تاريخ علم المحيطات ، مجال الدراسة ، الفروع وأمثلة من التحقيقات

ال علم المحيطات هو العلم الذي يدرس المحيطات والبحار في جوانبها الفيزيائية والكيميائية والجيولوجية والبيولوجية. معرفة المحيطات والبحار أمر أساسي ، لأن النظريات المقبولة تعتبر البحار مركز أصل الحياة على الأرض.

كلمة علم المحيطات تأتي من اليونانية OKEANOS (الماء الذي يحيط الأرض) و graphein (صُف) ، وتم صياغته في عام 1584. يستخدم كمترادف لعلم المحيطات (دراسة المسطحات المائية) ، يُستخدم لأول مرة في عام 1864.

بدأت تتطور من اليونان القديمة مع أعمال أرسطو. بعد ذلك ، في القرن السابع عشر ، قام إسحاق نيوتن بإجراء أول دراسات أوقيانوسية. من هذه الدراسات ، قدم العديد من الباحثين مساهمات مهمة في تطوير علم المحيطات.

علم المحيطات ينقسم إلى أربعة فروع رئيسية للدراسة: الفيزياء والكيمياء والجيولوجيا والبيولوجيا البحرية. مجتمعة ، تتيح لنا فروع الدراسة هذه معالجة شاملة لتعقيد المحيطات.

ركز أحدث الأبحاث في علم المحيطات على آثار تغير المناخ العالمي على ديناميات المحيطات. أيضا ، كانت دراسة النظم الإيكولوجية الموجودة في الحفر البحرية ذات أهمية.

مؤشر

• 1 التاريخ
  • 1.1 البدايات
  • 1.2 القرن التاسع عشر
  • 1.3 القرن العشرين
• 2 مجال الدراسة
• 3 فروع لعلوم المحيطات
  • 3.1 علم المحيطات الفيزيائي
  • 3.2 علم المحيطات الكيميائية
  • 3.3 علم المحيطات الجيولوجي أو الجيولوجيا البحرية
  • 3.4 علم المحيطات البيولوجي أو البيولوجيا البحرية
• 4 التحقيقات الأخيرة
  • 4.1 علم المحيطات الفيزيائي وتغير المناخ
  • 4.2 علم المحيطات الكيميائية
  • 4.3 الجيولوجيا البحرية
  • 4.4 علم المحيطات البيولوجي أو البيولوجيا البحرية
• 5 المراجع

تاريخ

البدايات

من أصله ، كان للإنسان علاقة بالبحار والمحيطات. كانت نهجه الأولى لفهم العالم البحري عملية ونفعية ، كونها مصدراً للغذاء ووسائل الاتصال.

كان البحارة مهتمين بإصلاح الطرق البحرية من خلال وضع خرائط الملاحة. أيضا ، في بداية علم المحيطات كان من المهم للغاية معرفة حركة التيارات البحرية.

في المجال البيولوجي ، بالفعل في اليونان القديمة ، وصف الفيلسوف أرسطو 180 نوعًا من الحيوانات البحرية.

بعض الدراسات الأوقيانوغرافية النظرية الأولى ترجع إلى نيوتن (1687) ولابلاس (1775) ، اللذين درسا المد والجزر السطحية. وبالمثل ، أبدى الملاحون مثل كوك وفانكوفر ملاحظات علمية مهمة في نهاية القرن الثامن عشر.

القرن التاسع عشر

يعتبر أن والد علم المحيطات البيولوجي كان عالم الطبيعة البريطاني إدوارد فوربس (1815-1854). كان هذا المؤلف أول من قام بأخذ عينات من الكائنات الحية البحرية على مستويات مختلفة من العمق. وبالتالي ، يمكنني تحديد أن الكائنات الحية قد وزعت بشكل مختلف على هذه المستويات.

قدم العديد من العلماء الآخرين في ذلك الوقت مساهمات مهمة في علم المحيطات. من بين هؤلاء ، كان تشارلز داروين أول من شرح كيف نشأت الجزر المرجانية (جزر المرجان المحيطية) ، بينما ساهم بنيامين فرانكلين ولويس أنطوان دو بوغانفيل في معرفة التيارات البحرية في شمال وجنوب المحيط الأطلسي ، على التوالي..

كان ماثيو فونتين موري عالماً في أمريكا الشمالية يعتبر والد علم المحيطات الفيزيائي. كان هذا الباحث أول من جمع بيانات المحيطات بشكل منتظم وعلى نطاق واسع. تم الحصول على بياناتهم بشكل أساسي من سجلات الملاحة الخاصة بالسفينة.

خلال هذه الفترة ، بدأت تنظيم الحملات البحرية للأغراض العلمية. أول واحد كان السفينة الإنجليزية H.M.S. تشالنجر, بقيادة الاسكتلندي تشارلز وايفيل طومسون. أبحرت هذه السفينة من عام 1872 إلى عام 1876 ، والنتائج التي تم الحصول عليها فيها واردة في عمل مكون من 50 مجلداً.

القرن العشرين

خلال الحرب العالمية الثانية ، كان لعلوم المحيطات تطبيق كبير للتخطيط لتعبئة الأساطيل والهبوط. من ذلك نشأت التحقيقات على ديناميات الانتفاخ ، وانتشار الصوت في الماء ، التشكل الساحلي ، من بين جوانب أخرى.

في عام 1957 تم الاحتفال بالسنة الجيوفيزيائية الدولية ، والتي كانت ذات أهمية كبيرة في تعزيز الدراسات الأوقيانوغرافية. كان هذا الحدث بالغ الأهمية لتعزيز التعاون الدولي في إجراء الدراسات الأوقيانوغرافية في جميع أنحاء العالم.

كجزء من هذا التعاون ، تم تنفيذ بعثة مشتركة للغواصات بين سويسرا والولايات المتحدة خلال عام 1960 ؛ حوض الاستحمام (وعاء غمر عميق صغير) تريست وصلت إلى عمق 10916 متر في قبور ماريانا.

ونفذت بعثة أخرى مهمة تحت الماء في عام 1977 مع الغاطسة ألفين, الولايات المتحدة. سمحت هذه البعثة باكتشاف ودراسة المروج الحرارية المائية في أعماق البحار.

وأخيراً ، فإن دور القائد جاك إيف كوستو في معرفة ونشر علم المحيطات أمر جدير بالملاحظة. ترأس كوستو لسنوات عديدة السفينة الأوقيانوغرافية الفرنسية كاليبسو ، حيث تم إجراء العديد من الحملات الأوقيانوغرافية. أيضا ، في مجال المعلوماتية تم تصوير العديد من الأفلام الوثائقية التي شكلت السلسلة المعروفة باسم العالم تحت الماء لجاك كوستو.

مجال الدراسة

يشمل مجال دراسة علم المحيطات جميع الجوانب المتعلقة بالمحيطات والبحار في العالم ، بما في ذلك المناطق الساحلية.

المحيطات والبحار هي بيئات كيميائية فيزيائية تؤوي تنوعًا كبيرًا في الحياة. إنها تمثل بيئة مائية تشغل حوالي 70٪ من سطح الكوكب. يحدد الماء وامتداده ، بالإضافة إلى القوى الفلكية والمناخية التي تؤثر عليه ، خصائصه الخاصة.

هناك ثلاثة محيطات كبيرة على هذا الكوكب ؛ المحيط الهادئ ، المحيط الأطلسي والهندية. هذه المحيطات مترابطة وتفصل بين المناطق القارية الكبيرة. يفصل المحيط الأطلسي بين آسيا وأوروبا عن أمريكا ، بينما يفصل المحيط الهادئ بين آسيا وأوقيانوسيا عن أمريكا. الهندي يفصل أفريقيا عن آسيا في المنطقة القريبة من الهند.

تبدأ أحواض المحيط على الساحل المرتبط بالجرف القاري (جزء مغمور من القارات). تصل مساحة المنصة إلى 200 متر كحد أقصى وتنتهي في منحدر مفاجئ يتصل بقاع البحر.

يوجد في قاع المحيطات جبال يبلغ متوسط ​​ارتفاعها 2000 متر (التلال البحرية) وأخدود مركزي. من هنا تأتي الصهارة من الغلاف الجوي (الطبقة الداخلية من الأرض المكونة من مواد لزجة) ، والتي ترسب وتشكل قاع المحيط.

فروع علم المحيطات

ينقسم علم المحيطات الحديث إلى أربعة فروع للدراسة. ومع ذلك ، فإن البيئة البحرية متكاملة للغاية ، وبالتالي يدير علماء المحيطات هذه المناطق دون الوصول إلى التخصص المفرط.

علم المحيطات الفيزيائي

يدرس هذا الفرع من علم المحيطات الخصائص الفيزيائية والديناميكية للمياه في المحيطات والبحار. هدفها الرئيسي هو فهم دوران المحيطات والطريقة التي يتم بها توزيع الحرارة في هذه المسطحات المائية.

ضع في اعتبارك جوانب مثل درجة الحرارة والملوحة وكثافة المياه. الخصائص الأخرى ذات الصلة هي اللون والضوء وانتشار الصوت في المحيطات والبحار.

يدرس هذا الفرع من علم المحيطات أيضًا تفاعل ديناميات الغلاف الجوي مع الكتل المائية. بالإضافة إلى ذلك ، يشمل حركة التيارات البحرية على مستويات مختلفة.

علم المحيطات الكيميائية

يدرس التركيب الكيميائي للمياه البحرية والرواسب والدورات الكيميائية الأساسية وتفاعلاتها مع الغلاف الجوي والغلاف الصخري. من ناحية أخرى ، فإنه يتناول دراسة التعديلات الناتجة عن إضافة المواد البشرية.

بالإضافة إلى ذلك ، يدرس علم المحيطات الكيميائي كيف يؤثر التركيب الكيميائي للمياه على العمليات الفيزيائية والجيولوجية والبيولوجية للمحيطات. في حالة علم الأحياء البحرية على وجه الخصوص ، يفسر كيف تؤثر الديناميكيات الكيميائية على الكائنات الحية (الكيمياء الحيوية البحرية).

علم المحيطات الجيولوجي أو الجيولوجيا البحرية

هذا الفرع هو المسؤول عن دراسة الركيزة المحيطية ، بما في ذلك طبقاتها الأعمق. تتم معالجة العمليات الديناميكية لهذا الركيزة وتأثيرها على هيكل قاع البحر والسواحل.

تبحث الجيولوجيا البحرية في التكوين المعدني لهيكل وديناميكيات الطبقات المحيطية المختلفة ، خاصة فيما يتعلق بالأنشطة البركانية المغمورة وظواهر الانكسار المشاركة في الانجراف القاري.

سمحت التحقيقات التي أجريت في هذا المجال للتحقق من نهج نظرية الانجراف القاري.

من ناحية أخرى ، يتمتع هذا الفرع بتطبيق عملي وثيق الصلة في العالم الحديث ، بسبب الأهمية الكبيرة التي يتمتع بها للحصول على الموارد المعدنية..

تسمح دراسات التنقيب الجيولوجي في قاع البحر باستغلال الرواسب البحرية وخاصة الغاز الطبيعي والنفط.

علم المحيطات البيولوجي أو علم الأحياء البحرية

يدرس هذا الفرع من علم المحيطات الحياة البحرية ، بحيث يغطي جميع فروع علم الأحياء المطبقة على البيئة البحرية.

يدرس مجال البيولوجيا البحرية كلا من تصنيف الكائنات الحية وبيئاتها ، مورفولوجيا وعلم وظائف الأعضاء. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يأخذ في الاعتبار الجوانب البيئية المتعلقة بهذا التنوع البيولوجي لبيئته المادية.

البيولوجيا البحرية تنقسم إلى أربعة فروع وفقًا لمنطقة البحار والمحيطات التي تدرسها. هذه هي:

• علم المحيطات المحيطية: يركز على دراسة النظم الإيكولوجية الموجودة في المياه المفتوحة ، بعيدا عن الجرف القاري.
• علم المحيطات Neritic: الكائنات الحية الموجودة في المناطق القريبة من الساحل ، داخل الجرف القاري تؤخذ بعين الاعتبار.
• علم المحيطات القاعية: تشير إلى دراسة النظم الإيكولوجية الموجودة على سطح قاع البحر.
• علم المحيطات القاعدي: الكائنات الحية التي تعيش بالقرب من قاع البحر في المناطق الساحلية وداخل الجرف القاري. أقصى عمق 500 متر يتم التفكير فيه.

التحقيقات الأخيرة

علم المحيطات الفيزيائي وتغير المناخ

تبرز الأبحاث الحديثة تلك التي تقيم آثار تغير المناخ العالمي على ديناميات المحيطات. على سبيل المثال ، لقد ثبت أن النظام الرئيسي لتيارات المحيط (التيار الأطلسي) يغير ديناميكياته.

من المعروف أن نظام التيارات البحرية يتولد عن اختلافات الكثافة في كتل الماء ، والتي تحددها بشكل أساسي درجات الحرارة. وبالتالي ، فإن كتل الماء الساخن أخف وزنا وتبقى في الطبقات السطحية ، في حين أن الكتل الباردة تغرق.

في المحيط الأطلسي ، تنتقل كتل الماء الساخن شمالًا من منطقة البحر الكاريبي عبر تيار الخليج ، وبينما تتحرك شمالًا تبرد وتغرق وتعود إلى الجنوب. كما ذكرت المجلة الافتتاحية طبيعة (556 ، 2018) ، أصبحت هذه الآلية أبطأ.

يقال إن تباطؤ النظام الحالي يرجع إلى الذوبان الناجم عن الاحتباس الحراري. هذا يؤدي إلى زيادة مساهمة المياه العذبة وتغير تركيز الأملاح وكثافة المياه ، مما يؤثر على حركة كتل المياه..

يساهم تدفق التيارات في تنظيم درجة الحرارة العالمية وتوزيع العناصر الغذائية والغازات ، ويؤدي تغييره إلى عواقب وخيمة على النظام الكوكبي.

علم المحيطات الكيميائية

من بين الخطوط البحثية التي تشغل انتباه علماء المحيطات حاليًا دراسة تحمض البحار ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تأثير مستوى الأس الهيدروجيني على الحياة البحرية..

مستويات ثاني أكسيد الكربون₂ في الغلاف الجوي زاد بشكل كبير في السنوات الأخيرة بسبب الاستهلاك الكبير للوقود الأحفوري من قبل الأنشطة البشرية المختلفة.

هذا CO₂ يذوب في مياه البحر ، مما يؤدي إلى انخفاض في درجة الحموضة للمحيطات. يؤثر تحمض المحيطات سلبًا على بقاء العديد من الأنواع البحرية.

في عام 2016 ، أجرت أولبرايت بالتعاون مع أول تجربة لتحمض المحيطات في نظام بيئي طبيعي. في هذا البحث ، ثبت أن التحمض يمكن أن يقلل من تكلس المرجان بنسبة تصل إلى 34 ٪.

الجيولوجيا البحرية

في هذا الفرع من علم المحيطات ، تم التحقيق في حركة الصفائح التكتونية. هذه الصفائح عبارة عن أجزاء من الغلاف الصخري (الطبقة الخارجية والجامدة من عباءة الأرض) التي تتحرك على الغلاف.

توصلت دراسة حديثة ، أجراها لي والمتعاونون ، والتي نُشرت خلال عام 2018 ، إلى أن الصفائح التكتونية الكبيرة يمكن أن تنشأ عن دمج اللوحات الصغيرة. يصنف المؤلفون هذه النماذج المصغرة استنادًا إلى أصلهم ودراسة ديناميكيات تحركاتهم.

بالإضافة إلى ذلك ، وجدوا أن هناك عددًا كبيرًا من الألواح الصغيرة المرتبطة بالصفائح التكتونية الكبيرة للأرض. يشار إلى أن العلاقة بين هذين النوعين من اللوحات يمكن أن تساعد في توحيد نظرية الانجراف القاري.

علم المحيطات البيولوجي أو علم الأحياء البحرية

في السنوات الأخيرة ، كان أحد أكثر الاكتشافات وضوحا في علم الأحياء البحرية وجود الكائنات الحية في الحفر البحرية. أجريت إحدى هذه الدراسات في حفريات جزر غالاباغوس ، والتي أظهرت وجود نظام بيئي معقد حيث توجد العديد من اللافقاريات والبكتيريا (Yong-Jin 2006).

لا تستطيع الحفر البحرية الوصول إلى أشعة الشمس بسبب عمقها (2500 ماسل) ، وبالتالي فإن السلسلة الغذائية تعتمد على بكتيريا التخليق الكيميائي الذاتي. هذه الكائنات الحية إصلاح CO₂ من كبريتيد الهيدروجين التي تم الحصول عليها من الفتحات الحرارية المائية.

لقد تم اكتشاف أن مجتمعات اللافقاريات الكبيرة التي تعيش في المياه العميقة متنوعة للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، يُقترح أن يوفر فهم هذه النظم الإيكولوجية معلومات ذات صلة لتوضيح أصل الحياة على الكوكب.

مراجع

1. أولبرايت والمتعاونين. (2017). عكس تحمض المحيطات يعزز صافي تكلس الشعاب المرجانية. الطبيعة 531: 362-365.
2. Caldeira K and ME Wickett (2003) الكربون البشري ودرجة الحموضة في المحيطات. الطبيعة 425: 365-365
3. محرر (2018) مشاهدة المحيط. الطبيعة 556: 149
4. Lalli CM and TR Parsons (1997) علم المحيطات البيولوجي. مقدمة. الطبعة الثانية. الجامعة المفتوحة. ELSEVIER. أكسفورد ، المملكة المتحدة. 574 ص.
5. Li S، Y Suo، X Lia، B Liu، L Dai، Wang Wang، Zhou J، Li Y، Liu L، X Cao، Somerville I، Mu D، Zhao S، Liu J، Meng F، Zhen L، Zhao L و J Zhu و S Yu و Liu and G Zhang (2018) تكتونية الصفائح الصغرية: رؤى جديدة من الكتل الصغيرة في المحيطات العالمية ، والهوامش القارية ، وعباءة الأرض العميقة ، مراجعات الأرض 185: 1029-1064
6. Pickerd GL و WL Emery. (1990) علم المحيطات الفيزيائي الوصفي. مقدمة. الطبعة الخامسة الموسع. بيرغامون الصحافة. أكسفورد ، المملكة المتحدة. 551 ص.
7. Riley JP and R Chester (1976). علم المحيطات الكيميائية. 2nd الطبعة. المجلد 6. الصحافة الأكاديمية. لندن ، المملكة المتحدة. 391 ص.
8. Wiebe PH and MC Benfield (2003) From the Hensen net to the ocean ocean biologic. التقدم في علم المحيطات. 56: 7-136.
9. Zamorano P و ME Hendrickx. (2007) Biocenosis وتوزيع الرخويات في أعماق البحار في المحيط الهادئ المكسيكية: تقييم التقدم المحرز. ص 48-49. In: Ríos-Jara E، MC Esqueda-González and CM Galvín-Villa (eds.). دراسات عن علم الآثار وعلم الآثار في المكسيك. جامعة غوادالاخارا ، المكسيك.
10. Yong-Jin W (2006) فتحات التهوية الحرارية في أعماق البحار: البيئة والتطور J. Ecol Field Biol. 29: 175-183.