مجتمع أعماق البحار

يمكن تصور المحيط على أنه مقسم إلى مناطق مختلفة ، تبعًا للعمق ووجود ضوء الشمس أو غيابه. تعتمد جميع أشكال الحياة تقريبًا في المحيط على عمليات التمثيل الضوئي للعوالق النباتية والنباتات البحرية الأخرى لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى كربون عضوي ، وهو اللبنة الأساسية للمادة العضوية . ويتطلب التمثيل الضوئي بدوره طاقة من ضوء الشمس لتحفيز التفاعلات الكيميائية التي تنتج الكربون العضوي. ^{[ 5 ]}

تُعرف طبقة عمود الماء التي يصل إليها ضوء الشمس بالمنطقة الضوئية . ويمكن تقسيم المنطقة الضوئية إلى منطقتين رأسيتين مختلفتين. يُطلق على الجزء العلوي من المنطقة الضوئية، حيث يتوفر ضوء كافٍ لدعم عملية التمثيل الضوئي بواسطة العوالق النباتية والنباتات، اسم المنطقة الضوئية الحقيقية (وتُعرف أيضًا بالمنطقة السطحية أو منطقة ما فوق السطح ). ^{[ 6 ]} أما الجزء السفلي من المنطقة الضوئية، حيث تكون شدة الضوء غير كافية لعملية التمثيل الضوئي، فيُسمى المنطقة الضوئية الضعيفة (كلمة "ضعيفة الإضاءة" تعني "ضعيفة الإضاءة" باليونانية). ^{[ 7 ]} وتُعرف المنطقة الضوئية الضعيفة أيضًا بالمنطقة المتوسطة أو منطقة الشفق . ^{[ 8 ]} ويقع حدها السفلي عند طبقة حرارية تبلغ درجة حرارتها 12 درجة مئوية (54 درجة فهرنهايت) ، والتي تقع في المناطق الاستوائية عمومًا بين 200 و1000 متر. ^{[ 9 ]}  

تُعرَّف المنطقة المضيئة، بشكلٍ تقريبي ، بأنها تمتد من السطح إلى العمق الذي تكون فيه شدة الضوء حوالي 0.1-1% من إشعاع ضوء الشمس السطحي ، وذلك تبعًا للموسم وخط العرض ودرجة عكارة الماء . ^{[ 6 ] [ 7 ]} في أنقى مياه المحيطات، قد تمتد المنطقة المضيئة إلى عمق حوالي 150 مترًا، ^{[ 6 ]} أو نادرًا ما تصل إلى 200 متر. ^{[ 8 ]} تمتص المواد الذائبة والجسيمات الصلبة الضوء وتشتته، وفي المناطق الساحلية، يؤدي التركيز العالي لهذه المواد إلى توهين الضوء بسرعة مع العمق. في مثل هذه المناطق، قد لا يتجاوز عمق المنطقة المضيئة بضعة عشرات من الأمتار أو أقل. ^{[ 6 ] [ 8 ]} أما المنطقة المظلمة، حيث تكون شدة الضوء أقل بكثير من 1% من إشعاع السطح، فتمتد من قاعدة المنطقة المضيئة إلى حوالي 1000 متر. ^{[ 9 ]} تمتد المنطقة المظلمة من أسفل المنطقة الضوئية وصولاً إلى قاع البحر ، وهي منطقة ظلام دائم. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

بما أن متوسط ​​عمق المحيط يبلغ حوالي 3688 مترًا، ^{[ 10 ]} فإن المنطقة الضوئية لا تمثل سوى جزء ضئيل من حجم المحيط الكلي. ومع ذلك، ونظرًا لقدرتها على التمثيل الضوئي، تتمتع المنطقة الضوئية بأكبر تنوع بيولوجي وكتلة حيوية بين جميع مناطق المحيط. ويحدث فيها تقريبًا كل الإنتاج الأولي في المحيط. يجب أن تكون أي أشكال حياة موجودة في المنطقة المظلمة قادرة إما على الصعود عبر عمود الماء إلى المنطقة الضوئية للتغذية، أو أن تعتمد على المواد الغارقة من الأعلى ، ^{[ 5 ]} أو أن تجد مصدرًا آخر للطاقة والتغذية، كما هو الحال في العتائق الكيميائية التركيب الموجودة بالقرب من الفتحات الحرارية المائية والينابيع الباردة .

تطورت هذه الحيوانات لتتحمل الضغط الهائل في المناطق شبه الضوئية ، حيث يزداد الضغط بمقدار ضغط جوي واحد تقريبًا كل عشرة أمتار. ولمواجهة هذا الضغط، فإن العديد من الأسماك صغيرة الحجم نسبيًا، ولا يتجاوز  طولها عادةً 25 سم. كما اكتشف العلماء أنه كلما ازداد عمق عيش هذه الكائنات، ازداد قوام لحمها هلاميًا، وقلّ حجم هيكلها العظمي. وقد تخلصت هذه الكائنات أيضًا من جميع التجاويف الزائدة التي قد تنهار تحت الضغط، مثل مثانات العوم. ^{[ 11 ]}

يُعدّ الضغط العامل البيئي الأهم الذي يؤثر على الكائنات الحية في أعماق البحار. ففي أعماق البحار، ورغم أن معظمها يتعرض لضغوط تتراوح بين 200 و600 ضغط جوي، إلا أن نطاق الضغط يتراوح بين 20 و1000 ضغط جوي. ويلعب الضغط دورًا بالغ الأهمية في توزيع هذه الكائنات. وحتى وقت قريب، كان العلماء يفتقرون إلى معلومات تفصيلية حول التأثيرات المباشرة للضغط على معظم الكائنات الحية في أعماق البحار، لأن جميع الكائنات التي تُصطاد بشباك الجر من الأعماق كانت تصل إلى السطح ميتة أو تحتضر. ومع ظهور المصائد التي تتضمن حجرة خاصة للحفاظ على الضغط، أصبح بالإمكان استخراج حيوانات ميتازوية كبيرة الحجم من أعماق البحار سليمة وفي حالة جيدة. وقد حُفظ بعضها لأغراض تجريبية، ونحن بصدد اكتساب المزيد من المعرفة حول التأثيرات البيولوجية للضغط.

تُعدّ منطقتا الانتقال بين المياه السطحية والمياه العميقة، والمعروفة بالطبقة الحرارية، والمنطقة الانتقالية بين قاع البحر العميق وتدفقات المياه الساخنة عند الفتحات الحرارية المائية، من أكثر المناطق تغيّرًا في درجة حرارة المحيطات وأسرعها. يتراوح سمك الطبقة الحرارية من بضع مئات من الأمتار إلى ما يقارب ألف متر. أسفل الطبقة الحرارية، تكون كتلة مياه المحيط العميق باردة وأكثر تجانسًا. وتكون الطبقة الحرارية أقوى ما يكون في المناطق الاستوائية، حيث تتجاوز درجة حرارة المنطقة السطحية  عادةً 20 درجة مئوية. من قاعدة المنطقة السطحية، تنخفض درجة الحرارة على مدى عدة مئات من الأمتار لتصل إلى 5 أو 6  درجات مئوية عند عمق 1000 متر. وتستمر في الانخفاض نحو القاع، ولكن بمعدل أبطأ بكثير. تحت عمق يتراوح بين 3000 و4000 متر، تكون المياه متساوية الحرارة . عند أي عمق محدد، تبقى درجة الحرارة ثابتة عمليًا لفترات طويلة. لا توجد تغيرات موسمية في درجة الحرارة، ولا تغيرات سنوية. لا يوجد موطن آخر على وجه الأرض يتمتع بدرجة حرارة ثابتة كهذه.

تُعدّ الفتحات الحرارية المائية نقيضاً تاماً لثبات درجة الحرارة. ففي هذه الأنظمة، قد تصل درجة حرارة الماء الخارج من مداخن "المدخنة السوداء" إلى 400  درجة مئوية (حيث يمنعها الضغط الهيدروستاتيكي العالي من الغليان)، بينما قد تنخفض في غضون أمتار قليلة إلى 2-4  درجات مئوية. ^{[ 12 ]}

تظل نسبة الملوحة ثابتة في أعماق البحار. وهناك استثناءان بارزان لهذه القاعدة:

1. في البحر الأبيض المتوسط ، يتجاوز فقدان المياه بالتبخر بكثير كمية المياه المتدفقة من الأمطار وجريان الأنهار. ولهذا السبب، تكون ملوحة البحر الأبيض المتوسط ​​أعلى منها في المحيط الأطلسي . ^{[ 13 ]} ويكون التبخر مرتفعًا بشكل خاص في النصف الشرقي منه، مما يؤدي إلى انخفاض مستوى المياه وزيادة الملوحة في هذه المنطقة. ^{[ 14 ]} ويدفع تدرج الضغط الناتج مياهًا باردة نسبيًا ومنخفضة الملوحة من المحيط الأطلسي عبر الحوض. وتسخن هذه المياه وتزداد ملوحتها أثناء تحركها شرقًا، ثم تغوص في منطقة بلاد الشام وتدور غربًا، لتعود إلى المحيط الأطلسي عبر مضيق جبل طارق . ^{[ 15 ]} والنتيجة النهائية لذلك هي وجود تيار سطحي شرقي من المياه الباردة منخفضة الملوحة من المحيط الأطلسي عند مضيق جبل طارق، وتيار غربي متزامن من المياه المالحة الدافئة من البحر الأبيض المتوسط ​​في المناطق الأعمق. بمجرد عودتها إلى المحيط الأطلسي، يمكن أن تستمر هذه المياه المتوسطة المتوسطية ذات التركيب الكيميائي المميز لآلاف الكيلومترات بعيدًا عن مصدرها. ^{[ 16 ]}
2. برك المحلول الملحي هي مساحات شاسعة من المحلول الملحي في قاع البحر . تتميز هذه البرك بملوحة أعلى بثلاث إلى خمس مرات من ملوحة المحيط المحيط بها. في برك المحلول الملحي في أعماق البحار، يكون مصدر الملح هو ذوبان رواسب ملحية ضخمة بفعل التكتونية الملحية . غالبًا ما يحتوي المحلول الملحي على تركيزات عالية من غاز الميثان، مما يوفر الطاقة للكائنات الدقيقة المحبة للظروف القاسية التي تعيش في هذا النظام البيئي المتخصص . كما تُعرف برك المحلول الملحي بوجودها على الجرف القاري في القطب الجنوبي، حيث يكون مصدرها الملح المستبعد أثناء تكوّن الجليد البحري . قد تكون برك المحلول الملحي في أعماق البحار وفي القطب الجنوبي سامة للحيوانات البحرية. تُسمى برك المحلول الملحي أحيانًا ببحيرات قاع البحر لأن كثافة المحلول الملحي تُشكل طبقة فاصلة بين الملوحة والرطوبة ، مما يمنع اختلاطها بسهولة مع مياه البحر التي تعلوها. تزيد الملوحة العالية من كثافة المحلول الملحي، مما يُشكل سطحًا وشاطئًا مميزين للبركة. ^{[ 17 ]}

أعماق البحار ، أو الطبقة العميقة، هي الطبقة الأدنى في المحيط، وتقع أسفل الطبقة الحرارية، على عمق 1800 متر (1000 قامة ) أو أكثر. أعمق جزء من أعماق البحار هو خندق ماريانا الواقع في غرب شمال المحيط الهادئ، وهو أيضاً أعمق نقطة في قشرة الأرض. يبلغ أقصى عمق له حوالي 10.9 كيلومتر، أي أعمق من ارتفاع جبل إيفرست . في عام 1960، وصل دون والش وجاك بيكارد إلى قاع خندق ماريانا على متن الغواصة ترييستي . يبلغ الضغط حوالي 11318 طنًا متريًا لكل متر مربع (110.99 ميجا باسكال أو 16100 رطل لكل بوصة مربعة ).  

تُعدّ منطقة الميزوبلاجيك الجزء العلوي من منطقة المياه المتوسطة ، وتمتد من 200 إلى 1000 متر (660 إلى 3280 قدمًا) تحت مستوى سطح البحر . تُعرف هذه المنطقة شعبيًا باسم "منطقة الشفق" لأن الضوء لا يزال قادرًا على اختراقها، ولكنه منخفض جدًا بحيث لا يسمح بعملية التمثيل الضوئي. ومع ذلك، فإن الكمية المحدودة من الضوء تُمكّن الكائنات الحية من الرؤية، وتستطيع الكائنات ذات البصر الحساس اكتشاف الفرائس والتواصل وتحديد اتجاهاتها باستخدام حاسة البصر. تمتلك الكائنات الحية في هذه الطبقة عيونًا كبيرة لزيادة كمية الضوء في البيئة إلى أقصى حد. ^{[ 18 ]} 

تُجري معظم أسماك المنطقة المتوسطة هجرات رأسية يومية ، حيث تنتقل ليلاً إلى المنطقة السطحية، وغالبًا ما تتبع هجرات مماثلة للعوالق الحيوانية، ثم تعود إلى الأعماق بحثًا عن الأمان خلال النهار. ^{[ 19 ] [ 20 ] : 585} تحدث هذه الهجرات الرأسية عادةً على مسافات رأسية كبيرة، وتُجرى بمساعدة مثانة العوم . تنتفخ مثانة العوم عندما ترغب السمكة في الصعود، ونظرًا للضغوط العالية في المنطقة المتوسطة، يتطلب ذلك طاقة كبيرة. ومع صعود السمكة، يجب أن يتكيف الضغط داخل مثانة العوم لمنعها من الانفجار. وعندما ترغب السمكة في العودة إلى الأعماق، تُفرغ مثانة العوم من الهواء. ^{[ 21 ]} تُجري بعض أسماك المنطقة المتوسطة هجرات يومية عبر الطبقة الحرارية ، حيث تتغير درجة الحرارة بين 10 و20 درجة مئوية (18 و36 درجة فهرنهايت) ، مما يُظهر قدرة كبيرة على تحمل تغيرات درجة الحرارة. ^{[ 20 ] : 590}  

تفتقر أسماك المنطقة المتوسطة عادةً إلى الأشواك الدفاعية، وتستخدم اللون والتألق البيولوجي للتمويه عن الأسماك الأخرى. أما المفترسات التي تنصب الكمائن، فتكون داكنة اللون، سوداء أو حمراء. ولأن الأطوال الموجية الحمراء الأطول للضوء لا تصل إلى أعماق البحار، فإن اللون الأحمر يؤدي وظيفة مماثلة للون الأسود. وتستخدم الأنواع المهاجرة ألوانًا فضية متضادة . وغالبًا ما تُظهر على بطونها أعضاء ضوئية تُنتج ضوءًا خافتًا. وبالنسبة للمفترس الذي ينظر من الأسفل إلى الأعلى، يُموّه هذا التألق البيولوجي صورة السمكة. ومع ذلك، تمتلك بعض هذه المفترسات عدسات صفراء تُصفّي الضوء المحيط (الذي يفتقر إلى اللون الأحمر)، مما يجعل التألق البيولوجي مرئيًا. ^{[ 22 ]}

المنطقة الباثيالية هي الجزء السفلي من منطقة المياه المتوسطة، وتشمل أعماقًا تتراوح بين 1000 و4000 متر (3300 إلى 13100 قدم) . ^{[ 23 ]} لا يصل الضوء إلى هذه المنطقة، مما أكسبها لقب "منطقة منتصف الليل"؛ وبسبب انعدام الضوء، فهي أقل كثافة سكانية من المنطقة السطحية، على الرغم من كونها أكبر بكثير. ^{[ 24 ]} تجد الأسماك صعوبة في العيش في هذه المنطقة، نظرًا للضغط الهائل، وانخفاض درجات الحرارة إلى 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت) ، وانخفاض مستوى الأكسجين المذاب ، ونقص العناصر الغذائية الكافية. ^{[ 20 ] : 585} أما الطاقة القليلة المتوفرة في المنطقة الباثيالية فتُرشح من الأعلى على شكل فتات عضوي، ومواد برازية، وبعض اللافقاريات أو أسماك المنطقة المتوسطة. ^{[ 20 ] : 594} حوالي 20% من الغذاء الذي ينشأ في المنطقة السطحية (الإيبيبلاجية) يهبط إلى المنطقة المتوسطة (الميزوبلاجية)، بينما لا يتسرب إلى المنطقة العميقة (الباثيبلاجية) سوى 5% تقريبًا. ^{[ 25 ]} قد تكون الأسماك التي تعيش هناك قد فقدت أو تقلصت خياشيمها وكليتيها وقلوبها ومثاناتها الهوائية، وقد يكون جلدها لزجًا بدلًا من أن يكون حرشفيًا، كما أن هيكلها العظمي وعضلاتها ضعيفة. ^{[ 20 ] : 587} يُعدّ هذا النقص في التعظم تكيفًا لتوفير الطاقة عند ندرة الغذاء. ^{[ 26 ]} معظم الحيوانات التي تعيش في المنطقة العميقة (الباثيال) هي لافقاريات مثل الإسفنج البحري ورأسيات الأرجل وشوكيات الجلد . وباستثناء المناطق العميقة جدًا من المحيط، تصل المنطقة العميقة عادةً إلى المنطقة القاعية في قاع البحر . ^{[ 24 ]}   

تبقى منطقة الأعماق السحيقة في ظلام دامس على عمق يتراوح بين 4000 و6000 متر (13000 إلى 20000 قدم) . ^{[ 23 ]} الكائنات الحية الوحيدة التي تسكن هذه المنطقة هي الكائنات الكيميائية التغذية والمفترسة القادرة على تحمل ضغوط هائلة، تصل أحيانًا إلى 76 ميجاباسكال (750 ضغط جوي؛ 11000 رطل لكل بوصة مربعة) . أما منطقة الهاوية (المسماة نسبةً إلى هاديس ، إله العالم السفلي عند الإغريق) فهي منطقة تضم أعمق الخنادق في العالم، حيث يصل عمقها إلى ما دون 6000 متر (20000 قدم) . أعمق نقطة في منطقة الهاوية هي خندق ماريانا ، الذي ينحدر إلى عمق 10,911 مترًا (35,797 قدمًا) ويبلغ ضغطه 110 ميجاباسكال (1,100 ضغط جوي؛ 16,000 رطل لكل بوصة مربعة) . ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]}       

تمتلئ الطبقة الضوئية العليا من المحيط بالمواد العضوية الجسيمية ، لا سيما في المناطق الساحلية ومناطق التيارات الصاعدة. ومع ذلك، فإن معظم هذه المواد صغيرة وخفيفة. وقد يستغرق الأمر مئات، أو حتى آلاف السنين، حتى تستقر هذه الجسيمات عبر عمود الماء إلى أعماق المحيط. هذا التأخير الزمني كافٍ لإعادة تمعدن الجسيمات وامتصاصها من قبل الكائنات الحية في السلسلة الغذائية .

في أعماق بحر سارجاسو ، اكتشف علماء من معهد وودز هول لعلوم المحيطات (WHOI) ما أصبح يُعرف باسم الثلج البحري، حيث يتم إعادة تغليف المواد العضوية الجسيمية في جزيئات أكبر بكثير تغوص بسرعة أكبر بكثير، وتسقط مثل الثلج. ^{[ 30 ]}

نظراً لندرة الغذاء، فإن الكائنات الحية التي تعيش على قاع البحر وفي داخله تتسم عموماً بالانتهازية. ولديها تكيفات خاصة لهذه البيئة القاسية: النمو السريع، وآلية انتشار اليرقات الفعالة، والقدرة على استخدام موارد غذائية "عابرة". ومن الأمثلة النموذجية على ذلك الرخويات ثنائية الصدفة التي تحفر في الخشب وبقايا النباتات الأخرى، وتتغذى على المواد العضوية الموجودة في هذه البقايا.

أحيانًا، يؤدي التوافر المفاجئ للمغذيات قرب السطح إلى ازدهار العوالق والطحالب أو حيوانات مثل السالبا ، التي تتكاثر بأعداد هائلة لدرجة أنها تغوص إلى القاع دون أن تستهلكها الكائنات الحية الأخرى. ويمكن أن تتجاوز هذه التدفقات القصيرة من المغذيات التي تصل إلى قاع البحر سنوات من تراكم الثلوج البحرية، وتستهلكها الحيوانات والكائنات الدقيقة بسرعة. وتصبح هذه الفضلات جزءًا من رواسب أعماق البحار، وتعيد تدويرها الحيوانات والكائنات الدقيقة التي تتغذى على الطين لسنوات قادمة. ^{[ 31 ]}

بالنسبة للنظام البيئي في أعماق البحار، يُعدّ نفوق الحوت الحدث الأهم. إذ يُمكن للحوت النافق أن يُلقي بمئات الأطنان من المواد العضوية في القاع. وتمرّ المجتمعات الحيوية الناتجة عن نفوق الحيتان بثلاث مراحل: ^{[ 32 ]}

1. مرحلة التغذية المتنقلة: تصل حيوانات أعماق البحار الكبيرة والمتحركة إلى الموقع فور سقوط الحيتان في القاع تقريبًا. وتُعدّ البرمائيات وسرطانات البحر وأسماك القرش النائمة وأسماك الهاج من الحيوانات التي تتغذى على الجيف.
2. المرحلة الانتهازية: تصل الكائنات الحية وتستعمر العظام والرواسب المحيطة بها الملوثة بالمواد العضوية من الجثة وأي أنسجة أخرى خلّفتها الكائنات الكانسة. أحد هذه الأجناس هو Osedax ، ^{[ 33 ]} وهو دودة أنبوبية. تولد اليرقة بدون جنس، وتحدد البيئة المحيطة جنسها. فعندما تستقر اليرقة على عظم حوت، تتحول إلى أنثى؛ وعندما تستقر على أنثى أو داخلها، تتحول إلى ذكر قزم. يمكن لأنثى Osedax واحدة أن تحمل أكثر من 200 من هذه الذكور في قناة بيضها.
3. المرحلة المحبة للكبريت : في هذه المرحلة، يستمر تحلل العظام واختزال الكبريتات في مياه البحر. تُهيئ البكتيريا بيئة غنية بالكبريتيد تُشبه الفتحات الحرارية المائية. فتنتقل إليها الكائنات الحية المحبة للكبريت ، مثل الرخويات ثنائية الصدفة والبطنيات الأقدام .