الماء عمود في حيويا المحدة العناصر توزيعVertical Segregation of the Biolimiting Elements

:مقدمة•اساسية • عناصر الي الحي الكائن يحتاج العضوية المادة لتكوين

.وهي والسيليكون والفوسفات النيتروجينالجزء ) • االنسجة تكوين في والفوسفات النيتروجين يستعمل

االجزاء soft partsالمرن( تكوين في السيليكون يدخل بينما.shellsالصلبة

والفوسفات • السيليكون من كل الي النباتية الهائمات تحتاج ولهذاومن السطحية الطبقة في العناصر هذه تركيز فيقل والنيتروجين

التسمية جاءت او هنا محدة .biolimitingعناصرالماء • عمود الي أخري مرة العناصر هذه بتحرير البكتريا تقوم

. وعودة العميقة المياه في النباتية الهائمات مخلفات مع بالتعاملوحيويه فيزيائية عوامل علي يعتمد الماء سطح الي العناصر هذه

. الفصل هذا في مناقشته ماسيتم وهذا1

•: العميقة المياه وغني السطح مياه فقر• SURFACE-WATER DEPLETIONS, BOTTOM-WATER

ENRICHMENTS:

في • المغذية او المحدة العناصر بعض توزيع يوضح التالي الشكلاالطلنطي شمال

ايونات • في موجودة والفوسفور النيتروجين صور ان ويالحظوموجودة حيويا المستخدمة الصور وهي والفوسفات النيترات

. باألكسجين الغنية المياه في عالية بتراكيزجدا • منخفضة السطحية المياه في المغذية العناصر تراكيز

. العميقة المياه في تركيزها الي بالمقارنة

2

ويعرف • المغذية للعناصر تركيز أعلي يوجد معين عمق عندthermoclineبأسم

• ) عن ) انطباع يعطي الماء عمود في المحدة المغذية العناصر توزيع. ) المحيط ) في النباتية الهائمات الحية الجسيمات ومنتهي منشأ

المضيئة • المنطقة النباتية euphotic zoneفي الهائمات تقومتركيب في لتدخل الماء من حيويا المحدة العناصر معظم بأستخالص

الخارجي( ) P,Nاألنسجة ) الجدار تركيب في (.Siاوالجدار • بناء في الكالسيوم كربونات تستخدم النباتية الهائمات بعض

العنصرين ) كال تركيز في يؤثر ال وهذا انهما( Ca, Cالخارجي اذ. البحر ماء في عالية بتراكيز متواجدان

بواسطة • تتحلل الحي الكائن في الصلبة واالجزاء المرنة االجزاءالماء الي تعود و عضوية remineralizationالبكتريا غير صورة في

ذائبة .ال • عملية حدثت العناصر remineralizationاذا تعود السطح في

. اخري مرة النباتية الهائمات تكوين في لتدخل بسرعة المحدة

3

منطقة • الي تتساقط الميتة االجزاء من كثير او thermoclineولكنالعميقة المياه عملية deep zoneالي لها لتحدث

المنطقة remineralizationال في اال تتواجد ال النباتية الهائمات والناستخدام دون العميقة المياه في المغذية العناصر فتبقي المضيئة

. تركيزها ويزدادلهذه • العالية الكثافة نتيجة العميقة المياه في المحدة العناصر تبقي

صاعدة تيارات من يحدث ما عدا فيما بسببها upwellingالمياه والتيبأسم تعرف ظاهرة في السطح الي القاع من المحدة العناصر تنتقل

الحيوية .biological pumpالمضخة

الماء • عمود :INTERPRETING DEPTH PROFILESدراسةفكرة • يعطي الماء عمود في الحرارة ودرجة العناصر تركيز دراسة

. البيوجيوكيميائة العمليات ومعدل طبيعة عنعلماء • فيها يهتم الماء عمود من عينات اخذ الضروري من كان ولذلك

والكثافة والملوحة الحرارة درجة عن مبدئية بدراسة البحار علوم. الماء عمود من العينات جمع يتم ثم الموقع في تحدث بقياسات

4

يمثل • المقابل الغير والشكل والكربون الذائب االكسجين توزيع. عضوي الماء عمود في

جميع • تمثيل العينات جمع في ويراعيالماء كثافة علي اعتمادا المختلفة الماء كتل

فيها يحدث التي المناطق في العينات وتتقاربفي تتباعد بينما التركيز في سريعة تغيرات

. العميقة المياه مثل التغيرات فيها تقل التي الكتلالماء • عمود لتمثيل العينات لجمع الزجاجات من عدد يوضع

العملية هذه hydrocastوتسميالحرارة • ودرجة الملوحة قياسات علي الباحثون يركز البداية في

تحديد يتم ثم ومن المختلفة الماء كتل علي للتعرف الماء وكثافةخالل من العملية هذه وتحدث الماء عمود في وأبعادها العينات

ال جهاز مستمر .CTDمجسات قياس بعملية تقوم التي

5

ما • اقسام عادة ثالثة الي الماء عمود تقسيم :يتمالمختلطة - 1• المياه البحر Mixed layerطبقة سطح من وهي

من عادة وهي المنطقة في الضوء نفاذية علي يعتمد عمق الي.100الي 50 متر

بالثرموكلين- 2• المسماه المياه وتمتد Thermoclineطبقةحوالي الي المختلطة الطبقة .1000اسفل متر

العميقة طبقة- 3• طبقة deep waterالمياه اسفل من وهي. المحيط قاع حتي الثرموكلين

التي • بالطبقة مختلطة تكون الماء من طبقة كل بداية ان ويالحظ. تليها التي بالطبقة مختلطة تكون طبقة كل ونهاية تسبقها

6

من • لتوزيع ويالحظ عكسية مرأه صورة يمثل انه االكسجين توزيعالكلي عضوي الغير والكربون المغذية .العناصر

لالكسجين • تركيز منطقة OMZادني نهاية من قليال اعلي يقعالثرموكلين.

بوضوح • السطحية يظهر الطبقة في الضوئي البناء عملية يقل تأثير حيثمقابل في المحدة المغذية والعناصر الكلي عضوي الغير الكربون تركيز

. االكسجين تركيز زيادةالمشبع • فوق مرحلة الي االكسجين الطبقة supersaturationزيادة في

الضوئي البناء عملية من االكسجين انتاج ان الي تعود السطحيةالتنفس عملية من الغاز استهالك بكثير يفوق النباتية الهائمات بواسطة

السطح من الغاز وخروج degassing across the air-seaالهوائيinterface.

االكسجين : • انتاج يقل العكس فيحدث المختلطة الطبقة في امامن اكثر اعماق الي الضوء نفاذ الطبقة 50لمحدودية هذه وتكون متر

يستهلك المقابل وفي االكسجين لنقل السطحية الطبقة عن نسبيا بعيدهمن مشبعة غير طبقة فتتكون الهوائي التنفس عملية من االكسجين

.undersaturatedاالكسجين 7

الكلي تتواجد • عضوي الغير والكربون المحدة المغذية العناصرالسطحية الطبقة في جدا صغيرة استهالك بتراكيز يعكس والذي

. العناصر لهذه النباتية الهائماتالتنفس • عملية خالل من المحدة المغذية العناصر انتاج أعادة

الطبقة في المضيئة الهوائي يعاد السطحية اذ محسوسة غيرالطبقة هذه لتبقي النباتية الهائمات من تماما من استهالكها فقيرة

المحدة المغذية .العناصرتستمر • بينما الضوئي البناء عملية تتوقف المضيئة الطبقة تحت

. المحدة المغذية العناصر تركيز فيزداد الهوائي التنفس عمليةعملية • خالل من واالزدياد التجمع في المحدة المغذية العناصر تبدأ

العالقة remineralization ال العضوية عمق POMللمواد 100تحتمتر.

عمق • حتي التناقص في االكسجين ادني 500يستمر الي ليصل مترالي تدريجيا والنيترات الفوسفات تركيز يزداد المقابل وفي تركيز

عمق عند تركيز اعلي الي يصل تركيز 800ان اعلي بينما مترعمق عند يصل الكلي عضوي الغير والكربون .1100للسيليكات متر

8

يعاد • والتي والمرنة الصلبة االجزاء لتساقط ذلك في السبب يرجعمنها المغذية العناصر تكون remineralizedخروج المقابل في بينما

. باألكسجين فقيرة الكتلة هذه في المياهعمق • الي يصل ان الي الزيادة في االكسجين يبدأ العمق هذا بعد

ان 2000 الي تتدريجا تتناقص المحدة المغذية العناصر بينما متر. العميقة المياه طبقة بداية عند ثابتة قيمة الي تصل

تكون • والمياه الطبقة هذه في الساقطة األجزاء لقلة يرجع وذلك ) باألكسجين ) محملة السطح من ساقطة مائية كتل باألكسجين غنية. الكلي العضوي الغير والكربون المحدة المغذية العناصر من فقيرة

اعادة • عملية تحدث السطح من المائية الكتل سقوط بمجردالمحدة المغذية العناصر في remineralizationانطالق وتجمعها

الطبقة هذه هذه تركيز يزداد للسطح تركها منذ الوقت زاد وكلماالعناصر.

يمكن • المائية وبالتالي الطبقة قدم او حداثة علي خالل التعرف من. المحدة المغذية العناصر تركيز علي التعرف

9

يصال • الكلي عضوي الغير والكربون السيليكات من كل ان ويالحظ. والفوسفات النترات من اكبر اعماق عند تركيز أعلي الي

ال • او الذوبان اعادة الية اختالف ان الي يرجع ذلك في والسببremenerlization االجزاء من انتاجها يعاد والنترات فالفوسفات

الصلبة soft patrsالمرنة االجزاء من انتاجة يعاد السيلكات بينماhard parts من كل في فيتواجد الكلي عضوي الغير الكربون اما

االنتاج اعادة فعملية وبالتأكيد السواء علي والمرنة الصلبة االجزاءعند تحدث وبالتالي المرنة االجزاء من اصعب الصلبة االجزاء في

. اكبر اعماق

بروكر • صندوق :BROECKER BOX MODELنموذجيعتمد • الماء عمود في المحدة العناصر توزيع ان الواضح من أصبح

الي اخري مرة العناصر هذه اعادة عملية علي كلياالحيوية POMمن remineralizationالماء الجسيمات من

. الجسيمات هذه كل ليس ولكن العميقة المياه في المتساقطةعملية له .remineralizationتحدث التربة في يدفن فبعضها

10

من • العديد تثار :التساؤالتوهناالحيوية ماهي- 1• الجسيمات الي كمية السطحية المياه من تسقط التي

القاع.ال ماهو- 2• عملية حدوث .remineralizationمعدل العميقة المياه فيالفاقد ماهي- 3• عملية كمية بسبب المحيط .دفنمن الجسيمات هذهعلي- 4• السابقة العمليات تأثير حيويا ماهو المحدة العناصر .تركيزانتاجية • حدود تعطي انها اذ االهمية غاية في التساؤالت هذه علي االجابة

في المحيط والميثان الكربون اكسيد ثاني فتركيز االخر الجانب وعليالجسيمات من القاع في يدفن الذي الجزء أما المناخ علي تؤثر المحيط

. السنين ماليين مدار علي للبترول مخزن الي فيتحول الحيويةالتدوير • اعادة لمعدل تقديري لحساب رياضي نموذج وضع بركر العالم

recycling efficiencies السطحية المياه في بيولوجيا المحدة للعناصر. المحيط تدخل التي االنهار ومياه العميقة والمياه

خزانين تم • الي الماء عمود السطحية reservoirsتقسيم للمياه احدهمااسفل العميقة الباردة للمياه واالخر الثرموكلين منطقة اعلي الدافئة

. الثرموكلين منطقة

11

الصاعدة • التيرات خالل من فقط الخزانين هذين بين التواصل يتمupwelling الهابطة دوران downwellingوالتيرات بمساعده

. الجنوبي التيار

رأسيا • المياه تدوير عملية من يقلل الثرموكلين منطقة وجودحيث القطبيه المناطق في مبدأيا الهابطة التيرات تحدث ولذلك

. الثرموكلين طبقة تنعدم12

بركر • نموذج :أفتراضاتالوقت - 1• مع ثابته المحيط في المياه الماء) كميه خروج معدل بمعني

االمطار بفعل الماء دخول معدل يساوي البينية والمياه البخر بفعل.) االنهار ومياه

مع - 2• يتغير ال العميقة المياه وخزان السطحية المياه خزان حجمالتيرات) الوقت معدل يساوي الصاعدة التيرات معدل ان بمعني

الهابطة(.لحجم- 3• مساوي السطحية المياه خزان من السطحية المنطقة حجم

. العميقة المياه خزان من السطحية المنطقة

سنويا • الخزانين بين التبادل معدل تقدير سم 030بقيمة (mix)تمالمحيط/ ) عمق كان اذا الي 3000عام يحتاج فالمحيط عام 1000متر

.) الخزانين بين الكامل المياه لتبادلاالنهار - 4• خالل من فقط المحيط الي بيولوجيا المحدة العناصر تدخل

الجوفية المياه الغالف وتسرب مثل عديدة مدخالت طرق اهمال وتمهذه من بيولوجيا المحدة العناصر لقلة البحرية واالغوار الجوي

. الجوفية والمياه االنهار مع بالمقارنة المدخالت13

دفن - 5• خالل من فقط تكون بيولوجيا المحدة العناصر مخرجاتالبحر قاع في الحيوية تدوير الجسيمات اعادة عملية حدوث دون

unremineralized صلب اصل من الجسيمات هذه كانت او hardسواء.soft partsمرن

المنطقة- 6• خزان الي بيولوجيا المحدة العناصر دخول معدل يتساوي ) من ) العناصر خروج معدل مع الصاعدة والتيرات االنهار من السطحية

.) الحيوية ) الجسيمات وهبوط الهابطة التيرات الخزان•Upwelling flux + River runoff flux = Downwelling flux + Particle flux

في • المحدة العناصر تركيز من االولي الثالث المعدالت حساب ويمكن. منها كل

•: المعادلة لتصبحriver Criver + mix Cdeep = mix Csurface + P

بمقدار • االنهار من الدخول معدل حساب تم .10وقد / عام سمالتدوير • معدل تقدير في recycling efficiencyويمكن المحدة للعناصر

هذه من العلوي الخزان من يخرج الذي الجزء من السطحية المياهحيوية جسيمات صورة في .gالعناصر

14

•: المعادلة من

ان • ومعرفة الرياضية تتحول river 10=و mix = 300 وبالمعالجاتالتالي : الشكل الي المعادلة

المحدة • للعناصر التدوير معدل حساب يمكن المعادلة هذه ومنالسطحية المياه من كل في تركيزها بمعرفة السطحية المياه في

. واالنهار العميقة والمياه15

•: تكون الفوسفات تركيز قيم ان علمنا واذا

•Cdeep/Criver = 3.0 and Csurface/Criver = 0.15, so g = 0.95

ان • يعني الفوسفات% 95وهذا المياه من خزان الي يدخل الذيجسيمات السطحية صورة في العميقة المياه خزان الي يخرج

. Pحيوية الخزانين بين التبادل لعملية كافي الوقت كان اذا هذاالسطحية • المياه الي تدخل التي الذرة ان العلماء يعاد يقدر

.مرات 10تدورها العميقة المياه خزان الي تسقط ان قبلفي • الرواسب الي المحدة العناصر دخول معدل حساب ويمكن

:fالقاع المعادلة من

الي :• المعادلة تتحول الرياضية وبالمعالجات

16

حساب • امكن الفوسفات حالة تساوي fقيمة وفي 0.01وكانتان • يعني في% 1وهذا الساقطة الحيوية الجسيمات من فقط

بينما دفنة يتم العميقة يعاد% 99المياه الجسيمات هذه منالعميقة remineralizedتدويرة المياه .في

•: يلي بروكرفيما نموذج من االستفادة أمكنتحتاج • المحيط الي تدخل التي الفوسفات ذرة ان تقدير امكن

تدخل 100000الي انها اي اخري مرة منه لتخرج دورة 100عام. الرواسب في تدفن ان قبل العميقة والمياه السطحية المياه بين

يقدر • السطح مياه . 1/10حجم معدل ان وحيث العميقة المياه منالسطح فمياه الهابطة للتيارات مساوي الصاعدة التيارات

تبقي بها المحدة العناصر .100وبالتالي السطحية المياه في عامالرواسب • في مدفونة الفوسفات ذرة فيها تبقي التي المدة تقدر

اطول . 100000الي 10000بين تكون الصخور دورة بينما عامب وتقدر عام.2X 108بكثر

17

الدوران • فاعلية حسب العناصر recycling efficienciesتنقسم: اقسام ثالثة الي

حيويا - 1• محدة :biolimitingعناصرقيمة • لها التي العناصر العناصر تخرج g1وهي العناصر ان اي

وقيمة السطحية الطبقة من الحيوية f1كليا الجسيمات ان ايعملية لها يحدث العميقة الطبقة الي completelyالساقطة

remineralized . هي العناصر وهذه والنيتروجين بالكامل الفوسفور.والسيليكون الحي. الكائن تكوين في اساسية العناصر وهذه

حيويا - 2• متوسطة :biointermediateعناصرقيم • بأن وتتميز والكالسيوم الباريوم زمن fو gمثل ولها متوسطة

الطبقة من الباريوم ويخرج المحدة العناصر من اطول اقامةصورة في المياه BaSO4السطحية من الكالسيوم يخرج بينماصورة في . CaCO3السطحية الحية للكائنات الصلبة االجزاء مكونا

. اخري مرة يذوب العميقة المياه في يسقط وعندما

18

حيويا - 3• محدة غير :biounlimitedعناصرذلك • والكبريت مثال قيمة الصويوم تكون 1 وقيمة 1 gحيث

f العمق مع والتتغير عالية بتراكيز العناصر هذه تتواجد حيثفي تؤثر ال بصورة ولكن الحية الكائنات تركيب في وتدخل

. طويل اقامة بزمن وتتميز تركيزها

19