العلوم المتكاملة — الصف الأول الثانوي — الفصل الدراسي الأول — النظم البيئية واستدامة الحياة
🌳 شجرة المفاهيم
01 0. لماذا نبدأ بالماء؟ (مقدمة الوحدة ونشاط «فكّر»)
- تبدأ دراستنا لهذه الوحدة من ملاحظة بسيطة: الأرض هي الكوكب الوحيد في المجموعة الشمسية الذي نعرف أن على سطحه كميات هائلة من الماء السائل، وهي أيضًا الكوكب الوحيد الذي نعرف أن الحياة تملؤه.
- ولهذا يبدأ العلماء الذين يبحثون عن الحياة على المريخ أو على أقمار المشتري وزحل أو حول نجوم أخرى بالبحث عن الماء أولًا.
- والسبب أن الماء هو الوسط الذي تجري فيه التفاعلات الكيميائية داخل الخلية الحية (ستدرس ذلك في الدرس 1-5)، وهو يذيب المواد التي تحتاج إليها الخلايا (الدرس 1-2)، ويقاوم التغيّر السريع في درجة الحرارة (الدرس 1-3)، ويستطيع أن ينقل المواد والغازات والحرارة من مكان إلى آخر.
- وهذه هي إجابة سؤال «فكّر»: يبحث العلماء عن الماء على الكواكب الأخرى لأن وجود الماء السائل يعني احتمال توافر الشروط الأساسية للحياة كما نعرفها، فالماء مذيب ومتفاعل ووسط للنقل ومنظّم لدرجة الحرارة في الكائنات الحية.
02 0.1 ما المقصود بالبيئة؟
- كلمة البيئة مشتقة من الكلمة الفرنسية Environ ومعناها «المحيط»، أي «كل ما يحيط بنا».
- والبيئة هي كل ما يحيط بالكائن الحي ويؤثر فيه، وتتكون من نوعين من العوامل:
- عوامل حيوية: الإنسان والنباتات والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة.
- عوامل لاحيوية: الضوء والهواء والماء والتربة (ويمكن أن نضيف إليها درجة الحرارة والضغط والرياح والملوحة).
- وتشمل البيئة كذلك العلاقات المتبادلة بين الماء والهواء والأرض والإنسان وباقي الكائنات الحية.
- والبيئة نظام كامل لا تنفصل مكوناته عن بعضها؛
- فلا يمكن أن تزيل جزءًا منها دون أن تتأثر الأجزاء الأخرى.
- وهي تتكوّن من عناصر فيزيائية وكيميائية وبيولوجية، وتتأثر بمجموعة من المتغيرات التي تحيط بالإنسان وبالكائنات الحية.
لاحظ أن هذا هو معنى «العلوم المتكاملة»: فالنهر مثلًا مسألة فيزيائية (تدفق وضغط وحرارة)، ومسألة كيميائية (أملاح ذائبة وأس هيدروجيني وغازات)، ومسألة بيولوجية (أسماك وطحالب وبكتيريا) في الوقت نفسه.
03 0.2 ما النظام البيئي؟
النظام البيئي
- مجتمع من الكائنات الحية تتفاعل مع بعضها البعض ومع المكونات غير الحية في المكان الذي تعيش فيه، من أجل التكيّف مع الظروف المتغيرة.
- ومن أمثلته حولنا: النظم البيئية المائية (البحار والمحيطات والبحيرات والأنهار والبرك والأراضي الرطبة) والصحاري والغابات بأنواعها.
- ونركّز في هذه الوحدة على النظام البيئي المائي، وتدرس الوحدة الثانية الغلاف الجوي الذي يحيط به ويتفاعل معه.
04 0.3 الأغلفة الأربعة المترابطة للبيئة الطبيعية
تتكوّن البيئة الطبيعية من أربعة أغلفة مترابطة:
- كل الماء الموجود على سطح الأرض وتحته وفوقه
- المحيطات، الأنهار، الأنهار الجليدية، المياه الجوفية، بخار الماء
- الغلاف الغازي المحيط بالأرض
- الهواء، السحب، طبقة الأوزون
- القشرة الأرضية الصلبة وأعلى الوشاح بما فيها التربة
- الصخور، المعادن، الجبال، التربة
- النطاق الذي توجد فيه الحياة، ويتداخل مع الأغلفة الثلاثة الأخرى
- النباتات، الحيوانات، الكائنات الدقيقة، الإنسان
- وهذه الأغلفة الأربعة في تغيّر مستمر، ويؤثر بعضها في بعض، وتتأثر بالأنشطة البشرية وتؤثر فيها.
- خذ هذا المثال: حرق الوقود (نشاط بشري) يضيف ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، ويذوب جزء منه في مياه المحيط (الغلاف المائي) فيتغير الأس الهيدروجيني للماء، وتتضرر الحيوانات ذات الأصداف (الغلاف الحيوي) التي تبني أصدافها من كربونات الكالسيوم المأخوذة من الماء (مادة من الغلاف الصخري).
- حدث واحد وأربعة أغلفة!
- احتفظ بهذه الصورة في ذهنك، فكثير من أسئلة هذا الكتاب يمكن الإجابة عنها بمتابعة المادة والطاقة وهما تنتقلان من غلاف إلى آخر.
05 1.1 التعريف
الغلاف المائي
- هو كل الماء الموجود على كوكب الأرض: في المحيطات والبحار والبحيرات والأنهار والجداول، وفي الأنهار الجليدية والقمم الجليدية، وفي المياه الجوفية ورطوبة التربة، وفي الغلاف الجوي (بخار الماء والسحب)، وداخل أجسام الكائنات الحية.
- ويُعدّ الغلاف المائي السمة التي تميّز كوكب الأرض عن بقية الكواكب الأخرى في النظام الشمسي.
06 1.2 كم نسبة الماء على الأرض؟
- تغطي المياه حوالي 70% من سطح الكرة الأرضية، والباقي (نحو 30%) يابس. ولهذا يُسمى كوكبنا «الكوكب الأزرق».
- لكن توزيع هذا الماء غير متساوٍ على الإطلاق:
- حوالي 97%
- لا، فمحتواها العالي من الأملاح يجعلها غير صالحة للشرب وللري المباشر
- حوالي 1%
- نعم، وهي التي نستهلكها في الشرب والزراعة والصناعة
- حوالي 2%
- معظمها محبوس في صورة جليد
- 100%
- تأمل الأرقام جيدًا: رغم أن الماء يغطي معظم الكوكب، فإن الجزء المتاح بسهولة للإنسان لا يتجاوز واحدًا في المئة من الإجمالي.
- وهذه الحقيقة وحدها هي أساس «القضايا المتضمنة» في مقدمة الوحدة: التلوث المائي، واستدامة الموارد المائية، وإدارة الموارد المائية، والنمو السكاني.
- فكل حادث تلوث يفسد المياه العذبة يضرّ بجزء ضئيل ثمين من الغلاف المائي، والسكان المتزايدون يتقاسمون هذا الجزء الصغير نفسه.
خطأ شائع:
- يقول بعض الطلاب «97% من الماء عذب لأنه في المحيطات».
- والصحيح أن المحيطات مالحة؛
- فالماء العذب كله لا يزيد على 3% تقريبًا من ماء الأرض (1% سائل متاح + 2% متجمد).
- المسألة: نموذج للأرض يحتوي على 2000 لتر «ماء» موزعة بالنسب نفسها الموجودة في الغلاف المائي الحقيقي (97% مالح، 2% جليد، 1% عذب متاح).
- تستهلك بلدة 0.5 لتر في اليوم من مخزون الماء العذب المتاح في النموذج.
- كم لترًا في كل مخزون؟
- وبعد كم يومًا ينفد المخزون المتاح إذا لم يُعوَّض شيء؟
الحل:
- الماء المالح = \[\begin{gathered}0.97 \times 2000 = 1940\end{gathered}\] لترًا.
- الجليد = \[\begin{gathered}0.02 \times 2000 = 40\end{gathered}\] لترًا.
- الماء العذب المتاح = \[\begin{gathered}0.01 \times 2000 = 20\end{gathered}\] لترًا.
- تحقق: \[\begin{gathered}1940 + 40 + 20 = 2000\end{gathered}\] لتر ✔.
- عدد الأيام = \[\begin{gathered}20 \div 0.5 = 40\end{gathered}\] يومًا.
- التفسير: يوضح الحساب لماذا يهمّ التعويض.
- ففي الطبيعة يُعاد ملء المخزون العذب باستمرار بفضل دورة الماء، أما لو توقفت الدورة (أو لو لوّثنا المخزون واستهلكناه أسرع مما يتجدد) لنفد.
- ويشرح القسم التالي هذه الدورة.
07 2.1 الماء يغيّر حالته باستمرار
- في نطاق درجات الحرارة المعروفة على سطح الأرض يمكن للماء أن يوجد في الحالات الثلاث للمادة: صلبة (جليد وثلج وبَرَد)، وسائلة (مطر وأنهار ومحيطات)، وغازية (بخار الماء).
- ويكون الماء على سطح الأرض أو بالقرب منه في تغيّر مستمر بين هذه الحالات، كما يتحرك باستمرار من مكان إلى آخر عبر مسارات متعددة: من البحر إلى الهواء، ومن الهواء إلى اليابس، ومن اليابس عائدًا إلى البحر، ومرورًا بالكائنات الحية.
وتشكّل هذه الحركة المستمرة نظامًا مغلقًا تقريبًا يُسمى دورة الماء في الطبيعة أو الدورة الهيدرولوجية، وهي تعبّر عن الحركة المستمرة للماء حول الكرة الأرضية.
لماذا نقول «مغلق تقريبًا»؟
- (سؤال مفضل في الامتحانات).
- لأن كمية الماء الكلية على الأرض تبقى ثابتة تقريبًا؛
- فالدورة لا تخلق ماءً جديدًا ولا تفني ماءً على نطاق واسع، وإنما تنقله بين الخزانات (المحيط، الغلاف الجوي، اليابس، الجليد، الكائنات الحية) وتغيّر حالته.
- والنظام يتبادل الطاقة مع الخارج (فهو يستقبلها من الشمس) لكنه لا يتبادل المادة تقريبًا.
- ولا يهرب إلى الفضاء من أعالي الغلاف الجوي إلا كميات ضئيلة جدًا من بخار الماء، وتُضاف كميات ضئيلة من الفضاء أو من النشاط البركاني، ولذلك نقول «تقريبًا» ولا نقول «مغلق تمامًا».
ودورة الماء ليست مجرد رسم لأنابيب. فالكتاب يؤكد أنها نظام قادر على تغيير سطح الأرض فيزيائيًا وكيميائيًا وبيولوجيًا:
- فيزيائيًا: الماء الجاري يَنحت الصخور وينقل الرواسب ويشكّل الأودية والدلتا (مثل دلتا النيل)، والماء المتجمد يكسّر الصخور.
- كيميائيًا: الماء يذيب المعادن ويسبب تجوية الصخور وينقل الأملاح الذائبة إلى البحر.
- بيولوجيًا: الماء يدعم الحياة ويدخل الكائنات ويخرج منها، ويحدد أماكن وجود النظم البيئية.
08 2.2 مصدر الطاقة
- تقود الدورة قوتان: الطاقة الشمسية التي توفّر الحرارة اللازمة لتبخير الماء وتحرك الرياح، والجاذبية الأرضية التي تسحب المطر والثلج والجريان السطحي إلى المستويات الأدنى.
- ولو غابت الشمس لتوقفت الدورة خلال أيام، ولو غابت الجاذبية لما سقط مطر ولا جرت أنهار.
09 2.3 عمليات الدورة واحدة تلو الأخرى
- 1.
- التبخر (Evaporation). يمتص الماء السائل على سطح المحيطات والبحيرات والأنهار والتربة الرطبة وأوراق النباتات الحرارة من الشمس فيتحول إلى بخار ماء.
- ويحدث التبخر عند أي درجة حرارة (وليس عند الغليان فقط)، لكنه يزداد سرعة كلما كان الماء أدفأ والهواء أجفّ والرياح أقوى والسطح أوسع.
- ويأتي نحو 80–85% من بخار الماء في الغلاف الجوي من المحيطات.
- والتبخر عملية ماصّة للحرارة (الحرارة الكامنة للتصعيد، وسندرسها في الدرس 1-3)، ولهذا فهو يبرّد السطح.
2. العمليات البيولوجية التي تعيد الماء إلى الجو. الكائنات الحية جزء من الدورة. ويبرز الكتاب منها:
- التنفس: في التنفس الخلوي يُؤكسَد الجلوكوز: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + طاقة. ويخرج بخار الماء مع هواء الزفير في الحيوانات.
- الإخراج: يتخلص الكائن الحي من الفضلات الناتجة عن عمليات التمثيل الغذائي، وهي ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والفضلات النيتروجينية. وأهم الفضلات النيتروجينية ثلاث: الأمونيا (في الأسماك ومعظم الحيوانات المائية)، واليوريا (في الثدييات والبرمائيات وأسماك القرش)، وحمض اليوريك (في الطيور والزواحف والحشرات). ويغادر الماء الجسم مع هذه الفضلات (بول وعرق).
- النتح في النباتات (يُشرح بالتفصيل بعد قليل).
- 3.
- التكثف (Condensation). عندما يرتفع الهواء الرطب يبرد (سنرى انخفاض الحرارة مع الارتفاع في الدرس 2-1).
- والهواء البارد لا يستطيع أن يحمل المقدار نفسه من البخار، فيتكثف البخار إلى قطرات صغيرة جدًا من الماء (أو بلورات جليد) حول جسيمات الغبار والملح.
- وتجمّع مليارات القطرات يكوّن السحابة.
- والتكثف عملية طاردة للحرارة، فهو يحرّر الطاقة التي امتُصت أثناء التبخر.
- 4.
- الترسيب أو الهطول (Precipitation). عندما تكبر قطرات السحاب وتثقل فلا تبقى معلّقة في الهواء تسقط في صورة أمطار أو ثلوج (وأيضًا برَد ومطر متجمد).
- والهطول هو الطريق الرئيس لوصول الماء العذب إلى اليابس.
5. الجريان السطحي والتسرب. الماء الساقط على اليابس يسلك طريقين:
- الجريان السطحي: يسيل فوق سطح الأرض إلى الجداول والأنهار والبحيرات، ثم يعود في النهاية إلى البحر.
- التسرب: يتسرب خلال مسام التربة والصخور الرسوبية (الحجر الرملي والحجر الجيري مثالان على الصخور المسامية)، وينزل ببطء إلى أسفل فيتجمع مكوّنًا المياه الجوفية. وتغذي المياه الجوفية الآبار والينابيع وتتحرك ببطء نحو الأنهار والبحار، وقد يستغرق عودتها سنوات أو قرونًا.
- 6.
- التخزين. يمكن أن يُخزَّن الماء مدة تختلف كثيرًا: أيام قليلة في الغلاف الجوي، وأسابيع إلى شهور في الأنهار والتربة، وسنوات في البحيرات، وعشرات إلى آلاف السنين في المياه الجوفية العميقة، وآلاف إلى مئات الآلاف من السنين في الجليد القطبي وأعماق المحيطات.
10 2.4 ربط التسلسل معًا
- يسخن ماء البحر ← يتبخر ← يرتفع البخار ويبرد ← يتكثف مكوّنًا السحب ← تحمل الرياح السحب فوق اليابس ← هطول ← يجري جزء منها إلى الأنهار ويتسرب جزء إلى المياه الجوفية ويمتص النبات والحيوان جزءًا آخر ← تنتح النباتات وتتنفس الحيوانات وتُخرج ← يعود البخار إلى الجو، وتعود الأنهار والمياه الجوفية إلى البحر.
- ثم تتكرر الدورة.
أي عملية لو توقفت لاضطرب توازن الدورة بشكل مباشر؟
- إنها عملية التبخر.
- فلو توقف التبخر لما دخل الغلاف الجوي بخار جديد، ولما تكونت سحب ولا أمطار، ولانهارت الدورة.
- أما النتح والجريان والتسرب فهي أجزاء مهمة من الدورة لكن يمكن أن تعوّضها جزئيًا مسارات أخرى؛
- والتبخر هو الخطوة الأساسية التي ترفع الماء إلى الغلاف الجوي.
11 3.1 التعريف
النتح عملية تتخلص بها النباتات من الماء الزائد على هيئة بخار ماء من الأسطح المعرضة للهواء.
12 3.2 أين يحدث؟
- يحدث معظم النتح عن طريق فتحات مجهرية تسمى الثغور (مفردها ثغر) توجد في أسطح الأوراق أساسًا وفي السيقان الخضراء.
- ويحيط بكل ثغر خليتان حارستان تفتحانه وتغلقانه.
- ويفقد النبات كمية صغيرة من الماء مباشرة عبر الأدمة (الكيوتين) وهي الطبقة الشمعية، وعبر العُدَيسات في السيقان الخشبية.
13 3.3 أهمية النتح (دوران أساسيان في الكتاب)
- تبريد النبات. يمتص تبخر الماء كمية كبيرة من الحرارة (فالحرارة الكامنة للتصعيد للماء مرتفعة بسبب الروابط الهيدروجينية، الدرس 1-3). فتفقد الورقة حرارة وتنخفض درجة حرارتها، مما يحمي أنسجتها وإنزيماتها من السخونة الزائدة، تمامًا كما يبرّد العرق جسم الإنسان.
- قوة سحب النتح التي ترفع الماء. الماء المتبخر من خلايا الورقة يعوَّض بماء مسحوب من أوعية الخشب (الإكسيلم) في الورقة. ولأن جزيئات الماء تتماسك مع بعضها (التماسك بالروابط الهيدروجينية) وتلتصق بجدران الأوعية (الالتصاق)، فإن عمودًا متصلًا من الماء يُسحب إلى أعلى من الجذور عبر نسيج الخشب إلى الأجزاء العليا من النبات حاملًا معه الأملاح المعدنية الذائبة. وهذه القوة هي شفط ناتج عن التبخر عند القمة، وهي قادرة على رفع الماء إلى قمم أشجار يبلغ ارتفاعها عشرات الأمتار دون أي مضخة.
- ومن النتائج الأخرى (المتسقة مع الكتاب ومع دروسك القادمة) أن النتح يساعد على وصول المعادن إلى الأوراق، ويحافظ على المحتوى المائي للخلايا، ويضيف كمية كبيرة من البخار إلى الجو.
- وفوق اليابس، وبخاصة في الغابات، يمثل النتح جزءًا كبيرًا من البخار العائد إلى الهواء.
- وعند قطع الغابات تقل الأمطار المحلية غالبًا، وهذا أحد أسباب اعتبار النباتات جزءًا من دورة الماء.
14 3.4 العوامل المؤثرة في معدل النتح
- تزيد المعدل
- الضوء يفتح الثغور (من أجل البناء الضوئي)
- تزيد المعدل
- يزداد التبخر سرعة
- تقلل المعدل عند ارتفاعها
- يقل فرق ضغط البخار بين الورقة والهواء
- تزيد المعدل
- تزيح الهواء الرطب الملاصق للورقة
- يقل المعدل عند جفاف التربة
- تغلق الثغور لتوفير الماء
(ستستخدم تأثير الرطوبة مرة أخرى في الدرس 2-3).
- المسألة: حقل مزروع يضم 40 000 نبات في الهكتار الواحد.
- في يوم مشمس ينتح كل نبات 0.25 لتر.
- (أ) ما كمية الماء (باللتر وبالمتر المكعب) التي تعود إلى الهواء من 5 هكتارات خلال 10 أيام مشمسة؟
- (ب) ما كمية الحرارة الممتصة إذا كانت الحرارة الكامنة للتصعيد للماء \(\dfrac{2.26 \times 10^{6} J}{\,\text{kg}}\) وكتلة اللتر الواحد 1 kg؟
- الحل: (أ) عدد النباتات في 5 هكتارات = \[\begin{gathered}5 \times 40 000 = 200 000\end{gathered}\] نبات.
- الماء في اليوم = \[\begin{gathered}200 000 \times 0.25 = 50 000\end{gathered}\] لتر.
- وخلال 10 أيام = 500 000 لتر = 500 م³ (لأن 1000 لتر = 1 م³).
- (ب) الكتلة = 500 000 kg.
- الحرارة = \[\begin{gathered}m \times L = 500 000 \times 2.26 \times 10^{6} = 1.13 \times 10^{12} J\end{gathered}\].
- التفسير: الحقل الذي يعطينا الغذاء يعمل أيضًا كمكيّف هواء طبيعي ضخم؛
- إذ تُمتص نحو 1.1 تريليون جول أثناء التبخر فيبرد الهواء المحلي، وتدخل 500 م³ من البخار الغلاف الجوي لتصبح سحبًا في المستقبل.
- المسألة: تستقبل بحيرة 30 مليون م³ من الماء سنويًا من الأمطار والأنهار الداخلة.
- ويفقد التبخر 12 مليون م³ في السنة، ويصرف النهر الخارج 17 مليون م³.
- كان حجم الماء في بداية السنة 100 مليون م³.
- ما حجمها في نهاية السنة؟
- وماذا يعني التغير بالنسبة لدورة الماء؟
- الحل: صافي التغير = الداخل − الخارج = \[\begin{gathered}30 - (12 + 17) = +1\end{gathered}\] مليون م³.
- الحجم الجديد = 101 مليون م³.
- أي يرتفع مستوى البحيرة قليلًا ويُخزَّن الماء الإضافي.
- ولو ارتفع التبخر بسبب زيادة درجات الحرارة (التغير المناخي) إلى 14 مليون م³ لأصبح صافي التغير −1 مليون م³ ولانكمشت البحيرة.
- وهذا يبيّن أن دورة الماء ميزان بين مدخلات ومخرجات، وأن تغيّر عملية واحدة يغيّر النظام كله.
15 4. الإخراج والتنفس — إسهام الحيوان (تفاصيل)
- يذكر الكتاب ثلاثة أنواع من المواد تتخلص منها الكائنات الحية بالإخراج: ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والفضلات النيتروجينية (الأمونيا، اليوريا، حمض اليوريك).
- اربط كل نوع بمصدره:
- ثاني أكسيد الكربون والماء ينتجان من التنفس الخلوي (أكسدة الجلوكوز).
- الفضلات النيتروجينية تنتج من هدم البروتينات والأحماض الأمينية؛ فالأمونيا شديدة السمية وتحتاج إلى كمية كبيرة من الماء للتخلص منها (تناسب الحيوانات المائية)، واليوريا أقل سمية (تحتاج ماءً أقل)، وحمض اليوريك شبه عديم الذوبان ويحتاج ماءً قليلًا جدًا (يناسب الحيوانات التي تعيش في أماكن جافة، كالطيور والزواحف التي تبيض على اليابس).
- وتذوب هذه الفضلات في الماء المحيط، فالحيوان يستهلك الماء ويعيده إلى البيئة.
- ويشكل الماء نحو 70% من كتلة جسم الإنسان، ويفقد الشخص نحو 2–3 لترات يوميًا عبر البول والعرق والزفير والبراز، ويعوّضها بالشرب والطعام.
- وكل لتر منها جزء من الدورة.
16 5. دورة الماء والقضايا الكبرى للوحدة
تذكر الوحدة قضايا متضمنة. وهذا ربط دورة الماء بكل منها (يفيد في الأسئلة المقالية والمفتوحة):
- التلوث المائي: تتبخر بعض الملوثات وتغسلها الأمطار وتتسرب إلى المياه الجوفية أو تجري إلى الأنهار والبحار، فتنشر الدورة التلوث على نطاق واسع.
- التغير المناخي: الجو الأدفأ يحمل بخارًا أكثر ويزيد التبخر، فتتغير أنماط الأمطار وتكثر الفيضانات في مناطق والجفاف في أخرى، ويذوب الجليد فيضيف ماءً إلى المحيطات.
- استدامة الموارد المائية: يكون المورد مستدامًا فقط إذا لم يزد السحب منه على معدل تجدده بواسطة الدورة.
- الحفاظ على التنوع البيولوجي: تعتمد الأراضي الرطبة والأنهار والشعاب المرجانية على استقرار كمية الماء وجودته.
- إدارة الموارد المائية: يجب أن يراعي التخطيط للسدود والري وإعادة التدوير وتحلية المياه الدورةَ الطبيعية.
- تحديات الاستدامة مع النمو السكاني: يتقاسم عدد متزايد من الناس نسبة 1% نفسها من الماء العذب المتاح.
17 6. النشاط (مشروح بأسلوبنا)
نشاط: البحث في كيفية قياس الأمطار وكيفية التنبؤ بتغيرات دورة الماء مستقبلًا.
الهدف: التعرف على الأدوات التي يستخدمها علماء الأرصاد الجوية لقياس كميات الأمطار السنوية على منطقة معينة، وعلى كيفية تنبؤ العلماء بتغيرات دورة الماء مستقبلًا.
- الطريقة: استخدم الكتب أو مكتبة المدرسة أو مواقع موثوقة (هيئة الأرصاد الجوية الوطنية، ناسا، المنظمة العالمية للأرصاد الجوية).
- أعدّ تقريرين قصيرين.
ما ينبغي أن تجده:
- قياس المطر: مقياس المطر القياسي (قمع يصب في أسطوانة مدرجة؛ وعمق الماء المجمّع بالمليمتر هو كمية المطر، وكل 1 mm من المطر على مساحة 1 m² يساوي 1 لتر)، ومقياس الدلو المنقلب الذي يسجل آليًا في كل مرة يمتلئ فيها دلو صغير وينقلب، ورادار الطقس الذي يقدّر الأمطار فوق مساحات واسعة من الموجات اللاسلكية المنعكسة، والأقمار الصناعية التي تقيس السحب والأمطار من الفضاء. وكمية المطر السنوية هي مجموع القراءات اليومية على مدار العام.
- التنبؤ بالتغيرات المستقبلية: يُدخل العلماء بيانات الأقمار الصناعية ومحطات الطقس وعوامات المحيط والقياسات الأرضية إلى نماذج مناخية (برامج حاسوبية مبنية على معادلات فيزيائية وكيميائية). وتختبر النماذج ما سيحدث للتبخر والأمطار وذوبان الجليد إذا ارتفع تركيز ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة. وتُعرض التنبؤات في صورة احتمالات ومدى، لا قيمة واحدة دقيقة.
- النتيجة: نحتاج إلى قياسات دقيقة متكررة عبر سنوات طويلة لاكتشاف الاتجاهات.
- وتتنبأ النماذج بتبخر أكبر وأمطار أكثر تطرفًا في عالم يزداد دفئًا، ولذلك يجب أن تتكيف إدارة الموارد المائية.
18 7. جدول ملخص
- كل ماء الأرض؛
- يغطي نحو 70% من السطح؛
- 97% مالح، 1% عذب متاح، 2% متجمد
- نظام مغلق تقريبًا من التغير المستمر في الحالة والمكان
- التبخر، النتح، التنفس والإخراج، التكثف ← سحب، الهطول، الجريان، التسرب ← مياه جوفية
- فقد بخار الماء من الثغور؛
- يبرّد النبات؛
- ويسحب الماء والأملاح في الخشب
- CO₂، بخار الماء، فضلات نيتروجينية (أمونيا، يوريا، حمض يوريك)
- الشمس (حرارة) والجاذبية
19 8. أخطاء شائعة ونصائح للامتحان
- لا تخلط بين النتح (في النبات، بخار من الثغور) والتبخر (تغير فيزيائي من أي سطح مبتل) والإخراج (التخلص من فضلات التمثيل الغذائي).
- «مغلق تقريبًا» لأن المادة محفوظة لكن الطاقة تدخل من الشمس.
- اذكر الثغور والخشب في أي إجابة عن النتح.
- عند السؤال عن «العمليات البيولوجية التي تسهم في دورة الماء» أجب: التنفس والإخراج والنتح (وكذلك الشرب والتغذية وتحلل الكائنات).
- التسرب يكوّن المياه الجوفية؛ والتكثف يكوّن السحب.
20 9. أسئلة للمراجعة الذاتية (إجاباتها في بنك الأسئلة)
- اذكر الأغلفة الأربعة وأعطِ مثالًا لكل منها.
- لماذا لا يستطيع الإنسان استخدام معظم ماء الأرض؟
- اذكر ست عمليات من دورة الماء بالترتيب.
- اذكر دورين للنتح.
- لماذا تُسمى دورة الماء نظامًا مغلقًا تقريبًا؟
اختبر نفسك على هذا الدرس
تم توزيع أسئلة بنك الدرس على نقاط الشرح أعلاه، وكل نقطة تحتها أسئلتها. ولحل البنك كاملًا في صفحة واحدة: