علوم الأرض والجيولوجيا

جيوكيمياء مياه البحار

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الثاني

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

جيوكيمياء مياه البحار مياه البحار البحار علوم الأرض والجيولوجيا

تتراوح كمية الأملاح المذابة في مياه المحيطات المفتوحة بين 32 ألف و 37 ألف جزء في المليون. يعكس هذا المدى تخفيف مياه البحار بوساطة الأمطار وكذلك التركيز بوساطة البخر.

وتسود أملاح البحار أيونات الكلوريد، الصوديوم، الكبريتات، المغنسيوم، الكلسيوم والبوتاسيوم (جدول 1) توجد جميع هذه الأملاح ما عدا الكالسيوم، بنسب ثابتة تقريباً في كل المحيطات.

وتظهر عناصر أخرى مثل البورون، البروم والفلورين بسنب ثابتة بالنسبة للكلوريد، ولكن نسب الكلوريد إلى عناصر عديدة أخرى تختلف بشكل محسوس.

 

ترجع معظم الاختلافات في تركيب مياه البحار إلى إزالة بعض العناصر بوساطة الكائنات الحية التي تعيش في المياه السطحية للبحار، وإلى إطلاق سراحها بعد ذلك عندما تتحطم الحبيبات الحيوية المتكونة عندما تغطس إلى المياه العميقة.

ويستثنى من هذه القاعدة الغازات المذابة التي يزداد ذوبانها وتركيزها في مياه البحار السطحية بانخفاض درجات الحرارة.

يمكن للنباتات البحرية أن تعيش فقط في المياه السطحية البحرية ، حيث يتوافر الضوء الكافي لعملية البناء الضوئي . وتعطي هذه الكائنات الحية الأكسجين وتستخرج ثاني أكسيد الكربون والنيترات المذاب والفوسفات من مياه البحار لتكوّن المواد العضوية.

 

وبالإضافة إلى ذلك فإن بعض  النباتات تفرز حبيبات صلبة من كربونات الكالسيوم (CaCa3) أو السيليكا الآبالية SiO2-(H2O)n .

وتستهلك الحيوانات النباتات البحرية . ويستخرج بعض هذه الحيوانات الكالسيوم المذاب والبيكربونات  والسيليكا لعمل الأصداف والأجزاء الصلبة الأخرى .

وعند موت هذه الأحياء تتحطم المواد العضوية بفعل البكتيريا ، ويطلق سراح النيتروجين والفوسفور وثاني أكسيد الكربون مرّة أخرى من الحيوانات الميتة إلى عمود الماء في الأعماق ويستهلك الأكسجين المذاب .

 

وتفتقر مياه المحيطات في السيليكا الأوبالية ، وتذاب بعض هذه الحبيبات ويطلق سراح السيليكا المذابة عند موت الكائن الحي الحامل لها ويتجمع البعض الآخر عند قاع البحار مكوناً تجمعات نزرية أو أوزرية (Oozes) سيليكاتية .

أما الحبيبات الكربوناتية فإنها تكون ثابتة في المياه السطحية فوق المشبعة ، وتتجمع في المياه الضحلة في قاع البحار ، بينما تكون المياه العميقة غير مشبعة نظراً لازدياد الضغط ، وعند عمق حوالي 4 كيلومترات تكون درجة عدم التشبع عالية ، بما يكفي للإذابة السريعة للكربونات .

وعلى هذا فإنه يحدث افتقار كامل في النيتروجين والفوسفور والسيليكون في المياه السطحية استجابة للعوامل الحيوية ، ويحدث ازدهار للنباتات البحرية فقط في وجود تيارات تنقية من القاع لتجديد المياه السطحية ، وتزويدها بالعناصر التي تجدد الحياة فيها.

 

وتوجد العناصر التالية بكميات ضئيلة جداً في المياه السطحية – الكربون ، النحاس ، النيكل ، الكادميوم ، الكلسيوم ، الاسترنشيوم ، الباريوم ، والراديوم .

وتفتقر مياه قاع البحار للأحواض المغلقة وغير المتجددة كلية إلى الأكسجين المذاب .

فالتنفس اللاهوائي في المياه غير المؤكسدة يختزل الكبريتات مكوناً كبريتيد الهيدروجين ، ويصبح الحديد والمنجنيز أكثر ذوباناً ويزداد تركيزهما بينما تترسب بعض الفلزات الأخرى مثل النحاس على شكل كبريتيدات .

 

موازنة الكتلة  Mass Balance  :

فسرت الوفرة النسبية المنتظمة للمواد المعدنية في رواسب المتبخرات البحرية الحديثة والقديمة ، بمعنى أن تركيزات المكونات الرئيسية في مياه البحر نادراً ما تكون أكثر من ضعف أو أقل من نصف تركيزاتها الحالية خلال 700 x 10 6 عام مضت . 

فلقد اعتبرت المحيطات في البداية نظاماً في حالة استقرار بمعنى أن معدل إزالة عنصـر مذاب ما يتساوى مع معدل الإضافة لهذا العنصـر من القارات ومن الجو ومن قاع البحر .

وينعكس معدل دورة عنصـر ما في المحيطات على زمن بقائه في الماء (زمن الاستضافة) والذي يتمثل في معدل مدى الزمن لذرة العنصـر الذي يقضيه في البحر ، من وقت دخوله ووقت خروجه من المياه .

 

ويمكن حساب زمن البقاء بقسمة الكتلة الكلية للعنصـر (بالجرام) في المحيطات على معدل ما يضاف منه أو على معدل ما يزال منه (جرام في السنة) .

ويقاس زمن البقاء الطويل لعناصر الصوديوم والكلور والبروم بحوالي 810 عام ، والزمن الأقل لعناصر الألومنيوم والحديد والتيتانيوم بحوالي 10 2 عام .

ويقدر عمر المحيطات بحوالي 3,5 x 910 عام على الأقل وبالتالي فهو أعلى من أي زمن استضافة أو بقاء للعناصر . ولا يختزن ماء البحر المكونات المذابة القادمة إليه إلى مالا نهاية . ولكنه يعمل ببساطة كمحطة مؤقتة للمواد المارة خلال الغلاف المائي .

 

ويمكن التوصل إلى قياس معقول لحساب موازنة الكتلة الجيوكيميائية للمحيطات وذلك من واقع معدل اضافة المواد من القارات والغلاف الجوي إلى المحيطات ويساعد في ذلك أننا نتفهم الآن معظم العمليات التي تؤدي إلى إزالة العناصر من مياه البحر. 

مثلاً تتم إزالة بعض من السيليكا المذابة والكلسيوم وبعض العناصر الأخرى بصفة دائمة من مياه البحر بالترسيب الحيوي للسيليكا الأوبالية وكربونات الكلسيوم ، في حين يتركز النيتروجين والفوسفور والنحاس مباشرة بوساطة الكائنات الحية في المواد العضوية ، ويمكن أن تتجمع على هذه الصورة في الرواسب البحرية .

كذلك فإن كمية كبيرة من الفلزات الثقيلة تزال من المياه بامتصاصها على سطح حبيبات عضوية أو أكاسيد المعادن . كما تزال كل المكونات المذابة بدرجات متفاوتة عندما تحبس مياه البحر في مسامات الرسوبيات البحرية أثناء الترسيب .

 

ومن بين العمليات غير المفهومة تماماً والتي تنظم موازنة الكتلة للمحيطات ، تلك العمليات التي تتحكم في إزالة العناصر ذات زمن البقاء الطويل في المياه مثل الكاتيونات الرئيسية التي تشمل الصوديوم والبوتاسيوم والمغنسيوم .

وفي أوائل الستينيات كان يعتقد أن تركيب مياه البحر يتحكم فيه الاتزان الديناميكي الحراري بين الغلاف الجوي ومياه البحر ، وكربونات الكلسيوم ومجموعة من أطوار المعادن السيليكاتية .

وقد أدى ذلك إلى افتراض آخر وهو أن إزالة الكاتيونات الرئيسية والسيليكا المذابة والبيكربونات تتم بصفة مستمرة بواسطة عملية "التجوية العكسية " ، التي يتم خلالها تفاعل هذه المكونات مع معادن سيليكات الألومنيوم القادمة مع الحمل المعلق في الأنهار ، مكونة ايليت وكلوريت ومونتموريلونيت

 

وهذا التفاعل بالضـرورة يجب أن يكون عكس التفاعل رقم (4) المشار إليه سابقاً . وقد أخفقت الدراسات الحقلية والمختبرية في التعرف على التجوية العكسية كعملية مؤثرة .

ويعتقد الآن أن تفاعل معادن السيليكات مع مياه البحر في ظروف درجات الحرارة البحرية العادية (2-30°س)

بطيء جداً لدرجة تجعله قد لا يؤثر في تركيب مياه البحر . ومن التفسيرات الأخرى والأكثر احتمالاً للتفاعل بين السيليكات ومياه البحر أن مرتفعات وحواف وسط المحيط تعتبر الأماكن الأكثر احتمالاً لحدوث تفاعل مؤثر بين مياه البحر والمعادن السيليكاتية.

 

حيث تتسبب درجات الحرارة المرتفعة في إحداث تيارات حمل لمياه البحر إلى أسفل وإلى أعلى خلال الصخور البازلتية المتكونة حديثاً .

وتزداد معدلات التفاعل تحت ظروف الحرارة المرتفعة ، وتزال بعض العناصر مثا المغنسيوم والقلويات من مياه البحر بينما تضاف عناصر أخرى مثل الألومنيوم والكلسيوم . وتلعب العمليات تحت البحرية هذه دوراً رئيسياً في موازنة الكتلة في المحيطات .

مجلة مدار
‫‪حذف الأمراض من حمضنا النووي
ثارت ولادة أول طفلين معدلين جينياً في العالم ضجة كبيرة عام 2018. فقد عُدل الحمض النووي DNA للفتاتين التوأم أثناء عمليات التلقيح الصناعي في المختبر باستخدام تقنية تحرير الجينات كريسبر، وذلك بهدف حمايتهن من فيروس نقص المناعة البشرية HIV. وتستخدم تقنية كريسبر إنزيماً بكتيرياً لاستهداف وقطع تسلسل محدد في حمض نووي. وقد وُضع الباحث الصيني هي جيانكوي He Jiankui، الذي قاد العمل، في السجن لأنه تجاهل إرشادات السلامة ولم يحصل على موافقة واضحة. لكن في ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪اللقاحات القابلة للأكل..
اللقاحات القابلة للأكل تعد بديلا مناسبا للحصول على لقاحات آمنة وفعالة، وهي لقاحات تحتوي على مولد ضد صالح للتناول دول عدة تراهن على الطحالب الدقيقة المعدلة وراثيًا لتطوير لقاح لمرض كوفيد-19 صالح للأكل مستخدمة الهندسة الوراثية د. طارق قابيل أستاذ في كلية العلوم - جامعة القاهرة مصر
     منذ استشراء جائحة فيروس كورونا المستجد المسبب لجائحة كوفيد-19، هرعت كثير من المؤسسات الطبية وحكومات بعض الدول إلى تكثيف البحوث ودعم الدراسات الهادفة ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪إنشاء مستشفيات جديدة في ووهان
ع إبلاغ المستشفيات القائمة عن نقص في الأسرّة بسبب زيادة الطلب الناجم عن انتشار فيروس كورونا السريع، قررت الصين في 24 يناير البدء ببناء مستشفيات جديدة. بعد أقل من أسبوعين، فتحت أبواب المرافق الطبية الجديدة لاستقبال أول المرضى.
أنشئ مستشفيان جديدان في ووهان، عاصمة مقاطعة هوبي، في الأسبوع الأول من شهر فبراير. واستغرق الأمر أقل من أسبوعين للانتقال من وضع حجر الأساس في الموقع إلى البدء باستقبال أول المرضى. والمستشفيان الجديدان - مستشفى ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لماذا تُسبب السمنةُ تفاقمَ مرض كوفيد-19؟
غطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر ومؤسسة هيسينغ-سيمونز Pulitzer Center.
بقلم:     ميريديث وادمان
ترجمة:  مي بورسلي
 
في ربيع هذا العام، بعد أيام من ظهور أعراض تشبه أعراض الإنفلونزا والحمى، وصل رجل إلى غرفة الطوارئ في المركز الطبي بجامعة فيرمونت Vermont Medical Center. كان شابا، في أواخر الثلاثينات من عمره، وكان يعشق زوجته وأطفاله الصغار. وكان يتمتع بصحة جيدة، وقد كرّس ساعات لا نهاية لها في إدارة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الفيروس التاجي يثير التخمينات حول موسم الإنفلونزا
قلم:    كيلي سيرفيك
ترجمة: مي بورسلي
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر  Pulitzer Center ومؤسسة هايسنغ-سيمونز  Heising-Simons Foundation.
في شهر مارس 2020، بينما كان نصف الكرة الجنوبي يستعد لموسم الإنفلونزا الشتوي أثناء محاربة مرض كوفيد-19 COVID-19، وضعت شيريل كوهين Cheryl Cohen -عالمة الأوبئة، وزملاؤها في المعهد الوطني للأمراض المعدية National Institute for Communicable Diseases بجنوب إفريقيا اختصار: ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الإغلاق الوبائي يُنشط البحث البيئي
غطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر  Pulitzer Center ومؤسسة هايسنغ-سيمونز  Heising-Simons Foundation.
بقلم:    إريك ستوكستاد
ترجمة: مي بورسلي
   بعد الإغلاق نتيجة تفشي مرض كوفيد-19 COVID-19 في وقت سابق من هذا العام، مُنع عالم الأحياء إدواردو سيلفا رودريغيز Eduardo Silva-Rodriguez من زيارة مواقعه الميدانية في ريف تشيلي، ونقل بحثه إلى مكان قريب من منزله. وقد أعدّ هو، والباحثون التشيليون الآخرون،  كاميرات ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪تعدين أعماق البحار
قلم: سكوت داتفيلد
يكمن تحت محيطات العالم واحد من أكبر ألغاز الطبيعة، إذ لا يزال معظم قيعان البحار على كوكبنا غير مكتشف، فلم تُسبر أغوار المحيطات بعد بواسطة تكنولوجيا فائق الصوت السونار. ومنذ ستينات القرن العشرين، تساءل الباحثون عن إمكانيات استخراج موارد قيمة من أعماق البحار. والآن، بعد نحو 60 سنة، قد نكون على أعتاب تحوّل حلم تعدين أعماق البحار إلى حقيقة واقعة. ولكن ما الذي قد يكون بمثل هذه القيمة في قاع المحيط؟ مثل وجود الذهب على متن ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪«خريطة كنز» لوكالة ناسا تكشف عن موقع هبوط بشري محتمل
قلم: إليزابيث هاول
توفر لرغبة وكالة ناسا في تتبع المياه على كوكب المريخ بعض المساعدة. فقد أصدر العلماء خريطة عالمية جديدة تظهر جليد الماء على مسافة تقل عن 2.5 سم تحت سطح الكوكب الأحمر. وفي ظل البيانات المتاحة، فقد حدد فريق البحث موقع هبوط واعد واحد على الأقل لبعثات رواد الفضاء المستقبلية: منطقة كبيرة في سهل أركاديا Arcadia Planitia في النصف الشمالي للكوكب. وكتب الفريق البحثي في دراسة جديدة تصف النتائج أن هذه المنطقة بها الكثير من الجليد ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪النقاد يتساءلون عمّا إذا كان المفاعل الجديد "آمنًا"
قلم:     أدريان تشو
ترجمة: مي بورسلي
المهندسون في شركة NuScale Power يعتقدون أن بإمكانهم إحياء الصناعة النووية الأمريكية المحتضرة من خلال التفكير على نطاق صغير. ففي عام 2007 انبثقت الشركة من جامعة ولاية أوريغون Oregon State University وتسعى جاهدة إلى الحصول على موافقة من هيئة التنظيم النووي الأمريكية U.S. Nuclear Regulatory Commission اختصارا: الهيئة NRC لتصميم جديد لمفاعل انشطار يتألف من وحدات صغيرة منفصلة Modular fission reactor ... (قراءة المقال)
‫‪TESS يواصل بحثه عن الكواكب
. إيزي بارسن Ezzy Pearson: هي محررة الأخبار في مجلة BBC Sky at Night، وقد حصلت على دكتوراه في علم الفلك خارج المجريّ من جامعة كارديف
على مدار العامين الماضيين كان القمر الاصطناعي لمسح الكواكب النجمية Exoplanet العابرة أمام نجومها Transiting Exoplanet Survey Satellite اختصاراً: القمر الاصطناعي TESS يراقب النجوم بحثاً عن كواكب جديدة. وفي هذا انتهت مهمته الأساسية، بعد أن مسح %70 من السماء وهي مساحة أكبر ب 400 ضعف مما مسحه سلفه، تلسكوب كبلر ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪لماذا تنحسر الثلاجات الجليدية؟
تشكل الثلاجات الجليدية الأنهار الجليدية Glaciers في مناطق تساقط الثلوج، حيث تكون الظروف باردة بما يكفي للسماح ببقاء الثلوج حتى تتجمد إلى جليد. ويتباين حجمها وفق الظروف المناخية ومستويات تساقط الثلوج، وكثير منها من بقايا العصر الجليدي Ice age الأخير، عندما غطت القمم المتجمدة أكثر من %30 من جميع الأراضي. والإشارة إليها كبقايا Remnants تعطي الانطباع بأن هذه المشاهد الطبيعية المتجمدة آخذة بالانخفاض. إذ تغطي هذه الكتل الجليدية السميكة حاليّاً 15 ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪النيل أصغر عمرا بكثير مما كنا نظن
قلم: ياسمين سابلاكوغلو
منذ آلاف السنين يخصّب نهر النيل الوديان بطول مساره المتعرج عبر شمال شرق إفريقيا؛ محتضنا الحضارات القديمة، وما زال سبيلاً للنقل والري حتى اليوم. ولكن عمر مياهه الجليلة الممتدة إلى أكثر من 6,800 كم، كان موضع جدلٍ، فزعمت مجموعة من الخبراء أن النهر نشأ قبل نحو ستة ملايين سنة عندما غيرت منظومة صرفٍ سطحي مسارها، في حين يدعي آخرون أن النهر أكبر سناً من ذلك بخمسة أضعاف. ووجدت دراسة حديثة أدلة تدعم النظرية الأخيرة: ربما نشأ ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪سماعة لأعماق البحار تستمع إلى نبضات قلب الحوت الأزرق
ندما يلتهم أكبر حيوانات الأرض وجبةً خفيفةً، يتباطأ نبض قلبه بمعدل من نبضة واحدة إلى 30 نبضة. هذا ما وجده فريق من علماء البيولوجيا البحرية بعد تسجيل نبضات قلب الحوت الأزرق لأول مرة. وبعد تثبيت جهاز مراقبة النبض على ظهر حوت أزرق قبالة ساحل كاليفورنيا، رصد الباحثون المخلوق العملاق وهو يغوص ويعاود الظهور على السطح دون توقف لمدة تسع ساعات تقريبا، حيث ملأ بالتناوب رئتيه بالهواء وبطنه بأسراب الأسماك. وخلال هذه الغطسات العميقة المرهقة بغرض الصيد، ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪التعدين في البحار وقيعان المحيطات
. وحيد محمد مفضل خبير في المنظمة الإقليمية لحماية البيئة البحرية، الكويت
توفر النظم الإيكولوجية البحرية والبحار والمحيطات للجنس البشري عددا كبيرا من الخدمات والحاجات الأساسية، مثل إمداده بالغذاء والمواد العلاجية، وإنتاج الأكسجين، وخفض التلوث، وغير ذلك مما لا يمكن تعويضه أو الاستغناء عنه. غير أن فوائد البحار والمحيطات لا تقتصر على توفير الحاجات الأساسية أو على الفوائد الروحية والجمالية التي تقدمها لبني البشر، بل تمتد إلى ما هو أبعد من ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪العناكب تفكّر بشباكها، متحدّية مفاهيمنا عن الذكاء
قلم:    ديفيد روبسون
ترجمة: آية علي
هناك ذكاء غريب يعيش بيننا. تمتلك هذه المخلوقات نوعًا استثنائيا من الوعي يشمل عقولًا تتجاوز حجم أجسادها. ومع ذلك، وبفضل جهلنا وغرورنا، يكون دافعنا الفوري قتلها.
هذا ليس خيالا. فهذه الأدمغة الغريبة تختبئ بالفعل في ظلال منازلنا وحدائقنا: العناكب. لطالما افترضنا أنها، مثلها مثل العديد من اللافقاريات Invertebrates، تكاد تكون آليّة Automata، وتفتقر إلى حياة داخلية. ولكننا نكتشف الآن أن بعض العناكب ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪لماذا لا تصاب النباتات بحروق الشمس؟
ولو باركر، لندن Lulu Parker, London
قبل نحو 700 مليون سنة، بدأت النباتات بالظهور على الأرض. كان أحد التعديلات الرئيسية اللازمة لهذا الانتقال وسيلة للحماية من أشعة الشمس فوق البنفسجية؛ فالنباتات البحرية لا تزال تحميها مياه البحر. وقد عرف العلماء منذ عام 2011 أن الخلايا النباتية تحتوي على بروتين يسمى UVR8 يمكنه اكتشاف أشعة UVB ذات الطول الموجي الأقصر، وهو نوع الأشعة فوق البنفسجية الذي يتحمل المسؤولية الأكبر عن حروق الشمس. ويشير هذا البروتين ... (قراءة المقال)