או העיקרי (מנקודת המבט הביוטית), הוא של חומרים שנעים בתוך המערכת הביוטית (כלל היצורים החיים, כולל צמחים, פטריות וכו'). זהו המחזור הביוטי, מולקולות יכולות להשאר בתוך יצור ביולוגי במשך מספר שעות עד מספר שנים.

השלב שבו החומרים זורמים ומשתנים בצורה המהירה ביותר, הוא של חומרים שנעים בתוך המערכת הביוטית (כלל היצורים החיים, כולל צמחים, פטריות וכו'). זהו השלב הביוטי של של מחזורים, מולקולות יכולות להשאר בתוך יצור ביולוגי במשך מספר שעות עד מספר שנים.

המחזר "האיטי" יותר הוא מחזור של קבלת ונתינה של חומרים למאגר החומרים הא-ביוטי או הגאופיזי מצד הביוספרה. לדוגמה שלדים של יצורים שהופכים לסלעים או השימוש במולקולות חמצן מתוך האטמופסירה בתהליך הנשימה. המחזור הזה איטי יותר (בממוצע) במובן שמולקולות חמצן שנפלטה לאטמוספירה יכולה להמצא באותו מצב ולהמצא באטמוספירה במשך שנים ארוכות לפני שתחזור למערכת הביוספרית או שתעבור למאגר אחר (כמו מים או אדמה). מולקולות מים באוקיינוסים או מולקולות שנכנסות למעבה האדמה יכולות להמצא שם אלפי שנים או מיליוני שנים לפני שהן חוזרות למערכת האקולוגית הביוטית. לעומת זאת מולקולות בתוך יצור חי עוברות מהר מאוד גלגולים לתרכובות אחרות, והן זורמות בתוך המערכת הביוטית או אל מחוצה לה במהירות.  

המאגרים שבהם יש זרימה איטית יותר הוא מחזור של קבלת ונתינה של חומרים למאגר החומרים הא-ביוטי או הגאופיזי מצד הביוספרה. לדוגמה שלדים של יצורים שהופכים לסלעים או מתפרקים אל הקרקע ולאוויר, או השימוש במולקולות חמצן מתוך האטמופסירה בתהליך הנשימה. החלק הזה של המחזורים  איטי יותר (בממוצע) במובן שמולקולות חמצן שנפלטה לאטמוספירה יכולה להמצא באותו מצב ולהמצא באטמוספירה במשך שנים ארוכות לפני שתחזור למערכת הביוספרית או שתעבור למאגר אחר (כמו מים או אדמה). מולקולות מים באוקיינוסים או מולקולות שנכנסות למעבה האדמה יכולות להמצא שם אלפי שנים או מיליוני שנים לפני שהן חוזרות למערכת האקולוגית הביוטית. לעומת זאת מולקולות בתוך יצור חי עוברות מהר מאוד גלגולים לתרכובות אחרות, והן זורמות בתוך המערכת הביוטית או אל מחוצה לה במהירות.  

סוגים נוספים של זרימות הן כאלו הקיימות בתהליכים גאופיסיים לגמרי , כמו תנועת היבשות, המסה של סלעי גיר ועוד. זהו מחזור איטי בהרבה מאשר שני המחזורים הראשונים. השפעותיו עליהן הם בתחומים כמו נדידת יבשות, או התפרצות הרי געש. השפעות אלו הן דרמטיות אבל הן איטיות מאוד (נדידת יבשות) או בעלות אופי מקומי או נדיר (התפרצות געשיות).  

סוגים נוספים של זרימות חומר מתקיימות בתהליכים גאופיסיים לגמרי , כמו תנועת היבשות, המסה של סלעי גיר, ערבול של זרמים באוקיינוס, תנועת חול ועוד. כאן יש זרימה ושינוי איטי הרבה יותר. השפעותיו על השלבים האחרים ועל היצורים החיים נמצאות בתחומים כמו נדידת יבשות, או התפרצות הרי געש. השפעות אלו הן דרמטיות אבל הן איטיות מאוד (נדידת יבשות) או בעלות אופי מקומי או נדיר (התפרצות געשיות).  

==מקורות האנרגיה של המחזורים==

===מקורות האנרגיה של המחזורים===

שני המחזורים הראשונים מונעים בעיקר באמצעות [[אנרגיה סולארית|אנרגיית השמש]]. אנרגיות נוספות שיכולות להכנס למערכת הן [[אנרגיית רוח]] או [[אנרגיית גלי ים|גלים]] (שהם גלגולים של אנרגיית השמש), אנרגיית גאות ושפל ו[[אנרגיה גאותרמית|אנרגיות ממעבה האדמה]] (שמשפיע בעיקר על המחזור האחרון). המחזור הביוטי והא-ביוטי מונעים בעיקר באמצעות אנרגיית השמש. אנרגיית השמש היא מקור האנרגיה העיקרי של המחזורים הביוטים, והיא מאפשרת ל[[ייצור ראשוני|יצרנים ראשוניים]] כמו צמחים ואצות לקשור [[פחמן דו חמצני]] מהאטמוספירה ולייצר מולקולות סוכר וחלבון שמשמשות את שאר היצורים החיים.  

הזרימה והשינוי של חומרים  הא-ביוטים מונעים בעיקר באמצעות [[אנרגיה סולארית|אנרגיית השמש]]. אנרגיות נוספות שיכולות להכנס למערכת הן [[אנרגיית רוח]] או [[אנרגיית גלי ים|גלים]] (שהם גלגולים של אנרגיית השמש), אנרגיית גאות ושפל ו[[אנרגיה גאותרמית|אנרגיות ממעבה האדמה]] (שמשפיע בעיקר על המחזור האחרון). המחזור הביוטי והא-ביוטי מונעים בעיקר באמצעות אנרגיית השמש. אנרגיית השמש היא מקור האנרגיה העיקרי של המחזורים הביוטים, והיא מאפשרת ל[[ייצור ראשוני|יצרנים ראשוניים]] כמו צמחים ואצות לקשור [[פחמן דו חמצני]] מהאטמוספירה ולייצר מולקולות סוכר וחלבון שמשמשות את שאר היצורים החיים.  

המערכת הביוספרית פולטות החוצה חום, כתוצאה מ[[החוק השני של התרמודינמיקה]]. חום נפלט גם מהמערכת הגיאופיסית כתוצאה מקרינת גוף שחור. החום נפלט לחלל בעיקר בצורה של קרינת אינפרה אדום.

המערכת הביוספרית פולטות החוצה חום, כתוצאה מ[[החוק השני של התרמודינמיקה]]. חום נפלט גם מהמערכת הגיאופיסית כתוצאה מקרינת גוף שחור. החום נפלט לחלל בעיקר בצורה של קרינת אינפרה אדום.

* [[מחזור המים]]

* [[מחזור המים]]

* [[מחזור המימן]]

* [[מחזור המימן]]

==הפרעות למחזורים==

==הפרעות למחזורים על ידי הכלכלה האנושית==

{{הפניה לערך מורחב|המהפכה התעשייתית הבאה}}

{{הפניה לערך מורחב|המהפכה התעשייתית הבאה}}

[[כלכלה|הכלכלה האנושית]] הנוכחית היא כלכלה שבעיקרה היא כלכלה קווית שבה [[כרייה|כורים]] או שואבים עופרות ו[[מחצבים]] ומכינים מהם [[חומרי גלם]] במקום אחד, מייצרים מוצרים תוך יצירת כמות גדולה של [[פסולת]] רעילה או שמכילה חומרים שאינם מתפרקים בטבע או שמתפרקים באיטיות, וזורקים [[פסולת]] נוספת בתום השימוש. כך לדוגמה שימוש ב[[דשן כימי]] גורם לתלות ב[[דלק מחצבי]] מצד אחד ובהפרעה למחזורים ביוגאוכימיים מצד שני.  

[[כלכלה|הכלכלה האנושית]] הנוכחית היא כלכלה שבעיקרה היא כלכלה קווית שבה [[כרייה|כורים]] או שואבים עופרות ו[[מחצבים]] ומכינים מהם [[חומרי גלם]] במקום אחד, מייצרים מוצרים תוך יצירת כמות גדולה של [[פסולת]] רעילה או שמכילה חומרים שאינם מתפרקים בטבע או שמתפרקים באיטיות, וזורקים [[פסולת]] נוספת בתום השימוש. כך לדוגמה שימוש ב[[דשן כימי]] גורם לתלות ב[[דלק מחצבי]] מצד אחד ובהפרעה למחזורים ביוגאוכימיים מצד שני.  

זהו תהליך קווי שאין בו מחזוריות. [[מיחזור]] או [[שימוש חוזר]] למשך מספר פעמים מקטין במעט את הבעיה. אבל בחלק גדול מהמקרים מחזור משאיר את המערכת בצורה של מערכת קווית שכן לגבי רוב החומרים יש איכות יורדת של החומר עד שלבסוף לא ניתן למחזר אותו (downcycle). בסופו של דבר התהליך הקווי חייב להפסק - אם בגלל התייקרות חומרי הגלם בגלל נדירות גדלה שלהם, אם בגלל כילוי מוחלט של חומרי הגלם (דבר נדיר בהרבה), אם בגלל בעיות [[זיהום]] שהפסולת הנוצרת בתהליך הקווי יוצרת, או תהליך אחר כמו קריסה של התרבות שתלויה בתהליך קווי כזה (ראו [[התמוטטות (ספר)]]).

זהו תהליך קווי (חד כיווני) שאין בו מחזוריות. [[מיחזור]] או [[שימוש חוזר]] למשך מספר פעמים מקטין במעט את הבעיה. אבל בחלק גדול מהמקרים מחזור משאיר את המערכת בצורה של מערכת קווית שכן לגבי רוב החומרים יש איכות יורדת של החומר עד שלבסוף לא ניתן למחזר אותו (downcycle).  

 

 

בסופו של דבר תהליך קווי חייב להפסק - אם בגלל התייקרות חומרי הגלם בגלל נדירות גדלה שלהם, אם בגלל כילוי מוחלט של חומרי הגלם (דבר שצפוי להתרחש רק אחרי התייקרות חומרי הגלם), אם בגלל בעיות [[זיהום]] שהפסולת הנוצרת בתהליך הקווי יוצרת, או תהליך אחר כמו קריסה של התרבות שתלויה בתהליך קווי כזה (ראו [[התמוטטות (ספר)]]). לפי המחקר [[גבולות פלנטריים]] הפרעה ל[[מחזור החנקן]] מהווה אחת המגבלות שכבר נפרצו ומהוות איום על המין האנושי. הפרעה ל[[מחזור הזרחן]] מהווה תנאי מגביל נוסף שגם הוא עומד להשבר בעתיד הקרוב. השינויים במחזור הפחמן (לדוגמה עקב שריפות, [[ברוא יערות]] ושריפה של [[דלק מחצבי]], גוררות תופעות כמו [[התחממות עולמית]] ו[[החמצת אוקיינוסים]] שגם הן נחשבות לגבולות פלנטריים בפני ההתפחות של בני האדם.  

כדי לנסות לתת מענה לדבר זה הוצעו עקרונות כמו [[גבולות מקיימים לתפוקת חומר ואנרגיה|עקרונות דיילי לקיימות]] פתרונות כמו [[כלכלת מצב יציב]] ו[[מעריסה לעריסה]] שבהם מנסים לשמור על המשכיות המחזורים הטבעיים וכך גם על התפקוד של הכלכלה והקיום של בני האדם.  

כדי לנסות לתת מענה לדבר זה הוצעו עקרונות כמו [[גבולות מקיימים לתפוקת חומר ואנרגיה|עקרונות דיילי לקיימות]] פתרונות כמו [[כלכלת מצב יציב]] ו[[מעריסה לעריסה]] שבהם מנסים לשמור על המשכיות המחזורים הטבעיים וכך גם על התפקוד של הכלכלה והקיום של בני האדם.