دروس في التربية الطاقية

تاريخ تكوين المصادر الأحفورية واستعمال الطاقة
 

الأهداف :

التعرف على مختلف مصادر الطاقة وعلى تاريخ وظروف تكونها،والتعرف على المدة التي تطلبها  تحقيق التراكم الحالي من المصادر الأحفورية.

الميادين المعنية : 

الجغرافية، النشاط العلمي.

المستوى : 

الخامسة والسادسة.

المدة المخصصة لدرس:

 حصة من ساعتين إلى ساعتين ونصف.

الكفاءة المطلوبة :

القراءة والكتابة الجيدة، العمل في مجموعة، القدرة على القيام ببحث.

المصطلحات :

المصادر الطاقية متجددة،  المصادر الطاقية غير متجددة ، الشمس المصدر الطاقي الأساسي، الطاقة الحرارية، الطاقة الكهربائية. الطبقات الجوية، الرياح، تَتَبخَّرُ مياه البحار والأنهار،  تكون السحب، الأمطار، الثلوج، النباتات، الفواكه، الخُضَر، الأخشاب، مواد عضوية، التركيب الضوئي،  طاقة كيماوية ، المحروقات، المحروقات الأحفورية، تكوين المحروقات الأحفورية، الترسبات النباتية،  بقايا الحيوانات الميتة، الفحم الحجري ، البترول ، الغاز الطبيعي، تَكَوَّن الفحم الحجري، الخث، تكون الفحم، فحم أسود ناعم  أو صخور نفطية، الترسبات الصخرية، أشعة الشمس والرياح وجريان المياه والخشب  ، اكتشاف الفحم، استعمل الطاقة الشمسية لتجفيف المواد الغذائية، طاقة الرياح، طواحن الهواء، قوة دفع سفن والإبحار، السدود، جريان المياه، قوة الرياح، ضخ الماء، الطاقة الحرارية، اكتشاف الإنسان الآلة البخارية، غاز الفحم، الشمع، دهون الحوت، واختُرع السيارة، كفاءة استعمال الكهرباء، المحركات الكهربائية، الطاقة النووية، الطلب على مصادر الطاقة، وسائل النقل، البنزين، الديزل،الكيروزين، الصناعات الكيماوية، البلاستيك، الخيوط الصناعية، الأسمدة، ارتفاع حرارة الأرض، ثقب طبقة الأوزون، تلوث البيئة، تراجع حجم الغابات، ترشيد استعمال مصادر الطاقة، المروحات الهوائية، الألواح الكهروضوئية، المجمعات الشمسية، الأفران الشمسية، مستقبل قطاع الطاقة،  أسباب الأزمات الطاقية.

 

مصدر :

المصادر الطاقية المتجددة وغير المتجددة

هل المصادر الطاقية متجددة أو غير متجددة؟ هذا ما يجب أن يصل التلاميذ إلى تقريره بأنفسهم.  فإذا كانت المصادر الطاقية التي نستعمل  تُعَوَّض في الحين عند استعمالها، نسميها مصادر طاقية متجددة،  وإذا كانت هذه المصادر محدودة في مخزونها ولا يمكن تعويضها تلقائيا عند استعمالها، نسميها مصادر طاقية غير متجددة.  وهذه الخاصية جد مهمة لأنها تساعد على اتخاذ القرار في ما يخص كيفية التعامل مع هذه المصادر الحيوية.

إذا تأملنا في ما حولنا، نجد مصادر الطاقة تحيط بنا من كل جانب، ونحن نتوصل بالطاقة على أشكال متعددة. إننا نجد أولا الشمس التي هي أهم المصادر الطاقية، فهي المصدر الأساسي لأغلبية المصادر الموجودة على الأرض. نحصل منها  على الأشعة التي نستعملها لإنتاج الطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية بتكنولوجيات مختلفة. تُسَخِّـنُ الشمس سطح الأرض، والأرض بدورها تُسَخِّـنُ الطبقة الجوية التي توجد فوقها وتتكون بذلك الرياح. وتَتَبخَّرُ مياه البحار والأنهار بفعل حرارة الشمس وتتكون السحب ونحصل بذلك على الأمطار والثلوج. إذن، فالشمس هي المصدر الرئيسي لكثير من المصادر الطاقية  الموجودة  في الطبيعة. وتتكون الرياح والأمطار بسرعة وتتجدد ولا ينتقص منها عند استعمالها شيء لتجددها باستمرار. ولهذا سُمِيَّة بالمصادر المتجددة.

يمكن للطاقة الشمسية أن تُختَزَن. فالنباتات مثلا تختزن الطاقة الشمسية بنموها. وتوفر لنا النباتات الفواكه والخُضَر والأخشاب. تحتوي هذه المنتجات على الطاقة الشمسية مُخْتَزَنَه في شكل مواد عضوية متجددة ولو أن تجددها يتطلب مدة أطول بالمقارنة مع الرياح والأمطار.

حين تتحول الطاقة الشمسية بعملية ما نسميه التركيب الضوئي إلى طاقة كيماوية مختزنة بمواد عضوية  تسمى هذه المواد محروقات. وعندما يمر على هذه المواد وقت طويل وتحت ظروف معينة تتحول إلى مواد جد مركزة طاقيا نسميها محروقات أحفورية.

 

تكوين المحروقات الأحفورية

 

لقد أُكتُـشِـفَـت المحروقات الأحفورية على شكل طبقات في باطن الأرض، مرً على تكوينها ما بين 50 و350   مليون سنة. الطرق التي تكون بها هذا المخزون الطاقي ليست معروفة بالكامل، لقد دفنت بفعل الترسبات كميات  كبيرة من النباتات وبقايا الحيوانات الميتة وعزلت عن الهواء. وبفعل الحرارة والضغط لملايين  السنين، حصل تحول كيميائي لهذه المواد، وتكون بذلك الفحم الحجري والبترول والغاز الطبيعي.

تَكَوَّن الفحم الحجري من الأشجار وجذوعها والحشائش التي وجدت في بحيرات كبيرة مند ما يزيد عن 345 مليون سنة مضت، تراكمت في الأول هذه النباتات على شكل طبقات، وأُغـِرقت بمياه الفيضانات فيما بعد، فتحللت وتحولت إلى خث، وهي مادة رطبة وبنية اللون تحتوي على أكثر من 30 في المائة من الكربون. ويعتبر الخث المرحلة الأولى لتكوين الفحم. وغطت البحار سطح هذه الطبقات، وتكونت ببطء طبقة من ترسبات الرمال والأوحال فوق طبقة الخث، واستمر تراكم  هذه الترسبات لآلاف السنين. وتحوَّلَت المواد العضوية بفعل الضغط كيماوياً من الخث إلى الفحم البني، الذي تصل نسبة الكربون فيه إلى 40 في المائة. وتلتها ملايين السنين، وزاد الضغط وازدادت الحرارة مما حول الفحم البني إلى فحم أسود ناعم  أو صخور نفطية التي تقارب  نسبة الكربون بها 66 في المائة، ومع مرور الزمن تحول هذا الأخير إلى  فحم حجري  ب90 في المائة من  الكربون.

عادةً ما يوجد البترول والغاز فوق طبقات من الترسبات الصخرية، تَكَوَّنت هذه الطبقات عندما كانت المنطقة مغمورة بالمياه،  ودفنت بقايا النباتات والحيوانات التي كانت تعيش في البحار تحت الترسبات. وتحولت الترسبات بفعل الضغط والحرارة لملايين السنين إلى طبقات صخرية، أما المواد العضوية فقد تحوَّلت كيماوياً في ما بعد إلى بترول وغاز طبيعي.

 وهكذا نرى أن تكون المصادر الأحفورية يتطلب الملايين السنين،  ولا يمكننا  تعويض الكميات المستعملة بسرعة، ولسيما إذا ما قارنا فترة التكون بفترة الاستهلاك.  كما سنرى في تاريخ استعمال المصادر الطاقية، ولهذا السبب سمية هذه المصادر بغير المتجددة.

 

نظرة على تاريخ استعمال المصادر الطاقية

 

لقد تعرًف الإنسان القديم على المصادر الطاقية المتجددة كأشعة الشمس والرياح وجريان المياه والخشب  مند العصور الأولى وتعامل معها واستفاد من طاقاتها. وتعددت أساليب استغلال هذه المصادر وتطورت كذلك عبر العصور بالموازاة مع تطور نمط عيش الإنسان وتطور حاجاته إلى الطاقة. فإلى حدود اكتشاف الفحم ، كان الإنسان لازال يستعمل الخشب كمصدر طاقي أساسي ويعتمد على طاقاته العضلية للقيام بأعماله الفلاحية ويستعمل الدواب للسفر والحروب وما إلى ذلك. واستعمل الطاقة الشمسية لتجفيف المواد الغذائية وطاقة الرياح في طواحن الهواء وفي دفع سفن والإبحار. قام كذلك  ببناء السدود للحصول على استقرار في جريان المياه واستعمل قوة الرياح لطحن الحبوب وقطع الخشب وضخ الماء في حين ظل الخشب من أهم مصادره للطاقة الحرارية.

في مطلع القرن التاسع عشر ازداد عدد سكان العالم، وازداد الطلب على الغذاء، والسفر السريع والملابس والسكن. وتطورت المعرفة واكتشف الإنسان الآلة البخارية واستعملها في البواخر والقطارات. وتكاثرت المعامل والسكك الحديدية، وازدادت مع ذلك الحاجة إلى المحروقات، فبدأ الخشب يقل ببعض المناطق، وبدأ الفحم الحجري يأخذ مكان الخشب لإنتاج الطاقة الحرارية. وللإنارة بدأ الناس يستعملون غاز الفحم بديل عن الشمع ودهون الحوت.  واكتشف الإنسان البترول وأخذ يستعمل شيئا فشيئا مشتقاته في الإنارة وطهي الطعام. واختُرعت  في ما بعد السيارة، فزادت من يومها الحاجة لمشتقات البترول.

بداية القرن العشرين، بدأت تتضح صلاحية وكفاءة استعمال الكهرباء في مجالات واسعة، فلقد استُعمِلت  في الإنارة  وفي المحركات الكهربائية وبدأت الكهرباء تُسهل سُبل العيش. فَسُخِّر الفحم الحجري، البترول، الغاز الطبيعي، والطاقة المائية لإنتاج الكهرباء. واكتشفت فيما بعد الطاقة النووية واستعملت بدورها لإنتاج الطاقة الكهربائية.

 فكلما توسع نشاط الإنسان، ازداد الطلب على مصادر الطاقة وخاصة مشتقات البترول لسهولة نقلها وادخارها ولتعدد استعمالاتها. فقد استعملها الإنسان بشكل واسع ومباشر لإنتاج الطاقة الكهربائية، وفي وسائل النقل كالبنزين والديزل والكيروزين وفي وسائل التدفئة، كما استعملها بكثرة في الصناعات الكيماوية كالبلاستيك والخيوط الصناعية والأسمدة. ثم حلت أزمة أسعار المحروقات، وتنبه الإنسان لمحدودية المصادر غير المتجددة، وللمشاكل البيئة التي حلت بالأرض من ارتفاع حرارة سطحها، وظهور ثقب في طبقة الأوزون وتلوث البيئة، وتراجع الغابات. فبدأ الإنسان يفكر في التعامل بعقلانية أكبر مع ما تبقى من المصادر الأحفورية وترشيد استعمالها، وتشجيع الرجوع لاستعمال الطاقات المتجددة كالإشعاع الشمسي والرياح والطاقة المائية. ونشهد حاليا تطورا سريعا للتقنيات التي تُستخدم لتحويل المصادر الطاقية المتجددة إلى طاقة كهربائية كالمروحات الهوائية والألواح الكهروضوئية والمجمعات والأفران الشمسية وما إلى ذلك من التقنيات.

 

الأشغال التطبيقية الأولى :

 

ُتعرض صور لمختلف مصادر الطاقة لتلاميذ. و بعد قراء موجز تاريخ الطاقة حلل وناقش  مع مجموعة التلاميذ هذه الصور وأجب عن الأسئلة المطروحة.

 

كيف تتصور مستقبل الطاقة  على المدى الطويل؟

لماذا تزايد الطلب على مصادر الطاقة بشكل كبير بعد اكتشاف المصادر الأحفورية؟

ما هو الدور الذي لعبته الآلة البخارية؟

ما هي أسباب الأزمة الطاقية؟

بماذا تمتاز الطاقة الكهربائية عن باقي أشكال الطاقة؟

ما هي المصادر المتجددة؟

ما هي المصادر الغير المتجددة؟

هل يمكن استعمال الطاقات المتجددة بالتقنيات القديمة؟

 

الأشغال التطبيقية الثانية :

 

صل بخط صور بتعريفها،

 

الطاقة الحرارية الطاقة العضوية الطاقة المائية الطاقة الهوائية الطاقة الكهروضوئية المصادر الأحفورية

 

الأشغال التطبيقية الثالثة :

-  وزع على التلاميذ هذا النص واطلب منهم ملأ الفراغ بالكلمات المناسبة :

تعتبر.. .. .. .. المصدر الرئيسي لكل المصادر الطاقية المتواجدة حولنا. بعض المصادر متواجدة بشكل غير محدود، فكلما استعملناهم  تجددوا بسرعة ولهذا السبب نسميهم المصادر. .. .. .. .. . والأكثر سرعة في الاستعمال هو. .. .. .. .. .. .الذي ننتج باستعماله الطاقة الكهربائية، وذلك عن طريق استعمال الألواح الكهروضوئية.

ولا تحتاج الشمس إلا لبعض دقائق لكي تمدنا بالدفء ونسمي هذه الطاقة ب. .. .. .. يمكنك أن تحس بها عندما تكون في السيارة التي بقية مدة طويلة تحت الشمس. ويمكن للإنسان أن يستفيد منها باستعمال. .. .. .. .. . والشمس تسخن الأرض بأشعتها، والأرض بدورها تُسخن الطبقة الهوائية التي توجد مباشرة فوقها وتتحرك هذه الكتل الهوائية وينتج عن ذلك. .. .. .. .. .. . ، تستعمل هذه الطاقة في السفن الشراعية، وتستعمل لضخ الماء  وكذلك لإنتاج الطاقة الكهربائية باستعمال. .. .. .. . .

تسخن أشعة الشمس مياه الأنهار والبحار والمحيطات، جزء من هذه المياه تتبخر وتتكون السحب وتنزل فيما بعد على شكل أمطار وثلوج وغالبا على مستويات أعلى مما كانت عليه ، فجزء يتسرب إلى باطن الأرض ليغذي المياه الجوفية وجزء آخر ينساب في شكل أنهار ليصب من جديد في البحار والمحيطات ويوفر جريان المياه الطاقة. .. .. .. .. .. .ويستغل الناس هذه الطاقة لإنتاج الطاقة الكهربائية وذلك باستعمال. .. .. .. .. .

تستعمل النباتات الطاقة الشمسية لتنمو ولتعطينا الثمار، وتعرف عملية تحويل ضوء الشمس إلى مواد عضوية ب. .. .. .. .. .. .وتسمى هذه الطاقة ب.. .. .. .. .. .