أهداف التعلم

• أن تحدد مصادر الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في البيئة المائية.
• أن تعرّف الذوبانية وتقارن بين ذوبانية الغازين وتأثير الحرارة فيهما.
• أن توضح آثار زيادة الأكسجين المذاب في الكائنات المائية.
• أن تفسر آثار زيادة ثاني أكسيد الكربون ونقصه في الماء، ومنها التحمض وضعف التكلس.

شرح الدرس

مصادر الأكسجين في البيئة المائية

1. الهواء الجوي: المصدر الرئيسي، ويذوب الأكسجين في الماء بنسبة ضئيلة. وفي البحار تزيد الأمواج والاضطراب معدل تبادل الغازات بين الغلاف الجوي والماء.
2. البناء الضوئي: تنتج العوالق النباتية والطحالب والنباتات المائية الأكسجين.

ويستخدم الأكسجين المذاب في التنفس الخلوي، أي أكسدة الجلوكوز لإنتاج الطاقة (وهي عملية هدم).

مصادر ثاني أكسيد الكربون في البيئة المائية

1. الغلاف الجوي: المصدر الرئيسي بتبادل الغازات مع الماء.
2. تنفس الكائنات البحرية: ينتج كفضلات من عمليات الهدم.
3. الأنشطة البشرية: كالتلوث الصناعي وتحلل المواد العضوية في مياه الصرف الزراعي.

وتحصل النباتات المائية والطحالب على $CO_2$ بخاصية الانتشار (من الوسط الأعلى تركيزًا إلى الأقل)، ويدخل في تكوين الكربوهيدرات بالبناء الضوئي:

ذوبانية الغازين في الماء

الذوبانية: قدرة المذاب على الذوبان في المذيب لتكوين محلول متجانس عند درجة حرارة وضغط معينين، أو أقصى كمية من المذاب في حجم معين من المذيب لتكوين محلول مشبع مستقر. وتتأثر بدرجة الحرارة والضغط وطبيعة المواد.

الذوبانية = كتلة الغاز المذاب ÷ حجم المحلول

مقارنات مهمة:

• تركيز الأكسجين في الهواء أعلى بنحو 500 مرة من تركيز $CO_2$، لكن ذوبانية الأكسجين في الماء أقل بنحو 50 مرة من ذوبانية $CO_2$.
• ذوبانية الغازين في مياه المحيط المالحة أقل بنحو 20% – 30% منها في الماء العذب.
• تقل ذوبانية الغازين بارتفاع درجة الحرارة، لكن ذوبانية $CO_2$ تتناقص بمعدل أكبر من الأكسجين (مثلًا عند الارتفاع من $20^\circ C$ إلى $50^\circ C$). ولهذا تكون المياه الباردة أغنى بالأكسجين من الدافئة.

تأثير زيادة الأكسجين المذاب

1. تعزيز التنفس وتحسين قدرة الكائنات عليه.
2. تحسين التمثيل الغذائي وتعزيز النمو.
3. زيادة النشاط في السباحة والصيد والتكاثر.
4. الحفاظ على توازن النظام البيئي بدعم مجموعات متنوعة من الأسماك واللافقاريات والنباتات.

تأثير زيادة ثاني أكسيد الكربون في الماء

1. التحمض: يذوب $CO_2$ بتركيز أكبر فيتكون حمض الكربونيك وينخفض الرقم الهيدروجيني:

وهو ضار خاصة بمراحل البيض واليرقات.

2. ضعف التنفس: بانخفاض الأكسجين المذاب.
3. ضعف الدعامة:
   • الدعامة الخارجية: في المرجان (من اللاسعات) والمحار (من الرخويات) وقنفذ البحر (من شوكيات الجلد)، وتعتمد على التكلس بترسيب كربونات الكالسيوم لبناء الأصداف والهياكل (أما هيكل الجمبري من القشريات فمن الكيتين). وزيادة $CO_2$ تحول كربونات الكالسيوم شحيحة الذوبان إلى بيكربونات الكالسيوم الذائبة؛ فيقل التكلس ويتعطل بناء الهياكل.
   • الدعامة الداخلية: في الأسماك والثدييات البحرية كالدلافين والحيتان، والهيكل العظمي يتكون أساسًا من فوسفات الكالسيوم وبروتين الكولاجين كما في الأسماك العظمية مثل البلطي (أما الراي فهيكله غضروفي). وزيادة $CO_2$ تخل بتوازن الكالسيوم فيضعف النمو.

تأثير نقص ثاني أكسيد الكربون في الماء

1. انخفاض كفاءة البناء الضوئي في النباتات والطحالب، فيقل تكوين السكريات والطاقة.
2. التأثير في سلاسل الغذاء: يقل مخزون الطاقة في المنتجات (العوالق النباتية والطحالب)، فتقل الطاقة المتاحة للمستويات الأعلى.
3. خلل في الرقم الهيدروجيني: يرتفع pH للمياه فيضر بالأنواع المتكيفة مع مدى معين منه.

أسئلة للتدريب

1. اذكر مصادر الأكسجين ومصادر ثاني أكسيد الكربون في البيئة المائية.
2. قارن بين الأكسجين وثاني أكسيد الكربون من حيث التركيز في الهواء والذوبانية في الماء.
3. كيف تؤثر درجة الحرارة في ذوبانية الغازين؟
4. فسّر: زيادة ثاني أكسيد الكربون في الماء تضعف الهياكل الخارجية للمرجان والمحار.
5. ما آثار نقص ثاني أكسيد الكربون في الماء على سلاسل الغذاء؟