الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية

مقدمة

العلوم المتكاملة — الصف الأول الثانوي — الفصل الدراسي الأول — النظم البيئية واستدامة الحياة

🌳 شجرة المفاهيم

الوحدة الأولى النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية
├── 0. تمهيد: العوامل الخارجية في البيئات المائية

├── 1. الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الماء

├── 1.1 مصادر الأكسجين في الماء

├── 1.2 مصادر ثاني أكسيد الكربون في الماء

├── 2.1 التعريف

├── 2.2 حقائق عن ذوبانية O₂ وCO₂

├── 3. تأثير زيادة نسبة الأكسجين المذاب في الماء

├── 3.1 نشاط بحثي: ما أسباب نقص الأكسجين المذاب وما آثاره؟
├── 4. تأثير زيادة نسبة غاز ثاني أكسيد الكربون في الماء

├── 4.1 التحمّض

├── 4.2 ضعف التنفس

├── 4.3 ضعف الدعامة

├── 5. تأثير نقص نسبة غاز ثاني أكسيد الكربون في الماء

├── 6. الطيف الكهرومغناطيسي

├── 7. الإشعاع الشمسي خلال الماء

├── 8. امتصاص أجزاء ضوء الشمس المختلفة في الماء

├── 9. تأثير الإشعاع الشمسي في البيئات المائية

├── 9.1 لماذا يحدث البناء الضوئي أساسًا في الطبقات السطحية؟ (إجابة نموذجية)

├── 10. الموائع والضغط

├── 10.1 الضغط عند نقطة في باطن سائل ساكن

├── 10.2 الضغط المائي

├── 11.1 أولًا: المثانة الهوائية (كيس العوم)

├── 11.2 ثانيًا: الهيكل العظمي والغضروفي

├── 11.3 ثالثًا: أغشية الخلايا

├── 12. ملخص الوحدة الفرعية

├── 13. أخطاء شائعة

├── 14. أسئلة للمراجعة الذاتية

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 1 / 33

تمهيد: العوامل الخارجية في البيئات المائية

درسنا في الدروس السابقة خواص الماء النقي وخواص المحاليل الجمعية وأهميتها للعمليات الحيوية داخل الخلية الحية، وكيف طوّرت الكائنات المائية تكيفات تلائم هذه الخواص.
وننتقل الآن إلى دراسة عوامل خارجية تؤثر في البيئات المائية، ومن ثم في الكائنات التي تعيش فيها، وهي ثلاثة:

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
الجزء (أ) — الدرس 1-7	ذوبان غازات الهواء الجوي في الماء (الأكسجين وثاني أكسيد الكربون)	ذوبانغازاتالهواءالجوي
الجزء (ب) — الدرس 1-8	نفاذ الضوء والإشعاع الشمسي خلال المياه	نفاذالضوءوالإشعاعالشمسي
الجزء (ج) — الدرس 1-9	تأثير الضغط داخل المياه في الكائنات الحية	تأثيرالضغطداخلالمياه
•	يجمع كل جزء بين الكيمياء (الذوبانية والأحماض والكربونات) والفيزياء (الأمواج والامتصاص وضغط الموائع) وعلم الأحياء (التنفس والبناء الضوئي والتكيف)	يجمعالكيمياءالذوبانيةوالأحماض
الجزء (أ)	غازات الهواء الجوي في البيئة المائية (الدرس 1-7)	غازاتالهواءالجويالبيئة

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 2 / 33

الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الماء

من الطبيعي أن تحتوي الأنهار والبحار على مستويات كافية من غازي الأكسجين (O₂) وثاني أكسيد الكربون (CO₂) اللازمين لاستمرار الحياة المائية.
ويتبادل الغازان باستمرار بين الغلاف الجوي والماء والكائنات الحية.
ولا ينبغي أن يقل تركيز الأكسجين المذاب في الماء عن نحو 5 mg/L، لأنه المؤشر الأساسي لبقاء الكائنات المائية، وخاصة الأسماك التي تتنفس بالخياشيم.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 3 / 33

مصادر الأكسجين في الماء

شكل 1: مصادر الأكسجين المذاب في الماء يعرض الشكل مصادر الأكسجين الذائب في الماء، وأهمها الهواء الجوي الملامس لسطح الماء، ثم البناء الضوئي للعوالق والطحالب والنباتات المائية نهارًا. وتزيد الأمواج والاضطرابات من ذوبانه، ولذلك تكون الجداول الجبلية المضطربة أغنى بالأكسجين من البرك الراكدة الدافئة.

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
الهواء الجوي	هو المصدر الرئيس للأكسجين في الماء. فالأكسجين قليل الذوبان نسبيًا لكن اتساع سطح الماء الملامس للهواء يجعل كمية الأكسجين الذائبة معتبرة. وفي البحار والمحيطات يذوب مزيد من الأكسجين نتيجة الأمواج والاضطراب داخل المحيط فهي تزيد معدل تبادل الغازات بين الغلاف الجوي والماء. ولذلك تكون الجداول الجبلية المضطربة ذات الشلالات غنية بالأكسجين بينما تكون البرك الراكدة الدافئة فقيرة به	المصدرالرئيسللأكسجينالماء
البناء الضوئي	تسهم العوالق النباتية والطحالب والنباتات المائية في إنتاج الأكسجين في الماء أثناء النهار	تسهمالعوالقالنباتيةوالطحالب

أهمية الأكسجين المذاب←يلعب دورًا مهمًا في إنتاج الطاقة اللازمة لقيام الكائنات البحرية بعملياتها الحيوية، وذلك بأكسدة سكر الجلوكوز (المصدر الرئيس للطاقة) خلال التنفس الخلوي، وهي عملية هدم وإحدى عمليتي التمثيل الغذائي.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 4 / 33

مصادر ثاني أكسيد الكربون في الماء

الغلاف الجويهو المصدر الرئيس، إذ يتبادل CO₂ بين الهواء وسطح الماء.

تنفس الكائنات البحريةتطلق الكائنات البحرية CO₂ في المياه المحيطة بها كأحد الفضلات الناتجة عن عملية الهدم.

الأنشطة البشرية وتحلل المواد العضويةكالتلوث الصناعي، وتحلل المواد العضوية التي يحملها ماء الصرف الزراعي (تستهلك البكتيريا المحلِّلة الأكسجين وتنتج CO₂).

كيف تستخدم النباتات CO₂؟ تحصل النباتات المائية ومعظم الطحالب على CO₂ بخاصية فيزيائية تسمى الانتشار، إذ ينتقل الغاز من الوسط الأعلى تركيزًا (الماء) إلى داخل الخلايا الحية حيث التركيز أقل (لأنه يُستهلك فيها).
ويُعدّ CO₂ عنصرًا رئيسًا في تكوين المواد العضوية كالجلوكوز كما في المعادلة:
6CO₂ + 6H₂O → (ضوء، كلوروفيل) → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

(يكتب الكتاب المعادلة نفسها أحيانًا في صورة 6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 6O₂ لإظهار الماء الناتج؛
وبحذف 6 جزيئات ماء من الطرفين نصل إلى المعادلة المبسطة.
تحقق من الذرات 6C و12H و18O في كل طرف.)

والعمليتان — البناء الضوئي (يستهلك CO₂ ويطلق O₂) والتنفس (يستهلك O₂ ويطلق CO₂) — متعاكستان وتحفظان توازن الغازين في النظام البيئي السليم.
وفي الليل يتوقف البناء الضوئي ويستمر التنفس، فيكون الأكسجين المذاب في البرك الغنية بالنباتات أقل ما يمكن قبيل الفجر وأعلى ما يمكن بعد الظهر.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 5 / 33

التعريف

الذوبانية

هي قدرة المذاب على الذوبان في المذيب لتكوين محلول متجانس عند درجة حرارة وضغط معينين، أو هي أقصى كمية من المذاب تذوب في حجم معين من المذيب لتكوين محلول مشبع مستقر عند درجة حرارة وضغط معينين.
وتتأثر بعدة عوامل منها درجة الحرارة والضغط وطبيعة المواد.
وللغازات في الماء يستخدم الكتاب العلاقة:
الذوبانية = كتلة الغاز المذاب ÷ حجم المحلول (مثلًا mg / L)

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 6 / 33

حقائق عن ذوبانية O₂ و CO₂

قيم تقريبية لتشبع الماء العذب بالأكسجين عند 1 atm:

درجة الحرارة (°C)	0	10	20	30	40
تركيز O₂ (mg / L)	14.6	11.3	9.1	7.6	6.5

الماء الدافئ يحمل نحو نصف ما يحمله الماء البارد من الأكسجين.
وقد تتعرض بحيرة صيفية دافئة لنقص الأكسجين في الوقت الذي تحتاج فيه الأسماك والميكروبات إلى أكسجين أكثر (لارتفاع معدل الأيض).

المسألة. بحيرة حجمها 5000 m³ مشبعة بالأكسجين عند 25°C بتركيز 8.2 mg/L. (أ) كم كيلوجرامًا من الأكسجين تحتوي؟
(ب) سخن الماء إلى 30°C (تركيز التشبع 7.6 mg/L).
ما كتلة الأكسجين التي تنطلق إلى الهواء؟

شكل 3: 📈 ذوبانية الغازات في الماء تقل بارتفاع درجة الحرارة. يوضح الرسم أن ذوبانية الغازات في الماء تقل كلما ارتفعت درجة الحرارة. فتنخفض ذوبانية الأكسجين من 11.3 mg/L عند الدرجة الأقل إلى 7.6 mg/L عند 30 °C، أي بنقص قدره نحو 32.7%، ولهذا تعاني المياه الدافئة نقصًا في الأكسجين.

الحل. كل
1 mg/L = 1 g/m³.

(أ)
8.2 × 5000 = 41 000 g =41 kg

.

(ب) 7.6 × 5000 = 38 000 g ؛

المنطلق = 41 − 38 = 3 kg (نقص بنسبة 7.3%).
المسألة. تركيز تشبع الأكسجين 11.3 mg/L عند 10°C و7.6 mg/L عند 30°C. أوجد النسبة المئوية للنقص.
الحل.
(11.3 – 7.6) ÷ 11.3 × 100 = 3.7 ÷ 11.3 × 100 =32.7%
.

شكل 2: ذوبان ثاني أكسيد الكربون وتحمض الماء

تركيز الأكسجين في الهواء (نحو 21%) أعلى بنحو 500 مرة من تركيز ثاني أكسيد الكربون (نحو 0.04%)، لكن قابلية ذوبان CO₂ في الماء أكبر بكثير من قابلية ذوبان O₂ (يذكر الكتاب أن ذوبانية الأكسجين أقل بنحو 50 مرة). وسبب ذلك أن CO₂ يتفاعل أيضًا مع الماء مكونًا حمض الكربونيك. ولذلك فإن الأكسجين كثيرًا ما يكون العامل المحدِّد لحياة الحيوانات المائية.
يقارن الشكل ذوبانية O₂ وCO₂ في الماء، فتركيز الأكسجين في الهواء أعلى بنحو 500 مرة، لكن CO₂ أكثر ذوبانًا بكثير لأنه يتفاعل مع الماء مكونًا حمض الكربونيك. ولذلك يكون الأكسجين غالبًا العامل المحدد لحياة الكائنات المائية، وتقل ذوبانية الغازين في ماء البحر بنحو 20 إلى 30% مقارنة بالماء العذب.
قابلية ذوبان الغازين في مياه المحيط المالحة أقل بنحو 20–30% منها في الماء العذب (الأيونات الذائبة تشغل جزيئات الماء فيقل المكان المتاح لجزيئات الغاز).
درجة الحرارة تقل ذوبانية الغازين عند درجات الحرارة الأعلى (عكس معظم المواد الصلبة)، لأن جزيئات الغاز المذاب تكتسب طاقة حركة وتهرب بسهولة. ومع ارتفاع درجة الحرارة من 20°C إلى 50°C تنخفض ذوبانية CO₂ بمقدار أكبر من انخفاض ذوبانية O₂ (كما في الشكلين البيانيين بالكتاب).
الضغط يزيد ارتفاع ضغط الغاز فوق السائل من ذوبانيته (قانون هنري: S = kP). ولهذا تفور المشروبات الغازية عند فتح العبوة لانخفاض الضغط.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 7 / 33

تأثير زيادة نسبة الأكسجين المذاب في الماء

تعزيز التنفستعتمد الكائنات المائية في التنفس على الأكسجين المذاب، وتؤدي زيادته إلى تحسين قدرتها على التنفس.

دعم الأيض والنموالمستويات المناسبة من الأكسجين المذاب تدعم عمليات التمثيل الغذائي وتعزز النمو.

زيادة النشاطتحفز المستويات الكافية الكائنات على مزيد من النشاط في السباحة والصيد والتكاثر.

الحفاظ على توازن النظام البيئيالتوازن الصحي للأكسجين المذاب أمر بالغ الأهمية للحفاظ على نظام بيئي مائي مستقر يدعم مجموعات متنوعة من الأسماك واللافقاريات والنباتات.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 8 / 33

نشاط بحثي: ما أسباب نقص الأكسجين المذاب وما آثاره؟

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
أسباب النقص	ارتفاع درجة حرارة الماء (تقل الذوبانية)	ارتفاعدرجةحرارةالماء
الإثراء الغذائي	(زيادة الأسمدة ومياه الصرف تسبب ازدهار الطحالب ثم تموت فتتحلل بالبكتيريا التي تستهلك الأكسجين) شكل 4: الإثراء الغذائي ونقص الأكسجين في الشكل أسباب نقص الأكسجين المذاب ومنها ارتفاع حرارة الماء والإثراء الغذائي الذي يسبب ازدهار الطحالب ثم تحللها بالبكتيريا التي تستهلك الأكسجين. وتؤدي هذه الظروف إلى إجهاد الأسماك واختفاء الأنواع الحساسة أولًا وقد يحدث نفوق جماعي للأسماك	زيادةالأسمدةومياهالصرف

التلوث العضوي (مخلفات مصانع الأغذية والمجاري)؛

ركود الماء وغياب الأمواج والتيارات؛

الغطاء السحابي أو الجليدي الذي يقلل البناء الضوئي؛

زيادة الملوحة؛

الازدحام الشديد في مزارع الأسماك.

الآثار←إجهاد الأسماك واللافقاريات وتوقفها عن التغذية؛

نفوق جماعي للأسماك؛

اختفاء الأنواع الحساسة أولًا؛

تكاثر البكتيريا اللاهوائية المنتجة لغازات كريهة مثل كبريتيد الهيدروجين؛

تكوّن «مناطق ميتة» تكاد تخلو من الحياة؛

فقدان التنوع الحيوي وسلاسل الغذاء.
المسألة. يحتاج نوع من أسماك التراوت إلى 7 mg/L على الأقل من الأكسجين.
وجد باحث بحيرة تركيز الأكسجين فيها 6.5 mg/L عند 25°C وأخرى 9.0 mg/L عند 15°C.
أي البحيرتين مناسبة؟
وهل يمكن أن تصبح غير مناسبة صيفًا؟
الحل. الأولى (6.5 < 7) غير مناسبة، والثانية (9.0 > 7) مناسبة.
وقد تصبح الثانية غير مناسبة صيفًا إذا ارتفعت حرارتها، لأن الذوبانية تقل بارتفاع الحرارة ويزداد استهلاك الأكسجين في التنفس والتحلل.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 9 / 33

تأثير زيادة نسبة غاز ثاني أكسيد الكربون في الماء

عند ارتفاع مستويات CO₂ في الغلاف الجوي يذوب منه تركيز أكبر في الماء. ولهذا آثار سلبية عدة على الكائنات المائية:

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 10 / 33

التحمّض

يذوب CO₂ في الماء مكونًا حمض الكربونيك:
CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻

ازدياد H⁺ يعني انخفاض الرقم الهيدروجيني (pH) للماء، وتسمى الظاهرة التحمّض.
ماء البحر قلوي قليلًا (pH نحو 8.2 قبل العصر الصناعي ونحو 8.1 الآن).
وانخفاض 0.1 وحدة pH يعني زيادة تركيز H⁺ بنحو
26% (10⁰· ¹ = 1.26)

.
والتحمض ضار لكثير من الكائنات، خاصة في المراحل الحساسة من دورة الحياة كمرحلتي البيض واليرقات.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 11 / 33

ضعف التنفس

يؤدي ارتفاع CO₂ إلى صعوبة تخلص الحيوانات من CO₂ الذي في دمها وإلى انخفاض كفاءة نقل الأكسجين بالبروتينات الناقلة، ولذلك ينخفض الأكسجين المتاح للتنفس.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 12 / 33

ضعف الدعامة

تنقسم الدعامة في الكائنات الحية إلى نوعين:
(أ) الدعامة الخارجية:

هي الهيكل الخارجي للكائنات مثل المرجان (من اللاسعات) والمحار (من الرخويات) وقنفذ البحر (من شوكيات الجلد)، ووظيفتها الحماية ودعم الجسم.
وتعتمد هذه الكائنات على التكلس، أي ترسيب كربونات الكالسيوم CaCO₃ لتكوين أصدافها أو هياكلها.
أما الهيكل الخارجي في بعض القشريات كالجمبري فمن الكيتين.
تؤدي زيادة CO₂ في الماء إلى تحويل كربونات الكالسيوم شحيحة الذوبان إلى بيكربونات الكالسيوم القابلة للذوبان:
CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇌ Ca(HCO₃)₂

فيقل التكلس ويعوق قدرة هذه الكائنات على بناء هياكلها أو الحفاظ عليها، وتصير الأصداف والهياكل المرجانية أرق وقد تذوب.
ولذلك يهدد تحمض المحيطات الشعاب المرجانية والمحار وبلح البحر والعوالق ذات الأصداف.
(ب) الدعامة الداخلية:

هيكل داخلي كما في الأسماك والثدييات البحرية (الدلافين والحيتان).
وقد يكون عظميًا يتكون أساسًا من فوسفات الكالسيوم مع بروتين الكولاجين كما في الأسماك العظمية (كالبلطي).
وتؤثر زيادة CO₂ في توازن الكالسيوم في أجسام الأسماك فتضعف نموها.

المسألة. كم جرامًا من CO₂ يلزم لتحويل 100 g من كربونات الكالسيوم كليًا إلى بيكربونات الكالسيوم؟
وما كتلة البيكربونات الناتجة؟
(Ca = 40، C = 12، O = 16، H = 1)

الحل. CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂.
الكتلة المولية لـ
CaCO₃ = 100 g/mol

، فالكتلة 100 g تساوي 1 mol.
ويلزمها 1 mol من CO₂ = 44 g.
الكتلة المولية لـ
Ca(HCO₃)₂ = 40 + 2(1 + 12 + 48) = 162

، فالكتلة الناتجة 162 g.
تحقق 100 + 44 + 18 (الماء) = 162 ✔.
المسألة. انخفض pH مياه شاطئ من 8.2 إلى 7.9. بكم مرة ازداد تركيز أيون H⁺؟
الحل.
التغير = 0.3 وحدة؛ والزيادة = 10⁰·³ ≈ 2 مرة.
أي أن انخفاضًا صغيرًا في الرقم يعني زيادة كبيرة في الحموضة بسبب المقياس اللوغاريتمي.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 13 / 33

تأثير نقص نسبة غاز ثاني أكسيد الكربون في الماء

ضعف كفاءة البناء الضوئي وإنتاج الطاقةتحتاج النباتات المائية والطحالب إلى CO₂ للبناء الضوئي؛ ونقصه يقلل تكوّن السكريات وإنتاج الطاقة.

التأثير على سلاسل الغذاءنقص CO₂ يحد من مخزون الطاقة في المنتجات (العوالق النباتية والطحالب) فتقل الطاقة المتاحة للمستويات الأعلى في السلسلة.

خلل في توازن pH الماءالتركيزات المنخفضة من CO₂ قد تزيد الرقم الهيدروجيني للماء، مما يؤثر سلبًا في الأنواع الحساسة المتكيفة على مدى معين من pH.

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
المقارنة بين التحمض والتكلس بدلالة CO₂ الذائب (سؤال متوقع)	عند ارتفاع CO₂ يزداد التحمض (زيادة حمض الكربونيك وانخفاض pH) ويقل التكلس (تذوب مادة الأصداف بتحولها إلى بيكربونات)	ارتفاعيزدادزيادةالكربونيك
•	وعند انخفاض CO₂ يقل التحمض (يرتفع pH) ولا يتعطل التكلس بهذه الطريقة	وعندانخفاضالتحمضيرتفع
الجزء (ب)	الضوء والإشعاع الشمسي في البيئات المائية (الدرس 1-8)	الضوءوالإشعاعالشمسيالبيئات

تخيل أنك تغوص في البحر كلما غصت أعمق في الماء تظلم الدنيا حولك.
كيف يؤثر ذلك في الكائنات التي تعيش في الأعماق؟
وكيف يؤثر الضوء في طبقات الماء المختلفة على البناء الضوئي؟
وما دور الإشعاع الشمسي في الحفاظ على التوازن البيئي؟

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 14 / 33

الطيف الكهرومغناطيسي

الضوء المرئي جزء صغير من الطيف الكهرومغناطيسي، وينتشر على هيئة أمواج كهرومغناطيسية تختلف في الطول الموجي (λ) والتردد (ν).
وتنتقل جميعها في الفراغ بالسرعة نفسها
c = (3 × 10⁸ m) / s

، ولذلك:
c = λ × ν

وترتيب الطيف من الأطول موجة إلى الأقصر موجات الراديو ← الميكروويف ← الأشعة تحت الحمراء ← الضوء المرئي ← الأشعة فوق البنفسجية ← الأشعة السينية ← أشعة جاما.
وكلما قصر الطول الموجي زاد التردد وزادت طاقة الفوتون (E = hν).

يتألف الضوء المرئي من أطوال موجية مختلفة تعرف بألوان الطيف وهي على الترتيب: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي.
الأحمر أطولها موجة (نحو 700 nm) والبنفسجي أقصرها (نحو 400 nm).

المسألة. احسب تردد الضوء الأحمر

(λ = 700 nm)

والضوء الأزرق

(λ = 450 nm)

، وطاقة فوتون واحد من الضوء الأزرق

(h = 6.63 × 10-34 J· s)

.

الحل. ν = c ÷ λ.
3 × 108 ÷ (700 × 10-9) =4.29 × 1014 Hz .
3 × 108 ÷ (450 × 10-9) =6.67 × 1014 Hz .
E = hν = 6.63 × 10^-34 × 6.67 × 10¹⁴ =4.42 × 10^-19 J

.
وطاقة فوتون الأزرق أكبر من الأحمر بنحو 1.56 مرة (700 ÷ 450).

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 15 / 33

الإشعاع الشمسي خلال الماء

الإشعاع الشمسي هو المصدر الرئيس للطاقة على الأرض ويؤثر بشكل مباشر في الطبقات المائية جميعها.
وعندما تسقط أشعة الشمس على سطح الماء:

ينعكس جزء منها إلى الغلاف الجوي. وتعتمد كمية الطاقة التي تخترق السطح على زاوية سقوط الأشعة: فهي أكبر ما يمكن عندما تسقط الأشعة عمودية على السطح (زاوية 90° مع السطح)، وتقل عند السقوط المائل (الشمس المنخفضة قرب القطبين أو في الصباح الباكر والمساء) إذ ينعكس جزء كبير منها.
يمتص الماء والعوالق والنباتات جزءًا آخر.
يتشتت جزء منها أثناء نفاذه إلى الأعماق.
ومع زيادة العمق تقل شدة الضوء تدريجيًا، وهذا التدرج الضوئي يحدد مناطق ضوئية مختلفة في البيئة البحرية، تعيش في كل منها كائنات تتكيف مع كمية الضوء المتاحة:

المنطقة	العمق التقريبي	الضوء	الحياة
المنطقة المضاءة (السطحية)	من 0 إلى نحو 200 m	يكفي للبناء الضوئي	العوالق النباتية والطحالب والنباتات ومعظم الأسماك والشعاب المرجانية
المنطقة الشفقية (متوسطة العمق)	نحو 200 – 1000 m	ضوء خافت لا يكفي للبناء الضوئي	أسماك بعيون كبيرة وحبّار وحيوانات تصعد ليلًا للتغذي
المنطقة المظلمة (العميقة)	تحت نحو 1000 m حتى القاع	لا ضوء شمسي	حيوانات ذات حواس خاصة وأعضاء مضيئة تتغذى على «ثلج البحر» أو على بعضها

ترتيب المناطق من الأعلى إلى الأسفل←المضاءة ثم الشفقية ثم المظلمة.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 16 / 33

امتصاص أجزاء ضوء الشمس المختلفة في الماء

يمتص الماء كل طاقة الأشعة تحت الحمراء تقريبًا عند عمق 10 سنتيمترات من السطح؛ ولهذا يدفأ السطح وتبرد الطبقات الأعمق.
وعند عمق 10 أمتار يمتص الماء أكثر من 50% من طاقة الضوء المرئي.
وحتى في المياه الاستوائية الصافية لا يصل سوى نحو 1% من الضوء المرئي — ومعظمه في النطاق الأزرق — إلى عمق 100 متر.
يمتص الماء الألوان الدافئة (الأحمر والبرتقالي، ذات الأطوال الموجية الطويلة) في أول أمتار قليلة، ويشتت الألوان الأكثر برودة (الأزرق، ذي الطول الموجي القصير) فتخترق أعمق. ولذلك يبدو البحر أزرق، وتبدو المعدات الحمراء للغواص سوداء في الأعماق، وكثير من أسماك الأعماق والجمبري حمراء لأن اللون الأحمر يبدو أسود فيتخفى.
المياه الساحلية الضحلة التي فيها رواسب وعوالق تمتص ضوءًا أكثر من مياه المحيط المفتوح الصافية، فيقل عمق نفاذ الضوء فيها.
شكل 5: نفاذ ألوان الضوء في الماء

يبيّن الشكل أن الماء يمتص الأشعة تحت الحمراء تقريبًا عند عمق 10 cm، ويمتص أكثر من 50% من الضوء المرئي عند عمق 10 m. ولا يصل إلى عمق 100 m سوى نحو 1% من الضوء، ومعظمه أزرق، لأن الماء يمتص الألوان الدافئة ويشتت الزرقاء فتخترق أعمق، وهذا ما يفسر زرقة البحر.

المسألة. في مياه ساحلية عكرة تتناقص شدة الضوء إلى النصف كل 2 m عمقًا.
(أ) ما النسبة المئوية لشدة السطح التي تصل إلى عمق 8 m؟
(ب) عند أي عمق تقريبًا تصل الشدة إلى 1% من السطح؟
الحل. (أ) 8 m تساوي 4 أنصاف عمق:
(1 / 2)⁴ = 1 / 16 =6.25%

.
(ب) نريد
(1 / 2)ⁿ = 0.01

فـ
n = log ₂ 100 = 6.64

نصف عمق ← العمق = 6.64 × 2 = 13.3 m تقريبًا.
وهكذا ينتهي البناء الضوئي عند نحو 13 m في هذا الماء العكر، بينما قد يستمر حتى نحو 100 m في الماء الصافي.
المسألة. شدة الضوء المرئي عند السطح في ماء استوائي صافٍ 1000 وحدة. كم تقريبًا تصل إلى عمق 100 m؟
الحل. يصل نحو 1% = 10 وحدات، ومعظمها ضوء أزرق. أي أن 99% من الضوء المرئي امتُصّ أو تشتت قبل هذا العمق.

شكل 6←📈 شدة الضوء تنخفض أسيًّا مع العمق: تقل إلى النصف كل 3 m في هذا المثال. يوضح هذا الشكل 📈 شدة الضوء تنخفض أسيًّا مع العمق: تقل إلى النصف كل 3 m في هذا المثال. ضمن فقرة «8 . امتصاص أجزاء ضوء الشمس المختلفة في الماء».: امتصاص أجزاء ضوء الشمس المختلفة في الماء

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 17 / 33

تأثير الإشعاع الشمسي في البيئات المائية

الإشعاع الشمسي عامل حيوي للحفاظ على التوازن البيئي، فهو يؤثر في البناء الضوئي (أساس الحياة المائية) وفي درجة حرارة المياه وفي توزيع الكائنات البحرية.

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	مثال	كلمات مفتاحية
توزيع الكائنات البحرية	الكائنات ذاتية التغذية (النباتات المائية والطحالب والهائمات النباتية) توجد أساسًا في الطبقات السطحية الصافية. وتنمو الطحالب والنباتات جيدًا حتى عمق نحو 100 m في الماء الصافي وتكون أقرب إلى السطح في المياه العكرة (التي فيها رواسب أو عوالق). ولذلك يحدث البناء الضوئي أساسًا في الطبقات السطحية وتتركز فيها أيضًا الأحياء التي تعتمد على المنتجات	—	ذاتيةالتغذيةالنباتاتالمائية
الشعاب المرجانية	تزدهر في المياه الدافئة الضحلة بالقرب من خط الاستواء يتوفر الإشعاع الشمسي طوال العام. ويحفز هذا الإشعاع نمو الطحالب التكافلية التي تعيش داخل أنسجة المرجان فتمده بالغذاء وتعطيه لونه	—	تزدهرالمياهالدافئةالضحلة
درجة حرارة المياه		سمك القد المياه الأبرد الأبعد عن خط الاستواء	تجذبالدافئةالمناطقالاستوائية
تغير شدة الإشعاع بتغير الفصول أو المناخ	في المناطق القطبية حيث يكون الإشعاع منخفضًا أو معدومًا في الشتاء تقل معدلات البناء الضوئي كثيرًا فيقل الغذاء المتاح للكائنات البحرية (ثم ينفجر نمو العوالق في الربيع القطبي فيدعم أعدادًا ضخمة من الكريل والأسماك والفقمات والحيتان)	—	المناطقالقطبيةيكونمنخفض
التيارات المحيطية	يسهم الإشعاع الشمسي في تشكيل التيارات التي تؤثر في توزيع الحياة البحرية وتجعل بعض المناطق غنية بالغذاء. و	ذلك تيار الخليج الذي ينقل المياه الدافئة من خط الاستواء نحو شمال المحيط الأطلسي فيعتدل مناخ مناطق مثل غرب أوروبا ويزداد التنوع الحيوي البحري	يسهمالإشعاعالشمسيتشكيل

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 18 / 33

لماذا يحدث البناء الضوئي أساسًا في الطبقات السطحية؟ (إجابة نموذجية)

لأن الضوء يُمتص ويتشتت بزيادة العمق، فلا تصل كمية كافية من الضوء ذي الأطوال الموجية المناسبة (الأحمر والأزرق اللذان يمتصهما الكلوروفيل) إلا إلى الطبقات السطحية (حتى نحو 100 m في الماء الصافي)، وهناك فقط يمكن للمنتجين أن يقوموا بالبناء الضوئي.
الجزء (ج) تأثير الضغط المائي على الكائنات الحية (الدرس 1-9)
تواجه الكائنات التي تعيش في أعماق المحيطات بيئة قاسية تتطلب تكيفات فريدة للبقاء، منها العيش تحت ضغط مائي هائل.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 19 / 33

الموائع والضغط

الموائع

مواد تتميز بقدرتها على الانسياب، وتشمل السوائل والغازات.
تتميز الغازات بقابليتها للانضغاط بسهولة وشغل أي حيز توجد فيه، بينما تقاوم السوائل الانضغاط فيبقى حجمها ثابتًا تقريبًا (الماء غير قابل للانضغاط تقريبًا).

شكل 7←📈 الضغط الكلي يزداد خطيًا مع العمق بمعدل نحو 1 atm لكل 10 m من ماء البحر. يوضح هذا الشكل 📈 الضغط الكلي يزداد خطيًا مع العمق بمعدل نحو 1 atm لكل 10 m من ماء البحر. ضمن فقرة «10 . الموائع والضغط».: الموائع والضغط

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 20 / 33

الضغط عند نقطة في باطن سائل ساكن

يوجد للسائل ضغط عند أي نقطة في باطنه يساوي وزن عمود السائل الذي يعلو النقطة المؤثر على وحدة المساحات حولها.
وإذا وُجد جسم عند تلك النقطة فإنه يتأثر بقوة نتيجة هذا الضغط عمودية على سطحه.
تُحسب القوة الضاغطة (بالنيوتن) من العلاقة:
F = P × A

شكل 8: القوى الناتجة عن ضغط السائل عند نقطة يبرز الشكل أن الضغط عند نقطة داخل السائل يساوي وزن عمود السائل الذي يعلوها لكل وحدة مساحة، ويؤثر في أي جسم عند تلك النقطة بقوة عمودية على سطحه. وتُحسب هذه القوة من العلاقة F = P × A، حيث تُقاس P بالباسكال وA بالمتر المربع.

حيث P الضغط عند النقطة بوحدة N / m² (باسكال)، وA مساحة السطح المعرّضة للضغط بوحدة m².

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 21 / 33

الضغط المائي

الضغط المائي

هو الضغط الذي يؤثر به الماء عند أي نقطة تحت سطح الماء.
يزداد كلما ازداد العمق (h) لزيادة وزن الماء المؤثر على وحدة المساحة، ويزداد أيضًا بزيادة كثافة الماء (ρ)؛
شكل 9: مقارنة الضغط في ماء البحر والماء العذب

يمثل الشكل أن الضغط المائي عند عمق معين يتناسب مع الكثافة والعمق وفق P = ρgh، فيكون الضغط في ماء البحر عند العمق نفسه أكبر منه في البحيرة العذبة لزيادة كثافته بسبب الأملاح. وعند السطح يكون الضغط مساويًا للضغط الجوي ثم يزداد مع العمق.
فضغط الماء عند عمق معين في ماء البحر أكبر منه عند العمق نفسه في بحيرة عذبة لأن نسبة الأملاح والعوالق فيها أقل.
والعلاقة:

Pماء = ρ g h

حيث ρ الكثافة (kg / m³)، وg عجلة الجاذبية (9.8 أو 10 m/s²)، وh العمق (m).
عند سطح البحر يكون الضغط مساويًا للضغط الجوي (Pₐ).
والضغط الجوي المعتاد عند 0°C يساوي
1 atm = (1.013 × 10⁵ N) / m²

.
والضغط الكلي عند نقطة على عمق h:

P = Pa + ρ g h

قاعدة تقريبية:
يزداد ضغط الماء بنحو ضغط جوي واحد لكل 10 أمتار أسفل السطح (تحقق:
1000 × 9.8 × 10 = (9.8 × 10⁴ N) / m² ≈ 0.97 atm

).
فعلى عمق 100 m يكون الضغط الذي يسببه الماء نحو 10 أمثال الضغط الجوي، فيصبح الضغط الكلي نحو 11 مرة قدر الضغط الجوي.
المسألة. غواص على عمق 30 m في البحر (ρ = 1025 kg/m³،
g = 9.8 m/s²

).
أوجد (أ) ضغط الماء، (ب) الضغط الكلي، (ج) القوة المؤثرة على قناع وجهه مساحته 0.02 m².

الحل. (أ)

P = 1025 × 9.8 × 30 =(3.01 × 105 N) / m2

(نحو 2.97 atm). (ب) P الكلي =

1.013 × 105 + 3.01 × 105 =(4.02 × 105 N) / m2

(نحو 4 atm). (ج)

F = P × A = 4.02 × 105 × 0.02 =8.04 × 103 N

(تعادل وزن كتلة تقارب 820 kg!)، ولهذا يوازن الغواص الضغط داخل القناع بالزفير من الأنف.
المسألة. مقياس غواصة يقرأ ضغطًا كليًا 6.0 atm. قدّر العمق باستخدام القاعدة (1 atm لكل 10 m).

الحل. ضغط الماء =

6.0 – 1.0 = 5.0 atm

← العمق

≈ 5.0 × 10 =50 m

.
المسألة. عمق أعمق نقطة في المحيط نحو 11 000 m. قدّر ضغط الماء هناك (متوسط الكثافة 1050 kg/m³، g = 9.8).
الحل.
P = 1050 × 9.8 × 11 000 =(1.13 × 10⁸ N) / m²

≈ 1100 atm.
القوة على طرف إصبع مساحته 1 cm² (10⁻⁴ m²) تقارب 11 000 N، أي ما يعادل وزن سيارة كتلتها 1.1 طن.
وتعيش هناك حيوانات بلا فراغات غازية، ولها بروتينات وأغشية خاصة.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 22 / 33

أولًا: المثانة الهوائية (كيس العوم)

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	مثال	كلمات مفتاحية
الكائنات السطحية	تواجه ضغطًا مائيًا أقل وبنيتها الجسدية أقل قوة مقارنة بالتي تعيش في الأعماق	—	تواجهمائيوبنيتهاالجسدية
الكائنات في الأعماق المتوسطة	(من نحو 200 إلى 1000 m): تحتاج إلى تكيفات للتعامل مع الضغط المتزايد. فبعض الأسماك لديها مثانات سباحة مملوءة بالغاز تساعدها على التحكم في طفوها والتوازن في الماء أو الانتقال بين الأعماق المختلفة أثناء هجرتها بين البحار والأنهار	السلمون	1000تحتاجتكيفاتللتعامل
الكائنات في الأعماق السحيقة	(أكبر من 2000 m): الضغط شديد جدًا وتكون أجسامها عادة مدمجة ولها مكونات بروتينية وسوائل داخلية تتحمل الضغط العالي. وبعضها لا يمتلك مثانة غازية حتى لا ينهار تحت الضغط (	سمكة الراي) أو يمتلك مثانة تحتوي سوائل بدلًا من الغازات ويعتمد على الكبد الكبير الغني بالزيوت لزيادة طفوه والتحكم في العمق (الزيت أقل كثافة من الماء)	أكبر2000الضغطشديد

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 23 / 33

ثانيًا: الهيكل العظمي والغضروفي

مقارنة الهيكل العظمي والغضروفي في الأسماك

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
الأسماك العظمية (Osteichthyes)	كالبلطي والبوري لها هيكل عظمي يوفر دعمًا قويًا وثباتًا للجسم تحت الضغوط المختلفة. شكل 10: مقارنة الهيكل العظمي والغضروفي في الأسماك يقارن الشكل بين الأسماك العظمية كالبلطي والبوري ولها هيكل عظمي يمنح الجسم دعمًا وثباتًا قويًا والأسماك الغضروفية كالقرش والراي ولها هيكل من الغضروف الأخف والأكثر مرونة. وتفيد هذه المرونة الأسماك الغضروفية في الطفو والمناورة	كالبلطيوالبوريهيكليوفر
الأسماك الغضروفية (Chondrichthyes)	كالقرش والراي لها هيكل من الغضروف وهو نسيج أكثر مرونة وأخف وزنًا من العظم مما يمنحها مرونة وخفة تفيد في الطفو والمناورة	كالقرشوالرايهيكلنسيج

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 24 / 33

ثالثًا: أغشية الخلايا

طورت أسماك أعماق البحار تكيفات فريدة في أغشية خلاياها لتتحمل الضغط الهائل، إذ تزيد نسبة الأحماض الدهنية غير المشبعة في تركيبها (يشير تمرين الكتاب إلى البروتينات الدهنية).
وتمنع انحناءات سلاسل الحمض الدهني غير المشبع تراص الجزيئات بإحكام، فيبقى الغشاء سائلًا مرنًا مستقرًا تحت الضغط والبرودة (كزيت الزيتون الذي يبقى سائلًا بينما يتجمد الدهن الحيواني).
شكل 11: تكيف غشاء خلية أسماك الأعماق

يُظهر الشكل تكيف غشاء خلايا أسماك الأعماق بزيادة نسبة الأحماض الدهنية غير المشبعة، فتمنع انحناءات سلاسلها تراص الجزيئات فيبقى الغشاء سائلًا مرنًا تحت الضغط والبرودة. وهذا يشبه بقاء زيت الزيتون سائلًا في البرودة، ويحمي الخلايا من التلف.
وهذا يمنع تلف الخلايا.

المسألة. غواص على عمق 20 m (الضغط الكلي نحو 3 atm) ملأ رئتيه بـ 6.0 L من الهواء ثم صعد إلى السطح كاتمًا نفسه.
ما الحجم الذي يشغله الهواء عند السطح لو تمددت الرئتان بحرية؟
وما الخطر؟
الحل. عند الصعود ينخفض الضغط من 3 atm إلى 1 atm:
V₂ = P₁V₁ ÷ P₂ = (3 × 6.0) ÷ 1 =18 L

.
لا تتحمل الرئتان هذا الحجم، فتتمددان بإفراط وقد تتمزقان.
ولهذا يجب ألا يكتم الغواصون نفَسهم أثناء الصعود بل يزفرون باستمرار.
المسألة. قارن الضغط المائي عند عمق 50 m في بحيرة عذبة
(ρ = 1000 kg/m³)

وفي البحر
(ρ = 1025 kg/m³).

(g = 10 m/s2)

الحل. في البحيرة:
1000 × 10 × 50 = (5.0 × 10⁵ N) / m²

.
في البحر 1025 × 10 × 50 = (5.125 × 105 N) / m2 .
الفرق =
0.125 × 10⁵ =(1.25 × 10⁴ N) / m²

(نحو 2.5% أكبر في البحر)، لأن ماء البحر أعلى كثافة بسبب الأملاح.

شكل 11 تكيف غشاء خلية أسماك الأعماق
يُظهر الشكل تكيف غشاء خلايا أسماك الأعماق بزيادة نسبة الأحماض الدهنية غير المشبعة، فتمنع انحناءات سلاسلها تراص الجزيئات فيبقى الغشاء سائلًا مرنًا تحت الضغط والبرودة.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 25 / 33

ملخص الوحدة الفرعية

العامل	ما يتغير	الأثر في الكائنات
O₂ الذائب	يقل بارتفاع الحرارة والملوحة وترفعه الأمواج والبناء الضوئي	ضروري للتنفس؛ وانخفاضه يقتل الحيوانات
CO₂ الذائب	يزداد بزيادة CO₂ الجوي	تحمض، ضعف الأصداف (CaCO₃ ← Ca(HCO₃)₂)، مشكلات تنفس؛ ونقصه يقلل البناء الضوئي ويرفع pH
الضوء	تقل شدته مع العمق؛ يُمتص الأحمر أولًا وينفذ الأزرق أعمق؛ 1% يصل إلى 100 m في الماء الصافي	البناء الضوئي في المنطقة المضاءة توزيع المنتجين والمرجان والمستهلكين
التسخين الشمسي	يدفئ السطح؛ وتُمتص الأشعة تحت الحمراء في أول 10 cm	مناطق حرارية، تيارات (تيار الخليج)، هجرات
الضغط	P = P_a + ρ gh ؛ +1 atm لكل 10 m	كيس عوم مثانة سائلة وكبد زيتي أجسام مضغوطة هياكل غضروفية أغشية غير مشبعة

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 26 / 33

أخطاء شائعة

القول بأن الغازات أكثر ذوبانًا في الماء الساخن، والصحيح أن ذوبانية الغازات تقل بارتفاع الحرارة.
القول بأن CO₂ يجعل الماء قلويًا، والصحيح أنه يكوّن حمض الكربونيك ويخفض pH.
نسيان إضافة الضغط الجوي عند حساب الضغط الكلي على عمق ما.
الاعتقاد بأن البناء الضوئي يحدث في القاع، والصحيح أنه في المنطقة المضاءة السطحية.
الخلط بين التكلس (بناء CaCO₃) والتحمض (انخفاض pH) زيادة CO₂ ← زيادة تحمض وتقليل تكلس.
استعمال السنتيمتر أو الجرام في العلاقة P = ρgh؛ استعمل kg / m³ والمتر.
القول بأن اللون الأزرق يُمتص أولًا، والصحيح أن الأحمر والبرتقالي هما الأسرع امتصاصًا.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 27 / 33

أسئلة للمراجعة الذاتية

اذكر مصادر الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الماء.
كيف تتغير ذوبانية الغازين مع درجة الحرارة والملوحة والضغط؟
لماذا يهدد ارتفاع CO₂ الذائب الشعاب المرجانية؟ اكتب المعادلة.
صف المناطق الضوئية في المحيط بالترتيب.
لماذا يبدو البحر أزرق؟ وأين تعيش الكائنات ذاتية التغذية؟
اشتق العلاقة بين الضغط والعمق، وأوجد الضغط الكلي على عمق 40 m في البحر.
كيف تتكيف الكائنات البحرية مع الضغط في الأعماق السحيقة؟

.egp-ex{margin:18px 0;border:1px solid rgba(79,63,224,.2);border-radius:16px;overflow:hidden;background:#fff}.egp-ex-h{padding:10px 16px;font-weight:800;background:linear-gradient(90deg,#4f3fe0,#22c1c3);color:#1e1b4b}.egp-ex-tabs{display:flex;flex-wrap:wrap;gap:6px;padding:10px 12px;background:#f7f6ff}.egp-ex-b{border:1px solid rgba(79,63,224,.3);background:#fff;border-radius:20px;padding:5px 14px;font-weight:700;cursor:pointer}.egp-ex-b.on{background:#4f3fe0;color:#1e1b4b}.egp-ex-p{padding:12px 16px}function egpEx(b,k){var w=b.closest(‘.egp-ex’);w.querySelectorAll(‘.egp-ex-b’).forEach(function(x,i){x.classList.toggle(‘on’,i===k)});w.querySelectorAll(‘.egp-ex-p’).forEach(function(x,i){x.hidden=i!==k})}

اختبر نفسك على هذا الدرس

تم توزيع أسئلة بنك الدرس على نقاط الشرح أعلاه
وكل نقطة تحتها أسئلتها. ولحل البنك كاملًا في صفحة واحدة:

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 28 / 33

مقدمة

📖

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 29 / 33

📌 قاموس المصطلحات والمفاهيم العلمية الدقيقة:

شذوذ كثافة الماء (Anomalous Density of Water):
خاصية فيزيائية فريدة ينفرد بها الماء؛ حيث تقل كثافته ويزداد حجمه عند تبريده تحت درجة 4°C حتى يتجمد عند 0°C بسبب تجمع جزيئاته بروابط هيدروجينية في شكل بلورات جليد سداسية بينها فراغات واسعة.
الحرارة النوعية (Specific Heat Capacity:
c) كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة واحد كيلوجرام من المادة بمقدار درجة واحدة مئوية (أو كلفنية)، والماء السائل يمتلك أعلى حرارة نوعية بين السوائل المعروفة وتساوي 4184 J/(kg.°C).
الضغط الهيدروستاتيكي (Hydrostatic Pressure):
الضغط الناشئ عن وزن عمود السائل فوق وحدة المساحات عند نقطة معينة في باطن السائل، ويتناسب طردياً مع كثافة السائل وعمقه.

مبدأ باسكال (Pascal's Principle):
عند التأثير بضغط على سائل محبوس في إناء مغلق، فإن هذا الضغط ينتقل بتمامه وبلا أي نقصان إلى جميع أجزاء السائل وجدران الإناء الحاوي له.
الفائدة الآلية للمكبس الهيدروليكي (Mechanical Advantage:
η) النسبة بين القوة الكبيرة الناتجة على المكبس الكبير (F) إلى القوة الصغيرة المؤثرة على المكبس الصغير (f)، أو نسبة مساحة المكبس الكبير (A) إلى مساحة المكبس الصغير (a).

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 30 / 33

⚖️ القوانين والعلاقات الرياضية والفيزيائية الحاكمة:

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
قانون شذوذ كثافة الماء	[ الصيغة الفيزيائية والرياضية: Density_max at 4°C = 1.000 g/cm³ ==> Density_ice at 0°C ≈ 0.917 g/cm³ ] الجليد أقل كثافة من الماء السائل ولذلك يطفو على السطح	الصيغةالفيزيائيةوالرياضيةDensity
قانون كمية الحرارة المكتسبة أو المفقودة	[ الصيغة الفيزيائية والرياضية: Q = m × c × ΔT ] m الكتلة بالكيلوجرام c الحرارة النوعية ΔT التغير في درجات الحرارة	الصيغةالفيزيائيةوالرياضيةالكتلة
معادلة مبدأ باسكال للمكبس الهيدروليكي المثالي	[ الصيغة الفيزيائية والرياضية: F / f = A / a = y1 / y2 = η ] F و f القوتان A و a المساحتان y1 و y2 إزاحتا المكبسين الصغير والكبير	الصيغةالفيزيائيةوالرياضيةالقوتان

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 31 / 33

🔍 الشرح والتحليل المستفيض وتفسيرات علل والاستنتاجات:

★ كتاب الشرح والتفصيل العلمي الشامل المعتمد 2026 / 2027 ★
كتاب الشرح المفصل الخواص الفيزيائية للماء (الكثافة الشاذة والحرارة النوعية والضغط المائي)
الصف الأول الثانوي (علوم متكاملة 2026/2027) | المحور الأول – النظم البيئية المائية واستدامة الموارد | المنهج المصري الحديث 2026/2027
🎯 أهداف التعلم ومخرجات الفهم الوزارية المقررة 2026/2027:
• تفسير شذوذ كثافة الماء عند درجة 4°C وتكون بلورات الجليد السداسية وانخفاض الكثافة بالبرودة.
• توضيح دور شذوذ كثافة الماء في حفظ الحياة المائية في المناطق القطبية المتجمدة.
• شرح مفهوم الحرارة النوعية العالية للماء وتأثيرها الملطف للمناخ والاتزان الحراري لكائنات اليابسة والبحار.
• حساب الضغط الهيدروستاتيكي في السوائل وتطبيق مبدأ باسكال في المكابس الهيدروليكية والحياة اليومية.

• دراسة طاقة المد والجزر والأمواج كمصادر طاقة كهرومائية متجددة ونظيفة.

تتبع جميع السوائل في الطبيعة قاعدة فيزيائية عامة تنكمش بالتبريد وتزداد كثافتها باستمرار حتى تتجمد.
ولكن الماء يشذ عن هذه القاعدة تماماً عند درجات الحرارة المنخفضة:
عندما يبرد الماء من درجات حرارة مرتفعة، ينكمش وتقل مسافاته البينية وتزداد كثافته بصورة طبيعية حتى يصل إلى درجة 4°C، وتكون كثافة الماء عند 4°C هي أعلى وأقصى كثافة يمكن أن يصل إليها (1.000 g/cm³ أو 1000 kg/m³).
ماذا يحدث عند تبريد الماء تحت 4°C حتى الصفر؟
تبطؤ حركة الجزيئات وتبدأ الروابط الهيدروجينية في ترتيب الجزيئات في شبكة بلورية سداسية الشكل مجوفة تحتوي على فراغات بينية هوائية كبيرة وواسعة.
يترتب على هذا الترتيب الهندسي المتباعد زيادة حجم الماء فجأة بنسبة نحو 9%، وانخفاض كثافته لتصل إلى نحو 0.917 g/cm³ عند درجة الصفر المئوي.

الأهمية البيولوجية العظمى لهذه المعجزة الإلهية:
في البحيرات والبحار القطبية المتجمدة عندما تنخفض حرارة الجو تحت الصفر، تتجمد الطبقة السطحية العليا من الماء وتتحول لجليد أقل كثافة، فيطفو الجليد على السطح مشكلاً طبقة عازلة حرارياً تحمي المياه العميقة تحته من استمرار التجمد، وتظل المياه السفلية في القاع سائلة عند درجة حرارة 4°C، مما يسمح للأسماك والحيتان وسائر الكائنات البحرية بالبقاء والتكاثر والنجاة طوال الشتاء القارس!

2. الحرارة النوعية الفائقة للماء والاتزان المناخي والحراري

تمتلك مياه المحيطات والبحار أعلى حرارة نوعية بين المواد الشائعة (c = 4184 J/kg.°C)
وهي أكبر بنحو 10 أضعاف من الحديد و 5 أضعاف من الرمال والصخور.

معنى هذا فيزيائياً أن الماء يحتاج إلى امتصاص كميات هائلة جداً من الطاقة الحرارية لترتفع درجة حرارته بمقدار طفيف، كما يفقد كميات هائلة من الحرارة ببطء شديد حتى تنخفض حرارته.
التأثير المناخي العالمي (مكيف هواء الكوكب):

3. ثبات درجة حرارة جسم الإنسان (37°C): بما أن الماء يشكل نحو 65% إلى 70% من وزن جسم الإنسان والدم، فإن حرارته النوعية العالية تحمي خلايا الجسم وأعضاءه الحيوية من الارتفاع أو الانخفاض المفاجئ في درجات الحرارة أثناء المجهود البدني والتعرض لحرارة الشمس.

3. الضغط الهيدروستاتيكي، مبدأ باسكال، وتطبيقات المكبس الهيدروليكي

الضغط في السوائل الساكنة يمارس السائل ضغطاً متساوياً في جميع الاتجاهات عند أي نقطة تقع في نفس المستوى الأفقي، ويتحدد بالعلاقة: P = ρ g h.
وهذا يفسر لماذا تبنى السدود (مثل السد العالي في أسوان) بحيث تكون قاعدتها السفلية عريضة وسميكة جداً بالمقارنة بقمة السد، لتتحمل الزيادة الهائلة في الضغط المائي عند الأعماق الكبيرة.
مبدأ باسكال (Pascal's Principle) السوائل غير قابلة للانضغاط؛ لذلك عندما يؤثر ضغط خارجي على مكبس سائل محبوس، ينتقل الضغط بكامله لكل نقطة في السائل وجدران الإناء.
تطبيقات مبدأ باسكال الصناعية:

3. كرسي طبيب الأسنان ومصاعد السيارات في محطات الخدمة.

جدول مقارنة بين كثافة الماء والجليد وتأثير الحرارة النوعية
✏️ أمثلة ومسائل وتطبيقات محلولة بالخطوات النموذجية والبرهان العلمي:

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
•	★ مسألة المكبس الهيدروليكي وحساب القوة والفائدة الآلية المعطيات والمطلوب: مكبس هيدروليكي مثالي مساحة مقطع مكبسه الصغير 10 cm² ومساحة مقطع مكبسه الكبير 500 cm²	مسألةالمكبسالهيدروليكيوحساب
•	أثرت قوة مقدارها 200 N على المكبس الصغير	أثرتمقدارهاالمكبسالصغير
احسب	(1) الفائدة الآلية للمكبس η (2) أكبر كتلة يمكن رفعها بواسطة المكبس الكبير متزنة مع هذه القوة (3) المسافة التي يتحركها المكبس الكبير إذا تحرك المكبس الصغير مسافة 25 cm	الفائدةالآليةللمكبسأكبر
•	(g = 10 m/s²)
خطوات الحل والبرهان الفيزيائي	[1] المعطيات: a = 10 cm² A = 500 cm² f = 200 N g = 10 m/s²	المعطيات
[2] أولاً	حساب الفائدة الآلية للمكبس: η = A / a = 500 / 10 = 50 (بدون وحدات قياس)	حسابالفائدةالآليةللمكبس
[3] ثانياً	حساب القوة المؤثرة على المكبس الكبير F: F = η × f = 50 × 200 = 10 000 N	حسابالقوةالمؤثرةالمكبس
[4] حساب أقصى كتلة يمكن رفعها (M)	F = M × g ==> M = F / g = 10 000 / 10 = 1 000 kg (طناً واحداً بالكامل!)	واحدابالكامل
[5] ثالثاً	حساب مسافة حركة المكبس الكبير y2: الشغل مبذول وثابت في المكبس المثالي: f × y1 = F × y2	حسابمسافةحركةالمكبس
•	[6] y1 / y2 = F / f = η ==> 25 / y2 = 50 ==> y2 = 25 / 50 = 0.5 cm
[7] الاستنتاج	استطاعت قوة صغيرة مقدارها 200 نيوتن رفع سيارة كتلتها طن كامل وتحرك المكبس الصغير مسافة 25 سم ليرتفع المكبس الكبير نصف سنتيمتر	استطاعتصغيرةمقدارهانيوتن
💡 فنية وتريك للحل السريع وتجنب الخطأ	تذكر دائماً في المكبس الهيدروليكي: القوة تتضاعف بنسبة المساحات ولكن المسافة تقل بنفس النسبة ليبقى الشغل ثابتاً!	تذكردائماالمكبسالهيدروليكي

الخاصية الفيزيائية	الماء السائل عند 4°C	الجليد الصلب عند 0°C	رمال الصحراء / الصخور الصلبة
قيمة الكثافة (Density)	1.000 g/cm³ (أعلى كثافة ممكنة)	0.917 g/cm³ (أقل من الماء السائل)	2.65 g/cm³ (كثافة عالية ترسب في الماء)
الشكل والترتيب الجزيئي	جزيئات متقاربة ومترابطة عشوائياً	بلورات سداسية متباعدة وفراغات واسعة	شبكة بلورية صلبة متراصة جداً
الحرارة النوعية (c)	4184 J/(kg.°C) (أعلى قيمة سائلة)	2100 J/(kg.°C) (نصف السائل)	800 J/(kg.°C) (تسخن وتبرد بسرعة فائقة)
التأثير على الطفو والغرق	يستقر دائماً في قاع البحيرات الباردة	يطفو على سطح الماء كعازل حراري	تغرق سريعاً في الماء السائل
الوظيفة البيئية الحيوية	يوفر موطناً آمناً لحياة الأسماك شتاءً	يحمي الماء العميق من التجمد القاتل	تسخن هواء اليابسة نهاراً وتبرده ليلاً

💡 💡 كبسولة الفنيات وتريكات الامتحانات والأسئلة الوزارية 2026/2027:

كثافة الماء تبلغ أقصاها عند 4°C وتقل بالتبريد حتى الصفر بسبب بلورات الجليد السداسية المجوفة.
طفو الجليد على أسطح البحيرات القطبية يحفظ حياة الكائنات البحرية في القاع عند 4°C.
الماء له أعلى حرارة نوعية ويلعب دور المنظم والملطف للمناخ العالمي وتيارات نسيم البحر والبر.
تبنى السدود عريضة عند القاعدة لتحمل الزيادة الكبيرة في الضغط المائي المتناسب طردياً مع العمق (P = ρgh).
مبدأ باسكال يطبق فقط على السوائل المحبوسة لأنها غير قابلة للانضغاط وينص على انتقال الضغط بتمامه.

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 32 / 33

ملخص الدرس

★ الملخص الشامل وخريطة المفاهيم وجداول المقارنة ★
ملخص الدرس الخواص الفيزيائية للماء: شذوذ الكثافة والحرارة النوعية والضغط المائي في الأعماق
العلوم المتكاملة | الصف الأول الثانوي | 2026 / 2027 | المحور الأول: النظم البيئية المائية
🗺️ الخريطة الذهنية والمفاهيم الجوهرية (Mind Map Outline):
✔ كثافة الماء أقصاها عند 4°C (1000 kg/m³) وتزداد بزيادة الملوحة.
✔ الحرارة النوعية c = 4184 J/kg.K | الضغط الكلي: P = Pa + ρgh.
📊 جداول المقارنة والتصنيف والتلخيص الشامل:

الخاصية الفيزيائية	القيمة / القانون	الأهمية البيئية
أقصى كثافة للماء النقي	1000 kg/m³ عند 4°C	طفو الجليد وحماية الكائنات القطبية من التجمد
الحرارة النوعية للماء	4184 J/kg.K (Q = m c ΔT)	استقرار حرارة المحيطات وتلطيف المناخ الساحلي
الضغط المائي في الأعماق	P = Pa + ρgh (+1 atm / 10m)	تكيف كائنات الأعماق لتحمل الضغوط المرتفعة

💡 كبسولة المراجعة السريعة وأهم فنيات الامتحان:
★ الهيدروميتر يستخدم لقياس كثافة السوائل كلما زادت كثافة السائل قل الجزء المغمور من الهيدروميتر.
★ التغير في درجة الحرارة بالكلفن ΔT(K) يساوي التغير في درجة الحرارة بالسيليزيوس ΔT(°C).

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية · 33 / 33

المناهج الدراسية

الصف الأول الثانوي

العلوم المتكاملة

الرياضيات

الوحدة الأولى: النظام البيئي المائي — الدروس 1-7 و1-8 و1-9: تأثير غازات الهواء الجوي والضوء والإشعاع الشمسي والضغط على البيئات المائية

🌳 شجرة المفاهيم

├── 1. الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الماء

├── 1.1 مصادر الأكسجين في الماء

├── 1.2 مصادر ثاني أكسيد الكربون في الماء

├── 2.1 التعريف

├── 2.2 حقائق عن ذوبانية O₂ وCO₂

├── 3. تأثير زيادة نسبة الأكسجين المذاب في الماء

├── 4.1 التحمّض

├── 4.2 ضعف التنفس

├── 4.3 ضعف الدعامة

├── 6. الطيف الكهرومغناطيسي

├── 7. الإشعاع الشمسي خلال الماء

├── 8. امتصاص أجزاء ضوء الشمس المختلفة في الماء

├── 9. تأثير الإشعاع الشمسي في البيئات المائية

├── 10. الموائع والضغط

├── 10.1 الضغط عند نقطة في باطن سائل ساكن

├── 10.2 الضغط المائي

├── 11.1 أولًا: المثانة الهوائية (كيس العوم)

├── 11.2 ثانيًا: الهيكل العظمي والغضروفي

├── 11.3 ثالثًا: أغشية الخلايا

├── 12. ملخص الوحدة الفرعية

├── 13. أخطاء شائعة

├── 14. أسئلة للمراجعة الذاتية

(ب) 7.6 × 5000 = 38 000 g ؛

التلوث العضوي (مخلفات مصانع الأغذية والمجاري)؛

ركود الماء وغياب الأمواج والتيارات؛

زيادة الملوحة؛

نفوق جماعي للأسماك؛

اختفاء الأنواع الحساسة أولًا؛

تكوّن «مناطق ميتة» تكاد تخلو من الحياة؛

المسألة. احسب تردد الضوء الأحمر

(λ = 700 nm)

والضوء الأزرق

(λ = 450 nm)

، وطاقة فوتون واحد من الضوء الأزرق

(h = 6.63 × 10-34 J· s)

Pماء = ρ g h

P = Pa + ρ g h

الحل. (أ)

P = 1025 × 9.8 × 30 =(3.01 × 105 N) / m2

(نحو 2.97 atm). (ب) P الكلي =

1.013 × 105 + 3.01 × 105 =(4.02 × 105 N) / m2

(نحو 4 atm). (ج)

F = P × A = 4.02 × 105 × 0.02 =8.04 × 103 N

الحل. ضغط الماء =

6.0 – 1.0 = 5.0 atm

← العمق

≈ 5.0 × 10 =50 m

(g = 10 m/s2)

اختبر نفسك على هذا الدرس

2. الحرارة النوعية الفائقة للماء والاتزان المناخي والحراري

3. الضغط الهيدروستاتيكي، مبدأ باسكال، وتطبيقات المكبس الهيدروليكي

3. كرسي طبيب الأسنان ومصاعد السيارات في محطات الخدمة.

💡 💡 كبسولة الفنيات وتريكات الامتحانات والأسئلة الوزارية 2026/2027:

أحسنت! أنهيت هذا الدرس