التوزيع الراسي للعناصر المحدده بيولوجيا Vertical segregation of the biolimiting elements

1. التوزيع الراسي للعناصر المحدده بيولوجياVertical segregation of the biolimiting elements

2. الاستنزاف في السطح والزياده في الأعماق • في مناطق العروض السفلي والوسطي تتواجد العناصر المحدده بتركيزات منخفضه في السطح • تحت الطبقه المخلطه تزداد التركيزات مع العمق وهي تتوافق مع منطقه المنحدر الحراري • في المنطقه العميقه تتجانس التركيزات وبشكل عام التركيزات اقل الي حد ما من تلك في طبقه المنحدر الحراري

3. هذه التغيرات تعكس تاثير الجزيئات البيولوجيه علي توزيع العناصر المحدده للنشاط البيولوجي نتيجه انتاجها وتكسيرها • اتاحيته هذه العناصر في الطبقه السطحيه يحدد نمو الهائمات النباتيه • بعض العناصر يتم استخدامها لبناء الانسجه الطريهsoft tissues (النيتروجين والفسفور) والأخر لبناء الهياكل الصلبه hard skeletons (السيلكون) • الجزء الطري يتم اعاده معدنته بواسطه البكتيريا وبالتالي يطلق النيتروجين والفسفور الي المياه البحريه في الصوره الذائبه كما ان اذابه وتحلل الهياكل الصلبه تطلق السيلكون الذائب • وتتم اعاده استخدامها بشكل سريع بواسطه الهائمات النباتيه وتعود علي شكل الجزيئات المعلقه • بعض الجزيئات المعلقه تتساقط تحت الطبقه المخلطه وهي ايضا معرضه لعمليه اعاده المعدنه ولكن نظرا لان الهائمات النباتيه لاتنمو تحت الطبقه المخلطه فانها تبقي بالصوره الذائبه في المياه

4. ونظرا لان طبقه المنحدر الحراري تتميز بالتطبق نتيجه الكثافه فانها تمنع الخلط الراسي وبالتالي تحجز هذه العناصر تحت الطبقه المخلطه • بعض من هذه العناصر يعود للسطح عن طريق التيارات الملحيه-حراريه او عن طريق عمليه الانتشار الدوامي • كميه العناصر المحدده بيولوجيا في منطقه المنحدر الحراري اعلي منها في الطبقه العميقه نسبيا نتيجه لمعدل الدوران الملحي-حراري وتدفق الجزيئات حيث ان عمليه اعاده المعدنه تؤدي الي انخفاض التدفق مع الزياده في العمق

6. نموذج الصندوق (نموذج بروكر)Box model (Broecker model) • العديد من الاسئله تحتاج الي جواب مثلا ماهي كميه الماده العضويه التي يتم اعاده معدنتها في المياه العميقه؟ كم الكميه التي تصل الي الرواسب من الماده العضويه؟ مهو تاثير ذلك علي العناصر المحدده بيولوجيا • المدي الذي يتم فيه اعاده معدنه العناصر المحدده يطلق عليه فعاليه اعاده التدوير recycling effeciency • باستخدام نموذج بروكر يمكن حساب فعاليه اعاده التدوير باستخدام تركيزاتهم في مياه الانهار والمياه العميقه والمياه السطحيه • في هذا الموديل يتم فصل مياه البحر الي طبقتين : سطحيه وعميقه • السطحيه تمثل المياه الدافئه للطبقه المخلطه ونصف طبقه المنحدر الحراري في حين ان الطبقه العميقه تمثل المياه البارده للنصف الثاني من طبقه المنحدر الحراري والطبقه العميقه

8. الشكل السابق يوضح ان التبادل والإتصال بين المياه السطحيه والعميقه يتم عن طريق التصعيد المائي upwelling والهبوط المائي downwelling. • المنحدر الحراري يمنع الدوران الراسي ولذلك الهبوط المائي يحدث في المناطق القطبيه حيث تختفي طبقه المنحدر الحراري في هذه المناطق. • المياه العميقه تصعد للمياه السطحيه عن طريق التيارات الملحي-حراريه. • بافتراض ان حجم المستودعين (المياه السطحيه والعميقه) يبقي ثابت مع الزمن فان معدل التصعيد المائي العالمي لا بد ان يتساوي مع معدل الهبوط المائي العالمي • حيث ان مساحه السطح للمستودعين متساويه فان المعدل العالمي لانتقال المياه بين المستودعين يتم التعبير عنها بالتبادل السنوي لطبقه مياه (mix) سمكها 300 سم • قيمه mixوهي 300سم/سنه تم التحصل عليها بمعرفه توزيع الكربون المشع 14في ماء البحر

9. النموذج يفترض ان المواد تدخل للمحيط عن طريق التصعيد المائي والانهار في حين ان المصادر الاخري مثل الغلاف الجوي والبراكين البحريه يمكن تجاهلها بالنسبه للعناصر المححده • النموذج يفترض ايضا ان العناصر المحدده تنتقل من المياه السطحيه عن طريق سقوط الجزيئات الحيويه المعلقه او الهبوط المائي • الطريقه الوحيده التي تغادر بها العناصر المحدده المحيط هي عن طريق دفن الجزيئات الحيويه المعلقه في الرواسب • النموذج يفترض ان توزيع العناصر المحدده في المستودعين متجانس

10. بافتراض ان العناصر في الحاله الثابته، اذا تركيزاتهم في المستودعين تبقي ثابته مع الزمن كما ان كميه العنصر الذي ينتقل الي الصندوق تساوي الكميه الخارجه منه ويمكن اعطاء علاقه حفظ الكتله لمستودع الطبقه السطحيه بالشكل: معادله 1 الثلاث الحدود الأولي من التدفق (Flux) يمكن حسابها بضرب تركيز العنصر المحدد (C) بالنقل المائي السنوي () بالعلاقه: معادله 2

12. تدفق التصعيد المائي هو محصله تركيز المياه العميقه والتي يمكن حسابها من التركيز في الأعماق (Cdeep) وكميه الماء التي يحصل لها تصعيد سنويا (mix) تدفق الهبوط المائي هو محصله التركيز في السطح (Csurface) وكميه الماء التي يحصل لها هبوط سنويا والتي تساوي (mix) تدفق العنصر عن طريق الأنهار هو محصله تركيز العنصر في النهر (Criver) وكميه المياه المنقوله سنويا بواسطه الأنهار للمحيط (river) والتي يمكن التعبير عنها بعمق طبقه من المياه التي تنتج عن طريق انتشار مياه النهر سنويا عبر مساحه سطح المحيط

13. تدفق الجزيئات الحيويه المعلقه (particle flux) يرمز له بالرمز P ويمكن اعاده كتابه معادله 2 علي الشكل: معادله 3 فعاليه التدوير في المياه السطحيه يمكن حسابها علي افتراض ان جزء من العنصر في الطبقه السطحيه يتم ازاحته في الجزء المعلق ويرمز له بالرمز g ويعطي بالعلاقه: معادله 4

14. المعادله 4 يمكن تبسيطها بقسمه كل من الطرفين علي mix و Criver: معادله 5 بضرب الحد الأخير بالحد mix/vriverتصبح معادله 5 بالشكل: معادله 6

15. كميه المياه التي تدخل المحيط تساوي 32x1015 لتر/سنه، وبافتراض ان متوسط مساحه المحيط تساوي مساحه سطح البحر (3.6x1018 سم2) اذا هذه الإضافه تعطي اضافه سنويه لطبقه من المياه سمكها 10 سم، وحيث ان mix=300 سم/سنه عليه mix/vriver=30 ومنه المعادله 6 تصبح بالشكل: معادله 7

16. اذا لمعرفه فعاليه التدوير في الطبقه السطحيه نحتاج فقط الي معرفه التركيزات لمياه النهر والطبقه السطحيه والعميقه، ولعنصر الفوسفور Cdeep/Csurfac=5 كما ان Csurface/Criver=0.25 ولذلك فان قيمه g تكون 0.95 وهذا يعني انه اذا كانت هناك عمليه تبادل كافيه بين المستودعين فان ما نسبته 95 من الفوسفور الذي يدخل الطبقه السطحيه يتم ازاحته في صوره معلقه. • الدراسات عن ديناميكيه الاملاح المغذيه تشير الي متوسط الذره يتم اعاده تدويره 10 مرات قبل ان يتوجه الي الطبقه العميقه

17. اذا كان المحيط في الحاله الثابته، فان تدفق العنصر الي المحيط يساوي تدفقها خارج المحيط: معادله 8 تدفق المواد المعلقه الي الرواسب يتم حسابه من العلاقه: معادله 9 وهي الجزء من اجمالي الماده المعلقه P والتي يتم تحولها للرواسب

18. ويمكن حساب تدفق المواد المعلقه الي الرواسب بضرب f في P: معادله 10 التدفق الي الرواسب هو الطريق الوحيد التي يفقد بها العنصر من المحيط ولذلك يمكن التعبير عن ذلك بالعلاقه معادله 11

19. او يمكن القول: معادله 12 بالتعويض في المعادله 3: معادله 13 ايضا يمكن التبسيط : معادله 14

20. بالتعويض بقيمه vmix/vriver =30 نحصل علي : معادله 15 للفسفور f=0.01 هذا يعني ان هناك 1 في الميه من المواد المعلقه تدخل المياه العميقه خلال عمليه الخلط تستمر حتي تدفن في الرواسب وعليه 99 في المائه يحصل لها اعاده معدنه في المياه العميقه

21. اجمالي فعاليه الدوران للعنصر المحدد تعطي بالجزء الذي يدخل النهر والذي يدفن في الرواسب خلال دوره خلط واحده ويعطي بالعلاقه: معادله 16 للفسفور f.g =0.01 x 0.95 =0.01 هذا يعني ان ما نسبته 1 في المائه الذي يدخل المحيط بواسطه الانهار يتم حفظه في الرواسب وقد تم تقدير ان هناك حاجه الي 1000 سنه للماء حتي يتم التبادل الكلي بين المستودعين

22. وعليه فان زمن الاقامه يكون: معادله 17