الكثافة والثقل النوعي المياه المالحة ومعاييرها

التقييم: 0

الكثافة والثقل النوعي

يستعمل مصطلح الثقل النوعي (Specific Gravity) من قبل هواة تربية أسماك المياه المالحة وأحواض الشعب المرجانية لتقدير ملوحة الماء (salinity) في أحواضهم، والثقل النوعي يستعمل أيضا من أجل عدد من الأعمال العلمية، متضمنةً الكيمياء والجيولوجيا والبيولوجيا والطب، مع الأسف فإن الثقل النوعي قد يكون مربكاً ومتضارباً بعض الشيء كما سترى من الفصول الآتية، ومن أجل فهم الثقل النوعي من الهام أن نفهم أيضاً الملوحة.

ماهي الملوحة:

الملوحة هي تعبير عن الأملاح المنحلة في الماء، أو هي تعبير عن مقدار الملح الوجود في الماء، لقد اختلف التعريف إلى حد ما على مدى السنين لصعوبة قياس نسبة الملوحة في الماء، كان الهدف التمكن من بيان عدد الغرامات من الملح (جميع المواد المذابة التي تشكل مياه البحر) في الكيلوغرام الواحد من ماء البحر، المشكلة الرئيسية أنه لايمكن بمجرد تبخير الماء بشكل كامل لتبقى الأملاح النقية بحيث نتمكن من وزنها، إذ أن الحرارة التي نحتاج اليها لتجفيف جميع الأملاح ستغير فعلياً من هذه الأملاح، بحيث سيتغير حجمها مما ينتج عن هذا عدم الدقة في القياس.  

لقد تبين أن الملوحة في مياه البحر قد تختلف من مكان لآخر، ومع ذلك فإن نسبة المقومات الرئيسية تختلف قليلاً فقط، وبالإعتماد على هذه القاعدة فإنه من الممكن ان يتم قياس أحد المقومات الرئيسية واعتماده في تحديد الملوحة، إن تركيز الكلوريد chloride (بالاضافة إلى البروميد bromide واليوديد iodide) يمكن ان يحدد بالمعايرة مع نترات الفضة وهذا مايسمى بالـكلورة (chlorinity)، ذلك ان نسبة الكلوريد للملوحة ثابت نسبياً، وعليه فإن الأخير يمكن ان يتم تحديده من السابق.  

في حين أن الكلورة مفيدة في تحديد الملوحة في مياه البحر، فإن المعايرة ليست دائماً عملية، في النصف الثاني من القرن العشرين أصبحت التجهيزات الالكترونية حساسة ودقيقة بشكل كاف لاستعمال الموصلية لمياه البحر في تحديد الملوحة، وهذه هي الوسيلة الاساسية في يومنا هذا من أجل تحديد الملوحة في مياه البحر والتحديد المقبول للملوحة (S) والتي تحدد بنسبة الموصلية للعينة للموصلية من المحلول النظامي لكلوريد البوتاسيوم KCl، وهي معروفة ايضا بـ الملوحة العملية practical salinity، بشكل مثالي فإن الملوحة (S) رقم غير موحد لكن العديد من الكتاب مازالوا يستخدمون وحدات الملوحة العملي (Practical salinity unit – psu )، وأجزاء من الآلاف (Parts per thousand – ppt).

ماهو الثقل النوعي ؟

يعرف الثقل النوعي على أنه نسبة كثافة العينة (بدرجة حرارة معينة) إلى كثافة معيار ما (بدرجة حرارة محددة )، بالنسبة للغاز المعيار المستخدم هو الهواء، أما من أجل أغلب المواد الصلبة والسائلة، بما فيها مياه البحر فإن المعيار المستخدم هو الماء النقي pure water، الثقل النوعي للماء في أحواض السمك هو نسبة كثافة الماء في درجة حرارة محددة إلى كثافة الماء النقي بدرجة حرارة محددة ، ويبدو هذا بسيطاً ولكننا إذا تعمقنا فيه يصبح اكثر تعقيداً.  

إن كثافة المادة هي الحجم الذي تأخذه كمية محددة من هذه المادة، أو بمعنى آخر إنها كمية حجم معين من المادة، بشكل عام عند تسخين السوائل والغازات فإنها تتمدد، وعندما تبرد فإنها تتقلص، وعلى هذا فإن الكثافة ستنقص بزيادة الحرارة وتزيد بتقلص الحرارة، إن الماء الصافي يختلف عن ذلك قليل، عند 3.98 C° درجة مئوية وبضغط جوي عادي، فإن العلاقة بين الحرارة والكثافة تبقى نفسها، على  الرغم من ذلك اقل من 3.98  C° درجة مئوية تصبح كثافة الماء الصافي منخفضة وكثافة الجليد أقل من الماء عند 0.0001 C°، إن أعلى كثافة للماء الصافي هي 1.000 غ/سم3 عند درجة حرارة 3.98 C°، إن الشكل رقم 1 يبين كثافة الماء الصافي وماء البحر (S=35) على مجموعة من درجات الحرارة.

الثقل النوعي

 
الشكل 1: كثافة الماء الصافي و مياه البحر (S=35) على مدى عدد من درجات الحرارة
(على اساس معادلة بيلسون لعام 1998 لعلاقة الكثافة بالملوحة).

وعلى هذا في حال إن الحرارة تؤثر على الكثافة، فهل تؤثر أيضا على الثقل النوعي؟ بالتأكيد، ليس فقط إن الحرارة هي جزء من تعريف الثقل النوعي، لكنها أيضا تؤثر على قياسه (سنرى ذلك لاحقاً)، هناك عدد من معايير الحرارة النظامية التي تستعمل مع الثقل النوعي، وبشكل مثالي فإن أي تسجيل للثقل النوعي يجب أن يشير إلى درجات الحرارة، وإحدى تلك المعايير أن يكون كلاً من العينة والماء الصافي بدرجة 3.98 C°، ذلك أن الكثافة للماء الصافي هي 1.000 غ/سم3، إن الثقل النوعي للعينة باعتمادنا لهذا المعيار ستتساوى مع كثافتها ( في غ/سم3) ، بدرجة 3.98 C°، المعايير الأخرى تتضمن 20 C° و 15.6 C° ، في أغلب الحالات تقاس العينة والماء النقي في نفس درجة الحرارة، ولكن هذه ليست الطريقة الوحيدة، فمن المعايير الشائعة الأخرى 20 C° للعينة و 3.98 C° للماء النقي، المعيار يكتب عادة مبينا كلا درجتي الحرارة، مثلاً: 3.98 درجة/3.98 درجة، أو 3.98/20 درجة مئوية.

الثقل النوعي وحدة قياس غير موحدة، ذلك أنها نسبة لكثافتين والوحدات تحذف نفسه، بما أن الثقل النوعي ليس له وحدات، فإنه دائما سيكون نفس الشيء (لدرجات حرارة معطاة) بصرف النظر عن الوحدات المستخدمة للكثافة، مثلاً من اجل كثافة عينات وماء صافي مقاس بالـ كغ م-3 ، فإن كثافة العينة هو :

1.027 كغ.م3عند درجة حرارة 3.98 مئوية

وكثافة الماء النقي هي:

1000 كغ.م3 عند درجة حرارة  3.98 مئوية

فإن الثقل النوعي سيكون:

1.027 (3.98/3.98)

كيف يقاس الثقل النوعي ؟
إن الثقل النوعي في الأساس كثافة العينة مقابل معيار ما، أغلب وسائل قياس الثقل النوعي موضوعة على أساس قياس كثافة العينة، الطريقة الأكثر شيوعاً لقياس الكثافة هي أن يتم ذلك بالهيدروميتر، الهيدروميتر يعوم في العينة والإرتفاع الذي يعوم إليه يحكمه كثافة العينة، كلما كانت العينة كثافتها أعلى ارتفع الهيدروميتر فوق سطح الماء أكثر، هذه الظاهرة قد وصفت من قبل أسس أرخميدس، أرخميدس إكتشف بأن الشيء سيأخذ مكاناً من السائل بحجم يناسب كامل الكمية للشكل العائم كما هو مبين في الشكل 2

ارخميدس

  الشكل 2 : اسس ارخميدس , الطابة الصفراء عائمة على الماء الازرق الجزء الاخضر يمثل حجم الماء الذي تم ابداله بالطابة، كمية هذا الحجم من السائل يساوي كمية كامل الطابة.

إذا كانت كتلة المادة العائمة معروفة وإذا كانت هناك طريقة ما لحساب حجم الشيء العائم الموجود تحت السائل، فإن كثافة السائل يمكن بسهولة تحديدها بتقسيم الكتلة على الحجم، وهكذا تماما يعمل هيدروميتر الزجاج العائم، إن كثافة العينة، والتي هي ماء البحر في حالتنا تؤثر على الحجم من الهيدروميتر الموجود تحت الماء، التدريج على ساق الهيدروميتر يشير إلى حجم الهيدروميتر تحت الماء ولذلك كثافة الماء يشير إليها التدرج على الهيدروميتر، التدريج معير بشكل يشير إلى الثقل النوعي.

الهيدروميتر

 هيدروميتر الزجاج العائم

بما أن الحرارة تؤثر على العينة التي تقاس، فإنه من المهم أن تكون حرارة العينة نفسها التي عير من اجلها الهيدروميتر، اذا كانت حرارة العينة مختلفة عن الحرارة المعيرة للهيدروميتر فإنه يجب أن تعدل القراءة بموجب ذلك لتحدد الثقل النوعي الحقيقي، النوعية الجيدة من الهيدروميتر عادة يكون فيها جداول تصحيح القراءات.

من الممكن تغيير تعيير الهيدروميتر لدرجة حرارة مختلفة من تلك النظامية التي عير من اجله، مثلاً بإمكان الهيدروميتر قياس الثقل النوعي باستخدام المعيار 20 /98ر3 درجة مئوية ولكن يمكن تعييره بشكل يمكنه من قياس الثقل النوعي الصحيح للعينات بدرجة حرارة 25 درجة مئوية، في حال كانت حرارة العينة أكثر من 25 درجة عند ذلك تكون القراءة أخفض من الثقل النوعي الصحيح، وإذا كانت حرارة العينة أخفض من 25 درجة فإن القراءة ستكون أعلى.

الهيدروميتر

الهيدروميتر ذو الذراع المتأرجح

الشكل الاخر من الهيدروميتر الشائع بالنسبة لهواة الأحواض البحرية هو الهيدروميتر ذو الذراع المتأرجح من شركة Aquarium Systems و شركة Corallife ومصنعين آخرين، في حين أن طريقة عمل هذا النوع من الهيدروميتر مختلف عن هيدروميتر الزجاج العائم فإن الاساس هو نفسه، كثافة العينة تؤثر على الإرتفاع الذي يعوم فيه الذراع.

كذلك فإن الريفراكتوميتر إيضاً يقيس كثافة العينة لكنها تستخدم خاصية مختلفة جد، سرعة الضوء تختلف مع كثافة الوسط الذي تمر به، كلما كانت كثافة الوسط أقل كلما كان مرور الضوء أسرع، وأكثر ماتكون سريعة هي في الفراغ، إذا مر الضوء من وسط ذو كثافة واحدة إلى وسط كثافة أخرى في زاوية، فإن أشعة الضوء يتم إنكساره، و هذا ماتتم ملاحظته عندما ننظر إلى الماء من زاوية ما.

مع الربفراكتومتر (جهاز قياس ) فإن الضوء يسطع خلال كمية قليلة جداً من العينة بزاوية نسبة الإنكسار، وعلى أساس كثافة العينة فإنها تؤثر على موضع الخط على سلم الدرجات، سلم الدرجات يشير إلى الثقل النوعي للعينة ، الشكل 3 يري مثال عن الشرح والتوضيح في الريفراكتوميتر.

الإنكسار

الشكل 3: انظر من خلال عدسة الريفراكتوميتر لعينة من ماء البحر إن الثقل النوعي يبلغ 1.027 عند (20 /20 ) درجة مئوية.

 

الريفراكتوميتر

 الريفراكتوميتر

أخيراً، الملوحة يمكن أن تقاس مباشرة عن طريق الموصلية للماء باستخدام الريفراكتوميتر الرقمي، وهذا الجهاز سيعطي افضل قياس دقيق للملوحة.

الريفراكتوميتر الرقمي
الريفراكتوميتر الرقمي


ماهو الثقل النوعي الصحيح للماء في أحواض السمك والشعب المرجانية ؟
قبل البحث في الثقل النوعي الصحيح للماء من أجل أحواض المياه المالحة، فإن السؤال الأول يجب أن يكون ماهي الملوحة الصحيحة من أجل حوض الشعاب؟
في الحقيقة ومع وجود اختلاف في ملوحة ماء البحر من محيط إلى آخر (الاطلنطي أكثر ملوحة من الباسيفيك) ومن موقع إلى آخر فإن الملوحة عموما تكون مستقرة إلى حد ما، وخاصة في مناطق الشعاب، ويمكن الافتراض بأن ملوحة مياه الشعاب قريبة جداً من 35 وبالتالي ففي أحواض الأسماك والشعاب المرجانية يجب أن يحافظ عليها قدر الامكان عند هذه القيمة.
ليس هناك سبب على الإطلاق أن ندع صهريج الشعاب بملوحة غير تلك التي تكون عليها في أماكنها الطبيعية، أو تللك الأماكن التي تجمع منها الأحياء، إن الكثير من كتب الهواة تنصح بأن تكون الأملاح (والثقل النوعي) اخفض قليلاً من الأماكن الطبيعية ولا أرى أي شيء حالياً يستدعي ذلك.
في حين أن السمك بإمكانه تحمل ملوحة أقل من مياه البحر الطبيعية، فإن كثيراً من اللافقاريات لايمكنها ذلك، قأغلب اللافقاريات البحرية هي مطابقة في التناضح والتركيز التناضحي لسوائلهم الداخلية و متساوية مع المحيط المائي (شميت – نيلسن 1975 )، عند وضع تلك الاحياء في ماء ذو ملوحة أقل، فإن أي محاليل غير منتظمة سيتم تخفيضها داخلياً، وهذا قد يحدث بعض الإشكالات ذلك أن الاحياء عليها العمل بفاعلية أكبر للابقاء على التركيز السليم، فانخفاص الملوحة عن مستاها الطبيعي سيحدث إرهاقاً للحيوانات وقد ينتج عن ذلك قصر حياتها.
مايستحق الملاحظة بأن ملوحة البحر الأحمر هي أعلى نوعا ما (قد تصل حتى 40) عن تلك التي عند شعاب المحيط الهندي، إذا كانت لديكم أحياء من البحر الأحمر فعليكم أن تحافظوا على الأحواض بنسبة تلك الملوحة أي ملوحة البحر الأحمر، وعليه فإن الأحواض المختلطة من أحياء البحر الأحمر والمحيط الهندي قد لاتكون فكرة جيدة وخاصة إذا كانت تحتوي على اللافقاريات من المنطقتين.
ماهو الثقل النوعي لمياه بحر بملوحة 35 ؟ كما بينا أعلاه فإن هذا الأمر سيعتمد على المعيار المستخدم للثقل النوعي، إن الجدول التالي يبين قيم ثقل نوعي مختلفة لمياه البحر ( S= 35 ) لمختلف المعايير.

المعيار الثقل النوعي المدى
d4/4 1.0278 1.027-1.029
d15.6/15.6 1.0269 1.026-1.028
d20/20 1.0266 1.026-1.028
d25/25 1.0264 1.025-1.028
d15.6/4 1.0259 1.025-1.027
d20/4 1.0248 1.024-1.026
d25/4 1.0234 1.022-1.025

الثقل النوعي التقريبي لمياه البحر (S = 35 ) لمختلف المعايير


العالم الساحر - 3/6/2007   

لإبداء ملاحظاتكم : aqua@magicworldsy.com

جميع الحقوق محفوظة


  
 
 
 
 
 
 
 


لم تجد ما تبحث عنه؟

اشترك بقائمتنا البريدية

© 2006-2017 العالم الساحر - جميع الحقوق محفوظة
طور من قبل Web-o2™ لأنظمة المعلومات

تسجيل الدخول

سجل دخولك للموقع باستخدام بريدك الالكتروني

البريد الالكتروني

كلمة المرور

الإشتراك في العالم الساحر

أهلا بك في العالم الساحر, يتيح لك التسجيل في الموقع الحصول على آخر الأخبار ومستجدات عالم الأسماك وتحميل ملفات وصور تخص هواية تربية الأسماك بالاضافة الى ميزات عديدة أخرى

البريد الالكتروني

كلمة المرور