---
title: "المحيط الطبقي"
book: "علوم الأرض والفضاء في المرحلة الثانوية"
subject: earth
language: ar
chapter: 6
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/6-the-layered-ocean
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Earth and Space Sciences Book, One Course (one-course.com)"
---

# الفصل 6 — المحيط الطبقي

في يوم صيفي تسبح مبتعدًا عن الشاطئ في ماء دافئ لطيف. ثم تدلّي ساقيك — فتلاقي قدماك ماء باردًا فجأة، على بعد مترين أو نحوهما تحت السطح. فالبحر ليس ممتزجًا من أعلاه إلى أسفله: بل يتكون من طبقات، دافئة وخفيفة في الأعلى، وباردة وكثيفة في الأسفل. وفي عرض المحيط يمتد هذا [التطبق](#def-g10-layered-ocean-stratification) نفسه إلى عمق كيلومترات، وهو الذي يقرر أين يكون البحر صحراء وأين يعج بالحياة. يتناول هذا الفصل المحيط في عمقه: كيف يُقاس، وكيف تتغير درجة حرارته وملوحته نحو الأسفل، ولماذا تكون الطبقات مستقرة، وأين يعود الماء العميق البارد صاعدًا إلى السطح.

**ما تعرفه من قبل.**

يحتوي ماء البحر على أملاح ذائبة: وملوحته، نحو 35 غرامًا من الملح لكل كيلوغرام من ماء البحر في المتوسط، تختلف من بحر إلى آخر. وتحرك الرياح التيارات السطحية والدوامات الدائرية الكبرى؛ وتتحرك تيارات عميقة من الماء البارد المالح ببطء على امتداد قاع المحيط (الكتاب 1، الصف 8). والكثافة هي الكتلة مقسومة على الحجم (كتب الفيزياء). والعوالق النباتية، وهي طحالب مجهرية، تحتاج إلى الضوء وإلى مغذيات معدنية لتنمو بالتركيب الضوئي، وهي تغذي بقية السلاسل الغذائية في المحيط (كتب الأحياء).

## 6.1 قياس المحيط

يغطي المحيط نحو $362$ مليون $\mathrm{km}^{2}$، ومتوسط عمقه $3682\,\mathrm{m}$: أي نحو $1.33$ مليار $\mathrm{km}^{3}$ من الماء. ومعظمه يقع بعيدًا تحت مدى الضوء، ولا يمكن قياسه إلا بإنزال أجهزة إليه.

من السفينة، يُنزل علماء المحيطات بكابل إطارًا يحمل مجسات تقيس ناقلية الماء (التي تُحسب منها ملوحته)، ودرجة حرارته، والضغط (ومنه العمق)، وتحيط به حلقة من القوارير تُغلق عند أعماق مختارة لإعادة عينات من الماء إلى السفينة. ومنذ عام 2000 أضاف أسطول من العوامات الآلية ملايين المقاطع الرأسية: فكل عوامة تنجرف مع التيارات على عمق $1000\,\mathrm{m}$، وتغوص كل عشرة أيام تقريبًا إلى $2000\,\mathrm{m}$، ثم تصعد إلى السطح وهي تقيس درجة الحرارة والملوحة في طريقها، وترسل مقطعها عبر الأقمار الصناعية.

**أرقام عام 2026.**

تضم شبكة «أرغو» الدولية قرابة 4000 عوامة عاملة؛ وقد جُمع مقطعها الرأسي الثلاثة ملايين في يوليو 2024.

![في اليمين: حلقة من قوارير أخذ العينات حول مجساتها، تُرفع إلى جانب سفينة أبحاث في المحيط المتجمد الشمالي، 2008 (الصورة: بابلو كليمنتي–كولون، مكتبة صور الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي). في اليسار: إطلاق عوامة لقياس المقاطع من سفينة أبحاث (الصورة: برنامج رصد المحيط العالمي ومراقبته التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي). كلتاهما ملك عام.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/img-537c658ab146.jpg)

![في اليمين: حلقة من قوارير أخذ العينات حول مجساتها، تُرفع إلى جانب سفينة أبحاث في المحيط المتجمد الشمالي، 2008 (الصورة: بابلو كليمنتي–كولون، مكتبة صور الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي). في اليسار: إطلاق عوامة لقياس المقاطع من سفينة أبحاث (الصورة: برنامج رصد المحيط العالمي ومراقبته التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي). كلتاهما ملك عام.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/img-cc88aba21e2d.jpg)

*في اليمين: حلقة من قوارير أخذ العينات حول مجساتها، تُرفع إلى جانب سفينة أبحاث في المحيط المتجمد الشمالي، 2008 (الصورة: بابلو كليمنتي–كولون، مكتبة صور الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي). في اليسار: إطلاق عوامة لقياس المقاطع من سفينة أبحاث (الصورة: برنامج رصد المحيط العالمي ومراقبته التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي). كلتاهما ملك عام.*

تعطي هذه المقاطع، متوسطةً على عقود من القياسات، صورة للمحيط في عمقه. ومقاطع هذا الفصل من هذه المتوسطات، مأخوذة من *أطلس المحيط العالمي 2023* الصادر عن المراكز الوطنية للمعلومات البيئية التابعة للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي.

## 6.2 درجة الحرارة مع العمق

![متوسط درجة الحرارة بحسب العمق في ثلاثة مواقع (يزداد العمق نحو الأسفل). البيانات: أطلس المحيط العالمي 2023، متوسطات سنوية، المراكز الوطنية للمعلومات البيئية.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/fig-f9b285e365fc.svg)

*متوسط درجة الحرارة بحسب العمق في ثلاثة مواقع (يزداد العمق نحو الأسفل). البيانات: أطلس المحيط العالمي 2023، متوسطات سنوية، المراكز الوطنية للمعلومات البيئية.*

يسخّن ضوء الشمس المحيط من الأعلى، في طبقته السطحية. وتقلّب الرياح والأمواج هذا الماء الدافئ فتجعله طبقة شبه متجانسة الحرارة. وتحتها تنخفض درجة الحرارة سريعًا على مدى بضع مئات من الأمتار؛ وأعمق من ذلك تنخفض ببطء حتى الماء البارد الذي يملأ أحواض المحيط.

**تعريف 6.1 (الطبقة المختلطة).**

*الطبقة المختلطة* هي الطبقة السطحية من المحيط، التي تقلّبها الرياح والأمواج، والتي لا تكاد درجة الحرارة والملوحة تتغيران فيها مع العمق.

**تعريف 6.2 (طبقة التدرج الحراري؛ طبقة التدرج الملحي؛ طبقة التدرج الكثافي؛ المحيط العميق).**

*طبقة التدرج الحراري* هي الطبقة الواقعة تحت [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer)، التي تنخفض فيها درجة الحرارة سريعًا مع العمق. والطبقة التي تتغير فيها الملوحة سريعًا مع العمق هي *طبقة تدرج ملحي*؛ والطبقة التي تزداد فيها الكثافة سريعًا مع العمق هي *طبقة التدرج الكثافي*. وتحتها يقع *المحيط العميق*، البارد البطيء التغير.

في المحيط الهادئ المداري تكون [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) عند $29.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ وسماكتها نحو $60\,\mathrm{m}$؛ وبين $70\,\mathrm{m}$ و$300\,\mathrm{m}$ تنخفض درجة الحرارة بقرابة تسع عشرة درجة، وعند $1000\,\mathrm{m}$ لا تتجاوز $4.5{}^{\circ}\mathrm{C}$. وفي شمال الأطلسي يكون السطح أبرد والانخفاض أكثر تدرجًا. وفي المحيط المتجمد الشمالي يبقى العمود كله في حدود درجتين من $0{}^{\circ}\mathrm{C}$: فلا طبقة سطحية دافئة تستحق الذكر.

**طريقة 6.3 (قراءة مقطع رأسي للمحيط).**

1. حدد المحورين: يزداد العمق نحو الأسفل، وتُقرأ الكمية المقيسة على امتداد الأعلى.
2. [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) هي الجزء العلوي حيث يكون المنحنى شبه رأسي؛ وعمقها حيث يبدأ المنحنى بالانحناء (قاعدة شائعة: حيث تنخفض درجة الحرارة $0.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ عن قيمتها عند السطح).
3. [طبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline) هي حيث يكون المنحنى أقرب ما يكون إلى الأفقي: أكبر تغير في أصغر عمق.
4. وفي الأسفل، اقرأ القيم العميقة وقارن المواقع عند العمق نفسه.

تتغير [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) مع الفصول. ففي الشتاء يفقد السطح حرارة، وتقلّب العواصف البحر، فتتعمق [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer)؛ وفي الصيف تسخّن الشمس طبقة سطحية رقيقة لا تقدر الرياح الألطف على مزجها نحو الأسفل، فتتكون *طبقة تدرج حراري موسمية* قرب السطح — وهي الماء البارد الذي تلاقيه قدما السابح.

![الشتاء والصيف في شمال الأطلسي (40.5 ش، 30.5 غ): متوسط درجات الحرارة الشهرية لفبراير وأغسطس. في فبراير تبلغ الطبقة المختلطة نحو 170\, m؛ وفي أغسطس تستقر طبقة دافئة سماكتها نحو 15\, m على طبقة تدرج حراري موسمية. البيانات: أطلس المحيط العالمي 2023، المراكز الوطنية للمعلومات البيئية.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/fig-05111f4eba34.svg)

*الشتاء والصيف في شمال الأطلسي ($40.5{}^{\circ}$ ش، $30.5{}^{\circ}$ غ): متوسط درجات الحرارة الشهرية لفبراير وأغسطس. في فبراير تبلغ [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) نحو $170\,\mathrm{m}$؛ وفي أغسطس تستقر طبقة دافئة سماكتها نحو $15\,\mathrm{m}$ على طبقة تدرج حراري موسمية. البيانات: أطلس المحيط العالمي 2023، المراكز الوطنية للمعلومات البيئية.*

## 6.3 الملوحة والكثافة

تتوقف كثافة ماء البحر على درجة حرارته وعلى ملوحته. وهي تُحسب بصيغة متفق عليها دوليًا، هي معادلة حالة ماء البحر، المطابَقة على قياسات مخبرية.

**قضية 6.4 (كثافة ماء البحر).**

تزداد كثافة ماء البحر بازدياد ملوحته وتنقص بارتفاع درجة حرارته. فعند ضغط السطح، تبلغ كثافة ماء بحر ملوحته 35 $1028.1\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ عند $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ و$1023.3\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ عند $25{}^{\circ}\mathrm{C}$؛ وتبلغ كثافة الماء النقي عند $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ $1000.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

![كثافة ماء البحر عند ضغط السطح، بحسب درجة حرارته، لثلاث ملوحات (محسوبة من المعادلة الدولية لحالة ماء البحر).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/fig-435daab74608.svg)

*كثافة ماء البحر عند ضغط السطح، بحسب درجة حرارته، لثلاث ملوحات (محسوبة من المعادلة الدولية لحالة ماء البحر).*

يظهر أمران في المخطط. فكل وحدة ملوحة تضيف نحو $0.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. وكل درجة احترار تنقص نحو $0.31\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ عند $25{}^{\circ}\mathrm{C}$، و$0.18\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ عند $10{}^{\circ}\mathrm{C}$، لكنها لا تنقص إلا $0.06\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ قرب $0{}^{\circ}\mathrm{C}$: ففي البحار الدافئة تتحكم درجة الحرارة في الكثافة، وفي البحار الباردة تتحكم فيها الملوحة.

**ملاحظة 6.5.**

كثافات هذا الفصل محسوبة عند ضغط السطح. فضغط الماء الذي فوقه يضغط ماء البحر قليلًا، بنحو $4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ لكل كيلومتر من العمق؛ ويقارن علماء المحيطات الكتل المائية عند الضغط نفسه، كي لا تُحتسب إلا درجة الحرارة والملوحة.

![الملوحة (في اليسار) والكثافة عند ضغط السطح (في اليمين) بحسب العمق، في المواقع الثلاثة لمقاطع درجة الحرارة. وفي كل موقع تزداد الكثافة نحو الأسفل. البيانات: أطلس المحيط العالمي 2023، المراكز الوطنية للمعلومات البيئية؛ والكثافات من المعادلة الدولية لحالة ماء البحر.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/fig-91eff0416647.svg)

*الملوحة (في اليسار) والكثافة عند ضغط السطح (في اليمين) بحسب العمق، في المواقع الثلاثة لمقاطع درجة الحرارة. وفي كل موقع تزداد الكثافة نحو الأسفل. البيانات: أطلس المحيط العالمي 2023، المراكز الوطنية للمعلومات البيئية؛ والكثافات من المعادلة الدولية لحالة ماء البحر.*

في المحيط الهادئ المداري تنطبق [طبقة التدرج الكثافي](#def-g10-layered-ocean-thermocline) على [طبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline). وفي المحيط المتجمد الشمالي لا تكاد درجة الحرارة تتغير، لكن الملوحة ترتفع من 28 عند السطح، حيث تخففها الأنهار والجليد الذائب، إلى 34.8 عند $500\,\mathrm{m}$: [فطبقة التدرج الملحي](#def-g10-layered-ocean-thermocline) هي [طبقة التدرج الكثافي](#def-g10-layered-ocean-thermocline). وفي كل حالة تزداد الكثافة نحو الأسفل.

**تعريف 6.6 (التطبق).**

يكون المحيط *متطبقًا* حين تزداد كثافته مع العمق: فالماء الأخف يستقر فوق الماء الأكثف، في طبقات.

المحيط المتطبق مستقر. فكتلة الماء المدفوعة نحو الأسفل إلى ماء أكثف تكون أخف من محيطها فتطفو عائدة؛ والكتلة المدفوعة نحو الأعلى تغوص عائدة. ولمزج الطبقات، يجب على الريح أن تعمل ضد ذلك، وكلما كانت [طبقة التدرج الكثافي](#def-g10-layered-ocean-thermocline) أقوى، صار ذلك أصعب: [فطبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline) غطاء يفصل السطح عن [المحيط العميق](#def-g10-layered-ocean-thermocline). ويمتلئ [المحيط العميق](#def-g10-layered-ocean-thermocline) بماء غاص منذ زمن بعيد من البحار القطبية الباردة، حيث يصير الماء السطحي كثيفًا بما يكفي ليغوص (الكتاب 1، الصف 8).

## 6.4 الانبثاق

**تعريف 6.7 (الانبثاق).**

*الانبثاق* هو صعود ماء بارد من تحت الطبقة السطحية، ليحل محل ماء سطحي تدفعه الريح بعيدًا. ويحدث على امتداد بعض السواحل وفي عرض المحيط.

على امتداد ساحل ما، تجر الريح الهابة موازية للشاطئ الماء السطحي؛ وبسبب دوران الأرض لا يتبع الماء الريح ببساطة بل ينحرف عنها، نحو اليمين في نصف الكرة الشمالي ونحو اليسار في نصف الكرة الجنوبي (وكيفية ذلك موضوع المجلدات الجامعية). وقبالة بيرو تهب الريح على امتداد الشاطئ نحو خط الاستواء، فيُدفع الماء السطحي نحو عرض البحر؛ ويصعد ماء بارد قرب الساحل ليحل محله. ويحدث [الانبثاق](#def-g10-layered-ocean-upwelling) أيضًا على امتداد خط الاستواء، حيث تدفع الرياح التجارية الماء السطحي بعيدًا عنه من الجانبين.

![الانبثاق الساحلي قبالة بيرو (مقطع عرضي تخطيطي من الغرب إلى الشرق، بغير مقياس): تهب الريح على امتداد الشاطئ نحو خط الاستواء، نحو الشمال، داخلةً في الصفحة؛ فينحرف الماء السطحي إلى يسارها ويُدفع نحو عرض البحر؛ ويصعد ماء بارد من تحت طبقة التدرج الحراري قرب الساحل ليحل محله.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/fig-3b246659236a.svg)

*[الانبثاق](#def-g10-layered-ocean-upwelling) الساحلي قبالة بيرو (مقطع عرضي تخطيطي من الغرب إلى الشرق، بغير مقياس): تهب الريح على امتداد الشاطئ نحو خط الاستواء، نحو الشمال، داخلةً في الصفحة؛ فينحرف الماء السطحي إلى يسارها ويُدفع نحو عرض البحر؛ ويصعد ماء بارد من تحت [طبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline) قرب الساحل ليحل محله.*

الماء الذي يصعد ليس باردًا فحسب. فتحت الطبقة السطحية المضاءة بالشمس، تحرر بقايا العوالق الميتة التي تغوص وتتحلل المغذيات المعدنية التي تحتاج إليها العوالق النباتية. وحين تعود هذه المغذيات إلى الضوء، تجعل مناطق [الانبثاق](#def-g10-layered-ocean-upwelling) أخصب مياه المحيط، وفيها أغنى مصايد الأسماك. وحيث يكون المحيط شديد [التطبق](#def-g10-layered-ocean-stratification) ولا شيء يرفع الماء العميق، تنفد المغذيات من الطبقة المضاءة: فمراكز الدوامات شبه المدارية هي صحارى المحيط.

![يخضور العوالق النباتية كما يُرى من الفضاء، متوسطًا على 2002–2010: من الأزرق الداكن (قليل جدًا) عبر الأزرق الفاتح إلى الأصفر (كثير)؛ واليابسة بالرمادي. ويبرز ساحل بيرو والشريط الممتد على خط الاستواء في المحيط الهادئ؛ والدوامات زرقاء داكنة. الصورة: جيسي ألين وروبرت سيمون، مرصد الأرض التابع لناسا (ملك عام).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/img-29e52896608e.jpg)

*يخضور العوالق النباتية كما يُرى من الفضاء، متوسطًا على 2002–2010: من الأزرق الداكن (قليل جدًا) عبر الأزرق الفاتح إلى الأصفر (كثير)؛ واليابسة بالرمادي. ويبرز ساحل بيرو والشريط الممتد على خط الاستواء في المحيط الهادئ؛ والدوامات زرقاء داكنة. الصورة: جيسي ألين وروبرت سيمون، مرصد الأرض التابع لناسا (ملك عام).*

![قبالة بيرو يقترب الماء البارد من السطح: فالماء عند 15 C (الخط المتقطع) يقع على عمق نحو 65\, m، مقابل قرابة 300\, m في وسط دوامة جنوب المحيط الهادئ، الأبعد عن خط الاستواء. البيانات: أطلس المحيط العالمي 2023، متوسطات سنوية، المراكز الوطنية للمعلومات البيئية.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/fig-5da55d2586ab.svg)

*قبالة بيرو يقترب الماء البارد من السطح: فالماء عند $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ (الخط المتقطع) يقع على عمق نحو $65\,\mathrm{m}$، مقابل قرابة $300\,\mathrm{m}$ في وسط دوامة جنوب المحيط الهادئ، الأبعد عن خط الاستواء. البيانات: أطلس المحيط العالمي 2023، متوسطات سنوية، المراكز الوطنية للمعلومات البيئية.*

## 6.5 تمارين

**تمرين 6.1 ★.**

عرّف [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) [وطبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline). وما الذي يقلّب [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer)؟

**حل التمرين 6.1.**

[الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) هي الطبقة السطحية من المحيط التي لا تكاد درجة الحرارة والملوحة تتغيران فيها مع العمق؛ [وطبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline) هي الطبقة الواقعة تحتها التي تنخفض فيها درجة الحرارة سريعًا مع العمق. وتقلّب الرياح والأمواج [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) (ويساعدها في الشتاء تبرد السطح).

**تمرين 6.2 ★.**

عرّف [الانبثاق](#def-g10-layered-ocean-upwelling). ولماذا تكون مياه مناطق [الانبثاق](#def-g10-layered-ocean-upwelling) غنية بالحياة؟

**حل التمرين 6.2.**

[الانبثاق](#def-g10-layered-ocean-upwelling) هو صعود ماء بارد من تحت الطبقة السطحية، ليحل محل ماء سطحي دفعته الريح بعيدًا. ويجلب الماء الصاعد مغذيات معدنية إلى الطبقة المضاءة، حيث تستعملها العوالق النباتية لتنمو؛ والعوالق النباتية تغذي بقية السلسلة الغذائية.

**تمرين 6.3 ★.**

باستعمال مقاطع درجة الحرارة في المواقع الثلاثة، أعطِ درجة الحرارة عند السطح وعند $1000\,\mathrm{m}$ في المحيط الهادئ المداري وفي المحيط المتجمد الشمالي.

**حل التمرين 6.3.**

المحيط الهادئ المداري: نحو $29{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند السطح و$4.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند $1000\,\mathrm{m}$. والمحيط المتجمد الشمالي: نحو $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند السطح وقرابة $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند $1000\,\mathrm{m}$.

**تمرين 6.4 ★.**

أيهما أكثف: ماء بحر ملوحته 35 عند $25{}^{\circ}\mathrm{C}$ أم عند $0{}^{\circ}\mathrm{C}$؟ وماء بحر ملوحته 35 أم الماء النقي، عند درجة الحرارة نفسها؟ استعمل قيم الفصل.

**حل التمرين 6.4.**

عند $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ ($1028.1\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ مقابل $1023.3\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ عند $25{}^{\circ}\mathrm{C}$). وماء البحر: فعند $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ تبلغ كثافة الماء النقي $1000.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$، وكثافة ماء البحر الذي ملوحته 35 نحو $1027.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ (مقروءة على المخطط).

**تمرين 6.5 ★.**

فسّر كيف تقيس عوامة المقاطع مقطعًا رأسيًا للمحيط، ولماذا تفيد العوامات حيث نادرًا ما تذهب السفن.

**حل التمرين 6.5.**

تنجرف العوامة على عمق $1000\,\mathrm{m}$، وتغوص إلى $2000\,\mathrm{m}$، ثم تصعد إلى السطح وهي تقيس في طريقها درجة الحرارة والملوحة (من الناقلية) والضغط؛ وعند السطح ترسل مقطعها عبر الأقمار الصناعية ثم تغوص من جديد. وتنجرف العوامات مع التيارات في المحيط كله وتعمل سنوات، في كل الفصول، بعيدًا عن طرق السفن.

**تمرين 6.6 ★★.**

يغطي المحيط $361.84$ مليون $\mathrm{km}^{2}$ بعمق متوسط قدره $3682\,\mathrm{m}$. احسب حجمه بالكيلومترات المكعبة. وما الكسر من عمقه الذي يمثله أعلى $100\,\mathrm{m}$؟

**حل التمرين 6.6.**

$361.84\times10^6 \times 3.682 \approx 1.33 \times 10^{9}\,\mathrm{km}^{3}$، أي نحو $1.33$ مليار كيلومتر مكعب. $100/3682 \approx 0.027$: أي أقل من $3\,\%$ من متوسط العمق.

**تمرين 6.7 ★★.**

في مقطع شمال الأطلسي لشهر أغسطس، تبلغ درجة الحرارة $22.7{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند السطح، و$22.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند $15\,\mathrm{m}$، و$21.8{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند $20\,\mathrm{m}$، و$17.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند $50\,\mathrm{m}$. باستعمال قاعدة الطريقة، قدّر عمق [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer). وما متوسط معدل انخفاض درجة الحرارة بين $20\,\mathrm{m}$ و$50\,\mathrm{m}$، بالدرجات لكل متر؟

**حل التمرين 6.7.**

$22.7 - 0.5 = 22.2{}^{\circ}\mathrm{C}$، وتُبلغ عند $15\,\mathrm{m}$: فعمق [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) نحو $15\,\mathrm{m}$. وبين $20\,\mathrm{m}$ و$50\,\mathrm{m}$: $(21.8 - 17.3)/30 = 0.15{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل متر.

**تمرين 6.8 ★★.**

في موقع شمال الأطلسي نفسه يكون السطح عند $15.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ في فبراير و$22.7{}^{\circ}\mathrm{C}$ في أغسطس، بينما يكون عند $300\,\mathrm{m}$ في $13.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ في الشهرين كليهما. فسّر لماذا لا يتبع الماء العميق الفصول، ولماذا تكون [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) في الشتاء أعمق بكثير منها في الصيف.

**حل التمرين 6.8.**

لا تسخّن الشمس إلا الطبقة السطحية، ولا ينتشر التسخين والتبريد الموسميان إلا عبر [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer): فالماء تحت [طبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline) معزول عنهما. وفي الشتاء يبرد السطح، فيصير أكثف ويغوص في الماء الذي تحته، وتقلّب العواصف البحر: فيبلغ المزج عمقًا كبيرًا. وفي الصيف تسخّن الشمس طبقة سطحية خفيفة تطفو على الماء الأبرد؛ ولا تقدر الرياح الألطف على دفعها نحو الأسفل، فتبقى [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) رقيقة.

**تمرين 6.9 ★★.**

قرب $10{}^{\circ}\mathrm{C}$، تضيف وحدة ملوحة واحدة $0.78\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ إلى الكثافة وتنقص درجة احترار واحدة $0.18\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. كم درجة احترار تلغي وحدة ملوحة واحدة؟ أجب عن السؤال نفسه قرب $0{}^{\circ}\mathrm{C}$، حيث لا تنقص الدرجة الواحدة إلا $0.06\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. وماذا تستنتج بالنسبة إلى البحار القطبية؟

**حل التمرين 6.9.**

$0.78/0.18 \approx 4.3$ درجات قرب $10{}^{\circ}\mathrm{C}$؛ و$0.78/0.06 = 13$ درجة قرب $0{}^{\circ}\mathrm{C}$. ففي البحار القطبية الباردة تؤثر التغيرات الصغيرة في الملوحة في الكثافة أكثر بكثير من تغيرات درجة الحرارة: فالملوحة هناك هي التي تتحكم في [التطبق](#def-g10-layered-ocean-stratification).

**تمرين 6.10 ★★.**

في المحيط المتجمد الشمالي يكون الماء عند السطح في $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ وملوحته 28.1، وعند $200\,\mathrm{m}$ في $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ وملوحته 33.3. وكثافتاهما $1022.6\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ و$1026.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. ما الذي يجعل الماء الأعمق أكثف؟ وسمِّ الطبقة الواقعة بينهما.

**حل التمرين 6.10.**

درجة الحرارة واحدة: فالماء الأعمق أكثف لأنه أشد ملوحة (33.3 مقابل 28.1). والطبقة الواقعة بينهما، حيث تتغير الملوحة سريعًا مع العمق، [طبقة تدرج ملحي](#def-g10-layered-ocean-thermocline)؛ وهي هنا أيضًا [طبقة التدرج الكثافي](#def-g10-layered-ocean-thermocline).

**تمرين 6.11 ★★.**

فسّر لماذا يكون المحيط المتطبق مستقرًا، مستعينًا بكتلة من الماء السطحي تدفعها موجة نحو الأسفل.

**حل التمرين 6.11.**

حين تُدفع الكتلة نحو الأسفل تحتفظ بدرجة حرارتها وملوحتها، فبكثافتها. وإذ يحيط بها ماء أكثف، تكون أخف من الماء الذي تزيحه: فتدفعها الطفوية عائدة إلى مستواها. والكتلة المدفوعة نحو الأعلى تكون أكثف من محيطها الجديد فتغوص عائدة. فالطبقات مستقرة.

**تمرين 6.12 ★★★.**

لتر من ماء بحر ملوحته 35 عند $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ يُسخَّن إلى $25{}^{\circ}\mathrm{C}$. باستعمال كثافات الفصل، احسب كتلته، ثم حجمه الجديد. وبكم تمدد، بالمليلترات؟ وطبقة من المحيط سماكتها $700\,\mathrm{m}$ تسخن بالنسبة نفسها: فبكم تزداد سماكتها؟ (وهذه مبالغة كبيرة في احترار المحيط الفعلي، لا تُستعمل هنا إلا لإظهار الأثر.)

**حل التمرين 6.12.**

الكتلة: $0.001 \times 1028.1 = 1.0281\,\mathrm{kg}$. والحجم الجديد: $1.0281/1023.3
\approx 0.001\,004\,7\,\mathrm{m}^{3}$، أي نحو $1004.7\,\mathrm{mL}$: فقد تمدد بنحو $4.7\,\mathrm{mL}$، أي $0.47\,\%$. وطبقة سماكتها $700\,\mathrm{m}$ كانت ستزداد سماكتها بمقدار $700 \times 0.0047 \approx 3.3\,\mathrm{m}$.

**تمرين 6.13 ★★★.**

في المحيط الهادئ المداري تبلغ الكثافة $1021.6\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ عند $50\,\mathrm{m}$ و$1026.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ عند $200\,\mathrm{m}$؛ وفي شمال الأطلسي في فبراير لا تكاد درجة الحرارة تتغير على مدى أعلى $150\,\mathrm{m}$. ففي أيهما يسهل على عاصفة أن تقلّب الماء حتى عمق $150\,\mathrm{m}$؟ فسّر.

**حل التمرين 6.13.**

في شمال الأطلسي في فبراير. فهناك تكون لأعلى $150\,\mathrm{m}$ درجة حرارة شبه واحدة، فكثافة شبه واحدة: وتقليبها لا يكلف إلا قليلًا. أما في المحيط الهادئ المداري فترتفع الكثافة بمقدار $1026.0 - 1021.6 =
4.4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ بين $50\,\mathrm{m}$ و$200\,\mathrm{m}$: وهي طبقة تدرج كثافي قوية، وكان على العاصفة أن تدفع ماء خفيفًا نحو الأسفل داخل ماء أكثف منه بكثير.

**تمرين 6.14 ★★★.**

على خريطة اليخضور، حدد منطقتين عاليتي اليخضور في عرض المحيط بعيدًا عن أي ساحل، ومنطقة واسعة شديدة الانخفاض في اليخضور. وباستعمال الفصل، فسّر كلًا منها.

**حل التمرين 6.14.**

يخضور مرتفع بعيدًا عن السواحل: الشريط الممتد على خط الاستواء في المحيط الهادئ (وفي الأطلسي)، حيث تدفع الرياح التجارية انبثاقًا؛ والعروض العليا، كشمال الأطلسي، حيث تبلغ [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) الشتوية عمقًا كبيرًا فترفع المغذيات. ويخضور شديد الانخفاض: مراكز الدوامات شبه المدارية، الشديدة [التطبق](#def-g10-layered-ocean-stratification)، حيث لا شيء يرفع الماء العميق وقد نفدت المغذيات من الطبقة المضاءة.

**تمرين 6.15 ★★★.**

افترض أن عوامة تغوص من $1000\,\mathrm{m}$ إلى $2000\,\mathrm{m}$ في ست ساعات، ثم تصعد إلى السطح في عشر ساعات. احسب متوسط سرعتها الرأسية في كل مرحلة، بالسنتيمترات في الثانية. وإذا قاست كل $2\,\mathrm{s}$ في أثناء صعودها، فكم قياسًا يحتوي المقطع، وما العمق الذي يفصل بين قياسين منها في المتوسط؟

**حل التمرين 6.15.**

الغوص: $1000/(6 \times 3600) \approx 0.046\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$، أي نحو $4.6\,\mathrm{cm}/\mathrm{s}$. والصعود: $2000/(10 \times 3600) \approx 0.056\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$، أي نحو $5.6\,\mathrm{cm}/\mathrm{s}$. $36\,000/2 = 18\,000$ قياس، يفصل بينها في المتوسط $2000/18\,000 \approx 0.11\,\mathrm{m}$.

## 6.6 مسألة: إنزال للمجسات قبالة بيرو

**مسألة 6.1.**

مسألة نهاية الأسبوع — مقطعان رأسيان من جنوب المحيط الهادئ

يعطي الجدول متوسط درجة الحرارة والملوحة، والكثافة المحسوبة عند ضغط السطح، في مكانين من جنوب المحيط الهادئ: قبالة بيرو ($13.5{}^{\circ}$ ج، $77.5{}^{\circ}$ غ) وفي وسط الدوامة شبه المدارية ($20.5{}^{\circ}$ ج، $110.5{}^{\circ}$ غ).

|  | قبالة بيرو | الدوامة |
| --- | --- | --- |
| العمق ($\mathrm{m}$) | ${}^{\circ}\mathrm{C}$ | الملوحة | $\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ | ${}^{\circ}\mathrm{C}$ | الملوحة | $\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ |
| 0 | 19.0 | 35.08 | 1025.08 | 24.0 | 36.41 | 1024.71 |
| 25 | 17.4 | 35.06 | 1025.47 | 23.9 | 36.39 | 1024.73 |
| 50 | 15.8 | 35.03 | 1025.83 | 23.6 | 36.38 | 1024.80 |
| 100 | 13.7 | 34.93 | 1026.20 | 22.6 | 36.27 | 1025.02 |
| 200 | 12.4 | 34.89 | 1026.44 | 20.3 | 35.80 | 1025.30 |
| 300 | 11.1 | 34.80 | 1026.62 | 14.4 | 34.76 | 1025.92 |
| 500 | 7.9 | 34.60 | 1026.97 | 7.1 | 34.39 | 1026.92 |

**الجزء الأول — قراءة المقاطع.**

1. أي الموقعين أدفأ عند السطح، وبكم؟
2. أي الموقعين أبعد عن خط الاستواء؟ وهل فرق درجة حرارة السطح هو ما تتوقعه من خطي العرض وحدهما؟
3. باستعمال قاعدة الطريقة، قدّر عمق [الطبقة المختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) في الدوامة.
4. هل توجد [طبقة مختلطة](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) قبالة بيرو؟ صِف أعلى $100\,\mathrm{m}$ .
5. بين أي عمقين تنخفض درجة الحرارة أسرع ما يكون في الدوامة؟ أعطِ المعدل، بالدرجات لكل مئة متر.
6. على أي عمق تقريبًا يقع الماء الذي حرارته $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ في كل موقع؟

**الجزء الثاني — الكثافات.**

7. تحقق من أن الكثافة تزداد مع العمق في الموقعين. وماذا يخبرك ذلك عن استقرارهما؟
8. في الدوامة، الماء السطحي أشد ملوحة منه قبالة بيرو. فهل ينبغي أن يجعله ذلك أكثف أم أخف؟ وهل هو أكثف؟
9. فسّر أي الأثرين يغلب.
10. احسب ازدياد الكثافة من السطح إلى $200\,\mathrm{m}$ قبالة بيرو.
11. احسب الازدياد نفسه في الدوامة.

**الجزء الثالث — مقارنة التطبق.**

12. في الدوامة، أين يقع معظم ازدياد الكثافة في أعلى $500\,\mathrm{m}$ : فوق $200\,\mathrm{m}$ أم تحتها؟
13. وقبالة بيرو، أين يقع؟
14. عند $500\,\mathrm{m}$ ، قارن الموقعين. وماذا يوحي ذلك عن الماء العميق تحتهما كليهما؟
15. فسّر في بضع جمل كيف رُفعت [طبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline) قبالة بيرو نحو السطح.
16. تعيش العوالق النباتية في بضع عشرات الأمتار العليا. ففي أي موقع يكون الماء الغني بالمغذيات القادم من تحت [طبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline) في متناول تقليب الريح؟ فسّر.

**الجزء الرابع — لماذا مياه بيرو خصبة.**

17. كيف سيكون الماء السطحي قبالة بيرو لو توقفت الريح الموازية للشاطئ عن الهبوب شهورًا؟
18. باستعمال خريطة اليخضور، قارن الموقعين.
19. فسّر لماذا تُسمّى الدوامة صحراء المحيط مع أنها غارقة في ضوء الشمس.
20. احسب نسبة ازديادَي الكثافة من السطح إلى $200\,\mathrm{m}$ قبالة بيرو وفي الدوامة، وقل ماذا تُظهر.

**حل المسألة 6.1.**

**1.** الدوامة، بفارق $24.0 - 19.0 = 5.0{}^{\circ}\mathrm{C}$.

**2.** الدوامة ($20.5{}^{\circ}$ ج مقابل $13.5{}^{\circ}$ ج). فهي أبعد عن خط الاستواء، فكان ينبغي أن تكون الأبرد: ولا يمكن لخطي العرض وحدهما أن يفسّرا لماذا هي أدفأ بمقدار $5{}^{\circ}\mathrm{C}$.

**3.** $24.0 - 0.5 = 23.5{}^{\circ}\mathrm{C}$، وتُبلغ بين $50\,\mathrm{m}$ (23.6) و$100\,\mathrm{m}$ (22.6)، عند نحو $50 + 50 \times
0.1/1.0 = 55\,\mathrm{m}$.

**4.** لا: فدرجة الحرارة تنخفض باطراد من السطح، بمقدار $1.6{}^{\circ}\mathrm{C}$ في أول $25\,\mathrm{m}$ و$5.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ في أول $100\,\mathrm{m}$؛ [فطبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline) تبدأ من السطح.

**5.** بين $200\,\mathrm{m}$ و$300\,\mathrm{m}$: $20.3 - 14.4 =
5.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل مئة متر.

**6.** قبالة بيرو، بين $50\,\mathrm{m}$ و$100\,\mathrm{m}$: نحو $70\,\mathrm{m}$ بالاستيفاء (ويعطي المقطع الكامل $65\,\mathrm{m}$). وفي الدوامة، بين $200\,\mathrm{m}$ و$300\,\mathrm{m}$: نحو $200 + 100 \times 5.3/5.9
\approx 290\,\mathrm{m}$.

**7.** نعم، عند كل مستوى في العمودين: فالماء الأخف يستقر فوق الماء الأكثف، والعمودان كلاهما مستقران.

**8.** كان ينبغي للماء الأشد ملوحة أن يكون أكثف؛ ومع ذلك فالماء السطحي في الدوامة أخف: $1024.71\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ مقابل $1025.08\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

**9.** ماء الدوامة أشد ملوحة بنحو 1.3 وحدة، وهذا يضيف نحو $1.3 \times 0.8 \approx 1.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$؛ وهو أدفأ بمقدار $5{}^{\circ}\mathrm{C}$، وهذا ينقص نحو $5 \times 0.27 \approx 1.4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ عند درجات الحرارة هذه. فدرجة الحرارة هي الغالبة.

**10.** $1026.44 - 1025.08 = 1.36\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

**11.** $1025.30 - 1024.71 = 0.59\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

**12.** من السطح إلى $500\,\mathrm{m}$ ترتفع الكثافة بمقدار $1026.92 - 1024.71 = 2.21\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$، لا يقع منها فوق $200\,\mathrm{m}$ إلا $0.59\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$: فمعظمها، $1.62\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$، يقع تحت $200\,\mathrm{m}$، في [طبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline) بين $200\,\mathrm{m}$ و$500\,\mathrm{m}$.

**13.** قبالة بيرو ترتفع الكثافة بمقدار $1026.97 - 1025.08 =
1.89\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ من السطح إلى $500\,\mathrm{m}$، منها $1.36\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ في أعلى $200\,\mathrm{m}$: فمعظمها قرب السطح.

**14.** عند $500\,\mathrm{m}$ يتشابه الموقعان تقريبًا ($7.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ و$7.1{}^{\circ}\mathrm{C}$، $1026.97\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ و$1026.92\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$): فالماء البارد نفسه يقع تحتهما كليهما؛ والفرق في مدى اقترابه من السطح.

**15.** الريح الهابة على امتداد الشاطئ نحو خط الاستواء تدفع الماء السطحي نحو عرض البحر؛ فيصعد ماء من الأسفل قرب الساحل ليحل محله. فيُسحب الماء البارد [لطبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline) نحو الأعلى، فتميل [طبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline) صاعدة نحو الساحل حتى تكاد تبلغ السطح.

**16.** قبالة بيرو: الماء عند $13{}^{\circ}\mathrm{C}$ إلى $15{}^{\circ}\mathrm{C}$، القادم من تحت [طبقة التدرج الحراري](#def-g10-layered-ocean-thermocline)، يقع ضمن أعلى $100\,\mathrm{m}$، في متناول تقليب الريح والضوء. أما في الدوامة فيقع تحت $250\,\mathrm{m}$، تحت طبقة دافئة خفيفة لا تقدر الريح على تقليبها إلى هذا العمق.

**17.** كان [الانبثاق](#def-g10-layered-ocean-upwelling) سيتوقف: فيسخن الماء السطحي في الشمس، وتتكون طبقة دافئة خفيفة في الأعلى، ويتضاءل إمداد الطبقة المضاءة بالمغذيات.

**18.** ساحل بيرو أزرق فاتح إلى أصفر (يخضور كثير)؛ ووسط دوامة جنوب المحيط الهادئ من أشد مناطق الخريطة زرقة (قليل جدًا).

**19.** تحتاج العوالق النباتية إلى المغذيات كما تحتاج إلى الضوء. وفي الدوامة يُبقي [التطبق](#def-g10-layered-ocean-stratification) القوي الماء العميق الغني بالمغذيات بعيدًا تحت الطبقة المضاءة، وقد استُهلكت مغذيات الطبقة السطحية منذ زمن بعيد.

**20.** $1.36/0.59 \approx 2.3$: **ازدياد الكثافة في أعلى $200\,\mathrm{m}$ أكبر قبالة بيرو منه في الدوامة بنحو 2.3 مرة**. [فطبقة التدرج الكثافي](#def-g10-layered-ocean-thermocline)، والماء البارد الغني بالمغذيات تحتها، رُفعت إلى أعلى $200\,\mathrm{m}$ قبالة بيرو، بينما تقع في الدوامة أعمق، تحت $200\,\mathrm{m}$.