الأنظمة البيئية المائية

• أحدد المناطق الرئيسة في البيئة المائية.
• أصف خصائص الكائنات الحية التي تعيش في الأنظمة البيئية المائية، وتكيفاتها.
• أبيّن أهمية العوالق في البيئة البحرية.
• أبحث عن أثر الانقلاب المائي في البحار والمحيطات.
• أبحث في المخاطر التي تُهدّد الأنظمة البيئية المائية.
• أستقصي تجارب الأردن في المحافظة على الشعاب المرجانية في خليج العقبة.
• أصف خصائص النظام البيئي للمياه العذبة.
• أوضح خصائص الكائنات الحية التي تعيش في مصبات الأنهار والأنظمة البيئية للمياه العذبة.

• الفكرة الرئيسة: الأنظمة البيئية المائية ديناميكية ومُتنوِّعة، ولها خصائص فيزيائية وكيميائية وحيوية تُميِّزها عن غيرها من الأنظمة البيئية.
• تتميز البيئة المائية بخصائص فيزيائية وكيميائية تساعد على التنوع الكبير للكائنات الحية فيها.
• تتأثر الأنظمة البيئية المائية بعدد من العوامل الحيوية والعوامل غير الحيوية.

الأنظمة المائية: ما الذي يميّزها؟

تضم البيئة المائية الأنظمة البيئية البحرية والأنظمة البيئية للمياه العذبة، وفيها تنوّع كبير للكائنات الحية.

العوالق: قاعدة الغذاء في الماء

• العوالق النباتية (الدياتومات، والسوطيات الدوّارة، والطحالب الخضراء) تُشكل قاعدة أي هرم بيئي في الأنظمة البيئية المائية.
• تثبت ثاني أكسيد الكربون وتنتج الغذاء والأكسجين، فتسهم في المحافظة على توازن نسبة الأكسجين وثاني أكسيد الكربون.
• العوالق الحيوانية (مجدافيات الأرجل ⁦Copepod⁩، وبرغوث الماء ⁦Daphnia⁩) هي المستهلكات الأولى، وتنقل الطاقة للمستهلكات الأخرى في السلاسل والشبكات الغذائية.
• المُحلّلات: بعض أنواع البكتيريا والفطريات والديدان، تُزوّد المناطق العميقة بالمواد العضوية وغير العضوية الناتجة من تحلّل أجسام الكائنات الحية وفضلاتها.

ما أهمية العوالق في البيئة المائية؟

الحرارة والملوحة: عاملان غير حيويين

• درجة الحرارة: تختلف في الأنظمة البيئية المائية تبعًا لموقعها الجغرافي، وعمق مياهها، وفصول السنة.

• تتميز البحار بنسبة ملوحة مرتفعة تصل إلى $35\ \text{ppt}$ (جزء من الألف).
• تمتاز المياه العذبة بنسبة ملوحة متدنية تصل إلى $0.5\ \text{ppt}$.
• تكيّفت الكائنات الحية البحرية للعيش في مياه البحر بالمحافظة على تركيز الأملاح في أجسامها بحيث يكون أقل منه في البيئة المحيطة:
• تُخرج الماء باستمرار من خياشيمها وجلدها.
• تضخّ الكُلى في كل منها كثيرًا من الماء مع الأملاح.
• تتخلّص الأسماك من فائض الأملاح لديها بالنقل النشط عن طريق خياشيمها.
• انصهار الجبال الجليدية في المناطق القطبية بسبب الاحترار العالمي أدّى إلى انخفاض ملوحة مياه البحر؛ ما أثّر في قدرة الكائنات البحرية على ضبط الاتزان المائي في أجسامها، وفي بقائها.

الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين في الماء

• الأكسجين: مصدره الرئيس عمليات البناء الضوئي التي تقوم بها العوالق والنباتات المائية.
• تذوب نسبة من الأكسجين بسبب حركة الرياح، واختلاطه بطبقة الماء السطحية.

• ثاني أكسيد الكربون: يقل تركيزه في الطبقات القريبة من سطح الماء؛ بسبب ارتفاع معدّلات عمليات البناء الضوئي.
• ارتفاع تركيزه يجعل الماء أكثر حموضة (انخفاض الرقم الهيدروجيني ⁦pH⁩ للماء).
• وهذا أدّى إلى ذوبان الهياكل الصُّلبة للكائنات الحية المتكوّنة من كربونات الكالسيوم $\text{CaCO}_3$، مثل: المرجان، والمحار.

• النيتروجين: تُثبّته البكتيريا الخضراء المُزرقّة، ونوع من السرخسيات المائية مثل نبات أزولا Azolla.
• ترتبط أزولا بعلاقة تقايض مع بكتيريا خضراء مُزرقّة تعيش في أوراقها الخارجية وتُثبّت النيتروجين، فتستفيد منه المُنتِجات في بناء المُركّبات العضوية المهمة.
• لذا يُعدّ النيتروجين عاملًا مُحدِّدًا في البيئات المائية بالرغم من وفرته في الغلاف الجوي.

كيف تُؤثّر زيادة نسب غاز ثاني أكسيد الكربون في الأنظمة البيئية المائية؟

البحر مقسوم إلى مناطق: بأي معيار؟

• تُمثّل الأنظمة البيئية البحرية ما نسبته 96.5% من مُجمَل المُسطّحات المائية.
• صنّف العلماء البيئة البحرية إلى مناطق تبعًا لمعايير عدّة.

الانقلاب الفصلي: كيف يصل الأكسجين إلى القاع؟

• تُعدّ هذه الظاهرة مهمة لبقاء الكائنات الحية المائية في الأعماق المختلفة للبحار والمحيطات.

• فصل الشتاء:
• تتجمّد طبقة الماء السطحية، وتوجد أكثر المياه برودة تحت هذه الطبقة المُتجمّدة.
• كلّما زاد العمق زادت درجة حرارة الماء لتصبح $4\ ^\circ\text{C}$.
• فصل الربيع:
• يبدأ الجليد الذي غطّى المياه السطحية بالانصهار، وتصبح درجة الحرارة في هذه الطبقة $4\ ^\circ\text{C}$؛ ما يزيد كثافة الماء فيها.
• تغوص مياه هذه الطبقة إلى الأسفل حاملة معها الأكسجين.
• ترتفع مياه الطبقة العميقة المُحمّلة بالمُغذّيات إلى طبقة الماء السطحية.

وماذا يحدث حين تدفأ الطبقة السطحية في الصيف؟

• فصل الصيف:
• تكتسب طبقة الماء السطحية مزيدًا من الطاقة الحرارية؛ ما يرفع درجة حرارتها، فتصبح دافئة، وأخف كثافة.
• ترتفع فوق المياه الباردة التي هي أعلى كثافة، وتنفصل عنها بطبقة من الماء تُسمّى طبقة الميل الحراري ⁨(Thermocline)⁩.
• فصل الخريف:
• تنخفض درجة حرارة مياه الطبقة السطحية إلى $4\ ^\circ\text{C}$، وتزداد كثافتها، ويُسهم انخفاض درجة حرارة الهواء المحيط في ذلك.
• تغوص من جديد في اتجاه القاع، فترتفع أكثر المياه دفئًا، وأقلها كثافةً (القريبة من القاع) إلى السطح.
• تستمر حركة انقلاب الماء حتى تبدأ الطبقة السطحية بالتجمّد مرّةً أخرى.
• وبذلك يصل الأكسجين من السطح إلى القاع، وترتفع المُغذّيات من القاع إلى السطح.

كيف يحدث الانقلاب الفصلي للماء؟

تجربة: هل يحتاج نبات الإيلوديا إلى الضوء؟

أضبط المُتغيّرات: أحدد المتغير المستقل والمتغير التابع في التجربة.

أفسّر سبب استخدام محلول الكاشف.

ألاحظ: ما التغيّرات التي طرأت على الأنابيب الثلاثة؟

أفسّر: ما سبب التغيّرات التي لاحظتها؟

أتنبأ: ما تأثير زيادة مدّة الإضاءة في عملية البناء الضوئي؟

أصدر حكمًا: أوضح إذا توافقت نتائجي مع فرضيتي أم لا.

لماذا يبدو البحر أزرق؟ وأين تعيش الطحالب؟

• تحتوي مياه البحر على أملاح مذابة ومواد عضوية تُؤثّر في قدرتها على امتصاص الطاقة الضوئية من الشمس.
• تمتص موجات الضوء الأحمر أولاً، ثم تنفذ موجات الضوء الأزرق والأخضر حتى عمق $200\ \text{m}$؛ ما يُفسّر لون مياه البحر الأزرق.
• وهذا يؤثّر في عملية توزيع الطحالب في هذه المياه:

• الطحالب الخضراء: صبغة الكلوروفيل فيها تمتص موجات الضوء الأحمر، فيتركز وجودها في الطبقات العلوية من ماء المحيط.
• الطحالب الحمراء: تحتوي صبغة الفايكوبيليبروتين ⁦phycobiliproteins⁩ التي تمتص الضوء الأخضر والضوء البرتقالي، فتوجد في مناطق أكثر عمقًا.
• الطحالب البنية: تحتوي صبغة الفيوكوزانثين ⁦fucoxanthin⁩ التي تمتص الضوء الأخضر والضوء الأزرق، فتعيش في مناطق أكثر عمقًا من سابقتها.

أربع مناطق بحرية: من المدّ إلى القاع

تتوزّع الكائنات الحية في الأنظمة البيئية البحرية على مناطق بيئية عدّة، منها: منطقة المدّ، والمنطقة الضحلة، ومنطقة المياه المفتوحة، ومنطقة القاع.

• منطقة المدّ
• أرضها صخرية، أو رملية، وتغمرها مياه المدّ مرّتين يوميًا.
• عُرضة للتغيّرات في درجة الحرارة ونسبة الملوحة، وغنية بالأكسجين والمُغذّيات.
• المُنتِجات: الطحالب البحرية، الأعشاب البحرية.
• الحيوانات: الإسفنج، شقائق نعمان البحر، شوكيات الجلد، الأسماك الصغيرة، الديدان، الرخويات (مثل المحار)، القشريات.
• أثر النشاط البشري: التلوّث بمواد مختلفة، مثل النفط، وبناء الحواجز للحدّ من عملية الحتّ الموجي التي أثّرت سلبًا في الأنظمة البيئية.

• المنطقة الضحلة
• تُحيط بحافات القارات، وتمتد حتى عمق $200\ \text{m}$.
• مياهها دافئة.
• المُنتِجات: غابات عشب البحر.
• الحيوانات: الأسماك، واللافقاريات الصغيرة الحجم التي تُعدّ مصدر غذاء للسلاحف البحرية.
• أثر النشاط البشري: التلوّث.

• منطقة المياه المفتوحة
• مياهها صافية، وغنية بالأكسجين، والمُغذّيات فيها أقل منها في المنطقة الضحلة.
• يحدث فيها الانقلاب الفصلي للماء في فصلي الربيع والخريف.
• عمق مياهها يصل إلى $200\ \text{m}$ في المناطق القريبة.
• ويتراوح بين $200\ \text{m}$ و $1000\ \text{m}$ في المناطق العميقة، وبين $4000\ \text{m}$ و $10000\ \text{m}$ في الأعماق السحيقة.
• المُنتِجات: العوالق النباتية، البكتيريا ذاتية التغذية.
• الحيوانات: العوالق الحيوانية، والقشريات، وقناديل البحر، وبعض اللافقاريات، والحَبّار، والثدييات البحرية، مثل الحيتان.
• أثر النشاط البشري: التلوّث، وانخفاض الرقم الهيدروجيني للمياه، والاحترار العالمي.

• منطقة القاع
• أدنى منطقة بيئية في المسطح المائي، وتمتد من المناطق الضحلة إلى أعمق بقعة في المحيط.
• الأكسجين الذائب في مياهها يكفي لتنفس الكائنات الحية، وتتكوّن من رسوبيات ناعمة.
• المُنتِجات: الطحالب في المناطق التي يصلها ضوء الشمس، والكائنات الحية التي تحصل على غذائها بالبناء الكيميائي حول الفتحات الحرارية المائية ⁦Hydrothermal Vents⁩ في المناطق التي لا يصلها ضوء الشمس.
• الحيوانات: اللافقاريات، الأسماك، الديدان الأنبوبية، المفصليات، شوكيات الجلد.
• أثر النشاط البشري: التلوّث.

أُقارِن بين منطقة المَدِّ، والمنطقة الضحلة، ومنطقة المياه المفتوحة من حيث أنواع المُنتِجات الموجودة في كلٍّ منها.

المياه العذبة: ثلاثة أنواع

• تُمثّل الأنظمة البيئية للمياه العذبة ما نسبته 3.5% من الأنظمة البيئية المائية.
• تتوزّع بين الأنهار الجليدية، والغطاء الجليدي، والمياه الجوفية، والمياه العذبة السطحية وغيرها.
• تُصنّف الأنظمة البيئية للمياه العذبة إلى ثلاثة أنواع:
• المياه الجارية ⁦Lotic Freshwater (⁩مثل: الأنهار)
• المياه الراكدة ⁦Lentic Freshwater (⁩مثل: البحيرات)
• الأراضي الرطبة ⁦Wetlands Freshwater (⁩مثل: الأهوار)

ما أنواع الأنظمة البيئية للمياه العذبة؟

النهر: من المنبع إلى السهل الفيضي

• تشمل المياه العذبة الجارية ⁦Lotic Freshwater⁩ الأنهار، والجداول، والسيول.
• يُصنّف النظام البيئي فيها إلى ثلاث مناطق تبعًا لاتجاه حركة الماء: منطقة المنبع، والمنطقة الانتقالية، ومنطقة السهل الفيضي.

• منطقة المنبع Source Zone
• من أمثلتها الجبال، والتلال، والمياه الجوفية.
• تجري المياه ضمن مسارات ضيقة بسرعة كبيرة، وهي مياه ضحلة، وباردة، وغنية بالأكسجين.
• تحوي أنواعًا قليلة من المُنتِجات، مثل: الطحالب والحزازيات.
• من أسماكها سمك السلمون المُرقّط الذي يمتاز بعضلاته القوية التي تُمكّنه من السباحة في تيارات المياه القوية والسريعة.

• المنطقة الانتقالية Transition Zone
• مجرى الماء فيها أكثر عَرْضًا وعمقًا، وأقل سرعة.
• مياهها عكرة ودافئة مقارنةً بمياه منطقة المنبع، ووفرة المُغذّيات فيها، وانخفاض نسبة الأكسجين فيها.
• يعيش فيها أنواع من الطحالب، وبعض الأسماك مثل سمك الباس.
• منطقة السهل الفيضي Floodplain Zone
• مياهها دافئة، وقليلة التشبّع بغاز الأكسجين، وتنخفض سرعة جريانها، ويزداد اتساع مجرى الماء فيها.
• يعيش فيها عدد قليل من الأنواع، مثل: بعض أنواع الطحالب، والأسماك مثل الشبوط.
• تتفرّع المياه فيها إلى قنوات عدّة، وتتكوّن الأراضي الرطبة التي تُسهم في خفض سرعة جريان الماء؛ ما يُقلّل من مخاطر الأعاصير والفيضانات.

أُقارِن بين منطقة المنبع والمنطقة الانتقالية ومنطقة السهل الفيضي من حيث: سرعة المياه، والعمق، والكائنات الحية التي تعيش في كلٍّ منها.

البحيرة: من الشاطئ إلى القاع المُظلم

• تُعدّ البحيرات والبِرَك من أكثر مصادر المياه العذبة الراكدة ⁦Lentic Freshwater⁩ شيوعًا.
• يُصنّف النظام البيئي فيها إلى مناطق عدّة.
• المنطقة التي تسود فيها العوالق: العوالق بنوعيها، النباتية والحيوانية، وفيها كثير من أشكال الحياة.
• وهي أساس السلاسل الغذائية في النظام البيئي لمناطق المياه العذبة الراكدة.
• المنطقة الساحلية ⁦Littoral Zone⁩: مياهها الضحلة الدافئة بيئة مناسبة لأنواع عدّة من الطحالب، والنباتات المائية، والمحار، والقشريات، والبرمائيات، وبعض الحشرات.
• الكائنات الحية التي تعيش فيها مصدر لغذاء حيوانات أخرى، مثل: البط، والسلاحف.
• المنطقة المُظلمة: مياهها مُظلمة وباردة، وعدد المُنتِجات فيها منخفض؛ لعدم وصول أشعة الشمس إلى الأعماق.

ما أشكال الحياة في المنطقة المُظلِمة؟

الأراضي الرطبة: تربة مغمورة بالماء

• تُصنّف الأراضي الرطبة إلى أربع مناطق، يُبيّنها الشكل (16).

ما المقصود بالأراضي الرطبة؟

الرّخاخ: أرض حزازية فقيرة بالمُغذّيات

• تنشأ عندما ينمو نبات حزازي من جنس سفاغنون Sphagnum على حواف بحيرة، ويستمر في النمو ببطء حتى يملأ البحيرة كلها.
• عند جفاف هذا النبات يمنع تبخّر مياه الأمطار المُحتجَزة في التربة، التي تُعدّ مصدر المياه فيها.

• تمتاز بأنها بيئة فقيرة بالمُغذّيات، وبمياهها ذات الرقم الهيدروجيني ⁦pH⁩ المنخفض (3-5)، وبتربتها المشبعة بالماء.
• لذا يتكيّف عدد قليل من الأنواع النباتية والحيوانية للعيش فيها، ومن أشهرها النباتات الآكلة للحوم.
• تُسهم في الحدّ من الفيضانات باحتجازها مياه الأمطار في الأراضي المُغطّاة بالحزازيات.
• وتُسهم في الحدّ من تغيّر المناخ بخزنها الكربون في ترسّبات الحزازيات.

الفينات: أرض منخفضة تتحوّل إلى رخاخ

• تمتاز بأراضيها المنخفضة التي تنمو فيها الحزازيات، وترشح إليها المعادن والمُغذّيات من التربة المحيطة.
• مياهها من مصادرها المياه الجوفية، وهي موطن لعدد من النباتات، مثل الأعشاب.
• استمرار نمو الحزازيات وتراكم الحثّ فيها يتسبّب في ارتفاع مستوى الأرض؛ ما يمنع وصول المياه إليها من المصادر المحيطة، ثم تتحوّل إلى رخاخ بمرور الزمن.

الأهوار: أراضٍ رطبة غنية بالمُغذّيات

• تمتاز بأراضيها الرطبة التي تنمو فيها النباتات العشبية.
• يغمرها الماء من المُسطّحات المائية القريبة مثل ضفاف الأنهار، أو من المياه الجوفية غالبًا.
• بيئة غنية بالمُغذّيات، وتربتها رملية أو طينية؛ ما يجعلها موطنًا لنباتات مثل: زنابق الماء، والقصب، والخيزران، والبَرْدي.
• تعيش فيها حيوانات، مثل: مالك الحزين، والقنادس، وجرذان المسك.
• تُسهم في تجديد مصادر المياه الجوفية، وتحدّ من حدوث الفيضانات.

المُستنقعات: أراضٍ رطبة تنتشر فيها الأشجار

• تمتاز بأراضيها الرطبة التي تنتشر فيها الأشجار على طول ضفاف الأنهار ذات التدفق البطيء.
• وبتربتها المشبعة بالماء، وبمياهها الغنية بالمادة العضوية.
• ومن أهم الأشجار التي تنمو فيها: القيقب، والسرو.
• تُعدّ موطنًا لعدد من الحيوانات، مثل: الطيور، واللافقاريات، والتماسيح.

أبيِّن أوجه الشبه والاختلاف بين كلٍّ من الأهوار والمُستنقعات.

المصبّ: حيث يلتقي النهر بالبحر

• تختلف مصبات الأنهار من حيث الخصائص تبعًا لموقعها الجغرافي، والنمط المناخي السائد فيها.
• تغمر مياه المدّ الأراضي المنخفضة وتُحتجز فيها، وما إن تتبخّر المياه حتى تظل الأملاح على حالها.
• تتكوّن مستنقعات الملح ⁦Salt Marshes⁩ نتيجة تكرار حركة المدّ، وتكون مُغطّاة بطبقة عضوية يُطلَق عليها اسم الحثّ Peat.
• الحثّ طبقة قليلة التشبع بغاز الأكسجين، وتنمو فيها بكتيريا تستمد الطاقة عن طريق أكسدة كبريتيد الهيدروجين؛ ما يُسبّب رائحة تشبه رائحة البيض الفاسد.

ما سبب ملوحة مياه المصبات في مستنقعات الملح؟

• تختلف الشبكات الغذائية في مصبات الأنهار عنها في بقية الأنظمة البيئية من حيث المُنتِجات؛ فهي لا تُعدّ غذاءً للمستهلكات الأولى.
• خلافًا لمادتها العضوية التي تنزل إلى الأسفل بعد موتها، وتُمثّل غذاءً للمحار والديدان والإسفنج.
• تُعدّ أنظمة بيئية مهمة اقتصاديًا؛ إذ تنمو فيها أعداد كبيرة من الأسماك والقشريات.
• تقصدها بعض أنواع طيور الماء لبناء الأعشاش، والحصول على الغذاء والراحة في أثناء موسم هجرتها.
• تبدو أشبه بمصافٍ ضخمة؛ إذ تحتجز الرسوبيات والمُلوّثات، وتمنع وصولها إلى المحيطات.

ما مصدر غذاء أنواع المحار والقشريات التي تعيش في مصبات الأنهار؟

• أكون مُبادرًا: تقع مسؤولية كبيرة على أفراد المجتمع في المحافظة على الماء.
• منع تسرب الماء من الحنفيات والمواسير وغيرها بتصليح التالف منها، وعدم الإسراف في استخدام الماء أثناء الاستحمام أو غسل السيارات أو الأعمال المنزلية.
• تقليل التلوث بالتخلص من المواد الكيميائية بالطرق الصحيحة، وتجنب استخدام المبيدات الحشرية في حديقة المنزل، واستخدام منظفات صديقة للبيئة.
• تقليل استخدام المواد البلاستيكية، وزراعة الأشجار والنباتات على ضفاف الأنهار.

كيف نحمي المياه العذبة؟

• الأنظمة البيئية للمياه العذبة مهمة لبقاء الإنسان؛ فهي توفّر المياه اللازمة للشرب والزراعة وغيرها.
• وهي موطن لكثير من الكائنات الحية المتنوعة.
• قد تؤدي الأنشطة البشرية (مثل: فرط استغلال الكائنات الحية، والأنشطة الصناعية، واستخدام المبيدات الحشرية) إلى الإضرار بهذه الأنظمة.
• للمحافظة عليها واستدامتها لا بد من اتخاذ عدّة إجراءات:

• وضع قوانين وأنظمة لحماية الأنظمة البيئية: تعيين مناطق محمية، ووضع معايير لجودة المياه، وتنفيذ إجراءات للسيطرة على التلوث وتدمير المواطن البيئية.
• توقيع الاتفاقيات العالمية: لتسهيل التعاون والتنسيق الدوليين في معالجة قضايا المياه العابرة للحدود.
• الإدارة المُستدامة للمياه: إعادة تدوير المياه، وإعادة استخدامها، وتجميع مياه الأمطار، وتنفيذ تقنيات توفير المياه في الزراعة والصناعة وغيرها.
• استعادة المواطن البيئية: بإزالة الأنواع الغازية، وإعادة زراعة النباتات المحلية، وتحسين نوعية المياه.