توزيع العناصر المحدة افقيا Horizontal Segregation of the Biolimiting Elements

1. توزيع العناصر المحدة افقياHorizontal Segregation of the Biolimiting Elements • مقدمة: • في الفصل السابق تم دراسة انتقال العناصر المغذية (المحدة بيولوجيا) من المياه السطحية الي المياه العميقة خلال عمود الماء تاركة المياه السطحية فقيرة والمياه العميقة ثرية بالعناصر المحدة فيما يعرف بأسم المضخة البيولوجية biological pump. • وفي هذا الفصل سيتم دراسة التوزيع الافقي للعناصر المغذية (المحدة) وأهمية هذا الموضوع تكمن في الاتي: • 1- تحديد المواقع ومعدلات عودة العناصر المحدة الي المياه السطحية وبالتالي الانتاجية الاولية. • 2- استهلاك CO2 بواسطة الهائمات النباتية يؤثر علي الضغط الجزئي للغاز وبالتالي علي حالة المناخ للغلاف الجوي.

2. 3- تغير المناخ يؤثر علي معدل واتجاهات دوران المياه العميقة. • التغيرات الجغرافية في أعماق البحار: • GEOGRAPHIC DIFFERENCES IN DEPTH PROFILES • يمثل الشكل التالي التوزيع الجغرافي للعناصر المحدة بيولوجيا في كل من المحيط الهادي والهندي والاطلسي.

3. يمكن ملاحظة المتغيرات في المياه العميقة بوضوح لان تركيز العناصر المحدة علي السطح صغير في جميع المحيطات. • بشكل عام أعلي تركيز للعناصر المغذية(المحدة) يكون في المياه العميقة من المحيط الهادي وأقل تركيز في المياه العميقة من المحيط الاطلسي. • تركيز الكربون الغير عضوي الكلي الذائب يعطي تدرج مماثل للعناصر المغذية وفي المقابل هو صورة عكسية لتوزيع الاكسجين. • اما الاكسجين فأعلي تركيز له في المياه العميقة يكون في المحيط الاطلسي وأقلها في المحيط الهادي. • دوران المياه العميقة هو العامل الاكثر تأثيرا في تدرج تركيز العناصر المحدة في المياه العميقة.

4. تدرج تركيز العناصر المغذية (المحدة) في المياه العميقة: • HORIZONTAL SEGREGATION OF NUTRIENTS IN THEDEEP ZONE • الهائمات النباتية والحيوانية تنتج جسيمات حيوية تسقط من المياه السطحية الي المياه العميقة لتزيد من تركيز العناصر المغذية في المياه العميقة كنتيجة لتحرك هذه الطبقة من المياه بين أحواض المحيطات وذلك يرجع الي سببين: • 1- تتحرك طبقة المياه العميقة من مكانها الاصلي محملة بهذه الجسيمات الي مكان اخر لتتراكم هذه الجسيمات. • 2- كلما زادت المدة التي تبقي فيها الجسيمات في المياه العميقة كلما كانت فرصتها أكبر في أعادة تدوير العناصر المغذية remineralize. • يزداد تركيز العناصر المغذية كلما زاد عمر الكتلة المائية.ولان اقدم مياه عميقة توجد في شمال المحيط الهادي فالمحصلة النهائية هي دفع العناصر المغذية الي المناطق العميقة من المحيط الهادي.وهذا التأثير يسمي التمايز الافقي او ما يصطلح عليه horizontal segregation.

5. تتدفق العناصر المغذية عائدة الي سطح البحر كنتيجة لدوران المياه العميقة. • معدل التمايز الافقي للعناصر المحدة يعتمد علي معدل حركة المياه من والي عمق البحر ومعدل سقوط الجسيمات الحيوية flux of biogenic particlesومعدل اعادة التدوير recycling efficiency. • الشكل التالي يمثل توزيع الاكسجين الذائب في بحار العالم علي عمق 4000 متر

6. بينما الشكل المقابل يمثل مقطع طولي لتوزيع الاكسجين في وسط الاطلنطي. • التوزيع الافقي للعناصر يمثل ترجمة للتغيرات الجغرافية. • ففي حالة الاكسجين الذائب: يعكس تركيز الاكسجين في عمود الماء تأثير درجة الحرارة علي ذوبانية الغازوتدرج الكثافة .

7. يزداد تركيز الاكسجين عند خطوط العرض العليا (عند القطبين) نتيجة البرودة الشديدة والتي تزيد من ذوبانية الغاز وتزيل تدرج الكثافة. وفي هذه المناطق يحدث سقوط للكتل المائية وعملية خلط عبر عمود الماء وبالتالي نقل الاكسجين الي المياه العميقة. • كلما زاد عمر الكتلة المائية في الاعماق كلما قل تركيز الاكسجين الذائب نتيجة استهلاكة في عملية أعادة تدوير المواد العضوية الغير ذائبة POM. • في المناطق الاستوائية يقل تركيز الاكسجين الذائب نتيجة ارتفاع درجة الحرارة. • الاشكال التالية توضح توزيع الفوسفات والسيليكات علي عمق 4000 متر في بحار العالم. • تليها مقاطع طولية في وسط الاطلنطي تمثل تدرج توزيع الفوسفات والنترات في عمود الماء. • ويلاحظ منها ما يلي:

10. أعلي تركيز للفوسفات والنترات يتواجد في المحيط الهادي وشمال المحيط الهندي. ويتوافق هذا التركيز العالي مع أقل تركيز للأكسجين الذائب OMZ في نفس المنطقة. • مع الوقت يزداد تركيز العناصر المغذية في المياه العميقة لشمال المحيط الهندي والمحيط الهادي ليكون قريبا من تركيز هذه العناصر أسفل طبقة الثرموكلين. • الشكل المقابل يمثل توزيع السيلكات في بحار العالم علي عمق 4000 م • والشكل الذي يليه يمثل مقطع طولي في عمود الماء في وسط الاطلنطي لتدرج توزيع السيلكات.

11. ويبدو توزيع السيليكات مختلف عن الفوسفات وكذلك والنترات ويرجع ذلك الي ان عملية اعادة تدوير السيليكات تكون بطيئة وتحدث للأجزاء الصلبة من الجسيمات الحيوية. • كما ان كفاءة اعادة التدوير علي السطح تكون شبه معدومة • وهذا يؤدي الي تغير كبير في التوزيع الرأسي والافقي للسيلكات. • ويمكن التعبير عن مقدار التغير في تركيز العناصر بين المياه العميقة والمياه السطحية من العلاقة : Cdeep - Csurface

12. وهذا الفارق في تركيز العناصر المغذية بين المياه السطحية والمياه العميقة يكون في المحيط الهادي أكبر من المحيط الاطلنطي ويعبر عنه بالنسبة التالية:. • وترجع هذه الزيادة في المحيط الهادي الي التوزيع الافقي للعناصر في المياه العميقة. • وهذه النسبة تكون أعلي من 1 لكل العناصر المغذية، وكلما زادت هذه النسبة كلما زاد الفارق في التركيز بين المياه العميقة والمياه السطحية. • وفي حالة السيلكات تكون النسبة أعلي مايمكن (5).

13. وذلك يرجع الي ان عملية أعادة تدوير السيلكات تكون بطيئة لوجودها في الاجزاء الصلبة من الجسيمات الحيوية وبالتالي تثري طبقة المياه العميقة. • ووجود نسبة عالية من الباريوم (4) يعني أن الباريوم ينتقل الي المياه العميقة من خلال الاجزاء الصلبة في الجسيمات الحيوية وبالتالي يزداد التركيز في المياه العميقة لان عملية أعادة التدوير للأجزاء الصلبة تكون بطيئة. • التوزيع الافقي للعناصر المحدة ونسبة ردفيلد: • HORIZONTAL SEGREGATION AND THEREDFIELD–RICHARDS RATIO • نسبة النيتروجين والفوسفور في المياه العميقة تعتمد علي: • 1- تحلل العوالق والجسيمات الحيوية POM حسب نسبة ردفيلد بين C,N,P. • 2- ما اذا كانت عملية التحلل تحدث كاملة completely remineralized ومن خلال عملية التنفس الهوائيrespirationaerobic. • انتاج 1 مول من الفوسفات يستهلك 138 مول من الاكسجين بينما يتم انتاج 16 مول من النترات وعليه فأن نسبة النيترات في المياه العميقة تكون 16 مرة مقدار الفوسفات.

14. وبالتالي ينخفض تركيز الاكسجين 138 أسرع من انتاج الفوسفات. • اذا تحققت هذه العلاقات بصورة نموذجية فعند رسم العلاقة بين الفوسفات والنترات تعطي خط ميله يساوي 16 وكذلك عند رسم العلاقة بين الاكسجين والفوسفات تعطي خط ميله يساوي -138. • فعليا كما هو موضح هناك حيود عن هذه القيم في المحيطات المختلفة.

15. وترجع اسباب الحيود في نسبة ردفيلد الي العوامل التالية: • 1- نسبة الاكسجين الموجودة في الهائمات النباتية والحيوانية (POM) تكون أقل بكثير من نسبة ردفيلد مما يعني ان انتاج جزيئ الفوسفات يحتاج الي أكثر من 138 جزيئ أكسجين (حوالي 150). • 2- عملية التحلل ليست بالضرورة للهائمات النباتية والحيوانية فقط وانما قد تحدث لمخرجات الكائنات الحية أو أجزاء من انسجة الحيوانات البحرية وهي ليست بالضرورة تحقق نسبة ردفيلد. • 3- عملية التحلل ليس بالضرورة تحدث بصورة كاملة للهائمات فقد تكون انتقائية والاجزاء المتحللة المنتقاه قد لا تحقق نسبة ردفيلد للعناصر. ومثال ذلك عند تحلل البروتينات الغنية بالنيتروجين يحدث انتاج للنترات بصورة كبيرة قد يؤثر علي نسبة ردفيلد مع الفوسفات والاكسجين. • 4- عملية التحلل اللاهوائي اثناء ال denitrification حيث تتحول النترات الي نيتريت ثم نيتروجين تؤدي ايضا الي خلل في نسبة ردفيلد في مناطق OMZ. • ونستنتج من ذلك مايلي:

16. 1- في الظروف المعتادة من تركيز الاكسجين في المياه العميقة تتحق نسبة ردفيلد بين النيتروجين والفوسفات وهي 16. • 2- نسبة الاكسجين الي الفوسفات تقل عن 138 عند زيادة تركيز الفوسفات في المياه العميقة. • 3- في المياه العميقة عند نقص الاكسجين وحدوث عملية denitrification تقل نسبة النيتروجين الي الفوسفات لتصل الي 14.7 • 4- في مناطق التيارات الصاعدة عند ادني تركيز للأكسجين OMZ تقل نسبة النيتروجين الي الفوسفات كما هو موضح بالشكل في مناطق ساحلية تتعرض الي تيارات صاعدة فتقل نسبة ردفيلد () بينما المناطق المجاورة لها والتي لاتتعرض لمثل هذه التيارات تحافظ علي نسبة ردفيلد )).