خصائص مياه المحيطات

خصائص مياه المحيطات

تجربة استهلالية: توزيع المحيطات على سطح الأرض. يتكونُ سطح الأرض من مجموعة من القارات تحيط بها المسطحات المائية المختلفة من بحار ومحيطات، وقد أظهرت صور الأقمار الصناعية أو المركبات الفضائية المحيطات وهي تغطي مساحات واسعة من الأرض. فما نسبة مساحة المحيطات على سطح الأرض؟ الموادُّ والأدواتُ: خريطةٌ صماءُ للعالمِ، مسطرةٌ، قلمٌ. خطوات العمل: 1- أُقسّم -باستخدام المسطرة والقلم- خريطة العالم الصماء إلى مربعاتٍ متساويةٍ، وأحسب عددها، وأسجّله في جدولٍ. 2- أعد المربعات التي تحتوي القاراتِ بشكلٍ كامل، وأسجّل عددها في الجدولِ. 3- أعد المربعات التي تحتوي جزءًا من القارةِ - آخذًا بالحسبانِ تقريب المساحات- بحيث تمثّلُ مربعات كاملةً، وأسجّلُ عددها في الجدولِ. 4- أجمع المربعات التي حصلت عليها في الخطوتيْنِ السابقتين. 5- أكرّرُ الخطوات ( 4،3،2 ) للمناطق المغطاة بالبحار والمحيطات. التحليلُ والاستنتاجُ: 1- أحسبُ نسبةَ مساحةِ اليابسةِ على سطحِ الأرض. سيختلف عدد المربعات التي تمثل اليابسة، وعدد المربعات الكلي بحسب طول ضلع المربع الذي يرسمه الطلبة، ولكن يجب أن تكون نسبة اليابسة قريبة من 29%. 2- أحسبُ نسبةَ مساحةِ المحيطاتِ والبحارِ على سطحِ الأرض. سيختلف عدد المربعات التي تمثل البحار والمحيطات، وعدد المربعات الكلي بحسب طول ضلع المربع الذي يرسمه الطلبة، ولكن يجب أن تكون نسبة البحار والمحيطات قريبة من 71%. 3- ألاحظُ: أيُّ جزأَيْ سطحِ الأرضِ أجدُ مساحةَ البحارِ والمحيطاتِ فيهِ أكبرُ: الشماليُّ أمِ الجنوبيُّ؟ في الجزء الجنوبي. 4- أحددُ: إذا علمتُ أنَّ مساحةَ الكرةِ الأرضيةِ تساوي$510.072.000 K{m}^2$ ؛ فما المساحةُ التقريبية لكل من: اليابسة والمسطحات المائية؟ مساحة اليابسة= مساحة الكرة الأرضية × نسبة اليابسة = 510.072.000 × 0.29 = $147920880 km2$

 

توزُّع المحيطاتِ على سطحِ الأرضِ Oceans Distribution on the Earth’s Surface
تُشكّل المحيطاتُ حوالي % 71 منْ مساحةِ سطح الأرض، ويوجدُ معظمُها في الجزء الجنوبي من سطحِ الأرضِ، وترتبط المحيطات ببعضِها مُشكّلة جسما واحدًا يحيط بالقارات، ويوضح الشكل الآتي المحيطات الرئيسة على سطح الأرض، وهيَ: المحيطُ الهادي، والمحيطُ الأطلسيُّ، والمحيطُ الهنديُّ. ويوجد أيضًا محيطان أحدهما بالقرب من القطب الجنوبيِّ يسمى المحيط المتجمد الجنوبي، والآخر بالقرب من القطبِ الشمالي يُسمّى المحيطَ المتجمد الشمالي.

 

 

يعد  المحيطُ الهادي أكبرَ المحيطاتِ مساحةً (تساوي مساحتُهُ وحدَهُ تقريبًا نصفَ مساحةِ المحيطاتِ جميعِها)، ثمَّ المحيطُ الأطلسيُ فالمحيطُ الهنديُّ.

وأصغر المحيطات مساحة هو المحيط المتجمد الشمالي.

أتحقق: أرتب المحيطات من الاكبر مساحة إلى الاقل مساحة.

مساحة المحيطات من الأكبرإلى الأصغر: المحيط الهادي، المحيط الأطلسي، المحيط الهندي، المحيط المتجمد الجنوبي، المحيط المتجمد الشمالي.

مكوناتُ مياهِ المحيطِاتِ Compositions of Oceans Water
تتكونُ مياهُ المحيطِاتِ منْ موادَّ ذائبةٍ وموادَّ غيرِ ذائبةٍ.

المواد الذائبة:

- أيوناتِ العناصرِ المكونةِ للأملاحِ، وبخاصة عناصر الكلور والصوديوم والمغنيسيوم.

- غازاتٍ منها الأكسجين وثاني أكسيد الكربون.

- موادَّ عضويةٍ مثل بعض الأحماض الأمينية.

المواد غير الذائبة:

المواد الصلبة

ختلفُ كمياتُ هذهِ الموادِّ منْ منطقةٍ إلى أخرى في المحيطاتِ؛ اعتمادًا على:

- الحركةِ الرأسيةِ للمياه.

- حركةِ الأمواج.

- نشاط الكائنات الحية.

 

خصائصُ مياهِ المحيطاتِ Properties of Oceans water
تتصفُ مياهُ المحيطاتِ بعددٍ منَ الخصائصِ، وهي:

- خصائصُ كيميائيةٌ، مثلُ: الملوحة.

- خصائصُ فيزيائيةٌ، مثلُ: درجةِ الحرارةِ والكثافةُ.

الملوحةُ Salinity
الملوحةُ Salinity: هي مجموعُ كمياتِ الموادِّ الصلبةِ الذائبةِ في الماءِ، ويُعبِّرُ علماءُ المحيطاتِ عنِ الملوحةِ بأنَّها النسبةُ بينَ كتلةِ الموادِّ الذائبةِ مقيسةً بالغرامِ إلى كتلةِ ( 1) كيلوغرامٍ منَ الماءِ.

- تقاس الملوحة بوحدةِ ( g/Kg ).

- يعبَّرُ عنْها بوحداتِ قياسٍ مختلفةٍ منْها جزءٌ منَ الألفِ (‰) أوْ نسبةٌ مئويةٌ (%).

يساوي متوسطُ الملوحة لمياه المحيط ‰ 35 أوْ % 3.5 .

ويوضحُ الشكل الآتي نسب أيونات العناصر الرئيسةِ الذائبةِ في $1 Kg$ منْ مياهِ المحيطات التي تسهمُ في الملوحةِ. نلاحظ أن أكثر أيونات العناصر وفرة في مياهِ المحيطاتِ هيَ أيوناتُ الكلورِ، ومنْ ثَمَّ أيوناتُ الصوديومُ، وهذا يفسرُ سببَ وفرةِ أملاحِ كلوريدِ الصوديومِ (ملحِ الطعامِ) في مياهِ المحيطاتِ.

 

   

سؤال الشكل (2): أحدد أي الأيونات الأكثر نسبة في مياه المحيطات؟

أيونات الكلور ثم أيونات الصوديوم

ويوضحُ الجدول الآتي نسب الأملاح في مياهِ المحيطاتِ.   

الملح	النسبة المئوية %
كلوريد الصوديوم	2.6
كلوريد المغنيسيوم	0.3
كبريتات المغنيسيوم	0.2
كبريتات الكالسيوم	0.1
كلوريد البوتاسيوم	0.1
بروميد البوتاسيوم	0.01
عناصر أخرى	0.01

            

 

مصادرُ أملاحِ مياهِ المحيطات Sources of Oceans Salts
ما المصادرُ الأساسيةُ للأملاحِ الذائبةِ في المحيطاتِ؟ 

- البراكين الموجودة تحت الماء، حيث تنبعث من البراكين مواد محددة وخاصة ثاني أكسيد الكبريت وغاز الكلور اللَّذينِ يذوبانِ في المياهِ مكوِّنيْن أيوناتِ الكبريتات وأيونات الكلور. -التجويةُ الكيميائيةُ لمعادن صخور القشرة الأرضية، ومنها معدن الفلسبار حيث تصل معظم الأيونات الذائبة في مياهِ المحيطِ، ومنها: الصوديوم والكالسيوم إلى المحيطِ بواسطةِ مياهِ الأنهارِ والجداولِ.

العملياتُ المؤثرةُ في الملوحةِ Processing Affecting Salinity
على الرغم من أن متوسط ملوحة مياه المحيطات يساوي، ‰ 35 ، إلا أنَّ الملوحةَ الفعليةَ تتغير من مكان إلى آخر، وتتراوحُ الملوحةُ السطحيةُ في مياهِ المحيطاتِ عادةً ما

بين ‰ 33 إلى ‰ 38.

وتؤثر في الملوحة عمليات مختلفة، منْها:

- الهطل: في عملية الهطل تضاف كميات كبيرة من المياه العذبة إلى مياه المحيطات؛ مما يؤدي إلى تقليلِ الملوحةِ. كما يحدثُ في المناطقِ الاستوائيةِ؛ حيث نجد أن درجة الملوحة هناكَ أقلُّ منَ المعدلِ وتساوي تقريبًا ‰ 34.

- التبخر: تزدادُ الملوحة بسبب عملية التبخر كما في المناطق شبه المدارية التي يتجاوزُ فيها معدلُ التبخرِ معدل الهطل، حيث تصل الملوحة في الطبقات السطحية للمحيط هناك حوالي ‰ 37

- تشكل الجليد:  تزداد الملوحة بسبب تشكُّلِ الجليدِ في الشتاء في المناطق القطبية؛ فعندما تتجمد مياه المحيط السطحية تتبقى الأملاح، وتزداد ملوحة المياه المتبقيةِ.

- انصهار الجليد: تقل الملوحةُ في فصل الصيف في المناطق القطبية بسبب انصهار الجليد.

والشكل الآتي يمثلُ توزيع نسب الملوحة في العالمِ.

أتحقق: أحدد العمليات التي تؤثر في ملوحة المياه؟

العمليات التي تقلل الملوحة هي: الهطل عند دائرة الاستواء، وانصهار الجليد عند الأقطاب في فصل الصيف.

العمليات التي تزيد من الملوحة هي: التبخر في فصل الصيف في المناطق شبه المدارية، وتشكل الجليد في فصل الشتاء في المناطق القطبية.

درجةُ حرارةِ مياهِ المحيطاتِ Oceans Water Temperature
تختلف درجة حرارة مياه المحيطات، على ماذا تعتمد؟

- على موقعها بالنسبة إلى دوائر العرض، وتتراوح درجات حرارة سطح المحيط من$-2{ }^{o}C$في المناطقِ القطبيةِ إلى حوالي $30{ }^{o}C$ في المناطقِ الاستوائيةِ، ويبلغ متوسط درجة حرارة مياه المحيط حوالي $15{ }^{o}C$.

- على العمقُ، فيؤثر العمق في درجةِ حرارةِ مياهِ المحيط، فتقلُّ درجة حرارة المياه مع العمق، ولهذا؛فإن المياه في أعماق المحيطات دائما باردة حتى في المناطق الاستوائية. 

- حسب الوقت الذي قيست فيه من السنة.

نشاط: تغير درجة حرارة المحيط مع العمق تتأثر درجة حرارة مياه المحيطات بحسب الموقع نسبة إلى دوائر العرضِ؛ لذلك تختلف درجات الحرارة في المناطق القطبية عنها في المناطقِ الاستوائيةِ، كذلكَ تختلف درجة الحرارة مع العمق، فكيف يكون ذلك؟ وما شكل الرسم البيانيِّ الذي يمثّلُها؟ الموادُّ والأدواتُ: خريطةٌ تمثّل التوزيع الرأسي لدرجة الحرارةِ في المحيطِ الهادي في فصلِ الصيفِ، ورقُ رسمٍ بيانيٍّ أوْ برمجيةُ ( excel)، قلمُ رصاصٍ، مسطرةٌ. خطواتُ العملِ: 1- أُنشئُ رسمًا بيانيًّا للعلاقةِ بينَ درجةِ الحرارةِ والعمقِ بحيثُ يمثلُ المحورُ الأفقيُّ درجةَ الحرارةِ، والمحورُ العموديُّ العمقَ مستخدمًا برمجيةَ ( excel ) أوْ ورقَ رسمٍ بيانيٍّ عن طريقِ تطبيقِ الخطواتِ الآتيةِ: أ - ألاحظُ الخط (A) الذي يمثّلُ دائرةَ العرضِ صفرٍ (دائرةُ الاستواء) الذي يمتدُّ بشكلٍ رأسيٍّ على خريطةِ توزيعِ درجةِ حرارةِ مياهِ المحيطِ. ب- أُمثلُ درجةَ حرارةِ مياهِ المحيطِ نسبةً إلى العمقِ على الرسمِ البيانيِّ؛ وذلك عن طريقِ تحديدِ قيمةِ نقطةِ تقاطعِ خطوطِ تساوي درجةَ الحرارةِ معَ الخطِّ ( A)، وتحديدِ العمقِ المُمثّلِ لكلٍّ منْها، ثمّ أرسُمُها على الرسمِ البيانيِّ. ج- أَصلُ بينَ النقاطِ للحصولِ على رسمٍ بيانيٍّ. 2. أكرّرُ الخطواتِ(أ ، ب ، ج ) باستخدامِ الخطِّ ( B) الذي يمثلُ دائرةَ العرضِ 70°  جنوبًا (المنطقةَ القطبية) الذي يمتدُّ بشكلٍ رأسيٍّ على خريطةِ توزيعِ درجةِ حرارةِ مياهِ المحيطِ. التحليلُ والاستنتاجُ: 1 - أحدّدُ قيمة أعلى درجةِ حرارةٍ للمياهِ، وعمقها، وأدنى (أقلِّ) درجة، وعمقَها عندَ دائرةِ العرضِ صفرٍ. أعلى درجة حرارة عند دائرة عرض صفر هي ( $20°C$ )، وتقع على عمق 150m،  وأدنى درجة حرارة عند دائرة عرض صفر هي ( $1°C$) وتقع على عمق 2300m. 2- أحدّدُ قيمة أعلى درجةِ حرارةٍ للمياهِ، وعمقها، وأدنى درجة، وعمقَهاعندَ دائرةِ العرضِ . أعلى درجة حرارة عند دائرة عرض ° 70 هي تقريبًا ($1°C$ )، وتقع من سطح مياه المحيط وتمتد الى الأسفل حتى تصل تقريبا إلى عمق 200m، وأدنى درجة حرارة عند دائرةعرض 70° هي $-1°C$ وتقع على عمق 1200m. 3- أقارنُ بين منحنى توزيعِ درجةِ الحرارة مع العمق في كلا الموقعين.  عند خط الاستواء تتناقص درجات الحرارة مع العمق بشكل تدريجي حتى عمق حوالي 800m، ثم يصبح تغير درجة الحرارة مع العمق قليلا ليصل $-1°C$ على عمق 2200m، ثم تثبت مع العمق. بينما تكون درجات حرارة المياه السطحية في المناطق القطبية منخفضة، وتساوي تقريبا $1°C$، وعند عمق 1200m تصبح ( $-1°C$) تقريبا وتثبت مع العمق. 4- أستنتجُ أكثرَ الأماكنِ ملوحةً في مياهِ المحيطِ؛ اعتمادًا على منحنى درجة الحرارة. تنخفض قيم الملوحة مع العمق مع انخفاض درجة الحرارة، ولكن بما أن الخريطة تمثل توزيع درجة الحرارة في الصيف فإن هناك عوامل أخرى تؤثر في الملوحة منها: انصهار الجليد عند الأقطاب؛ لذلك قد يحدث تغير في قيم الملوحة مع العمق في الأقطاب؛ بحيث تزداد الملوحة قليلً مع العمق ثم تثبت.

 

يتبيّنُ مما سبقَ أنَّ درجةَ الحرارةِ بالقربِ منْ دائرةِ الإستواءِ في فصلِ الصيفِ تكون بشكل عام مرتفعة نسبيا في طبقة المياه السطحية التي تصلُ إلى حوالي $200 m$، ثمَّ تتناقصُ بشكلٍ كبيرٍ حتى عمقِ $1000 m$، ثمَّ تثبتُ بعدَ هذا العمقِ وتتراوح بين ( 1 ^o إلى 4 ^o ) سلسيوس. أما في المنطقة القطبية فتكون درجة الحرارة منخفضة وثابتة نسبيًّا، وتتراوح بين

( 1 ^o إلى -1 ^o ) سلسيوس.

كثافةُ مياهِ المحيطاتِ Oceans Water Density
تعدُّ الكثافةُ إحدى الخصائصِ الفيزيائيةِ المهمةِ لمياه المحيطات، وتؤدي إلى حركة المياه ونشوء تيارات محيطية مختلفة.

تعتمدُ كثافةُ مياهِ المحيطِ على عامليْنِ رئيسيْنِ، هما: الملوحةُ ودرجةُ الحرارةِ.

كيف تختلف كثافة المياه باختلاف ملوحتها؟
تزدادُ الكثافةُ بزيادةِ الملوحةِ، فكثافةُ المياهِ النقيةِ تساوي$1.00 g/c{m}^3$ بينَما يبلغُ متوسطُ كثافةِ مياهِ المحيطاتِ حوالي $1.025 g/c{m}^3$ بسببِ ذوبانِ أيوناتِ الأملاحِ فيها. وكلَّما زادتِ الملوحةُ زادتِ الكثافةُ. 

كيف تؤثرُ درجة حرارة المياه في الكثافةِ؟

المياهُ الباردةُ أكثرُ كثافةً منِ المياهِ الدافئةِ؛ لذلك تتحرك المياه الباردة إلى أسفل المياه الدافئة لأن كثافتها أكبر.

أتحقق: أفسرُ كيفيّةَ تأثير الملوحةِ في كثافةِ مياهِ المحيطاتِ.

كلما زادت الملوحة زادت كثافة مياه المحيطات.

طبقاتُ المحيطِ Ocean Layers
قسَّمَ علماءُ المحيطاتِ مياهَ المحيطِ رأسيًّا؛ اعتمادًا على التغيرِ في الكثافةِ إلى ثلاثِ طبقاتٍ رئيسةٍ في معظمِ المحيطاتِ، يُسمّى كلٌّ منْها نطاقًا، وهي:

- النطاقُ المختلطُ (الطبقةُ السطحيةُ) Mixed Zone: يمثلُ هذا النطاقُ الطبقةَ السطحيةَ منَ المحيطاتِ التي تتأثرُ بأشعة الشمس، وتعمل حركة الأمواج البحرية على خلط المياه فيها. يتميز هذا النطاق بتجانس الكثافة وارتفاع درجة الحرارة فيه. ويمتدُّ إلى حوالي $300 m$ ، ويمثلُ حوالي % 2 منْ مياهِ المحيطِ. 

- النطاقُ الانتقاليُّ Transition Zone: يمتد هذا النطاق من نهاية النطاق المختلط إلى حوالي $1000 m$ حيثُ تنخفض درجة الحرارة فيه بشكل مفاجئ وسريع مع العمق. ويُسمّى هذا النطاقُ طبقةَ الميلِ الحراريِّ Thermocline ، ويمثلُ حوالي % 18 منْ مياهِ المحيطِ.

- النطاقُ العميقُ Deep Zone: يقع هذا النطاق أسفل النطاق الانتقالي حيث لا تصل أشعة الشمس إليه، لذلك يتميز هذا النطاق من المحيط بأنَّه طبقة باردة ومظلمة، ودرجة الحرارة فيها قريبة من درجة التجمد. ونتيجة لذلك؛ فإنَّ كثافةَ الماء تبقى ثابتةً ومرتفعةً في هذهِ الطبقةِ. ويمثلُ هذا النطاقُ حوالي % 80 منْ مياهِ المحيطِ.

سؤال الشكل (4): أوضحُ خصائصَ النطاقِ الانتقاليِّ.

تنخفض فيه درجة الحرارة بشكل مفاجئ وسريع مع العمق.

أتحقق: أذكر الانطقة الرئيسة لمياه المحيطات في المناطق الاستوائية.

النطاق المختلط، والنطاق الانتقالي، والنطاق العميق.

أبحثُ: كيفَ تتغيرُ درجةُ حرارةِ مياهِ المحيطِ في المناطق المعتدلة (دائرةُ العرضِ 40o )؟ أبحثُ في مصادر المعرفة المختلفة ثم أقارن النتائج التي توصلت إليها بدرجة حرارة مياه المحيط في كلٍّ منْ: دائرةِ الاستواءِ والمناطقِ القطبيةِ. إن تغير درجة الحرارة في المناطق المعتدلة يشابه التغير الذي يحصل في المناطق الاستوائية، ولكن ستكون درجات الحرارة قريبًا من سطح المحيط في المناطق المعتدلة أقل ولا تتعدى ($15°C$).

 

أفكر هلْ تتشكل النطاقات الثلاثة في منطقتَي القطبينِ الشماليِّ والجنوبيِّ؟ ولماذا؟ أدرسُ الشكلَ (4) وأحدد عدد النطاقات في الأقطاب، وأفسّر سبب ذلك، ثم أعرض ما توصلت إليهِ أمامَ زملائي في الصفِّ. لا تتشكل الطبقات الثلاث في مناطق الأقطاب، لأن درجة حرارة الماء عند القطبين تقريبا ثابتة ومتساوية، فلا يظهر التمايز في درجات الحرارة كما في باقي المناطق، فتظهر أشبه بطبقة واحدة.