أهداف التعلم

• أن تصف الضوء المرئي بوصفه جزءًا من الطيف الكهرومغناطيسي.
• أن تفسر أثر زاوية سقوط الأشعة والعمق في نفاذ الضوء في الماء.
• أن تميز بين المناطق الضوئية في المحيطات.
• أن توضح دور الإشعاع الشمسي في توزيع الكائنات البحرية ودرجات حرارة المياه والتيارات.

شرح الدرس

الضوء والطيف الكهرومغناطيسي

الضوء (الطيف المرئي) جزء صغير من الطيف الكهرومغناطيسي، الذي ينتشر على هيئة أمواج كهرومغناطيسية تختلف في الطول الموجي $(\lambda)$ والتردد $(\nu)$؛ وكلما زاد التردد زادت الطاقة وقل الطول الموجي. ويتألف الضوء المرئي من ألوان الطيف بالترتيب: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي (الأحمر أطولها موجة).

الإشعاع الشمسي خلال الماء

الإشعاع الشمسي المصدر الأساسي للطاقة على الأرض. وعندما يخترق سطح الماء يُمتص جزء منه بالماء والمواد العالقة والنباتات، ويتشتت جزء آخر أثناء نفاذه إلى الأعماق، وينعكس جزء من السطح إلى الغلاف الجوي.

• تعتمد كمية الطاقة المخترقة على زاوية السقوط: تكون أكبر عندما تسقط الأشعة عمودية على السطح (زاوية $90^\circ$ مع السطح)، وأقل عندما تسقط مائلة.
• كلما زاد العمق قلّت شدة الضوء تدريجيًّا.

المناطق الضوئية في المحيطات

امتصاص الماء للإشعاع الشمسي

• يمتص الماء كل طاقة الأشعة تحت الحمراء تقريبًا عند عمق 10 سنتيمترات من السطح.
• عند عمق 10 أمتار يمتص أكثر من 50% من طاقة الضوء المرئي.
• حتى في المياه الاستوائية الصافية لا يصل إلا نحو 1% من الضوء المرئي — معظمه أزرق — إلى عمق 100 متر.
• يمتص الماء الألوان الدافئة (الأحمر والبرتقالي، ذات الأطوال الموجية الطويلة) أولًا، ويشتت الألوان الباردة (ذات الأطوال القصيرة)؛ ولهذا يبدو الماء العميق أزرق.
• ينفذ الضوء أعمق في مياه المحيط المفتوح الصافية منه في المياه الساحلية الضحلة العكرة.

تأثير الإشعاع الشمسي في البيئات المائية

1) توزيع الكائنات البحرية: الكائنات ذاتية التغذية التي تقوم بالبناء الضوئي (النباتات المائية والطحالب والهائمات النباتية Phytoplankton) توجد بكثرة في الطبقات السطحية. وفي المياه الصافية تنمو حتى عمق 100 متر، وتكون أقرب إلى السطح في المياه العكرة. وتزدهر الشعاب المرجانية في المياه الدافئة الضحلة قرب خط الاستواء لأن الإشعاع طوال العام يحفز نمو الطحالب التكافلية داخل أنسجة المرجان التي تزوده بالغذاء.

2) درجات حرارة المياه: المياه الدافئة في المناطق الاستوائية تجذب أسماكًا مثل التونة والباراكودا، بينما يفضل سمك القد (Cod) المياه الباردة البعيدة عن خط الاستواء.

3) التغيرات في شدة الإشعاع: تغير الفصول والمناخ يضطرب به التوازن البيئي؛ ففي المناطق القطبية يقل الإشعاع أو ينعدم شتاءً فتقل معدلات البناء الضوئي ويقل الغذاء.

4) التيارات المحيطية: يسهم الإشعاع في تشكيلها، مثل تيار الخليج (Gulf Stream) الذي يحمل المياه الدافئة من خط الاستواء إلى شمال المحيط الأطلسي فيعتدل مناخ غرب أوروبا وتتنوع الحياة البحرية.

معلومة إثرائية (التطبق الحراري): في الصيف تسخن المياه السطحية للبحيرات العميقة فتقل كثافتها وتبقى فوق المياه الباردة الكثيفة، فتتكون طبقات متمايزة لا تختلط بسهولة (التطبق الحراري). وفي الخريف والشتاء تبرد المياه السطحية فتهبط ويحدث اختلاط رأسي يوزع الأكسجين والمغذيات بين الطبقات.

أسئلة للتدريب

1. متى تكون كمية الضوء المخترقة لسطح الماء أكبر ما يمكن؟
2. رتّب المناطق الضوئية في المحيط من السطح إلى القاع مع وصف كل منها.
3. لماذا يبدو الماء العميق أزرق اللون؟
4. علل: تزدهر الشعاب المرجانية في المياه الدافئة الضحلة قرب خط الاستواء.
5. ما أثر تيار الخليج في مناخ غرب أوروبا؟