ب. علاقة النظام الأيكولوجي بالغلاف الحيوي

بخلاف الأغلفة الثلاثة الأخرى للأرض: الصخري (صلب)، والمائي (سائل)، والغازي (غاز)، فإن الغلاف الحيوي، يتكون في معظمه من مادة عضوية، من الكائنات الحية، من نبات وحيوان وإنسان؛ وكائنات عضوية ميكروبية. إلا أن تكوين الغلاف الحيوي مرتبط ارتباطاً وثيقاً بتعريفه، الذي يمكن صياغته بصيغ متعددة.

فهو، في رأي بعض الباحثين، مجموع الكائنات الحية، على سطح الأرض. بينما يرى آخرون، أنه يتجاوز ذلك، ليشمل المنطقة، التي توجد فيها الحياة العضوية. ويتوسع آخرون في التعريف، فيقولون إنه ذلك الجزء من القشرة الأرضية، والغلافَين: الغازي والمائي، الذي يصلح لبعض أشكال الحياة.

ويمكن الاستنتاج أن الغلاف الحيوي، هو النطاق الذي تستخدمه وتتأثر به الكائنات الحية في أيٍّ من الأغلفة الثلاثة: الصخري والمائي والغازي (انظر شكل نطاق الغلاف الحيوي):

*  من فوق، يمتد الغلاف الحيوي في الطبقة السفلى، من الغلاف الغازي الصالح للاستعمال، بما لا يتعدى 12كم. ويتركّز معظم الأحياء قرب سطح الأرض، ربما لا يتعدى 70 متراً من السطح. ويصل ارتفاع الأشجار، في المناطق الاستوائية، إلى 60 متراً؛ وبعدها، يبدأ عدد الأحياء بالتناقص، كلما ازداد الارتفاع؛ على الرغم من أن هناك عدداً قليلاً من الطيور، يحلق على ارتفاعات عالية، مثل النسر الأمريكي Condor، الذي يستطيع الطيران على ارتفاع 7 كم، فوق سطح البحر.

*  في الوسط، تغطي الموارد المائية 71% من سطح الأرض، والمتمثلة في الأنهار، والبحيرات، والثلاجات، والمحيطات، والمياه الجوفية. ويقتصر انتشار النبات في المياه على الطبقات العليا، حيث يمكن أن يصل ضوء الشمس؛ ولكن البكتريا، وجدت في أعماق المحيطات.

*  ومن تحت، تمتد طبقة من القشرة الأرضية لبضعة آلاف من الأقدام، في باطن الأرض؛ تحتضن التربة، والمعادن والصخور،

ويحوي هذا النطاق، إلى جانب المخلوقات الحية، الماء، والمعادن، والأكسجين، والنيتروجين، والكربون، وغيرها من المركبات الكيماوية. ولا بدّ لاستمرار الحياة من المحافظة على هذه المصادر واستمرار تجددها.

وهذه العناصر، يتعلق بعضها ببعض، ويعتمد عليه؛ فالهواء يساعد على تنقية الماء؛ والماء عنصر أساسي في حياة النبات، والإنسان؛ والنبات هو المنتج الأولي للمادة العضوية، وله أهمية كبيرة، وأساسية، في حياة الإنسان والحيوان، وفي تجديد الهواء.

ويتكون الغلاف الحيوي من كلِّ الأحياء، على الأرض، والبيئات التي تتأثر بها تلك الأحياء. ولا شك أن الغلاف الحيوي للأرض، تشكل بعد أغلفتها الرئيسية الثلاثة: الغازي، والمائي، والصخري. تشكلت من قبل؛ ثم خُلقت الأحياء على الأرض، وبدأت تتأثر بما حولها من هذه الأغلفة، مكونة ما يعرف بالغلاف الحيوي. لم توجد أدلة، توضح، بالتحديد، الوقت الذي بدأت فيه الحياة على كوكب الأرض. ولكن التقديرات، تشير إلى ما يقرب من 3.5 بلايين عام. فإذا كان عمر الأرض يقدر بنحو 4.5 بلايين عام، فإن الحياة، بدأت على هذا الكوكب، بعد تكونه بنحو بليون عام. والمتوقع أن البناء الداخلي للأرض، استقر خلال البليون الأول من عمرها، وظهرت القارات والأحواض المحيطية، وأصبحت البيئة ملائمة للحياة. في البداية، كان الغلاف الحيوي، محصوراً في الطبقة، التي تحت سطح المحيط؛ لأن محتوى الغلاف الغازي من الأكسجين، كان منخفضاً جداً؛ ولم يكن هناك طبقة أوزون، لحماية المحيط واليابس من التركّز العالي للأشعة الشمسية فوق البنفسجية.

وقبل نحو بليون عام، ارتفع محتوى الغلاف الغازي، من الأكسجين، ارتفاعاً كافياً، لتكوُّن طبقة الأوزون. وبات ممكناً لبعض الأشكال الحياتية الأكثر تعقيداً، أن تعيش في المياه المحيطية الضحلة، وقرب الشواطئ. وسرعان ما بدأت النباتات الخضراء بالانتشار، فظهرت أول غابة نباتية على سطح الأرض، قبل نحو 400 مليون عام. وامتد نطاق الغلاف الحيوي فوق كلِّ اليابس، والمسطحات المائية على الأرض، وتنوعت أشكال الحياة تنوعاً كبيراً. وصاحب نمو الغطاء النباتي، زيادة في إنتاج غاز الأكسجين. وقد ظل تركّز الأكسجين يزداد باطراد، وارتفعت نسبته بين غازات الغلاف الغازي.

لأن الحياة على الأرض، بدأت في منطقة الالتقاء، بين الغلاف الصخري، والغلاف الغازي، والغلاف المائي، فليس من المدهش، أن تستخدم المخلوقات عناصر البيئة المحيطة، الموجودة في الأغلفة الثلاثة المتفاعلة. وتوضح الدراسات المبكرة للغلاف الغازي والمحيطات واليابس، أن الهيدروجين والكربون والأكسجين، تشكل 99.5% من المادة الحية. والهيدروجين والأكسجين متوافران في جزيئات المياه، المكونة للغلاف المائي. ويمكن استخلاص الكربون، بسهولة، من غاز ثاني أكسيد الكربون، في الغلاف الغازي. والعنصر الآخر، المشكل للمادة الحية، هو النيتروجين، الموجود بكثرة، على شكل غاز، في الغلاف الغازي.

يشكل تحلل المركبات المعدنية السيليكاتية (الصخور)، مصدراً لا ينضب، لعناصر أخرى مهمة في تكوين المادة الحية. من هذه العناصر: الكالسيوم Ca، والبوتاسيوم K، والسيليكون Si، والماغنسيوم Mg، والألمنيوم Al، والفوسفور P، والصوديوم Na، والحديد Fe، والمنجنيز Mn. كما تستخدم خلايا الأحياء الكبريت S، والكلور Cl، اللذَين يصلان إلى سطح الأرض، مع الأنشطة البركانية. هذه العناصر، كانت وما زالت تختلط بالأملاح البحرية، ثم ترسب في قاع المحيط، على شكل معادن ملحية. ثم توالت الأحداث الجيولوجية على هذه الطبقات، لينحسر عنها الماء، ولتظهر على شكل صخور على اليابس، ذابت أملاحها في المياه السطحية، فأصبحت متاحة للمخلوقات الحية.