Download
1 / 64
1.06k likes | 2.75k Views
أساسيات علوم البحار الفيزيائية. الاستاذ الدكتور محمد أحمد سعيد أستاذ علوم البحار الفيزيائية معمل الطبيعة البحرية – شعبة البيئة البحرية. علوم البحار Oceanography. علوم البحار من العلوم الحديثة العهد نسبيا وتعتمد أساسا علي تطبيقات العلوم الأساسية
E N D
أساسيات علوم البحار الفيزيائية الاستاذ الدكتور محمد أحمد سعيد أستاذ علوم البحار الفيزيائية معمل الطبيعة البحرية – شعبة البيئة البحرية
علوم البحارOceanography • علوم البحار من العلوم الحديثة العهد نسبيا وتعتمد أساسا علي تطبيقات العلوم الأساسية • يمكن تقسيم تخصصات علوم البحار إلي أربعة تخصصاتهي: علوم البحار الجيولوجيةعلوم البحار الفيزيائية علوم البحار الكيميائيةعلوم البحار البيولوجية
الهدف الأساسي من دراسة علوم البحار هو تكوين صورة واضحة لما يحدث في المحيطات المواصلات والانتقالات الطعام العلاج الطاقة خزان ضخم للمخلفات البشرية والصناعية البحر من أهم المؤثرات علي مناخ الأرض نظرا لسعته الحرارية الكبيرة الدراسات البحرية ذو أهمية قصوى عند إقامة المنشات الساحلية مثل الأرصفة البحرية وحواجز الأمواج والمواني وغيرها
طبوغرافية القاع • يوجد أربعة أشكال وملامح رئيسية لطبوغرافية القاع وهي: • الشاطىء- الرصيف القاري- المنحدر القاري وأخيرا قاع البحر العميق الشاطىء: • يعرف الساحل بأنه الجزء من كتلة اليابس المتاخم للبحر والذي تشكل بتأثيره. أما الشاطىء فهو حدود الساحل من جهة البحر. وتكون الشواطىء الرملية عادة في حالة من التوازن الديناميكي أي أنها تتكون من الرمال طوال الوقت فالرمال دائمة الحركة على طول الساحل تحت تأثير الأمواج والتيارات الشاطئية الرصيف القاري: • يمتد الرصيف القاري من الشاطىء جهة البحر بمتوسط انحدار قدره 500:1 ويزداد الانحدار إلى 20:1 مكونا المنحدر القاري المؤدي إلى قاع البحر العميق. ويبلغ متوسط عرض الرصيف القاري حوالي 65 كيلومترا وقد يقل عن ذلك كثيرا في بعض الأماكن
طبوغرافية القاع المنحدر والمرتفع القاري: • تبلغ القيمة المتوسطة للبعد الرأسي للمنحدر القاري (من الرصيف إلى قاع البحر) حوالي 4000 متر وقد يمتد عمق هذا الامتداد الرأسي في مناطق أخرى إلى 9000 متر في مسافة أفقية قصيرة نسبيا. ومن المظاهر المميزة للرصيف القاري والمنحدر القاري انتشار الأخاديد البحرية التي تنتشر في كل بحار ومحيطات العالم وهي بمثابة وديان في المنحدر وتكون ذات جوانب رأسية ويعرف الجزء الأسفل من المنحدر القاري حيث يكون الانحدار إلى قاع البحر العميق تدريجيا بالارتفاع القاري. قاع البحر العميق: • تتراوح أعماق 74% من المحيطات من 3000 إلى 6000 متر أما الأعماق الأكبر من ذلك فنسبتها 1% ويكون التباين في التضاريس أهم الأشياء المميزة لقاع البحر العميق. الصفات المميزة لهذه التضاريس هي نفس صفات تضاريس اليابسة.حيث يوجد في قاع المحيطات جبال ووديان وسهول.
طبوغرافية القاع الشاطىء الرصيف القاري المنحدر القاري قاع البحر العميق
الخواص الفيزيائية لماء البحر درجة حرارة المياه: • يعتبر قياس درجة حرارة مياه البحار والمحيطات من أهم الخواص الفيزيائية اللازمة لمعيشة ونمو وتكاثر الكائنات الحية في البيئة المائية وهي أكثر أهمية من الملوحة. وهي من أوائل المتغيرات التي تمت دراستها بالمحيط. ولا تزال ملاحظة درجة الحرارة أسهل من ملاحظة خصائص أخرى حتى الآن. ويعبر عن درجة الحرارة في علوم البحار دائما بالمقياس المئوي (°م). وهي أكثر ثباتا من التغير في درجة حرارة الأرض أو الهواء الملامس لها.
قياس درجة الحرارة الترمومتر القلاب
تأثير درجة حرارة المياه على الكائنات البحرية • تتميز المناطق الاستوائية الدافئة بكثرة عدد أنواع الكائنات العائمة بها إلا أنها أقل حجما ووزنا عن مثيلاتها المتواجدة بالمياه الباردة. يزيد الوزن الكلي للكائنات في المناطق الباردة عن المتواجدة بالمناطق الدافئة وذلك لصغر حجم الكائنات بها كما يرجع إلى الانخفاض في معدل اللزوجة وزيادة كثافة مياه المناطق الباردة.ولا ينطبق هذا التكيف مع درجة الحرارة في الأنواع كبيرة الحجم من الكائنات الحية.ويظهر تأثير الحرارة على معدل الانشطة البيولوجية للكائنات حيث تزداد هذه الانشطة الى الضعف بزيادة درجة الحرارة 10°م. كائنات المناطق الدافئة دورة حياتها قصيرة فهي تنمو وتتكاثر بمعدل أسرع من مثيلاتها بالمناطق الباردة.
الملوحة Salinity • تعرف الملوحة بانها الكمية الكلية مقدرة بالجرام من الاملاح الذائبة في كيلو جرام واحد من ماء البحر عندما تتحول كل الكربونات فية الى أكاسيد ويحل الكلور محل البروم واليود وتتأكسد المواد العضوية تماما. ومن الملامح المميزة لماء البحر ثبوت نسب مكوناته الشائعة بالرغم من التغيير في التركيز الكلي للاملاح الذائبة فيه من مكان الى آخر ( فمثلا متوسط ملوحة مياه المحيطات حوالي 35 جرام لكل كيلو جرام من ماء البحر وتكتب ‰35)
تأثير تغير الملوحة على الكائنات البحرية • تتأثر الكائنات الحية في البيئة البحرية باي تغيير ولو بسيط في ملوحة الوسط المحيط بها. بعض المحاريات التي تعيش قريبا من مصبات الانهار تستطيع التلائم مع التغير الواضح في الملوحة سواء أثناء الفيضانات حيث تنخفض الملوحة بدرجة كبيرة وملحوظة أو عندما يرتفع سطح البحر ويطغى على النهر وترتفع معه ملوحة المياه. ويطلق على هذه المحاريات وغيرها من الكائنات التي تعيش في المناطق الساحلية وتتحمل التغيير الملحوظ في الملوحة Euryhalina بينما كائنات البحر المفتوح التي لا تتحمل سوى التغير البسيط جدا في الملوحة يطلق عليها Stenohaline
الكثافة • تعرف الكثافة على أنها العلاقة بين كتلة الجسم وحجمه وتعطى بالعلاقة الكثافة = الكتلة/الحجم وتزداد الكثافة بزيادة كتلة الجسم مع ثبات الحجم أو نقص الحجم مع ثبات الكتلة. كثافة ماء البحر مهمه جدا لعلوم البحار ويتم حسابها بمعرفة درجة حرارة المياه وملوحته والعمق • في علوم البحار لا يتم أستخدام قيم الكثافة السابقة بل يتم تحويلها الى سيجما تي (σt)ويتم حسابها من درجة حرارة المياه وملوحتها بالعلاقة الآتية: σt =28.152 – 0.0735 T – 0.00469 T2 + (0.802 – 0.002T)(S – 35) • تتغير الكثافة باستمرار مع العمق أي أنها تزداد بزيادة العمق وفي هذه الحالة يقال أن المحيط ثابت التعاقب الطبقي. بينما اذا لم تتغير الكثافة مع العمق فهذا يعني أن المحيط ثابت طبيعيا وهذا نادرا ما يحدث. قد يحدث هذا في بعض الطبقات ولفترة قصيرة وقد يحدث أيضا أن تقل الكثافة بزيادة العمق وهذا يعني أن المياه ذات الكثافة الأعلى سوف تهبط الى أسفل ليحل محلها مياه ذات كثافة أقل ليعود الى المحيط ثبات التعاقب الطبقي.
الضوء في البحار والمحيطات • الحياة في البحر تعتمد علي النباتات المتواجدة في البحار هذه النباتات تحتاج إلي ضوء الشمس و الأملاح المغذية و ثاني أكسيد الكربون.معظم نباتات المحيطات تتحول إلي هائمات نباتية تقضي معظم حياتها معلقة في المياه .الهائمات النباتية تحتاج من الأملاح المغذية للفوسفات و ايونات النيترات الذائبة في الماء هذه الأملاح المغذية و ثاني أكسيد الكربون تحتوي علي كمية ضئيلة من الطاقة تقوم الهائمات النباتية باستخدام طاقة الشمس لتحويل هذه المواد البسيطة إلي طاقة كيميائية كبيرة .مياه البحر تسمح بمرور الطاقة الشمسية إلي أعماق كبيرة قد تصل إلي 1كم في البحار الصافية لكن ما يصل من الطاقة الشمسية إلي الأعماق يكون صغيرا لدرجة لا يسمح بحدوث عملية التمثيل الضوئي بينما نجد أن عملية التمثيل الضوئي تكون واضحة في خلال 100م عمق من سطح البحر و قد تصل مياه المحيطات الصافية إلي حوالي 50متر بينما في مياه المناطق الساحلية تحتوي علي مواد عالقة تمنع أشعة الشمس من الوصول إلي الأعماق الكبيرة و يتركز نفاذها في الطبقة السطحية فقط .
لون ماء البحر اهتم كثير من الباحثين بأسباب لون ماء البحر الذي يتفاوت بين الأزرق الداكن إلي الأخضر وحتى الأصفر المخضر. تتميز مياه المناطق المدارية و الاستوائية باللون الأزرق الداكن أو النيلي بصفة خاصة في المناطق التي يقل بها النشاط البيولوجي .أما في خطوط العرض الاعلي فيتغير اللون مارا بالأخضر المزرق فالأخضر في المناطق القطبية. والمياه الساحلية مخضرة بصفة عامة .هناك عاملان يساعدان في زرقة مياه البحار المفتوحة عند خطوط العرض الصغيرة حيث تقل المواد العالقة .ففي المياه العميقة حيث جزيئات الماء تشتت الموجة الضوئية القصيرة (الزرقاء) بدرجة اكبر من تشتتها للموجة الطويلة (الحمراء) فان لون مياه البحر يبدو ازرقا .هذا بالإضافة الي أن المركبات الحمراء والصفراء لضوء الشمس تمتص بسرعة في الأمتار القليلة العليا ويتبقى اللون الذي يمكن له أن يتشتت في المياه وهو اللون الأزرق. ويؤثر لون السماء الذي ينعكس على سطح البحر على شدة اللون الأزرق لماء البحر، فإذا كانت السماء زرقاء فان البحر يبدو أزرق فاقع بينما إذا كانت السماء ملبدة بالسحاب فان اللون الأزرق للبحر يبدو مخففا.
الاكسجين الذائب في ماء البحر • يعتبر الأكسجين الذائب في المياه واحدا من أهم العوامل اللازمة لحياة الكائنات المائية رغم أن تركيز الأكسجين له علاقة ضعيفة مع توزيع الكائنات إلا أن النشاط البيولوجي هو الأساس في تغيير تركيز الأكسجين لأي جزء من المحيطات. هذه التغيرات تستخدم لإعادة تركيب التاريخ البيولوجي للكتل المائية هو أيضا عامل مؤثر في تحديد الكتل المائية المختلفة و يساعد أيضا في تحديد درجة التلوث في أي بيئة مائية • في معظم المناطق بالمحيطات يوجد طبقتين منخفضتين في تركيز الأكسجين و يفصل بينهما دائما طبقة متوسطة يكون تركيز الأكسجين به أعلي ما يكون وهذا يحدث نتيجة الخلط الأفقي للمياه بطبقة غنية بالأكسجين . أسفل الطبقات قليلة الأكسجين يزداد الأكسجين مرة أخري بالتدريج نتيجة لدوران المياه الذي يهبط من السطح عند خطوط العرض العالية .استهلاك الأكسجين في المياه العميقة قليل لان المواد العضوية التي تصل إلي هذه الأعماق من أعلي قليلة جدا و معظمها مقاوم للأكسدة.
الأملاح المغذية • مجموعة الأملاح المغذية و بخاصة النيترات و الفوسفات من العوامل التي يؤثر توزيعها علي النشاط البيولوجي و البيوكيميائي و كذلك علي عمليات علوم البحار الفيزيائية. • تركيز هذه الأملاح يختلف باختلاف الكتل المائية والعمق و كذلك في فصول السنة المختلفة. في معظم البيئات الأستوائية والشبه استوائية وكذلك في المياه المعتدلة الحرارة يتبع تركيزها زيادة الهائمات النباتية .في مناطق أخري قد يكون بالمصدر الرئيسي تركيز النيتروجين قليل يصل الى اقل من 5ميكروجرام \لتر في صورة الامونيا واليوريا أو بعض مركبات النيتروجين العضوي هذه التغيرات في الأملاح المغذية غالبا تعكس إعادة توزيع العوامل البيولوجية المهمة. • مصدر الأملاح المغذية بالبحار غالبا ما تأتي من مصادر أرضية حيث تلعب المياه دورا مهما في نحر القارات وتحمل ما يتم نحره من مواد إلي البحار ثم ترسب ما حملته بالمناطق الساحلية.خلال هذه العملية تحمل المياه منها المركبات غير العضوية في صورة نيترات وفوسفات وكذلك مركبات البوتاسيوم اللازمة للنباتات.ولضحالة قاع البحر إلي حد ما بجانب المناطق الأرضية فان ما يترسب بالقاع من أملاح يعود إلي سطح المياه بفعل المد والجزر وقوة الأمواج
دوران المياه والكتل المائية للمحيطات • مياه المحيطات في حالة حركة مستمرة وبطيئة. وتعد الرياح أهم القوي المسببة لحركة جزيئات الماء كما أن هناك قوي أخري مؤثرة مثل اختلاف الكثافة بين أجزاء مياه المحيطات وتؤثر اجهادات الرياح مباشرة علي سطح المياه وينتقل جزء من كمية حركتها نتيجة للاحتكاك المباشر بين الهواء المتحرك وسطح الماء الساكن فتتحرك جزيئات الماء في صورة أمواج وتيارات بحرية . يمكن تقسيم دوران المياه في المحيطات الي جزئيين: الجزء الملحراري والجزء الذي تسوقه الرياح
الدوران الملحراريThermohaline circulation • يستخدم لفظ الدوران الملحراري للإشارة الي حركة المياه التي تتم حين تتغير كثافتها بتغير درجة حرارتها أو ملوحتها أو الاثنين معا. والدوران الملحراري في المحيطات هو نتيجة لازدياد الكثافة عند السطح العلوي إما مباشرة بالتبريد أو بطريقة غير مباشرة عند تكوين الثلج وطرد الملح من الماء المتجمد فترتفع كثافة المياه المتبقية. ويعتبر تأثير التبريد في شمال الأطلسي سبب هبوط المياه الي أعماق كبيرة. ومن ذلك نجد أن خاصية الدوران الملحراري في المحيطات تبدأ بحركة راسية تهبط الي الأعماق المتوسطة أو حتى الي القاع ثم يتلوها حركة أفقية ينتج عنها انتقال الكتل المائية أفقيا من منطقة الي أخري .
الدوران المسوق بالرياحWind driven current : • يحدث دوران المياه بتأثير الرياح أساسا في مئات الأمتارالقليلة العليا من المحيطات ، وعليه فهو دوران أفقي مقارنة بالدوران الملحراري. لكن اتجاه حركة المياه الناتج في عرض البحر ليس مطابقا لاتجاه الرياح. إذ إن دوران الأرض يولد قوة تسمي "قوة كوريوليس" التي تسبب حيود التيارات الناشئة من الرياح في الطبقات السطحية الممتزجة في عرض البحر الي يمين اتجاه الرياح في نصف الكرة الشمالي والي اليسار في نصف الكرة الجنوبي ، وتسمي هذه التيارات بتيارات الرياح.
قياس التيارات البحرية: تقاس سرعة التيارات البحرية بطريقتين أساسيتين: • 1-الطريقة المباشرة. • 2-الطريقة الغير مباشرة. تنقسم الطريقة المباشرة إلي طريقتين أساسيتين لشرح حركة المياه : • 1- طريقة لاجرانج (Lagrangian Method)وفيها يتحدد مسار كل نقطة في المياه كدالة للزمن. • 2- طريقة اويلر(Eularian Method) التي تعطى السرعة والاتجاه عند كل نقطة في المياه • وطريقة اويلر هي الأسهل استخداما في الدراسات النظرية وتستخدم طريقة لاجرانج أكثر عند وصف دوران المياه في المحيطات.
