الكيمياء البحرية

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 7 صور
الموسوعة الحرة
التركيب المولي الكلي لمياه البحر (الملوحة = 35) [ 1 ]
عنصرالتركيز (مول/كجم)
ح2 O53.6
Cl −0.546
Na +0.469
Mg 2+0.0528
SO 2− 40.0282
Ca 2+0.0103
ك +0.0102
سي تي0.00206
Br −0.000844
B T (إجمالي البورون)0.000416
Sr 2+0.000091
F −0.000068

الكيمياء البحرية ، والمعروفة أيضًا بكيمياء المحيطات أو علم المحيطات الكيميائي ، هي دراسة التركيب الكيميائي وعمليات المحيطات في العالم، بما في ذلك التفاعلات بين مياه البحر والغلاف الجوي وقاع البحر والكائنات البحرية. [ 2 ] يشمل هذا المجال نطاقًا واسعًا من المواضيع، مثل دورة العناصر كالكربون والنيتروجين والفوسفور، وسلوك المعادن النزرة، ودراسة الغازات والمغذيات في البيئات البحرية. تلعب الكيمياء البحرية دورًا حاسمًا في فهم الدورات البيوجيوكيميائية العالمية ، ودوران المحيطات ، وتأثيرات الأنشطة البشرية، كالتلوث وتغير المناخ، على النظم المحيطية. [ 2 ] وهي تتأثر بتكتونية الصفائح وانتشار قاع البحر ، والعكارة ، والتيارات ، والرواسب ، ومستويات الرقم الهيدروجيني ، ومكونات الغلاف الجوي، والنشاط التحولي، والبيئة.

تزايد تأثير النشاط البشري على كيمياء محيطات الأرض مع مرور الوقت، حيث يؤثر التلوث الناتج عن الصناعة وممارسات استخدام الأراضي المختلفة بشكل كبير على المحيطات. علاوة على ذلك، أدى ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض إلى تحمض المحيطات ، مما له آثار سلبية على النظم البيئية البحرية. وقد اتفق المجتمع الدولي على أن استعادة التوازن الكيميائي للمحيطات يمثل أولوية، ويتم تتبع الجهود المبذولة لتحقيق هذا الهدف كجزء من الهدف الرابع عشر من أهداف التنمية المستدامة .

نظراً لترابط المحيطات، يعمل علماء المحيطات الكيميائيون بشكل متكرر على مشاكل ذات صلة بعلم المحيطات الفيزيائي ، والجيولوجيا والكيمياء الجيولوجية ، وعلم الأحياء والكيمياء الحيوية ، وعلوم الغلاف الجوي . ويبحث العديد منهم في الدورات البيوجيوكيميائية ، وتحظى دورة الكربون البحرية على وجه الخصوص باهتمام كبير نظراً لدورها في عزل الكربون وتحمض المحيطات . [ 3 ] وتشمل المواضيع الرئيسية الأخرى ذات الأهمية الكيمياء التحليلية للمحيطات، والتلوث البحري ، وتغير المناخ الناتج عن الأنشطة البشرية .

المركبات العضوية في المحيطات

المواد العضوية الذائبة (DOM)

المواد العضوية في المحيط

تُعدّ المواد العضوية الذائبة (DOM) عنصرًا أساسيًا في مخزون الكربون في المحيطات، وتشمل العديد من الجزيئات مثل الأحماض الأمينية والسكريات والدهون. وهي تُمثّل حوالي 90% من إجمالي الكربون العضوي في البيئات البحرية. [ 4 ] وتُقدّر نسبة المواد العضوية الذائبة الملونة (CDOM) بين 20 و70% من محتوى الكربون في المحيطات، حيث تكون أعلى بالقرب من مصبات الأنهار وأقل في المحيط المفتوح. [ 5 ] ويمكن إعادة تدوير المواد العضوية الذائبة وإعادتها إلى الشبكة الغذائية من خلال عملية تُسمى الحلقة الميكروبية، وهي ضرورية لدورة المغذيات ودعم الإنتاجية الأولية. [ 6 ] كما أنها تلعب دورًا حيويًا في التنظيم العالمي لتخزين الكربون في المحيطات، حيث تُقاوم بعض أشكالها التحلل الميكروبي وقد تبقى في المحيط لقرون. [ 7 ] وتتشابه الحياة البحرية بشكل رئيسي مع الكائنات الحية البرية في الكيمياء الحيوية، وهي أغنى مصدر للمركبات العضوية المهلجنة . [ 8 ]

المواد العضوية الجسيمية (POM)

تشمل المواد العضوية الجسيمية (POM) جزيئات عضوية كبيرة، مثل الكائنات الحية، والفضلات، والفتات العضوي، التي تترسب عبر عمود الماء. وهي عنصر رئيسي في المضخة البيولوجية، وهي عملية يتم من خلالها نقل الكربون من سطح المحيط إلى أعماقه. وعندما تغوص هذه المواد، تتحلل بفعل النشاط البكتيري، مطلقةً المغذيات وثاني أكسيد الكربون. ويمكن لجزء المواد العضوية الجسيمية المقاوم للتحلل أن يترسب في قاع المحيط ويساهم بشكل كبير في عزل الكربون على مدى فترات زمنية طويلة جدًا [ 9 ].

البيئة الكيميائية للكائنات المتطرفة

يُعدّ المحيط موطنًا لمجموعة متنوعة من الكائنات البحرية المعروفة باسم الكائنات المتطرفة ، وهي كائنات تزدهر في ظروف قاسية من حيث درجة الحرارة والضغط والضوء. وتعيش هذه الكائنات في بيئات فريدة عديدة في المحيط، مثل الفتحات الحرارية المائية ، والمدخنات السوداء، والينابيع الباردة ، والمناطق شديدة الملوحة، وجيوب المياه المالحة في الجليد البحري . وقد تكهّن بعض العلماء بأن الحياة ربما تكون قد تطورت من الفتحات الحرارية المائية في المحيط.

رسم بياني يوضح التركيب الكيميائي للمحيطات حول الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار

في الفتحات الحرارية المائية والبيئات المشابهة، تحصل العديد من الكائنات المتطرفة على الطاقة من خلال التغذية الكيميائية الذاتية ، مستخدمةً المركبات الكيميائية كمصادر للطاقة، بدلاً من الضوء كما في التغذية الضوئية الذاتية . تُثري الفتحات الحرارية المائية البيئة المحيطة بها بمواد كيميائية مثل الكبريت العنصري ، والهيدروجين (H₂ )، وكبريتيد الهيدروجين (H₂S ) ، وأيونات الحديد الثنائي ( Fe²⁺ )، والميثان . تستمد الكائنات الحية ذاتية التغذية الكيميائية، وخاصةً بدائيات النوى، الطاقة من هذه المواد الكيميائية عبر تفاعلات الأكسدة والاختزال . ثم تُصبح هذه الكائنات مصادر غذاء لمستويات غذائية أعلى ، مُشكلةً بذلك أساس أنظمة بيئية فريدة.

تتعدد عمليات الأيض في النظم البيئية للفتحات الحرارية المائية. وتستطيع العديد من الكائنات الحية الدقيقة البحرية، بما في ذلك ثيوميكروسبيرا وهالوثيوباسيلوس وبيجياتوا ، أكسدة مركبات الكبريت، بما في ذلك الكبريت العنصري ومركب كبريتيد الهيدروجين ( H₂S ) السام في كثير من الأحيان. ويتواجد كبريتيد الهيدروجين بوفرة في الفتحات الحرارية المائية، حيث يتكون من خلال تفاعلات بين مياه البحر والصخور عند درجات الحرارة العالية داخل هذه الفتحات. ويُعد هذا المركب مصدرًا رئيسيًا للطاقة، إذ يُشكل أساس دورة الكبريت في النظم البيئية للفتحات الحرارية المائية. في المياه الباردة المحيطة بالفتحات، يمكن أن تحدث أكسدة الكبريت باستخدام الأكسجين كمستقبل للإلكترونات ؛ أما بالقرب من الفتحات، فيجب على الكائنات الحية استخدام مسارات أيضية بديلة أو استخدام مستقبل آخر للإلكترونات، مثل النترات. وتستطيع بعض أنواع ثيوميكروسبيرا استخدام الثيوسلفات كمانح للإلكترونات، مما ينتج عنه الكبريت العنصري. إضافةً إلى ذلك، تتمتع العديد من الكائنات الدقيقة البحرية بقدرة على أكسدة الحديد، مثل Mariprofundus ferrooxydans . قد تكون أكسدة الحديد مؤكسدة، وتحدث في المناطق الغنية بالأكسجين من المحيط، أو لا مؤكسدة، وتتطلب إما مستقبلًا للإلكترونات مثل النترات أو طاقة ضوئية. في أكسدة الحديد، يُستخدم Fe(II) كمانح للإلكترونات ؛ في المقابل، تستخدم الكائنات المختزلة للحديد Fe(III) كمستقبل للإلكترونات. يشكل هذان النوعان من الأيض أساس دورة أكسدة الحديد واختزاله، وقد يكون لهما دور في تكوين رواسب الحديد الشريطية .

في المقابل، تعيش بعض الكائنات البحرية المتطرفة في جيوب المياه المالحة الجليدية حيث تنخفض درجة الحرارة بشدة وترتفع الملوحة بشكل كبير. يجب على الكائنات المحاصرة داخل الجليد البحري المتجمد التكيف مع التغير السريع في الملوحة الذي يصل إلى ثلاثة أضعاف ملوحة مياه البحر العادية، بالإضافة إلى التغير السريع إلى ملوحة مياه البحر العادية عند ذوبان الجليد. معظم الكائنات التي تعيش في جيوب المياه المالحة تقوم بعملية التمثيل الضوئي، ولذلك، يمكن أن تصبح هذه البيئات الدقيقة غنية بالأكسجين، مما قد يكون سامًا لسكانها. لذا، غالبًا ما تنتج هذه الكائنات المتطرفة مستويات عالية من مضادات الأكسدة. [ 10 ]

الصفائح التكتونية

تغيرات نسبة المغنيسيوم إلى الكالسيوم المرتبطة بالنشاط الحراري المائي في مواقع سلسلة جبال منتصف المحيط

يُعدّ تمدد قاع المحيط على طول سلاسل الجبال وسط المحيط نظامًا عالميًا لتبادل الأيونات . [ 11 ] تُدخل الفتحات الحرارية المائية في مراكز التمدد كميات متفاوتة من الحديد والكبريت والمنغنيز والسيليكون وعناصر أخرى إلى المحيط، ويُعاد تدوير بعضها إلى قشرة المحيط . ينبعث الهيليوم-3 ، وهو نظير مشعّ يصاحب النشاط البركاني من الوشاح، من الفتحات الحرارية المائية ، ويمكن رصده في أعمدة الدخان داخل المحيط. [ 12 ]

تتراوح معدلات التباعد على سلاسل منتصف المحيط بين 10 و200  ملم/سنة. وتؤدي معدلات التباعد السريعة إلى زيادة تفاعلات البازلت مع مياه البحر. وبالتالي، تنخفض نسبة المغنيسيوم إلى الكالسيوم ، لأن المزيد من أيونات المغنيسيوم تُزال من مياه البحر وتستهلكها الصخور، بينما تُزال المزيد من أيونات الكالسيوم من الصخور وتُطلق إلى مياه البحر. ويُعد النشاط الحراري المائي عند قمة السلسلة فعالاً في إزالة المغنيسيوم. [ 13 ] وتُفضل نسبة المغنيسيوم إلى الكالسيوم المنخفضة ترسيب أشكال الكالسيت متعددة الأشكال منخفضة المغنيسيوم من كربونات الكالسيوم ( بحار الكالسيت ). [ 11 ]

يؤدي التمدد البطيء في منتصف المحيط إلى تأثير معاكس، وينتج عنه نسبة أعلى من المغنيسيوم إلى الكالسيوم، مما يفضل ترسيب الأراغونيت وأشكال الكالسيت متعددة الأشكال الغنية بالمغنيسيوم من كربونات الكالسيوم ( بحار الأراغونيت ). [ 11 ]

تُظهر التجارب أن معظم الكائنات الحية الحديثة الغنية بالكالسيت المغنيسيوم كانت ستكون منخفضة المغنيسيوم في بحار الكالسيت الماضية، [ 14 ] مما يعني أن نسبة المغنيسيوم / الكالسيوم في هيكل الكائن الحي تختلف باختلاف نسبة المغنيسيوم / الكالسيوم في مياه البحر التي نشأ فيها.

وبالتالي، فإن التركيب المعدني للكائنات الحية التي تبني الشعاب المرجانية وتنتج الرواسب يخضع لتنظيم التفاعلات الكيميائية التي تحدث على طول سلسلة جبال منتصف المحيط، ويتحكم معدل هذه التفاعلات بمعدل تمدد قاع البحر. [ 13 ] [ 14 ]

التأثيرات البشرية

التلوث البحري

يحدث التلوث البحري عندما تدخل مواد يستخدمها أو ينشرها البشر، مثل النفايات الصناعية والزراعية والسكنية ، والجسيمات ، والضوضاء ، وثاني أكسيد الكربون الزائد ، أو الكائنات الغازية ، إلى المحيط وتسبب آثارًا ضارة فيه. تأتي غالبية هذه النفايات (80%) من الأنشطة البرية، على الرغم من أن النقل البحري يساهم بشكل كبير أيضًا. [ 15 ] وهو مزيج من المواد الكيميائية والنفايات، معظمها يأتي من مصادر برية ويتم غسله أو حمله بالرياح إلى المحيط. يؤدي هذا التلوث إلى أضرار بيئية ، وعلى صحة جميع الكائنات الحية، وعلى الهياكل الاقتصادية في جميع أنحاء العالم. [ 16 ] نظرًا لأن معظم المدخلات تأتي من اليابسة، عبر الأنهار أو مياه الصرف الصحي أو الغلاف الجوي ، فإن الجروف القارية أكثر عرضة للتلوث. يُعد تلوث الهواء أيضًا عاملًا مساهمًا، حيث يحمل الحديد وحمض الكربونيك والنيتروجين والسيليكون والكبريت والمبيدات الحشرية وجزيئات الغبار إلى المحيط. [ 17 ] غالبًا ما يأتي التلوث من مصادر غير محددة مثل جريان المياه الزراعية والحطام الذي تحمله الرياح والغبار. تُعزى هذه المصادر غير المحددة في الغالب إلى جريان المياه السطحية التي تصب في المحيط عبر الأنهار، ولكن يمكن أن تلعب الحطام والغبار المتطاير بفعل الرياح دورًا أيضًا، حيث يمكن لهذه الملوثات أن تستقر في المجاري المائية والمحيطات. [ 18 ] تشمل مسارات التلوث التصريف المباشر، وجريان المياه السطحية من اليابسة، وتلوث السفن ، وتلوث مياه الصرف ، والتجريف (الذي يمكن أن يُحدث أعمدة من الرواسب )، والتلوث الجوي، وربما التعدين في أعماق البحار .

يمكن تصنيف أنواع التلوث البحري المختلفة إلى تلوث ناتج عن المخلفات البحرية ، وتلوث بلاستيكي يشمل الجزيئات البلاستيكية الدقيقة ، وتحمض المحيطات ، وتلوث المغذيات ، والسموم، والضوضاء تحت الماء. يُعد التلوث البلاستيكي في المحيط نوعًا من أنواع التلوث البحري الناتج عن المواد البلاستيكية ، والتي تتراوح أحجامها من المواد الأصلية الكبيرة كالزجاجات والأكياس، وصولًا إلى الجزيئات البلاستيكية الدقيقة المتكونة من تفتت المواد البلاستيكية. أما المخلفات البحرية فهي في الأساس نفايات بشرية مهملة تطفو على سطح المحيط أو تطفو فيه. ويُشكل التلوث البلاستيكي خطرًا على الحياة البحرية .

تغير المناخ

تؤدي زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون ، الناجمة في الغالب عن حرق الوقود الأحفوري ، إلى تغيير التركيب الكيميائي للمحيطات. وللاحترار العالمي والتغيرات في ملوحة المياه [ 19 ] آثارٌ بالغة الأهمية على بيئة البحار . [ 20 ]

تحمض

تحمض المحيطات هو الانخفاض المستمر في درجة حموضة مياه المحيطات . بين عامي 1950 و2020، انخفض متوسط ​​درجة حموضة سطح المحيط من حوالي 8.15 إلى 8.05. [ 21 ] تُعد انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن الأنشطة البشرية السبب الرئيسي لتحمض المحيطات، حيث تجاوزت مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي 422 جزءًا في  المليون (حتى عام 2024). [ 22 ] تمتص المحيطات ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي . ينتج عن هذا التفاعل الكيميائي حمض الكربونيك ( H₂CO₃ ) الذي يتفكك إلى أيون البيكربونات ( HCO₃⁻ ) وأيون الهيدروجين ( H⁺ ) . يؤدي وجود أيونات الهيدروجين الحرة ( H⁺ ) إلى خفض درجة حموضة المحيط، مما يزيد من حموضته (وهذا لا يعني أن مياه البحر حمضية؛ فهي لا تزال قلوية ، حيث تزيد درجة حموضتها عن 8). تُعد الكائنات البحرية المُكلسة ، مثل الرخويات والشعاب المرجانية ، معرضة للخطر بشكل خاص لأنها تعتمد على كربونات الكالسيوم لبناء الأصداف والهياكل العظمية. [ 23 ]

يمثل تغير الرقم الهيدروجيني بمقدار 0.1 زيادة بنسبة 26% في تركيز أيونات الهيدروجين في محيطات العالم (مقياس الرقم الهيدروجيني لوغاريتمي، لذا فإن تغير وحدة واحدة في الرقم الهيدروجيني يعادل تغيرًا بمقدار عشرة أضعاف في تركيز أيونات الهيدروجين). يختلف الرقم الهيدروجيني لسطح البحر ومستويات تشبع الكربونات تبعًا لعمق المحيط وموقعه. تتميز المياه الباردة وفي خطوط العرض العليا بقدرتها على امتصاص كميات أكبر من ثاني أكسيد الكربون . وهذا بدوره قد يؤدي إلى ارتفاع الحموضة، مما يخفض الرقم الهيدروجيني ومستويات تشبع الكربونات في هذه المناطق. تؤثر عدة عوامل أخرى على تبادل ثاني أكسيد الكربون بين الغلاف الجوي والمحيط ، وبالتالي على تحمض المحيطات محليًا. تشمل هذه العوامل التيارات المحيطية ومناطق الصعود ، والقرب من الأنهار القارية الكبيرة، وغطاء الجليد البحري ، والتبادل الجوي مع النيتروجين والكبريت الناتج عن حرق الوقود الأحفوري والزراعة . [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]

إزالة الأكسجين

خريطة عالمية لمستويات الأكسجين المنخفضة والمتناقصة في المياه الساحلية (بسبب التخثث بشكل رئيسي ) وفي المحيط المفتوح (بسبب تغير المناخ ). تُشير الخريطة إلى المواقع الساحلية التي انخفضت فيها مستويات الأكسجين إلى أقل من 2  ملغم/لتر (نقاط حمراء)، بالإضافة إلى مناطق الحد الأدنى المتوسعة للأكسجين في المحيط على عمق 300 متر (مناطق مظللة باللون الأزرق). [ 27 ]

نقص الأكسجين في المحيطات هو انخفاض محتوى الأكسجين في أجزاء مختلفة من المحيط نتيجة للأنشطة البشرية. [ 28 ] [ 29 ] ويحدث هذا في منطقتين. أولاً، في المناطق الساحلية حيث أدى التخثث إلى انخفاض سريع (خلال بضعة عقود) في مستويات الأكسجين إلى مستويات منخفضة للغاية. [ 28 ] ويُطلق على هذا النوع من نقص الأكسجين في المحيطات اسم المناطق الميتة . ثانياً، يحدث نقص الأكسجين في المحيطات أيضاً في أعالي البحار. ففي هذا الجزء من المحيط، يوجد حالياً انخفاض مستمر في مستويات الأكسجين. ونتيجة لذلك، تتوسع ببطء المناطق الطبيعية منخفضة الأكسجين (ما يُسمى بمناطق الحد الأدنى للأكسجين ). [ 30 ] ويحدث هذا التوسع نتيجة لتغير المناخ الذي يتسبب فيه الإنسان . [ 31 ] [ 32 ] ويُشكل الانخفاض الناتج في محتوى الأكسجين في المحيطات تهديداً للحياة البحرية ، وكذلك للأشخاص الذين يعتمدون على الحياة البحرية في غذائهم أو معيشتهم. [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] يؤثر انخفاض مستويات الأكسجين في المحيط على إنتاجية المحيط ، وكيفية انتقال المغذيات والكربون ، وكيفية عمل الموائل البحرية . [ 36 ] [ 37 ]

مع ارتفاع درجة حرارة المحيطات، يزداد فقدان الأكسجين فيها. ويعود ذلك إلى زيادة التطبق الحراري للمحيطات نتيجة ارتفاع درجات الحرارة . ويرجع السبب في ذلك إلى الترابط المتعدد بين تأثيرات الكثافة والذوبان الناجمة عن الاحترار. [ 38 ] [ 39 ] وكنتيجة جانبية، يقل توافر العناصر الغذائية للحياة البحرية، مما يزيد من الضغط على الكائنات البحرية .

تؤدي درجات الحرارة المتزايدة في المحيطات إلى انخفاض ذوبان الأكسجين في الماء، وهو ما يفسر حوالي 50% من فقدان الأكسجين في الطبقات العليا من المحيط (أكثر من 1000 متر). يحتوي الماء الدافئ على كمية أقل من الأكسجين ويكون أكثر طفوًا من الماء البارد. يؤدي هذا إلى انخفاض اختلاط الماء المؤكسج القريب من السطح مع الماء العميق، الذي يحتوي بطبيعته على كمية أقل من الأكسجين. كما أن ارتفاع درجة حرارة الماء يزيد من حاجة الكائنات الحية للأكسجين؛ ونتيجة لذلك، تقل كمية الأكسجين المتاحة للحياة البحرية. [ 40 ]

أظهرت الدراسات أن المحيطات فقدت بالفعل ما بين 1 و2% من أكسجينها منذ منتصف القرن العشرين، [ 41 ] [ 42 ] وتتوقع نماذج المحاكاة انخفاضًا يصل إلى 7% في محتوى الأكسجين في المحيطات العالمية خلال المئة عام القادمة. ومن المتوقع أن يستمر انخفاض الأكسجين لألف عام أو أكثر. [ 43 ]

تاريخ

إتش إم إس تشالنجر (1858)

انصبت الاستفسارات المبكرة حول كيمياء البحار عادةً على أصل ملوحة المحيط، بما في ذلك أعمال روبرت بويل . بدأ علم المحيطات الكيميائي الحديث كمجال مع رحلة تشالنجر الاستكشافية (1872-1876 )، بقيادة البحرية الملكية البريطانية، والتي أجرت أولى القياسات المنهجية لكيمياء المحيط. أجرى جون موراي وجورج فورشامر التحليل الكيميائي لهذه العينات، مما وفر أول دراسة منهجية لتكوين مياه البحر، وأدى إلى فهم أفضل لعناصر مثل الكلوريد والصوديوم والكبريتات في مياه المحيط [ 44 ].

شهدت أوائل القرن العشرين تطوراتٍ كبيرة في الكيمياء البحرية، لا سيما في مجال التقنيات التحليلية الأكثر دقة. فقد ابتكر علماءٌ مثل مارتن كنودسن "زجاجة كنودسن"، وهي أداةٌ تُستخدم لجمع عينات المياه من أعماقٍ مختلفة في المحيط. [ 45 ] وعلى مدى العقود الثلاثة الماضية (السبعينيات والثمانينيات والتسعينيات)، جُمع تقييمٌ شاملٌ للتطورات في علم المحيطات الكيميائي من خلال مبادرةٍ أطلقتها المؤسسة الوطنية للعلوم تُعرف باسم "مستقبل كيمياء المحيطات في الولايات المتحدة" (FOCUS). وقد جمع هذا المشروع العديد من علماء المحيطات الكيميائيين البارزين، وكيميائيي البحار، وعلماء الجيوكيمياء للمساهمة في تقرير FOCUS.

بعد الحرب العالمية الثانية، دفعت التطورات في التقنيات الجيوكيميائية علم الكيمياء البحرية إلى عصر جديد. بدأ الباحثون باستخدام التحليل النظائري لدراسة دوران المحيطات ودورة الكربون. وكان روجر ريفيل وهانز سويس من الرواد في استخدام التأريخ بالكربون المشع لدراسة خزانات الكربون في المحيطات وتبادلها مع الغلاف الجوي. [ 46 ]

منذ سبعينيات القرن الماضي، أحدث تطوير الأجهزة المتطورة للغاية والنماذج الحاسوبية ثورة في الكيمياء البحرية. وبات بإمكان العلماء الآن قياس المعادن النزرة والمركبات العضوية والنسب النظائرية بدقة غير مسبوقة. وقد أصبحت دراسات الدورات البيوجيوكيميائية البحرية، بما في ذلك دورات الكربون والنيتروجين والكبريت ، مجالًا ذا أهمية بالغة لفهم تغير المناخ العالمي . وقد وفر استخدام تقنية الاستشعار عن بُعد وبرامج رصد المحيطات العالمية، مثل البرنامج الدولي للغلاف الحيوي والجيولوجيا (IGBP)، بيانات واسعة النطاق حول كيمياء المحيطات، مما سمح للعلماء برصد تحمض المحيطات ونقص الأكسجين فيها ، وغيرها من القضايا الحرجة التي تؤثر على البيئة البحرية. [ 47 ]

الأدوات المستخدمة في التحليل

يجمع علماء الكيمياء المحيطية ويقيسون المواد الكيميائية في مياه البحر، مستخدمين الأدوات القياسية للكيمياء التحليلية ، بالإضافة إلى أجهزة مثل مقاييس الرقم الهيدروجيني ، ومقاييس التوصيل الكهربائي ، ومقاييس الفلورة ، ومقاييس ثاني أكسيد الكربون المذاب . تُجمع معظم البيانات من خلال القياسات على متن السفن ومن عوامات أو مجسات ذاتية التشغيل ، ولكن يُستخدم الاستشعار عن بُعد أيضًا. على متن سفينة أبحاث المحيطات ، يُستخدم جهاز CTD لقياس التوصيل الكهربائي ودرجة الحرارة والضغط ، [ 48 ] وغالبًا ما يُركّب على مجموعة من زجاجات نانسن لجمع مياه البحر لتحليلها. [ 49 ] تُدرس الرواسب عادةً باستخدام جهاز أخذ عينات من الرواسب أو مصيدة رواسب ، ويمكن استخراج الرواسب القديمة عن طريق الحفر العلمي .

مركبة غاطسة ذاتية القيادة (AUV)

تُستخدم معدات تحليلية متطورة، مثل مطياف الكتلة وأجهزة الكروماتوغرافيا، للكشف عن العناصر النزرة والنظائر والمركبات العضوية. وهذا يسمح بقياس المغذيات والغازات والملوثات بدقة في البيئات البحرية. [ 50 ] في السنوات الأخيرة، مكّنت المركبات الآلية تحت الماء (AUVs) وتقنية الاستشعار عن بُعد من رصد كيمياء المحيطات بشكل مستمر وعلى نطاق واسع، ولا سيما لتتبع التغيرات في تحمض المحيطات ودورات المغذيات. [ 51 ]

الكيمياء البحرية على الكواكب الأخرى وأقمارها

قد تكون التركيبة الكيميائية للمحيط الجوفي لأوروبا مشابهة لتلك الموجودة على الأرض. [ 52 ] أما المحيط الجوفي لإنسيلادوس فيطلق الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون إلى الفضاء. [ 53 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ وزارة الطاقة الأمريكية (1994). "5" (ملف PDF) . في: أ. ج. ديكسون؛ س. جوييه (محرران). دليل طرق تحليل مختلف معايير نظام ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر . 2. ORNL/CDIAC-74. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 25 مايو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 يناير 2012 .
  2. 1 2 بيلسون، مايكل إي كيو (2012). مقدمة في كيمياء البحر ( الطبعة الثانية). كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج. doi : 10.1017/cbo9781139047203 . ISBN  978-0-521-88707-6.
  3. ↑ جيليس، جاستن (2012-03-02). "معدل تحمض المحيطات غير مسبوق منذ 300 مليون سنة، وفقًا لدراسة" . مدونة غرين . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28-04-2020 .
  4. ↑ هانسيل، دينيس أ.؛ كارلسون، كريج أ.، محرران. (2002). الكيمياء الحيوية للمواد العضوية الذائبة في البيئة البحرية . أمستردام؛ بوسطن: أكاديميك برس. ISBN 978-0-12-323841-2.
  5. ↑ كوبل، باولا ج. (2007). "الكيمياء الحيوية البصرية البحرية: كيمياء لون المحيط". مراجعات كيميائية . 107 (2): 402-418 . doi : 10.1021/cr050350+ . PMID 17256912 . 
  6. ↑ عزام، ف؛ فينكل، ت؛ فيلد، ج؛ غراي، ج؛ ماير-ريل، ل؛ ثينغستاد، ف (1983). "الدور البيئي للميكروبات في عمود الماء في البحر" (ملف PDF) . سلسلة التقدم في علم البيئة البحرية . 10 : 257-263 . doi : 10.3354/meps010257 . ISSN 0171-8630 . 
  7. ↑ هانسيل، دينيس؛ كارلسون، كريغ؛ ريبيتا، دانيال؛ شليتزر، راينر (1 ديسمبر 2009). "المواد العضوية الذائبة في المحيط: جدل يحفز رؤى جديدة" . علم المحيطات . 22 (4): 202-211 . doi : 10.5670/oceanog.2009.109 . hdl : 1912/3183 .
  8. ↑ غريبل، غوردون و. (2004). "المركبات العضوية الهالوجينية الطبيعية: أفق جديد للعوامل الطبية؟". مجلة التعليم الكيميائي . 81 (10): 1441. Bibcode : 2004JChEd..81.1441G . doi : 10.1021/ed081p1441 .
  9. ↑ هيدجز، جون آي؛ بالدوك، جيفري أ؛ جيلينس، إيف؛ لي، سيندي؛ بيترسون، مايكل؛ ويكهام، ستيوارت ج. (15 فبراير 2001). "دليل على الحفظ غير الانتقائي للمواد العضوية في الجسيمات البحرية الغارقة" . مجلة نيتشر . 409 (6822): 801-804 . doi : 10.1038/35057247 . ISSN 0028-0836 . 
  10. ↑ "التغذية الكيميائية الذاتية في فتحات أعماق البحار: الماضي والحاضر والمستقبل | علم المحيطات" . tos.org . doi : 10.5670/oceanog.2012.21 . تاريخ الاسترجاع: 2024-02-08 .
  11. 1 2 3 ستانلي، إس إم؛ هاردي، إل إيه (1999). "فرط التكلس: علم الأحياء القديمة يربط بين تكتونيات الصفائح والكيمياء الجيولوجية وعلم الرسوبيات". مجلة الجمعية الجيولوجية الأمريكية اليوم . 9 (2): 1-7 .
  12. ↑ لوبتون، جون (15 يوليو 1998). "أعمدة الهيليوم الحرارية المائية في المحيط الهادئ" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية: المحيطات . 103 (C8): 15853-15868 . Bibcode : 1998JGR...10315853L . doi : 10.1029/98jc00146 . ISSN 0148-0227 . 
  13. 1 2 كوجون، آر إم؛ تيجل، دي إيه إتش؛ سميث-دوك، سي إي؛ آلت، جيه سي؛ كوبر، إم جيه (26 فبراير 2010). "إعادة بناء نسب المغنيسيوم/الكالسيوم والسترونتيوم/الكالسيوم في مياه البحر القديمة من عروق كربونات الكالسيوم على جوانب سلسلة جبال منتصف المحيط". مجلة ساينس . 327 (5969): 1114-1117 . رمز Bibcode : 2010Sci...327.1114C . doi : 10.1126/science.1182252 . ISSN 0036-8075 . PMID 20133522. S2CID 22739139 .   
  14. 1 2 ريس، جاستن ب. (2004). "تأثير نسبة المغنيسيوم/الكالسيوم المحيطة على تجزئة المغنيسيوم في اللافقاريات البحرية الكلسية: سجل لنسبة المغنيسيوم/الكالسيوم في المحيط خلال حقبة الحياة الظاهرة". الجيولوجيا . 32 (11): 981. Bibcode : 2004Geo....32..981R . doi : 10.1130/G20851.1 . ISSN 0091-7613 . 
  15. ↑ شيبارد، تشارلز، محرر. (2019). بحار العالم: تقييم بيئي . المجلد الثالث، القضايا البيئية والآثار البيئية ( الطبعة الثانية). لندن: أكاديميك برس. ISBN   978-0-12-805204-4. OCLC 1052566532 . 
  16. ↑ "التلوث البحري" . التعليم | الجمعية الجغرافية الوطنية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19-06-2023 .
  17. ↑ دوس، روبرت؛ غالاوي، ج.؛ ليس، ب. (2009). "تأثيرات الترسيب الجوي على المحيطات على النظم البيئية البحرية والمناخ"، نشرة المنظمة العالمية للأرصاد الجوية، المجلد 58 (1) . المنظمة العالمية للأرصاد الجوية . مؤرشف من الأصل في 18 ديسمبر 2023. تم الاطلاع عليه في 22 سبتمبر 2020 .
  18. ↑ "ما هو أكبر مصدر للتلوث في المحيط؟" . الخدمة الوطنية للمحيطات (الولايات المتحدة) . سيلفر سبرينغ، ماريلاند: الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي . تاريخ الاسترجاع: 21 سبتمبر 2022 .
  19. ↑ "ملوحة المحيطات: تغير المناخ يُغير أيضًا دورة المياه" . usys.ethz.ch. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-05-2022 .
  20. ↑ ميليرو، فرانك ج. (2007). "دورة الكربون غير العضوي في البيئة البحرية". مراجعات كيميائية . 107 (2): 308-341 . doi : 10.1021/cr0503557 . PMID 17300138 . 
  21. ↑ تيرهار، ينس؛ فروليشر، توماس ل.؛ جووس، فورتونات (2023). "تحمض المحيطات في سيناريوهات استقرار درجة الحرارة المدفوعة بالانبعاثات: دور TCRE وغازات الدفيئة غير ثاني أكسيد الكربون " . رسائل البحوث البيئية . 18 (2): 024033. Bibcode : 2023ERL....18b4033T . doi : 10.1088/1748-9326/acaf91 . ISSN 1748-9326 . S2CID 255431338. الشكل 1f  
  22. ↑ أوكسجين، برو (2024-09-21). " الصفحة الرئيسية لثاني أكسيد الكربون على الأرض" . مؤرشف من الأصل في 15 أبريل 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2024-09-21 .
  23. ↑ تحمض المحيطات نتيجة لزيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (ملف PDF) . الجمعية الملكية. 2005. ISBN 0-85403-617-2تمت أرشفة الملف (PDF) من النسخة الأصلية في 3 يوليو 2023. تم الاطلاع عليه في 25 مارس 2023 .
  24. ↑ جيانغ، لي-تشينغ؛ كارتر، بريندان ر.؛ فيلي، ريتشارد أ.؛ لوفسيت، سيف ك.؛ أولسن، آري (2019). "درجة حموضة سطح المحيط وقدرته على التخزين المؤقت: الماضي والحاضر والمستقبل" . التقارير العلمية . 9 (1): 18624. Bibcode : 2019NatSR...918624J . doi : 10.1038/ s41598-019-55039-4 . PMC 6901524. PMID 31819102 .  نُسخ النص من هذا المصدر، وهو متاح بموجب ترخيص Creative Commons Attribution 4.0 International License. مؤرشف بتاريخ 16 أكتوبر 2017 في Wayback Machine.
  25. ↑ تشانغ، ي.؛ ياماموتو-كاواي، م.؛ ويليامز، و.ج. (16 فبراير 2020). "عقدان من تحمض المحيطات في المياه السطحية لدوامة بوفورت، المحيط المتجمد الشمالي: آثار ذوبان الجليد البحري وانحساره من 1997 إلى 2016" . رسائل البحوث الجيوفيزيائية . 47 (3) e60119. doi : 10.1029/2019GL086421 . S2CID 214271838 . 
  26. ↑ بوبريه-لابيريير، ألكسيس؛ موتشي، ألفونسو؛ توماس، هيلموث (31 يوليو/تموز 2020). "الحالة الراهنة وتقلبات نظام الكربونات في أرخبيل القطب الشمالي الكندي والأحواض المجاورة في سياق تحمض المحيطات" . علوم الأرض الحيوية . 17 (14): 3923-3942 . Bibcode : 2020BGeo...17.3923B . doi : 10.5194/bg-17-3923-2020 . S2CID 221369828 . 
  27. ^ بريتبورج، دينيس. ليفين، ليزا أ. أوشلييس، أندرياس؛ غريغوار، ماريلور؛ شافيز، فرانسيسكو ب. كونلي، دانيال J .؛ جارسون، فيرونيك؛ جيلبرت، دينيس. جوتيريز، ديمتري. إيسينسي، كيرستن؛ جاسينتو، جيل S .؛ ليمبورغ، كارين E.؛ مونتيس، إيفون؛ نقفي، سوا؛ جرة، جرانت C.؛ راباليس، نانسي ن؛ رومان مايكل ر. روز، كينيث أ. سيبل، براد أ. تيلزويسكي، ماسيج؛ ياسوهارا، مورياكي؛ تشانغ، جينغ (2018). "انخفاض الأكسجين في المحيطات العالمية والمياه الساحلية" . علوم . 359 (6371) eaam7240. بيب كود : 2018Sci...359M7240B . doi : 10.1126/ science.aam7240 . PMID 29301986. S2CID 206657115 .  
  28. 1 2 لافولي، د؛ باكستر، ج.م. (2019). نقص الأكسجين في المحيطات: مشكلة الجميع . سويسرا: غلاند. ص 562. ISBN  978-2-8317-2013-5.
  29. ↑ ليمبورغ، كارين إي.؛ بريتبرغ، دينيس؛ سواني، دينيس ب.؛ جاسينتو، جيل (24 يناير 2020). "نقص الأكسجين في المحيطات: مدخل تمهيدي" . وان إيرث . 2 (1): 24-29 . Bibcode : 2020OEart...2...24L . doi : 10.1016/j.oneear.2020.01.001 . ISSN 2590-3330 . S2CID 214348057 .  
  30. ^ أوشليز ، أندرياس. براندت، بيتر. ستراما، لوثار؛ شميتكو ، سونكي (2018). "دوافع وآليات إزالة الأكسجين في المحيطات" . علوم الأرض الطبيعية . 11 (7): 467– 473. بيب كود : 2018NatGe..11..467O . دوى : 10.1038/s41561-018-0152-2 . ردمك 1752-0894 . S2CID 135112478 .  
  31. ↑ ستراما، ل؛ جونسون، ج. س؛ برينتال، ج؛ مورهولز، ف (2008). "توسع مناطق الحد الأدنى للأكسجين في المحيطات الاستوائية" . مجلة ساينس . 320 (5876): 655-658 . Bibcode : 2008Sci...320..655S . doi : 10.1126/science.1153847 . PMID 18451300. S2CID 206510856 .  
  32. ↑ مورا، سي؛ وآخرون (2013). "الضعف البيولوجي والبشري تجاه التغيرات المتوقعة في الكيمياء الحيوية للمحيطات خلال القرن الحادي والعشرين" . مجلة PLOS Biology . 11 (10) e1001682. doi : 10.1371/journal.pbio.1001682 . PMC 3797030. PMID 24143135 .   
  33. ↑ كارينغتون (4 يناير 2018). "البيئة. المحيطات تختنق مع تضاعف مساحات المناطق الميتة أربع مرات منذ عام 1950، يحذر العلماء" . صحيفة الغارديان . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0261-3077 . تاريخ الاسترجاع: 4 يوليو 2023 . 
  34. ↑ لونغ، ماثيو سي؛ دويتش، كورتيس؛ إيتو، تاكا (2016). "إيجاد اتجاهات قسرية في أكسجين المحيطات" . دورات الجيوكيمياء العالمية . 30 (2): 381-397 . Bibcode : 2016GBioC..30..381L . doi : 10.1002/2015GB005310 . ISSN 0886-6236 . S2CID 130885459 .  
  35. ↑ بيرس، روزاموند (15 يونيو 2018). "مقال ضيف: كيف يتسبب الاحتباس الحراري في انخفاض مستويات الأكسجين في المحيطات" . كاربون بريف . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يوليو 2023 .
  36. ↑ هارفي، فيونا (2019-12-07). "المحيطات تفقد الأكسجين بمعدل غير مسبوق، يحذر الخبراء" . صحيفة الغارديان . ISSN 0261-3077 . تاريخ الاسترجاع: 2019-12-07 . 
  37. ↑ لافولي، د. وباكستر، ج.م. (محرران) (2019). نقص الأكسجين في المحيطات: مشكلة الجميع - الأسباب والآثار والعواقب والحلول . الاتحاد الدولي لحفظ الطبيعة، سويسرا.
  38. ↑ بيدنارسيك، ن.، هارفي، سي. جيه.، كابلان، آي. سي.، فيلي، آر. إيه.، وموزينا، ج. (2016). "الزواحف المجنحة على الحافة: الآثار التراكمية لتحمض المحيطات، وارتفاع درجة حرارتها، ونقص الأكسجين فيها". التقدم في علم المحيطات ، 145: 1-24. doi : 10.1016/j.pocean.2016.04.002
  39. ↑ كيلينغ، رالف ف.، وهيرنان إي. غارسيا (2002) "التغير في مخزون الأكسجين المحيطي المرتبط بالاحتباس الحراري العالمي الأخير". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم ، 99(12): 7848-7853. doi : 10.1073/pnas.122154899
  40. ↑ "نقص الأكسجين في المحيطات" . الاتحاد الدولي لحفظ الطبيعة . 2019-12-06 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2021-05-02 .
  41. ↑ بوب، ل؛ ريسبلاندي، ل؛ أور، ج. س؛ دوني، س. س؛ دان، ج. ب؛ جيلين، م؛ هالوران، ب؛ هاينز، س؛ إيلينا، ت؛ سيفيريان، ر؛ تجيبوترا، ج (2013). "الضغوط المتعددة على النظم البيئية للمحيطات في القرن الحادي والعشرين: إسقاطات باستخدام نماذج CMIP5" . علوم الأرض الحيوية . 10 (10): 6625-6245 . Bibcode : 2013BGeo...10.6225B . doi : 10.5194/bg-10-6225-2013 . hdl : 11858/00-001M-0000-0014-6A3A-8 .
  42. ↑ شميدتكو، س؛ ستراما، ل؛ فيسبك، م (2017). "انخفاض محتوى الأكسجين في المحيطات العالمية خلال العقود الخمسة الماضية" . مجلة نيتشر . 542 (7641): 335-339 . Bibcode : 2017Natur.542..335S . doi : 10.1038/nature21399 . PMID: 28202958. S2CID : 4404195 .  
  43. ↑ رالف ف. كيلينغ؛ آرني كورتزينغر؛ نيكولاس غروبر (2010). "نقص الأكسجين في المحيطات في عالم يزداد احترارًا" (ملف PDF) . المراجعة السنوية لعلوم البحار . 2 : 199-229 . Bibcode : 2010ARMS....2..199K . doi : 10.1146/annurev.marine.010908.163855 . PMID 21141663. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 1 مارس 2016. 
  44. ↑ تومسون، سي. وايفيل؛ موراي، جون؛ ناريس، جورج إس.؛ تومسون، فرانك تورل (1889). تقرير عن النتائج العلمية لرحلة سفينة إتش إم إس تشالنجر خلال السنوات 1873-1876 تحت قيادة الكابتن جورج إس. ناريس والكابتن الراحل فرانك تورل تومسون .
  45. ↑ كاربنتر، جيمس هـ. (1966). "قياسات جديدة لذوبان الأكسجين في المياه النقية والطبيعية1" . علم البحيرات والمحيطات . 11 (2): 264-277 . doi : 10.4319/lo.1966.11.2.0264 . ISSN 0024-3590 . 
  46. ↑ ريفيل، روجر؛ سويس، هانز إي. (1957-01-01). "تبادل ثاني أكسيد الكربون بين الغلاف الجوي والمحيط ومسألة زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي خلال العقود الماضية" . مجلة تيلوس أ: علم الأرصاد الجوية الديناميكي وعلم المحيطات . 9 (1): 18-27 . doi : 10.3402/tellusa.v9i1.9075 . ISSN 1600-0870 . 
  47. ↑ فالكوفسكي، ب.؛ سكولز، ر. ج.؛ بويل، إ.؛ كاناديل، ج.؛ كانفيلد، د.؛ إلسر، ج.؛ غروبر، ن.؛ هيبارد، ك.؛ هوغبيرغ، ب.؛ ليندر، س.؛ ماكنزي، ف. ت.؛ مور الثالث، ب.؛ بيدرسن، ت.؛ روزنتال، ي.؛ سيتزينغر، س. (13 أكتوبر 2000). "دورة الكربون العالمية: اختبار لمعرفتنا بالأرض كنظام" . مجلة ساينس . 290 (5490): 291-296 . doi : 10.1126/science.290.5490.291 . ISSN 0036-8075 . 
  48. ↑ "دار نشر ويفلاند - مقدمة في علم المحيطات الفيزيائي، الطبعة الثالثة، بقلم جون أ. كناوس ونيويل غارفيلد" . www.waveland.com . تاريخ الوصول: 13 أكتوبر 2024 .
  49. ↑ ديكسون، أ.ج. وآخرون (2007). دليل لأفضل الممارسات لقياس ثاني أكسيد الكربون في المحيطات (تقرير). [object Object]. doi : 10.25607/obp-1342 .
  50. ↑ "التمثيل الضوئي المائي | مطبعة جامعة برينستون" . press.princeton.edu . 11 فبراير 2007. تاريخ الاسترجاع: 13 أكتوبر 2024 .
  51. ↑ جورج، روبرت أ. "توني" (2006). "تطورات في تكنولوجيا الاستشعار عن بعد بواسطة المركبات الآلية تحت الماء لتصوير المخاطر الجيولوجية في المياه العميقة" . مجلة "ذا ليدينج إيدج " . 25 (12): 1478-1483 . doi : 10.1190/1.2405333 . ISSN 1070-485X . 
  52. ↑ غريسيوس، توني (16 مايو 2016). "قد يكون لمحيط أوروبا توازن كيميائي مشابه للأرض" . ناسا . مؤرشف من الأصل في 16 يونيو 2022. تم الاطلاع عليه في 22 مايو 2022 .
  53. ↑ "كيمياء أعمدة إنسيلادوس: هل هي حياة أم لا؟" .