الوحدة السابعة

التأثيرات البشرية على النظم البيئية البحرية

الدرس الثالث

تحمض المحيطات

أهداف الدرس

7-7 يشرح العلاقات بين ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وثاني أكسيد الكربون المذاب وحموضة المحيطات ويصف كيف تساعد المحيطات في الحد من زيادة تراكيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

​

7-8 يصف كيفية تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الماء لتكوين أيونات الهيدروجين وأيونات كربونات الهيدروجين وتأثير ذلك على (pH) وتوافر أيونات الكربونات.

​

أهداف الدرس

7-9 يصف تأثير(pH) وتوافر أيونات الكربونات على المرجانيات والكائنات ذات الأصداف الصلبة.

7-10 يفسر البيانات التي تظهر تأثير(pH) على فقدان كتلة أصداف الرخويات الفارغة

مقدمة – الاحتباس الحراري وثاني أكسيد الكربون

• في الوحدة الرابعة تم استقصاء ظاهرة الاحتباس الحراري وتأثيرها على الحياة في كوكب الأرض.

• احتراق الوقود الأحفوري يُسبّب زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون (CO₂) في الغلاف الجوي.

• تؤدي هذه الزيادة إلى الاحتباس الحراري المُعزَّز.

• ارتفاع تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي قد يُؤثر في درجة حموضة المحيطات.

• يُمكن أن تترتب على ذلك عواقب خطرة محتملة على البيئة البحرية.

دورة الكربون والمحيط

ثاني أكسيد الكربون غازٌ قابل للذوبان بدرجة كبيرة في مياه المحيطات.

• ينتقل ثاني أكسيد الكربون بين المحيطات والغلاف الجوي عن طريق الانتشار.

• يوجد في المحيطات ما يقرب من 50 ضعف كمية ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالغلاف الجوي للأرض.

• تعمل المحيطات كمصرف لثاني أكسيد الكربون.

• إذا زاد إنتاج ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، يتم امتصاص الجزء الأكبر منه بواسطة مياه المحيط.

ذوبان ثاني أكسيد الكربون وتكوين حمض الكربونيك

ثاني أكسيد الكربون

CO₂

+

ماء

H₂O

حمض الكربونيك

H₂CO₃

عندما ينتشر ثاني أكسيد الكربون في الماء، فإنه يُنتج حمضاً ضعيفاً يُسمى حمض الكربونيك (H₂CO₃)

يتفكك حمض الكربونيك إلى أيونات الكربونات الهيدروجينية (HCO₃⁻) وأيونات الهيدروجين (H⁺)، مما يجعل المحلول حامضياً.

معادلة تفكك حمض الكربونيك

H₂CO₃ → HCO₃⁻ + H⁺

حمض الكربونيك

H₂CO₃

ينتج من ذوبان CO₂ في الماء

كربونات هيدروجينية

HCO₃⁻

أيون ناتج من التفكك

أيون الهيدروجين

H⁺

يرفع حموضة الماء

كربونات الكالسيوم والكائنات البحرية

تعتمد العديد من الكائنات البحرية في بناء هياكلها على كربونات الكالسيوم (CaCO₃)، إذ يتكون الهيكل الصلب للشعاب المرجانية وأصداف كثير من الرخويات من هذه المادة.

الشعاب المرجانية

هياكلها الصلبة مبنية من كربونات الكالسيوم

الرخويات

أصدافها تتكون من كربونات الكالسيوم

الأيونات التي تأخذها الكائنات البحرية من الماء

تأخذ الكائنات البحرية أيونات الكربونات (CO₃²⁻) وأيونات الكالسيوم (Ca²⁺) من الماء وتدمجها لتكوين كربونات الكالسيوم الصلبة.

CO₃²⁻

أيونات الكربونات

+

Ca²⁺

أيونات الكالسيوم

CaCO₃

كربونات الكالسيوم الصلبة

⚠️ إذا كان الماء يحتوي على تركيز عالٍ من أيونات الهيدروجين (H⁺) وأصبح أكثر حموضةً، فإن أيونات الهيدروجين تتفاعل مع أيونات الكربونات لتكوين المزيد من أيونات HCO₃⁻.

تفاعل أيونات الهيدروجين مع أيونات الكربونات

عند ارتفاع حموضة الماء:

تتفاعل أيونات الهيدروجين (H⁺) مع أيونات الكربونات (CO₃²⁻).

ينتج عن هذا التفاعل المزيد من أيونات الكربونات الهيدروجينية (HCO₃⁻).

يقل بذلك تركيز أيونات الكربونات الحرة في الماء.

تنخفض كمية أيونات الكربونات المتوافرة للكائنات البحرية لبناء هياكلها.

احتراق الوقود الأحفوري وتحمض المحيطات

تشير التقديرات إلى أن حموضة المحيطات قد زادت بنحو 25% منذ بداية الثورة الصناعية، إذ انخفض pH من (8.2) إلى مستواه الحالي (8.1).

تمتص المحيطات نحو 20 مليون طن يومياً من ثاني أكسيد الكربون الناتج من الأنشطة البشرية، وهو ما يمثل نحو ثلث إجمالي ثاني أكسيد الكربون المنتج.

على الرغم من أن المحيطات تستطيع تنظيم ثاني أكسيد الكربون الفائض، إلا أن لذلك تبعات خطيرة:

⚠️ التبعات تشمل: زيادة حمض الكربونيك، انخفاض pH، تناقص أيونات الكربونات، وإضعاف الشعاب المرجانية والأصداف.

سلسلة التأثيرات المتتالية – الجزء الأول

1

زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

↓

2

تؤدي إلى زيادة كمية CO₂ التي تدخل المحيطات.

↓

3

يزيد ذلك من تركيز حمض الكربونيك (H₂CO₃).

سلسلة التأثيرات المتتالية – الجزء الثاني

4

يؤدي ذلك إلى انخفاض pH بسبب زيادة أيونات الهيدروجين (H⁺).

↓

5

تتفاعل أيونات H⁺ مع أيونات CO₃²⁻ مما يُنتج المزيد من أيونات HCO₃⁻.

↓

6

يقل تركيز أيونات الكربونات (CO₃²⁻) في الماء.

سلسلة التأثيرات المتتالية – الجزء الثالث

7

ينخفض تركيز أيونات الكربونات المتوافرة للكائنات البحرية لبناء هياكلها.

↓

8

يتم تحرير أيونات الكربونات من كربونات الكالسيوم الموجودة في الشعاب المرجانية والأصداف إلى الماء.

↓

9

يُضعف ذلك الهياكل الموجودة ويُعرضها للتلف.

الاتزان الأيوني في المحيطات

تبقى تراكيز الأيونات المختلفة في حالة اتزان ــــــــــ فإذا تغير تركيز أحدها، يتأثر اتزان جميع الأيونات الأخرى.

↑ CO₂

ثاني أكسيد الكربون يرتفع

↓ CO₃²⁻

أيونات الكربونات تنخفض

⚖️ تغيير تركيز أي أيون واحد يُخل بالتوازن الكامل للنظام الأيوني في المحيط.

تأثير تحمض المحيطات على الشعاب المرجانية

• زيادة تركيز CO₂ في المحيطات تُقلل من كمية أيونات الكربونات المتاحة.

• تقل كمية أيونات CO₃²⁻ التي يحتاجها المرجان لبناء شعابه.

• كربونات الكالسيوم الموجودة في الشعاب المرجانية تتحلل في الماء.

• يؤدي ذلك إلى إضعاف هياكل الشعاب المرجانية.

• تُصبح الشعاب المرجانية هشة وعرضة للتدمير.

تأثير تحمض المحيطات على الرخويات

• تحتاج الرخويات إلى أيونات الكربونات (CO₃²⁻) وأيونات الكالسيوم (Ca²⁺) لتشكيل أصدافها.

• زيادة حموضة الماء تُقلل من كمية أيونات CO₃²⁻ المتاحة.

• كربونات الكالسيوم الموجودة في الأصداف تتحلل في الماء الحامضي.

• تضعف الأصداف وتنهار بسبب انخفاض pH.

• يُهدد ذلك استمرارية سلاسل الغذاء البحرية.

تحلل كربونات الكالسيوم في الماء الحامضي

CaCO₃ → Ca²⁺ + CO₃²⁻ (تحلل في الماء الحامضي)

النتائج:

• تحرير أيونات الكالسيوم (Ca²⁺) وأيونات الكربونات (CO₃²⁻) إلى الماء.

• إضعاف هياكل الشعاب المرجانية والأصداف الموجودة.

• هذا التحلل لا يُوفر المواد الضرورية لبناء هياكل جديدة، بل يُدمر الهياكل القائمة.

كيف يذوب CO₂ في مياه المحيط ويُؤثر على ترسيب أيونات الكالسيوم

1

CO₂ في الغلاف الجوي

2

ينتشر إلى مياه المحيط

3

يتفاعل مع الماء

H₂O + CO₂ → H₂CO₃

4

تفكك H₂CO₃

إلى H⁺ + HCO₃⁻

5

H⁺ يتفاعل مع CO₃²⁻

يُقلل من تركيزه

6

Ca²⁺ لا يمكنه

الترسب مع CO₃²⁻