چرخه‌های بیوشیمیایی (به انگلیسی: Biogeochemical cycle) به مجموعه فرآیندهایی اطلاق می‌شود که در آن‌ها مواد شیمیایی در طبیعت به طور مداوم در حال حرکت و تبدیل هستند. این چرخه‌ها نقش اساسی در حفظ تعادل اکولوژیکی و تولید و مصرف مواد لازم برای حیات ایفا می‌کنند. مهم‌ترین چرخه‌های بیوشیمیایی شامل چرخه‌های کربن، نیتروژن، و آب هستند. در اینجا توضیح مختصری از هر کدام آمده است:
1. چرخه کربن
چرخه کربن به فرآیند تبادل کربن در اشکال مختلف (دی‌اکسید کربن، کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها و غیره) در محیط زیست اشاره دارد. این چرخه شامل مراحل زیر است:
- جذب CO₂ از جو: گیاهان از طریق فتوسنتز دی‌اکسید کربن (CO₂) را از جو جذب می‌کنند و آن را به قندهای ساده تبدیل می‌کنند.
- تنفس: گیاهان، حیوانات، و میکروارگانیسم‌ها CO₂ را از طریق تنفس به جو بازمی‌گردانند.
- تجزیه: وقتی موجودات زنده می‌میرند، باکتری‌ها و قارچ‌ها مواد آلی را تجزیه کرده و CO₂ را آزاد می‌کنند.
- نظیر سنگ‌های کربن‌دار: مواد آلی نیز می‌توانند به تدریج به سنگ‌های کربن‌دار (مثل ذغال‌سنگ و نفت) تبدیل شوند که در نهایت با احتراق این مواد، CO₂ به جو بازمی‌گردد.
2. چرخه نیتروژن
چرخه نیتروژن فرآیند تبدیل نیتروژن از جو به شکل‌های مختلف و بازگشت آن به جو است. مراحل اصلی این چرخه شامل:
- تثبیت نیتروژن: نیتروژن موجود در جو به وسیله باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن (مانند باکتری‌های ریشه‌ای در گیاهان نخود و سویا) به آمونیاک (NH₃) تبدیل می‌شود.
- نیتریفیکاسیون: آمونیاک به نیتریت (NO₂⁻) و سپس به نیترات (NO₃⁻) توسط باکتری‌های نیتریفیکاتور تبدیل می‌شود.
- جذب نیتروژن: گیاهان نیترات را از خاک جذب کرده و در ساخت پروتئین‌های خود استفاده می‌کنند.
- تنفس نیتروژن: نیتروژن از طریق تخمیر و تجزیه مواد آلی به شکل گاز نیتروژن (N₂) به جو برمی‌گردد.
3. چرخه آب
چرخه آب به حرکت مداوم آب در طبیعت اشاره دارد. مراحل اصلی این چرخه شامل:
- تبخیر: آب از سطح اقیانوس‌ها، دریاچه‌ها و رودخانه‌ها به صورت بخار به جو صعود می‌کند.
- تراکم: بخار آب در جو سرد شده و به قطرات آب تبدیل می‌شود که در نهایت بارش به صورت باران، برف یا تگرگ به سطح زمین برمی‌گردد.
- جمع‌شدن: آب باریده شده به رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها بازمی‌گردد.
- نفوذ: مقداری از آب به داخل خاک نفوذ کرده و به سفره‌های آب زیرزمینی ملحق می‌شود.
اهمیت چرخه‌های بیوشیمیایی
چرخه‌های بیوشیمیایی اهمیت زیادی در تعادل محیط زیست دارند:
- تأمین منابع غذایی: چرخه کربن و نیتروژن به تولید مواد غذایی از طریق فتوسنتز و جذب نیتروژن کمک می‌کند.
- تنظیم اقلیم: این چرخه‌ها نقش کلیدی در تنظیم مقدار گازهای گلخانه‌ای و حفظ دما دارند.
- پشتیبانی از حیات: چرخه آب برای حفظ حیات گیاهان و جانوران و همچنین برای فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی محیط زیست ضروری است.
چرخه‌های بیوشیمیایی به طور مداوم در حال حرکت هستند و هر اختلال در آن‌ها می‌تواند تأثیرات منفی بر محیط زیست و حیات داشته باشد. بنابراین، درک و محافظت از این چرخه‌ها برای پایداری محیط زیست حیاتی است.