المياه

موضوع: المياه الجمعة 08 أبريل 2016, 10:24 pm

المياه

المقدمة

المبحث الأول: المياه وخصائصها الكيميائية
المياه BOlevel21410

أولاً: صور وجود الماء على الأرض كمادة
المياه BOlevel21411

ثانياً: درجتا التجمد (الانصهار) والغليان
المياه BOlevel21412

ثالثاً: اللزوجة والمقاومة والتأيين
المياه BOlevel21413

رابعاً: الماء والأمطار والنظائر
المياه BOlevel21414

خامساً: الماء ووظائف الكائن الحي
المياه BOlevel12408

المبحث الثاني: دورة الماء على سطح الأرض
المياه BOlevel21415

أولاً: ماء المحيطات والبحار (ماء البحر ـ الماء المالح)
المياه BOlevel21416

ثانياً: ماء الأمطار والأنهار
المياه BOlevel21417

ثالثاً: ماء البحيرات والمياه الجوفية
المياه BOlevel21418

رابعاً: الماء اليسر والماء العسر
المياه BOlevel21419

خامساً: نقص المياه وتلوثها
المياه BOlevel12405

الملاحق

الجداول

الصور

الأشكال

المصادر والمراجع

المقدمة

الماء ... معجزة من معجزات الخالق، أودع فيها أسراره فصار ذا خصائص فريدة، احتار في فهمها العلماء.

الماء هو أكثر المواد وجوداً على الأرض، حيث يغطى أكثر من ثلاثة أرباع الكرة الأرضية (اُنظر صورة الكرة الأرضية). فالماء يملأ المحيطات والبحار والأنهار، ويوجد في الهواء، حتى باطن الأرض به ماء. وبدون الماء لا توجد حياة؛ فالماء يدخل في تركيب كل كائن حي، فيزن ما يقرب من ثلثي جسم الإنسان، وثلاثة أرباع جسم الطائر، وأربعة أخماس ثمار الفواكه.

]وَجَعَلْنَا مِنَ الْمَاءِ كُلَّ شَيْءٍ حَيٍّ[ w (سورة الأنبياء: الآية 30)

والإنسان يعتمد على الماء في حياته كلها، في مشربه، ومطعمه، ونظافته، وري زرعه، واستصلاح أراضيه، وإدارة مصانعه، وتوليد الطاقة. وتزداد حاجة الإنسان إلى الماء كل يوم، فكل عام يزداد التعداد، وتزداد معه الحاجة للماء.

ويعتقد العلماء أن كمية الماء الموجودة الآن على سطح الكرة الأرضية، هي الكمية نفسها التي وجدت منذ نشأة الأرض. فقد بدأ الماء على هيئة أبخرة، تصاعدت من الأرض أثناء تكوين قشرتها الصلبة. وحينما أخذت حرارة سطح الأرض في الانخفاض التدريجي، بدأت تلك الأبخرة في التكثف، ثم سالت أمطاراً غزيرة لمئات من السنين. وقد أدّى سقوط الأمطار إلى تكون الأنهار والبحيرات الواسعة، التي سرعان ما اتحدت مع بعضها، مكونة المحيطات.

وقد عمل الماء على تشكيل معالم الأرض، وتغيير تضاريسها. فالأمطار المتساقطة تطرق الصخور بشدة، مكونة مجاري الأنهار، التي تشق طريقها في الجبال ووسط الصخور الصماء، وتصنع أخاديد الأرض، وترسب ما تحمله من رواسب وطمي، فتكون دلتا الأنهار عند مصباتها في البحار. ويرتطم موج البحار والمحيطات بصخور الشواطئ ورمالها، دون انقطاع، مكوناً الشقوق والكهوف، وحاملاً أجزاء من اليابس معه إلى القاع.

وعلى الرغم من أننا نعيش فوق أرض، يغطى الماء معظمها، فإن أكثر هذا الماء مالح وغير صالح للشرب أو الزراعة، والجزء المتبقي الضئيل ماء عذب، أكثره محصور تحت الأرض، كمياه جوفية، أو متجمد في القطبين، كجبال جليدية. والجزء اليسير المتبقي يملأ الأنهار والبحيرات العذبة. والماء الموجود على سطح الأرض في حركة مستمرة، ودوران عجيب. فقطرة الماء التي نستخدمها تجد طريقها في نهاية الرحلة إلى المحيط، حيث تتبخر بفعل طاقة الشمس، لتسقط على الأرض من جديد، في دورة مستمرة لا تنتهي.

وعلى الرغم من قلة المياه العذبة المتاحة، وتضاعف الحاجة إلى الماء العذب عن ذي قبل، فإن هذا القليل من الماء العذب، لا يزال يكفي هذه الحاجات، لو أُحسِنَ استخدامه. وللأسف، فإن توزيع الماء العذب غير متساوٍ على سطح الكرة الأرضية. فهناك بعض المناطق فقيرة في مصادر المياه، وبعضها الآخر غنية بالمياه. والأمطار حين تسقط على الأرض، لا تسقط بالتساوي، فبعض المناطق صحراء جدباء، وبعضها تسقط عليه الأمطار أنهاراً وسيولاً.

وهناك مناطق تعاني من نقص المياه، لا من قلة، وإنما لسوء استخدام مصادره. فالإنسان يقذف بمخلفاته ونفاياته الصناعية في الأنهار، ويلوثها، فتصير غير صالحة للاستخدام. حينئذ يبدأ الإنسان في البحث عن مصدر جديد للمياه النقية، ويشكو من نضوب مصادر المياه القديمة. كذا، تعاني بعض المناطق من نقص المياه، نتيجة عدم استخدامه الاستخدام الأمثل، في تخزينها، ونقلها، وتوزيعها.

المياه Pic01

موضوع: رد: المياه الجمعة 08 أبريل 2016, 10:37 pm

المبحث الأول

المياه وخصائصها الكيميائية

أولاً: صور وجود الماء على الأرض كمادة

ثانياً: درجتا التجمد (الانصهار) والغليان

ثالثاً: اللزوجة والمقاومة والتأيين

رابعاً: الماء والأمطار والنظائر

خامساً: الماء ووظائف الكائن الحي

أولاً: صور وجود الماء على الأرض كمادة

1. صور وجود الماء على الأرض

على الرغم من كبر المساحة التي يغطيها الماء، من سطح الكرة الأرضية، إلاّ أن الحجم الفعلي للماء مقارنة بحجم الكرة الأرضية، يبدو ضئيلاً. فإذا تخيلنا الأرض مثل برتقالة، فإن الحجم الإجمالي للماء لا يكاد يملأ ملعقة شاي، والحجم الحقيقي الذي تحتويه هذه الملعقة هو حوالي 1.5 مليار كم³.

ويشكل ماء المحيطات حوالي 97% من حجم الماء الموجود على سطح الأرض، إلاّ أن هذا الماء مالح ولا يصلح للاستخدام الآدمي، من شرب، أو زراعة، ونحو ذلك، نتيجة ذوبان العديد من الأملاح فيه. أمّا كمية الماء العذب الصالحة للاستهلاك الآدمي، فلا تتجاوز 0.3% من الماء الموجود في الكرة الأرضية. ويتضمن هذا الماء، ماء البحيرات (اُنظر صورة بحيرة ماء عذب)، والأنهار (اُنظر صورة النيل الأزرق)، والمياه الجوفية الموجودة في أقل من نصف ميل عمق. ويدخل في هذا، حساب كمية الماء العذب الموجود على هيئة بخار ماء في الغلاف الجوي، الذي سوف يتحول في النهاية إلى أمطار، والرطوبة الموجودة في تربة الأرض السطحية.

وتمثل الجبال القطبية Polar Ice Caps (اُنظر شكل الجبال الجليدية)، غالبية الماء العذب الموجود على سطح الكرة الأرضية، حيث تصل نسبتها إلى حوالي 2,2% من إجمالي كمية المياه في الأرض، ممثلة ما يزيد عن ثلاثة أرباع مخزون الماء العذب في العالم.

أمّا المياه الجوفية Underground water، فإن نسبتها تصل إلى حوالي 0.6% من كمية الماء الموجود في الأرض، وهي إمّا أن تكون قريبة من سطح الأرض فتكون عذبة، وإمّا أن تكون على أعماق سحيقة، فنجد في مياهها نسبة عالية من الأملاح، التي ذابت فيها أثناء رحلتها الطويلة إلى باطن الأرض (اُنظر شكل المياه الجوفية) و(جدول صور المياه على سطح الأرض).

2. تركيب الماء وخصائصه الكيميائية

لا يُعدّ الماء، فقط، أكثر المواد وجوداً على الأرض، بل يُعدّ، كذلك، أكثرها غرابة، إذ لا تستطيع مادة على سطح الأرض، أن تحل محل الماء أو تقوم بدوره، كما لا توجد أي مادة معروفة، حتى الآن، لها خصائص مشابهة للماء. فالماء هو استثناء لكثير من قوانين الطبيعة، وذلك لخصائصه الفريدة.

ويتكون الماء من أجسام متناهية الصغر، تسمى "جزيئات". وقطرة الماء الواحدة تحتوي على الملايين من هذه الجزيئات. وكل جزيء، من هذه الجزيئات يتكون من أجسام أصغر، تسمى "ذرات" (اُنظر ملحق التركيب الجزيئي وعملية البناء الضوئي). ويحتوي جزئ الماء الواحد على ثلاثة ذرات مرتبطة ببعضها، ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين (اُنظر شكل تركيب جزيء الماء). وقد توصل إلى هذا التركيب الكيميائي للماء عام 1860، العالم الإيطالي "ستنزالو كانزارو" Stanisalo Cannizzarro.

والهيدروجين، هو أخف عناصر الكون، وأكثرها وجوداً به، حيث تصل نسبته إلى أكثر من 90%، وهو غاز قابل للاشتعال. والرقم الذرى للهيدروجين هو 1، ووزنه الذرى 1.008. كما يوجد الهيدروجين، كذلك، في الفراغ الفسيح بين المجرات والنجوم، بنسبة ضئيلة (اُنظر ملحق التركيب الجزيئي وعملية البناء الضوئي).

أمّا عنصر الأكسجين (اُنظر ملحق التركيب الجزيئي وعملية البناء الضوئي)، فهو ثالث أكثر العناصر وجوداً في الكون، حيث يوجد بنسبة 0.05%، وهو غاز نشط يساعد على الاشتعال، ورقمه الذرى 8، ووزنه 16. كما يُكَوِّن الأكسجين حوالي 20% من الهواء الجوى، وهو ضروري لتنفس الكائنات الحية، ويدخل في التركيب العضوي لجميع الأحياء، مع الهيدروجين والكربون. وعلى الرغم من أن الهيدروجين غاز مشتعل، والأكسجين غاز يساعد على الاشتعال، إلاّ أنه عند اتحاد ذرتي هيدروجين مع ذرة أكسجين، ينتج الماء الذي يطفئ النار.

والماء النقي لا يحتوي على الأكسجين والهيدروجين فقط، بل يحتوي على مواد أخرى ذائبة، ولكن بنسب صغيرة جداً. لذا، فإنه يمكن القول بأن الماء يحتوي على عديد من العناصر الذائبة، إلاّ أن أغلب عنصرين فيه، هما الهيدروجين والأكسجين.

والماء في صورته النقية سائل عديم اللون والرائحة، يستوي في ذلك الماء المالح والماء العذب. إلاّ أن طعم الماء يختلف في الماء العذب، عنه في الماء المالح. فبينما يكون الماء العذب عديم الطعم، فإن الماء المالح يكتسب طعماً مالحاً؛ نتيجة ذوبان عديد من الأملاح به.

3. كيف يمكن للماء التماسك كمادة

يرتبط الهيدروجين بالأكسجين داخل جزيء الماء، برابطة تساهمية Covalent Bond. فكل ذرة هيدروجين، تحتاج إلى إلكترون إضافي في مدارها الخارجي، لتصبح ثابتة كيميائياً. وكل ذرة أكسجين تحتاج إلى إلكترونين إضافيين في مدارها الخارجي، لتصبح ثابتة كيميائياً. لذا فإننا نجد في جزئ الماء ذرتين من الهيدروجين، تشارك كل واحدة بإلكترونها مع ذرة الأكسجين، ليصبح في المدار الخارجي لذرة الأكسجين 8 إلكترونات، وبذلك يكون مكتملاً، وفي حالة ثبات كيميائي. وفي الوقت نفسه، تشارك ذرة الأكسجين بإلكترون من مدارها الخارجي، مع كل ذرة هيدروجين، لإكمال المدار الخارجي لذرة الهيدروجين، ليصبح إلكترونين، وفي حالة ثبات كيميائي. ويسمى هذا النوع من الروابط "بالرابطة التساهمية" Covalent Bond، حيث تشارك فيه كل ذرة بجزء منها مع ذرة أخرى، لتكون جزيئاً قوياً للغاية يصعب تحلله (اُنظر شكل الرابطة التساهمية).

ويتجاذب كل جزيء ماء بالجزيئات المجاورة له، من خلال تجاذب كهربي، ناتج عن اختلاف الشحنات الكهربية (اُنظر شكل تجاذب جزئي الماء). فذرتا الهيدروجين تلتقيان مع ذرة الأكسجين في نقطتين، بزاوية مقدارها 105 درجة، في شكل هندسي غريب، بما ينتج عنه توزيع الشحنات الكهربية، بشكل يشبه قطبي المغناطيس. فطرف ذرة الأكسجين يمثل شحنة سالبة، وطرفا ذرتي الهيدروجين يمثلان شحنة موجبة. ونتيجة لهذا الاختلاف في الشحنات الكهربية، تتجاذب كل ذرة هيدروجين في جزئ الماء، مع ذرة أكسجين في الجزيء المجاور، بنوع من التجاذب الكهربي، يطلق عليه "الروابط الهيدروجينية" Hydrogen Bond (اُنظر ملحق التركيب الجزيئي وعملية البناء الضوئي). وتُعد الروابط التساهمية والهيدروجينية بين جزيئات الماء، مسؤولة عن الخواص الفريدة للماء، مثل: ارتفاع درجة الحرارة النوعية، والحرارة الكامنة للانصهار، والتبخر. كما أنها مسؤولة عن صفات التوتر السطحي واللزوجة، كما سيأتي ذكره فيما بعد.

وجزيئات الماء في حركة دائمة، وتعتمد الحالة التي يكون عليها الماء (غازية أو سائلة أو صلبة) على سرعة حركة هذه الجزيئات. فعند انخفاض درجة الحرارة، إلى درجة تساوى أو تقل عن الصفر المئوي، تفقد جزيئات الماء طاقتها، وتقل حركتها، ويزيد ترابطها بالروابط الهيدروجينية، بما يزيد من الفراغات بين جزيئات الماء. ويرتبط كل جزيء مادة في هذه الحالة، بأربعة جزيئات مجاورة بروابط هيدروجينية في شكل ثلاثي الأبعاد، كما في حالة الجليد. ومعظم المواد تنكمش بالبرودة، إلاّ أن الماء حينما يبرد، ينكمش حتى يصل إلى 4 درجات مئوية، ثم يبدأ بعدها في التمدد بزيادة انخفاض درجة الحرارة، ويُعد الماء مثالاً للخروج على القاعدة العامة في العلاقة بين درجة الحرارة والكثافة.

فعند انخفاض درجة الحرارة إلى ما تحت الصفر المئوي، يتحول الماء إلى ثلج، ويقل عدد جزيئات الماء المترابطة، ويزيد الفراغ بينها ـ مقارنة بمثيلتها الموجودة في الحجم نفسه من الماء ـ فتتمدد في الحجم وتقل كثافتها، وتطفو على هيئة قشرة الجليد فوق سطح الماء. وتُعد هذه الخاصية، نعمة عظيمة من نعم البارئ على الكون. فلو خضع الماء للقاعدة العامة للعلاقة بين الكثافة ودرجة الحرارة، لازدادت كثافة الثلج المتكون على السطح عن بقية الماء، وهبط إلى القاع، معرضاً سطح الماء، الذي تحته، إلى درجة حرارة منخفضة، فتتجمد هي الأخرى، وتهبط إلى القاع. وهكذا حتى تتجمد كل طبقات الماء، وتستحيل معها الحياة، في مياه المناطق القطبية، أو شديدة البرودة، والمتجمدة. إلاّ أنه في الحقيقة، ومع انخفاض درجة حرارة الجو، تتجمد طبقات الماء العليا فقط، وتقل كثافتها وتتمدد، فتطفو على سطح الماء، وتعزل بقية الماء تحتها، عن برودة الجو، فيبقى سائلاً ويسمح باستمرار الحياة.

وبازدياد درجة الحرارة (أعلى من الصفر المئوي)، تكتسب جزيئات الماء قدراً أعلى من الطاقة، وتزداد حركتها، وتتقارب المسافات بينها، ويتحول الماء إلى صورته السائلة (اُنظر شكل ترابط جزيئات الماء).

ومع ازدياد ارتفاع درجة الحرارة، يزداد قدر الطاقة الذي تكتسبه جزيئات الماء، وتزداد حركتها، وتتباعد المسافات بينها، وتتحول إلى الحالة الغازية، حيث يوجد جزئ الماء في أغلب الأحوال بصورته المنفردة. وتبلغ أقصى درجة لتحول الماء إلى بخار ماء، عند وصوله إلى 100^°م، وهي درجة غليان الماء. إلاّ أن هذا لا يمنع من تحول الماء في درجات الحرارة العادية إلى بخار ماء بفعل الطاقة المكتسبة من الشمس، وإن كان بدرجة أقل من تلك التي تحدث عند درجة الغليان.

جدول

صور المياه على سطح الأرض

النسبة المئوية (تقريباً)	الحجم حوالي (كيلومتر مكعب)	نوع المياه	م
97.191%	1.301 ×⁹10	محيطات وبحار وبحيرات مالحة	1
2.1664%	2.9 ×⁷10	غطاء جليدي	2
0.6275%	8.4 ×⁶10	مياه جوفية	3
0.01482%	1.984 ×⁵10	مياه عذبة سطحية (أنهار، بحيرات عذبة، مياه تربة سطحية)	4
100%	1.3386 ×⁹10	المجموع

ترابط جزيئات الماء في حالته السائلة (الماء) وحالته الصلبة (الجليد)

موضوع: رد: المياه الجمعة 08 أبريل 2016, 10:44 pm

المبحث الأول

المياه وخصائصها الكيميائية

أولاً: صور وجود الماء على الأرض كمادة

ملحق

التركيب الجزيئي وعملية البناء الضوئي

الجزيئات Molecules

هي وحدات يمكن تجزئة المادة إليها. وتتكون الجزيئات من دقائق أصغر، أُطلق عليها، باليونانية، اسم Atom، ومعناها "غير قابلة للانقسام"، وأطلق عليها، بالعربية، اسم "الذرة". وكل نوع من الجزيئات، يتكون من عدد معين من الذرات المرتبطة فيما بينها بروابط كيميائية.

الذرات Atoms

ومفردها ذرة Atom، وهى أصغر جزء من العنصر، يمكن أن يدخل في التفاعلات الكيميائية، دون أن ينقسم أو يتجزأ. وتتكون الذرة من النواة، التي يحيط بها المسارات أو المدارات الإلكترونية (اُنظر شكل تركيب الذرة).

النواة

هي مركز الذرة، حيث تتركز معظم كتلتها، وهى ذات شحنة موجبة. والنواة في غاية الصغر، إذ يراوح قطر الذرة بين 10 آلاف و100 ألف ضعف قطر النواة. وتحتوى النواة على جسيمات مادية صغيرة، هي البروتونات والنيوترونات.

البروتونات Protons

هي جسيمات صغيرة، موجبة الشحنة، موجودة في نواة الذرة. وكتلة البروتون، وتساوى (وحدة كتلة ذرية) وهى = 1.67 × 10–24جم، وهي تستخدم لقياس كتل الذرات، وجسيماتها. ويختلف عدد البروتونات في نواة الذرة، باختلاف العناصر الكيمائية. فعلى سبيل المثال، نواة ذرة الهيدروجين تحتوى على بروتون واحد، بينما تحتوي ذرة الأكسجين على 8 بروتونات.

كما يُطلق على عدد البروتونات، في نواة ذرة أي عنصر، اسم "العدد الذرى"، لذا فإن العدد الذرى لعنصر الهيدروجين هو (1).

النيوترونات Neutrons

هي جسيمات متعادلة كهربائياً، موجودة في أنوية ذرات كل العناصر، فيما عدا ذرة الهيدروجين العادي. وكتلة النيوترون، معادلة تقريباً لكتلة البروتون، ويكونان معاً (كتلة الذرة) أو (الكتلة الذرية).

المدارات الإلكترونية (اُنظر شكل المدارات الإلكترونية)

هي مدارات حول نواة الذرة، تدور فيها جسيمات متناهية الصغر، سالبة الشحنة، يطُلق عليها "الإلكترونات". ووزن الإلكترون يعادل 1/1840 من وزن البروتون أو النيوترون. والإلكترونات في حركة دائمة سريعة في مداراتها حول النواة، لذا، لا يمكن تحديد موقعها في الذرة بصورة دقيقة. وعدد الإلكترونات (السالبة الشحنة)، التي تدور حول النواة، يساوى عدد البروتونات (الموجبة الشحنة) الموجودة في هذه النواة، لذا، تكون الذرة متعادلة كهربائياً. فعلى سبيل المثال، ذرة الأكسجين متعادلة كهربياً، حيث تحمل 8 بروتونات (موجبة الشحنة) في النواة، يدور حولها 8 إلكترونات (سالبة الشحنة). وتتوزع الإلكترونات، حول النواة في مستويات أو مدارات. ولكل مدار حد أقصى للتشبع من الإلكترونات، فالمستوى الأول حول النواة، يتشبع بعدد 2 إلكترون، أما المستوى الثاني فإنه يتشبع بعدد 8 إلكترونات.

الأيون:

تحت ظروف خاصة، قد تكتسب الذرة أو تفقد إلكتروناً، وفى هذه الحالة يُطلق على الذرة اسم "الأيون". وعندما تفقد الذرة إلكتروناً، فإنها تصبح (أيوناً موجباً)، أما إذا اكتسبت إلكتروناً، فإنها تصبح (أيوناً سالباً). لذا، يمكن تعريف الأيون، بأنه: "ذرة ذات شحنة كهربية موجبة أو سالبة، نتيجة فقدانها أو اكتسابها إلكتروناً واحداً أو أكثر".

الهيدروجين

هو أكثر الغازات وجوداً في الكون. واسم الهيدروجين مشتق من اللفظ اليوناني "هيدرو"، ومعناه (الماء)، أما "جين"، فهو مقطع باللغة الإنجليزية، ويعنى "المكون".

وترجع معرفة غاز الهيدروجين إلى أوائل القرن السادس عشر، حينما استطاع أحد علماء الكيمياء الألمان Paracelsus، إنتاج غاز الهيدروجين من تفاعل حمض مع معدن، وتجميعه كغاز مشتعل، إلا أنه لم يستطع تمييزه كعنصر آنذاك.

وفي عام 1766، استطاع العالم "هنري كافينديش" Henry Cavendish (اُنظر صورة هنري كافينديش)، تمييز غاز الهيدروجين كعنصر، وذلك عن طريق قياس كثافته، وحجم الغاز الناتج عن تفاعل كميات معروفة من الحمض والمعدن. وقد أطلق على غاز الهيدروجين آنذاك اسم "الهواء المشتعل". أما نظائر الهيدروجين، فلم يتم معرفتهم إلا مؤخراً، حينما بدأ العلماء في دراسة تركيب الذرة. ففي عام 1932، نجح عالم الكيمياء الأمريكي "هارولد يورى" Harold Ury، في تحضير نظير الهيدروجين المعروف باسم "الديويتيريم" Deuterium أو "الهيدروجين الثقيل"، ويرمز له بالرمز (D) أو Hydrogen – 2. ويحتوى الديوتيريم على نيوترون في نواته.

وفى عام 1935، نجح عالم الفيزياء النيوزيلندي المولد "أرنست روثرفورد" Ernest Rutherford (اُنظر صورة أرنست روثرفورد)، مع علماء آخرين، في تحضير النظير الثالث للهيدروجين، وهو "التريتيم" Tritium، وهو نظير مشع غير ثابت للهيدروجين، ويتحلل منتجاً غاز "الهيليوم" عن طريق انبعاث أشعة بيتا.

وجوده في الطبيعة

الهيدروجين هو أكثر العناصر وجوداً في الكون، حيث تصل نسبته إلى أكثر من 90% من العناصر الموجودة. ويعتقد العلماء أن الهيدروجين والهيليوم هما أصل العناصر، ومنهما تكونت بقية العناصر.

كما يُعد الهيدروجين، المكون الرئيسي للشمس والنجوم الأخرى، حيث يلعب دوراً رئيسياً في التفاعل البروتوني ـ البروتوني، وهو تفاعل يتضمن سلسلة من التفاعلات النووية، التي ينتج عنها تحول الهيدروجين إلى عنصر الهيليوم، في النجوم ذات الكتلة الصغيرة، ومن ضمنها الشمس. وهذه التفاعلات، هي المسئولة عن انبعاث الطاقة والضوء من هذه النجوم. وتساعد ارتفاع درجة الحرارة في هذه النجوم، على حدوث الاندماج النووي لذرات الهيدروجين، الأمر الذي يساعد على انبعاث طاقة هائلة من هذه التفاعلات النووية، وتحول الهيدروجين إلى غاز الهيليوم.

ويكون الهيدروجين حوالي 0.67% من وزن القشرة الأرضية، ويُعد تاسع أكثر العناصر شيوعاً على الأرض، حيث يدخل في تكوين وتركيب عديد من المواد الطبيعية الموجودة. ويُعد الماء أهم هذه المواد، التي يدخل الهيدروجين في تكوينها، كما يُعد الماء، في الوقت نفسه، مصدر الحياة على الأرض.

ويوجد الهيدروجين، كذلك، في صورة حرة، على هيئة غازات منبعثة من الأنشطة البركانية، أو محبوسة في الصخور أو الترسيبات الملحية. ويوجد، كذلك، في الغلاف الجوى، إلا أنه في هذه الحالة تكون نسبته قليلة، لا تتعدى جزء في المليون، نتيجة لانتشاره المستمر إلى الفضاء الخارجي.

وعنصر الهيدروجين هو غاز شفاف مشتعل، ويرمز له بالرمز (H)، ورقمه الذرى (1). والهيدروجين هو العنصر الأول في الجدول الدوري للعناصر، وبالتالي فإنه يمتلك أبسط تركيب ذرى بين كافة العناصر، فنواه ذرة الهيدروجين، تتكون من بروتون واحد يدور حولها إلكترون واحد (اُنظر شكل التركيب الذري للهيدروجين).

والهيدروجين الحر الموجود على الأرض، يتواجد في صورة غازية، على هيئة جزيئات تتكون من ذرتي هيدروجين. وجزيء الهيدروجين المتكون من ذرتي هيدروجين، يعرف بالرمز الكيميائي (H₂).

وقد يوجد الهيدروجين مرتبطاً في عدد من المواد الأخرى، مثل المركبات الهيدركربونية الموجودة في البترول والفحم. ويدخل، كذلك، في تكوين جميع الأنسجة النباتية، والحيوانية مع عناصر أخرى، مثل: الأكسجين والكربون. وتحتوي جميع الأحماض، كذلك، على الهيدروجين.

الأكسجين

هو عنصر كيميائي، يلعب دوراً حيوياً في التنفس، والعمليات الحيوية في الجسم، كما يدخل في عديد من الصناعات العامة. والأكسجين هو ثالث أكثر العناصر وجوداً في الكون، كما أنه أكثرها شيوعاً على سطح الأرض.

وقد يوجد الأكسجين، غير متحد مع غيره من العناصر، كما هو الحال في الغلاف الجوي، حيث يوجد الأكسجين في صورة غازية. وقد يوجد متحداً مع غيره من العناصر، كما هو الحال في القشرة الأرضية، والماء، والخلايا الحية.

والأكسجين عنصر غازي، ورمزه الكيميائي هو (O)، ورقمه الذري ( Cool

، ووزنه الذري 15.9994. ويوجد الأكسجين في صورته الغازية، في شكل جزيء ثنائي الذرة (O₂)، حيث يكون ما يقرب من 20% من حجم الهواء الجاف. وغاز الأكسجين هو غاز شفاف، ليس له طعم، أو رائحة (اُنظر شكل التركيب الذري للأكسجين).

وترجع معرفة غاز الأكسجين إلى القرن الثامن عشر، حيث كان العالم السويدي "كارل شيلا" Carl Scheele، والإنجليزي "جوزيف بريستلى" Joseph Priestly، أول من قاما بالحصول على غاز الأكسجين (اُنظر صورة بريستلي وشيلا).

غير أن الفضل في معرفة الخصائص الكيميائية لغاز الأكسجين، يرجع إلى العالم الفرنسي "أنطوان لافوازيه" Antoine Lavoisier، الذي قام بتقييم واستعمال تجارب العالم الإنجليزي "جوزيف بريستلي" Joseph Priestly. وقد قام "لافوازيه" بإطلاق اسم "الأكسجين" على هذا الغاز، وهو اسم مشتق من كلمتين يونانيتين، وتعني "مكونة الأحماض". ويرجع أصل هذه التسمية إلى اعتقاد خاطئ من قبل "لافوازيه"، بمقدرة أي أكسيد، عند ذوبانه في الماء، على تكوين حامض. وقد يكون هذا الاعتقاد صحيح، في حالة بعض الأكاسيد، مثل ثاني أكسيد الكبريت، الذي يكون، عند ذوبانه في الماء، حمض الكبريتوز. إلا أن هذا الاعتقاد يُعد خطأ في حالة بعض الأكاسيد الأخرى، مثل أكسيد الصوديوم، الذي يكون هيدروكسيد الصوديوم عند ذوبانه في الماء.

الرابطة الهيدروجينية

هي رابطة تجاذبية كهربية ضعيفة، بين ذرة الهيدروجين المرتبطة بذرة أخرى في جزيء، والذرة سالبة الشحنة في جزيء آخر، أو في نفس الجزيء. والذرات سالبة الشحنة، هي تلك الذرات التي تجذب الإلكترونات ناحية نواتها في رابطة قطبية. وأكثر العناصر الشائعة، ذات الذرات سالبة الشحنة، هي: الأكسجين، والكلورين، والنيتروجين، والفلورين.

ويُعد التجاذب بين الجزيئات من خلال الرابطة الهيدروجينية، مسؤولاً عن عديد من الخصائص الهامة، للمواد المحتوية على هذه الرابطة. فعلى سبيل المثال، في الماء السائل، تُعد الرابطة الهيدروجينية بين ذرة الهيدروجين الموجبة في جزيء، وذرة الأكسجين سالبة الشحنة في جزيء آخر، مسؤولة عن حالته السائلة. كما تُعـد هذه الرابطة مسؤولة، في الوقت نفسه، عـن رفع درجة غليـان الماء، إلى درجة أعلـى (100^°م)، مما لو كانت هذه الروابط غير موجودة بين جزيئات الماء.

كما تُعد الرابطة الهيدروجينية، داخل جزيء البروتين، مسؤولة عن وجود البروتين في الشكل ثلاثي الأبعاد، الأساسي لقيامه بوظائفه الحيوية.

عملية البناء الضوئي Photosynthesis

هي عملية حيوية، تُستخدم فيها الطاقة المستمدة من أشعة الشمس، في تصنيع المواد العضوية، من الماء وثاني أكسيد الكربون، بينما يتم اخراج الأكسجين. وعلى الرغم من أن هذه العملية تحدث بصورة رئيسية فى النباتات الخضراء، إلا أنها تحدث، كذلك، في الطحالب، وفى بعض أنواع البكتيريا.

وقد ظلت عملية البناء الضوئى غير معروفة حتى منتصف القرن السابع العشر، حينما لاحظ عالم الفيزياء "فان هلمونت" Van Helmont، أن نمو النبات يعتمد بصورة رئيسية على الماء، وليس التربة. ثم أثبت العالم "ستيفن هال" Stephen Hale، بعد ذلك، في بداية القرن الثانى عشر، أن نمو النبات، يعتمد بصورة رئيسية، على الضوء والهواء.

وفى عام 1771، أدت التجارب التى أجراها العالم الإنجليزى "جوزيف بريستلى"، إلى وضع أساسيات نظرية البناء الضوئي، إذ أثبت هذا العالم، أن الهواء الناتج من الحيوان، يمكن أن يستخدمه البنات أثناء نموه. وفى عام 1779، لاحظ "جان انجن هوسز" Jan Ingen Housz، و"جين سينيبر" Jean Senbier، أن النبات يستخدم الهواء الفاسد الناتج من الحيوان ويحوله إلى هواء صحي في وجود الضوء فقط. وقد توصل "انجن هوسز" إلى أن النبات فى هذه العملية، يستخدم ثاني أكسيد الكربون للحصول منه على كربون، لبناء المواد العضوية، ثم يخرج الأكسجين إلى الجو. كما أثبت "نيوكلاس تيودور دى ساسور" Nicolas Theodore de Saussure، أن النبات أثناء هذه العملية يحتاج كذلك إلى الماء. وبصياغة نظرية "بقاء الطاقة"، عام 1845، بواسطة العالم "يوليوس روبرت" Juluas Robert، أمكن معرفة دور الطاقة المستمدة من ضوء الشمس في عملية البناء الضوئى.

ثم تتابعت بعد ذلك اكتشافات العلماء للمادة الخضراء، المتواجدة في النبات، والمسؤولة عن عملية البناء الضوئي، وأطلق عليها "اليخضور" أو "الكلوروفيل" Chlorophyl. وفى عام 1950، اكتشف عالم النبات البريطاني "بلاكمان" Blackman، أن عملية البناء الضوئى تتكون من تفاعلين رئيسيين، الأول يتم فى الضوء، ويطلق عليه "تفاعل الضوء" Light Reaction، والثاني يحدث في الظلام، ويطلق عليه "تفاعل الظلام" Dark Reaction.

ويمكن تقسيم عملية البناء الضوئى إلى ثلاث عمليات رئيسية هي:

1. امتصاص الطاقة الضوئية بواسطة الكلوروفيل

يوجد الكلوروفيل في البلاسيتدات الخضراء Chloroplast، حيث تتكون كل بلاستيدة من صفائح مصفوفة فوق بعضها، يطلق عليها اسم "الجرانا" Grana. وتحتوى الجرانا على جزيئات الكلوروفيل والإنزيمات الخاصة بالتفاعلات الضوئية. وتوجد هذه الصفائح فى الأرضية التى يطلق عليها اسم Stroma، والتي تحتوي على الإنزيمات الخاصة بالتفاعلات الضوئية.

وعندما تتعرض أوراق النبات إلى ضوء الشمس، تقوم جزئيات الكلوروفيل بتحويل هذه الطاقة الضوئية إلى طاقة الكترونية قادرة على تحليل الماء، بما يؤدى إلى تكون إلكترونات، وأكسجين، وماء في النهاية.

2. تحويل الطاقة الضوئية إلى شكل كيميائي

تقوم مجموعات السيتوكروم الموجودة في الخلية النباتية، بتخزين هذه الطاقة الإلكترونية على شكل الـ (ATP) (أدينوسين ثلاثى الفوسفات)، الناتج من تفاعل مركب (ADP) (الأدينوسي ثنائي الفوسفات)، ومجموعة الفوسفات. ثم تعود الإلكترونات بعد ذلك إلى مداراتها الأصلية، لتكرار نقل الطاقة. وينتج من هذا التفاعل في النهاية تكوين مركب الـ (ATP) والـ (NADP – H) الغنيين بالطاقة المخزونة.

3. تثبيت ثانى أكسيد الكربون (التفاعلات اللاضوئية)

وفى هذه الخطوة يتم تثبيت ثاني أكسيد الكربون وتحويله إلى سكر جلوكوز، من خلال سلسلة من التفاعلات التي يقوم الـ ATP، والـ NADP-H، بمدها بالطاقة. وبعد ذلك يتحول الجلوكوز إلى مركبات هيدروكربونية وبروتينية ودهنية.

موضوع: رد: المياه الجمعة 08 أبريل 2016, 11:02 pm

المبحث الأول

المياه وخصائصها الكيميائية

ثانياً: درجتا التجمد (الانصهار) والغليان

من خصائص الماء الفريدة، وجوده في حالات المادة الثلاثة، الغازية والسائلة والصلبة (اُنظر صورة صور الماء المختلفة)، وذلك تحت الظروف العادية من الحرارة والضغط الجوى. ومن اللافت للنظر، أنه ليس هناك مادة أخرى على سطح الأرض، يمكن أن توجد في هذه الأشكال الثلاثة، تحت ظروف درجة الحرارة الموجودة طبيعياً على سطح الأرض.

والماء سائل عند درجة الحرارة، الموجودة في معظم مناطق الكرة الأرضية. وتُعدّ درجة الحرارة التي يوجد عندها الماء في الصورة السائلة، إحدى الصفات الفريدة والمميزة للماء. فعند درجة الضغط الجوي العادي، يكون الماء سائلاً بين درجتي التجمد "صفر مئوي" ودرجة الغليان " 100^°م". فيما لا توجد المواد الأخرى، ذات التركيب المشابه للماء، بصورة سائلة عند هذا النطاق الحراري الواسع.

فمثلاً توجد مركبات أخرى مكونة من ذرتي هيدروجين وذرة من عنصر آخر، مثل: السيلينوم أو الكبريت. وهذه المركبات لا توجد في حالة سائلة، إلاّ في حرارة منخفضة للغاية (-100^°م إلى -90^°م). فلو استبدلت ذرة للأكسجين في جزئ الماء بأي مركب آخر، فلن يكون هناك ماءً سائلاً على وجه الأرض، حيث إن درجة حرارة سطح الأرض أعلى دائماً من –90^°م.

وبالنظر إلى الفرق بين درجتي الحرارة اللازمتَيْن للتجمد والغليان، فإن الماء يبقى سائلاً في مدى واسع من درجات الحرارة، يُعدّ أكبر نطاق حراري بين الأوساط السائلة. وتُعدّ هذه الخاصية من النعم العظيمة، إذ يوجد الماء سائلاً عند درجات الحرارة التي تعيش فيها الكائنات الحية، بما يساعد على استمرار حياتها.

وتحول الماء إلى بخار، يتطلب قدراً هائلاً من الحرارة. فالماء يغلى، عادة، عند درجة حرارة 100^°م. ولكن بوصول الماء إلى درجة الغليان، فإنه لا يتحول مباشرة إلى بخار، إنما هناك فترة يمتص الماء خلالها قدراً إضافياً من الحرارة، من دون حدوث أي زيادة في درجة حرارته، قبل تحوله إلى بخار ماء. لذا، فإن بخار الماء يحتوي على قدر هائل من الطاقة الحرارية، وهي الطاقة التي اكتشفت منذ القرن الثامن عشر، ومنذ ذلك الوقت تستخدم في إدارة الماكينات. ولما كان بخار الماء يحتوي على قدر كبير من الطاقة الحرارية، فإنه يتكثف عند انخفاض درجة الحرارة، مع انبعاث طاقته الحرارية، ويصير الماء سائلاً، ويسقط على هيئة أمطار.

1. الحرارة النوعية للماء وأهميتها لوظائف الجسم

تعرف الحرارة النوعية بأنها: "كمية الحرارة اللازمة لتغيير درجة حرارة جرام واحد من الماء، عند درجة 4^°م، درجة مئوية واحدة". ويُعد الماء من المواد التي لها خاصية مقاومة تغير درجة الحرارة، الأمر الذي يؤدي إلى ارتفاع قيمة حرارته النوعية، وهذا نتيجة وجود الرابطة الهيدروجينية في تكوين جزيئات الماء. وتُعدّ هذه الخاصية من الخصائص المهمة، التي تمكن الكائن الحي من استمرار وظائفه الحيوية، أثناء حدوث تغييرات مفاجئة في درجة الحرارة المحيطة به، من دون حدوث خلل في هذه الوظائف.

2. الحرارة الكامنة، للانصهار وللتبخر، وأهميتها في إطفاء الحرائق

تُعْرَّف الحرارة الكامنة، لانصهار الماء المتجمد، بأنها: "كمية الحرارة اللازمة لصهر جرام واحد من الثلج (أي تحويله من ثلج صلب إلى ماء سائل)، دون تغيير في درجة حرارة الماء"، وهي تبلغ 80 سعراً حرارياً. أمّا الحرارة الكامنة لتبخر الماء؛ أي تحويله من الحالة السائلة إلى بخار الماء، فتعرف على أنها "كمية الحرارة اللازمة لتبخر جرام واحد من الماء من دون تغيير درجة حرارته"، وهي تبلغ 540 سعراً حرارياً. وبمقارنة كمية الحرارة الكامنة للماء، بغيره من السوائل، نجد أن كمية الحرارة الكامنة للانصهار والتبخر للماء كبيرة جداً، ويرجع ذلك إلى وجود الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الماء. وتلك الخاصية الفريدة، جعلت الماء مادة فعالة، في إطفاء الحرائق، حيث يحتاج الماء كمية كبيرة من الحرارة، لكي ترتفع درجة حرارته، بما يؤدى إلى انخفاض درجة حرارة الوسط المحترق المحيط به، وبالتالي إطفاء الحريق.

ثالثاً: اللزوجة والمقاومة والتأيين

1. التوتر السطحي واللزوجة

يُعرَّف التوتر السطحي Surface Tension، على أنه "تماسك السطح الحر للسائل، لشغل أقل مساحة ممكنة" (اُنظر صورة خاصية التوتر السطحي)، أمّا اللزوجة Viscosity، فهي "مقاومة السائل للحركة". وتتسبب الرابطة الهيدروجينية، في جعل قوة التوتر السطحي للماء ولزوجته، مناسبتين لاستمرار الحياة، فنجد الماء يساعد من خلال هاتين الخاصيتين، على تماسك مواد الخلية، مع توصيل الماء والغذاء لجميع أجزاء الجسم، ويتساوى في ذلك النبات والحيوان. كما تساعد اللزوجة والتوتر السطحي، كذلك، في إبطاء فقدان الماء من أوراق النبات عن طريق الثغور. كما تعمل هاتان الخاصيتان على طفو المراكب والسفن والبواخر، على سطح الماء، دون الغوص فيه، نتيجة الأحمال الثقيلة.

2. المقاومة للتحلل

نظراً إلى وجود الرابطة التساهمية داخل جزيء الماء، وترتيب ذراته المرتبطة بعضها ببعض، بشكل هندسي مائل، فإنه من الصعب تحلل جزيئات الماء، إلى عناصرها الأولية، تحت الظروف الطبيعية. إلاّ أنه تحت ظروف خاصة، يتحلل الماء بنسبة قليلة (11%)، إلى عنصريه: الهيدروجين والأكسجين، في ظل درجة حرارة 2700^°م.

3. التأين والأس الهيدروجيني (pH)

تعرف عملية التأين بأنها: "عملية تحول جزيئات مركب ما، إلى أيونات". وبالنسبة إلى الماء، فإن معدل تأينه يُعدّ ضعيفاً جداً، إذا ما قورن بمعدلات التأين في المركبات الأخرى. إلاّ أنه قد يحدث تحلل لبعض جزيئات الماء، إلى أيوني الهيدروجين الموجب (+H) والهيدروكسيل السالب (-OH). وقد وجد أن زيادة تركيز أيون الهيدروجين، تعني زيادة الحموضة لهذا السائل، في حين تعني الزيادة في تركيز أيون الهيدروكسيل، زيادة القلوية. وفي حالة الماء النقي، يكون عدد أيونات الهيدروجين، مساوياً لعدد أيونات الهيدروكسيل، أي أنه متعادل (اُنظر شكل تركيز أيونات الهيدروجين).

وتُقاس الحموضة (تركيز أيونات الهيدروجين) في المواد المختلفة، عن طريق مقياس الأس الهيدروجين
(pH Scale) (اُنظر شكل جهاز قياس الأس الهيدروجيني). ويراوح مقياس الأس الهيدروجيني بين صفر و14. فالمواد المتعادلة الحموضة، مثل الماء النقي، قيمة الأس الهيدروجيني لها = 7. أمّا الأحماض، فإن قيمة الأس الهيدروجيني لها تراوح بين صفر و6.9. أمّا المواد القاعدية، فإن قيمة الأس الهيدروجيني لها تراوح بين 7 و14. ومعظم العمليات الحيوية تتم في مجال محدود من الأس الهيدروجيني، فإذا ما زادت أو قلت درجة الأس الهيدروجيني عن هذا المجال، فإن العمليات الحيوية أو الوظائف الطبيعية للجسم تختل. فعلى سبيل المثال، تبلغ قيمة الأس الهيدروجيني لدم الإنسان 7.4، فإذا ما انخفضت هذه القيمة، اختلت وظائف الجسم، وقد تحدث الوفاة.

كذلك، قد تكون مياه الأمطار حَمْضية بعض الشيء (حوالي 6)؛ نتيجة ذوبان ثاني أكسيد الكربون في قطرات المطر، إلاّ أن ذوبان بعض أكاسيد الغازات الأخرى الملوثة للجو في مياه الأمطار، قد تسبب زيادة الحموضة في مياه الأمطار، كما هو حادث في الأمطار الحمضية. ويجب ملاحظة أن التغيير في قيمة الأس الهيدروجيني درجة واحدة، يعني تغيير درجة الحموضة بمقدار 10 أضعاف. فالمحلول الذي له قيمة أس هيدروجيني = 3، هو حَمْضي 10 أضعاف المحلول الذي له قيمة أس هيدروجيني = 4.

موضوع: رد: المياه الجمعة 08 أبريل 2016, 11:07 pm

المبحث الأول

المياه وخصائصها الكيميائية

رابعاً: الماء والأمطار والنظائر

1. الماء مذيباً

يُعدّ الماء أقرب من أي مركب غيره يطلق عليه وصف "المذيب العام"، ذلك أن أغلب المواد تذوب في الماء، ولكن بدرجات متفاوتة. وترجع سبب قوة إذابة الماء للمواد الأخرى، إلى قطبية جزيئات الماء الناتجة عن الشكل الهندسي المائل للروابط التساهمية. فكثير من ذرات المواد الذائبة، ترتبط بعضها ببعض، من خلال قوى جذب إلكتروستاتيكي بسيط، ناتجة عن احتوائها على شحنات مختلفة. وهذه الأنواع من الروابط تُعدّ أضعف بكثير من الروابط التساهمية الموجودة داخل جزئ الماء، والروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء. ونتيجة لوجود ذرات تلك المواد في الماء، فإنها تحاط بجزيئات الماء، وتعزلها فيزيقياً بعضها عن بعض، وتتأين وتصبح ذائبة في الماء. وعلى الجانب الآخر، يظل الماء محتفظاً بتركيبه الأساسي، بسبب قوة الروابط التساهمية والهيدروجينية.

لذا، تُعدّ مقدرة الماء على إذابة العديد من المواد العضوية وغير العضوية، من دون التفاعل معها، أو تغيير خصائصه الكيميائية الأساسية، من الخصائص الفريدة التي يتميز بها الماء. وهذا على عكس المذيبات العضوية Organic Solvents، التي لا تقدر على إذابة أي مادة، دون التفاعل معها.

فعلى سبيل المثال، يذوب السكر في الماء عن طريق تداخل جزيئات الماء داخل جزيئات السكر، حيث تقوم بعزلها فيزيائياً، والاحتفاظ بها داخل الفراغات الموجودة بين جزيئات الماء Inter Molecular Space، وبالتالي يذوب السكر عن طريق انتشار جزيئاته بين جزيئات الماء دون التفاعل معها. وهذا الذوبان هو عكس ذوبان ملح الطعام (كلوريد الصوديوم) في الماء، حيث تتم الإذابة عن طريق تأين Ionization كلوريد الصوديوم، إلى أيونات الكلوريد السالبة وأيونات الصوديوم الموجبة (اُنظر شكل ذوبان ملح الطعام في الماء).

ولهذا السبب، نجد أن محلول السكر في الماء المقطر، يكون غير قابل للتوصيل الكهربائي Electrical Conductivity نتيجة عدم تكون أيونات حرة من عملية الذوبان الفيزيائي للسكر، حيث تعمل هذه الأيونات الحرة Free Ions على حمل إلكترونات التيار الكهربائي في الماء. فيما يكون محلول الملح (كلوريد الصوديوم)، الذائب في الماء المقطر، موصلاً جيداً للكهرباء، نتيجة ازدياد أيونات الكلوريد وأيونات الصوديوم اللازمة لحمل إلكترونات التيار الكهربائي في الماء. وكلما ازداد تركيز هذه الأيونات، ازدادت مقدرة هذا المحلول على التوصيل الكهربائي Electrical Conductivity.

ولصفة الإذابة هذه أهمية خاصة في تغذية الكائنات الحية، وذلك لأن تغذية الكائنات الحية واستفادتها من الغذاء، تعتمد بصورة رئيسية، على إذابة المواد الغذائية في الماء، سواء تم ذلك قبل امتصاص المواد الغذائية، أو بعد امتصاصها وانتقالها في جسم الكائن الحي.

وتسبب هذه الخاصية بعض المشكلات في كثير من الأحيان، حيث يصعب الحفاظ على الماء بحالة نقية، لأن نقائه يبدأ في التناقص تدريجياً، بسبب ذوبان الإناء المحتوي عليه، في كثير من الأحيان، ولا يمكن استبعاد مياه الأمطار من هذه الخاصية كذلك. فأثناء هطولها، تذيب كثير من العوالق والشوائب الموجودة في الجو، وبذلك تهبط إلى الأرض محملة بالكثير من المواد الكيميائية والأتربة.

2. الأمطار الحمضية Acid Rain

هي مياه الأمطار، التي تكون قيمة الأس الهيدروجيني لها حمضية (وغالباً يراوح بين 4 و5)، وذلك لتكوّن حمضي الكبريتيك والنيتريك، الناتجين من تفاعل أكاسيد الكبريت والنيتروجين، الموجودة في الجو، مع قطرات الماء، الموجودة في المطر (اُنظر شكل الأمطار الحمضية). وعلى الرغم من أن مياه الأمطار النقية، تكون حمضية بعض الشيء نتيجة ذوبان ثاني أكسيد الكربون في قطراتها، إلاّ أن درجة الحمضية تكون مخففة، إذ يصل رقمها الهيدروجيني إلى حوالي (6) في غالب الأحوال.

وقد يعزى هطول هذه الأمطار الحمضية، إلى بعض الظواهر الطبيعية في بعض الأحوال، مثل الأنشطة البركانية. ولكن التلوث الصّناعي، وانطلاق كميات هائلة من أكاسيد الكبريت والكربون والنيتروجين، يظل هو السبب الأكبر في تَكَوّن الأمطار الحمضية.

ويرجع التأثير الضار للأمطار الحمضية على البيئة، إلى تغييرها للبيئة المائية إلى بيئة حمضية، بما يؤدي إلى نفوق الكائنات الحية، واختلال التوازن البيئي، في البيئة والمسطحات المائية. كما تؤدي الأمطار الحمضية، أيضاً، إلى تآكل المنشآت المعمارية والآثار، كما تتسبب في ازدياد تأكل المواسير والأنابيب المكونة لشبكات مياه الشرب، وزيادة نسبة ذوبان الفلزات الثقيلة، وتحررها من التربة أثناء جريان المياه الحمضية في البحيرات والأنهار، الأمر الذي يؤدي في النهاية، إلى زيادة تركيز الفلزات الثقيلة السّامة، مثل: الرصاص، والكادميوم، والنحاس في مياه الشرب.

وتزداد المشكلة تعقيداً بسبب حركة الرياح، التي قد تحمل الأكاسيد المتسببة في الأمطار الحمضية من مكان إلى آخر، مثلما هو حادث في أمريكا الشمالية، حيث تشير أصابع الاتهام إلى أن ولايات الحزام الصناعي الأمريكي، مثل: أوهايو، تُعدّ مسؤولة، عن حوالي 50% من الأمطار الحمضية، التي تسقط على كندا.

وقد تأثرت مئات البحيرات في نصف الكرة الشمالية، خصوصاً في السويد، والنرويج، والمملكة المتحدة، وشمال أمريكا، بهذه الأمطار الحمضية، حيث تبدو، لأول وهلة، أنها بحيرات تحتوي على مياه عذبة شفافة، إلاّ أنها في حقيقتها مياه ليس بها حياة، نتيجة تأثير الأمطار الحمضية عليها. وقد وصلت هذه البحيرات إلى درجة ملحوظة من الحموضة، بعدما استنفدت مقدرة التربة على معادلة التأثير الحمضي للأمطار، حيث تحتوي التربة على عدد من الأملاح القلوية، مثل: كربونات الكالسيوم، والماغنسيوم، التي لها القدرة على معادلة الأحماض. وبعد أن فقدت التربة مقدرتها على معادلة الأحماض، لم تعد البحيرات ذات مقدرة، على معادلة التأثير الضار للأمطار الحمضية. وفقدت مقدرتها على تدعيم الحياة فيها، أو إعادة التوازن البيولوجي لها. كما فقدت كثير من الغابات مظاهر الحياة فيها (اُنظر صورة آثار الأمطار الحمضية)، وكذا، فقدت الأراضي الزراعية كثيراً من خصوبتها، ولم يُجد استخدام الجير الحي، أو المواد القلوية كثيراً، في رجوع هذه الأراضي إلى طبيعتها، أو استعادة البحيرات توازنها البيولوجي.

كما أن هناك، أيضاً، الأمطار القاعدية Alkali Rain، التي قد يصل رقم الأس الهيدروجيني لها إلى أكثر من ( Cool

، وتكون، عادة، غنية بالكالست وغيرها من المواد القاعدية المذابة، كالكربونات. إلاّ أن هطولها ينحصر في المناطق الجافة وشبه الجافة، مثل مناطق الشرق الأوسط، كما لا يشكل سقوطها أخطاراً، مثل التي تشكّلها الأمطار الحمضية.

3. الماء والتربة

في بعض الأحيان تؤدي خواص الماء الكيميائية، دوراً كبيراً في مجال الزراعة، وتحديد التصميم الهندسي للجسور والمنشآت، المقامة فوق بعض أنواع التربة. ففي حالة وجود بعض أنواع التربة الطينية، التي يغلب على تكوينها وجود صلصال المونتموريلوني Montomorillonite Clay، كما هو الحال في تربة القطن السوداء في السودان، وولاية تكساس. فعند تشبّعها بالماء، تتمدد هذه التربة لتصبح ضعف حجمها عدة مرات، نتيجة تكوّنها من صفائح ذات أسطح سالبة الشحنة الكهربائية، بما يمكنها من الاتحاد مع الأطراف الموجبة للرابطة الهيدروجينية لجزيئات الماء. أمّا عند فقدان هذه التربة للماء، فإنها تعود إلى سابق حجمها الطبيعي، الأمر الذي يؤدّي إلى تشققها.

4. النظائر في المياه النقية

من ضمن خصائص الماء المميزة، احتواؤه على نظائر للهيدروجين والأكسجين. فذرة الهيدروجين العادي (H) تحتوي على بروتون واحد، ولا تحتوي على نيوترون في نواتها، وعددها الذري يكافئ وزنها، الذي يكافئ الواحد الصحيح. ويوجد مع الهيدروجين العادي نظيران آخران، هما الديوتيريوم Deuterium، وهو نظير ثابت Stable Isotope، والآخر هو التريتيوم Tritium، وهو نظير مشع Radioactive Isotope.

ويختلف هذان النظيران عن الهيدروجين العادي، في احتواء نواتهما على النيوترونات، خلافاً للهيدروجين العادي. فذرة الديوتيريوم، تحتوي نواتها على نيوترون، لذا فعدده الذري 1، ووزنه الذري 2. أمّا ذرة التريتيوم فتحتوي نواتها على 2 نيوترون، ووزنه الذري 3، بينما يظل عدده الذري 1. لذا فإن ذرة الديوتيريوم، أثقل من ذرة الهيدروجين مرتين، وذرة التريتيوم، أثقل من ذرة الهيدروجين ثلاثة أضعاف.

ويوجد الديوتيريوم في المياه بصفة طبيعية بنسبة قليلة، حيث يُعد أحد مكونات الماء الطبيعية. أمّا التريتيوم، فيوجد في الطبيعة نتيجة تفاعل الأشعة الكونية مع هيدروجين بخار الماء، أو ينتج أثناء إجراء التفاعلات النووية.

كما يوجد، أيضاً، نظيران للأكسجين، هما O¹⁷ وO¹⁸. فنظير الأكسجين العادي وزنه الذري 16. ويوجد هذان النظيران مع الأكسجين العادي في الماء في الطبيعة، بنسب قليلة. فالأكسجين O¹⁷ يمثل ما يقرب 0.038%، من أكسجين الماء، بينما تصل نسبة نظير الأكسجين O¹⁸، إلى حوالي 0.20%، من الأكسجين الموجود في الماء.

5. الماء الثقيل (أكسيد الديوتيريوم)

وهو نوع من الماء، تُستبدل فيه ذرة الهيدروجين بذرة ديوتيريوم (هيدروجين ثقيل)، وهي ذرة هيدروجين تحتوي في نواتها على بروتون واحد، ونيوترون واحد.

ويتشابه الماء الثقيل مع الماء العادي في معظم الصفات الكيميائية، غير أن درجة الغليان للماء الثقيل تصل إلى 101.4 درجة مئوية، في حين تصل درجة التجمد إلى 3.8 درجات مئوية. ويوجد الماء الثقيل في الطبيعة مختلطاً بالماء العادي، ولكن بنسبة قليلة (جزء ماء ثقيل في 6500 جزء ماء عادي).

ويرجع تاريخ الحصول على الماء الثقيل بصورة نقية إلى عام 1933، حينما نجح العالم جيلبرت نيوتن لويس Gilbert Newton Louis في الحصول على الماء الثقيل، عن طريق التحليل الكهربائي للماء العادي. ويستخدم الماء الثقيل في دراسة التفاعلات الكيميائية المختلفة، ومبرداً في المفاعلات النووية.

موضوع: رد: المياه الجمعة 08 أبريل 2016, 11:12 pm

المبحث الأول

المياه وخصائصها الكيميائية

خامساً: الماء ووظائف الكائن الحي

الماء هو المكوّن الرئيسي للحياة، إذ يلعب دوراً حيوياً في جميع العمليات الحيوية، التي تحدث داخل الكائنات الحية، بدءاً من الكائنات الأولية، ومروراً بالنبات، ثم انتهاءً بالإنسان.

فالأميبا Amoeba، أبسط أنواع الحياة الحيوانية، هي كائنات وحيدة الخلية، يكون الماء أكثر من 90% من جسمها.

وتوجد الأميبا في الماء، سواءً أكان مالحاً أم عذباً، وفي التربة، وفي جسم الحيوانات. وتعتمد حركة الأميبا، بصفة رئيسية، على محتوى الماء في السيتوبلازم، لتكوين الأقدام الكاذبة Pseudopodia أثناء حركتها. كما تعتمد كذلك، على الماء في ضبط التوازن الأسموزي Osmotic Pressure لجسمها مع البيئة المحيطة، إذ يتكون داخل جسمها فجوة منقبضة Contractile Vacule، يتجمع فيها الماء الزائد عن الحاجة، ثم يطرد إلى خارج الخلية الأميبية. كما تعتمد الأميبا في غذائها، على المواد الغذائية الذائبة في الماء.

ولا تختلف أهمية الماء بالنسبة للنبات، عن أهميته للكائنات الحية الأخرى. ففي الحقيقة، وبمقارنة وزنٍ بوزن، يحتاج النبات الماء أكثر من الحيوان. فأكثر من 90% من الماء، الذي يمتصه النبات عن طريق جذوره، ينطلق في الجو على هيئة بخار ماء. كما يستخدم النبات الماء، في تصنيع غذائه.

فالنبات يمتص الماء من التربة عن طريق الجذور، ثم يرتفع الماء من خلال ساق النبات إلى الأوراق، عن طريق الخاصية الشعرية. وفي الأوراق يتحلل الماء إلى عنصريه، الأكسجين والهيدروجين، بواسطة اليخضور (الكلوروفيل) Chlorophyl، في عملية حيوية يطلق عليها "البناء الضوئي" Photosynthesis (اُنظر ملحق التركيب الجزيئي وعملية البناء الضوئي). وفي هذه العملية، يتحد الهيدروجين الناتج عن تحلل الماء، مع ثاني أكسيد الكربون، الذي تمتصه أوراق النبات من الهواء، لتصنيع سكر، ثم مركبات عضوية، كربوهيدراتية، ودهنية، وبروتينية لغذاء النبات. أمّا الأكسجين الناتج من تحلل الماء، في عملية البناء الضوئي، فينطلق معظمه في الهواء الجوى (اُنظر شكل عملية البناء الضوئي).

ويُكَوِّن الماء ما يقرب من 70% من جسم الإنسان. ولا يقتصر وجود الماء على السوائل الموجودة في الجسم، مثل: الدم، والسائل الليمفاوي، بل يدخل كذلك، في تركيب الخلايا المكوِّنة لجسم الإنسان، إذ تراوح نسبة وجود الماء بين 65% و90%، من وزن هذه الخلايا، تبعاً لنوعها. فعلى سبيل المثال، تحتوي خلايا الدم على نسبة كبيرة من الماء، بينما تقل نسبة الماء في الخلايا المكونة للعظام.

كما يلعب الماء دوراً حيوياً، في جميع العمليات الفسيولوجية في جسم الإنسان. وتختل هذه العمليات إذا فقد الجسم 10% من مائه، أمّا إذا زادت هذه النسبة إلى 20%، فإنها تؤدي إلى الوفاة. ويفقد الجسم في اليوم ما يقرب من 2.5 لتر، في العمليات الفسيولوجية المختلفة، مثل: التنفس، والعمليات الإخراجية، من بول، وبراز، وعرق. ويحتاج الجسم لتعويض هذا الفقد، إلى تناول ما يقرب من 2.5 لتر من الماء في اليوم. ويحصل الجسم على الماء من طرق مختلفة، إمّا عن طريق تناول الماء والسوائل المختلفة، وإما عن طريق المحتوى المائي للأطعمة، مثل: الفواكه، والخضراوات، وإما عن طريق بعض عمليات الأكسدة، التي تتم في الخلايا والأنسجة، حيث يتم أكسدة سكر الجلوكوز في هذه الأنسجة ليعطى ماءً، وثاني أكسيد الكربون. فالإنسان يستطيع الصوم عن الطعام لمدة قد تصل إلى شهرين، ولكنه لا يستطيع العيش دون ماء أكثر من أسبوع.

ومن هذه العمليات الفسيولوجية، التغذية والهضم. فمضغ الطعام في الفم يحتاج إلى اللعاب، الذي تفرزه الغدد اللعابية في الفم. ويحتوي اللعاب على ما يقرب من 99% ماءً ذائباً، به الإنزيمات والأملاح المختلفة. وتُقدّر كمية اللعاب، الذي تفرزه الغدد اللعابية في اليوم، بما يقرب من لتر ونصف.

وتصب المعدة والأمعاء إفرازاتهما على الطعام، فضلاً عن إفرازات البنكرياس والعصارة الصفراوية، إذ تبلغ كمية ما يفرز، ما يقرب من لتر إلى لترين في اليوم.

ومن نعم الله على الإنسان، أنه لا يفقد هذه الكميات من الماء مع خروج الفضلات، بل يعاد امتصاص جزء كبير من الماء من الأمعاء الغليظة، مع المواد الغذائية الذائبة فيه. كما تُنقي الكليتان الدم من الأملاح الزائدة، وبقية المخلفات الذائبة، والفضلات الأزوتية، مثل البولينا وحمض البوليك، وإخراجها في صورة ذائبة، على هيئة بول. ويبلغ ما يخرجه الجسم من بول يومياً، ما يقرب من لتر ونصف.

كما يعمل الماء على تنظيم درجة حرارة الجسم، وحفظها في مدى ثابت. فعند ارتفاع درجة الحرارة، يزيد إفراز الجسم من العرق، وبذا يعمل على تلطيف درجة حرارة الجسم، وخفضها عند تبخره. أمّا عند انخفاض درجة حرارة الجو، فإن الطاقة التي ينتجها الجسم، توزع على جميع أنحائه، عن طريق الدم والسائل الليمفاوي، حيث يمثل الماء القاعدة الأساسية لهذه السوائل، ويعد موصلاً جيداً للحرارة.

ملحق

التركيب الجزيئي وعملية البناء الضوئي

الجزيئات Molecules

هي وحدات يمكن تجزئة المادة إليها. وتتكون الجزيئات من دقائق أصغر، أُطلق عليها، باليونانية، اسم Atom، ومعناها "غير قابلة للانقسام"، وأطلق عليها، بالعربية، اسم "الذرة". وكل نوع من الجزيئات، يتكون من عدد معين من الذرات المرتبطة فيما بينها بروابط كيميائية.

الذرات Atoms

ومفردها ذرة Atom، وهى أصغر جزء من العنصر، يمكن أن يدخل في التفاعلات الكيميائية، دون أن ينقسم أو يتجزأ. وتتكون الذرة من النواة، التي يحيط بها المسارات أو المدارات الإلكترونية (اُنظر شكل تركيب الذرة).

النواة

هي مركز الذرة، حيث تتركز معظم كتلتها، وهى ذات شحنة موجبة. والنواة في غاية الصغر، إذ يراوح قطر الذرة بين 10 آلاف و100 ألف ضعف قطر النواة. وتحتوى النواة على جسيمات مادية صغيرة، هي البروتونات والنيوترونات.

البروتونات Protons

هي جسيمات صغيرة، موجبة الشحنة، موجودة في نواة الذرة. وكتلة البروتون، وتساوى (وحدة كتلة ذرية) وهى = 1.67 × 10–24جم، وهي تستخدم لقياس كتل الذرات، وجسيماتها. ويختلف عدد البروتونات في نواة الذرة، باختلاف العناصر الكيمائية. فعلى سبيل المثال، نواة ذرة الهيدروجين تحتوى على بروتون واحد، بينما تحتوي ذرة الأكسجين على 8 بروتونات.

كما يُطلق على عدد البروتونات، في نواة ذرة أي عنصر، اسم "العدد الذرى"، لذا فإن العدد الذرى لعنصر الهيدروجين هو (1).

النيوترونات Neutrons

هي جسيمات متعادلة كهربائياً، موجودة في أنوية ذرات كل العناصر، فيما عدا ذرة الهيدروجين العادي. وكتلة النيوترون، معادلة تقريباً لكتلة البروتون، ويكونان معاً (كتلة الذرة) أو (الكتلة الذرية).

المدارات الإلكترونية (اُنظر شكل المدارات الإلكترونية)

هي مدارات حول نواة الذرة، تدور فيها جسيمات متناهية الصغر، سالبة الشحنة، يطُلق عليها "الإلكترونات". ووزن الإلكترون يعادل 1/1840 من وزن البروتون أو النيوترون. والإلكترونات في حركة دائمة سريعة في مداراتها حول النواة، لذا، لا يمكن تحديد موقعها في الذرة بصورة دقيقة. وعدد الإلكترونات (السالبة الشحنة)، التي تدور حول النواة، يساوى عدد البروتونات (الموجبة الشحنة) الموجودة في هذه النواة، لذا، تكون الذرة متعادلة كهربائياً. فعلى سبيل المثال، ذرة الأكسجين متعادلة كهربياً، حيث تحمل 8 بروتونات (موجبة الشحنة) في النواة، يدور حولها 8 إلكترونات (سالبة الشحنة). وتتوزع الإلكترونات، حول النواة في مستويات أو مدارات. ولكل مدار حد أقصى للتشبع من الإلكترونات، فالمستوى الأول حول النواة، يتشبع بعدد 2 إلكترون، أما المستوى الثاني فإنه يتشبع بعدد 8 إلكترونات.

الأيون:

تحت ظروف خاصة، قد تكتسب الذرة أو تفقد إلكتروناً، وفى هذه الحالة يُطلق على الذرة اسم "الأيون". وعندما تفقد الذرة إلكتروناً، فإنها تصبح (أيوناً موجباً)، أما إذا اكتسبت إلكتروناً، فإنها تصبح (أيوناً سالباً). لذا، يمكن تعريف الأيون، بأنه: "ذرة ذات شحنة كهربية موجبة أو سالبة، نتيجة فقدانها أو اكتسابها إلكتروناً واحداً أو أكثر".

الهيدروجين

هو أكثر الغازات وجوداً في الكون. واسم الهيدروجين مشتق من اللفظ اليوناني "هيدرو"، ومعناه (الماء)، أما "جين"، فهو مقطع باللغة الإنجليزية، ويعنى "المكون".

وترجع معرفة غاز الهيدروجين إلى أوائل القرن السادس عشر، حينما استطاع أحد علماء الكيمياء الألمان Paracelsus، إنتاج غاز الهيدروجين من تفاعل حمض مع معدن، وتجميعه كغاز مشتعل، إلا أنه لم يستطع تمييزه كعنصر آنذاك.

وفي عام 1766، استطاع العالم "هنري كافينديش" Henry Cavendish (اُنظر صورة هنري كافينديش)، تمييز غاز الهيدروجين كعنصر، وذلك عن طريق قياس كثافته، وحجم الغاز الناتج عن تفاعل كميات معروفة من الحمض والمعدن. وقد أطلق على غاز الهيدروجين آنذاك اسم "الهواء المشتعل". أما نظائر الهيدروجين، فلم يتم معرفتهم إلا مؤخراً، حينما بدأ العلماء في دراسة تركيب الذرة. ففي عام 1932، نجح عالم الكيمياء الأمريكي "هارولد يورى" Harold Ury، في تحضير نظير الهيدروجين المعروف باسم "الديويتيريم" Deuterium أو "الهيدروجين الثقيل"، ويرمز له بالرمز (D) أو Hydrogen – 2. ويحتوى الديوتيريم على نيوترون في نواته.

وفى عام 1935، نجح عالم الفيزياء النيوزيلندي المولد "أرنست روثرفورد" Ernest Rutherford (اُنظر صورة أرنست روثرفورد)، مع علماء آخرين، في تحضير النظير الثالث للهيدروجين، وهو "التريتيم" Tritium، وهو نظير مشع غير ثابت للهيدروجين، ويتحلل منتجاً غاز "الهيليوم" عن طريق انبعاث أشعة بيتا.

وجوده في الطبيعة

الهيدروجين هو أكثر العناصر وجوداً في الكون، حيث تصل نسبته إلى أكثر من 90% من العناصر الموجودة. ويعتقد العلماء أن الهيدروجين والهيليوم هما أصل العناصر، ومنهما تكونت بقية العناصر.

كما يُعد الهيدروجين، المكون الرئيسي للشمس والنجوم الأخرى، حيث يلعب دوراً رئيسياً في التفاعل البروتوني ـ البروتوني، وهو تفاعل يتضمن سلسلة من التفاعلات النووية، التي ينتج عنها تحول الهيدروجين إلى عنصر الهيليوم، في النجوم ذات الكتلة الصغيرة، ومن ضمنها الشمس. وهذه التفاعلات، هي المسئولة عن انبعاث الطاقة والضوء من هذه النجوم. وتساعد ارتفاع درجة الحرارة في هذه النجوم، على حدوث الاندماج النووي لذرات الهيدروجين، الأمر الذي يساعد على انبعاث طاقة هائلة من هذه التفاعلات النووية، وتحول الهيدروجين إلى غاز الهيليوم.

ويكون الهيدروجين حوالي 0.67% من وزن القشرة الأرضية، ويُعد تاسع أكثر العناصر شيوعاً على الأرض، حيث يدخل في تكوين وتركيب عديد من المواد الطبيعية الموجودة. ويُعد الماء أهم هذه المواد، التي يدخل الهيدروجين في تكوينها، كما يُعد الماء، في الوقت نفسه، مصدر الحياة على الأرض.

ويوجد الهيدروجين، كذلك، في صورة حرة، على هيئة غازات منبعثة من الأنشطة البركانية، أو محبوسة في الصخور أو الترسيبات الملحية. ويوجد، كذلك، في الغلاف الجوى، إلا أنه في هذه الحالة تكون نسبته قليلة، لا تتعدى جزء في المليون، نتيجة لانتشاره المستمر إلى الفضاء الخارجي.

وعنصر الهيدروجين هو غاز شفاف مشتعل، ويرمز له بالرمز (H)، ورقمه الذرى (1). والهيدروجين هو العنصر الأول في الجدول الدوري للعناصر، وبالتالي فإنه يمتلك أبسط تركيب ذرى بين كافة العناصر، فنواه ذرة الهيدروجين، تتكون من بروتون واحد يدور حولها إلكترون واحد (اُنظر شكل التركيب الذري للهيدروجين).

والهيدروجين الحر الموجود على الأرض، يتواجد في صورة غازية، على هيئة جزيئات تتكون من ذرتي هيدروجين. وجزيء الهيدروجين المتكون من ذرتي هيدروجين، يعرف بالرمز الكيميائي (H₂).

وقد يوجد الهيدروجين مرتبطاً في عدد من المواد الأخرى، مثل المركبات الهيدركربونية الموجودة في البترول والفحم. ويدخل، كذلك، في تكوين جميع الأنسجة النباتية، والحيوانية مع عناصر أخرى، مثل: الأكسجين والكربون. وتحتوي جميع الأحماض، كذلك، على الهيدروجين.

الأكسجين

هو عنصر كيميائي، يلعب دوراً حيوياً في التنفس، والعمليات الحيوية في الجسم، كما يدخل في عديد من الصناعات العامة. والأكسجين هو ثالث أكثر العناصر وجوداً في الكون، كما أنه أكثرها شيوعاً على سطح الأرض.

وقد يوجد الأكسجين، غير متحد مع غيره من العناصر، كما هو الحال في الغلاف الجوي، حيث يوجد الأكسجين في صورة غازية. وقد يوجد متحداً مع غيره من العناصر، كما هو الحال في القشرة الأرضية، والماء، والخلايا الحية.

والأكسجين عنصر غازي، ورمزه الكيميائي هو (O)، ورقمه الذري ( Cool

، ووزنه الذري 15.9994. ويوجد الأكسجين في صورته الغازية، في شكل جزيء ثنائي الذرة (O₂)، حيث يكون ما يقرب من 20% من حجم الهواء الجاف. وغاز الأكسجين هو غاز شفاف، ليس له طعم، أو رائحة (اُنظر شكل التركيب الذري للأكسجين).

وترجع معرفة غاز الأكسجين إلى القرن الثامن عشر، حيث كان العالم السويدي "كارل شيلا" Carl Scheele، والإنجليزي "جوزيف بريستلى" Joseph Priestly، أول من قاما بالحصول على غاز الأكسجين (اُنظر صورة بريستلي وشيلا).

غير أن الفضل في معرفة الخصائص الكيميائية لغاز الأكسجين، يرجع إلى العالم الفرنسي "أنطوان لافوازيه" Antoine Lavoisier، الذي قام بتقييم واستعمال تجارب العالم الإنجليزي "جوزيف بريستلي" Joseph Priestly. وقد قام "لافوازيه" بإطلاق اسم "الأكسجين" على هذا الغاز، وهو اسم مشتق من كلمتين يونانيتين، وتعني "مكونة الأحماض". ويرجع أصل هذه التسمية إلى اعتقاد خاطئ من قبل "لافوازيه"، بمقدرة أي أكسيد، عند ذوبانه في الماء، على تكوين حامض. وقد يكون هذا الاعتقاد صحيح، في حالة بعض الأكاسيد، مثل ثاني أكسيد الكبريت، الذي يكون، عند ذوبانه في الماء، حمض الكبريتوز. إلا أن هذا الاعتقاد يُعد خطأ في حالة بعض الأكاسيد الأخرى، مثل أكسيد الصوديوم، الذي يكون هيدروكسيد الصوديوم عند ذوبانه في الماء.

الرابطة الهيدروجينية

هي رابطة تجاذبية كهربية ضعيفة، بين ذرة الهيدروجين المرتبطة بذرة أخرى في جزيء، والذرة سالبة الشحنة في جزيء آخر، أو في نفس الجزيء. والذرات سالبة الشحنة، هي تلك الذرات التي تجذب الإلكترونات ناحية نواتها في رابطة قطبية. وأكثر العناصر الشائعة، ذات الذرات سالبة الشحنة، هي: الأكسجين، والكلورين، والنيتروجين، والفلورين.

ويُعد التجاذب بين الجزيئات من خلال الرابطة الهيدروجينية، مسؤولاً عن عديد من الخصائص الهامة، للمواد المحتوية على هذه الرابطة. فعلى سبيل المثال، في الماء السائل، تُعد الرابطة الهيدروجينية بين ذرة الهيدروجين الموجبة في جزيء، وذرة الأكسجين سالبة الشحنة في جزيء آخر، مسؤولة عن حالته السائلة. كما تُعـد هذه الرابطة مسؤولة، في الوقت نفسه، عـن رفع درجة غليـان الماء، إلى درجة أعلـى (100^°م)، مما لو كانت هذه الروابط غير موجودة بين جزيئات الماء.

كما تُعد الرابطة الهيدروجينية، داخل جزيء البروتين، مسؤولة عن وجود البروتين في الشكل ثلاثي الأبعاد، الأساسي لقيامه بوظائفه الحيوية.

عملية البناء الضوئي Photosynthesis

هي عملية حيوية، تُستخدم فيها الطاقة المستمدة من أشعة الشمس، في تصنيع المواد العضوية، من الماء وثاني أكسيد الكربون، بينما يتم اخراج الأكسجين. وعلى الرغم من أن هذه العملية تحدث بصورة رئيسية فى النباتات الخضراء، إلا أنها تحدث، كذلك، في الطحالب، وفى بعض أنواع البكتيريا.

وقد ظلت عملية البناء الضوئى غير معروفة حتى منتصف القرن السابع العشر، حينما لاحظ عالم الفيزياء "فان هلمونت" Van Helmont، أن نمو النبات يعتمد بصورة رئيسية على الماء، وليس التربة. ثم أثبت العالم "ستيفن هال" Stephen Hale، بعد ذلك، في بداية القرن الثانى عشر، أن نمو النبات، يعتمد بصورة رئيسية، على الضوء والهواء.

وفى عام 1771، أدت التجارب التى أجراها العالم الإنجليزى "جوزيف بريستلى"، إلى وضع أساسيات نظرية البناء الضوئي، إذ أثبت هذا العالم، أن الهواء الناتج من الحيوان، يمكن أن يستخدمه البنات أثناء نموه. وفى عام 1779، لاحظ "جان انجن هوسز" Jan Ingen Housz، و"جين سينيبر" Jean Senbier، أن النبات يستخدم الهواء الفاسد الناتج من الحيوان ويحوله إلى هواء صحي في وجود الضوء فقط. وقد توصل "انجن هوسز" إلى أن النبات فى هذه العملية، يستخدم ثاني أكسيد الكربون للحصول منه على كربون، لبناء المواد العضوية، ثم يخرج الأكسجين إلى الجو. كما أثبت "نيوكلاس تيودور دى ساسور" Nicolas Theodore de Saussure، أن النبات أثناء هذه العملية يحتاج كذلك إلى الماء. وبصياغة نظرية "بقاء الطاقة"، عام 1845، بواسطة العالم "يوليوس روبرت" Juluas Robert، أمكن معرفة دور الطاقة المستمدة من ضوء الشمس في عملية البناء الضوئى.

ثم تتابعت بعد ذلك اكتشافات العلماء للمادة الخضراء، المتواجدة في النبات، والمسؤولة عن عملية البناء الضوئي، وأطلق عليها "اليخضور" أو "الكلوروفيل" Chlorophyl. وفى عام 1950، اكتشف عالم النبات البريطاني "بلاكمان" Blackman، أن عملية البناء الضوئى تتكون من تفاعلين رئيسيين، الأول يتم فى الضوء، ويطلق عليه "تفاعل الضوء" Light Reaction، والثاني يحدث في الظلام، ويطلق عليه "تفاعل الظلام" Dark Reaction.

ويمكن تقسيم عملية البناء الضوئى إلى ثلاث عمليات رئيسية هي:

1. امتصاص الطاقة الضوئية بواسطة الكلوروفيل

يوجد الكلوروفيل في البلاسيتدات الخضراء Chloroplast، حيث تتكون كل بلاستيدة من صفائح مصفوفة فوق بعضها، يطلق عليها اسم "الجرانا" Grana. وتحتوى الجرانا على جزيئات الكلوروفيل والإنزيمات الخاصة بالتفاعلات الضوئية. وتوجد هذه الصفائح فى الأرضية التى يطلق عليها اسم Stroma، والتي تحتوي على الإنزيمات الخاصة بالتفاعلات الضوئية.

وعندما تتعرض أوراق النبات إلى ضوء الشمس، تقوم جزئيات الكلوروفيل بتحويل هذه الطاقة الضوئية إلى طاقة الكترونية قادرة على تحليل الماء، بما يؤدى إلى تكون إلكترونات، وأكسجين، وماء في النهاية.

2. تحويل الطاقة الضوئية إلى شكل كيميائي

تقوم مجموعات السيتوكروم الموجودة في الخلية النباتية، بتخزين هذه الطاقة الإلكترونية على شكل الـ (ATP) (أدينوسين ثلاثى الفوسفات)، الناتج من تفاعل مركب (ADP) (الأدينوسي ثنائي الفوسفات)، ومجموعة الفوسفات. ثم تعود الإلكترونات بعد ذلك إلى مداراتها الأصلية، لتكرار نقل الطاقة. وينتج من هذا التفاعل في النهاية تكوين مركب الـ (ATP) والـ (NADP – H) الغنيين بالطاقة المخزونة.

3. تثبيت ثانى أكسيد الكربون (التفاعلات اللاضوئية)

وفى هذه الخطوة يتم تثبيت ثاني أكسيد الكربون وتحويله إلى سكر جلوكوز، من خلال سلسلة من التفاعلات التي يقوم الـ ATP، والـ NADP-H، بمدها بالطاقة. وبعد ذلك يتحول الجلوكوز إلى مركبات هيدروكربونية وبروتينية ودهنية.

موضوع: رد: المياه الجمعة 08 أبريل 2016, 11:19 pm

المبحث الثاني

دورة الماء على سطح الأرض

Hydrologic Cycle

يتميز الماء الموجود فوق الأرض، بالحركة الدائمة والدوران المستمر. فماء المحيطات والبحار يصعد إلى الهواء، عن طريق عملية التبخر Evaporation، حيث يُكوِّن السحاب، الذي تدفعه الرياح إلى مناطق الأرض المختلفة، ثم يتكثف ويهطل أمطاراً على الأرض، ومنها يرجع إلى المحيطات مرة أخرى (اُنظر شكل دورة الماء).

وتبلغ كمية المياه المتبخرة من الأرض، بفعل حرارة الشمس لتكّون السحاب، حوالى 500 ألف كم³. ومعظم هذا السحاب المتكوِّن، ينشأ من المحيطات عن طريق عملية البخر. كما أن هناك كمية قليلة من السحاب، الذي يتكّون من خلال عملية البخر من الرطوبة، الموجودة في سطح التربة وعملية النتح Transpiration من أوراق النبات، حيث تعرف هاتان العمليتان معاً باسم "البخر ـ النتح" Evapotranspiration (اُنظر شكل السحب من البخر والنتح).

ثم يتكثف هذا السحاب، ليسقط أمطاراً على الأرض. وتسقط معظم هذه الأمطار، مرة أخرى، في المحيطات و البحار، ويتبقى جزء قليل يسقط على اليابس. وبمقارنة كمية ماء الأمطار المتساقطة على اليابس، بالماء الذي تبخر منها عن طريق البخر والنتح، تعد كمية الأمطار أكثر بكثير من تلك التي تصاعدت من اليابسة. إلاّ أن هذه الزيادة ترجع مرة أخرى إلى المحيطات والبحار، عن طريق ظاهرة الجريان السطحي لمياه الأمطار Runoff، من خلال المياه الجوفية والأنهار الجارية.

ثم تبدأ دورة جديدة للمياه من المحيطات، إلى الهواء، إلى الأرض، ثم إلى المحيط. وهذه الدورة الدائمة لمياه الأرض، تُسمى دورة الماء Water Cycle، أو Hydrologic Cycle.

ونتيجة لهذه الدورة، فإن كمية الماء العذب الموجود على سطح الأرض، هي الكمية نفسها منذ قديم الأزل، وهي الكمية نفسها، التي سوف تظل فوق سطح الأرض. وهذه الكمية يعاد استخدامها مرة بعد مرة Recycled.

]وَأَنْزَلْنَا مِنَ السَّمَاءِ مَاءً بِقَدَرٍ فَأَسْكَنَّاهُ فِي الأَرْضِ وَإِنَّا عَلَى ذَهَابٍ بِهِ لَقَادِرُونَ[ w (سورة المؤمنون: الآية 18).

موضوع: رد: المياه الجمعة 08 أبريل 2016, 11:22 pm

المبحث الثاني

دورة الماء على سطح الأرض

Hydrologic Cycle

أولاً: ماء المحيطات والبحار (ماء البحر ـ الماء المالح)

]وَهَذَا مِلْحٌ أُجَاجٌ[ w (سورة الفرقان: الآية 53).

تبدو الأرض من الفضاء، ككرة زرقاء تُغطى بالماء، وتتناثر فيها هنا وهناك بعض الجزر الكبيرة والصغيرة، لذا سميت الأرض "الكوكب الأزرق". فالمحيطات الثلاثة الرئيسية تتصل بعضها ببعض، ويمتد منها البحار والخلجان. وبين هذه المحيطات والبحار، تناثرت القارات، حيث تقع معظم أراضى هذه القارات، في نصف الكرة الشمالي.

فالماء يُغطي ما يقرب من ثلاثة أرباع سطح الكرة الأرضية، بينما يغطي اليابس الربع الباقي، متمثلاً في القارات. وتصل كمية الماء في المحيطات والبحار، التي تغطي معظم مساحة الكرة الأرضية، ما يزيد عن 1.3 مليار كم³، مقسمة على المحيطات الرئيسية الثلاثة: الهادي، والأطلسي، والهندي، إضافة إلى بقية البحار المالحة.

وتتصل مياه المحيطات المختلفة بعضها ببعض، بحيث لا يمكن التفرقة فيزيائياً، بين ماء هذه المحيطات، عند نقطة التقائها. إلاّ أنه يمكن معرفة حدود هذه المحيطات، من خلال عدد من العلامات الجغرافية الثابتة، مثل: خطوط الطول، والجُزُر، والخلجان.

والمحيطات ليست كما تبدو للناظر، بحيرة بها ماء فحسب، بل هي عالم عجيب، تتجلى فيه عظمة الخالق وإبداعه. فهناك الجبال والوديان والشقوق، وتحت الماء جنات، وحدائق، وألوان تفوق مثيلاتها فوق الأرض، في الجمال والإبداع.

فسلاسل الجبال الضخمة المغمورة تحت الماء، تبدو بجانبها جبال اليابس تلالاً صغيرة متناثرة. والشقوق والخنادق Trenches في قاع المحيط، يزيد عمقها، آلاف المرات، عن شقوق الأرض. فأعظم جبال الأرض، سلسلة جبال الهمالايا في شمال الهند، تمتد نحو 2250 كم، وأعلى قممها هو قمة جبل إفرست Everest، حيث يبلغ ارتفاعها حوالي 8848 م، فوق سطح البحر. وجبال الألب في وسط أوروبا، يبلغ أقصى ارتفاع لها حوالي 4807 م فوق سطح البحر، عند قمة الجبل الأبيض Le Mont Blanc. كل هذه الجبال الشاهقة والسلاسل الضخمة، تبدو صغيرة، أمام سلسلة الجبال المحيطية Mid-Oceanic Ridge، التي تمتد نحو 60 ألف كم، حيث تبدأ من المحيط القطبي، وتمتد في سلسلة متصلة، في المحيطات الثلاثة الرئيسية، الهادي، والأطلسي، والهندي. وهذه السلسلة تختلف في الارتفاع، باختلاف المناطق الجغرافية، وقد ترتفع قمم هذه السلسلة في بعض المناطق الجغرافية فوق سطح البحر، مكونة عدداً من الجزر، مثل أيسلندا Iceland، وجزر الأزورس Azores Iands.

وينحدر قاع المحيط، من على جانبي السلاسل الجبلية، حتى يصل إلى السهول، والوديان في قاع المحيط، حيث يبلغ أقصى عمق للمحيط، عند هذه الوديان والسهول، في المحيط الهادي، إلى ما يقرب من 6 كم، ولا يبلغ عمق المحيط إلى هذه الأغوار السحيقة فحسب، وإنما ينحدر القاع بشدة في بعض الوديان والسهول، مكوناً الشقوق والخنادق القاعية Deep Oceanic Trenches، وفيها تبلغ المحيطات أقصى عمق لها. فعلى سبيل المثال، يبلغ عمق المحيط الهادي في شق، أو خندق مارياناس Marianas Trench حوالي 11 كم، حيث يعد أعمق مكان في الأرض، في حين يبلغ عمق شق بيرو ـ شيلى Peru - Chile Trench في المحيط الهادي، حوالي 8 كم. أمّا شق بورتريكو Puerto Rico Trench في المحيط الأطلسي، فيبلغ عمقه حوالي 9.2 كم.

وتمتد حواف القارات، داخل المحيطات والبحار، مكونة الامتداد الصخري للقارات، أو الأرفف القارية Continental Shelves. وهذا ما يحدث عند نزول البحر، عند الساحل، حيث يتدرج عمق البحر، كلما توغلنا فيه. وقد تطول الأرفف القاعية، في المحيط، أو البحر، إلى أكثر من مائة كيلومتر، قبل بلوغ عمق 200 م في الماء (أقصى عمق لهذه الأرفف). وقد تقصر إلى عدة كيلومترات، ثم ينحدر القاع بعد نهاية هذه الأكتاف، إلى القاع السحيق للمحيط. وتمثل هذه الأرفف القارية، حوالي 15.3% من مساحة المحيطات، حيث يسمح عمق المحيط عندها بدراسة الثروات المائية واستغلالها. أمّا عمق المحيطات، الذي يراوح بين 2 كم و6 كم، فهو يزيد عن 75% من مساحة المحيطات الكلية، بينما أعماق المحيطات، التي تزيد عن 6 كم، في الشقوق والخنادق، لا تزيد عن 1.5%، من مساحة سطح البحار والمحيطات (اُنظر شكل قاع المحيط).

والمتأمل لسطح البحار والمحيطات، يجدها ساكنة تارة، ومضطربة بالأمواج تارة أخرى. فهناك الأمواج السطحية، التي تحركها الرياح، وهي لا تتعدى 100 م في العمق، ولا تؤثر على الماء في أعماق المحيطات والبحار.

وقد تكون هذه الأمواج السطحية ضعيفة، تحركها ريحاً رقيقة، فلا يعدو سطح المحيط أن يرتفع وينخفض في حركة هادئة. وفي هذه الحالة فإن ارتفاع الموجة يكون منخفضاً، وقوة ارتطامها بالسّاحل ضعيفة. وقد تشتد الرياح المحركة لهذه الأمواج، فتزداد الأمواج شدة ويضطرب سطح المحيط، وترتفع الأمواج، وتزداد قوة ارتطامها بالسّاحل (اُنظر صورة الأمواج الناتجة عن الرياح) و(شكل حركة الأمواج).

وهناك الأمواج، التي تنشأ عن الاختلاف في الكثافة، مثلما يحدث في المناطق القطبية، حيث تقل درجة حرارة الماء عند السطح، فتتحرك هابطة للقاع، ومسببة تيارات مائية هائلة على أعماق سحيقة، قد تصل إلى ما يزيد على ألف متر في أعماق المحيط. أو تلك التي تنشأ نتيجة بؤر الزلازل والبراكين، والانهيارات الأرضية على الأرض، أو تحت الماء، وتسبب هذه التيارات المائية، أمواجاً شديدة ذات ارتفاعات كبيرة، قد تصل في بعض الأحيان إلى ما يزيد عن 30 متراً، وتصل سرعتها إلى عدة أميال في الساعة، وتتابع وراء بعضها، فتصبح كالتلال أو الجبال المتحركة، وتصير أكبر البواخر وسطها، كأنها ريشة في مهب الريح.

]أَوْ كَظُلُمَاتٍ فِي بَحْرٍ لُجِّيٍّ يَغْشَاهُ مَوْجٌ مِنْ فَوْقِهِ مَوْجٌ مِنْ فَوْقِهِ سَحَابٌ ظُلُمَاتٌ بَعْضُهَا فَوْقَ بَعْضٍ إِذَا أَخْرَجَ يَدَهُ لَمْ يَكَدْ يَرَاهَا وَمَنْ لَمْ يَجْعَلِ اللَّهُ لَهُ نُورًا فَمَا لَهُ مِنْ نُورٍ[ w (سورة النور: الآية 40).

وتتابع هذه الأمواج عند اقترابها من السّاحل، وتزداد سرعتها، وتبلغ قوة ارتطامها بالسّاحل في كثير من الأحيان أطناناً عديدة، لكل سنتيمتر مربع، وقد تسبب انهيار أجزاء ضخمة من الساّحل في قاع المحيط، أو غرق مدن بأكملها.

وتُعد التسوناميز Tsunamis، من أمثلة هذه الأمواج المدمّرة. وتنشأ هذه الأمواج في المحيط نتيجة بؤر الزلازل، أو البراكين، أو الانهيارات الأرضية، على الأرض، أو تحت الماء. وتساق هذه الأمواج في حركة دائرية من منطقة منشآها، ناحية السّواحل، آلاف الكيلومترات، محتفظة بقدرٍ كبير من الطاقة، وقد يصل طول الموجة الواحدة مئات الكيلومترات. وربما مرت الموجة "التسونامية" في عرض المحيط، دون أن تلحظها السفن، وذلك لعدم ارتفاعها عن متر واحد أو أمتار عديدة. إلاّ أنها عند اقترابها من السّاحل، ترتفع أمواجها، وترتطم بالساحل بشدة، مغرقة المدن، ومسببة الخسائر الفادحة.

1. المدّ والجزر Tides

هما ارتفاع وانخفاض سطح ماء البحر المتتابع. ففي بعض أوقات اليوم، ينحسر ماء البحر لعدة ساعات، فتبدو الصخور، والقواقع، فوق الرمال، ويسمى انحسار الماء "الجزر"، ثم يعود منسوب ماء البحر للارتفاع، فيغّطي السّاحل، ويسمى هذا الارتفاع "المد" (اُنظر شكل منسوب الماء). ويحدث المد والجزر مرتين في ما يقرب من 24 ساعة. والمد والجزر في حقيقته، عبارة عن أمواج، ذات أطوال موجية كبيرة.

ويبلغ أقصى تأثير للمد، عندما تقع الأرض، مع القمر، والشمس، على خط مستقيم واحد، حيث تعضد جاذبية الشمس، تأثير جاذبية القمر، على الأرض. ويسمى المد في هذه الحالة "المد الأعلى" أو التام Spring Tide، وهو يحدث في أول الشهر، ومنتصفه، حيث يزيد عن المد العادي بمقدار 20%. بينما يكون أقل تأثير للمد، حينما تتعامد الشمس والقمر، بالنسبة للأرض، حيث يُضْعِف كل منها تأثير الأخر، ويسمى "الجزر المحاقي" Neap Tide، وهو يحدث مرتين في الشهر، حينما يكون القمر في الربع الأول، وقريباً من ربعه الأخير، وتقل شدته، بمقدار 20%، عن المد العادي (اُنظر شكل المد والجزر).

ويخترق ضوء الشمس، سطح البحر، إلى أعماق قليلة، ويقل هذا الضوء بازدياد، عمق الماء، حتى يختفي الضوء كله، على نحو 450 م، تحت سطح البحر، حيث لا تستطيع العين الإبصار، بعد هذا العمق. لذا، توجد أغلب الأحياء المائية، حتى هذا العمق، حتى تستطيع الكائنات استخدام ضوء الشمس في الإبصار، وتكوين غذائها، أو البحث عنه.

وعلى الرغم من الظلام الدامس، في أعماق البحار، فهناك عدداً من الكائنات المائية، تستطيع الحياة، في هذه الأعماق المظلمة. فبعض أنواع الأسماك، يحتوي جسمها، على خلايا ضوئية، تضئ في الظلام الدامس، وتتحكم في إضاءته أو إطفائه. ويعتمد بعض آخر اعتماداً كلياً على حواس أخرى، غير حاسة الإبصار، مثل: حاسة الشم، أو اللمس.

والماء في هذه الأعماق السحيقة، شديد البرودة. فحرارة سطح البحر أو المحيط تقارب حرارة سطح الأرض. ومع ازدياد الهبوط إلى قاع البحر، تقل درجة الحرارة حتى تصل إلى، أو تقارب، الصفر المئوي على عمق 4 آلاف متر، وقد تقل الحرارة بعد ذلك باستمرار الهبوط، إلاّ أن الماء لا يتجمد، لأنه مالح وتحت ضغط كبير، عند هذه الأعماق.

فالضغط عند سطح البحر، يساوى تقريباً، ضغط الهواء عند سطح الأرض، وهو الضغط الذي تكيفت وظائف الجسم على العمل عنده. وبارتفاع الإنسان في الهواء عن سطح الأرض، يقل الضغط، كما يحدث عند ركوب الطائرات. أمّا عند الغوص في الماء، فإن ضغط الماء يزيد، بازدياد أعماق الماء، حتى لا يستطيع إنسان الغوص لعمق يزيد عن 150 م، وإلا تحطم جسده نتيجة ازدياد الضغط. وللغوص على أعماق تزيد عن 150 م، صُنعت بدل للغوص ذات مواصفات خاصة كي تتحمل الضغط الشديد، وتحمي الغواص أثناء أداء هذه المهمة، أو قد تستخدم في بعض الأحيان خزانات محكمة الغلق، ذات نوافذ زجاجية، تتحمل الضغط الشديد. ويمكن من خلال هذه الخزانات دراسة أعماق المحيطات والبحار.

ويعدّ المحيط الهادي أكبر المحيطات، من حيث المساحة، وأعمقها. ويقع بين غربي القارتين الأمريكتين، وشرقي قارة آسيا. وتصل مساحته إلى حوالي 180 مليون كم³، ويغطى أكثر من ثلث الكرة الأرضية. ويصل متوسط عمق المحيط الهادي إلى حوالي 3940 م، وبه أعمق نقطة في الكرة الأرضية، ممثلة في شق أو أخدود "ماريانا". ويحتوي المحيط الهادي على أكثر من نصف الماء على سطح الأرض، كما يحتوي، كذلك، على حوالي 25 ألف جزيرة، يقع معظمها جنوبي خط الاستواء.

وتوجد على حواف المحيط الهادي المتعرجة، عدداً من البحار، والخلجان، منها: البحر الأصفر، وبحر اليابان، وبحر الصين، وخليج ماجلان، الذي يصل المحيط الهادي بالمحيط الأطلسي.

أمّا المحيط الأطلسي فهو ثاني أكبر المحيطات، من حيث المساحة، ويقع ما بين غربي أفريقيا وأوروبا، وشرقي الأمريكتين. وينقسم المحيط الأطلسي إلى: المحيط الأطلسي الشّمالي، والمحيط الأطلسي الجنوبي، بالتيار الاستوائي المضاد، عند 8 درجات شمالي خط الاستواء. ويرتبط المحيط الأطلسي، بالمحيط الهادي، عند المحيط القطبي المتجمد في الشمال، وممر الدراك Drake Passage في الجنوب. كما يرتبط المحيط الأطلسي، بالمحيط الهادي، كذلك، عند قناة بنما Panama Canal.

وتصل مساحة المحيط الأطلسي، بالبحار الممتدة منه، مثل البحر المتوسط، إلى حوالي 107 ملايين كم³، حيث يغطي ما يقرب 20%، من مساحة الأرض. ويصل متوسط عمق المحيط الأطلسي، حوالي 3332 م، بينما يبلغ أقصى عمق فيه، إلى 8381 م، عند شق بورتريكو.

ويُعد المحيط الهندي، أصغر المحيطات الثلاثة، إذ تصل مساحته، بالبحار الممتدة منه، مثل البحر الأحمر، والخليج الفارسي، إلى حوالي 74 مليون كم³، مغطياً ما يقرب من 20% من مساحة ماء الكرة الأرضية، وتقع معظم مساحة المحيط الهندي في نصف الكرة الأرضية الجنوبي، حيث يحده من الشمال، قارة آسيا، وشبه القارة الهندية، ومن الغرب، الساحل الغربي لأفريقيا، وشبه الجزيرة العربية، ومن الجنوب، قارة أنتاركيتكا Antarctica، ومن الشرق، شبه جزيرة الملايو، وقارة أستراليا.

وبمقارنة متوسط عمق المحيطات والبحار، بارتفاع الأرض اليابسة، فوق سطح الكرة الأرضية، لوجدنا مفارقة عجيبة. فمتوسط ارتفاع القارات، يصل إلى حوالي 840 م، فوق سطح الأرض، بينما يصل متوسط أعماق المحيطات، إلى حوالي 3700 م. وبتوزيع كمية المياه الموجودة في هذه الأعماق على سطح الأرض، بفرض أنها كرة ملساء، فإن الماء، سيغطي سطح الأرض، حتى ارتفاع 2430 م، إلاّ أن رحمة الخالق وسعت كل شئ، باتساع هذه المحيطات، لهذا الكم الهائل من الماء.

وتُعد البحار أحواضاً جانبية، ممتدة من المحيطات، قريباً من سواحل القارات. لذا، فهي تتلقى كثيراً من مياه صرف الأنهار العذبة، الأمر الذي يحافظ على درجة الملوحة ثابتة في البحار والمحيطات. وإذا نظرنا إلى الكرة الأرضية، نجد أن غالبية البحار، تفصل بين القارات. فالبحر الأبيض المتوسط، يفصل بين شمال قارة أفريقيا، وجنوب قارة أوروبا. والبحر الأحمر، يفصل بين جنوب غربي آسيا، وشمال شرقي أفريقيا. والبحر الكاريبي، يفصل بين أمريكا الشمالية، وأمريكا الجنوبية. وفي بعض الحالات، توجد بحار تكونت على حواف القارات، وتحاط بسلاسل من الجزر، أو بمساحات من الأرض، مثل: الخليج العربي، الذي يمتد من المحيط الهندي، وبحر إيجة، الذي يمتد من البحر الأبيض المتوسط، وبحر اليابان، الذي يوجد بين اليابان والصين.

وعلى الرغم من اتساع المحيطات والبحار، وما تحويه من ماء، فإن هذا الكم الهائل من المياه، لا يعد سائغاً للشرب، أو للاستخدام الآدمي، لكونه ماء مالحاً. ويبلغ متوسط نسبة الملوحة في معظم مياه البحار والمحيطات، إلى حوالي 3.5%، وفي الخليج العربي إلى حوالي 4.2%، وفي البحر الأحمر إلى 4%، وفي البحر المتوسط تصل إلى حوالي 3.9%. وترتفع نسبة الملوحة، أو تنخفض، في ماء البحر، تبعاً لوجود مصبات أنهار عذبة، في البحر، أو تبعاً لظروف المناخ السائد، في المنطقة.

ففي حالة البحر المتوسط، نجد عديد من الأنهار التي تصب فيه، الأمر الذي يؤدي إلى ثبات نسبة الملوحة عند حد معين، وهو 3.9%. أمّا في البحر الأحمر، أو الخليج العربي، فلا توجد مصبات لمياه الأنهار العذبة الرئيسية في هذه البحار، الأمر الذي يؤدى إلى ازدياد نسبة ملوحتها عن البحر الأبيض المتوسط. كما تصل نسبة الملوحة في البحر الميت إلى 27.5%، وهي نسبة ليس لها مثيل في أي من بحار العالم. وقد أدت هذه الزيادة في الملوحة إلى اختفاء معظم الكائنات الحية منه، لذا، أشتقت تسميته من هذه الحقيقة، إذ لا تستطيع معظم الكائنات الحية، مقاومة زيادة نسبة الملوحة، في هذا البحر.

وقد سُمي ماء البحر "بالماء المالح"، نظراً لاحتوائه على عدد من الأملاح الذائبة فيه، التي يؤدي ذوبانها إلى ملوحة مياهه. ومن أهم الأملاح في مياه البحار والمحيطات، المسببة للملوحة، ملح الطعام، أو ما يعرف بالاسم الكيميائي "كلوريد الصوديوم". وتصل نسبة ملح الطعام إلى حوالي 75%، من مجموع الأملاح الذائبة في ماء البحر. كما يوجد هناك عدد من الأملاح الأخرى، مثل أملاح كلوريد البوتاسيوم، وسلفات الماغنسيوم، وسلفات البوتاسيوم، وأملاح الكالسيوم، التي تشكل في مجموعها مع ملح الطعام، حوالي 3.5% من ماء البحر أو (35 جزءاً من الألف من ماء البحر). ويعني هذا أنّ لتراً واحداً، من ماء البحر، لو عُرض لعملية التبخير، لأنتج كمية من الملح، تساوي 35 جراماً. كما تحتوي مياه البحر، كذلك، على جميع العناصر الكيميائية المعروفة، نظراً لاستقباله مياه صرف الأنهار العذبة، التي تكون محملة بما تحتويه القشرة الأرضية من عناصر، أثناء تدفقها على سطح الأرض. ومن العناصر، التي يحتويها ماء البحر، عنصرا الذهب والفضة، إلاّ أن استخراجهما من ماء البحر، يتطلب مشقة مضنية، وتكاليف عالية، تزيد كثيراً عن قيمة ما يمكن استخراجه.

وقد وجد العلماء، أن 99% من المواد الذائبة في ماء البحر، تتكون بصفة أساسية من ستة مكونات، أكثرها شيوعاً الكلور، ويوجد بنسبة 1.9%، يليه الصوديوم، ويوجد بنسبة 1.06%، ثم الماغنسيوم، ثم الكبريتات، فالكالسيوم، والبوتاسيوم. وعلى الرغم من وجود هذا الكم الهائل من الأملاح الذائبة في ماء البحر، فإن ذلك لا يغير من لون الماء شيئاً. فإذا قارنت بين كوبين، أحدهما يحتوي على ماء عذب، والآخر يحتوي على ماء مالح، من حيث اللون، فلن تجد هناك فرقاً، إذ يحتوي كلاهما على ماء شفاف لا لون له. بيد أن أحدهما يحتوي ملحاً أجاجاً لا يستساغ شربه، والآخر يحتوي عذباً فراتاً سائغاً شرابه. ولكن هناك عددٌ من الخواص الطبيعية، التي تغيرت بوجود هذه الأملاح، منها كثافة الماء. فالماء المالح أثقل من الماء العذب، لذا نجد الطفو فوق الماء المالح، أيسر كثيراً من الطفو فوق الماء العذب. وهذا نتيجة أن السنتيمتر المكعب الواحد من الماء العذب، يزن جراماً واحداً عند درجة حرارة 4^°م، (وقد اتخذ هذا المقدار وحدة للأوزان). أمّا السنتيمتر المكعب من الماء المالح، فيزن ما يقرب من 1.026 جم، عند درجة الحرارة نفسها، نتيجة لوجود عددٍ من الأملاح الذائبة فيه، ويسمى هذا الوزن "الوزن النوعي" للماء المالح.

ولا يعتمد وزن الماء على مقدار الملوحة فقط، بل يتأثر، كذلك، بدرجة الحرارة. فقد وجد العلماء أن الماء الدافئ، أخف وزناً من الماء البارد. لذلك تسبب الحرارة الشديدة في المياه الاستوائية تسبب خفة وزن الماء، كما أنها تسبب، في الوقت نفسه، زيادة البخر، مما يزيد من نسبة الملوحة، ومن ثم زيادة وزن الماء. كما، أن ازدياد برودة الماء في المناطق القطبية، يسبب ازدياد وزنه، ومن ثم هبوطه إلى القاع، مسبباً التيارات المائية القطبية.

وفضلاً عن الأملاح، والأيونات، والعناصر الكيميائية، الذائبة في ماء البحر، فإنه يحتوي، كذلك، على عدد من الغازات الذائبة، أهمها غاز الأكسجين، الذي تستخدمه الكائنات البحرية، للتنفس. وتتنفس الكائنات البحرية، كالأسماك، والرخويات، والقشريات، الأُكسجين الذائب في المياه، عن طريق أعضاء تنفسية خاصة، تسمى "الخياشيم"، وهي مماثلة للرئتين في الكائنات البرية، إلاّ أن لها القدرة على استخلاص الأكسجين من الماء. أمّا الكائنات البحرية الثديية، مثل الحيتان، والدلافين، فإنها تتنفس الأكسجين من الهواء الجوي، عن طريق الرئة الموجودة داخل جسمها، حيث تصعد من آن إلى آخر، إلى سطح الماء، للحصول على جرعة من الهواء، وإخراج ناتج التنفس، من غازات محملة بثاني أكسيد الكربون.

وتتحكم درجة حرارة الماء، ونسبة ملوحته، في كمية الغازات الذائبة في الماء. فكلما انخفضت درجة حرارة الماء، وملوحته، ازدادت مقدرة الماء على التشبع بالغازات. لذا تزداد نسبة الأكسجين كثيراً، في المياه الباردة، وتقل في المناطق الاستوائية. كما تزداد نسبة الأكسجين في المياه العذبة، عنها في المياه المالحة.

وهناك مصدران رئيسيان للأكسجين الذائب في الماء، أحدهما عن طريق الهواء الجوي، لذا تزداد نسبة الأكسجين الذائب، في الماء الملامس للهواء الجوي، وتقل نسبته في المياه العميقة. ويُعد الأكسجين المتصاعد من عملية البناء الضوئي للنباتات البحرية، المصدر الثاني للأكسجين الذائب في الماء. وتمتص النباتات البحرية في هذه العملية، ثاني أكسيد الكربون الذائب في الماء ـ في وجود أشعة الشمس والكلوروفيل ـ وتكوِّن مركبات عضوية، يستفيد منها النبات، ويُخرج في المقابل الأكسجين.

ويُعَدّ ثاني أكسيد الكربون، من الغازات المهمة الذائبة في الماء. وتكمن أهميته في دخوله في بناء أجسام النباتات وتكوينها. إذ تستخدمه النباتات في عملية البناء الضوئي، لتصنيع غذائها. وتعد الأنشطة الحيوية في الماء، من تنفس للكائنات الحية، وتحلل لأجسامها، المصدر الرئيسي لغاز ثاني أكسيد الكربون.

2. درجة حرارة الماء

ترتبط درجة حرارة الماء بدرجة حرارة الجو؛ فترتفع درجة حرارة المياه في المناطق الاستوائية، وتقل بدرجة كبيرة في المناطق القطبية.

وقد ترتفع درجة حرارة المياه ارتفاعاً شديداً، حتى تصل في بعض الأحيان إلى 36 ^°م، كما يحدث في مياه الخليج العربي. وقد تنخفض، في المناطق القطبية، لتصل في بعض الأحيان، إلى أقل من الصفر المئوي، بدرجة أو درجتين. ويُعد هذا التباين في درجات حرارة الماء نعمة من الله، إذ تتباين الكائنات الحية المائية، في درجة الحرارة المثلى المناسبة لوجودها وحياتها، ما بين كائنات حية تفضل المياه الباردة، وكائنات تعيش في المياه المعتدلة، وأخرى تقطن المياه الحارة.

وتغير درجة حرارة الماء تبعاً لحرارة الجو، ليس مطلقاً، كما أنه لا يشمل كل طبقات الماء في آن واحد. فطبقة الماء السطحية تكتسب حرارة الشمس، ثم تفقدها ببطء شديد. لذا، تكون درجة حرارة الماء في الشتاء، أدفأ من درجة حرارة الهواء الجوي. كما تتسرب درجة الحرارة من الطبقات السطحية، إلى الطبقات العميقة ببطء شديد، لذا تكون درجة حرارة طبقات المياه العميقة، أبرد من طبقات المياه السطحية.

وبينما تقل درجة حرارة الماء، كلما ازداد عُمقه، فإن ضغطه يزداد، كلما أوغلنا في العمق. فكل عشرة أمتار عمق في الماء، يقابلها زيادة ضغط الماء، بما يعادل واحد ضغط جوي (14 رطلاً/ بوصة مربعة). لذلك يكون ضغط الماء شديداً للغاية، عند أعماق المحيطات، حيث يصل في بعض الأحيان لما يعادل ثلاثة أطنان/ البوصة المربعة. وعلى الرغم من هذا الضغط الهائل، فإن هناك كائنات بحرية تعيش، في هذه الأعماق، وتتحمل أجسامها هذا الضغط، الأمر الذي أثار فضول الباحثين وحير العلماء في هذه القدرة العجيبة، التي أودعها الله هذه الكائنات.

]الَّذِي أَعْطَى كُلَّ شَيْءٍ خَلْقَهُ ثُمَّ هَدَى[ w (سورة طه: الآية 50)

وهذه الكميات الهائلة من المياه، التي تملأ المحيطات والبحار، ليست ساكنة أو راكدة، بل هي في حركة دائمة ومنتظمة. قد تكون هذه الحركة هادئة تارة، فيصبح الماء مثل البساط المتموج، وقد تزداد هذه الحركة، تارة أخرى، فتأخذ شكل الأعاصير، أو الأمواج المدمرة، أو الدوامات البحرية المميتة. ويتحكم في هذه الحركة عوامل عديدة، منها حركة الأرض حول نفسها، وتأثير أشعة الشمس، والتسخين غير المنتظم للماء، وبرودة المياه عند القطبين، وحركات المد والجزر، والبراكين، والزلازل.

وعلى الرغم من تأثر مياه البحار والمحيطات بدرجة حرارة الجو، إلاّ أنها، في الوقت نفسه، تؤثر في درجة حرارة الجو وحالته، تأثيراً كبيراً، نتيجة احتواء هذه المياه على الطاقة، المستمد غالبيتها، من الشمس، والجزء الباقي من باطن الأرض. وتعمل هذه الطاقة على تدفئة الجو في الشتاء، كما تعمل على زيادة نسبة البخر من المحيطات والبحار. ويتحول هذا البخار إلى سحب، تحملها الرياح إلى أماكن هطولها على هيئة أمطار أو جليد، كي تدخل في دورة الماء.

موضوع: رد: المياه الجمعة 08 أبريل 2016, 11:34 pm

المبحث الثاني

دورة الماء على سطح الأرض

Hydrologic Cycle

ثانياً: ماء الأمطار والأنهار

1. ماء الأمطار

]وَهُوَ الَّذِي يُرْسِلُ الرِّيَاحَ بُشْرًا بَيْنَ يَدَيْ رَحْمَتِهِ حَتَّى إِذَا أَقَلَّتْ سَحَابًا ثِقَالاً سُقْنَاهُ لِبَلَدٍ مَيِّتٍ فَأَنْزَلْنَا بِهِ الْمَاءَ فَأَخْرَجْنَا بِهِ مِنْ كُلِّ الثَّمَرَاتِ كَذَلِكَ نُخْرِجُ الْمَوْتَى لَعَلَّكُمْ تَذَكَّرُونَ[ w (سورة الأعراف: الآية 57).

عَرف الإنسان منذ القدم الأمطار مصدراً رئيسياً، من مصادر المياه العذبة. وظل دائم الترقب لهطولها، لارتباطها بنمو الحياة، وازدهارها. ويُعد ماء الأمطار من أنقى أنواع المياه، وأقلها احتواء على الشوائب في الطبيعة. ولكن مع ازدياد التمدَّن وما صاحبه من تلوث الهواء، خصوصاً في المدن الصناعية، أصبحت الأمطار مصدراً للمياه الملوثة. ومن ضمن صور تلوث الأمطار ما يعرف بـ "الأمطار الحمضية" Acid Rain. وتعد الأمطار الحمضية من المشاكل المؤرقة لكثير من بلدان أوروبا وشمال أمريكا، إذ تحتوي على نسبة عالية من حمضي الكبريتيك، والنيتريك، الناتجين عن تفاعل أكاسيد الكبريت والنيتروجين، مع قطرات المطر.

ويبدأ تكوّن الأمطار من بخار الماء، الناتج من عمليات البخر، في المحيطات والبحار والأنهار والبحيرات، حيث تتأثر أسطح المياه بأشعة الشمس، وتكتسب منها طاقة تقدر بحوالي 99% من قيمة الطاقة التي تكتسبها المياه. وتعمل هذه الطاقة على تدفئة المياه، ومن ثم تحول بعضها إلى بخار يتصاعد، ويتجمع في سحب، تُكوِّن حوالي 85% من السحب والرطوبة الجوية. والجزء المتبقي من السحب والرطوبة الجوية، فمعظمه من نواتج عملية النتح Transpiration، التي تحدث في النباتات والغابات والحقول. فشجرة القضبان Birch Tree مثلاً، تُعطي حوالي 260 لتراً من المياه يومياً، على هيئة بخار ماء، ويُعطي حقل الذرة حوالي 37 متراً مكعباً من الماء لكل هكتار في اليوم (اُنظر شكل السحاب الناتج عن عملية النتح).

ويرتفع بخار الماء إلى طبقات الجو العليا مكوناً السّحب. ومع ارتفاع بخار الماء الموجود في السحب، تبرد درجة حرارته، إذ تنخفض درجة حرارة الهواء المُحمّل بالبخار بمعدل 6^°م/ كم ارتفاع، فضلاً عن تمدد البخار، وزيادة حجمه، نتيجة وجوده عند ضغط منخفض، الأمر الذي يسبب انخفاضاً إضافياً في درجة حرارته، وفقاً لقوانين تمدد الغازات، حتى تصل درجة الحرارة إلى درجة أقل من درجة الندى Dew Point أو درجة التشبّع. عندئذ يبدأ بخار الماء في التكثف. ويتكاثف بخار الماء، الموجود في هذه السحب، حول حبيبات دقيقة من الأتربة والأملاح التي تثيرها الرياح، مكوناً قطرات صغيرة من الماء، تسقط على هيئة أمطار.

]وَأَرْسَلْنَا الرِّيَاحَ لَوَاقِحَ فَأَنْزَلْنَا مِنَ السَّمَاءِ مَاءً فَأَسْقَيْنَاكُمُوهُ وَمَا أَنْتُمْ لَهُ بِخَازِنِينَ[ w (سورة الحجر: الآية 22).

وقد تتكون هذه الأمطار في مناطق باردة، فتتحول قطرات المطر أثناء هطولها، إلى قطرات من الثلج أو البرد. وتُقدر كمية المياه المتبخرة، من المسطحات المائية في المحيطات والبحار، بحوالي ألف مليون طن. فضلاً عن عدة ملايين أخرى، من الأطنان المتبخرة من مسطحات المياه العذبة. ولو هطلت كل هذه الكمية على هيئة أمطار، فوق الأرض، مرة واحدة، لأغرقتها. ولكن ينزل المطر بقدر، وفي أوقات معلومة، ومناطق متعددة، كما يسقط معظمه في المحيطات والبحار. إن نزول الغيث من السماء، نعمةٌ في كثير من الأحيان، إلاّ أنه في بعض الأحيان يكون نقمة، إذا ازداد سقوطه، وتحوّل إلى سيول تهلك الأراضي الزراعية، وتدمر القرى والمدن.

والنظر إلى مناطق سقوط الأمطار في العالم، يوضح أن بعض المناطق الجغرافية في العالم تتميز بغزارة وكثافة الأمطار التي تسقط عليها، مثل المناطق الاستوائية، حيث تتسبب حرارة الشمس المتعامدة عليها، في ارتفاع درجة الحرارة، وازدياد كمية البخر، الذي يرتفع في الهواء، ويتكاثف، ثم يسقط على هيئة أمطار غزيرة. وتتسبب الأمطار الغزيرة، المتساقطة في المناطق الاستوائية، في نمو الغابات الاستوائية، والأدغال، التي يصعب اختراقها، مثلما هو في وسط أفريقيا، والبرازيل، والساحل الشرقي لأمريكا الوسطى، والساحل الغربي للهند، وإندونيسيا.

ولا تسبب عملية البخر من المحيطات والبحار، تناقص لمياهها، إذ تسقط معظم هذه الأمطار مرة أخرى في البحار والمحيطات. كما تصبح الأمطار، كذلك، مورداً مهماً من موارد المياه العذبة. فتروى الأشجار، والنباتات، والغابات، ثم يتسرب ما يتبقى منها، من خلال مسام الأرض، إلى المياه الجوفية، ليمدها بمصدر متجدد من المياه العذبة. ويصب الجزء الأخير في البحيرات، والأنهار، التي تصب بدورها في البحار والمحيطات، لتعويض ما فُقد من بخر، فيما يسمى بـ "الدورة المائية" Hydrologic Cycle.

ويعتمد سقوط الأمطار على عدة عوامل، أهمها:

أ. الرطوبة الجوية: وهي كمية بخار الماء في الهواء الجوي، ويُعبّر عنها بالعديد من المصطلحات العلمية، مثل:

(1) الرطوبة المطلقة: وهي كتلة بخار الماء في حجم من الهواء.

(2) الرطوبة النوعية: وهي كتلة بخار الماء في كتلة من الهواء.

(3) الرطوبة النسبية: وهي النسبة المئوية، بين كمية بخار الماء في الهواء في حيز معين، وكمية بخار الماء اللازمة لتشبع الهواء ببخار الماء، عند درجتَي الحرارة، والضغط نفسيهما.

ب. درجة الحرارة: تزداد كمية بخار الماء التي يحملها الهواء الجوي، بازدياد درجة الحرارة، حتى يبلغ الهواء درجة التشبع، التي لا يستطيع بعدها، حمل أي زيادة من بخار الماء.

2. السحاب

]اللَّهُ الَّذِي يُرْسِلُ الرِّيَاحَ فَتُثِيرُ سَحَابًا فَيَبْسُطُهُ فِي السَّمَاءِ كَيْفَ يَشَاءُ وَيَجْعَلُهُ كِسَفًا[ w (سورة الروم: الآية 48).

السحاب، في حقيقته، ما هو إلاّ مجموعة من قطرات الماء، المتناهية في الصغر، إذ تصل أقطارها إلى حوالي 10 ميكرون. ويحتوي السنتيمتر المربع منها، على حوالي 100 قطرة. وتحمل الرياح السّحب من مكان إلى آخر، حتى تسوقه إلى المكان المقدر هبوط المطر فيه، فتنخفض درجة حرارته إلى أقل من درجة التشبع، أو الندى، فيسقط المطر.

وهكذا تنتقل المياه، التي تبخرت من البحار والمحيطات، إلى أماكن أخرى فوق اليابس.

والسحب أنواع، منها ما هو منخفض قريب من سطح الأرض، لم يصل بعد إلى حد التشبع، ومنها ما هو بعيد، ووصل إلى حد التشبع. وأهم أنواعها:

أ. الطخاء أو الطخاف أو السمحاق Cirrus: وهي سحب رقيقة، تتكون على ارتفاع من 6 – 12 كم. ويظهر السمحاق على شكل خيوط بيضاء رقيقة، ممتدة في السماء (اُنظر صورة الطخاء أو السمحاق).

ب. السمحاق الركامي Cirrocumulus: وهي سحب محببة بيضاء، ملتحمة، تظهر، عادة، في السماء على ارتفاع 5 - 7 كم، بعد مرور السمحاق (اُنظر صورة السمحاق الركامي).

ج. السمحاق الطبقي Cirrostratus: وهي سحب شفافة، تكون، عادة، بنية اللون، تسمح بمرور أشعة الشمس أو القمر، وتؤدي، غالباً، إلى ظهور هالة حول القمر. وتكون هذه السحب، عادة، على ارتفاع من 4 – 10 كم (اُنظر صورة السمحاق الطبقي).

د. السحب الطبقية (الرهج) Stratus: وهي رمادية اللون، تنتشر في الجو على ارتفاع قريب من سطح الأرض لا يتجاوز 2 كم، وهي عبارة عن ضباب مرتفع يعطي رذاذاً خفيفاً، ولا تسقط أمطاراً، إذ إنها لم تصل إلى حد التشبع (اُنظر صورة السحب الطبقية (الرهج)).

هـ. السحاب الطبقي المتوسط Altostratus: هو سحب كثيفة، لونها أزرق، على ارتفاع من 1.5 - 6.5 كم. وتحمل هذه السحب المطر أو الثلج، وفقاً لدرجة الحرارة السائدة (اُنظر صورة السحاب الطبقي المتوسط).

و. السحب الركامية Cumulus: وهي سحب بيضاء اللون على شكل بالات القطن، ذات لون داكن في أسفلها. وتتراكم هذه السحب في الجو، كالقباب أو الجبال الصغيرة، على ارتفاع من 0.5 – 4 كم من سطح الأرض. ويشير هذا السحاب إلى الطقس الجيد (اُنظر صورة السحب الركامية).

ز. السحب المُزنية الطبقية Nimbostratus: وتظهر على هيئة كتل داكنة، على ارتفاع من 2 - 8 كم، وتعطي مطراً أو ثلجاً وفقاً للفصل، الذي تتكون فيه (اُنظر صورة السحب المزنية الطبقية).

ح. الركام المُزني Cumulonimbus: وهو سحب منتفخة، داكنة اللون، تكون، عادة، مشتقة من الركام، وتتكون على ارتفاع من 0.5 – 18 كم. وينشأ، عادة، عن هذه السحب الأمطار الغزيرة والبَرَد (اُنظر صورة الركام المزني).

وتُقسّم الأمطار، حسب طريقة سقوطها، إلى نوعين:

أ. الأمطار الطبيعية Natural Rain

وتحدث عند ارتفاع الهواء المحمل بالبخار إلى طبقات الجو العليا، حيث تتكون السّحب ويزداد حجم هذه السحب بازدياد الارتفاع، ثم تبدأ نويات الثلج الصغيرة في التكون، حول ذرات الغبار والأتربة الدقيقة أقل من 0.1 ميكرون.

وتبدأ جُزيئات بخار الماء في التكثف، حول تلك النويات الصغيرة. ويزداد حجمها ووزنها حتى تصل إلى حوالي (0.2 ـ 0.5 ملم). ويعجز الهواء عن حمل هذا الحجم من القطرات، ومن ثم تبدأ في السقوط بفعل الجاذبية على شكل قطرات من الماء. وفي كثير من الأحيان، تتبخر هذه القطرات، قبل وصولها إلى سطح الأرض. فقد وجد العلماء أن قطرة الماء، التي يبلغ قطرها 0.1 ملم، يمكنها قطع حوالي ثلاثة أمتار، أثناء هبوطها في هواء تبلغ رطوبته النسبية 90%، قبل تبخرها، بينما يمكن لقطرة الماء، التي يبلغ قطرها 0.5 ملم، أن تقطع 1980 متراً، قبل أن تتبخر.

وتُقسّم الأمطار، تبعاً لكميتها وحجم قطراتها المتساقطة، إلى:

(1) رذاذ: الأمطار التي تكون قطر قطراتها أقل من 5 ملم، ويصل معدل الكمية المتساقطة إلى 1 ملم/ ساعة.

(2) أمطار خفيفة: وفيها يزيد قطر القطرات المتساقطة عن 5 ملم، ويصل معدل كميتها المتساقطة إلى حوالي 2.5 ملم/ ساعة

(3) أمطار شديدة: وفيها يزيد قطر القطرات المتساقطة عن 5 ملم، ويزيد معدل الكمية المتساقطة عن 7.6 ملم/ ساعة.

ب. الأمطار الاصطناعية Rain Making

في كثير من الأحيان، تمر السّحب على كثير من الأراضي الجدباء، دون أن تمطر، على الرغم من الحاجة الماسة لهذه الأراضي، لقطرة واحدة من الماء. وقد دعت هذه الحاجة الإنسان إلى التفكير جدياً في استمطار السّحب، عن طريق المطر الاصطناعي.

وتعود فكرة استمطار السحب، إلى العالم الألماني فنديسن Findeisen، عام 1938، حينما رأي إمكانية مساهمة نويات الثلج المضافة للسحب، في إسقاط المطر. غير أن هذه الطريقة، لم تطبق من الناحية العملية، إلاّ في عام 1946، حينما أجرى العالم الأمريكي شيفر Scheefer، أول تجربة حقلية للمطر الاصطناعي، عن طريق رش حوالي 1.5 كجم من الثلج المجروش، عند درجة حرارة 20^°م، في سحب مارة، فبدأ المطر والثلج في التساقط لمسافة 610 متر، قبل التبخر والتبدد في الهواء.

وبعد ذلك، بدأ الاهتمام بطرق استمطار السحب بالطرق الاصطناعية، فأصبحت هناك أكثر من طريقة لاستمطار المطر، منها:

(1) رش السحب الركامية المارة برذاذ الماء، بواسطة الطائرات، للمساعدة على تشبع الهواء، وسرعة تكثف بخار الماء، لإسقاط المطر. إلاّ أن هذه الطريقة تحتاج إلى كميات كبيرة من الماء.

(2) استخدام الطائرات في رش السحب المارة ببلورات من الثلج الجاف، المكون من ثاني أكسيد الكربون المتجمد، للمساعدة على تكثف قطرات البخار

(3) رش مسحوق أيوديد الفضة، بواسطة الطائرات، للعمل كنويات صلبة، لتجميع جزيئات بخار الماء، وتكثيفها حوله، وسقوطها على هيئة أمطار.

وعلى الرغم من تزايد الاهتمام بعملية المطر الاصطناعي، إلاّ أنها لا تزال طور البحث، ولم تخرج إلى حيز التنفيذ العملي، إذ تُعد غير اقتصادية، ومكلفة.

3. مياه الأنهار

حينما تبخرت مياه البحار والمحيطات، وارتفعت في السماء مكونة السحب، وساقت الرياح هذه السحب إلى أماكن سقوط الأمطار، تكثفت قطرات البخار، وبدأت الأمطار في الهطول. جزء من هذه الأمطار ارتوت منه الأرض والنبات، وجزء سلك طريقه إلى باطن الأرض، إلى مخازن المياه الجوفية. أمّا الجزء الأخير فسقط على الجبال والمرتفعات، ثم سلك سبلاً في فجاج الأرض. وكونت هذه السّبل شعباً، ثم تجمعت في روافد، وبدأت الروافد في تكوين نهير، ثم تجمعت النهيرات لتكون أنهاراً تجري في الأرض، حيث تعد مياه الأنهار من أهم مصادر المياه العذبة في العالم.

ويكون مجرى النهر، غالباً، ما متعرجاً ليس مستقيماً، حيث تشق المياه، أثناء حركتها من منبع النهر إلى مصبه، طريقها متحاشية الأراضي المرتفعة، والعوائق الصلبة، مفضلة الأرض المنخفضة الممهدة، التي يسهل تكون السيل فيها. وأثناء هذه الرحلة من المنبع إلى المصب، التي قد تبلغ آلاف الكيلومترات، تختلط مياه النهر بتربة الأرض، التي تجري عليها، فيذوب فيها عددٌّ تجري من عناصر التربة. وتحمل معها في سيرها، ما تحمله من رواسب وطمي، مغيرة من معالم وتضاريس الأرض، التي تجري فيها حاملة الخير لكل الكائنات، صغيرها وكبيرها. وتنتهي رحلة مياه الأنهار، غالباً، عند مصب الأنهار في البحار أو المحيطات، مستكملة دورة الماء في الحياة، حيث تصب مياهها، وما تبقى فيها من رواسب وصخور، جرفتها من منابعها وأثناء سيرها (اُنظر شكل تكون الأنهار).

وغالباً ما تتجمع هذه الرواسب والصخور، بمرور مئات السنين، عند مصبات الأنهار لتكون يابسة تسمى دلتا الأنهار، كما هو الحال في دلتا النيل بمصر، والتي كانت يوماً ما جزءاً من البحر الأبيض المتوسط، وقد تكونت بفضل نهر النيل، أطول أنهار العالم، إذ يبلغ طوله حوالي 6600 كم، ويجري في شمال أفريقيا، من وسطها إلى شمالها، ويصب في البحر الأبيض (اُنظر صورة دلتا نهر النيل). ويليه في الطول نهر الأمازون، الذي يجري في أمريكا الجنوبية من الغرب إلى الشرق، ويصل طوله إلى حوالي 6240 كم.

ويحتوي ماء الأنهار على كميات مختلفة، من المواد الذائبة والصلبة الموجودة في التربة، نتيجة جريان الماء في تلك الأنهار. وتُقدر كمية الرواسب والصخور والطمي، التي تقذف بها الأنهار في البحار والمحيطات، عند مصبات هذه الأنهار، بحوالي 17 ألف مليون طن، منها أربعة آلاف مليون طن من العناصر الذائبة، وثلاثة عشر ألف مليون في حالة ترسيبات من مياه هذه الأنهار، في البحار والمحيطات. إلاّ أنه مع زيادة عدد السكان في العصر الحديث، وازدياد الطلب على الماء العذب، بدأ الإنسان في نصب السدود والحواجز والقناطر على الأنهار، لتخزين مياهها والتحكم في مستوى جريان النهر، وتغيير مجاري بعضها في بعض الحالات، لاستصلاح أراضٍ جديدة.

غير أن بناء السدود على مجاري الأنهار، تسبب في تقليل سرعة الماء وترسيب ما تحمله من طمي ورواسب وراء تلك السدود، وحرمان الأراضي والأماكن، التي كانت في حاجة إليها منها. وعلى الرغم من هذه المساوئ فإن هذه السدود حمت البلدان من الجفاف، وساعدت على استصلاح الأراضي لزراعتها. كما أمكن، في كثير من الأحيان، استخدام هذه السدود في توليد الطاقة، لاستخدامها في خير الإنسان ورفاهيته. (اُنظر جدول قائمة بأطول أنهار العالم، ومساحة أحواضها، وتصرف مياهها)

جدول

قائمة بأطول أنهار العالم، ومساحة أحواضها، وتصرف مياهها

متوسط التصرف (بالمتر المكعب/ ثانية)	مساحة حوض النهر (بالكيلومتر المربع)	طول المجرى وفروعه (بالكيلومتر)	اسم النهر	م
3360	3347600	6600	نهر النيل	1
112000	7176700	6240	نهر الأمازون	2
17360	3218100	6227	نهر المسيسيبي	3
17220	2589000	5680	نهر ينيساي	4
21560	1941700	4960	نهر يانج تزي	5
39200	3689300	4640	نهر الكونغو	6
9464	2037500	4595	نهر أمور	7
15316	3026500	4576	نهر لينا	8
12348	2579000	4480	نهر أوب	9
10920	906100	4160	نهر الميكونج	10
3248	1035600	4320	نهر الهوانج	11
6020	1512000	4160	نهر النيجر	12
7840	1765700	4040	نهر ماكنزي	13
78400	310200	3920	نهر لابلاتا	14
9800	1532700	3720	نهر الفولجا	15
7000	1328200	3520	نهر زامبيسي	16
14000	1462785	3440	نهر سانت لورانس	17
5000	854400	3360	نهر يوكون	18
6100	898400	2760	نهر الدانوب	19
840	1113300	2720	نهر الفرات	20

موضوع: رد: المياه الجمعة 08 أبريل 2016, 11:41 pm

المبحث الثاني

دورة الماء على سطح الأرض

Hydrologic Cycle

ثالثاً: ماء البحيرات والمياه الجوفية

1. ماء البحيرات

لا تقتصر المسطحات المائية على سطح الكرة الأرضية، على البحار والمحيطات والأنهار فقط، فهناك البحيرات العذبة والمالحة، التي تمثل مصدراً ليس بالقليل من مصادر المياه، فوق الأرض. والبحيرات عبارة عن مسطحات مائية تحاط باليابس من جميع الجوانب. وقد نشأت هذه البحيرات، من تجمع المياه في الأراضي المنخفضة المحصورة بين أراضٍ مرتفعة.

ويختلف مصدر هذه المياه المتجمعة، فمنها ما هو نتيجة تجمع مياه السيول والأمطار، أو مصبات الأنهار، وفي هذه الحالة تعد البحيرة، مصدراً مهماً للمياه العذبة. ومثال لهذه البحيرات بحيرة فيكتوريا في المنطقة الاستوائية في أفريقيا بأوغندا، التي تُعد من منابع نهر النيل، وثالث أكبر بحيرة في العالم، وأكبر بحيرة مياه عذبة، حيث تبلغ مساحتها 69490 كم³.

وقد تكون البحيرة في مناطق جافة، ذات معدلات بخر عالية، مما يزيد نسبة الملوحة بها بعد فترة. أو تكون البحيرة متصلة بمياه البحر، عن طريق مضايق وبواغيز، لتصبح بحيرة مياه مالحة. ومن أمثلة البحيرات المالحة، بحيرات المنزلة والبردويل والبرلس في مصر، قرب ساحل البحر الأبيض المتوسط، حيث تستقبل ماءها من مياهه.

وقد تزداد البحيرات المالحة في المساحة، حتى يطلق عليها في بعض الأحيان اسم بحار، مثل بحر قزوين، الذي يقع في غربي آسيا، ويُعد من أكبر بحيرات العالم من حيث مساحته، التي تقدر بحوالي 373 ألف كم³، وكذلك البحر الميت.

وعلى الرغم من أن معظم البحيرات في العالم، تعد من البحيرات الطبيعية، التي تكونت بفعل تجمُّع المياه في الأراضي المنخفضة، دون تدخل من الإنسان، إلاّ أن هناك البحيرات الصناعية التي أنشأها الإنسان للعديد من الأغراض، وتتباين هذه البحيرات تبعاً للغرض من إنشائها. فبحيرة السد التي تعد مخزوناً للمياه العذبة خلف السد العالي في مصر، تمتد جنوباً بطول حوالي 550 كم، وبعرض متوسط 10 كم، ويقع حوالي 200 كم من البحيرة داخل الحدود السودانية، وحوالي 350 كم داخل الأراضي المصرية. كذلك، هناك العديد من البحيرات الصناعية الأخرى في العالم، التي أنشئت لأغراض مثل ممارسة الرياضات المائية، أو الترفيه، أو تربية الأسماك. وتختلف مساحات هذه البحيرات، تبعاً للغرض من إنشائها.

2. المياه الجوفية

]وَأَنْزَلْنَا مِنَ السَّمَاءِ مَاءً بِقَدَرٍ فَأَسْكَنَّاهُ فِي الأَرْضِ وَإِنَّا عَلَى ذَهَابٍ بِهِ لَقَادِرُونَ[ w (سورة المؤمنون، الآية 18).

بعد هطول الأمطار، يسلك جزء من مائها سبلاً فوق ظاهر الأرض، لتتجمع في الأنهار، بينما تتشرب مسام الأرض وشقوقها الكثير منها، حيث تتجمع تلك المياه في باطن الأرض، فوق طبقة من الأرض صماء، لا تسمح لهذه المياه بالانسياب من خلالها، فتتكون أحواض مائية في باطن الأرض، تسمى بالطبقة الحاملة أو المخزون الجوفي Aquifer (اُنظر شكل المياه الجوفية).

ولا تعد مياه الأمطار المصدر الوحيد للمياه الجوفية، فهناك مصادر أخرى لها من خلال تسرب المياه من البحيرات أو الأنهار القريبة، لكي تتجمع في تلك الأحواض في باطن الأرض. وتظل هذه المياه محبوسة في باطن الأرض، لا يمكن الوصول إليها، أو الاستفادة منها، إلاّ عن طريق حفر الآبار.

وقد تكون هذه المياه قريبة من سطح الأرض، فيستطيع الإنسان حفر الآبار للوصول إليها. وقد تكون بعيدة في باطن الأرض، فيضطر الإنسان إلى الوصول إليها عن طريق آلات الحفر العميقة، كما هو معروف في الآبار الارتوازية.

وقديماً ارتبط وجود الإنسان في أي أرض، بوجود المياه العذبة، التي يسكن بجانبها ويقيم حضارته. فإذا قلت مصادر المياه ارتحل عنها، وبدأ في البحث عن مصدر آخر للمياه، خاصة في المناطق البعيدة عن الأنهار، أو المناطق الجافة والصحراوية. وقد سجل التاريخ عن القدماء المصريين والصينيين، بحثهم عن مصادر المياه العذبة، عن طريق حفر آبار عميقة للحصول عليها. ففي سنة 2100 قبل الميلاد، وفي عصر الأسرة الحادية عشرة، كلف أحد قواد فرعون مصر أمنحتب، حوالي ثلاثة آلاف جندي بحفر 14 بئراً للمياه العذبة. ولكن البحث عن المياه الجوفية، الآن، أصبح متيسراً عن ذي قبل، بسبب ثورة المعلومات، وتطور الآلات. فاستطاع الإنسان تحديد أماكن الآبار الجوفية، عن طريق وسائل الاستشعار عن بعد Remote Sensing.

وقد استطاع العلم الحديث، تحديد كمية المياه الجوفية العذبة في العالم، وتقدير كمياتها، التي تعد أكبر بكثير، من تلك المتوافرة فوق سطح الأرض. فالمياه الجوفية تمثل ما يقرب من 98%، من مجموع المياه العذبة في العالم، إذا ما استثنيا الجبال الجليدية، بينما لا تزيد المياه العذبة، الممثلة في الأنهار والبحيرات العذبة والجداول والسحب الموجودة في الغلاف الجوي، عن 2%. كما تمثل المياه الجوفية، أيضاً، ما يقرب من 0.6% من مجموع المياه الموجودة على الكرة الأرضية، متضمنة مياهاً عذبة وأخرى مالحة.

وقد تكون المياه الجوفية متجددة وجارية تحت سطح الأرض، مكونة شبكة من المجاري والأنهار الجارية تحت سطح الأرض. وفي هذه الحالة، فإن هذه المياه تحافظ على منسوبها على الرغم من الأخذ المستمر منها. وتحافظ هذه المياه على منسوبها، وتتجدد باستمرار عن طريق مياه الأمطار، التي تسقط على هذه المناطق بصفة دائمة، أو عن طريق مياه الأنهار والبحيرات، التي تتخلل التربة وتصل إلى هذه المياه الجوفية. وقد تكون المياه الجوفية غير متجددة، لذا فإنّ منسوبها يقل بالأخذ باستمرار منها، وهي، غالباً، مياه جوفية تجمعت في باطن الأرض في قرون سابقة، خلال عصور ممطرة، إلاّ أن أنها غير متصلة بمنابع متجددة من المياه. وكثيرا ما تكون هذه المياه ذات صفات مميزة عن بقية المياه الجوفية، نتيجة وجودها في باطن الأرض منذ أزمان عديدة. وقد تتميز هذه المياه، في بعض الأحيان، بارتفاع درجة حرارتها عن مثيلاتها، وزيادة ما تحتويه من أملاح وغازات ذائبة.

وفي بعض الأحيان، لا تحتاج المياه الجوفية حفر الآبار لظهورها، فقد تتفجر على هيئة عيون وينابيع، نتيجة لزيادة الضغط عليها في باطن الأرض، وضعف القشرة الأرضية في هذا المكان. وقد تتدفق المياه من العين على هيئة نافورة، نتيجة زيادة الضغط المتولد على هذه المياه (اُنظر شكل اندفاع المياه الجوفية من العين)، أو يقل الضغط فتسيل المياه المتدفقة على سطح الأرض، في مجارٍ تنحتها وتشقها هذه المياه. وقد تكون مياه هذه الينابيع ساخنة، مستمدة حرارتها من تلك الموجودة في باطن الأرض، أو نتيجة قربها من أماكن ذات أنشطة بركانية. أو تكون باردة، نتيجة خروجها من طبقات قريبة من سطح الأرض.

أ. المياه المعدنية

تُعدّ مياه العيون والينابيع، مثل مياه الآبار في التكون والنشأة والمواصفات. فنتيجة مرور مياه الأمطار، أو مصادر هذه المياه، من خلال مسام التربة، تُرشّح لها مما تحويه من شوائب وعوالق بيولوجية، وغير بيولوجية. كما أنها أثناء مرورها في طبقات التربة تُذيب العديد من الأملاح والعناصر الموجودة في التربة، مما يكسبها محتوى غير قليل من هذه الأملاح. لذا، يطلق عليها في بعض الأحيان "المياه المعدنية". وفي كثير من الأحيان استُغلت هذه المياه، الاستغلال التجاري الأمثل، فحللت بعض الشركات هذه المياه، لمعرفة محتواها الكيميائي والبكتري، ثم أعدّت الدعاية اللازمة لها، وعبأتها في زجاجات وباعتها. وقد أُنتجت أول زجاجة مياه معدنية في فرنسا عام 1968م، وكانت معبأة، آنذاك، في زجاجة بلاستيكية.

ب. المياه العلاجية "المياه الشافية"

منذ قديم الأزل عرفت الإنسانية بعض الصفات الشافية للماء. ولكن من الصعوبة تحديد متى بدأ الإنسان ارتياد هذه المياه، ومتى اكتشف القدرة الشفائية لبعض العيون.

فمنذ العصر الحجري الحديث، ومنذ حوالي أكثر من 4 آلاف عام، أخذ الناس في الذهاب إلى بعض ينابيع المياه، والاغتسال بها، معتقدين قدرة تلك المياه على تخفيف آلامهم وسرعة التئام جراحهم. واعتمدت معرفة خصائص المياه الشافية قديماً، على قوة الملاحظة والخبرة الجيدة. ثم انتقلت تلك المعرفة، من جيل إلى الجيل الذي يليه. وقد أوضحت الدراسات العلمية الحديثة، أن تلك المياه تختلف عن مثيلاتها في المحتوى الكيميائي والمعدني، إلاّ أن تلك الدراسات لم توضح بعد، كيف اختلفت مكونات هذه المياه عن مثيلاتها. ويعتقد البعض أن هذه المياه، التي لها صفات علاجية، قد تكوّنت مثل أي مياه جوفية، حيث بدأت كمطر أو جليد أو ندى أو نهر، ثم تسربت هذه المياه إلى باطن الأرض. وكلما زاد طول جريان الماء وتسربه خلال باطن الأرض، زادت نسبة المعادن والأملاح، التي تذوب فيه. فعلى سبيل المثال، عين المياه العلاجية في كارلوفي فاري Karlovy Vary، في جمهورية التشيك، تقذف إلى سطح الأرض سنوياً ما يقرب من 10 طن من سلفات الصوديوم، و12.5 طناً من فلوريد الكالسيوم.

غير أن معرفة الرحلة، التي استغرقتها قطرة الماء منذ نشأتها حتى تتفجر من خلال هذه العيون، يعد من الصعوبة بمكان، حيث يتطلب ذلك تصوير مجرى تلك القطرة في باطن الأرض، بأشعة إكس "الأشعة السينية". ومؤخراً عُرَّف طول الرحلة، التي استغرقتها المياه في رحلتها تحت الأرض، في بعض ينابيع المياه العلاجية في سويسرا، باستخدام العنصر المشع الطبيعي (الأرجون ـ 39)، وقد استغرقت هذه الرحلة، ما يقرب من عشرة آلاف سنة تحت سطح الأرض، قبل تدفقها من هذه العين العلاجية. ويُعتقد أن هذه المياه تسربت إلى باطن الأرض، في صورة أمطار أو ثلوج ذائبة، في العصر الجليدي الأخير، حينما كانت أوروبا مغطاة جزئياً بالجليد. كما بينّت الأبحاث، التي أُجريت باستخدام الهيدروجين المشع "التريتيوم"، أن هذه المياه قد تسربت إلى باطن الأرض في درجة حرارة تقترب من نقطة التجمد.

ولا تُعدّ مياه هذا الينبوع من أقدم مياه الينابيع في العالم، فهناك مياه ينابيع علاجية، تضرب جذورها في أعماق التاريخ. وكل مياه ينبوع لها تاريخها الخاص، ومميزاتها ومكوناتها المعدنية، التي تختلف وتتباين عن غيرها مثل بصمة الإنسان. فبعض هذه المياه تكونت منذ زمن بعيد، أثناء تكون كوكب الأرض، حينما تمكنت كميات من مياه الأنهار والبحار والأمطار المتدفقة، آنذاك، من التسرب إلى باطن الأرض. وبقيت منذ ذلك الحين، وتشبعت بالأملاح المعدنية، والعناصر الكيميائية، مثل تلك المياه المالحة، التي تغذي ينابيع المياه المالحة Battaglia Terme، بالقرب من Padova في إيطاليا. وتلك التي توجد فيGmunden، في النمسا، حيث يقدر عمر هذه المياه، بحوالي 250 مليون عام.

وعلى الرغم من تقدم الطب الحديث، فهو لا يستطيع تجاهل التأثيرات العلاجية لهذه المياه، التي جرت ملاحظتها منذ قديم الأزل. فيحكي التاريخ عن هيبوقراط أبو الطب، الذي مارس الطب قبل الميلاد، عن وصفه حمّامات الشفاء، بأنها جزء من العلاج.

وقد انتشرت حمّامات العلاج في أوروبا في العصور الوسطى، بين الفقراء، الذين ليس لديهم القدرة على دفع نفقات العلاج، غير أنها بدأت في الأفول بعد أن ثبت مساعدة هذه الحمّامات في انتشار الكثير من الأمراض المعدية، مثل الطاعون والزهري.

وفي أوائل القرن العشرين، خضعت مياه بعض الآبار العلاجية لتحاليل كيميائية دقيقة، لإدراك الفرق بين طبيعة مياهها، ومياه الآبار العادية. وقد كُشف عن وجود بعض الفروق في المحتوى الكيميائي لبعض الآبار وعدم وجود أي فرق في الأملاح الذائبة في البعض الآخر. إلاّ أن ذلك لم يكن كافياً، حيث عزا العلماء البولنديون في عام 1945م القدرة العلاجية، لمياه بعض الينابيع العلاجية إلى وجود بعض الأنشطة الإشعاعية لهذه الآبار. ولكن هناك رأياً آخر، يرى أن عديد من الآبار والينابيع، التي كان لها مقدرة علاجية فقدت هذه المقدرة الآن، بفعل التحلل الكيميائي الذي حدث لهذه المياه، مما انحدر بها إلى مستوى مياه الآبار غير المعدنية. كما أن هناك رأياً علمياً آخذاً في التزايد، يرى أن ربط الصفات الكيميائية للمياه بقدرتها العلاجية، وجهة نظر قاصرة، ذلك أن الصفات العلاجية للماء، يمكن أن تعزى إلى خصائص خاصة في التركيب الداخلي لجزيئات تلك المياه العلاجية، التي تمكنها من أداء دورها العلاجي.

على الرغم من كل هذه الآراء المتباينة، بشأن المياه العلاجية، لا تزال العديد من العيون والآبار والينابيع العلاجية، تحتفظ برونقها ومقدرتها الفائقة وخواصها المميزة حتى الآن، مثل عيون موسى في شبه جزيرة سيناء بمصر، والعيون الكبريتية بضاحية حلوان في مصر. كما أن أشهر عيون المياه المعدنية على الإطلاق، التي تحظى بمنزلة خاصة في نفوس المسلمين، هي "عين زمزم" المباركة، التي قال الرسول r في وصف مائها ]ماء زمزم لما شرب له[ (مسند أحمد: 14320).

رابعاً: الماء اليسر والماء العسر Soft Water & Hard Water

يُعرّف "الماء اليسر"، بأنه الماء الذي يتفاعل مع الصابون عند استخدامه في الغسيل، منتجاً رغوة الصابون. أمّا "الماء العسر" فإنه لا تنتج عنه هذه الرغوة، أو تنتج بكمية ضئيلة. ويرجع السبب في عدم إنتاج رغوة للصابون مع الماء العسر، إلى وجود نسبة عالية من الأملاح المذابة في الماء، مثل أملاح الكالسيوم والماغنسيوم، خاصة البيكربونات والسلفات. ونتيجة وجود هذه الأملاح في الماء، تتفاعل مع الصابون (ستريت الصوديوم) لإنتاج رواسب كيميائية، بدلاً من الرغوة، التي تزيل الأقذار من الملابس، أو الأدوات، المراد غسيلها. لذلك، فإن سكان المناطق، التي بها ماء عسر، يجدون مشقة كبيرة في استخدام الماء العسر في النظافة. ويمكن إزالة عسر الماء بعدة طرق، تبعاً لنوع الأملاح المسببة للعسر. ففي حالة العسر المسبب بأملاح بيكربونات الكالسيوم، فيكفي غلي الماء للتخلص من هذا العسر، حيث تتحول البيكربونات إلى كربونات تترسب داخل إناء التسخين أو الغلي. لذا، يطلق على العسر الناتج من هذه الأملاح، "العسر المؤقت".

وهو يختلف عن العسر الدائم، الناتج عن سلفات الماغنسيوم أو الكالسيوم، ولا يمكن التخلص منه بالحرارة. وكما أن الماء العسر، غير مناسب للاستعمال العام، فإن الماء شديد اليسر غير مناسب، أيضاً، للاستعمال العام، لأن طعمه غير مناسب، لخلوه من ثاني أكسيد الكربون. وكذلك يذيب الماء اليسر الرصاص في الأنابيب المصنوعة من هذا المعدن، لأنه يؤدي إلى تكوين هيدروكسيد الرصاص، وهي مادة قابلة للذوبان في الماء، مما يؤدي إلى التسمم بالرصاص، نتيجة الاستعمال المستمر لهذا الماء المحتوي على الرصاص.

موضوع: رد: المياه الجمعة 08 أبريل 2016, 11:52 pm

المبحث الثاني

دورة الماء على سطح الأرض

Hydrologic Cycle

خامساً: نقص المياه وتلوثها

يُعدّ النقص في إمدادات المياه العذبة، من المشكلات المؤرقة، في كل زمان ومكان. واليوم تزداد هذه المشكلة عن قبل، لازدياد الطلب على الماء العذب. وترتفع كثير من الأصوات، هنا وهناك، محذرة من عدم كفاية الماء العذب، نتيجة انخفاض المخزون العالمي منه. إلاّ أن كمية الماء، كانت وسوف تظل، هي نفس كمية الماء نفسها، التي كانت موجودة على سطح الأرض من قبل، ويُعاد استخدامها مرات بعد مرات، من خلال دورة الماء في الطبيعة.

إن كمية الماء الموجودة فوق الأرض، كافية لكل الاحتياجات، ومع ذلك فان هذه الكمية ليست موزعة بالتساوي. فهناك بعض المناطق تعاني من القحط والجفاف، بينما مناطق أخرى بها كل مصادر المياه العذبة، من أمطار وأنهار وبحيرات. ولا يخفى أن الإنسان قد صنع بنفسه مشكلة المياه في بعض المناطق، بسوء استخدامه لمصادر المياه الطبيعية.

وتختلف البلدان في العالم، من حيث نصيبها من المياه العذبة الموجودة على الأرض، حيث يقدر نصيب كل دولة بما تستقبله من أمطار. فدولة مثل انجلترا، تستقبل قدراً كبيراً من مياه الأمطار عاماً بعد عام. لذا، فثرواتها من المياه العذبة متعددة، من الأنهار والبحيرات والمخازن الجوفية. بينما دولة مثل المملكة العربية السعودية، تستقبل قدراً ضئيلاً من الأمطار، مما يجعلها من الدول الفقيرة في مصادر المياه العذبة.

وتسقط الأمطار بكميات غزيرة على الكرة الأرضية، إلاّ أن هذا الهطول غير متساو. ولو قُدر لهذه الأمطار الهطول بتساو على الكرة الأرضية، لاستقبلت كل المناطق كمية من الماء، تقرب من 86سم سنوياً. وبصفة عامة، فإن أكثر مناطق العالم تعداداً بالسكان، تسقط عليها أمطار كافية كل عام، مثل أوروبا وجنوب شرقي آسيا، وشرق الولايات المتحدة، والهند، والصين. لكن أكثر من نصف مساحة الأرض، مناطق جافة لا تسقط عليها أمطار إلاّ نادراً، مثل غالبية آسيا، ووسط أستراليا، وغالبية شمال أفريقيا، والشرق الأوسط. وهذه المناطق تعاني من نقص مستمر في موارد المياه، نتيجة قلة ما تستقبله من مياه الأمطار. يضاف إلى هذا، أن بعض المناطق ذات الموارد الكافية من الأمطار، قد تتعرض في بعض السنوات، أو المواسم، إلى نقص حاد في الأمطار، مما يعرضها لمخاطر نقص المياه والجفاف، مثلما حدث في الثمانينات في الأرجنتين، واستراليا، والبرازيل، وأثيوبيا، والعديد من الأقطار الأخرى.

1. سُبل حماية مصادر المياه واستغلالها

على مرّ التاريخ بحث الإنسان عن مصادر المياه العذبة، واستوطن بجانبها. وقامت حولها العديد من الحضارات. ونتيجة لوفرة هذه المصادر، من أنهار وبحيرات، لم يفطن الإنسان إلى ما بين يديه من ثروة. فلم يحافظ عليها، وبددها وأهدرها. وألقت العديد من المدن والقرى بنفاياتها وصرفها، في الماء العذب فلوثته.

وفي أغلب البلاد، تقدر المستحقات التي تدفع على استهلاك الماء، وفقاً لحجم المنزل أو السكن، دون اعتبار لمقدار ما يتم استهلاكه من المياه، مما حدا بسكان هذه المنازل، إلى الإسراف في استهلاك المياه العذبة. إلاّ أنه في بعض المدن، تُركب عدادات لتقدير المياه، على أساس الاستهلاك الفعلي. وفي هذه الحالة تزداد قيمة المستحقات المدفوعة، تبعاً لكمية المياه المستهلكة، مما يشجع على الاقتصاد في استهلاك الماء، وإقلال الفاقد منها، عن طريق إصلاح شبكة المياه في المنازل، وأنابيب المياه التالفة.

كما بدأ في العديد من المدن، مشاريع الاستفادة من مياه الصرف الصحي، عن طريق معالجتها بدلاً من صرفها في البحار، أو مسطحات المياه العذبة وتلويثها. وتستخدم مياه الصرف المعالجة، في استصلاح الأراضي واستزراعها، وري الحدائق والشوارع، بدلاً من المياه العذبة.

كما بدأت بعض البلاد الصحراوية، في تنفيذ مشاريع إعذاب مياه البحر، لاستخدامها كمصدر للمياه العذبة، بعدما تناقصت موارد المياه العذبة، من آبار وعيون وبحيرات. كما بدأت هذه البلدان في إجراء البحوث الجادة، حول إمكانية إسقاط الأمطار اصطناعياً، ولكن هذه الأفكار لا تزال طور الأبحاث، لأنها مكلفة للغاية في الوقت الحاضر. (اُنظر جدول متوسط معدلات استهلاك المياه، في المنازل، في بعض المدن) و(جدول تقدير الاحتياج للمياه النقية للاستعمال المنزلي في بعض دول حوض البحر الأبيض المتوسط).

2. معالجة مياه الشرب

تزايد الاهتمام العالمي بجودة مياه الشرب، من منتصف القرن العشرين. وقد تُرجم هذا الاهتمام بوضع معايير صحية لمواصفات مياه الشرب، الصالحة للاستهلاك الآدمي، بما يكفل حفظ صحة الإنسان وحمايتها، فقد ارتبطت العديد من الأوبئة وانتشارها بماء الشرب الملوث، مثلما حدث في وباء الكوليرا في مدينة هامبورج عام 1829، حينما أُصيب ما يزيد عن 17 ألفاً، وتوفي ما يزيد عن نصفهم نتيجة هذا الوباء. وقد بادرت هيئة الأمم المتحدة بالعمل على إصدار هذه المعايير، من خلال إحدى منظماتها المتخصصة، وهي منظمة الصحة العالمية (WHO)، التي أصدرت العديد من الإصدارات، التي تحتوي على مواصفات مياه الشرب، والمعايير الصحية، التي يجب ألاّ تقل مياه الشرب عنها.

وللوصول إلى هذه المعايير والمواصفات القياسية لمياه الشرب، كان لا بدّ من تعريض مياه الشرب، سواء كانت مياه سطحية أو جوفية، للعديد من المعاملات الخاصة، للوصول إلى أقصى درجة من النقاء. ولكي تتوافق مواصفات هذه المياه، مع مواصفات مياه الشرب القياسية العالمية. وتتضمن معالجة مياه الشرب وتنقيتها، العديد من الخطوات والمراحل، منها: مرحلة فصل الرمال والمواد العالقة من الماء، ثم مرحلة الترويب والتخثير Coagulation & Flocculation، وتليها مرحلة الترسيب Sedimentation، ثم مرحلة الترشيح الرملي Sand Filtration، وتنتهي عملية المعالجة باضافة الكلور، وهو ما يعرف بعملية "الكلورة" Chlorination. ويتم اتباع هذه الخطوات في العديد من محطات التنقية المقامة على نهر النيل، لتنقية مياه النيل، والعديد من الآبار الجوفية، التي تستمد مياهها من خلال الطبقات الأرضية. (اُنظر جدول الخصائص الطبيعية للماء النقي) و(جدول موجز للمعايير الاسترشادية لجودة مياه الشرب الآدمي الصادرة عن مجموعة الدول الأوروبية (EC) عام 1992) و(جدول موجز للمعايير الاسترشادية لجودة مياه الشرب الآدمي الصادرة عن منظمة الصحة العالمية (WHO) لعام 1988)

3. تلوث الماء

]ظَهَرَ الْفَسَادُ فِي الْبَرِّ وَالْبَحْرِ بِمَا كَسَبَتْ أَيْدِي النَّاسِ[ w (سورة الروم، الآية: 41)

على الرغم من أن حاجة الإنسان الملحة للماء، وارتباط بقائه ببقاء الماء ونقائه، إلاّ أنه على الرغم من ذلك، لم يحسن التعامل مع الماء، نتيجة ازدياد الأنشطة السكانية الزراعية والصناعية، بالقرب من مصدر هذه المياه، مما قلل من خواصها الطبيعية والكيميائية، نتيجة ازدياد تركيز العديد من الملوثات في هذه المياه. وكنتيجة لازدياد هذه الأنشطة، فقدت هذه المياه مقدرتها على التخلص من الملوثات، وبدأت أعراض تلك الملوثات في طرق ناقوس الخطر، حيث تدهور محصول البحار والمحيطات والأنهار، وماتت الكائنات الحية، وانقرض بعضها، وأصبحت المياه في العديد من المناطق والأماكن، غير صالحة للاستهلاك الآدمي.

وهناك العديد من مصادر التلوث، التي تصيب البيئة المائية، يمكن تقسيمها إلى أربعة أقسام هي:

أ. التلوث الفيزيائي

وينتج عن تغيير المواصفات القياسية للماء، عن طريق تغير درجة حرارته أو ملوحته، أو ازدياد المواد العالقة به، سواء كانت من أصل عضوي أو غير عضوي. وينتج ازدياد ملوحة الماء، غالباً، عن ازدياد كمية البخر لماء البحيرة، أو الأنهار، في الأماكن الجافة، دون تجديد لها، أو في وجود قلة من مصادر المياه. كما أن التلوث الفيزيائي الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة، يكون، في غالب الأحوال، نتيجة صب مياه تبريد المصانع والمفاعلات النووية، القريبة من المسطحات المائية، في هذه المسطحات، مما ينتج عنه ازدياد درجة الحرارة، ونقص الأكسجين، مما يؤدي إلى موت الكائنات الحية في هذه الأماكن (اُنظر صورة التلوث الفيزيائي).

ب. التلوث الكيميائي

وينتج هذا التلوث غالباً عن ازدياد الأنشطة الصناعية، أو الزراعية، بالقرب من المسطحات المائية، مما يؤدي إلى تسرب المواد الكيميائية المختلفة إليها. وتعد كثيرةٌ من الأملاح المعدنية والأحماض والأسمدة والمبيدات، من نواتج هذه الأنشطة التي يؤدي تسربها في الماء إلى التلوث، وتغير صفاته (اُنظر شكل تلوث المياه والأمطار الحمضية) و(صورة التلوث الكيميائي)

وهناك العديد من الفلزات السامة الغذائية في الماء، تؤدي إلى التسمم إذا وجدت بتركيزات كبيرة، مثل الباريوم والكادميوم والرصاص والزئبق. أمّا الفلزات غير السامة، مثل الكالسيوم والماغنسيوم والصوديوم، فإن زيادتها في الماء تؤدي إلى بعض الأمراض، إضافة إلى تغير خصائص الماء الطبيعية، مثل الطعم وجعله غير مستساغ. كما أن هناك أيضاً التلوث بالمواد العضوية، مثل الأسمدة الفوسفاتية والأزوتية، التي يؤدي وجودها في الماء إلى تغير رائحته، ونمو الحشائش والطحالب، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الماء، وزيادة البخر. وقد يؤدي في النهاية إلى ظاهرة الشيخوخة المبكرة للبحيرات Eutrophication، حيث تتحول هذه البحيرات إلى مستنقعات مليئة بالحشائش والطحالب، وقد تتحول في النهاية إلى أرض جافة

ج. التلوث البيولوجي

وينتج هذا التلوث عن ازدياد الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض، مثل البكتريا والفيروسات والطفيليات في المياه. وتنتج هذه الملوثات، في الغالب، عن اختلاط فضلات الإنسان والحيوان بالماء، بطريق مباشر عن طريق صرفها مباشرة في مسطحات المياه العذبة، أو المالحة، أو عن طريق غير مباشر عن طريق اختلاطها بماء صرف صحي أو زراعي. ويؤدي وجود هذا النوع من التلوث، إلى الإصابة بالعديد من الأمراض. لذا، يجب عدم استخدام هذه المياه في الاغتسال أو في الشرب، إلاّ بعد تعريضها للمعاملة بالمعقمات المختلفة، مثل الكلور والترشيح بالمرشحات الميكانيكية.

د. التلوث الإشعاعي

ومصدر هذا التلوث يكون،غالباً، عن طريق التسرب الإشعاعي من المفاعلات النووية، أو عن طريق التخلص من هذه النفايات، في البحار والمحيطات والأنهار. وفي الغالب لا يُحدث هذا التلوث أي تغيير في صفات الماء الطبيعية، مما يجعله أكثر الأنواع خطورة، حيث تمتصه الكائنات الموجودة في هذه المياه، في غالب الأحوال، وتتراكم فيه، ثم تنتقل إلى الإنسان، أثناء تناول هذه الأحياء، فتحدث فيه العديد من التأثيرات الخطيرة، منها الخلل والتحولات التي تحدث في الجينات الوراثية.

هـ. تلوث المياه السطحية

(1) تلوث الأنهار والبحيرات

يُعدّ هذا التلوث من أخطر أنواع تلوث المياه على الإطلاق، لأنه يؤثر على مياه الشرب والمياه المستخدمة في الزراعة والري. وينتج تلوث الأنهار والبحيرات، عن عدة مصادر، منها صرف الملوثات الكيميائية المختلفة الناتجة عن المصانع، والصرف الصحي في هذه الأنهار والمحيطات. كما أن مخلفات الصرف الزراعي، المحملة بالعديد من الأسمدة العضوية، ومياه السيول المحملة بالمواد الذائبة العضوية والكيميائية، تعد من المصادر الخطيرة لتلوث مياه الأنهار والبحيرات، التي لا يمكن تحديد كميتها أو التحكم فيها. إلاّ أنه في العصر الحديث، ومع ازدياد النشاط الصناعي وتلوث الجو، أصبحت مشكلة الأمطار الحمضية من الأخطار، التي تهدد مصادر المياه العذبة في العالم، بصفة خاصة في البلدان الصناعية (اُنظر شكل تلوث الأنهار).

(2) تلوث البحار والمحيطات

يؤدي تلوث البحار والمحيطات، بصفة أساسية، إلى اختلال التوازن البيئي على كوكب الأرض. ومما يزيد الأمر تعقيداً، تعدد مصادر التلوث وصعوبة سن أو تطبيق قوانين حماية البحار والمحيطات، حيث تعد البحار والمحيطات معابر عالمية للملاحة الدولية. وهناك العديد من مصادر التلوث للبحار والمحيطات، منها الصرف الصحي، حيث تفرغ العديد من الدول والبلدان، المطلة على البحار والمحيطات، مياه صرفها الصحي في هذه المسطحات المائية. وقد أحدثت هذه المصادر الضرر البالغ بالعديد من المسطحات المائية، منها على سبيل المثال ما حدث في البحر الأبيض المتوسط، أوائل السبعينيات. ولكن خطة بناء محطات معالجة مياه الصرف الصحي، في جميع المدن الساحلية المطلة على البحر المتوسط. أسهمت بصورة كبيرة في انخفاض منسوب التلوث، الناتج عن الصرف الصحي.

ولا يختلف الأمر كثيراً بالنسبة للصرف الصناعي، حيث تصرف الدول الصناعية مخلفاتها الصناعية ونفاياتها السامة والإشعاعية، في عرض البحر بواسطة السفن، أو تدفنها في قاع المحيطات. كما يُعدّ التسرب البترولي من حقول البترول، أو من حوادث الناقلات المحملة بالنفط، من أحد أسباب التلوث المهمة في البحار والمحيطات. ومما يزيد من خطورة هذه المصادر، عدم التزام العديد من الدول بتطبيق الاتفاقيات والمعاهدات الدولية، التي أنشئت ووقِّعت لحماية البيئة، مثل معاهدة لندن عام 1972، واتفاقية الكويت لحماية البيئة البحرية، التي وقعتها دول الخليج عام 1978.

و. تلوث المياه الجوفية

منذ أمد بعيد كانت الآبار من مصادر المياه النقية، التي لا يمكن تلوث مياهها نتيجة للتأثير الترشيحي للتربة على المياه المترسبة، غير أن هذا الاعتقاد تغير الآن.

ففي كثير من الحالات، تكون الآبار المستخدمة قريبة من سطح الأرض، كما هو الحال في الآبار قليلة الغور، وتزداد فرصة تعرضها للتلوث البيولوجي أو الكيميائي.

أمّا في حالة الآبار العميقة، وهي التي يزيد عمقها عن 40 - 50 قدماً، فتقل فرص التلوث فيها، لأن المياه تمر في هذه الحالة على طبقات مسامية نصف نفاذة، تعمل في كثير من الأحيان على ترشيح الماء وتخليصه من معظم الشوائب. غير أن الشواهد، التي تجمعت في السنوات القليلة الماضية، دلت على أن بعض المبيدات الحشرية والمواد الكيميائية، وجدت طريقها إلى طبقة المياه الحاملة Aquifers في باطن الأرض. وتعد هذه المعلومات العلمية الحديثة في غاية الخطورة. إذ تشير الدلائل إلى تعرض المخزون الكبير للأرض من الماء العذب، إلى التلوث من مصادر عديدة. ومن هذه المصادر:

(1) الأنشطة الزراعية

حيث يؤدي استعمال الماء بالطرق القديمة، مثل الغمر أو الاستعمال المفرط للمياه، مع سوء استخدام المبيدات الحشرية والأسمدة، إلى زيادة تركيز الأملاح والمعادن والنترات في المياه الجوفية، بصفة خاصة إذا لم تتوفر أنظمة الصرف الزراعي العلمية.

(2) استخدام آبار الحقن

وهي آبار تستخدم لحقن النفايات الصناعية والإشعاعية، في الطبقات الجوفية العميقة الحاملة للمياه المالحة. إلاّ أنه قد ينتج عن ذلك تسرب هذه النفايات إلى الطبقات العليا الحاملة للمياه العذبة عن طريق الأنابيب عبر المحكمة، أو عن طريق سريانها في اتجاه الطبقات الحاملة للمياه العذبة، عن طريق التصدعات في الطبقات غير المنفذة.

(3) بيارات الصرف

وهي الحفر والحجرات، التي تُبنى في القرى والمدن، التي لا يتوفر فيها أنظمة صرف صحي كوسيلة للتخلص من الفضلات والمياه المستعملة. واستخدام هذه البيارات يؤدي في كثير من الأحيان، إلى تسرب ما تحمله من بكتريا ومواد عضوية إلى الطبقة الحاملة، والى تلوثها.

(4) تداخل المياه المالحة

وتحدث في الآبار القريبة من البحار المالحة، نتيجة الضخ والاستخدام المفرط للمياه العذبة، مما يؤدي إلى تسرب المياه المالحة من البحر في اتجاه الطبقات الحاملة، واختلاطها بالمياه العذبة. ونتيجة لذلك، تصبح هذه المياه غير صالحة للشرب أو الزراعة.

(5) التخلص السطحي من النفايات

ويحدث هذا، غالباً، في البلاد الصناعية، حيث تدفن هذه البلاد نفاياتها الصناعية، في برك تخزين سطحية (اُنظر صورة تخزين النفايات الصناعية). فعلى سبيل المثال، يتم التخلص من حوالي 390 مليون طن من النفايات الصلبة في الولايات المتحدة الأمريكية، عن طريق دفنها في أماكن مخصصة على سطح الأرض. كما يجري التخلص من حوالي 10 آلاف مليون جالون من النفايات السائلة عن طريق وضعها في برك تخزين سطحية. وقد يؤدي عدم إحكام عزل هذه البرك، إلى تسرب هذه النفايات إلى الطبقة الحاملة للمياه العذبة، حيث يعد 10% من هذه النفايات ذات خطورة حقيقية، على صحة الإنسان والبيئة.

وعند حدوث تلوث للمياه الجوفية، يصعب، إن لم يكن مستحيلاً، التخلص من هذا التلوث، أو إجراء أي معالجة للمياه الموجودة في الطبقات الحاملة. ومما يزيد الأمر تعقيداً، وجود هذه المياه في باطن الأرض وبطء حركتها، ذلك أن سرعة سريان هذه المياه في باطن الأرض، لا يتجاوز عدة أمتار في اليوم، أو ربما عدة أمتار في السنة، تبعاً لمكان المياه الجوفية ونوعها. وهذا يعني مرور السنين الطوال قبل التخلص من أي تلوث، أو قبل اكتشاف أي تلوث. مما يؤدي إلى انتشاره عبر المجاري والأنهار، الجارية في باطن الأرض.

موضوع: رد: المياه الجمعة 08 أبريل 2016, 11:58 pm

المبحث الثاني

دورة الماء على سطح الأرض

جدول

متوسط معدلات استهلاك المياه، في المنازل، في بعض المدن

(لتر/ فرد ـ يوم)

معدل منخفض	معدل متوسط	معدل عالٍ	اسم المدينة	م
70	149	260	القاهرة ـ مصر	1
55	130	220	الإسكندرية ـ مصر	2
56	116	175	إستانبول ـ تركيا	3
75	120	155	جدة ـ السعودية	4
47	127	182	هونج كونج	5
72	117	170	لندن ـ إنجلترا	6
75	105	126	مالفيرن ـ إنجلترا	7
60	90	116	مانسفيلد ـ إنجلترا	8
55	152	204	جاكرتا ـ إندونيسيا	9
150	193	220	نيويورك ـ أمريكا	10
190	225	380	تكساس ـ أمريكا	11
210	254	470	لوس أنجلوس ـ أمريكا	12

موضوع: رد: المياه الجمعة 08 أبريل 2016, 11:58 pm

جدول

تقدير الاحتياج للمياه النقية للاستعمال المنزلي

في بعض دول حوض البحر الأبيض المتوسط

احتياج المياه (مليون متر مكعب/ يوم)			معدل النمو الاقتصادي %	عدد السكان (مليون نسمة)			الدولة
2010	2000	1990	معدل النمو الاقتصادي %	2010	2000	1990	الدولة
7.50	6.50	5.10	4.10	80	66	52	مصر
1.00	0.75	0.50	4.50	9	6	4.5	ليبيا
1.30	1.00	0.70	3.20	13	10	8.2	تونس
4.50	3.40	2.60	2.10	45	34	25	الجزائر
4.00	2.90	2.40	2.30	40	32	25	المغرب
0.40	0.30	0.20	3.50	4	3.5	2.8	لبنان
2.30	1.60	1.10	2.90	18	15	12.5	سورية
1.5	1	0.60	3.80	5	4	3.2	الأردن
10	6.80	5.10	2.60	83	68	56	تركيا
1.25	1.00	0.60	2.60	6	5	4.7	إسرائيل
1.30	1.20	1.10	2.80	11	10.5	10.2	اليونان
0.25	0.20	0.15	2.60	1.1	0.90	0.70	قبرص
17.10	13.9	10.4	3.00	62	60	58	إيطاليا
0.50	0.40	0.30	3.50	4.5	4	3.3	ألبانيا
0.20	0.15	0.10	2.50	1	0.75	0.5	مالطة
18	14.0	10.1	2.40	61	59	56.5	فرنسا
8.60	7.40	4.75	2.40	43	41	39	أسبانيا

موضوع: رد: المياه السبت 09 أبريل 2016, 12:00 am

جدول

الخصائص الطبيعية للماء النقي

القيمة	الخاصية	م
خالٍ تماماً	اللون/ الطعم/ الرائحة	1
خالٍ تماماً	الشوائب العالقة (طبيعية أو حيوية)	2
خالٍ تماماً	الأملاح والمركبات العضوية والغير عضوية	3
5-8 ملجم/ لتر	الأكسجين الذائب عند درجة 25^°م	4
2-3 ملجم/ لتر	ثاني أكسيد الكربون الذائب عند درجة 25^°م	5
0.0004 ميكروموز/ سم²	درجة التوصيل الكهربي عند 18^°م	6
1.555 وات/ متر. درجة	درجة التوصيل الحراري عند 40.8^°م	7
1.33 وحدة	معامل الانكسار الضوئي عند 20^°م	8
17.62 مليمتر زئبق	الضغط البخاري عند 20^°م	9
1.00 كيلوجول/ كجم. درجة	الحرارة النوعية عند 1^°م	10
0.99 كيلوجول/ كجم. درجة	الحرارة النوعية عند 20^°م	11
1.00 جرام/ سم³	الكثافة عند 4^°م	12
0.99823 جرام/ سم³	الكثافة عند 20^°م	13
صفر درجة مئوية	درجة التجمد	14
100 درجة مئوية	درجة الغليان	15
7 وحدة	الأس الهيدروجيني	16
584.9 جرام. كالورى/ جرام	الحرارة الكامنة للتبخير عند 20^°م	17
72.75 داين/ سم	التوتر السطحي عند 20^°م	18

موضوع: رد: المياه السبت 09 أبريل 2016, 12:01 am

جدول

موجز للمعايير الاسترشادية لجودة مياه الشرب الآدمي

الصادرة عن منظمة الصحة العالمية (WHO) لعام 1988

قيمة المعيار الاسترشادي	الوحدة	الخاصية/ أو المكون	[ltr]م[/ltr]
(أ) نوع المياه الميكروبيولوجية Microbiological Quality
صفر 10	عدد/100 مل عدد/ 100 مل	المياه غير المنقولة في مواسير Unpiped Water · البكتريا القولونية البرازية Faecal Coliforms · الكائنات القولونية Coliform Organisms	1
صفر صفر	عدد/100 مل عدد/ 100 مل	المياه المنقولة في مواسير Piped Water · البكتريا القولونية البرازية Faecal Coliforms · الكائنات القولونية Coliform Organisms	2
صفر صفر	عدد/100 مل عدد/ 100 مل	المياه المعبأة Bottled Water · البكتريا القولونية البرازية Faecal Coliforms · الكائنات القولونية Coliform Organisms	3
(ب) المكونات الغير عضوية المؤثرة على الصحة Inorganic Constituents of Health Significance
0.05	Mg./liter	زرنيخ Arsenic (As)	4
0.005	Mg./liter	كادميوم Cadmium (Cd)	5
0.05	Mg./liter	كروم Chromium (Cr)	6
0.10	Mg./liter	سيانيد Cyanide (CN)	7
1.50	Mg./liter	فلوريد Fluoride (F)	8
0.05	Mg./liter	رصاص Lead (Pb)	9
0.001	Mg./liter	زئبق Mercury (Hg)	10
10.00	Mg./liter	نترات Nitrate (NO₃-N)	11
0.01	Mg./liter	سيلينيوم Selenium (Se)	12
تضم هذه المجموعة أيضاً المكونات التالية، ولم يصدر بشأنها قيم معيارية: [ltr]Asbestos, Barium, Beryllium, Hardness, Nickel, Nitrite, Silver, & Sodium[/ltr]
(ج) المكونات العضوية المؤثرة على الصحة Organic Constituents of Health Significance
0.03	Ug/1	الدرين وثنائي الدرين Aldrin & Dieldrin	13
10	Ug/1	بنزين Benzene	14
0.01	Ug/1	بنزو بيرين Penzo (a) Pyrene	15
3	Ug/1	رباعي كلوريد الكربون Carbon Tetrachloride	16
0.30	Ug/1	كلوردان Chlordane	17
30	Ug/1	كلورفورم Chloroform	18
1	Ug/1	د.د.ت D.D.T	19
10	Ug/1	2.1 ثنائي كلورواثان Dichloroethane	20
0.30	Ug/1	1.1 ثنائي كلورواثين Dichloroethane	21
0.01	Ug/1	سباعي كلور ايبوكسي Heptachlor Epoxide	22
3	Ug/1	لندان Lindane	23
30	Ug/1	ميثوكسي كلور Methoxychlor	24
10	Ug/1	خماسي كلوروفينول Pentachlorophenol	25
10	Ug/1	رباعي كلورو ايثين Tetrachloroethene	26
30	Ug/1	ثلاثي كلورو ايثين Trichloroethene	27
10	Ug/1	ثلاثي كلوروفينول Trichlorophenol	28
تضم هذه المجموعة، كذلك، جميع مركبات الكلوروبنزين والكلوروفينول والهالوميثان الثلاثية، ولم يصدر في شأنها قيم معيارية
(د) مكونات تؤثر على مذاق المياه وطعمها Aesthetic Quality
0.20	Mg/1	ألومنيوم Aluminum (Al)	29
2.50	Mg/1	كلوريد Chloride (Cl)	30
15	CU	اللون Color	31
1	Mg/1	نحاس Copper (Cu)	32
لا توجد	Mg/1	منظفات Detergents (Anionic)	33
500	Mg/1	عسر Hardness (CaCO₃)	34
لا تميز رائحته	Mg/1	كبريتيد الهيدروجين Hydrogen Sulphide	35
0.3	Mg/1	حديد Iron (Fe)	36
0.1	Mg/1	منجنيز Manganese (Mn)	37
6.50 - 8.50	وحدة	الأس الهيدروجيني pH - Value	38
200	Mg/1	صوديوم Sodium (Na)	39
400	Mg/1	كبريتات Sulphate (SO₄)	40
لا توجد	---	الطعم والرائحة Taste & Odor	41
1000	Mg/1	المواد الصلبة الكلية الذائبة T.D.S.	42
5	NTU	العكارة Turbidity	43
5	Mg/1	زنك Zinc (Zn)	44
(هـ) المكونات ذات النشاط الإشعاعي Radioactive Constituents
0.10	Bq/1	إجمالي نشاط ألفا Gross Alpha Activity	45

موضوع: رد: المياه السبت 09 أبريل 2016, 12:04 am

جدول

موجز للمعايير الاسترشادية لجودة مياه الشرب الآدمي

الصادرة عن منظمة الصحة العالمية (WHO) لعام 1988

قيمة المعيار الاسترشادي	الوحدة	الخاصية/ أو المكون	[ltr]م[/ltr]
(أ) نوع المياه الميكروبيولوجية Microbiological Quality
صفر 10	عدد/100 مل عدد/ 100 مل	المياه غير المنقولة في مواسير Unpiped Water · البكتريا القولونية البرازية Faecal Coliforms · الكائنات القولونية Coliform Organisms	1
صفر صفر	عدد/100 مل عدد/ 100 مل	المياه المنقولة في مواسير Piped Water · البكتريا القولونية البرازية Faecal Coliforms · الكائنات القولونية Coliform Organisms	2
صفر صفر	عدد/100 مل عدد/ 100 مل	المياه المعبأة Bottled Water · البكتريا القولونية البرازية Faecal Coliforms · الكائنات القولونية Coliform Organisms	3
(ب) المكونات الغير عضوية المؤثرة على الصحة Inorganic Constituents of Health Significance
0.05	Mg./liter	زرنيخ Arsenic (As)	4
0.005	Mg./liter	كادميوم Cadmium (Cd)	5
0.05	Mg./liter	كروم Chromium (Cr)	6
0.10	Mg./liter	سيانيد Cyanide (CN)	7
1.50	Mg./liter	فلوريد Fluoride (F)	8
0.05	Mg./liter	رصاص Lead (Pb)	9
0.001	Mg./liter	زئبق Mercury (Hg)	10
10.00	Mg./liter	نترات Nitrate (NO₃-N)	11
0.01	Mg./liter	سيلينيوم Selenium (Se)	12
تضم هذه المجموعة أيضاً المكونات التالية، ولم يصدر بشأنها قيم معيارية: [ltr]Asbestos, Barium, Beryllium, Hardness, Nickel, Nitrite, Silver, & Sodium[/ltr]
(ج) المكونات العضوية المؤثرة على الصحة Organic Constituents of Health Significance
0.03	Ug/1	الدرين وثنائي الدرين Aldrin & Dieldrin	13
10	Ug/1	بنزين Benzene	14
0.01	Ug/1	بنزو بيرين Penzo (a) Pyrene	15
3	Ug/1	رباعي كلوريد الكربون Carbon Tetrachloride	16
0.30	Ug/1	كلوردان Chlordane	17
30	Ug/1	كلورفورم Chloroform	18
1	Ug/1	د.د.ت D.D.T	19
10	Ug/1	2.1 ثنائي كلورواثان Dichloroethane	20
0.30	Ug/1	1.1 ثنائي كلورواثين Dichloroethane	21
0.01	Ug/1	سباعي كلور ايبوكسي Heptachlor Epoxide	22
3	Ug/1	لندان Lindane	23
30	Ug/1	ميثوكسي كلور Methoxychlor	24
10	Ug/1	خماسي كلوروفينول Pentachlorophenol	25
10	Ug/1	رباعي كلورو ايثين Tetrachloroethene	26
30	Ug/1	ثلاثي كلورو ايثين Trichloroethene	27
10	Ug/1	ثلاثي كلوروفينول Trichlorophenol	28
تضم هذه المجموعة، كذلك، جميع مركبات الكلوروبنزين والكلوروفينول والهالوميثان الثلاثية، ولم يصدر في شأنها قيم معيارية
(د) مكونات تؤثر على مذاق المياه وطعمها Aesthetic Quality
0.20	Mg/1	ألومنيوم Aluminum (Al)	29
2.50	Mg/1	كلوريد Chloride (Cl)	30
15	CU	اللون Color	31
1	Mg/1	نحاس Copper (Cu)	32
لا توجد	Mg/1	منظفات Detergents (Anionic)	33
500	Mg/1	عسر Hardness (CaCO₃)	34
لا تميز رائحته	Mg/1	كبريتيد الهيدروجين Hydrogen Sulphide	35
0.3	Mg/1	حديد Iron (Fe)	36
0.1	Mg/1	منجنيز Manganese (Mn)	37
6.50 - 8.50	وحدة	الأس الهيدروجيني pH - Value	38
200	Mg/1	صوديوم Sodium (Na)	39
400	Mg/1	كبريتات Sulphate (SO₄)	40
لا توجد	---	الطعم والرائحة Taste & Odor	41
1000	Mg/1	المواد الصلبة الكلية الذائبة T.D.S.	42
5	NTU	العكارة Turbidity	43
5	Mg/1	زنك Zinc (Zn)	44
(هـ) المكونات ذات النشاط الإشعاعي Radioactive Constituents
0.10	Bq/1	إجمالي نشاط ألفا Gross Alpha Activity	45

موضوع: رد: المياه السبت 09 أبريل 2016, 12:05 am

المصادر والمراجع

المراجع العربية

1. إبراهيم صالح المعتاز، "الأمطار"، مجلة العلوم والتقنية، العدد الثاني عشر، مايو 1990.

2. أشرف صحبي عبدالعاطي، "ترشيد المياه واقع وآفاق"، دار ومكتبة الإسراء، ط1، طنطا، 1999.

3. أطلس العالم، "أطلس جغرافي مصور"، مكتبة الصغار، بيروت، 1996.

4. آن تيري هوايت، "الأنهار العظيمة في العالم"، ترجمة محمد عبدالفتاح إبراهيم، سلسلة كل شئ عن، العدد 16، دار المعارف، ط7، 1992.

5. سمير المنهراوي، عزة حافظ، "المياه العذبة"، الدار العربية للنشر والتوزيع، ط1، القاهرة، 1997.

6. عبد الله محمد الرجيلي، إبراهيم بن سعد الجضعي، "معالجة مياه الشرب، مجلة العلوم والتقنية، العدد الثاني عشر، مايو 1990.

7. فريدناند لين، "البحر"، ترجمة محمود محمد رمضان، سلسلة كل شئ عن، العدد 15، ط6، 1992.

8. محمد رشاد الطوبي، "وجعلنا من الماء كل شئ حي"، سلسلة كتاب اقرأ، العدد 507، دار المعارف، ط2، 1992.

المراجع الأجنبية

[ltr]1. Beattie, C., et al., The DK Science Encyclopedia, DK Publishing, Inc., New York, 1994.[/ltr]

[ltr]2. Burton, M.A.S., Biological Monitoring of Environmental Contaminants, University of London, 1986.[/ltr]

[ltr]3. Campbell, N.A., Biology, The Benjamin/ Cummings Publishing Co., Inc., California, 1987.[/ltr]

[ltr]4. Canadian Ministry of Suppply & Services: Guidelines For Drinking Water Quality, Supporting Documentation, Quebec, 1980.[/ltr]

[ltr]5. Cheesman, R., Wilson, A., Manual on Analytical Quality Control for the Water Industry, Water Research Centre, Stevenage, 1978.[/ltr]

[ltr]6. Degremot, Water Treatment Handbook, 6th edition, Intercept Ltd, Hampshire, 1991.[/ltr]

[ltr]7. Encyclopedia Academic, Grolier International, New York, 1990.[/ltr]

[ltr]8. Encyclopedia Britannica, En. Bri. Inc., Chicago, 1993.[/ltr]

[ltr]9. Encyclopedia of Science and Technology, McGraw-Hill,. New York.,1994.[/ltr]

[ltr]10. Environmental Protection Agency, EPA, Quality Criteria for Water, Washington DC., 1976.[/ltr]

[ltr]11. Farndon, J., Children's Encyclopedia, Harper Collins Pubishers Ltd., London, 1998.[/ltr]

[ltr]12. Jervis, P., Water, Barnes & Noble, Inc., Italy, 1997.[/ltr]

[ltr]13. Klaus Lanz, The Greenpeace Book of Water, Sterling Publishing Co., Inc., New York, 199.[/ltr]

[ltr]14. Lodish, Harvey, et al., Molecular Cell Biology, 3rd ed., Scientific American Books, New York, 1995.[/ltr]

[ltr]15. Mader, S., Inquiry into Life, 8th ed. Wm. C. Brown Publishers, London, 1997.[/ltr]

[ltr]16. Muirden, J., et al., The Kingfisher Visual Factfinder, Kingfisher, Larousse Kingfisher Chambers Inc., New York, 1996.[/ltr]

[ltr]17. National Research Council, NRC, Drinking Water and Health, National Academy of Sciences, Washington DC., 1977.[/ltr]

[ltr]18. Whitfield, P., The Book of Evolution from so Simple a Beginning, Macmillan Publishing Co., New York, 1993.[/ltr]

[ltr]19. World Health Organization, WHO, Examination of Water for Pollution Control, vol. 1,2,3, Pergamon press, Oxford, 1982.[/ltr]

[ltr]20. World Health Organization, WHO, Guidelines for Drinking Water Quality, vol. 1, Recommendations, after the First Impression 1983, Geneva, 1988.[/ltr]

[ltr]21. World Health Organization, WHO, Guidelines for Drinking Water Quality, vol. 2, Health Criteria and Other Supporting Information, after the First Impression 1984, Geneva, 1988.[/ltr]

[ltr]22. World Health Organization, WHO, Guidelines for Drinking Water Quality, vol. 3, Quality Control, after the First Impression 1985, Geneva, 1989.[/ltr]

[ltr]23. World Health Organization, WHO, Guidelines for the Use of Wastewater In Agriculture and Aquaculture, T.R. no. 778, Geneva, 1989.[/ltr]

» أزمة المياه بالمنطقة العربية
» مشكلة المياه في الأردن
» المياه البيضاء عند الأطفال
» حمم بركانية تزحف إلى المياه في هاواي
» هل خزانات المياه البلاستيكية آمـنة ؟