علم المحيطات: التاريخ ومجال الدراسة والفروع والبحث - علم - 2025

و علم المحيطات هو العلم الذي دراسات المحيطات والبحار في خواصها الفيزيائية والكيميائية والجيولوجية والبيولوجية. تعد معرفة المحيطات والبحار أمرًا ضروريًا ، لأنه وفقًا للنظريات المقبولة ، تعد البحار مركز نشأة الحياة على الأرض.

تأتي كلمة علم المحيطات من الكلمة اليونانية okeanos (الماء الذي يحيط بالأرض) و graphein (وصف) ، وقد صيغت في عام 1584. وهي تستخدم كمرادف لعلم المحيطات (دراسة المسطحات المائية) ، وقد استخدمت لأول مرة في عام 1864.

سفينة أوقيانوغرافية ومركبة مستقلة ، في لورن ، اسكتلندا. المصدر: StifynTonna ، من ويكيميديا ​​كومنز

بدأت تتطور من اليونان القديمة مع أعمال أرسطو. في وقت لاحق ، في القرن السابع عشر ، أجرى إسحاق نيوتن الدراسات الأوقيانوغرافية الأولى. من خلال هذه الدراسات ، قدم العديد من الباحثين مساهمات مهمة في تطوير علم المحيطات.

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

ركزت أحدث الأبحاث في علم المحيطات على آثار تغير المناخ العالمي على ديناميات المحيطات. وبالمثل ، كانت دراسة النظم البيئية الموجودة في الخنادق البحرية ذات أهمية.

التاريخ

البدايات

منذ نشأته ، كان للإنسان علاقة بالبحار والمحيطات. كانت مقارباته الأولى لفهم العالم البحري عملية ونفعية ، حيث كان مصدرًا للغذاء وقنوات الاتصال.

كان البحارة مهتمين بإصلاح الطرق البحرية عن طريق وضع خرائط الملاحة. وبالمثل ، في بداية علم المحيطات كان من الأهمية بمكان معرفة حركة التيارات البحرية.

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

ترجع بعض الدراسات النظرية الأوقيانوغرافية الأولى إلى نيوتن (1687) ولابلاس (1775) ، اللذين درسًا المد والجزر السطحي. وبالمثل ، قدم الملاحون مثل كوك وفانكوفر ملاحظات علمية مهمة في أواخر القرن الثامن عشر.

القرن التاسع عشر

يعتبر والد علم المحيطات البيولوجي هو عالم الطبيعة البريطاني إدوارد فوربس (1815-1854). كان هذا المؤلف أول من أجرى مسوحات للنباتات البحرية على أعماق مختلفة. وهكذا ، تمكنت من تحديد توزيع الكائنات الحية بشكل مختلف عند 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 المحيط المرجانية) ، بينما ساهم بنجامين فرانكلين ولويس أنطوان دي بوغانفيل في معرفة تيارات المحيط في شمال وجنوب المحيط الأطلسي على التوالي.

كان ماثيو فونتين موري عالِمًا من أمريكا الشمالية يعتبر أب علم المحيطات الفيزيائي. كان هذا الباحث أول من جمع بشكل منهجي بيانات المحيطات واسعة النطاق. تم الحصول على بياناتهم بشكل أساسي من سجلات الملاحة البحرية.

ماثيو فونتين. المصدر: موري بريندان ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

خلال هذه الفترة بدأ تنظيم الحملات البحرية للأغراض العلمية. أولها كانت السفينة الإنجليزية إتش إم إس تشالنجر بقيادة الاسكتلندي تشارلز وايفيل طومسون. أبحرت هذه السفينة من عام 1872 إلى عام 1876 ، وترد النتائج التي تم الحصول عليها فيها في عمل مكون من 50 مجلدًا.

القرن العشرين

خلال الحرب العالمية الثانية ، كان لعلم المحيطات إمكانية تطبيق كبيرة للتخطيط لتعبئة الأساطيل وعمليات الإنزال. من هناك جاءت الأبحاث حول ديناميكيات الأمواج ، وانتشار الصوت في الماء ، والتشكل الساحلي ، من بين جوانب أخرى.

في عام 1957 ، تم الاحتفال بالسنة الدولية للجيوفيزياء ، والتي كان لها أهمية كبيرة في تعزيز الدراسات الأوقيانوغرافية. كان هذا الحدث حاسمًا في تعزيز التعاون الدولي في إجراء الدراسات الأوقيانوغرافية في جميع أنحاء العالم.

كجزء من هذا التعاون ، خلال عام 1960 ، تم تنفيذ رحلة غواصة مشتركة بين سويسرا والولايات المتحدة ؛ حوض الاستحمام (سفينة صغيرة للغطس العميق) وصلت ترييستي إلى عمق 10916 مترًا في خندق ماريانا.

حوض الاستحمام تريست. المصدر: انظر صفحة المؤلف ، عبر ويكيميديا ​​كومنز.

تم تنفيذ رحلة استكشافية مهمة أخرى تحت الماء في عام 1977 مع الغواصة الأمريكية ألفين. أتاحت هذه الرحلة الاستكشافية اكتشاف ودراسة المروج الحرارية المائية في أعماق البحار.

أخيرًا ، يجدر إبراز دور القائد جاك إيف كوستو في معرفة ونشر علم المحيطات. قام كوستو بتوجيه السفينة الأوقيانوغرافية الفرنسية كاليبسو لسنوات عديدة ، حيث تم تنفيذ العديد من الرحلات الأوقيانوغرافية. وبالمثل ، في المجال الإعلامي ، تم تصوير العديد من الأفلام الوثائقية التي شكلت المسلسل المعروف باسم The Underwater World للمخرج جاك كوستو.

مجال الدراسة

يشمل مجال دراسة علم المحيطات جميع جوانب محيطات وبحار العالم ، بما في ذلك المناطق الساحلية.

المحيطات والبحار بيئات فيزيائية كيميائية تستضيف تنوعًا كبيرًا في الحياة. إنها تمثل بيئة مائية تحتل حوالي 70٪ من سطح الكوكب. تحدد المياه وامتدادها ، بالإضافة إلى القوى الفلكية والمناخية التي تؤثر عليها ، خصائصها الخاصة.

هناك ثلاثة محيطات كبيرة على هذا الكوكب. المحيط الهادئ والمحيط الأطلسي والهند. هذه المحيطات مترابطة ومنفصلة مناطق قارية كبيرة. يفصل المحيط الأطلسي آسيا وأوروبا عن أمريكا ، بينما يفصل المحيط الهادئ آسيا وأوقيانوسيا عن أمريكا. يفصل المحيط الهندي إفريقيا عن آسيا في المنطقة القريبة من الهند.

تبدأ أحواض المحيط على الساحل المرتبط بالجرف القاري (الجزء المغمور من القارات). تصل منطقة المنصة إلى أعماق قصوى تصل إلى 200 متر وتنتهي في منحدر شديد الانحدار يتصل بقاع البحر.

يحتوي قاع المحيط على جبال يبلغ متوسط ​​ارتفاعها 2000 م (تلال) وثلم مركزي. من هنا تأتي الصهارة القادمة من الغلاف الموري (الطبقة الداخلية للأرض المكونة من مواد لزجة) ، والتي تترسب 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 أن يصبحوا متخصصين بشكل مفرط.

علم المحيطات الفيزيائية

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

ضع في اعتبارك جوانب مثل درجة الحرارة والملوحة وكثافة الماء. 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 ، فإنه يشمل حركة التيارات المحيطية على مستويات مختلفة.

علم المحيطات الكيميائي

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

وبالمثل ، يدرس علم المحيطات الكيميائي كيف يؤثر التركيب الكيميائي للمياه على العمليات الفيزيائية والجيولوجية والبيولوجية للمحيطات. في حالة خاصة من علم الأحياء البحرية ، فإنه يفسر كيف تؤثر الديناميات الكيميائية على الكائنات الحية (الكيمياء الحيوية البحرية).

علم المحيطات الجيولوجي أو الجيولوجيا البحرية

هذا الفرع مسؤول عن دراسة الركيزة المحيطية ، بما في ذلك أعمق طبقاتها. تتم معالجة العمليات الديناميكية لهذه الركيزة وتأثيرها على هيكل قاع البحر والسواحل.

تبحث الجيولوجيا البحرية في التركيب المعدني ، وهيكل وديناميكيات طبقات المحيط المختلفة ، خاصة تلك المتعلقة بالأنشطة البركانية تحت سطح البحر وظواهر الاندساس التي تدخل في الانجراف القاري.

سمحت التحقيقات التي أجريت في هذا المجال بالتحقق من مقاربات نظرية الانجراف القاري.

من ناحية أخرى ، لهذا الفرع تطبيق عملي وثيق الصلة للغاية في العالم الحديث ، نظرًا لأهميته الكبيرة للحصول على الموارد المعدنية.

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

علم المحيطات البيولوجي أو علم الأحياء البحرية

يدرس هذا الفرع من علم المحيطات الحياة البحرية ، وبالتالي فهو يشمل جميع فروع علم الأحياء المطبقة على البيئة البحرية.

يدرس مجال البيولوجيا البحرية تصنيف الكائنات الحية وبيئاتها وتشكلها وعلم وظائف الأعضاء. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يأخذ في الاعتبار الجوانب البيئية التي تربط هذا التنوع البيولوجي ببيئته المادية.

الشعاب المرجانية في جزر أندامان (الهند) ، Ritiks ، من ويكيميديا ​​كومنز

تنقسم البيولوجيا البحرية إلى أربعة فروع حسب مساحة البحار والمحيطات التي تدرسها. هؤلاء هم:

• علم المحيطات البحرية: يركز على دراسة النظم البيئية الموجودة في المياه المفتوحة بعيدًا عن الجرف القاري.
• علم المحيطات النيريت: يتم أخذ الكائنات الحية الموجودة في المناطق القريبة من الساحل ، داخل الجرف القاري ، في الاعتبار.
• علم المحيطات القاعي: يشير إلى دراسة النظم البيئية الموجودة على سطح قاع البحر.
• علم المحيطات القاعي: تمت دراسة الكائنات الحية التي تعيش بالقرب من قاع البحر في المناطق الساحلية وداخل الجرف القاري. عمق الحد الأقصى هو 500 م.

الأبحاث الحديثة

علم المحيطات الفيزيائية وتغير المناخ

تشمل الأبحاث الحديثة تلك التي تقيم آثار تغير المناخ العالمي على ديناميات المحيطات. على سبيل المثال ، وجد أن نظام تيار المحيط الرئيسي (تيار المحيط الأطلسي) يغير دينامياته.

من المعروف أن نظام التيارات البحرية ينتج عن الاختلافات في كثافة كتل الماء ، والتي تحددها بشكل أساسي تدرجات درجة الحرارة. وبالتالي ، تكون كتل الماء الساخن أخف وتبقى في الطبقات السطحية ، بينما تغرق الكتل الباردة.

في المحيط الأطلسي ، تتحرك كتل المياه الدافئة شمالًا من البحر الكاريبي عن طريق Gulf Stream ، ومع تحركها شمالًا تبرد وتغرق ، وتعود إلى الجنوب. وبحسب افتتاحية مجلة الطبيعة (556 ، 2018) ، فإن هذه الآلية قد تباطأت.

يقترح أن تباطؤ النظام الحالي يرجع إلى الذوبان الناجم عن الاحتباس الحراري. يؤدي هذا إلى زيادة إمداد المياه العذبة وتغيير تركيز الأملاح وكثافة الماء ، مما يؤثر على حركة كتل الماء.

يساهم تدفق التيارات في تنظيم درجة حرارة العالم وتوزيع المغذيات والغازات وتغييرها له عواقب وخيمة على نظام الكواكب.

علم المحيطات الكيميائي

أحد خطوط البحث التي تحظى باهتمام علماء المحيطات حاليًا هو دراسة تحمض البحار ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تأثير مستوى الأس الهيدروجيني على الحياة البحرية.

مستويات CO ₂ زادت في الغلاف الجوي بشكل حاد في السنوات الأخيرة نتيجة لارتفاع استهلاك الوقود الأحفوري عن الأنشطة البشرية المختلفة.

هذا CO ₂ يذوب في مياه البحر وتوليد انخفاض في درجة الحموضة في المحيطات. يؤثر تحمض المحيطات سلبًا على بقاء العديد من الأنواع البحرية.

في عام 2016 ، أجرى أولبرايت وزملاؤه أول تجربة لتحمض المحيطات في نظام بيئي طبيعي. وجد في هذا البحث أن التحمض يمكن أن يقلل من تكلس الشعاب المرجانية بنسبة تصل إلى 34٪.

الجيولوجيا البحرية

قام هذا الفرع من علم المحيطات بالتحقيق في حركة الصفائح التكتونية. هذه الصفائح عبارة عن أجزاء من الغلاف الصخري (طبقة خارجية صلبة من وشاح الأرض) تتحرك فوق الغلاف الموري.

وجدت الأبحاث الحديثة التي أجراها لي وزملاؤه في عام 2018 أن الصفائح التكتونية الكبيرة يمكن أن تنشأ عن اندماج الصفائح الأصغر. قام المؤلفون بتصنيف هذه الألواح الدقيقة بناءً على أصلها ودراسة ديناميات حركاتها.

علاوة على ذلك ، وجدوا أن هناك عددًا كبيرًا من الصفائح الدقيقة المرتبطة بالصفائح التكتونية الكبيرة للأرض. يشار إلى أن العلاقة بين هذين النوعين من الصفائح قد تساعد في ترسيخ نظرية الانجراف القاري.

علم المحيطات البيولوجي أو علم الأحياء البحرية

في السنوات الأخيرة ، كان وجود الكائنات الحية في الخنادق البحرية من أكثر الاكتشافات إثارة في علم الأحياء البحرية. أجريت إحدى هذه الدراسات في خندق جزر غالاباغوس ، حيث أظهرت نظامًا بيئيًا معقدًا حيث توجد العديد من اللافقاريات والبكتيريا (Yong-Jin 2006).

لا تستطيع الخنادق البحرية الوصول إلى ضوء الشمس نظرًا لعمقها (2500 متر فوق مستوى سطح البحر) ، لذا فإن السلسلة الغذائية تعتمد على البكتيريا ذاتية التغذية الكيميائية التخليقية. هذه الكائنات إصلاح CO ₂ من كبريتيد الهيدروجين تم الحصول عليها من الفتحات الحرارية المائية.

تم العثور على مجتمعات اللافقاريات الكبيرة التي تعيش في المياه العميقة متنوعة للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، يُقترح أن يوفر ضغط هذه النظم البيئية المعلومات ذات الصلة لتوضيح أصل الحياة على هذا الكوكب.

المراجع

1. أولبرايت وآخرون. (2017). عكس تحمض المحيطات يعزز صافي تكلس الشعاب المرجانية. Nature 531: 362-365.
2. Caldeira K and ME Wickett (2003) الكربون البشري المنشأ ودرجة الحموضة في المحيطات. Nature 425: 365–365
3. افتتاحية (2018) شاهد المحيط. Nature 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، G Wang، J Zhou، Y Li، Y Liu، X Cao، I Somerville، D Mu، S Zhao، J Liu، F Meng، L Zhen، L Zhao ، J Zhu ، S Yu ، Y Liu and G Zhang (2018) تكتونية الصفيحة الدقيقة: رؤى جديدة من الكتل الصغيرة في المحيطات العالمية ، والحواف القارية ، والعباءة العميقة ، مراجعات علوم الأرض 185: 1029-1064
6. Pickerd GL و WL Emery. (1990) علم المحيطات الفيزيائي الوصفي. مقدمة. الطبعة الخامسة الموسعة. مطبعة بيرغامون. أكسفورد ، المملكة المتحدة. 551 ص.
7. رايلي جي بي و آر تشيستر (1976). علم المحيطات الكيميائي. الطبعة الثانية. 6. مطبعة أكاديمية. لندن، المملكة المتحدة. 391 ص.
8. Wiebe PH و MC Benfield (2003) من شبكة Hensen نحو علم المحيطات البيولوجي رباعي الأبعاد. التقدم في علم المحيطات. 56: 7–136.
9. زامورانو بي وإي هندريكس. (2007) التكاثر الحيوي وتوزيع الرخويات في أعماق البحار في المحيط الهادئ المكسيكي: تقييم التقدم. ص.48-49. في: Ríos-Jara E و MC Esqueda-González و CM Galvín-Villa (محرران). دراسات في علم أمراض الدم وعلم الكونكيليا في المكسيك. جامعة جوادالاخارا ، المكسيك.
10. Yong-Jin W (2006) الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار: البيئة والتطور J. Ecol Field Biol.29: 175-183.