26المحيطات

في ديسمبر 1872، غادرت سفينة تابعة للبحرية الملكية البريطانية، هي تشالنجر، إنجلترا في رحلة حول العالم دامت ثلاث سنوات ونصفًا. وكانت مهمتها جديدة: أن تعرف ما يوجد في قاع المحيطات. فمرة بعد مرة كانت السفينة تتوقف في عرض البحر، ويُنزل البحارة ثقلًا كبيرًا مربوطًا بحبل طويل حتى يلمس القاع؛ وكان طول الحبل الذي نزل يعطي العمق. وحين عادت السفينة في مايو 1876، كانت أسبارها قد بيّنت أن لقاع المحيط سهولًا عميقة وسلاسل جبلية عظيمة.

اليوم ترسم السفينة خريطة قاع البحر بالصوت. فجهاز تحت بدنها يرسل نبضة قصيرة من الصوت نحو الأسفل؛ فيرتد الصوت عن القاع ويعود صدى. والزمن الذي يستغرقه الصدى يعطي العمق، مرة بعد مرة، بينما تواصل السفينة إبحارها. هذا هو السونار.

ما تعرفه من قبل

الماء المالح يغطي معظم الأرض، في محيط عالمي واحد مقسَّم إلى محيطات وبحار (الفصل 3). وتتباعد الصفائح عند الظهرات المحيطية، وتغوص صفيحة تحت أخرى عند الخنادق (الفصل 18). وفوق المحيطات تهب الرياح في أحزمة كبرى: الرياح التجارية، والرياح الغربية، والرياح الشرقية القطبية، يحرفها دوران الأرض (الفصل 24).

26.1 قاع المحيط

لو أمكن تصريف ماء المحيطات، لظهر منظر طبيعي خفي كامل. فعلى طول السواحل، تمتد اليابسة تحت البحر رفًّا قليل العمق لطيف الانحدار. ثم يهوي القاع على منحدر شديد إلى سهول فسيحة مستوية، على عمق كيلومترات. وترتفع من هذه السهول سلاسل جبلية، وهنا وهناك تنزل خنادق ضيقة أعمق من أي شيء آخر على الأرض.

تعريف 26.1 (أجزاء قاع المحيط)

• الرف القاري هو حافة القارة تحت البحر، وهي قليلة العمق ولطيفة الانحدار.
• المنحدر القاري هو المنحدر الشديد الذي يهبط من الرف إلى قاع المحيط العميق.
• السهل السحيق جزء فسيح من قاع المحيط، مستوٍ جدًا وعميق.
• الظهرة المحيطية سلسلة طويلة من الجبال المغمورة ترتفع من السهول السحيقة.
• الخندق المحيطي منخفض طويل ضيق عميق جدًا في قاع المحيط، كثيرًا ما يقع بجوار سلسلة من الجبال أو الجزر البركانية.

يبلغ متوسط عمق المحيط نحو $3700\,\mathrm{m}$، أي قرابة نصف ارتفاع أعلى جبل على اليابسة. وأعمق نقطة فيه، غور تشالنجر في خندق ماريانا في المحيط الهادئ، تقع على عمق يقارب $11\,000\,\mathrm{m}$ تحت السطح.

طريقة 26.2 (قراءة مقطع جانبي لقاع المحيط)

1. اقرأ المحورين: المسافة أفقيًا، والارتفاع أو العمق رأسيًا، والمبالغة الرأسية.
2. جد مستوى سطح البحر (الارتفاع 0) والسواحل حيث يقطعه المقطع.
3. تتبّع القاع انطلاقًا من ساحل: الرف قليل العمق، ثم المنحدر الشديد، ثم السهول العميقة المستوية.
4. ابحث عما يرتفع فوق السهول (ظهرة) أو ينخفض تحتها (خندق)، واقرأ عمقه.

مثال 26.3 (عبر جنوب المحيط الأطلسي)

في المقطع العلوي، بعد ساحل أمريكا الجنوبية، يهبط القاع إلى عمق يزيد على $3000\,\mathrm{m}$ في أقل من $300\,\mathrm{km}$. وتملأ سهول سحيقة، على عمق بين $3500\,\mathrm{m}$ و$5000\,\mathrm{m}$، معظم العرض. وفي منتصف الطريق، على بعد نحو $4400\,\mathrm{km}$ على طول المقطع، ترتفع ظهرة وسط الأطلسي إلى نحو $2300\,\mathrm{m}$ تحت السطح: أي أكثر من $2000\,\mathrm{m}$ فوق السهول، سلسلة جبلية مخبوءة تحت البحر. ثم تزداد السهول عمقًا من جديد إلى أكثر من $5000\,\mathrm{m}$ قبل أن يصعد القاع نحو إفريقيا.

26.2 الماء المالح

طعم ماء البحر مالح لأن فيه أملاحًا ذائبة. ومعظمها يأتي من صخور القارات: فالمطر يبري الصخور ببطء، والأنهار تحمل أملاحها الذائبة إلى البحر. وبعضها يأتي من ينابيع حارة في قاع المحيط.

تعريف 26.4 (الملوحة)

ملوحة ماء البحر هي كتلة الأملاح الذائبة في كيلوغرام من ماء البحر. ومتوسطها نحو $35\,\mathrm{g}$ في الكيلوغرام: أي إن $3.5\,\%$ من كتلة ماء البحر ملح.

ليست الملوحة واحدة في كل مكان. فحين يتبخر ماء البحر، يرحل الماء وتبقى الأملاح: فحيث تكون الشمس قوية والمطر نادرًا، يصير البحر أكثر ملوحة. وحيث يهطل مطر كثير، أو حيث يصب نهر كبير، يكون البحر أقل ملوحة. وحين يتجمد ماء البحر فيصير جليدًا بحريًا، يبقى الملح في الماء المحيط به، فيصير هو أيضًا أكثر ملوحة. وعلى العموم، تكون الملوحة منخفضة قرب خط الاستواء، حيث يكثر المطر، وقرب القطبين؛ وتبلغ أعلاها في العروض الوسطى، تحت الأحزمة الجافة قرب $30{}^{\circ}$.

26.3 التيارات السطحية

المحيط لا يسكن أبدًا. فالرياح تجرّ سطحه وتحرك الماء: الرياح التجارية المنتظمة تدفعه نحو الغرب قرب خط الاستواء، والرياح الغربية تدفعه نحو الشرق في العروض الوسطى. ومثل الرياح، ينحرف الماء المتحرك بفعل دوران الأرض: إلى اليمين في نصف الكرة الشمالي، وإلى اليسار في نصف الكرة الجنوبي.

تعريف 26.5 (التيار المحيطي والدوامة المحيطية)

التيار المحيطي حركة منتظمة لماء البحر في اتجاه واحد، كنهر في المحيط. والدوامة المحيطية حلقة كبيرة جدًا من التيارات المحيطية تدور حول حوض محيطي.

هناك خمس دوامات محيطية كبرى: في شمال الأطلسي وجنوبه، وفي شمال الهادئ وجنوبه، وفي المحيط الهندي. ودوامات نصف الكرة الشمالي تدور مع اتجاه عقارب الساعة، ودوامات نصف الكرة الجنوبي عكسه. وعلى الجانب الغربي من كل محيط، يكون تيار الدوامة ضيقًا سريعًا؛ وعلى الجانب الشرقي، عريضًا بطيئًا.

في المختبر — دوامة في صحن

داخل البيت، املأ صحنًا مستديرًا كبيرًا بالماء وانثر رشة من الفلفل على السطح. انفخ برفق وبانتظام عبر الصحن بماصّة، دائمًا في الاتجاه نفسه، قرب الحافة. وراقب الفلفل: فالماء القريب من السطح يبدأ يتحرك مع نفَسك، وسرعان ما يدور السطح كله في حلقة حول الصحن.

أشهر هذه التيارات تيار الخليج. فهو يغادر خليج المكسيك، ويجري شمالًا على طول ساحل فلوريدا، ثم ينعطف شرقًا قبالة كارولاينا الشمالية ويعبر الأطلسي نحو الشمال الشرقي. ويتحرك ماؤه الدافئ بمتوسط نحو $6.4\,\mathrm{km}$ في الساعة، وتبلغ سرعته عند السطح نحو $9\,\mathrm{km}$ في الساعة، ويحمل من الماء أكثر مما تحمله أنهار العالم كلها مجتمعة. وهو يُبقي الساحل الشرقي لفلوريدا أدفأ في الشتاء ويجلب هواءً معتدلًا إلى غرب أوروبا.

26.4 التيارات العميقة وحرارة المحيط

الرياح تحرك التيارات السطحية. وفي الأسفل البعيد، في الظلام البارد للمحيط العميق، يتحرك الماء أيضًا، لكن ببطء أشد بكثير. ففي أقصى شمال الأطلسي، يعطي الماء الدافئ الذي جلبه تيار الخليج حرارته للهواء البارد؛ فيبرد، ويزداد ملوحة حين يتكون الجليد البحري، فيصير أكثف ويغوص إلى القاع. ويزحف هذا الماء البارد المالح جنوبًا على طول قاع المحيط، حتى القارة القطبية الجنوبية، ثم إلى المحيطين الهندي والهادئ، حيث يصعد ببطء ويعود إلى السطح. وقد تستغرق قطرة الماء نحو $1000$ سنة لتدور مرة واحدة حول هذه الحلقة الكبرى، أي الحزام الناقل المحيطي العالمي.

مثال 26.6 (ما مدى بطء الماء العميق؟)

يبلغ طول الحلقة المرسومة على الخريطة نحو $70\,000\,\mathrm{km}$. فإذا استغرقت قطرة الماء نحو $1000$ سنة لتدور حولها، فهي تتحرك في المتوسط نحو $70\,000 \div 1000 = 70\,\mathrm{km}$ في السنة، أي نحو $200\,\mathrm{m}$ في اليوم. أما تيار الخليج، بسرعة $6.4\,\mathrm{km}$ في الساعة، فيقطع نحو $150\,\mathrm{km}$ في اليوم: فهو يقطع في نحو 11 ساعة ما يقطعه الماء العميق في سنة كاملة.

تنقل التيارات السطحية والعميقة معًا الحرارة: فالماء الدافئ يتدفق من المناطق المدارية نحو القطبين، والماء البارد يعود نحو خط الاستواء. ومثل الرياح، يعادل المحيط التسخين غير المتساوي للأرض بالشمس.

26.5 تمارين

تمرين 26.1 ★

رتّب أجزاء قاع المحيط هذه بالترتيب الذي تصادفها به غواصة تغادر ساحلًا نحو وسط الأطلسي: سهل سحيق؛ منحدر قاري؛ ظهرة محيطية؛ رف قاري.

حل

حل التمرين 26.1.

الرف القاري، ثم المنحدر القاري، ثم السهل السحيق، ثم الظهرة المحيطية.

تمرين 26.2 ★

صواب أم خطأ؟ صحّح الجمل الخاطئة. (أ) يبلغ متوسط عمق المحيط نحو $37\,\mathrm{km}$. (ب) تدور دوامات نصف الكرة الشمالي مع اتجاه عقارب الساعة. (ج) التبخر يجعل ماء البحر أقل ملوحة. (د) تيار الخليج تيار دافئ.

حل

حل التمرين 26.2.

(أ) خطأ: نحو $3700\,\mathrm{m}$، أي $3.7\,\mathrm{km}$. (ب) صواب. (ج) خطأ: التبخر يزيل الماء ويترك الأملاح، فيصير الماء أكثر ملوحة. (د) صواب.

تمرين 26.3 ★

أعطِ الكلمة المناسبة لكل وصف: (أ) سلسلة طويلة من الجبال تحت البحر؛ (ب) كتلة الملح في كيلوغرام من ماء البحر؛ (ج) حلقة كبيرة جدًا من التيارات المحيطية؛ (د) منخفض طويل ضيق عميق جدًا في قاع المحيط.

حل

حل التمرين 26.3.

(أ) ظهرة محيطية. (ب) الملوحة. (ج) دوامة محيطية. (د) خندق محيطي.

تمرين 26.4 ★

على خريطة الدوامات: (أ) في أي اتجاه تدور دوامة جنوب الأطلسي؟ (ب) سمِّ تيارًا دافئًا وتيارًا باردًا في شمال الأطلسي. (ج) ما الرياح التي تدفع الماء نحو الغرب قرب خط الاستواء؟

حل

حل التمرين 26.4.

(أ) عكس اتجاه عقارب الساعة. (ب) الدافئ: تيار الخليج؛ والبارد: تيار الكناري. (ج) الرياح التجارية.

تمرين 26.5 ★★

عينة من $1\,\mathrm{kg}$ من ماء البحر تحتوي على $35\,\mathrm{g}$ من الأملاح. (أ) ما النسبة المئوية للملح من كتلتها؟ (ب) كم غرامًا من الأملاح في $20\,\mathrm{kg}$ من هذا الماء؟ (ج) كم كيلوغرامًا من ماء البحر يحتوي على $1\,\mathrm{kg}$ من الأملاح؟

حل

حل التمرين 26.5.

(أ) $35 \div 1000 \times 100 = 3.5~\%$. (ب) $20 \times 35 = 700\,\mathrm{g}$. (ج) $1000 \div 35 \approx 28.6$: أي نحو $29\,\mathrm{kg}$.

تمرين 26.6 ★★

يرسل سونار سفينة نبضة صوتية نحو الأسفل مباشرة. فيعود الصدى بعد $6\,\mathrm{s}$. ويقطع الصوت في ماء البحر نحو $1500\,\mathrm{m}$ في كل ثانية. (أ) ما المسافة التي يقطعها الصوت في $6\,\mathrm{s}$؟ (ب) لماذا لا يساوي العمق إلا نصف هذه المسافة؟ (ج) ما العمق؟ (د) فوق أي جزء من قاع المحيط قد تكون السفينة؟

حل

حل التمرين 26.6.

(أ) $1500 \times 6 = 9000\,\mathrm{m}$. (ب) يهبط الصوت إلى القاع ثم يعود صاعدًا: فهو يقطع العمق مرتين. (ج) $9000 \div 2 = 4500\,\mathrm{m}$. (د) سهل سحيق (فالخندق أعمق، والظهرة أو الرف أقل عمقًا).

تمرين 26.7 ★★

استعمل المقطع الجانبي عبر جنوب الأطلسي. (أ) ما عمق السهول السحيقة تقريبًا؟ (ب) على أي مسافة على طول المقطع تقع قمة ظهرة وسط الأطلسي، وما عمقها؟ (ج) بكم مترًا ترتفع الظهرة فوق السهول؟ (د) لماذا يحتاج المقطع إلى مبالغة رأسية؟

حل

حل التمرين 26.7.

(أ) بين نحو $3500\,\mathrm{m}$ و$5000\,\mathrm{m}$. (ب) على بعد نحو $4400\,\mathrm{km}$ على طول المقطع، وعلى عمق نحو $2300\,\mathrm{m}$. (ج) نحو $4500 - 2300 = 2200\,\mathrm{m}$ (بين 1200 و$2700\,\mathrm{m}$، بحسب السهل المختار). (د) عمق المحيط بضعة كيلومترات لكن عرضه آلاف الكيلومترات: فلو رُسم بالمقياس نفسه، لكان المقطع كله أرق من خط.

تمرين 26.8 ★★

البحر A يقع بين صحراوين: لا يكاد المطر يهطل فيه أبدًا ولا يصب فيه أي نهر كبير. والبحر B، في منطقة ماطرة، تصب فيه أنهار كبيرة كثيرة. اشرح أيهما أكثر ملوحة من المحيط المفتوح، وأيهما أقل ملوحة. استعمل الكلمات التبخر، الماء العذب، تبقى الأملاح.

حل

حل التمرين 26.8.

البحر A أكثر ملوحة: فالشمس والهواء الجاف يسببان تبخرًا قويًا، فيرحل الماء وتبقى الأملاح، ولا يكاد مطر أو نهر يعيد الماء العذب. والبحر B أقل ملوحة: فأنهاره ومطره تجلب كثيرًا من الماء العذب، الذي يخفف تركيز الأملاح.

تمرين 26.9 ★★

تُلقى رسالة في زجاجة في البحر قبالة ساحل فلوريدا. (أ) أي تيار يحملها أولًا، وفي أي اتجاه؟ (ب) في أي اتجاه تعبر الأطلسي بعد ذلك؟ (ج) لو واصلت الدوران حول الدوامة، فعلى طول أي ساحل ستسافر جنوبًا؟ (د) هل هذا التيار دافئ أم بارد؟

حل

حل التمرين 26.9.

(أ) تيار الخليج، نحو الشمال على طول الساحل، ثم نحو الشمال الشرقي. (ب) نحو الشرق (الشمال الشرقي)، مع تيار شمال الأطلسي. (ج) على طول ساحل شمال غرب إفريقيا (وإسبانيا والبرتغال)، مع تيار الكناري. (د) بارد.

تمرين 26.10 ★★

يتحرك تيار الخليج بمتوسط نحو $6.4\,\mathrm{km}$ في الساعة. (أ) ما المسافة التي يقطعها ماؤه في يوم واحد؟ (ب) وفي أسبوع؟ (ج) قارن بشخص يمشي بسرعة $5\,\mathrm{km}$ في الساعة.

حل

حل التمرين 26.10.

(أ) $6.4 \times 24 = 153.6$: أي نحو $154\,\mathrm{km}$. (ب) $153.6 \times 7 \approx 1075\,\mathrm{km}$. (ج) تيار الخليج أسرع قليلًا من الماشي، لكنه لا يتوقف أبدًا، ليلًا ونهارًا.

تمرين 26.11 ★★★

يبلغ متوسط عمق المحيط نحو $3700\,\mathrm{m}$، وتقع أعمق نقطة فيه على عمق يقارب $11\,000\,\mathrm{m}$. (أ) اكتب العمقين بالكيلومترات. (ب) كم مرة تفوق أعمقُ نقطة المتوسطَ عمقًا؟ قرّب إلى منزلة عشرية واحدة. (ج) صدى سونار من أعمق نقطة: كم ثانية يستغرق ليعود، بسرعة $1500\,\mathrm{m}$ في كل ثانية؟ (د) قطرة ماء من الحزام الناقل تغوص في شمال الأطلسي. إذا استغرقت نحو $1000$ سنة لتدور، فكيف يُكتب عدد السنوات هذا بقوة للعدد عشرة؟

حل

حل التمرين 26.11.

(أ) $3.7\,\mathrm{km}$ و$11\,\mathrm{km}$. (ب) $11000 \div 3700 \approx 3.0$ مرات. (ج) يقطع الصوت $2 \times 11000 = 22\,000\,\mathrm{m}$؛ $22000 \div 1500 \approx 14.7$: أي نحو $15\,\mathrm{s}$. (د) $1000 = 10^3$ سنة.

تمرين 26.12 ★★★

يبدأ الحزام الناقل الكبير للمحيط العميق في البحر النرويجي، قبالة ساحل النرويج، حيث يعطي الماء الدافئ الذي جلبه تيار الخليج حرارته للهواء البارد. (أ) مستعينًا بخريطة الدوامات وبالفصل، اشرح خطوة خطوة كيف انتقل هذا الماء الدافئ إلى هناك من المناطق المدارية، وأي الرياح دفعته. (ب) اشرح لماذا يغوص الماء بعد ذلك. (ج) إلى أين يذهب بعدها؟

حل

حل التمرين 26.12.

(أ) قرب خط الاستواء، تدفع الرياح التجارية الماء المداري الدافئ نحو الغرب. وعند الحافة الغربية للأطلسي ينعطف شمالًا مع تيار الخليج، وهو تيار دافئ، على طول فلوريدا وأمريكا الشمالية. ثم تدفعه الرياح الغربية عبر الأطلسي نحو الشمال الشرقي، حتى البحار القريبة من النرويج. (ب) هناك يعطي حرارته للهواء البارد: فيبرد، ويزداد ملوحة حين يتكون الجليد البحري، لأن الملح يبقى في الماء. والماء البارد المالح كثيف، فيغوص إلى القاع. (ج) يزحف جنوبًا على طول قاع المحيط، نحو القارة القطبية الجنوبية، ثم إلى المحيطين الهندي والهادئ، حيث يصعد ببطء من جديد.

26.6 مسألة: عوّامة منجرفة

مسألة 26.1

مسألة نهاية الأسبوع — تُطلق عوّامة منجرفة قبالة فلوريدا فتحملها دوامة شمال الأطلسي؛ تُتتبَّع رحلتها مرحلة بعد مرحلة، ويُحسب الزمن الذي تستغرقه لتدور دورة واحدة

يطلق علماء عوّامة منجرفة قبالة ساحل فلوريدا. فهي تطفو تحت السطح مباشرة، وتتحرك مع التيارات، وترسل موقعها إلى قمر صناعي. وتدوم بطارياتها نحو سنة. وتبين الخريطة المراحل الأربع لرحلتها حول دوامة شمال الأطلسي.

المرحلة	التيار	الطول (km)	السرعة المتوسطة (km في اليوم)
A	تيار الخليج	3800	100
B	تيار شمال الأطلسي	2100	20
C	تيار الكناري	3100	20
D	التيار الاستوائي الشمالي	6100	20

الجزء الأول — الإطلاق.

1. في أي محيط، وفي أي نصف كرة، تُطلق العوّامة؟
2. في أي اتجاه تدور الدوامة؟ وهل تُحمل العوّامة شمالًا أم جنوبًا في البداية؟
3. هل ماء المرحلة A دافئ أم بارد؟ وماء المرحلة C؟ علّل.
4. ما الرياح التي تحرك تيارات المرحلة B؟ والمرحلة D؟

الجزء الثاني — حول الدوامة.

5. كم يومًا تستغرق المرحلة A؟
6. كم يومًا تستغرق المراحل B وC وD؟
7. ما الطول الكلي للرحلة حول الدوامة؟
8. لماذا المرحلة A أسرع بكثير من غيرها؟

الجزء الثالث — طول الرحلة.

9. كم يومًا تحتاج العوّامة لتدور مرة واحدة حول الدوامة؟
10. إذا عددنا الشهر 30 يومًا، فكم شهرًا يكون ذلك؟ قرّب إلى أقرب شهر كامل.
11. في أي مرحلة ستنفد البطاريات، بعد نحو سنة واحدة (365 يومًا)؟
12. كم شهرًا إضافيًا من عمر البطارية تحتاج العوّامة لترسل موقعها طوال الدورة كلها؟

حل

حل المسألة 26.1.

1. في المحيط الأطلسي، في نصف الكرة الشمالي.

2. مع اتجاه عقارب الساعة؛ وتُحمل العوّامة شمالًا في البداية.

3. ماء المرحلة A (تيار الخليج) دافئ: فهو آتٍ من المناطق المدارية. وماء المرحلة C (تيار الكناري) بارد: فهو آتٍ من عروض أعلى، متجهًا نحو خط الاستواء.

4. المرحلة B: الرياح الغربية. والمرحلة D: الرياح التجارية.

5. $3800 \div 100 = 38$ يومًا.

6. B: $2100 \div 20 = 105$ أيام. C: $3100 \div 20 = 155$ يومًا. D: $6100 \div 20 = 305$ أيام.

7. $3800 + 2100 + 3100 + 6100 = 15\,100\,\mathrm{km}$.

8. تيار الخليج هو التيار الضيق السريع على الجانب الغربي من الدوامة؛ أما التيارات على جوانبها الأخرى فعريضة بطيئة.

9. $38 + 105 + 155 + 305 = 603$ أيام.

10. $603 \div 30 = 20.1$: أي نحو 20 شهرًا.

11. بعد المراحل A وB وC، يكون قد مضى $38 + 105 + 155 = 298$ يومًا؛ ويحل اليوم 365 أثناء المرحلة D (التيار الاستوائي الشمالي)، بعد $365 - 298 = 67$ يومًا من بدايتها.

12. $603 - 365 = 238$ يومًا إضافيًا، أي $238 \div 30 \approx 8$ أشهر إضافية.