نقص الأكسجة (البيئي)

يمكن أن يؤدي نقص الأكسجين في الطبقة السفلى من البحيرة إلى نفوق الكائنات الحية صيفًا وشتاءً. خلال فترة التقسيم الطبقي الصيفي ، قد تزيد مدخلات المواد العضوية وترسب المنتجات الأولية من معدلات التنفس في الطبقة السفلى. إذا بلغ نقص الأكسجين حدًا خطيرًا، فقد تنفق الكائنات الهوائية، كالأسماك، مما يؤدي إلى ما يُعرف بـ"النفوق الصيفي". ^{[ 8 ]} قد تحدث الظاهرة نفسها في الشتاء، ولكن لأسباب مختلفة. خلال الشتاء، يمكن أن يُضعف الغطاء الجليدي والثلجي الضوء، وبالتالي يقلل من معدلات التمثيل الضوئي. كما يمنع تجمد البحيرة التفاعلات بين الهواء والماء التي تسمح بتبادل الأكسجين. هذا يخلق نقصًا في الأكسجين بينما يستمر التنفس. عندما ينضب الأكسجين بشدة، قد تنفق الكائنات اللاهوائية، مما يؤدي إلى "النفوق الشتوي". ^{[ 8 ]}

قد ينتج نقص الأكسجين عن عدة عوامل طبيعية، ولكنه غالباً ما يكون مصدر قلق نتيجة للتلوث والتخثث، حيث تدخل المغذيات النباتية إلى الأنهار والبحيرات والمحيطات، مما يشجع على ازدهار العوالق النباتية . وبينما ترفع العوالق النباتية، من خلال عملية التمثيل الضوئي ، نسبة تشبع الأكسجين المذاب خلال ساعات النهار، فإن تكاثرها الكثيف يقلل من هذه النسبة ليلاً عن طريق التنفس . وعندما تموت خلايا العوالق النباتية، تغوص نحو القاع وتتحلل بفعل البكتيريا ، وهي عملية تزيد من انخفاض نسبة الأكسجين المذاب في عمود الماء. وإذا تفاقم نقص الأكسجين إلى حد نقص التأكسج، فقد تحدث نفوق للأسماك ، وقد تنفق أيضاً اللافقاريات مثل الديدان والمحار الموجودة في القاع.

قد يحدث نقص الأكسجين حتى في غياب الملوثات. ففي مصبات الأنهار، على سبيل المثال، نظرًا لأن المياه العذبة المتدفقة من النهر إلى البحر أقل كثافة من المياه المالحة، فقد ينتج عن ذلك تدرج في عمود الماء. وبالتالي، يقل الاختلاط الرأسي بين المسطحات المائية، مما يحد من إمداد الأكسجين من المياه السطحية إلى المياه القاعية الأكثر ملوحة. وقد ينخفض ​​تركيز الأكسجين في الطبقة القاعية إلى مستوى يسمح بحدوث نقص الأكسجين. ومن المناطق المعرضة لذلك بشكل خاص المياه الضحلة للمسطحات المائية شبه المغلقة، مثل بحر وادنزي أو خليج المكسيك ، حيث يكون جريان المياه السطحية كبيرًا. وفي هذه المناطق، قد تتشكل ما يُسمى بـ" المنطقة الميتة ". غالبًا ما تكون ظروف انخفاض الأكسجين المذاب موسمية، كما هو الحال في قناة هود ومناطق من مضيق بوجيه في ولاية واشنطن. ^{[ 9 ]} وقد حدد معهد الموارد العالمية 375 منطقة ساحلية تعاني من نقص الأكسجين حول العالم، تتركز في المناطق الساحلية في أوروبا الغربية، والسواحل الشرقية والجنوبية للولايات المتحدة، وشرق آسيا، وخاصة في اليابان. ^{[ 10 ]}

قد يكون نقص الأكسجين أيضاً تفسيراً للظواهر الدورية مثل ظاهرة " يوبيل خليج موبايل" ، حيث تندفع الكائنات المائية فجأة إلى المياه الضحلة، ربما في محاولة للهروب من المياه المستنفدة للأكسجين. كما تُعزى حالات نفوق المحار واسعة النطاق التي حدثت مؤخراً بالقرب من سواحل ولايتي أوريغون وواشنطن إلى دورة بيئية في المناطق الميتة . ^{[ 11 ]}

تحلل العوالق النباتية

يتكون العوالق النباتية في الغالب من اللجنين والسليلوز، والتي تتحلل بواسطة آلية الأكسدة، والتي تستهلك الأكسجين. ^{[ 12 ]}

العوامل البيئية

يعتمد تحلل العوالق النباتية في البيئة على وجود الأكسجين، وبمجرد اختفاء الأكسجين من المسطحات المائية، تتوقف إنزيمات بيروكسيداز اللجنين عن تحليل اللجنين. وعند غياب الأكسجين في الماء، يتغير الوقت اللازم لتحلل العوالق النباتية من 10.7 أيام إلى 160 يومًا.

يمكن تمثيل معدل تحلل العوالق النباتية باستخدام هذه المعادلة:

${\displaystyle G(t)=G(0)e^{-kt}}$

في هذه المعادلة، يُمثل G(t) كمية الكربون العضوي الجسيمي (POC) الإجمالية عند زمن مُحدد، t. أما G(0) فيُمثل تركيز الكربون العضوي الجسيمي قبل تحلله. k هو ثابت معدل التفاعل بوحدة السنة⁻¹، وt هو الزمن بالسنوات. بالنسبة لمعظم الكربون العضوي الجسيمي في العوالق النباتية، يبلغ ثابت معدل التفاعل k حوالي 12.8 سنة⁻¹، أو ما يُقارب 28 يومًا لتحلل ما يقرب من 96% من الكربون في هذه الأنظمة. بينما في الأنظمة اللاهوائية، يستغرق تحلل الكربون العضوي الجسيمي 125 يومًا، أي أكثر من أربعة أضعاف المدة. ^{[ 15 ]} يتطلب  تحلل 1 ملغ من الكربون العضوي  الجسيمي في البيئة حوالي 1 ملغ من الأكسجين، ولذلك، يحدث نقص الأكسجين بسرعة نظرًا لاستهلاك الأكسجين بسرعة لهضم الكربون العضوي الجسيمي. يمكن تحلل حوالي 9% من الكربون العضوي الجسيمي في العوالق النباتية في يوم واحد عند درجة حرارة 18  درجة مئوية. لذلك، يستغرق تحلل العوالق النباتية بالكامل حوالي أحد عشر يومًا. ^{[ 16 ]}

بعد تحلل الكربون العضوي الجسيمي، يمكن تحويل هذه الجسيمات إلى كربون مذاب آخر، مثل ثاني أكسيد الكربون وأيونات البيكربونات والكربونات. ويمكن أن يتحلل ما يصل إلى 30% من العوالق النباتية إلى كربون مذاب. وعندما يتفاعل هذا الكربون العضوي الجسيمي مع  الأشعة فوق البنفسجية بطول موجي 350 نانومتر، يتكون الكربون غير العضوي المذاب، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الأكسجين من البيئة على شكل ثاني أكسيد الكربون وأيونات البيكربونات والكربونات. ويتكون الكربون غير العضوي المذاب بمعدل يتراوح بين 2.3 و6.5  ملغم/(م³ ^· يوم). ^{[ 17 ]}

مع تحلل العوالق النباتية، يصبح الفوسفور والنيتروجين الحرّان متاحين في البيئة، مما يُسهم في زيادة نقص الأكسجين. ومع استمرار تحلل هذه العوالق، يتحول المزيد من الفوسفور إلى فوسفات، ويتحول النيتروجين إلى نترات. هذا بدوره يُقلل من نسبة الأكسجين في البيئة، مما يُؤدي إلى زيادة كثافة المناطق التي تعاني من نقص الأكسجين. ومع انتقال المزيد من المعادن، كالفوسفور والنيتروجين، إلى هذه الأنظمة المائية، يزداد نمو العوالق النباتية بشكل كبير، وبعد موتها، تتشكل مناطق تعاني من نقص الأكسجين. ^{[ 18 ]}

• كيلز، يو.، وولر، يو.، وفيشر، بي. (1989). "نفوق الأسماك في خريف عام 1988 في خليج كيل". المجلس الدولي لاستكشاف البحار . CM 1989/L:14.{{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
• فيشر، ب.؛ كيلز، يو. (1990). " دراسات ميدانية حول التنفس وسلوك سمكة الشوكية (Gasterosteus aculeatus) وسمكة ثعبان البحر (Zoaraes viviparus) أثناء الإجهاد الناتج عن نقص الأكسجين". المجلس الدولي لاستكشاف البحار . CM 1990/F:23.
• فيشر، ب.؛ ك. رادماخر؛ يو. كيلز (1992). " دراسات ميدانية حول تنفس وسلوك سمكة ثعبان البحر Zoarces viviparus في ظل نقص الأكسجين قصير الأمد" . مجلة علم البيئة البحرية، سلسلة التقدم ، 88 : 181-184 . رمز Bibcode : 1992MEPS...88..181F . doi : 10.3354/meps088181 .