علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
الماء هو أحد أكثر المواد شيوعًا التي نتفاعل معها، لذلك نحن لا نميل إلى التفكير فيها، ومدى تميزها. الماء جزيء مهم له بعض الخصائص غير العادية. بدون الماء السائل، لا يمكن أن تكون هناك حياة كما نعرفها. { وَجَعَلْنَا مِنَ ٱلْمَآءِ كُلَّ شَىْءٍ حَىٍّ ۖ أَفَلَا يُؤْمِنُونَ (الأنبياء-30)}.
الحياة ممكنة على الأرض لأنها موجودة فيما يسمى بمنطقة (Goldilocks)، حيث لا يكون الجو حارًا جدًا ولا باردًا جدًا، ولكنه مناسب تمامًا لوجود الماء السائل. {فَلَا أُقْسِمُ بِمَوَاقِعِ النُّجُومِ (75) وَإِنَّهُ لَقَسَمٌ لَّوْ تَعْلَمُونَ عَظِيمٌ (الواقعة – 76)}. في نظامنا الشمسي، الأماكن الأخرى الوحيدة التي قد توجد فيها المياه السائلة بأحجام كبيرة هي تحت جليد أقمار المشتري وزحل، حيث قد تسمح الفتحات الحرارية المائية بحدوث التخليق الكيميائي. { وَمِنَ النَّاسِ مَن يُجَادِلُ فِي اللَّهِ بِغَيْرِ عِلْمٍ وَيَتَّبِعُ كُلَّ شَيْطَانٍ مَّرِيدٍ (الحج – 3)}.
كوكب المحيطات:
ما يقرب من 71٪ من سطح الأرض مغطى بالمياه، ومعظم ذلك من المحيطات (المياه المالحة). البشر البالغون لديهم حوالي 65٪ من الماء في اجسامهم أيضًا! أصل مياه الأرض غير مفهوم تمامًا، ولكن من المحتمل أن يكون مصدر الكثير من المياه من خارج الأرض. {هُوَ الَّذِي أَنزَلَ مِنَ السَّمَاءِ مَاءً ۖ لَّكُم مِّنْهُ شَرَابٌ وَمِنْهُ شَجَرٌ فِيهِ تُسِيمُونَ (النحل – 10)}.
توجد القمم الجليدية في كلا القطبين لأنها تتلقى إشعاعًا شمسيًا أقل من المناطق الاستوائية، ولهذه القمم الجليدية تأثير كبير على كل من المناخ ومستوى سطح البحر. هناك أدلة متزايدة على أن القمم الجليدية تتقلص نتيجة لتغير المناخ العالمي الذي تسبب فيه الإنسان. أصبح الممر الشمالي الغربي الذي طال انتظاره صالحًا للملاحة لجزء من العام على الأقل لأول مرة في التاريخ المسجل.
المد والجزر:
يؤدي التفاعل التجاذبي بين مياه الأرض والقمر إلى ارتفاع وانخفاض المد والجزر يوميًا. كانت الظواهر المدية المتطرفة أكبر بكثير في التاريخ المبكر للأرض، عندما كان القمر قريبا الى الأرض (في منتصف المسافة مماا هو عليه الآن)، وهناك تكهنات بأن المد والجزر ربما يكون قد بدأ أو على الأقل عجل في تطور الحياة على الأرض. { حَتَّىٰ إِذَا جَاءَ أَمْرُنَا وَفَارَ التَّنُّورُ قُلْنَا احْمِلْ فِيهَا مِن كُلٍّ زَوْجَيْنِ اثْنَيْنِ وَأَهْلَكَ إِلَّا مَن سَبَقَ عَلَيْهِ الْقَوْلُ وَمَنْ آمَنَ ۚ وَمَا آمَنَ مَعَهُ إِلَّا قَلِيلٌ (هود – 40) } ؛ { وَقِيلَ يَا أَرْضُ ابْلَعِي مَاءَكِ وَيَا سَمَاءُ أَقْلِعِي وَغِيضَ الْمَاءُ وَقُضِيَ الْأَمْرُ وَاسْتَوَتْ عَلَى الْجُودِيِّ ۖ وَقِيلَ بُعْدًا لِّلْقَوْمِ الظَّالِمِينَ (هود – 44)} وفي هذا تأمل.
القطبية:
على الرغم من أن الشحنة الصافية لجزيء الماء هي صفر، فإن الماء قطبي بسبب شكله. نهايات الهيدروجين للجزيء موجبة ونهاية الأكسجين سالبة. هذا يتسبب في جذب جزيئات الماء لبعضها البعض والجزيئات القطبية الأخرى. يمكن رؤية هذا التجاذب بين جزيئات الماء على سطح أملس مثل الزجاج، حيث ترتفع حبات الماء. يعد تماسك جزيئات الماء مع بعضها البعض جزءًا مهمًا من عملية النتح (الرشح أو التناضح) في أنسجة (xylem) الخشب في النباتات الوعائية. الماء أيضًا له ضغط سطحي الى أعلى (قوة الطفو: القوة الصاعدة التي يبذلها أي سائل على جسم يوضع فيه) بسبب هذا التماسك، وهذا هو السبب في أن المتزلجين على الماء يستطيعون التزلج على الماء. { الله الَّذِي خَلَقَ السَّمَاوَاتِ وَالْأَرْضَ وَأَنْزَلَ مِنَ السَّمَاءِ مَاءً فَأَخْرَجَ بِهِ مِنَ الثَّمَرَاتِ رِزْقًا لَكُمْ ۖ وَسَخَّرَ لَكُمُ الْفُلْكَ لِتَجْرِيَ فِي الْبَحْرِ بِأَمْرِهِ ۖ وَسَخَّرَ لَكُمُ الْأَنْهَارَ (ابراهيم – 32) }.
المذيب:
يطلق على الماء أحيانًا اسم المذيب الشامل لأنه يمكن أن يذيب مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية. تعتمد كيمياء الحمض القاعدي على الماء. تنفصل الأملاح البلورية في الماء لتكوين أيونات موجبة وسالبة.
درجة الحرارة المترية:
نظرًا لأن الماء مهم جدًا للحياة، فقد تم تصميم مقياس درجة الحرارة المتري بدرجة 0 كنقطة تجمد للماء، و 100 درجة كنقطة غليان الماء (عند مستوى سطح البحر).
الكثافة:
من الخصائص غير العادية للماء أنه، على عكس معظم المواد الصلبة، يكون الجليد أقل كثافة من الماء السائل. لهذا السبب، تطفو مكعبات الثلج في كوب من الماء بدلاً من أن تغرق في قاع الكوب. مع انخفاض درجات الحرارة، تتجمد مياه البحيرة والمحيطات من الأعلى إلى الأسفل، وتطفو الطبقة الجليدية في الأعلى، مما يؤدي إلى عزل المياه الموجودة تحتها عن المزيد من التبريد. إذا كان الجليد أكثر كثافة من الماء السائل، فإن البحيرات سوف تتجمد من الأسفل إلى الأعلى، وهو ما سيكون أقل ملاءمة للكائنات الحية. {الَّذِينَ يَذْكُرُونَ اللَّهَ قِيَامًا وَقُعُودًا وَعَلَىٰ جُنُوبِهِمْ وَيَتَفَكَّرُونَ فِي خَلْقِ السَّمَاوَاتِ وَالْأَرْضِ رَبَّنَا مَا خَلَقْتَ هَٰذَا بَاطِلًا سُبْحَانَكَ فَقِنَا عَذَابَ النَّارِ (آل عمران – 191)}.
المياه المالحة أكثر كثافة من المياه العذبة، لذلك إذا لم يكن هناك الكثير من التحريك، يمكن أن تشكل المياه العذبة عدسة فوق الماء المالح. هذا أمر شائع حيث تصب الأنهار في المحيط، أو حيث تتسرب المياه العذبة من الينابيع في قاع المحيط. تتسبب هذه الاختلافات في الكثافة في تشتت الضوء بزوايا مختلفة، مما يقلل من الرؤية.
الحرارة النوعية:
يتمتع الماء بسعة حرارية عالية جدًا. هذا يعني أنه يحتفظ بالحرارة لفترة طويلة بالنسبة للهواء. إحدى النتائج المهمة لذلك هي أن المسطحات الكبيرة من الماء معتدلة الحرارة. تتميز المناطق الساحلية بدرجات حرارة أقل في الصيف والشتاء من المناطق الداخلية للكتل الأرضية الرئيسية. نظرًا لأن الكتل الأرضية تفقد الحرارة بشكل أسرع من الماء، تميل الأرض إلى أن تكون أكثر دفئًا أثناء النهار وأكثر برودة في الليل من المحيط، مما ينتج عنه نسمات على الشاطئ في الصباح ونسيم في الخارج في المساء. يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة حرارة المياه وتبريدها إلى تكوين تيارات حرارية في المحيطات أيضًا.
التبريد التبخيري:
عندما يتبخر الماء من سطح الجسم، تهرب الجزيئات التي تتحرك بشكل أسرع، مع المزيد من الطاقة الحركية، كغاز، بينما جزيئات الطاقة المنخفضة، مع طاقة حركية أقل، تظل سائلة. هذا يقلل من درجة حرارة السطح الذي يتبخر منه السائل.
التعرق هو شكل من أشكال التبريد التبخيري. يعمل التبريد التبخيري بشكل أفضل عندما تكون الرطوبة منخفضة ، ولهذا السبب تحصل مبردات المستنقعات على درجات عالية في أريزونا ولكن ليس في فلوريدا.
الانعكاسية:
يعكس الثلج الكثير من الضوء لدرجة أن التعرض الطويل يمكن أن يتسبب في حدوث عمى ثلجي وحروق الشمس. الثلج لديه بياض من 0.8 إلى 0.9. نظرًا لأن معظم الضوء ينعكس على سطح مغطى بالثلج، فإن القليل من الحرارة يتم امتصاصه ويبطئ الذوبان. هذه العملية، التي يمكن أن تطيل الشتاء وربما تساهم في العصور الجليدية، هي عكس تأثير الاحتباس الحراري، والسبب في أن يكون الجزء الداخلي لسيارتك أبيضًا إذا كنت تعيش في فينيكس.
التآكل:
يشغل الجليد مساحة فيزيائية أكبر من نفس كمية الماء السائل. لهذا السبب، إذا قمت بملء وعاء من الماء إلى الأعلى ثم تجميده، فقد تنفجر الحاوية. هذه الخاصية المائية مهمة لعملية التعرية. يدخل الماء في شقوق في الصخور ويتجمد ويتوسع. تتسع الشقوق في الصخر، مما يسمح بدخول المزيد من الماء أثناء الذوبان التالي، وتستمر التعرية. بمرور الوقت، يمكن للجبال أن تتآكل بعيدًا عن طريق العمل المتكرر لدورة التجميد والذوبان. {فَلَمَّا تَرَاءى الْجَمْعَانِ قَالَ أَصْحَابُ مُوسَى إِنَّا لَمُدْرَكُونَ (62) قَالَ كَلَّا إِنَّ مَعِيَ رَبِّي سَيَهْدِينِ (63) فَأَوْحَيْنَا إلى مُوسَى أَنِ اضْرِب بِّعَصَاكَ الْبَحْرَ فَانفَلَقَ فَكَانَ كُلُّ فِرْقٍ كَالطَّوْدِ الْعَظِيمِ (الشعراء – 64) }.
المصادر:
- المصدر الرئيسي: https://www2.nau.edu/lrm22/lessons/water/water.html
- https://www.khanacademy.org/science/high-school-biology/hs-biology-foundations/hs-water-and-life/a/hs-water-and-life-review
- https://www.usgs.gov/special-topic/water-science-school/science/water-properties-information-topic?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects
