• يتميز الماء بخواص فيزيائية متفردة تجعله موطنًا مثاليًا للكائنات الحية.
• ويرجع ذلك إلى قطبية جزيئاته والروابط الهيدروجينية التي تنشأ بينها، وهي التي تمنحه القدرة على إذابة كثير من الأملاح والمركبات القطبية، وترفع درجة غليانه.
• يتناول هذا الدرس الروابط الهيدروجينية في جزيئات الماء، والخواص الفيزيائية للماء مثل الكثافة والحرارة النوعية، والمحاليل المائية وخواصها، وأثر ثاني أكسيد الكربون والإشعاع الشمسي في الكائنات المائية والتيارات المائية.

• 1. الروابط الهيدروجينية والطبيعة القطبية للماء

• جزيئات الماء قطبية، لأن ذرة الهيدروجين تحمل شحنة جزئية موجبة وذرة الأكسجين تحمل شحنة جزئية سالبة.
• تتجاذب جزيئات الماء بروابط هيدروجينية، ويمكن أن يرتبط كل جزيء بما يصل إلى أربع روابط مع جزيئات الماء المجاورة، فينتج عن ذلك شبكة من الروابط الهيدروجينية.
• تمنح هذه الروابط الماء قدرة على إذابة كثير من الأملاح وتفكيكها إلى أيونات، وترفع درجة غليانه.
• 2. الماء مذيب عام

• يُعد الماء مذيبًا عامًا لمعظم المواد، فهو قادر على إذابة المركبات القطبية الأخرى والمركبات الأيونية.
• عند إضافة مركب أيوني إلى الماء تتفكك شبكته البلورية إلى أيونات حرة تحيط بها جزيئات الماء، فتمنع ارتباطها ببعضها مرة أخرى.
• يحدث ذلك لأن ذرات الأكسجين في الماء تجذب الأيونات الموجبة، وذرات الهيدروجين تجذب الأيونات السالبة.
• الماء في البيئات المائية الطبيعية ليس نقيًا، بل هو خليط يحتوي على مواد ذائبة، وتؤثر هذه المواد في خواص الماء وفي حركة التيارات المائية.
• 3. الخواص الفيزيائية للماء

• الكثافة كثافة الماء النقي عند 4 °C تساوي 1 g/cm³، ومع انخفاض حرارته إلى درجة التجمد تقل كثافته، وهذا يفسر طفو الجليد.
• الحرارة النوعية للماء حرارة نوعية مرتفعة نسبيًا مقارنة ببقية المواد، وتختلف الحرارة النوعية باختلاف نوع المادة وحالتها الفيزيائية ووجود الشوائب أو المواد المذابة بها.
• يعتمد مقدار كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة الجسم على كتلته وحرارته النوعية ومقدار التغير في درجة حرارته.
• 4. ذوبانية الغازات في الماء

• تتأثر الذوبانية بعوامل مثل درجة الحرارة والضغط وطبيعة المواد.
• تركيز غاز الأكسجين في الهواء أعلى بحوالي 500 مرة من تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون، لكن قابلية ذوبان الأكسجين في الماء أقل بحوالي 50 مرة من قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون.
• قابلية ذوبان الغازين في مياه المحيطات المالحة أقل بحوالي 20% إلى 30% من قابليتهما في الماء العذب.
• 5. ثاني أكسيد الكربون وأثره في الكائنات المائية

• يُستخدم ثاني أكسيد الكربون في عملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها النباتات المائية والطحالب بوجود ضوء الشمس والكلوروفيل، لتكوين الكربوهيدرات مثل الجلوكوز.
• ينتقل غاز ثاني أكسيد الكربون إلى داخل الخلايا الحية بالانتشار، من الوسط ذي التركيز الأعلى إلى التركيز الأقل.
• يؤدي ارتفاع نسبته في الماء إلى التحمض، لأنه يذوب مكونًا حمض الكربونيك فينخفض الرقم الهيدروجيني، وهذا ضار بالكائنات المائية في مراحل حساسة مثل مرحلتي البيض واليرقات.
• يؤدي ارتفاع مستوياته إلى انخفاض نسبة الأكسجين المذاب في الماء، وهو ضروري لتنفس الكائنات المائية، فيحدث ضعف التنفس.
• يحول ارتفاعه كربونات الكالسيوم قليلة الذوبان إلى بيكربونات الكالسيوم القابلة للذوبان، فيعيق عملية التكلس، ويضعف قدرة الكائنات على بناء هياكلها أو المحافظة عليها.

• 6. الضغط والملوحة ودرجة الحرارة وكثافة المياه في المحيطات

• في المياه الضحلة تقريبًا لا تتغير كثافة الماء بتغير العمق، لأنه غير قابل للانضغاط كثيرًا، أما في الأعماق الكبيرة للمحيطات فقد ترتفع الكثافة بمقدار طفيف بسبب زيادة الضغط.
• كلما ارتفعت نسبة الأملاح المذابة ارتفعت كثافة الماء.
• كلما انخفضت حرارة الماء حتى تصل إلى 4 °C ارتفعت كثافته، وإذا انخفضت الحرارة إلى أقل من 4 °C قلت كثافته مرة أخرى.

7. الحرارة والتيارات المائية

• تنتج التيارات المائية في المحيطات غالبًا عن اختلاف الكثافة الناتج عن اختلاف الحرارة والملوحة.
• وتنقل التيارات الحرارة والأملاح من المناطق الاستوائية نحو القطبين، والعناصر الغذائية من أعماق المحيط إلى السطح، كما تنقل المياه العذبة الناتجة عن انصهار الجليد أو الأنهار إلى أماكن مختلفة.

• 8. الإشعاع الشمسي ودرجات حرارة المياه

• يؤثر الإشعاع الشمسي مباشرة في درجات حرارة المياه، فيؤثر في توزيع الكائنات البحرية.
• تزدهر الشعاب المرجانية في المياه الدافئة الضحلة قرب خط الاستواء، حيث يتوفر الإشعاع الشمسي على مدار السنة، ويحفز نمو الطحالب التكافلية التي تعيش داخل أنسجة المرجان وتزوده بالغذاء.
• تعيش أسماك مثل التونة والباراكودا في المياه الدافئة، بينما يعيش سمك القد في المياه الباردة البعيدة عن خط الاستواء.
• في المناطق القطبية يكون الإشعاع منخفضًا أو معدومًا خلال فصل الشتاء، فتقل معدلات التمثيل الضوئي وتقل الغذاء المتاح للكائنات البحرية.
• يسهم الإشعاع الشمسي في تشكيل التيارات المحيطية، مثل تيار الخليج الذي يحمل المياه الدافئة من خط الاستواء نحو شمال المحيط الأطلسي.

1. على الرغم من أن الكتلة الجزيئية للماء أقل
2. فإن درجة غليانه أعلى بسبب الروابط الهيدروجينية بين جزيئاته.