ما سبب ملوحة المحيطات؟
يغطي المحيط حوالي 71% من سطح الأرض ويحتوي على حوالي 97% من مياه الأرض. ولكن هل تساءلت يوماً لماذا المحيط مالح جداً؟ وكيف يؤثر الملح على خصائص المحيط وأشكال الحياة؟ في هذه المقالة، سوف نستكشف مصادر وتأثيرات وتنوعات الملح في المحيط.
ما هو الملح؟
الملح مركب كيميائي يتكون من عنصرين: الصوديوم والكلور. الصيغة الكيميائية للملح هي NaCl، مما يعني أن كل جزيء من الملح يحتوي على ذرة واحدة من الصوديوم وذرة واحدة من الكلور. يُعرف الملح أيضاً باسم كلوريد الصوديوم أو الهاليت.
الملح ضروري للحياة؛ لأنه يساعد على تنظيم توازن السوائل والنبضات العصبية وتقلصات العضلات في الخلايا الحية. ويستخدم الملح أيضاً في حفظ الأطعمة وتتبيل الأطباق وصناعة المنتجات مثل الصابون والزجاج والورق.
من أين يأتي الملح الموجود في المحيطات؟
يأتي الملح الموجود في المحيطات من مصدرين رئيسيين: التجوية الصخرية والفتحات الحرارية المائية.
التجوية الصخرية
التجوية الصخرية هي عملية تفتيت الصخور إلى جزيئات أصغر بواسطة عوامل فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية. على سبيل المثال، يمكن للمطر والرياح والجليد والنباتات والحيوانات أن تسبب التجوية الصخرية. عندما تتعرض الصخور للتجوية، فإنها تطلق المعادن والأيونات، مثل الصوديوم والكلور، في الماء. تحمل الأنهار والجداول هذه الأيونات إلى المحيط، حيث تتراكم بمرور الوقت.
وفقاً لبعض التقديرات، يتم إضافة حوالي 2.5 مليار طن من الملح إلى المحيط كل عام بسبب التجوية الصخرية. ومع ذلك، تتم موازنة هذه الكمية عن طريق إزالة الملح من المحيط بواسطة عمليات مثل الترسيب، والامتصاص البيولوجي، والرذاذ البحري.
الفتحات الحرارية المائية
الفتحات الحرارية المائية هي فتحات في قاع المحيط حيث تتدفق المياه الساخنة الغنية بالمعادن. عادة ما توجد هذه الفتحات بالقرب من المناطق البركانية، مثل مرتفعات وسط المحيط، حيث تتحرك الصفائح التكتونية بعيداً عن بعضها البعض. يتم تسخين الماء الذي يخرج من الفتحات بواسطة الصهارة الموجودة أسفل القشرة ويذيب المعادن من الصخور. وتتفاعل بعض هذه المعادن، مثل المغنيسيوم والكالسيوم، مع مياه البحر لتكوين معادن جديدة، مثل كلوريد المغنيسيوم وكبريتات الكالسيوم. يتم بعد ذلك ترسيب هذه المعادن في قاع المحيط، لتشكل هياكل مثل المداخن والتلال.
تعد الفتحات الحرارية المائية مصادر مهمة للملح في المحيط، حيث تساهم بحوالي 0.2 مليار طن من الملح سنوياً. كما أنها توفر الموائل والطاقة للعديد من الكائنات الحية الفريدة، مثل الديدان الأنبوبية، والمحار، والبكتيريا، التي تزدهر في الظروف القاسية للفتحات.
كيف يؤثر الملح على المحيطات؟
يؤثر الملح الموجود في المحيط على العديد من جوانب المحيط، مثل كثافته ودرجة حرارته وضغطه وتياراته ولونه وحياته.
الكثافة
الكثافة هي مقياس مقدار الكتلة الموجودة في حجم معين من المادة. كلما زاد الملح في الماء، زادت كثافته. تعتمد كثافة مياه البحر أيضاً على درجة حرارتها، حيث إن الماء البارد أكثر كثافة من الماء الدافئ. وتتراوح كثافة مياه البحر من حوالي 1020 إلى 1030 كيلو غرامًا لكل متر مكعب، وذلك حسب ملوحتها ودرجة حرارتها.
تؤثر كثافة مياه البحر على كيفية تحركها واختلاطها في المحيط. تميل المياه الأكثر كثافة إلى الغرق تحت المياه الأقل كثافة، مما يخلق تيارات عمودية تنقل الحرارة والمواد المغذية والغازات بين السطح وأعماق المحيط. وتتأثر هذه التيارات أيضاً بدوران الأرض وشكل أحواض المحيطات، مما يخلق أنماطاً معقدة من التيارات الأفقية التي تدور حول العالم. تلعب هذه التيارات دوراً حيوياً في تنظيم المناخ والطقس والدورات البيوجيوكيميائية للأرض.
درجة الحرارة
درجة الحرارة هي مقياس لمدى سخونة أو برودة شيء ما. تعتمد درجة حرارة مياه البحر على موقعها وعمقها وموسمها. تتراوح درجة حرارة مياه البحر من حوالي -2 درجة مئوية إلى 30 درجة مئوية، اعتماداً على خط العرض والارتفاع والمسافة من الشاطئ. وتختلف درجة حرارة مياه البحر أيضاً باختلاف عمقها، فهي تنخفض بشكل عام مع زيادة العمق. ومع ذلك، توجد بعض الاستثناءات، مثل الخط الحراري، وهو طبقة من الماء تتغير فيها درجة الحرارة بسرعة مع العمق.
تؤثر درجة حرارة مياه البحر على كثافة هذه المياه، فضلاً عن قدرتها على إذابة واحتجاز الغازات، مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. تؤثر درجة حرارة مياه البحر أيضاً على عملية التمثيل الغذائي والنمو والتوزيع للكائنات البحرية، حيث إن الأنواع المختلفة لها نطاقات مختلفة من درجات الحرارة المثلى للبقاء والتكاثر.
الضغط
الضغط هو مقياس مقدار القوة المؤثرة على مساحة معينة من السطح. ويعتمد ضغط مياه البحر على عمقها، إذ يزداد بازدياد العمق. يعتمد ضغط مياه البحر أيضاً على كثافتها، حيث إن المياه الأكثر كثافة تمارس ضغطاً أكبر من المياه الأقل كثافة. يتراوح ضغط مياه البحر من حوالي 1 إلى 1000 ضغط جوي، اعتماداً على عمقها. ويعادل الغلاف الجوي الواحد ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر، وهو حوالي 101325 باسكال.
يؤثر ضغط مياه البحر على قابليتها للانضغاط، وكذلك على سرعة الصوت ومعامل الانكسار. يؤثر ضغط مياه البحر أيضاً على فسيولوجيا ومورفولوجيا وسلوك الكائنات البحرية، حيث يتعين عليها التكيف مع الضغط العالي وظروف الإضاءة المنخفضة في أعماق المحيط.
التيارات
التيارات هي تحركات المياه في المحيط. يمكن تصنيف التيارات إلى نوعين: التيارات السطحية والتيارات العميقة. تتأثر التيارات السطحية بالرياح وتأثير كوريوليس والحواف القارية. وتؤثر على الـ 10% العليا من المحيط وتبلغ سرعتها 10 كيلومترات في الساعة. تنجم التيارات العميقة عن الاختلافات في كثافة مياه البحر، الناجمة عن التغيرات في الملوحة ودرجة الحرارة. وتؤثر على الجزء السفلي من المحيط بنسبة 90% وتبلغ سرعتها كيلومتراً واحداً في الساعة.
تعد التيارات مهمة لنقل الحرارة والمواد المغذية والغازات والكائنات الحية عبر المحيط. كما أنها تؤثر على المناخ والطقس والدورات البيوجيوكيميائية للأرض. على سبيل المثال، تيار الخليج هو تيار سطحي دافئ يتدفق من خليج المكسيك إلى شمال المحيط الأطلسي، جالبًا الهواء الدافئ والرطب إلى أوروبا وأمريكا الشمالية. الدورة الحرارية الملحية هي تيار عميق يتدفق من شمال المحيط الأطلسي إلى المحيط الجنوبي، حاملاً المياه الباردة والمالحة إلى قاع المحيط ويعيد المياه الدافئة والعذبة إلى السطح.
اللون
اللون هو إدراك الضوء المنعكس أو المنقول عن طريق مادة ما. يعتمد لون مياه البحر على عمقها ووضوحها وتكوينها. ويعتمد لون مياه البحر أيضاً على زاوية ضوء الشمس وكثافته، بالإضافة إلى وجود الجزيئات العالقة والمواد الذائبة والكائنات الحية في الماء.
ويتراوح لون مياه البحر من الأزرق إلى الأخضر إلى البني إلى الأحمر، وذلك حسب خصائصها وظروفها. اللون الأزرق هو اللون الأكثر شيوعاً لمياه البحر، فهو لون الضوء الأقل امتصاصاً بواسطة جزيئات الماء. الأخضر هو لون مياه البحر التي تحتوي على الكثير من العوالق النباتية، وهي نباتات مجهرية تستخدم ضوء الشمس لإنتاج الغذاء والأكسجين. اللون البني هو لون مياه البحر التي تحتوي على الكثير من الرواسب، مثل الرمل والطين والمواد العضوية. الأحمر هو لون مياه البحر التي تحتوي على الكثير من الطحالب أو البكتيريا أو الملوثات مثل الحديد أو الزيت أو الدم.
ويؤثر لون مياه البحر على امتصاصها للضوء وانعكاسه، كما يؤثر على وضوحها ومظهرها. ويؤثر لون مياه البحر أيضاً على عملية التمثيل الضوئي والتنفس والرؤية لدى الكائنات البحرية، حيث إن الأطوال الموجية المختلفة للضوء لها تأثيرات مختلفة على عملياتها ووظائفها البيولوجية.
الحياة
الحياة هي الحالة التي تميز الحيوانات والنباتات عن المواد غير العضوية. يعد المحيط موطناً لمجموعة كبيرة ومتنوعة من أشكال الحياة، بدءاً من البكتيريا المجهرية وحتى الحيتان العملاقة. كما يعد المحيط أصل الحياة على الأرض، حيث يُعتقد أن الخلايا الحية الأولى ظهرت في المحيط منذ حوالي آلاف السنين وأكثر.
يدعم المحيط الحياة من خلال توفير الماء والأكسجين والكربون والنيتروجين والفوسفور وغيرها من العناصر والمركبات الأساسية. يوفر المحيط أيضاً الغذاء والمأوى والموئل للعديد من أنواع الحيوانات والنباتات. ويؤثر المحيط أيضاً على تطور الحياة وتكيفها وتوزيعها، إذ يخلق ظروفاً بيئية مختلفة وضغوطاً على الكائنات الحية المختلفة.
يتأثر المحيط بالحياة، كما يؤثر عليها. تساهم الحياة في المحيط في تدوير المادة والطاقة في المحيط، فضلاً عن تنظيم المناخ وكيمياء الأرض. تعمل الحياة في المحيط أيضاً على إنشاء وتعديل السمات والهياكل الفيزيائية للمحيط، مثل الشعاب المرجانية وطبقات الأعشاب البحرية والفتحات الحرارية المائية.
كيف يختلف الملح في المحيط؟
لا يتم توزيع الملح الموجود في المحيط بالتساوي في جميع أنحاء المحيط. يختلف الملح الموجود في المحيطات من حيث المكان والزمان، اعتماداً على عوامل مثل التبخر، وهطول الأمطار، وجريان الأنهار، وتكوين الجليد، والرياح، والتيارات.
التبخر
التبخر هو عملية تحول الماء السائل إلى بخار الماء. يحدث التبخر عندما تكتسب جزيئات الماء الموجودة على سطح الماء طاقة كافية للهروب إلى الهواء. ويتأثر التبخر بدرجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح، فضلا عن مساحة السطح ودرجة حرارة الماء.
ويعمل التبخر على زيادة ملوحة الماء، حيث يزيل الماء العذب ويترك وراءه الملح. ويكون التبخر أكثر شيوعاً في المناطق الدافئة والجافة، مثل المناطق شبه الاستوائية والاستوائية. ويخلق التبخر أيضاً تدرجاً في الملوحة بين المياه السطحية والمياه العميقة، حيث تصبح المياه السطحية أكثر ملوحة وكثافة من المياه العميقة. ويؤثر هذا التدرج على خلط المياه وتدويرها، وكذلك توزيع الحرارة والمواد المغذية.
تساقط الأمطار
الهطول هو عملية تحول بخار الماء إلى ماء سائل أو جليد صلب. يحدث الهطول عندما تفقد جزيئات الماء الموجودة في الهواء ما يكفي من الطاقة لتتكثف على شكل قطرات أو بلورات. يتأثر هطول الأمطار بدرجة الحرارة والرطوبة وضغط الهواء، بالإضافة إلى وجود الغبار وحبوب اللقاح والجسيمات الأخرى التي تعمل كنواة للتكثيف.
يقلل هطول الأمطار من ملوحة الماء؛ لأنه يضيف الماء العذب ويخفف الملح. ويشيع هطول الأمطار في المناطق الباردة والرطبة، مثل المناطق القطبية والمعتدلة. يمكن أن يتخذ الهطول أشكالاً مختلفة، مثل المطر والثلج والبرد والضباب.
جريان الأنهار
جريان الأنهار هو تدفق المياه من الأرض إلى المحيط. ويتأثر جريان الأنهار بأنماط هطول الأمطار والتبخر والصرف في الأرض، فضلاً عن الأنشطة البشرية، مثل الزراعة والصناعة والتحضر. يحمل جريان الأنهار المياه العذبة والمواد الذائبة، مثل العناصر الغذائية والمواد العضوية والملوثات، إلى المحيط.
يقلل جريان الأنهار من ملوحة الماء؛ لأنه يضيف الماء العذب ويخفف الملح. يعد جريان الأنهار أكثر شيوعاً في المناطق التي توجد بها أنهار كبيرة، مثل نهر الأمازون، والنيل، والميسيسيبي. ويؤدي أيضاً إلى إنشاء خط هالوكلين، وهو طبقة من الماء تتغير فيها الملوحة بسرعة مع العمق. ويؤثر هذا الخط الهالوكليني على خلط المياه وتقسيمها إلى طبقات، وكذلك على توزيع الأكسجين وثاني أكسيد الكربون.
تكوين الجليد
تكوين الجليد هو عملية تحول الماء السائل إلى جليد صلب. يحدث تكوين الجليد عندما تفقد جزيئات الماء الموجودة على سطح الماء ما يكفي من الطاقة لتتجمد وتتحول إلى بلورات. يتأثر تكوين الجليد بدرجة حرارة الماء وملوحته وضغطه، بالإضافة إلى وجود الغبار وحبوب اللقاح والجسيمات الأخرى التي تعمل كنواة للتجميد.
يزيد تكوين الجليد من ملوحة الماء؛ إذ يزيل الماء العذب ويترك وراءه الملح. يكون تشكل الجليد أكثر شيوعاً في المناطق الباردة والقطبية، مثل القطب الشمالي والقطب الجنوبي. ويؤدي إلى إنشاء محلول ملحي، وهو محلول شديد التركيز من الملح والماء يغوص في قاع المحيط. ويؤثر هذا المحلول الملحي على كثافة المياه ودورانها، كما يؤثر على تكوين الجليد البحري، وهو عبارة عن طبقة من مياه البحر المتجمدة التي تطفو على سطح المحيط.
الرياح
الرياح هي حركة الهواء الناتجة عن الاختلافات في ضغط الهواء. وتتأثر الرياح بدرجة الحرارة والرطوبة وضغط الهواء، كما تتأثر بدوران الأرض وشكل الأرض. تؤثر الرياح بقوة على سطح الماء، مما يجعلها تتحرك وتشكل الأمواج.
تؤثر الرياح على ملوحة الماء، كما تؤثر على تبخر الماء وهطوله وتياراته. تؤثر الرياح أيضاً على اختلاط المياه ونقلها، حيث تتسبب في ارتفاع مياه القاع إلى الأعلى وهبوطها. إن صعود مياه القاع هو حركة المياه الباردة والغنية بالمغذيات من أعماق المحيط إلى السطح، في حين أن هبوط مياه القاع هو حركة المياه الدافئة والفقيرة بالمغذيات من السطح إلى أعماق المحيط. وتؤثر هذه العمليات على إنتاجية الحياة البحرية وتنوعها، وكذلك على دورة الكربون ومناخ الأرض.
التيارات
التيارات هي تحركات المياه في المحيط. يمكن تصنيف التيارات إلى نوعين: التيارات السطحية والتيارات العميقة. تتأثر التيارات السطحية بالرياح وتأثير كوريوليس والحواف القارية. وتؤثر على الـ 10% العليا من المحيط وتبلغ سرعتها 10 كيلومترات في الساعة. تنجم التيارات العميقة عن الاختلافات في كثافة مياه البحر، الناجمة عن التغيرات في الملوحة ودرجة الحرارة. وتؤثر على الجزء السفلي من المحيط بنسبة 90% وتبلغ سرعتها كيلومتراً واحداً في الساعة.
تؤثر التيارات على ملوحة الماء؛ حيث تقوم بنقل الملح والمياه العذبة عبر المحيط. كما تؤثر التيارات على توزيع وتنوع الملوحة في المحيط، حيث تخلق دوامات وتيارات عكسية وجبهات. الدوامات هي تيارات دائرية كبيرة تسيطر على أحواض المحيطات الرئيسية، مثل دوامة شمال الأطلسي وجنوب المحيط الهادئ. التيارات العكسية هي تيارات صغيرة وغير منتظمة تنطلق من التيارات الرئيسية، مثل تيار الخليج وتيار كوروشيو. الجبهات هي حدود بين الكتل المائية ذات الملوحة ودرجات الحرارة والكثافات المختلفة، مثل الجبهة القطبية والجبهة الاستوائية.