Biology · الكتاب 1 · Grades 1–9

الأحياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية

الأحياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9

48الأكسجين في الماء

جدول الجبل وبركة الصيف كلاهما “ماء” — ومع ذلك فالسلمون المرقط الذي ينطلق في أحدهما يلهث في الآخر، والشبّوط الذي يزدهر في البركة يجد الجدول خاليًا من غذائه. والفرق بين الماءين عدد واحد غير مرئي في معظمه: مقدار الأكسجين المذاب فيهما. وهذا الفصل يتعلم قراءة ذلك العدد وقياسه والتنبؤ به — ويتعلم معه خريطة حياة الماء.

48.1 الأكسجين المذاب، مخزون شحيح

تعريف 48.1 (الأكسجين المذاب)

يحمل الماء الأكسجين كما يحمل الشاي المحلّى السكر — من غير أن يُرى، مذابًا. والكمية ضئيلة: فلتر من ماء حسن التهوية يحمل نحو 10mg10\,\mathrm{mg} من الأكسجين، أي أقل بنحو ثلاثين مرة من لتر هواء. وكل غلصمة وكل متنفس تحت الماء في الفصل 47 يسحب من هذا المخزون الرقيق الواحد (القضية 46.8).

قضية 48.2 (ما يملأ المخزون)

مورّدان يعيدان ملء أكسجين الماء:

  1. الهواء فوقه: فالأكسجين يذوب فيه عند السطح — وأسرع حيث يُحرَّك الماء ويُرشّ ويُرغّى (المسايل، والشلالات، والأمواج، والمطر)؛
  2. والمنتِجون تحته: فنباتات الماء والخلايا المفردة الخضراء تطلق الأكسجين في الماء نهارًا وهي تصنع (الملاحظة 40.5).

برهان. نقبله في هذا المستوى.

قضية 48.3 (ما يستنزفه، وما يستطيع أن يحمله)

يستنزف المخزون كل متنفسالحيوانات، والنباتات ليلًا، والمحلِّلون قبل كل شيء حين تكثر المادة الميتة التي يأكلونها (وهو المرطبان الثامن في المسألة 46.1). والسقف يتحرك: فالماء البارد يستطيع أن يحمل من الأكسجين المذاب أكثر بوضوح من الدافئ — فجدول عند 5C5{}^{\circ}\mathrm{C} يحمل مرة ونصفًا ما تحمله بركة عند 25C25{}^{\circ}\mathrm{C}. والدفء ضغط مزدوج: أكسجين أقل محمول، بينما يجري كل صوت محرّك (المثال 46.7) أسرع.

برهان. نقبله في هذا المستوى.

مثال 48.4 (الجدول في مقابل البركة)

الآن يُقرأ الماءان دفترَي حساب. جدول الجبل: بارد (سقف عالٍ)، مخضوض أبيض عند كل صخرة (إعادة ملء سريعة) — فأكسجينه قرب السقف طول السنة. وبركة الصيف: دافئة (سقف منخفض)، ساكنة (إعادة ملء بطيئة)، غنية بالطين والمادة الميتة (محلِّلون جياع) — فأكسجينها يزحف على الأرض، وأسوأ ما يكون في الساعات الصغيرة قبل الفجر، حين تكون النباتات قد تنفست الليل كله بلا صناعة نهارية تقابلها.

الطرف الغني بالأكسجين: ماء بارد، مخضوض أبيض عند كل صخرة — سقف عالٍ، يُعاد ملؤه باستمرار.
الطرف الغني بالأكسجين: ماء بارد، مخضوض أبيض عند كل صخرة — سقف عالٍ، يُعاد ملؤه باستمرار.
يوم من الأكسجين المذاب. الجدول البارد المخضوض يبقى ثابتًا قرب سقفه العالي؛ أما البركة الدافئة فتركب منتِجيها — صاعدةً عبر النهار، هابطةً عبر الليل إلى دُنيا الفجر.
يوم من الأكسجين المذاب. الجدول البارد المخضوض يبقى ثابتًا قرب سقفه العالي؛ أما البركة الدافئة فتركب منتِجيها — صاعدةً عبر النهار، هابطةً عبر الليل إلى دُنيا الفجر.

مثال 48.5 (قراءة منحنى البركة)

موجة البركة اليومية هي الملاحظة 40.5 مرسومةً معطياتٍ: فالشروق يبدأ صناعة المنتِجين فيصعد المنحنى؛ ويبلغ ذروته في الأصيل؛ ويترك الليل كل متنفس يسحب من المخزون بلا مورّد إلا السطح الساكن — فينزلق المنحنى إلى دُنيا الفجر. وموت الأسماك في البرك المتشابكة يقع عند الفجر، وقد صرت تعرف السبب.

48.2 خريطة السكان

قضية 48.6 (الأكسجين يرسم الخريطة)

لما كانت الأنواع تختلف في حاجاتها من الأكسجين، رسم العدد المذاب خريطة السكان (القضية 37.6، تحت الماء):

  • فالأنواع الطلوب — السلمون المرقط، ويرقات ذباب مايو بخصلات غلاصمها المتماوجة (المسألة 47.1) — لا تعيش إلا في ماء بارد مخضوض غني بالأكسجين؛
  • والأنواع المتحمّلة — الشبّوط، وكثير من حلزونات البركة، واليرقات ذوات الذنب الفأري وأنابيبها إلى السطح — تدبّر أمرها في ماء دافئ ساكن أفقر؛
  • فيُقرأ الإحصاء إذن بالعكس: جد يرقات ذباب مايو تحت الحجارة فالماء جيد؛ وجد المتنفسين بالأنابيب وبالِعي الهواء وحدهم فهو رديء.

ويحصي حرّاس الأنهار الحياة الصغيرة لهذا السبب بالضبط: فالسكان سجلّ لأسوأ أيام الماء الأخيرة، وهو ما قد تفوّته قراءة مِسبار واحدة.

برهان. نقبله في هذا المستوى.

مثال 48.7 (حكاية النفايات العضوية)

نفايات قرية غير معالَجة — وهي مادة عضوية غنية — تبلغ جدولًا صافيًا. فيولم المحلِّلون أسفل الأنبوب ويتكاثرون (التعريف 42.3)، ويستنزف تنفسهم المحتشد الأكسجين: فيختفي السلمون المرقط ويرقات ذباب مايو، ويستولي المتحمّلون أصحاب الأنابيب، وأبعد إلى أسفل — وقد استُهلكت النفايات وأُعيدت تهوية الماء على الجداول الحصوية — تعود الأنواع الطلوب. فالتلوث كان مادة عضوية؛ والقاتل كان جوع الأكسجين؛ والخريطة سجّلت ذلك كله.

طريقة 48.8 (الحكم على ماء)

لتحكم على جدول أو بركة:

  1. قِس المورّدين أو قدّرهما: الحرارة، والخضّ، والنمو الأخضر؛
  2. وزِن المصارف: الطين والمادة الميتة، والازدحام، وأي وارد من نفايات عضوية؛
  3. وأحصِ الحياة الصغيرة تحت الحجارة وبين الأعشاب — أحاضرة الأنواع الطلوب أم المتحمّلة وحدها؟
  4. وإن أخذت العينة في ساعة واحدة، فتذكّر منحنى البركة: فقراءة أصيل جميلة قد تخفي فجرًا قاتلًا.

48.3 تمارين

تمرين 48.1

كم من الأكسجين يحمل لتر من ماء حسن التهوية تقريبًا، وكيف يقارَن ذلك بالهواء؟

حل

حل التمرين 48.1.

نحو 10mg10\,\mathrm{mg} في اللتر — أي أقل بنحو ثلاثين مرة مما يحمله لتر من الهواء.

تمرين 48.2

سمِّ مورّدَي أكسجين الماء، والشرط الذي يورّد فيه كل واحد أسرع ما يكون.

حل

حل التمرين 48.2.

الهواء فوقه، يذوب عند السطح — وأسرع ما يكون حيث يُحرَّك الماء ويُرشّ ويُرغّى؛ والمنتِجون تحته، يطلقون الأكسجين نهارًا — وأسرع ما يكون في ضوء ساطع مع نمو أخضر وفير.

تمرين 48.3

سمِّ ثلاثة مصارف للمخزون. وأيها يعظم حين تكثر المادة الميتة؟

حل

حل التمرين 48.3.

تنفس الحيوانات، وتنفس النباتات نفسها ليلًا، وتنفس المحلِّلين — وهو الذي يعظم حين تكثر المادة الميتة.

تمرين 48.4

اذكر ضغط الدفء المزدوج على متنفسي الماء.

حل

حل التمرين 48.4.

الماء الدافئ يحمل أكسجينًا مذابًا أقل (فينخفض السقف) بينما يجري محرّك كل متنفس أسرع (فيرتفع الطلب): عرض أقل وحاجة أكثر، معًا.

تمرين 48.5

لماذا يبلغ منحنى أكسجين البركة ذروته في الأصيل ودُنياه عند الفجر؟

حل

حل التمرين 48.5.

نهارًا تضيف صناعة المنتِجين الأكسجين أسرع مما يستنزفه التنفس — فيصعد المنحنى إلى ذروة الأصيل. وطول الليل يسحب كل متنفس من المخزون بلا صناعة البتة — فينزلق المنحنى إلى أدناه قبيل الشروق مباشرة.

تمرين 48.6

أي كشفين في الإحصاء يعلّمان ماءً غنيًّا بالأكسجين، وأيهما يعلّم ماءً فقيرًا؟

حل

حل التمرين 48.6.

الغني: السلمون المرقط (أو صغاره) ويرقات ذباب مايو تحت الحجارة. والفقير: الأنواع المتحمّلة وحدها — الشبّوط، وحلزونات البركة، واليرقات ذوات الأنابيب التي تجلب الهواء من السطح.

تمرين 48.7 ★★

اشرح موت الأسماك عند الفجر في المثال 48.5 لصاحب بركة — واقترح علاجًا واحدًا من كل مورّد في القضية 48.2.

حل

حل التمرين 48.7.

تنفس الليل — الأسماك والنباتات ومحلِّلو الطين معًا — يستنزف البركة إلى دُنياها قبيل الشروق مباشرة، ولذلك تختنق أسماك البرك المحمَّلة عند الفجر. والعلاجات: من المورّد الأول، حرّك السطح — شغّل نافورة أو شلالًا طول الليل؛ ومن المورّد الثاني، خفّف التشابك والطين ليصغر تنفس الليل (وليبلغ إنتاج النهار الماءَ لا حصيرة السطح وحدها).

تمرين 48.8 ★★

أعد المثال 48.7 سلسلةً: نفايات تدخل، فماذا، ثم ماذا — ولماذا يشفى الجدول في أسفله؟

حل

حل التمرين 48.8.

نفايات تدخل — فيولم المحلِّلون ويتكاثرون — فيستنزف تنفسهم المحتشد الأكسجين — فتختفي الأنواع الطلوب ويستولي المتحمّلون. وفي الأسفل تُستهلك النفايات أخيرًا، وتعيد الجداول الحصوية تهوية الماء، فتعود الأنواع الطلوب: أُغلق المصرف، ولحق المورّدان.

تمرين 48.9 ★★

لماذا يثق حرّاس الأنهار بإحصاء الحياة الصغيرة أكثر من قراءة مِسبار واحدة؟ استعمل فكرة “أسوأ الأيام الأخيرة”.

حل

حل التمرين 48.9.

المِسبار يسجّل لحظة واحدة؛ أما السكان فيسجّلون تاريخًا. فالنوع الطلوب لا يعيش في محطة إلا إذا بقي الماء جيدًا طول إقامته — بما في ذلك الفجرات والأسابيع السيئة التي لا تلتقطها زيارة واحدة. والإحصاء دُنيا موسم كامل، مكتوبةً بالحيوانات.

تمرين 48.10 ★★

بركة حديقة تصير خضراء كحساء البازلاء، ثم تمرّ بأسبوع ساكن حارّ. تتبّع الخطر بالقضيتين — واذكر متى ينبغي لصاحبها أن يشغّل النافورة أشدّ تشغيل.

حل

حل التمرين 48.10.

الخضرة كحساء البازلاء جمهرة هائلة من الخلايا المفردة الخضراء: فهي تنتج نهارًا، لكن الحساء كله يتنفس كل ليلة دافئة — والأسبوع الحارّ الساكن يخفض السقف ويوقف إعادة الملء من السطح. فتتجه دُنيا الفجر نحو الصفر: وهو طقس موت الأسماك. فشغّل النافورة أشدّ تشغيل طول الليل والساعات الصغيرة — أما النهار فيدبّر نفسه.

تمرين 48.11 ★★

مزارع السلمون المرقط تُبنى على أنهار باردة ذات سدود صغيرة ومجارٍ رشّاشة، لا على بحيرات دافئة ساكنة قط. برّر كل شطر من الجملة.

حل

حل التمرين 48.11.

السلمون المرقط من الأنواع الطلوب: فالأنهار الباردة تحمل السقف العالي الذي يحتاج إليه؛ والسدود الصغيرة والمجاري الرشّاشة تُبقي إعادة الملء دائمة في مقابل مصرف الأسماك المزدحمة. أما البحيرة الدافئة الساكنة فتخفق في السقف وفي إعادة الملء معًا — إنها بلاد الشبّوط لا بلاد السلمون المرقط.

تمرين 48.12 ★★★

“في الماء، الأكسجين عملة؛ والحرارة تضبط عرض النقد؛ والمحلِّلون أكبر المنفقين.” ترجم كل شطر إلى دعاوى هذا الفصل الصريحة، مستشهدًا بقضية أو مثال لكل شطر.

حل

حل التمرين 48.12.

العملة: كل متنفس تحت الماء يسحب من المخزون المذاب الواحد — ومن يزدهر وأين مسعَّر بالأكسجين (القضية 48.6). وعرض النقد: الحرارة تضبط كم يستطيع الماء أن يحمل — فالبرد يرفع السقف والدفء يخفضه (القضية 48.3). وأكبر المنفقين: إذا وُجدت مادة ميتة، فاق تنفس المحلِّلين المحتشد استنزافَ الجميع — وهو درس أنبوب معمل الألبان (المثال 48.7).

48.4 مسألة: كتاب الحارس السنوي

مسألة 48.1

مسألة نهاية الأسبوع — نهر واحد، وأربع محطات، وسنة من القراءات

يحتفظ حارس نهر بكتاب سنوي لأربع محطات: م1، مسيل بارد أسفل سدّ صغير؛ وم2، مقطع بطيء دافئ يمرّ في مراعٍ؛ وم3، أسفل أنبوب نفايات معمل ألبان مباشرة؛ وم4، على بعد كيلومترين إلى أسفل، بعد جدول حصوي طويل. ولكل محطة قراءات مِسبار وإحصاء للحياة الصغيرة.

القسم الأول — قراءة المحطات.

  1. تقرأ م1 11mg/L11\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} عند 8C8{}^{\circ}\mathrm{C}؛ وتقرأ م2 7mg/L7\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} عند 22C22{}^{\circ}\mathrm{C}. انسب الفرق إلى المورّدين والسقوف الصحيحة.
  2. إحصاء م1: صغار سلمون مرقط، ويرقات ذباب مايو. وإحصاء م2: شبّوط، وحلزونات بركة، ويرقات ذوات ذنب فأري. فسّر الاثنين وفق القضية 48.6.
  3. تقرأ م3 3mg/L3\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} مع أن الماء ليس أدفأ من م2. سمِّ المصرف، والعمّال وراءه.
  4. وتقرأ م4 9mg/L9\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} ويُظهر إحصاؤها يرقات ذباب مايو من جديد. اشرح التعافي بالمورّدين معًا وبمصير النفايات.

القسم الثاني — إيقاعات السنة.

  1. تهبط قراءات م2 عند الفجر في آب إلى 4mg/L4\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} بينما تبلغ قراءات الأصيل 9mg/L9\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}. ارسم منحناها اليومي أو صفه، وسمِّ العمليتين المتبادلتين للمكان.
  2. قراءات كانون الثاني عند م2 أثبت وأعلى من قراءات آب، مع أن مقطع المراعي ساكن كما هو. أعطِ سببي الشتاء.
  3. يُتوقَّع أسبوعان حارّان بلا ريح. رتّب المحطات الأربع بحسب خطر موت الأسماك، بسبب واحد لكل واحدة.
  4. توقّت الحارسة زيارات مِسبارها في آب قبيل الشروق مباشرة. دافع عن هذا الجدول.

القسم الثالث — الأحكام والعلاجات.

  1. يركّب معمل الألبان معالجةً تزيل أكثر المادة العضوية من تصريفه. تنبأ بمِسبار م3 وإحصائها بعد سنة، بترتيب التعافي.
  2. يقترح مالك أرض قطع أشجار ضفة م2 “ليدخل ضوء أكثر فيصنع أكسجينًا أكثر”. زِن الاقتراح: ماذا يفعل الظل أيضًا وفق القضية 48.3، وبم تجيب؟
  3. يجد الإحصاء يرقات ذباب مايو في محطة تبدو قراءة مِسبارها الوحيدة في الأصيل متوسطة. فبأي شاهد تصدّق في شأن الموسم كله، ولماذا؟
  4. أغلق الكتاب السنوي بقاعدة الحارسة ذات الجملة الواحدة للنهر كله، مستعملًا باردًا ومخضوضًا وغير محمَّل بالنفايات العضوية.
حل

حل المسألة 48.1.

1. م1 باردة — سقف عالٍ — ومخضوضة بالسدّ الصغير — فإعادة الملء من السطح بأقصى سرعة: فقراءات قرب السقف. وم2 دافئة — سقف منخفض — وغير مخضوضة: فقراءة متواضعة كل ما يستطيع مورّداها حمله.

2. أنواع م1 الطلوب تشهد بأكسجين غني ثابت؛ وطاقم م2 المتحمّل — شبّوط، وحلزونات، وأصحاب أنابيب — يعلّم ماءً يفتقر، في ساعاته السيئة على الأقل.

3. تنفس المحلِّلين: فتصريف معمل الألبان الغني بالعضوي يُطعم جمهرة محتشدة منهم، ووليمتهم تستنزف المخزون إلى ما دون ما تفسّره الحرارة وحدها بكثير.

4. كيلومترا استهلاك استنفدا النفايات — فانتهت الوليمة وخفّ المنفقون — بينما أعاد الجدول الحصوي خضّ الأكسجين إلى الداخل: فاستُعيد المورّدان، وأُغلق المصرف، والإحصاء يشهد بالتعافي.

5. موجة يومية: قاع عند الفجر عند 4mg/L4\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}، وذروة في الأصيل عند 9mg/L9\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}. والمتبادلان: صناعة النهار (تضيف نهارًا) والتنفس على مدار الساعة (يستنزف وحده طول الليل).

6. برد الشتاء يرفع السقف فيحمل الماء أكثر؛ والبرد يبطّئ كل متنفس — الأسماك، والنباتات، ومحلِّلي الطين — فتصغر المصارف. وأثبت أيضًا، لأن موجة المنتِجين اليومية أصغر.

7. م3 أولًا (مستنزفة منذ الآن، والحرّ يسرّع محلِّليها)؛ وم2 ثانيًا (سقف منخفض، وماء ساكن، وقيعان عند الفجر)؛ وم4 ثالثًا (تتعافى لكنها أسفل المشكلة)؛ وم1 أخيرًا (باردة مخضوضة — فالسدّ الصغير يواصل إعادة الملء مهما يكن الطقس).

8. ما قبل الشروق هو الدُّنيا اليومية: فالقراءات عندئذ تسجّل أسوأ ما على حياة النهر أن تنجو منه. أما جدول الأصيل فسيحفظ السنة تحت أحسن لحظاتها.

9. المِسبار يتعافى في أسابيع — فالمصرف يُغلق حين يتوقف غذاء المحلِّلين. والإحصاء يتعافى أبطأ وبترتيب: فيخفّ الطاقم المتحمّل أولًا، ثم يعيد المستوطنون المنجرفون والطائرون (بمنطق الفصل 39، في نسخته الحيوانية) بذر الأنواع الطلوب — يرقات ذباب مايو أولًا من الأعلى، والسلمون المرقط أخيرًا.

10. الظل يُبقي المقطع باردًا أيضًا — والبرد هو السقف. فالقطع سيضيف إنتاج النهار لكنه سيخفض السقف ويسرّع كل مصرف في الماء الأدفأ؛ وفي مقطع بطيء يرجّح أن تفوق الخسارة الكسب. والجواب: أبقِ الأشجار، وحرّك الماء بدل ذلك.

11. الإحصاء: فيرقات ذباب مايو لا تستطيع أن تزوّر موسمًا جيدًا — فقد عاشت كل فجر منه. أما قراءة الأصيل المتوسطة فلحظة واحدة، ولعلها يوم سيئ؛ واليرقات سجلّ الموسم المشفوع باليمين.

12. “أبقِ النهر باردًا مخضوضًا غير محمَّل، فيدبّر الأكسجين — وكل ما يتنفسه — نفسه بنفسه.”

المصطلحات المعرَّفة في هذا الفصل

عرض كل المصطلحات (479) في المسرد