الأنظمة البيئية البحرية

الأنظمة البيئية البحرية
M a r i n e  E c o s y s t e m s

تمثِّل الأنظمة البيئية البحرية ما نسبته % 96.5 من مجمل المسطحات المائية. وقد صنَّف العلماء البيئة البحرية إلى مناطق تبعا لمعايير عدَّة:

 

معايير تقسيم البيئة البحرية
وصول أشعة الشمس		البعد عن الشاطئ المنطقة البيئية			المنطقة البيئية
مناطق تصلها أشعة الشمس	مناطق لا تصلها أشعة الشمس	مناطق تغمرها مياه المد	مناطق تحاذي الشاطئ، ويصل عمق مياهها إلى 200 m	مناطق تلي المياه الضحلة، وتمتاز بمياهها العميقة	عمود الماء الممتد من السطح إلى القاع	اليابسة تحت مياه البحر
المنطقة المضاءة	المنطقة المظلمة	منطقة المد	المنطقة الضحلة	المنطقة المحيطية	منطقة المياه المفتوحة	منطقة القاع

أتحقَّق: ما المناطق الرئيسة في الأنظمة البيئية البحرية؟

معايير تقسيم البيئة البحرية
وصول أشعة الشمس		البعد عن الشاطئ المنطقة البيئية			المنطقة البيئية
مناطق تصلها أشعة الشمس	مناطق لا تصلها أشعة الشمس	مناطق تغمرها مياه المد	مناطق تحاذي الشاطئ، ويصل عمق مياهها إلى 200 m	مناطق تلي المياه الضحلة، وتمتاز بمياهها العميقة	عمود الماء الممتد من السطح إلى القاع	اليابسة تحت مياه البحر
المنطقة المضاءة	المنطقة المظلمة	منطقة المد	المنطقة المحيطية	المنطقة المحيطية	منطقة المياه المفتوحة	منطقة القاع

 

الانقلاب الفصلي المائي في البيئات البحرية
Seasonal Water Turnover in Marine Environments

تحدث ظاهرة الانقلاب الفصلي للماء في البيئات المائية. وفيها يخلط الماء في فصلي الربيع والخريف نتيجة تغيُّر درجات الحرارة الناجم عن تغيُّر الفصول؛ لذا تعدُّ هذه الظاهرة مهمة لبقاء الكائنات الحية المائية في الأعماق المختلفة للبحار والمحيطات.

الانقلاب الفصلي للماء
فصل الشتاء تتجمَّد طبقة الماء السطحية في فصل الشتاء، وتوجد أكثر المياه برودة تحت هذه الطبقة المتجمدة، وكلَّما زاد العمق زادت درجة حرارة الماء لتصبح $°$4C.
فصل الربيع - يبدأ الجليد الذي غطى المياه السطحية بالانصهار، وتصبح درجة الحرارة في هذه الطبقة  $°$4C ؛ ما يزيد كثافة الماء فيها. - بعد ذلك تغوص مياه هذه الطبقة إلى الأسفل حاملة معها الأكسجين، وترتفع مياه الطبقة العميقة المحمَّلة بالمغذيات إلى طبقة الماء السطحية.
فصل الصيف فتكتسب طبقة الماء السطحية مزيدا من الطاقة الحرارية؛ ما يرفع درجة حرارتها، فتصبح دافئة، وأخف كثافة، فترتفع فوق المياه الباردة التي هي أعلى كثافة، وتنفصل عنها بطبقة من الماء تسمى طبقة الميل الحراري.
فصل الخريف - تنخفض درجة حرارة مياه الطبقة السطحية إلى $°$4C، وتزداد كثافتها، ويسهم انخفاض درجة حرارة الهواء المحيط في ذلك؛ ما يجعلها تغوص من جديد في اتجاه القاع، ويتسبَّب ذلك في ارتفاع أكثر المياه دفئا، وأقلها كثافة (القريبة من القاع) إلى السطح. - وتستمر حركة انقلاب الماء حتى تبدأ الطبقة السطحية بالتجمُّد مرَّة أخرى. وبذلك يصل الأكسجين من السطح إلى القاع، وترتفع المغذيات من القاع إلى السطح.

 

أتحقَّق: كيف يحدث الانقلاب المائي؟

يحدث الانقلاب المائي في فصلي الخريف والربيع نتيجة تغير درجات الحرارة الناجم عن تغير الفصول، إذ تغوص المياه للأسفل حاملة معها الأكسجين وترتفع المياه من الطبقات العميقة محملة بالمغذيات.

 

العوامل المُؤثِّرة في الأنظمة البيئة البحرية
Factors Affecting Marine Ecosystems

تتأثَّر الأنظمة البيئية البحرية بعدد من العوامل الحيوية والعوامل غير الحيوية، أنظر الشكل الآتي:

العوامل الحيوية Biotic Factors

- تعدُّ العوالق أحد أهم الكائنات الحية التي تعيش في البيئات البحرية؛ فالعوالق النباتية (مثل: الدياتومات، والسوطيات الدوارة، والطحالب الخضراء) تشكِّل قاعدة أيِّ هرم بيئي في الأنظمة البيئية البحرية؛ نظرا إلى إنتاجها الأكسجين والغذاء، أنظر الشكل الآتي.

- أما المستهلكات فتضم عددا من الكائنات الحية، مثل: العوالق الحيوانية، والقواقع، والأطوار اليرقية لبعض أنواع اللافقاريات.

- في حين تعد بعض أنواع البكتيريا والفطريات والديدان من المحلِّلات التي تزوِّد المناطق العميقة بالمواد العضوية والمواد غير العضوية الناتجة من تحلُّل أجسام الكائنات الحية وفضلاتها.

أتحقَّق: ما أهمية العوالق في البيئة البحرية؟

- تشكل العوالق النباتية قاعدة أي هرم بيئي في الأنظمة البحرية، حيث تنتج الأكسجين والغذاء وتشكل العوالق الحيوانية جزءا من المستهلكات في تلك الأنظمة البيئية.

العوامل غير الحيوية Abiotic Factors

درجة الحرارة Temperature

لاحظ العلماء ارتفاع درجة حرارة مياه البحار والمحيطات بسبب ظاهرة الاحترار العالمي؛ ما أثَّر سلبا في الأنظمة البيئية البحرية. وقد أثَّر هذا الارتفاع أيضا في حركة التيارات المائية، مضعفا توزيع المغذِّيات في البيئات البحرية.

أفكّر: هل ُيؤثِّر الاحترار العالمي في ذائبية الغازات في الماء؟ أفسر إجابتي.

- يتسبب ارتفاع درجة حرارة البيئات البحرية الناتج عن ظاهرة الاحترار العالمي في تناقص ذائبية بعض الغازات الهامة للكائنات الحية المائية، مثل غاز الأكسجين اللازم لعمليات التنفس وغاز ثاني أكسيد الكربون الذي يلزم النباتات المائية للقيام بعملية البناء الضوئي، ما يؤثر سلبا في السلاسل الغذائية المائية.

الملوحة Salinity

- الملوحة  هي مجموع تراكيز الأملاح الذائبة في الماء، وأنَّها تتأثَّر بعوامل عدَّة.

- تكيَّفت الكائنات الحية البحرية للعيش في مياه البحر المالحة بالمحافظة على تركيز الأملاح في أجسامها بحيث يكون أقل منه في البيئة المحيطة، عن طريق إخراج الماء باستمرار من خياشيمها وجلدها، وضخِّ الكلى في كلٍّ منها كثيرا من الماء مع الأملاح. فمثلا، تتخلَّص الأسماك من فائض الأملاح لديها بالنقل النشط عن طريق خياشيمها.

- غير أنَّ انصهار الجبال الجليدية في المناطق القطبية بسبب ظاهرة الاحترار العالمي أدى إلى انخفاض نسبة ملوحة مياه البحر؛ ما أثَّر في قدرة الكائنات البحرية على ضبط الاتزان المائي في أجسامها، وفي بقائها.

أفكّر: - كيف تؤثِّر ظاهرة الاحترار العالمي في كثافة مياه البحر؟
         - كيف سيؤثِّر ذلك في حياة الكائنات الحية في الأنظمة البيئية البحرية؟

- يسبب ارتفاع درجة حرارة مياه البحار الناتج عن ظاهرة الاحترار العالمي إلى انخفاض كثافة مياه البحار، ما يؤدي إلى غوص العوالق النباتية إلى أعماق أكبر ربما لا تصلها أشعة الشمس، ما يعيق قيامها بعملية البناء الضوئي ويؤثر سلبا في السلاسل الغذائية في الأنظمة البيئية البحرية.

الغازات الذائبة في الماء Gases Dissolved in Wate

الأكسجين: - تعد عمليات البناء الضوئي التي تقوم بها العوالق والنباتات البحرية المصدر الرئيس للأكسجين في البيئات البحرية، انظر الشكل المجاور. - غير أنَّ نسبة من غاز الأكسجين تذوب بسبب حركة الرياح، واختلاط هذا الغاز بطبقة الماء السطحية.
ثاني أكسيد الكربون: - يقل تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون في الطبقات القريبة من سطح الماء بسبب ارتفاع معدَّلات عمليات البناء الضوئي. - غير أنَّ النشاط البشري المسبِّب لظاهرة الاحترار العالمي أدى إلى ارتفاع تركيز هذا الغاز؛ ما جعل الماء في البيئات البحرية أكثر حموضة (انخفاض الرقم الهيدروجيني للماء (pH)، وهو ما أدى إلى ذوبان الهياكل الصلبة للكائنات الحية، التي تتكوَّن من كربونات الكالسيوم (CaCO3)، مثل: المرجان، والمحار، انظر الشكل المجاور.
النيتروجين: - يثبت غاز النيتروجين عن طريق البكتيريا الخضراء المزرقة، وكذلك عن طريق نوع من السرخسيات المائية، مثل نبات أزولا، الذي يرتبط بعلاقة تقايض مع نوع من البكتيريا الخضراء المزرقَّة، التي تعيش في أوراق النبات الخارجية، وتثبِّت النيتروجين، فتستفيد منه المنتِجات في بناء المركَّبات العضوية المهمة؛ لذا يعدُّ هذا الغاز عاملا محدِّدا في البيئات المائية بالرغم من وفرته في الغلاف الجوي، انظر الشكل المجاور.

 

ابحث في مصادر المعرفة المناسبة عن آليات ضبط الاتزان المائي في الأسماك البحرية، ثم أعدُّ فلًما قصيرا عن ذلك باستخدام برنامج movie maker، ثم أعرضه أمام زملائي/زميلاتي في الصف.

- تعيش الأسماك البحرية في مياه يكون تركيز الأملاح المذابة فيها أعلى من تركيز الأملاح في سوائل جسم السمكة، ما يؤدي إلى فقدان الماء بشكل طبيعي عن طريق الانتشار عبر الأغشية شبه المنفذة حسب الخاصية الأسموزية، ولتعويض الماء المفقود، تشرب الأسماك البحرية مياه البحر ما يرفع نسبة الأملاح في سوائل جسمها، كما تحصل على الماء والأملاح من الغذاء، ويتم التخلص من الأملاح الفائضة بالنقل النشط عبر الخياشيم، كما يتم ضبط كمية الماء المفقودة عن طريق البول بإخراج كميات قليلة من الماء عن طريق البول الذي يقل فيه تركيز الأملاح عن تركيز الأملاح في سوائل الجسم.

 

أفكّر: لماذا ينخفض الرقم الهيدروجيني لمياه البحر عند زيادة كميات غاز ثاني أكسيد الكربون الذائبة فيها؟

- ينخفض الرقم الهيدروجيني للماء عند ارتفاع تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون الذائب فيه بسبب تكون حمض الكربونيك حسب المعادلة:  CO₂ + H₂O →H₂CO₃

أتحقَّق: كيف تؤثِّر زيادة نسب غاز ثاني أكسيد الكربون في الأنظمة البيئية البحرية؟

- تتسبب زيادة نسبة غاز ثاني أكسيد الكربون الذائب في الماء والناتج عن ظاهرة الاحترار العالمي في خفض الرقم الهيدروجيني للماء ما يجعله أكثر حموضة، وينتج عن ذلك تآكل أصداف بعض الحيوانات البحرية التي تتكون من كربونات الكالسيوم كما تتسبب بظاهرة ابيضاض الشعاب المرجانية.

 

نشاط                                      أثر ضوء الشمس في عملية البناء الضوئي في نبات الإيلوديا المواد والأدوات: كأس زجاجية سعتها 500 mL، صبغة أزرق البروموفينول، نبات إيلوديا، قطّارة، دورق مخروطي، لفافة من رقائق الألمنيوم، مخبار مُدرَّج سعته 200 mL، مصدر ضوء، ماصَّة، 3 أنابيب اختبار كبيرة وسِداداتها، ماء. إرشادات السلامة: استعمال الماصَّة بحذر، وتجنُّب استنشاق محلول البروموفينول. خطوات العمل: 1. أُحضِّر محلول الكاشف (أزرق البروموفينول) بوضع 150 mL من الماء في الدورق المخروطي، ثم أُضيف (20 - 25) قطرة من صبغة أزرق البروموفينول، مُلاحِظًا لون المحلول الناتج. 2. أُرقِّم أنابيب الاختبار الثلاثة، ثم أكتب عليها بالترتيب ما يأتي: الأنبوب الضابط، الأنبوب المُغلَّف برقائق الألمنيوم، الأنبوب غير المُغلَّف برقائق الألمنيوم. 3. أُغلِّف أنبوب الاختبار رقم (2) برقائق الألمنيوم، مراعيا ألّا يصل الضوء إلى داخل الأنبوب. 4. أُجرِّب: أستعمل الماصَّة للنفخ بضع مرّات في محلول أزرق البروموفينول؛ لإضافة غاز ثاني أكسيد الكربون إليها، ثم أتوقَّف عن النفخ عند تحوُّل المحلول إلى اللون الأصفر. 5. املأ كلًّا من الأنابيب الثلاثة بمحلول الكاشف حتى النصف تقريبا، ثم أضع قطعة من نبات الإيلوديا في لأنبوب رقم (2) والأنبوب رقم (3). 6. أضيف مزيدا من محلول الكاشف حتى يغطي القطعة بصورة كاملة. 7. اضبط المتغيرات: أُغلِق الأنابيب الثلاثة بالسِّدادات، ثم أضعھا على حامل أنابيب، أو في الكأس الزجاجية قرب النافذة، أو مصدر الضوء مدَّة 24 h، ثم أُدوِّن ملاحظاتي التحليل والاستنتاج: 1. أُفسِّر سبب استخدام محلول الكاشف. 2. أُلاحِظ: ما التغيرات التي طرأت على الأنابيب الثلاثة؟ 3. أُفسِّر: ما سبب التغيرات التي لاحظْتُها؟ 4. أتنبَّأ: ما تأثير زيادة مدَّة الإضاءة في عملية البناء الضوئي؟

1. يُضاف محلول كاشف ازرق البروموفينول، للاستدلال على حدوث عملية البناء الضوئي، في بداية التجربة وعند النفخ في المحلول، يتم إضافة غاز ثاني أكسيد الكربون، ما يخفض من الرقم الهيدروجيني للمحلول، وبذا يظهر محلول أزرق البروموفينول بلون أصفر إلى أصفر مخضر، ومع حدوث عملية البناء الضوئي، يستهلك النبات غاز ثاني أكسيد الكربون ما يقلل من تركيزه في الماء، وبذا يرتفع الرقم الهيدروجيني، ويعود لون محلول أزرق البروموفينول إلى اللون الأزرق. 2. يجب ملاحظة أن الأنبوب الذي تغير فيه لون محلول أزرق البروموفينول إلى اللون الأزرق مرة أخرى في الأنبوب غير المغلف بورق الألمنيوم. وعدم تغير اللون في الأنبوب المغطى، ولا في الأنبوب الضابط. 3-تغير لون محلول أزرق البروموفينول إلى اللون الأزرق في الأنبوب غير المغلف بورق الألمنيوم 3 حيث سمح ذلك بوصول أشعة الشمس اللازمة لعملية البناء الضوئي، ولم يتغير اللون في الأنبوب المغطى بسبب تعذر وصول أشعة الشمس، ولا في الأنبوب الضابط لعدم وجود نبات الايلوديا. 4. قد يزيد معدل عمليات البناء الضوئي مع زيادة مدة الإضاءة.

 

ابحث في مصادر المعرفة المناسبة عن الشِّعاب المرجانية من حيث: كيفية تشكُّلها، وأهميتها بوصفها أنظمة بيئية بحرية، وظاهرة ابيضاض الشِّعاب المرجانية، ثم أبحث عن تجارب الأردن
في المحافظة على الشِّعاب المرجانية في خليج العقبة، ثم أكتب تقريرا عن ذلك، ثم أقرأه أمام زملائي/زميلاتي في الصف.

الحيود المرجانية: الحيود المرجانية أنظمة بيئية تتكون من هياكل المرجان الصلبة والمصنوعة من كربونات الكالسيوم. وتوجد في الأعماق بين 200 m1500 m، ودرجات حرارة بين $°$30C$°$-20C. تبدأ الحيود المرجانية بالتشكل عندما تستقر الأطوار اليرقية للمرجان على سطح صلب على حواف الجزر والقارات. ثم تبدأ بالنمو على طول الساحل مشكلة إطار مرجاني، أنظر الشكل، ومع استمرار نمو المرجان يتكون حاجز مرجاني، انظر الشكل، وإذا استقرت الأطوار اليرقية للمرجان حول جزيرة بركانية، تتكون الجزر المرجانية الحلقية، أنظر الشكل. يربط بعض أنواع الطحالب وحيدة الخلية مع حيوان المرجان علاقة تكافلية، تتزود من خلالها خلايا المرجان بالمواد العضوية. كما يعيش بعض الأنواع عديدة الخلايا من الطحالب في الحيود المرجانية، مثل الطحالب الحمراء والخضراء. وتضم الحيود المرجانية عددًا من الأشكال الحيوانية مثل الجوفمعويات، وبعض الأسماك. يتأثر النظام البيئي في الحيود المرجانية ببعض أنماط السلوك البشري السلبية كجمع المرجان، والاحترار العالمي، والتلوث وزيادة حموضة مياه البحر التي تسبب ظاهرة ابيضاض الشعب المرجانية انظر الشكل. ومن مبادرات الأردن إيجاد شعاب اصطناعية كدراسة استطلاعية حول إمكانية التوسع في هذا الإجراء، كما اكتشف الباحثون في العام 2020 م أن بعض الشعاب المرجانية في خليج العقبة يمكن أن تتحمل درجات الحرارة القصوى، لذا يركز الباحثون على تعزيز التكاثر الطبيعي للمستعمرات المرجانية التي أظهرت قدرة أكبر على تحمل الحرارة، فبمجرد تحديد الشعاب المرجانية التي يمكن أن تعيش بشكل طبيعي في البيئات الأكثر دفئا يعمل الباحثون على تسريع التبادل الجيني الذي يحدث عادة على مدى آلاف السنين مما يمنح الشعاب المرجانية فرصة لمواكبة التغير السريع للمناخ، ومن خلال تحفيز التلقيح بين الشعاب المرجانية المقاومة للحرارة، بدل ز ا رعة أنواع متعددة من المرجان نفسه في طبق بتري، يتم الحفاظ على التنوع الجيني الذي يحمي الشعاب من الانقراض. كما يحرص الباحثون على أن تكون مستعمرات الشعاب المرجانية قريبة بدرجة كافية من بعضها البعض حتى يحدث التكاثر.

 

المناطق البيئية في الأنظمة البيئية البحرية
Marine Ecoregions

تتوزَّع الكائنات الحية في الأنظمة البيئية البحرية على مناطق بيئية عدَّة، منها: منطقة المد، والمنطقة الضحلة، ومنطقة المياه المفتوحة، ومنطقة القاع.

خصائص المناطق البيئية في الأنظمة البيئية البحرية
	العوامل غير الحيوية	العوامــــــــــــل الحيـــــــــــــــــــــــــــــــــوية		أثر النشاط البشري	أمثلة
		المنتجات	أنواع الحيوانات
منطقة المد	- أرضها صخرية، أو رملية. - مياه المد تغمرها مرَّتين يوميا. - عرضة للتغيُّرات في درجة الحرارة ونسبة الملوحة. - غنية بالأكسجين والمغذيات.	- الطحالب البحرية. - الأعشاب البحرية.	- الإسفنج. - شقائق نعمان البحر. - شوكيات الجلد. - الأسماك الصغيرة. - الديدان. - الرخويات، مثل المحار. - القشريات.	- التلوُّث بمواد مختلفة، مثل النفط. - بناء الحواجز للحدِّ من عملية الَحتِّ الموجي التي أثَّرت سلبا في الأنظمة البيئية.
المنطقة الضحلة	- إحاطتها بحافات القارات، وامتدادها حتى عمق 200 m. - مياهها دافئة.	- غابات عشب البحر.	- الأسماك. - اللافقاريات الصغيرة الحجم التي تعدُّ مصدر غذاء للسلاحف البحرية.	- التلوُّث.
منطقة المياه المفتوحة	- مياهها صافية، وغنية بالأكسجين. - المغذيات فيها أقل منها في المنطقة الضحلة. - حدوث الانقلاب الفصلي للماء فيها في فصلي الربيع والخريف. - عمق مياهها يصل إلى 200 m في المناطق القريبة، ويتراوح بين 200 m و 1000 m في المناطق العميقة، وبين 4000 m و 10000 m في الأعماق السحيقة.	- العوالق النباتية. - البكتيريا الذاتية التغذية.	- العوالق الحيوانية. - القشريات. - قناديل البحر. - بعض اللافقاريات. - الحبار. - الثدييات البحرية، مثل الحيتان.	- التلوُّث. - انخفاض الرقم الهيدروجيني للمياه. - الاحترار العالمي.
منطقة القاع	- أدنى منطقة بيئية في المسطح المائي، وهي تمتد من المناطق الضحلة إلى أعمق بقعة في المحيط. - الأكسجين الذائب في مياهها يكفي لتنفُّس الكائنات الحية. - تكوُّنها من رسوبيات ناعمة.	- الطحالب في المناطق التي يصلها ضوء الشمس. - الكائنات الحية التي تحصل على غذائها بالبناء الكيميائي في المناطق التي لا يصلها ضوء الشمس حول الفتحات الحرارية المائية.	- اللافقاريات. - الأسماك. - الديدان الأنبوبية. - المفصليات. - شوكيات الجلد.	- التلوُّث.

 

أفكّر: لماذا تكون نسبة المغذِّيات في منطقة المياه المفتوحة أقل منها في المنطقة الضحلة؟

- تكون المغذيات في منطقة المياه المفتوحة أقل منها في المنطقة الضحلة بسبب عدم وصول أشعة الشمس إلى مياهها فلا تنمو فيها النباتات وتكون مياهها باردة ما يقلل من عدد الكائنات الحية التي تعيش فيها.

أتحقَّق: أقارن بين منطقة المد، والمنطقة الضحلة، ومنطقة المياه المفتوحة من حيث أنواع المنتِجات الموجودة في كلٍّ منها.

- المنتجات في منطقة المد هي الطحالب والأعشاب البحرية، وفي المنطقة الضحلة تكون غابات عشب البحر ما في المياه المفتوحة فهي العوالق النباتية والبكتيريا ذاتية التغذية.