8.3: المناطق الأحيائية المائية

Last updated
Save as PDF

Page ID: 169089

Melissa Ha and Rachel Schleiger
Yuba College & Butte College via ASCCC Open Educational Resources Initiative

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

العوامل غير الحيوية التي تؤثر على المناطق الأحيائية المائية

مثل المناطق الأحيائية الأرضية، تتأثر المناطق الأحيائية المائية بسلسلة من العوامل اللاأحيائية. الوسط المائي - الماء - له خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة عن الهواء. حتى إذا كانت المياه في البركة أو أي جسم مائي آخر واضحة تمامًا (لا توجد جزيئات معلقة)، فإن الماء لا يزال يمتص الضوء. عندما ينزل المرء إلى جسم مائي عميق، سيكون هناك في النهاية عمق لا يمكن لأشعة الشمس الوصول إليه. في حين أن هناك بعض العوامل غير الحيوية والحيوية في النظام البيئي الأرضي التي قد تحجب الضوء (مثل الضباب أو الغبار أو أسراب الحشرات)، إلا أن هذه ليست عادةً سمات دائمة للبيئة. تعتبر أهمية الضوء في المناطق الأحيائية المائية أمرًا أساسيًا لمجتمعات الكائنات الحية الموجودة في كل من المياه العذبة والنظم البيئية البحرية. في أنظمة المياه العذبة، ربما يكون التقسيم الطبقي لدرجة الحرارة بسبب الاختلافات في الكثافة هو العامل اللاأحيائي الأكثر أهمية ويرتبط بجوانب الطاقة للضوء. تعتبر الخصائص الحرارية للمياه (معدلات التدفئة والتبريد) مهمة لوظيفة الأنظمة البحرية ولها تأثيرات كبيرة على المناخ العالمي وأنماط الطقس. تتأثر الأنظمة البحرية أيضًا بحركات المياه المادية واسعة النطاق، مثل التيارات؛ وهي أقل أهمية في معظم بحيرات المياه العذبة.

المناطق الأحيائية البحرية

المحيط هو أكبر منطقة أحيائية بحرية. إنه جسم مستمر من المياه المالحة وهو موحد نسبيًا في التركيب الكيميائي؛ إنه محلول ضعيف من الأملاح المعدنية والمواد البيولوجية المتحللة. داخل المحيط، تعتبر الشعاب المرجانية نوعًا ثانيًا من المناطق الأحيائية البحرية. تشكل مصبات الأنهار، وهي مناطق ساحلية تختلط فيها المياه المالحة والمياه العذبة، منطقة أحيائية بحرية فريدة ثالثة.

محيط

التنوع المادي للمحيط له تأثير كبير على النباتات والحيوانات والكائنات الحية الأخرى. يتم تصنيف المحيط من خلال عدة مناطق (الشكل\(\PageIndex{a}\)). تحتوي كل منطقة على مجموعة مميزة من الأنواع التي تتكيف مع الظروف الحيوية وغير الحيوية الخاصة بها. منطقة المد والجزر، وهي المنطقة بين المد العالي والمنخفض، هي المنطقة المحيطية الأقرب إلى الأرض. بشكل عام، يعتقد معظم الناس أن هذا الجزء من المحيط هو شاطئ رملي. في بعض الحالات، تكون منطقة المد والجزر بالفعل شاطئًا رمليًا، ولكنها قد تكون أيضًا صخرية أو موحلة. تتعرض الكائنات الحية للهواء وأشعة الشمس عند انخفاض المد وتكون تحت الماء معظم الوقت، خاصة أثناء المد العالي. لذلك، تتكيف الكائنات الحية التي تزدهر في منطقة المد والجزر مع الجفاف لفترات طويلة من الزمن. كما تتعرض شواطئ منطقة المد والجزر للموجات بشكل متكرر، ويتم تكييف الكائنات الحية الموجودة هناك لتحمل الأضرار الناجمة عن حركة ضرب الأمواج (الشكل\(\PageIndex{b}\)). تعتبر الهياكل الخارجية للقشريات الساحلية (مثل سرطان البحر وكارسينوس مايناس) صلبة وتحميها من الجفاف (الجفاف) وتلف الأمواج. ومن النتائج الأخرى للموجات العاصفة أن القليل من الطحالب والنباتات تستقر في الصخور أو الرمال أو الطين التي تتحرك باستمرار.

مجموعة من نجم البحر، والتي تختلف في اللون والحجم — الشكل\(\PageIndex{b}\): غالبًا ما توجد قنافذ البحر وقشور بلح البحر ونجم البحر في منطقة المد والجزر، كما هو موضح هنا في خليج كاتشيماك، ألاسكا. (الائتمان: NOAA)

تمتد المنطقة النيرية من منطقة المد والجزر إلى أعماق تبلغ حوالي 200 متر (أو 650 قدمًا) عند حافة الجرف القاري. نظرًا لأن الضوء يمكن أن يخترق هذا العمق، يمكن أن يحدث التمثيل الضوئي. يحتوي الماء هنا على الطمي وهو جيد الأكسجين ومنخفض الضغط ومستقر في درجة الحرارة. توفر العوالق النباتية والسارجاسوم العائمة (نوع من الأعشاب البحرية العائمة) موطنًا لبعض الحياة البحرية الموجودة في المنطقة النيرية. توجد العوالق الحيوانية والنباتية والأسماك الصغيرة والجمبري في المنطقة النخرية وهي قاعدة السلسلة الغذائية لمعظم مصايد الأسماك في العالم.

ما وراء المنطقة النيرية توجد منطقة المحيط المفتوحة المعروفة باسم المنطقة المحيطية. يوجد داخل المنطقة المحيطية طبقات حرارية حيث تختلط المياه الدافئة والباردة بسبب تيارات المحيط. تعمل العوالق الوفيرة كقاعدة للسلسلة الغذائية للحيوانات الكبيرة مثل الحيتان والدلافين. العناصر الغذائية نادرة وهذا جزء أقل إنتاجية نسبيًا من المنطقة الأحيائية البحرية. عندما تموت الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي والطفيليات والحيوانات التي تتغذى عليها، تسقط أجسامها إلى قاع المحيط حيث تبقى.

يشار إلى جميع المياه المفتوحة في المحيط باسم العالم البحري. ينقسم العالم البحري إلى مناطق ضوئية وغامضة وسحيقة من الأعلى إلى الأسفل بناءً على مدى وصول الضوء إلى الماء. المنطقة الضوئية، وهي جزء المحيط الذي يمكن للضوء اختراقه (حوالي 200 متر أو 650 قدمًا). في أعماق تزيد عن 200 متر، لا يمكن للضوء الاختراق؛ وبالتالي، يشار إلى هذه المنطقة باسم المنطقة اللافوتية. تشمل غالبية الكائنات الحية في المنطقة اللافهية خيار البحر (phylum Echinodermata) والكائنات الحية الأخرى التي تعيش على العناصر الغذائية الموجودة في أجسام الكائنات الحية في المنطقة الضوئية.

أعمق جزء من المحيط هو المنطقة السحيقة، التي تقع على أعماق 4000 متر أو أكثر. تفتقر كل من المناطق اللامائية والسحيقة إلى الضوء الكافي لعملية التمثيل الضوئي، وتشكل معًا معظم المحيط. يبلغ عمق أعمق جزء من المحيط، وهو تشالنجر ديب (في خندق ماريانا، الواقع في غرب المحيط الهادئ)، حوالي 11,000 متر (حوالي 6.8 ميل). ولإعطاء فكرة عن عمق هذا الخندق، يبلغ متوسط عمق المحيط 4267 مترًا. هذه المناطق ذات صلة ببحيرات المياه العذبة أيضًا. المنطقة السحيقة باردة جدًا وتحتوي على ضغط مرتفع جدًا ومحتوى أكسجين مرتفع ومحتوى منخفض من العناصر الغذائية. توجد مجموعة متنوعة من اللافقاريات والأسماك في هذه المنطقة، لكن المنطقة السحيقة لا تحتوي على نباتات بسبب قلة الضوء. توجد تشققات في قشرة الأرض تسمى الفتحات الحرارية المائية بشكل أساسي في المنطقة السحيقة (الشكل\(\PageIndex{c}\)). حول هذه الفتحات، تعمل البكتيريا التي تستخدم كبريتيد الهيدروجين والمعادن الأخرى المنبعثة كمصدر للطاقة كقاعدة للسلسلة الغذائية الموجودة في المنطقة السحيقة.

تمتد الأعمدة البيضاء من قاع المحيط الصخري — الشكل\(\PageIndex{c}\): فتحة تهوية حرارية مائية. الصورة من NOAA (المجال العام).

يمتد العالم القاعي على طول قاع المحيط من الخط الساحلي إلى أعمق أجزاء قاع المحيط. وتتكون من الرمل والطمي والكائنات الحية الميتة. هذا جزء غني بالمغذيات من المحيط بسبب الكائنات الحية الميتة التي تسقط من الطبقات العليا للمحيط. بسبب هذا المستوى العالي من العناصر الغذائية، توجد مجموعة متنوعة من الإسفنج وشقائق النعمان البحرية والديدان البحرية ونجوم البحر والأسماك والبكتيريا.

الشعاب المرجانية

تتميز الشعاب المرجانية بالتنوع البيولوجي العالي والهياكل التي أنشأتها اللافقاريات التي تعيش في المياه الدافئة والضحلة داخل المنطقة الضوئية للمحيط. توجد في الغالب في حدود 30 درجة شمال وجنوب خط الاستواء. الحاجز المرجاني العظيم هو نظام شعاب مرجاني معروف يقع على بعد عدة أميال من الساحل الشمالي الشرقي لأستراليا. الكائنات المرجانية هي مستعمرات من سلائل المياه المالحة التي تفرز هيكلًا عظميًا من كربونات الكالسيوم. تتراكم هذه الهياكل العظمية الغنية بالكالسيوم ببطء، وتشكل الشعاب المرجانية تحت الماء (الشكل\(\PageIndex{d}\)).

شعاب مرجانية بمكونات متفرعة وصفراء وأرجوانية وأسماك في المياه المفتوحة في الخلفية — الشكل\(\PageIndex{d}\): تتكون الشعاب المرجانية من الهياكل العظمية لكربونات الكالسيوم للكائنات المرجانية، وهي اللافقاريات البحرية. (تصوير: تيري هيوز)

تتمتع الشعاب المرجانية الموجودة في المياه الضحلة (على عمق حوالي 60 مترًا أو حوالي 200 قدم) بعلاقة متبادلة مع الطحالب أحادية الخلية ذات التمثيل الضوئي والتي تسمى الدينوفلاجيلات. توفر العلاقة للشعاب المرجانية غالبية التغذية والطاقة التي تحتاجها. المياه التي تعيش فيها هذه الشعاب المرجانية فقيرة من الناحية الغذائية، وبدون هذه التبادلية، لن يكون من الممكن أن تنمو الشعاب المرجانية الكبيرة. بعض الشعاب المرجانية التي تعيش في المياه العميقة والباردة ليس لها علاقة متبادلة مع الطحالب؛ تحصل هذه الشعاب المرجانية على الطاقة والمواد الغذائية باستخدام الخلايا اللاذعة على مخالبها لالتقاط الفريسة. تشير التقديرات إلى أن أكثر من 4000 نوع من الأسماك تعيش في الشعاب المرجانية. يمكن أن تتغذى هذه الأسماك على المرجان واللافقاريات الأخرى أو الأعشاب البحرية والطحالب المرتبطة بالمرجان.

مصبات الأنهار: حيث يلتقي المحيط بالمياه العذبة

مصبات الأنهار هي مناطق حيوية تحدث عندما يلتقي مصدر للمياه العذبة، مثل النهر، بالمحيط. لذلك، يتم العثور على كل من المياه العذبة والمياه المالحة في نفس المنطقة المجاورة؛ ينتج عن الخلط مياه مالحة مخففة (مالحة). تشكل مصبات الأنهار مناطق محمية حيث يبدأ العديد من صغار نسل القشريات والرخويات والأسماك حياتهم. تعتبر الملوحة عاملاً مهمًا للغاية يؤثر على الكائنات الحية وتكيفات الكائنات الحية الموجودة في مصبات الأنهار. تختلف ملوحة مصبات الأنهار وتعتمد على معدل تدفق مصادر المياه العذبة. مرة أو مرتين في اليوم، يجلب المد العالي المياه المالحة إلى المصب. يؤدي انخفاض المد والجزر الذي يحدث بنفس التردد إلى عكس تيار المياه المالحة.

يعد التباين قصير المدى والسريع في الملوحة بسبب خلط المياه العذبة والمياه المالحة تحديًا فسيولوجيًا صعبًا للنباتات والحيوانات التي تعيش في مصبات الأنهار. العديد من أنواع نباتات مصبات الأنهار عبارة عن نباتات هلامية يمكنها تحمل الظروف المالحة. يتم تكييف النباتات الملحية للتعامل مع الملوحة الناتجة عن المياه المالحة على جذورها أو من رذاذ البحر. في بعض النباتات الملحية، تقوم المرشحات الموجودة في الجذور بإزالة الملح من الماء الذي تمتصه النباتات. النباتات الأخرى قادرة على ضخ الأكسجين إلى جذورها. طورت الحيوانات، مثل بلح البحر والمحار، تكيفات سلوكية تستهلك الكثير من الطاقة لتعمل في هذه البيئة سريعة التغير. عندما تتعرض هذه الحيوانات لملوحة منخفضة، فإنها تتوقف عن التغذية وتغلق قشرتها وتتوقف عن استخدام الأكسجين. عندما يعود المد العالي إلى المصب، تزداد نسبة الملوحة والأكسجين في الماء، وتفتح هذه الحيوانات أصدافها وتبدأ بالتغذية وتعود إلى استخدام الأكسجين.

المناطق الأحيائية للمياه العذبة

تشمل المناطق الأحيائية للمياه العذبة البحيرات والبرك (المياه الراكدة) وكذلك الأنهار والجداول (المياه المتدفقة). كما أنها تشمل الأراضي الرطبة، والتي سيتم مناقشتها لاحقًا. يعتمد البشر على المناطق الأحيائية للمياه العذبة لتوفير الموارد المائية لمياه الشرب وري المحاصيل والصرف الصحي والصناعة. يشار إلى هذه الأدوار المختلفة والفوائد البشرية باسم خدمات النظام البيئي. توجد البحيرات والبرك في المناظر الطبيعية الأرضية، وبالتالي فهي مرتبطة بالعوامل غير الحيوية والحيوية التي تؤثر على هذه المناطق الأحيائية الأرضية.

البحيرات والبرك

يمكن أن تتراوح مساحة البحيرات والبرك من بضعة أمتار مربعة إلى آلاف الكيلومترات المربعة. درجة الحرارة هي عامل غير حيوي مهم يؤثر على الكائنات الحية الموجودة في البحيرات والبرك. في فصل الصيف، يحدث التقسيم الحراري للبحيرات والبرك عندما يتم تسخين الطبقة العليا من المياه بواسطة الشمس ولا تختلط بالمياه العميقة والباردة. مثل المحيطات، تحتوي البحيرات والبرك على مناطق ضوئية يمكن للضوء من خلالها اختراق المناطق الخالية من الضوء. توجد العوالق النباتية (كائنات التمثيل الضوئي الصغيرة مثل الطحالب والبكتيريا الضوئية التي تطفو في الماء) هنا وتقوم بعملية التمثيل الضوئي، مما يوفر قاعدة الشبكة الغذائية للبحيرات والبرك. تستهلك العوالق الحيوانية (الحيوانات الصغيرة جدًا التي تطفو في الماء)، مثل الطيور الدوارة والقشريات الصغيرة، هذه العوالق النباتية (الشكل\(\PageIndex{e}\)). في الجزء السفلي من البحيرات والبرك، تقوم البكتيريا الموجودة في المنطقة المفصلية بتكسير الكائنات الحية الميتة التي تغرق في القاع.

حيوان أسطواني شفاف تحت المجهر — الشكل\(\PageIndex{e}\): الروتيفر هو مثال على العوالق الحيوانية الموجودة في البحيرات والبرك. الصورة بواسطة بوب بلايلوك في ويكيبيديا الإنجليزية (CC-BY-SA).

الأنهار والجداول

تعمل الأنهار والجداول باستمرار على تحريك المسطحات المائية التي تحمل كميات كبيرة من المياه من المصدر، أو منابع المياه، إلى البحيرة أو المحيط. وتشمل أكبر الأنهار نهر النيل في أفريقيا، ونهر الأمازون في أمريكا الجنوبية (الشكل\(\PageIndex{f}\))، ونهر المسيسيبي في أمريكا الشمالية. تختلف السمات اللاأحيائية للأنهار والجداول على طول النهر أو المجرى. تبدأ التدفقات من نقطة المنشأ المشار إليها باسم مياه المصدر. عادة ما تكون مياه المصدر باردة ومنخفضة العناصر الغذائية ونقية. القناة (عرض النهر أو الدفق) أضيق من أي مكان آخر على طول النهر أو التيار. ولهذا السبب، غالبًا ما يكون التيار أسرع هنا من أي نقطة أخرى من النهر أو النهر.

نهر واسع مع ضفاف نباتية بالكاد يمكن رؤيته — الشكل\(\PageIndex{f}\): نهر الأمازون هو أكبر نهر في العالم. الصورة بواسطة جايسون هولينجر (CC-BY)

تؤدي المياه سريعة الحركة إلى الحد الأدنى من تراكم الطمي في قاع النهر أو المجرى، وبالتالي تكون المياه صافية. يُعزى التمثيل الضوئي هنا في الغالب إلى الطحالب التي تنمو على الصخور؛ يمنع التيار السريع نمو العوالق النباتية. يمكن أن تأتي مدخلات إضافية للطاقة من الأوراق أو المواد العضوية الأخرى التي تسقط في النهر أو التيار من الأشجار والنباتات الأخرى التي تحد المياه. عندما تتحلل الأوراق، يتم إرجاع المواد العضوية والمواد المغذية في الأوراق إلى الماء. تكيفت النباتات والحيوانات مع هذه المياه سريعة الحركة. على سبيل المثال، تحتوي العلق على أجسام ممدودة ومصاصات على كلا الطرفين. تلتصق هذه المصاصات بالركيزة، مما يحافظ على ثبات العلقة في مكانها. تعتبر أنواع التراوت في المياه العذبة مفترسًا مهمًا في هذه الأنهار والجداول سريعة الحركة.

عندما يتدفق النهر أو التيار بعيدًا عن المصدر، يتسع عرض القناة تدريجيًا ويتباطأ التيار. هذه المياه البطيئة الحركة، الناتجة عن انخفاض التدرج وزيادة الحجم مع اتحاد الروافد، تحتوي على المزيد من الترسيب. يمكن أيضًا تعليق العوالق النباتية في المياه البطيئة الحركة. لذلك، لن تكون المياه صافية كما هي بالقرب من المصدر. كما أن الماء أكثر دفئًا. يمكن العثور على الديدان والحشرات التي تختبئ في الطين. تشمل الفقاريات المفترسة ذات الترتيب الأعلى الطيور المائية والضفادع والأسماك.

الأراضي الرطبة

الأراضي الرطبة هي بيئات تكون فيها التربة مشبعة بالمياه بشكل دائم أو دوري. تختلف الأراضي الرطبة عن البحيرات لأن الأراضي الرطبة عبارة عن مسطحات مائية ضحلة قد تجف بشكل دوري. تتكون النباتات الناشئة من نباتات الأراضي الرطبة المتجذرة في التربة ولكن لها أجزاء من الأوراق والسيقان والزهور تمتد فوق سطح الماء. هناك عدة أنواع من الأراضي الرطبة بما في ذلك المستنقعات والمستنقعات والمستنقعات والسهول الطينية والمستنقعات المالحة (الشكل\(\PageIndex{g}\)).

أشجار السرو الأصلع مع النباتات المشاشية (تيلاندسيا) المغمورة في الماء مع طائر أبيض طويل — الشكل\(\PageIndex{g}\): تقع حديقة إيفرجليدز الوطنية في جنوب فلوريدا، وهي عبارة عن مجموعة واسعة من بيئات الأراضي الرطبة، بما في ذلك مستنقعات الحشائش ومستنقعات السرو وغابات المنغروف عند مصبات الأنهار. هنا، يمشي البلشون الأبيض الكبير بين أشجار السرو. (الائتمان: NPS)

الإسناد

تم تعديله بواسطة ميليسا ها من الأحياء المائية من علم الأحياء البيئية بواسطة ماثيو آر فيشر (مرخص بموجب CC-BY)