علم الأحياء المائية العذبة

المياه الجارية نوع من أنواع الموائل المائية العذبة، وتتكون أساسًا من الأنهار والجداول. تتميز المياه الجارية سريعة الجريان بمحتواها العالي من الأكسجين، مما يسمح لأنواع مختلفة من الكائنات الحية بالازدهار، ويسهل مكافحة التلوث. ^{[ 6 ]} تُعدّ المياه الجارية نظامًا مفتوحًا، أي أنها ليست معزولة، بل تتبادل المواد والطاقة مع أنظمة أخرى. ^{[ 6 ]} وباعتبارها نظامًا مفتوحًا، فإن الكثير من المواد العضوية الموجودة في المياه الجارية مصدرها جريان المياه السطحية أو الرواسب المتراكمة في المنبع، وتُشكّل هذه المواد مصدرًا غذائيًا هامًا للعديد من الكائنات الحية. تبدأ المسطحات المائية الجارية من منابعها، والتي تشمل الينابيع والبحيرات وذوبان الثلوج، وتتجه نحو مصباتها، والتي عادةً ما تكون قناة مائية جارية أخرى أو المحيط. ^{[ 7 ]} تتغير خصائص الجداول والأنهار على امتداد مسارها من المنبع إلى المصب. فعلى سبيل المثال، تكون المياه عند المنبع أكثر صفاءً، وتحتوي على نسبة أعلى من الأكسجين، ودرجات حرارة أقل، وتكثر فيها الكائنات غيرية التغذية. في المنتصف، يتسع المجرى عادةً وتزداد تنوع الأنواع نتيجة لتغيرات درجة الحرارة ومحتوى الأكسجين، بما في ذلك النباتات المائية الخضراء والطحالب. أما عند المصب، فيقل تركيز الأكسجين وتصبح المياه أكثر عكارة بسبب الرواسب التي تراكمت وجرفتها مياه النهر أو المجرى. هذه الرواسب المتزايدة تقلل من كمية الضوء التي تخترق الماء، مما يؤدي إلى انخفاض تنوع النباتات، كما أن انخفاض الأكسجين يقلل من تنوع الحيوانات. ^{[ 7 ]}

المنطقة النهرية هي المنطقة الممتدة على طول ضفاف الأنهار أو الجداول، والتي تُعد موطنًا لنباتات حيوية غنية بالرطوبة. تُشكل هذه النباتات حاجزًا بين اليابسة ونظام المياه الجارية، فتحميه من التلوث والفيضانات. إضافةً إلى ذلك، تُوفر هذه النباتات موطنًا واسعًا للعديد من أنواع الكائنات الحية في الأراضي الرطبة، والتي يُصنف الكثير منها ضمن الأنواع المهددة بالانقراض أو المعرضة للخطر. وأخيرًا، تُظلل النباتات النهرية المياه من أشعة الشمس، مما يُقلل من الإجهاد الحراري على الماء والحياة المائية، كما تُوفر أيضًا العناصر الغذائية على شكل مواد عضوية. ^{[ 6 ]}

تُعدّ المياه الراكدة نوعًا من الموائل المائية العذبة، وتتألف أساسًا من البحيرات والبرك. يتميز هذا الموئل بتنوع بيولوجي محدود نظرًا لعزلته عن بعضه البعض وعن أنظمة المياه الأخرى، على عكس المياه الجارية. ^{[ 7 ]} تخضع المسطحات المائية الراكدة لعملية التطبق الحراري، وهي عملية تتشكل فيها طبقات مائية متميزة على أعماق مختلفة نتيجة لتغيرات درجة الحرارة التي تُسبب اختلافات في كثافة الماء. ^{[ 8 ]} لا يحدث التطبق الحراري في المياه الجارية بسبب سرعة جريانها التي تُمزج المياه ذات المحتوى الأكسجيني المتفاوت. تحتوي الطبقة السطحية على أعلى نسبة من الأكسجين، ومع ازدياد العمق، يقلّ الأكسجين. ^{[ 6 ]} يمكن الشعور بالتطبق الحراري في درجة حرارة الماء، حيث تكون الطبقة السطحية أكثر دفئًا من المياه العميقة لأنها تُسخّن بواسطة الشمس. يحدث هذا خلال فصل الربيع. أما خلال فصل الشتاء، عندما يتجمد سطح البحيرة، تبقى درجة حرارة الماء أسفل الجليد مباشرةً حوالي 1  درجة مئوية، بينما تبقى درجة حرارة المياه العميقة قريبة من 4  درجات مئوية، وهي درجة الحرارة التي تكون عندها كثافة الماء أعلى ما يمكن. يُعرف الحد الفاصل بين هاتين الطبقتين ذواتي درجات الحرارة المختلفة باسم الطبقة الحرارية. ^{[ 9 ]}

يمكن تقسيم المياه الراكدة إلى ثلاث مناطق بناءً على العمق والمسافة من الشاطئ. المنطقة الساحلية هي الطبقة العليا والأكثر دفئًا في البحيرات والبرك، حيث تسخنها الشمس مباشرةً. ^{[ 7 ]} تتميز هذه المنطقة بتنوعها البيولوجي الغني في المياه الراكدة، إذ تضم مجموعة واسعة من الكائنات الحية ، الضرورية لصحة النظام البيئي، وتشكل جزءًا هامًا من غذاء الكائنات الحية في هذا الموطن، مثل الطحالب والنباتات المائية والمحار والحشرات والأسماك والقشريات والبرمائيات . [ 7 ] ^{تقع المنطقة} الليمينية أسفل المنطقة الساحلية ^. تتميز هذه المنطقة بانخفاض درجات حرارتها، وإضاءتها الجيدة نسبيًا، وتضم مجموعة أقل تنوعًا من الكائنات الحية، بما في ذلك العوالق النباتية والحيوانية والأسماك. [ 7 ] تلعب العوالق ^{الموجودة في هذه} المنطقة دورًا حاسمًا في الشبكة الغذائية للموطن ، وتدعم غذاء العديد من الكائنات الحية المهمة. تُعدّ المنطقة العميقة أعمق منطقة في المحيط ، وتتميز بقلة الضوء وانخفاض درجات الحرارة وكثافة أعلى من الطبقات السابقة. ^{[ 7 ]} عندما يموت العوالق، تسقط في هذه الطبقة وتُغذي الكائنات الحية التي تعيش فيها. تُسمى هذه الكائنات بالكائنات غيرية التغذية ، أي أنها تتغذى على الكائنات الميتة وتستخدم الأكسجين في التنفس الخلوي، مما يؤدي إلى انخفاض نسبة الأكسجين في المنطقة العميقة. ^{[ 7 ]}

ينتج اختلاط طبقات المياه في المياه الراكدة في الغالب عن الانقلاب الموسمي. فخلال فصلي الخريف والربيع، يحدث اختلاط الطبقات عادةً بفعل الرياح التي تُوزّع الأكسجين وتُساهم في توحيد درجة الحرارة في جميع أنحاء النظام المائي. ^{[ 7 ]} تُعدّ منطقة الشاطئ المنطقة الانتقالية بين الأنظمة المائية واليابسة، وهي تُشبه المنطقة النهرية في الأنظمة المائية الجارية. ^{[ 6 ]} وتؤدي هذه المنطقة وظيفةً مشابهةً للمنطقة النهرية، حيث تحمي النباتات المياه من التلوث والفيضانات والإجهاد الحراري، كما تُوفّر العناصر الغذائية والموائل للأنواع المائية وأنواع الأراضي الرطبة.

الأراضي الرطبة نوعٌ خاص من الموائل المائية الراكدة، تشمل المستنقعات والأهوار والسبخات. ونظرًا لطبيعتها المشبعة بالمياه والمغمورة، تتميز الأراضي الرطبة بظروفها اللاهوائية الفريدة، مما يدعم أعلى تنوع بيولوجي بين جميع النظم البيئية. ^{[ 7 ]} تُبطئ الأراضي الرطبة تحلل المواد العضوية، مُكوّنةً طبقات غنية بالمواد العضوية تُوفر مغذيات هامة للكائنات الحية في النظام البيئي. تُسمى الحيوانات التي تعيش في الأراضي الرطبة بالنباتات المائية، أي أنها مُتكيفة مع الظروف الرطبة جدًا. ^{[ 7 ]} تُعد الأراضي الرطبة موطنًا لعدد كبير من أنواع الطيور والبرمائيات والحشرات والزواحف والأعشاب والأشجار التي لا تستطيع العيش في أي نظام بيئي آخر، مما يجعلها مُعرضة لخطر الانقراض، حيث تُدمر الأراضي الرطبة بسبب التوسع العمراني والزراعة. ^{[ 6 ]} تُساعد الأراضي الرطبة في مكافحة التلوث وتغير المناخ، إذ تُصفّي الملوثات وتُخزن كميات كبيرة من الكربون من الغلاف الحيوي في تربتها الرطبة ومياهها الراكدة، على الرغم من صغر مساحتها. إضافةً إلى ذلك، توفر الأراضي الرطبة حمايةً من الفيضانات والعواصف، إذ يمكن لهذا النظام امتصاص كميات كبيرة من المياه الزائدة. ^{[ 6 ]} كما تُسهم قدرة الأراضي الرطبة على امتصاص المياه في تغذية المياه الجوفية ، وهو أمر بالغ الأهمية لاستخدام المياه البشرية، نظرًا لتضاؤل ​​مصادر المياه العذبة الصالحة للاستخدام. ولا تقتصر الأراضي الرطبة على كونها موائل وأنظمة للمياه العذبة فحسب، بل تضم أيضًا مستنقعات ملحية وأهوارًا تدعم أنواعًا مختلفة من الكائنات الحية. ^{[ 7 ]}

تُعدّ خلجان كارولينا (المعروفة أيضًا باسم بوكوسين، وتعني "مستنقع على تل") نوعًا فريدًا من الأراضي الرطبة، وتوجد بشكل رئيسي في كارولينا، مع وجود عدد قليل منها خارج كارولينا على طول الساحل الشرقي للولايات المتحدة. ^{[ 10 ]} تتميز خلجان كارولينا بأنها منخفضات بيضاوية الشكل محاطة بحافة رملية وقاع رملي. ^{[ 10 ]} يمر هذا المنخفض بفترات رطبة وجافة، حيث يمتلئ بمياه الأمطار خلال فصلي الشتاء والربيع، ويجف في فصل الصيف. ^{[ 10 ]} غالبًا ما تحتوي خلجان كارولينا على أنواع نادرة، بعضها مستوطن في هذه الخلجان. ^{[ 10 ]}

تشمل اللافقاريات في المياه العذبة الرخويات والحشرات والقشريات والديدان . ^{[ 11 ]} تُشكل اللافقاريات حلقة وصل مهمة في السلاسل الغذائية للمياه العذبة، حيث تنقل العناصر الغذائية والطاقة من المنتجين، مثل الطحالب والنباتات المائية، إلى المستهلكين الأعلى، مثل الأسماك والبرمائيات. [ 11 ] ^{إضافةً إلى ذلك} ، يمكن أن تعمل اللافقاريات كمؤشرات حيوية مهمة لصحة النظام البيئي. ^{[ 11 ]}

تضم أسماك المياه العذبة تنوعًا هائلًا، إذ تتألف من أكثر من 18000 نوع، وتشكل ربع أنواع الفقاريات في العالم. ^{[ 12 ]} يعيش حوالي نصف أنواع الأسماك في بيئات المياه العذبة، بينما يعيش النصف الآخر في المياه المالحة . ^{[ 13 ]} بعض الأسماك، مثل السلمون وبعض أنواع أسماك القرش، قادرة على التنقل بين بيئتي المياه العذبة والمالحة، رابطةً بينهما. ^{[ 13 ]} تُعرف هذه الأسماك بالأسماك المهاجرة بين المياه العذبة والمالحة، وهي كلمة مشتقة من اليونانية وتعني "الجري بين"، في إشارة إلى تنقلها بين المياه العذبة والمالحة. ^{[ 14 ]}

البرمائيات ، التي تشمل الضفادع والعلاجيم والسلمندرات والديدان عديمة الأطراف ، هي مجموعة تعيش في الغالب في بيئات المياه العذبة. البرمائيات من ذوات الدم البارد، ولها جلد رقيق، مما يعني أنها تعتمد على الماء للحفاظ على رطوبتها. [ ^{15 ] يمكن} أن تكون البرمائيات مؤشراً على صحة البيئة، لأنها تتأثر بسهولة بالتغيرات البيئية، مثل التلوث أو تغير المناخ . ^{[ 15 ]}

الطيور المائية هي مجموعة من الطيور التي تعتمد على البيئات المائية للصيد والراحة، وأحيانًا للتعشيش. ^{[ 16 ]} تشمل الطيور التي تعتمد على بيئات المياه العذبة طيورًا مثل الرفراف ، والفلامنجو ، وأنواعًا مختلفة من الطيور المائية . تعتمد العديد من الأنواع على النباتات في هذه البيئات المائية العذبة كمواد للتعشيش، وموئل، وغذاء. بالإضافة إلى ذلك، تُسهم طيور المياه العذبة في مكافحة الأسماك والحشرات في بيئات المياه العذبة. ^{[ 16 ]}

تُشبه النباتات المائية، أو النباتات الكبيرة، النباتات البرية إلى حد كبير، إذ تُشكل أساس السلسلة الغذائية، وتُساهم في امتصاص ثاني أكسيد الكربون، وإنتاج الأكسجين. ويمكن تقسيم النباتات المائية إلى أربع فئات: نباتات ظاهرة، ونباتات ذات أوراق طافية، ونباتات طافية حرة، ونباتات مغمورة. ^{[ 17 ]} تتميز النباتات المائية الظاهرة بسيقان وأوراق ترتفع فوق سطح الماء، بينما تستقر النباتات ذات الأوراق الطافية في قاع البحيرة بأوراقها التي تستقر على السطح. أما النباتات الطافية الحرة فتطفو بحرية على سطح الماء، بينما تنمو النباتات المغمورة بالكامل تحت السطح. ^{[ 18 ]}

الفطريات المائية العذبة هي فطريات تقضي دورة حياتها كاملة، أو جزءًا منها على الأقل ، في الماء. وتتميز هذه الفطريات بتنوعها الكبير في المياه العذبة، إذ تضم فطريات من جميع شعب الفطريات تقريبًا، ويبلغ عدد أنواعها الموصوفة 3870 نوعًا (حتى عام 2022). ^{[ 19 ] [ 20 ]} وتشارك هذه الفطريات في هذه النظم البيئية ككائنات محللة ، وأشنات ، وطفيليات ، ومتعايشات ، وغيرها. تهيمن الفطريات الزقية على التنوع البيولوجي بحوالي 3000 نوع، غالبيتها من الفطريات السوردارية. ^{[ 19 ]} أما الفطريات الكيتريدية، فتُعرف في الغالب من الأنظمة المائية، وتضم 333 نوعًا موصوفًا، معظمها طفيليات على الطحالب العوالقية. ^{[ 19 ]} معظم الفطريات المائية العذبة مجهرية، لكنها تلعب دورًا هامًا في دورة المغذيات وفي الشبكات الغذائية.

تُصرف الأنهار والجداول المياه المتساقطة على المناطق المرتفعة، وتُذيب هذه المياه الجارية الملوثات بمعدل أسرع من المياه الراكدة. ^{[ 21 ]} ومع ذلك، ونظرًا لارتفاع إنتاج الملوثات وترسبها في هذه المياه الجارية، تتلوث المياه بمعدل أسرع من معدل تخفيف الملوثات، مما يؤدي إلى تلوث مفرط في الأنهار والجداول. وتتواجد جميع العوامل الرئيسية الثلاثة المسببة للتلوث - الصناعة والزراعة والمدن - عادةً على طول مجاري المياه الجارية، مما يزيد من التلوث المفرط للأنهار والجداول. ^{[ 21 ]} ومجرد معرفة أن المياه سريعة الجريان قادرة على تخفيف الملوثات قد شجع على المزيد من التلوث، مما زاد من تفاقم مشكلة التلوث. ومن المشكلات الأخرى التي تُساهم في تدمير الأنهار والجداول التغيير الفيزيائي لهذه المياه الجارية، لا سيما في شكل سدود وتحويل مجاري المياه وتغيير القنوات وتطوير الأراضي. ^{[ 21 ]} وتؤثر هذه التغييرات على درجة حرارة المياه وأنماط تدفقها، وتزيد من الرواسب، مما يُدمر ظروفًا بيئية مهمة للعديد من الكائنات المائية ويُقلل من جودة المياه. ^{[ 21 ]}

من بين القضايا الخلافية المتعلقة بتلوث الجداول والأنهار مفهوم أن التلوث في المنبع يؤثر على السكان في المصب. ^{[ 21 ]} فقد تُلوث نفايات مصنع في المنبع مياه الشرب لشخص ما في المصب. وتبرز هذه المشكلة بشكل خاص في المسطحات المائية الجارية التي تقع على حدود دول أو ولايات متعددة، إذ إن ما تفعله دولة أو ولاية في المنبع قد يؤثر بشكل كبير على ما تستطيع الدولة أو الولاية في المصب فعله. ^{[ 21 ]}

تتعرض البحيرات والبرك لنفس أنواع التلوث التي تتعرض لها الأنهار والجداول، ولكنها تتلوث بمعدل أسرع نظرًا لبطء جريان المياه فيها، وعدم وجود منافذ لتصريف المياه، وقلة كمية المياه. ^{[ 21 ]} وتدور المياه الراكدة فيها بشكل أقل بكثير من المياه الجارية، حيث لا تتحرك طبقات المياه العميقة إلا خلال التغيرات الموسمية مرتين في السنة. ^{[ 21 ]} وتُعد البحيرات والبرك أحواضًا تتدفق إليها المياه الجارية عادةً وتتراكم فيها، مما يعني أن الملوثات تتراكم فيها أيضًا دون وجود منفذ. وتحتوي البحيرات والبرك على كمية مياه أقل من معظم الأنهار والجداول، مما يعني أن البحيرات والبرك الأصغر حجمًا تتلوث بمعدلات أسرع.

التخثث هو عملية نمو النباتات بكثافة، ويُشكل تهديدًا رئيسيًا للمياه الراكدة. ^{[ 21 ]} إذا توفرت العناصر الغذائية الكيميائية اللازمة لنمو النباتات المائية، والتي كانت محدودة سابقًا، فإن أعداد النباتات ستزداد بسرعة. ويؤدي هذا النمو المفرط للنباتات إلى انخفاض نسبة الأكسجين في الماء، مما يُسبب اختناق الكائنات المائية الأخرى. غالبًا ما تحتوي مخلفات الإنسان على هذه العناصر الغذائية الكيميائية، مثل الفوسفور الموجود في الأسمدة، وبالتزامن مع ضعف دوران المياه في المياه الراكدة، يتسبب ذلك في التلوث واستنزاف الكائنات الحية. ^{[ 21 ]} كما أن العديد من مشكلات التلوث التي تُصيب البرك والبحيرات تُؤثر أيضًا على الأراضي الرطبة، نظرًا لبطء دوران المياه فيها.

تُعدّ المياه السطحية هي المناطق التي تتدفق فيها المياه الجوفية، وتُعتبر الأراضي الرطبة أكبر مثال على وجود منسوب المياه الجوفية بالقرب من السطح أو عنده. أما المياه الموجودة في الموائل العذبة فهي مزيج من التدفق السطحي، والهطول، وتدفق المياه الجوفية. ^{[ 21 ]} هذه العلاقة بين المياه الجوفية والمياه السطحية تعني أن تلوث المياه الجوفية يؤثر بدوره على تلوث المياه العذبة السطحية.

بحسب مسح أجرته وكالة حماية البيئة، فإن حوالي ربع المياه الجوفية الصالحة للاستخدام في الولايات المتحدة ملوثة. وتُعدّ المياه الجوفية المصدر الوحيد لمياه الشرب لنحو نصف سكان الولايات المتحدة. ^{[ 22 ]} ومع ازدياد عدد السكان والتوسع الصناعي، يتزايد الطلب على المياه الجوفية، لكن تلوثها يتزايد أيضاً. ويسهل تلوث المياه الجوفية بسبب بطء دورانها، حتى أنه أبطأ من دورانها في البحيرات والبرك. إذ يتعين على المياه أن تشق طريقها عبر ثقوب صغيرة في صخور الخزان الجوفي، وتتحرك في المتوسط ​​بضع بوصات فقط يومياً. ^{[ 21 ]} ومعدل تغذية المياه الجوفية، أي الوقت اللازم لتجديدها، بطيء للغاية، مما يؤدي إلى نقص المياه، حيث يسحب البشر المياه من الخزانات الجوفية بمعدل أسرع من معدل التغذية. ^{[ 21 ]} وبسبب هذا الدوران البطيء للمياه، قد تبقى المياه الجوفية ملوثة لعقود، نظراً لبطء عمليات التنقية الطبيعية.