محیط زیر آب

محیط زیر آب (انگلیسی: Underwater environment) محیطی است که در آن آب مایع در یک ویژگی طبیعی یا مصنوعی (به نام بدنه آب)مانند اقیانوس، دریا، دریاچه، برکه، مخزن، رودخانه، کانال یاآبخوان غوطه ور می شود. برخی از ویژگی های محیط زیر آب جهانی هستند، اما بسیاری از آنها به موقعیت محلی بستگی دارد.
آب مایع در بیشتر تاریخ زمین این سیاره روی زمین وجود داشته است. تصور می‌شود که محیط زیر آب محل منشاء حیات روی زمین است، و این منطقه زیست‌محیطی حیاتی‌ترین منطقه برای حمایت از حیات و زیستگاه طبیعی اکثر موجودات زنده است. چندین شاخه از علم به مطالعه این محیط یا بخش ها یا جنبه های خاص آن اختصاص دارد.
تعدادی از فعالیت های انسانی در قسمت های قابل دسترس تر محیط زیر آب انجام می شود. اینها شامل تحقیق، غواصی در زیر آب برای کار یا تفریح و جنگ زیر آب با زیردریایی ها می شود. از بسیاری جهات با انسان دشمنی می کند و اغلب غیرقابل دسترس است و بنابراین نسبتاً کمی کشف شده است.

وسعت

سه چهارم سیاره زمین را آب پوشانده است. بیشتر سطح جامد این سیاره دشت مغاکی است که در اعماق بین ۴۰۰۰ تا ۵۵۰۰ متر (۱۳۱۰۰ تا ۱۸۰۰۰ فوت) زیر سطح اقیانوس ها قرار دارد. محل سطح جامد این سیاره که نزدیک‌ترین نقطه به مرکز ژئوئید است، چلنجر دیپ است که در خندق ماریانا در عمق ۱۰۹۲۴ متری (۳۵۸۴۰ فوت) قرار دارد. قسمت کوچکتری از سطح توسط توده های آب شیرین و حجم زیادی از آب زیرزمینی در سفره های زیرزمینی پوشیده شده است. محیط زیر آب از بسیاری جهات با انسان دشمنی دارد و بنابراین کمتر مورد کاوش قرار گرفته است. می‌توان آن را با سونار ترسیم کرد، یا مستقیم‌تر از طریق زیردریایی‌های سرنشین‌دار، کنترل‌شده از راه دور یا زیردریاپیما کاوش کرد. کف اقیانوس ها از طریق سونار مورد بررسی قرار گرفته اند تا دست کم وضوح بالایی داشته باشند؛ به ویژه مناطق استراتژیک با جزئیات نقشه برداری شده اند تا به هدایت و تشخیص زیردریایی ها کمک کنند، اگرچه نقشه های حاصل ممکن است طبقه بندی شوند.

اقیانوس ها و دریاها

اقیانوس مجموعه ای از آب است که قسمت اعظم هیدروسفر سیاره را تشکیل می دهد. در زمین، اقیانوس یکی از تقسیمات متعارف اصلی اقیانوس جهانی است. اینها به ترتیب نزولی بر اساس منطقه، اقیانوس آرام، اقیانوس اطلس، اقیانوس هند، اقیانوس منجمد جنوبی (قطب جنوب) و اقیانوس منجمد شمالی هستند. کلمه "اقیانوس" اغلب به جای "دریا" در انگلیسی آمریکایی استفاده می شود. به بیان دقیق، دریا مجموعه ای از آب است (به طور کلی تقسیمی از اقیانوس جهانی) که به طور کامل یا جزئی توسط خشکی محصور شده است، اگرچه "دریا" به اقیانوس ها نیز اشاره دارد.
آب شور تقریباً ۳۶۱٬۰۰۰٬۰۰۰ کیلومتر مربع (۱۳۹٬۰۰۰٬۰۰۰ مایل مربع) را پوشش می دهد و معمولاً به چندین اقیانوس اصلی و دریاهای کوچکتر تقسیم می شود که اقیانوس تقریباً ۷۱٪ از سطح زمین و ۹۰٪ از زیست‌کره زمین را پوشش می دهد. اقیانوس شامل ۹۷ درصد از آب زمین است و اقیانوس‌نگاری اعلام کرده اند که کمتر از ۵ درصد از اقیانوس جهانی اکتشاف شده است. حجم کل تقریباً ۱٫۳۵ میلیارد کیلومتر مکعب (۳۲۰ میلیون مایل مکعب) با عمق متوسط نزدیک به ۳۷۰۰ متر (۱۲۱۰۰ فوت) است.

دریاچه ها، برکه ها و رودخانه ها

دریاچه منطقه ای پر از آب است که در یک فرورفتگی قرار دارد و توسط خشکی احاطه شده است، جدا از هررودخانه یا خروجی دیگری که برای تغذیه یا زهکشی دریاچه خدمت می کند. دریاچه ها روی خشکی قرار دارند و جزئی ازاقیانوس نیستند و بنابراین از تالاب ها متمایز هستند و همچنین بزرگتر و عمیق تر از برکه ها هستند، اگرچه هیچ تعریف رسمی یا علمی وجود ندارد. دریاچه ها را می توان با رودخانه ها یا جویبارها که معمولاً جاری هستند مقایسه کرد. بیشتر دریاچه ها توسط رودخانه ها و نهرها تغذیه و تخلیه می شوند. دریاچه های طبیعی به طور کلی در مناطق کوهستانی، مناطق شکاف و مناطقی با یخبندان مداوم یافت می شوند. دریاچه های دیگر در حوضه های اندورهیک یا در امتداد مسیر رودخانه های بالغ یافت می شوند. در برخی از نقاط جهان، به دلیل الگوهای زهکشی آشفته باقی مانده از آخرین عصر یخبندان، دریاچه های زیادی وجود دارد. همه دریاچه ها در مقیاس های زمانی زمین شناسی موقت هستند، زیرا به آرامی با رسوبات پر می شوند یا از حوضه حاوی آنها بیرون می ریزند. بسیاری از دریاچه ها مصنوعی هستند و برای مصارف صنعتی یا کشاورزی، تولید برق آبی یا تامین آب خانگی، یا برای اهداف زیبایی شناختی، تفریحی یا فعالیت های دیگر ساخته می شوند.
برکه فضایی پر از آب طبیعی یا مصنوعی است که کوچکتر ازدریاچه است. ممکن است به طور طبیعی در دشت های سیلابی به عنوان بخشی از یک سیستم رودخانه ای ایجاد شود، یا یک فرورفتگی تا حدودی ایزوله باشد (مانند دیگچال، آبگیر بهاری، یا چاله چمنزار). ممکن است حاوی آب کم عمق با گیاهان و جانوران مردابی و آبزی باشد. حوضچه ها اغلب توسط انسان ساخته می شوند یا فراتر از عمق و محدوده اصلی خود گسترش می یابند. حوضچه‌ها در میان کاربردهای فراوان، آب مورد نیاز کشاورزی و دام‌ها را تأمین می‌کنند، به احیای زیستگاه کمک می‌کنند، به عنوان جوجه کشی ماهی عمل می‌کنند، اجزای معماری منظر هستند، ممکن است انرژی حرارتی را به عنوان برکه خورشیدی ذخیره کنند، و فاضلاب را به عنوان حوضچه تصفیه تصفیه می‌کنند. حوضچه ها ممکن است شیرین، آب شور یا آب لب‌شور باشند.
رودخانه یک جریان طبیعی جریان آب است که معمولاً آب شیرین است که تحت تأثیر گرانش دراقیانوس،دریاچه، رودخانه دیگر یا داخل زمین جریان دارد. رودخانه‌های کوچک را می‌توان با استفاده از نام‌هایی مانند نهر، جویبار، آب‌باریکه و رودخانه نام برد. هیچ تعریف رسمی برای اصطلاح عمومی رودخانه که در مورد ویژگی های جغرافیایی به کار می رود وجود ندارد. رودخانه ها بخشی از چرخه آب هستند. آب به طور کلی در رودخانه از بارندگی در یک حوضه آبریز از رواناب سطحی و منابع دیگر مانند تغذیه آب‌های زیرزمینی، چشمه ها و انتشار آب ذخیره شده در یخ و برف طبیعی جمع می شود. پوتامولوژی مطالعه علمی رودخانه ها است، در حالی که آبگیرشناسی مطالعه آب های داخلی به طور کلی است.

آب قنات

آبخوان لایه‌ای زیرزمینی از سنگ‌های قابل نفوذ آب، شکستگی‌های سنگ یا مواد غیراستحکام یافته (شن، ماسه یا لای) است. مطالعه جریان آب در آبخوان ها و توصیف آبخوان ها هیدروژئولوژی نامیده می شود. اگر یک لایه نفوذ ناپذیر بر روی آبخوان قرار گیرد، فشار می تواند باعث تبدیل آن به آبخوان محدود شود.
آبخوان ها ممکن است به عنوان متخلخل یا کارست طبقه بندی شوند، که در آن یک آبخوان متخلخل حاوی آب در فضاهای بین دانه های یک رسوب یا سنگ سست (معمولاماسه یا ماسه‌سنگ)است، در حالی که یک آبخوان کارست عمدتا حاوی آب در حفره های نسبتا بزرگ در سنگ نسبتا نفوذناپذیر مانند سنگ آهک یا دولومیت است.
غارهای پر از آب را می توان به دو دسته فعال و غیرفعال طبقه بندی کرد: غارهای فعال آب جاری در خود دارند؛ غارهای فعالی که آب ندارند، هرچند ممکن است آب در آن ها حفظ شود. انواع غارهای فعال عبارتند از: غارهای ورودی ("که یک نهر در آن فرو می رود")، غارهای خروجی ("که یک نهر از آن بیرون می آید")و غارهای میانی ("که توسط یک نهر عبور می کند").

بدنه های مصنوعی آب

یک مخزن، معمولا یک دریاچه طبیعی یا مصنوعی بزرگ شده، برکه یا حوضچه ای است که با استفاده از یکسد یا سد سلولی برای ذخیره آب ایجاد می شود. مخازن می توانند به چند روش ایجاد شوند، از جمله کنترل یک آبراهه که بدنه موجود آب را زه کشی می کند، قطع یک آبراهه برای تشکیل یک آبراهه درون آن، از طریق خاکبرداری، یا دیوار حائل ساختمان یا خاکریز ها. کانال ها آبراه های مصنوعی هستند که ممکن است دارای سدها و قفل هایی باشند که مخازنی با جریان جریان کم سرعت ایجاد می کنند.

خصوصیات فیزیکی

آب یک ماده شیمیایی شفاف، بی مزه، بی بو و تقریبا بی رنگ است. فرمول شیمیایی آن H2O است، به این معنی که هر یک از مولکول های آن حاوی یک اکسیژن و دو اتم هیدروژن است که با پیوند کووالانسی به هم متصل شده اند. آب نام حالت مایع H2O در شرایط استاندارد دما و فشار محیط است. آب در سطح زمین به طور مداوم در چرخه آب تبخیر، تعرق (تبخیر و تعرق)، تراکم، بارندگی و رواناب حرکت می کند و معمولاً به دریا می رسد. آب به ندرت به صورت خالص وجود دارد، تقریباً همیشه حاوی مواد محلول و معمولاً مواد دیگری به صورت معلق است.

تراکم

چگالی آب حدود ۱ گرم در سانتی متر مکعب است (۶۲ پوند بر فوت مکعب) چگالی با دما تغییر می کند، اما نه خطی: با افزایش دما، چگالی به حداکثر ۳٫۹۸ درجه سانتی گراد (۳۹٫۱۶ درجه فارنهایت) افزایش می یابد و سپس کاهش می دهد؛ این غیر معمول است. یخ معمولی و شش ضلعی نیز چگالی کمتری نسبت به آب مایع دارد - با انجماد، چگالی آب حدود ۹ درصد کاهش می یابد. این اثرات به دلیل کاهش حرکت حرارتی با خنک شدن است که به مولکول های آب اجازه می دهد پیوندهای هیدروژنی بیشتری تشکیل دهند که از نزدیک شدن مولکول ها به یکدیگر جلوگیری می کند. در حالی که در دمای زیر ۴ درجه سانتیگراد، شکستن پیوندهای هیدروژنی به دلیل گرما دادن به مولکولهای آب اجازه می دهد تا با وجود افزایش حرکت حرارتی (که تمایل به انبساط مایع را دارد)، به مولکولهای آب نزدیکتر شوند، آب بالای ۴ درجه سانتیگراد با افزایش دما منبسط می شود. چگالی آب نزدیک به نقطه جوش حدود ۴ درصد کمتر از آب در دمای ۴ درجه سانتیگراد (۳۹ درجه فارنهایت) است.

منحنی چگالی غیرعادی و چگالی کمتر یخ نسبت به آب برای حیات حیاتی است - اگر آب در نقطه انجماد متراکم ترین بود، در زمستان آب بسیار سرد در سطح دریاچه ها و دیگر آب ها غرق می شد، دریاچه می توانست از پایین به بالا، یخ بزند و تمام زندگی در آنها کشته خواهد شد. علاوه بر این، با توجه به اینکه آب عایق حرارتی خوبی است (به دلیل ظرفیت گرمایی آن)، ممکن است برخی از دریاچه های یخ زده در تابستان به طور کامل آب نشوند. لایه یخی که روی آن شناور است، آب زیرین را عایق می کند. آب در حدود ۴ درجه سانتیگراد (۳۹ درجه فارنهایت) نیز به پایین فرو می رود، بنابراین دمای آب در پایین ثابت نگه داشته می شود (نمودار را ببینید).
چگالی آب دریا به میزان نمک محلول و همچنین دما بستگی دارد. یخ هنوز در اقیانوس ها شناور است، در غیر این صورت از پایین به بالا یخ می زنند. محتوای نمک نقطه انجماد را حدود ۱٫۹ درجه سانتیگراد کاهش می دهد و دمای حداکثر چگالی آب را تا نقطه انجماد آب شیرین در ۰ درجه سانتیگراد کاهش می دهد. به همین دلیل است که در آب اقیانوس، همرفت رو به پایین آب سردتر با انبساط آب مسدود نمی شود زیرا در نزدیکی نقطه انجماد سردتر می شود. آب سرد اقیانوس ها در نزدیکی نقطه انجماد همچنان به غرق شدن ادامه می دهد. بنابراین موجوداتی که در کف اقیانوس‌های سرد مانند اقیانوس منجمد شمالی زندگی می‌کنند، معمولاً در آب ۴ درجه سانتی‌گراد سردتر از کف دریاچه‌ها و رودخانه‌های آب شیرین یخ زده زندگی می‌کنند.
هنگامی که سطح آب دریا شروع به یخ زدن می کند (در دمای ۱٫۹- درجه سانتیگراد برای شوری ۳٫۵٪)، یخی که تشکیل می شود اساساً بدون نمک است و تقریباً همان چگالی یخ آب شیرین است. این یخ روی سطح شناور می‌شود و نمکی که «منجمد» می‌شود، به شوری و چگالی آب دریا درست در زیر آن می‌افزاید، در فرآیندی به نام دفع آب نمک. این آب نمک متراکم تر توسط همرفت غرق می شود. این امر اساساً یخ آب شیرین را در دمای -۱٫۹ درجه سانتیگراد روی سطح تولید می کند. در مقیاس بزرگ، فرآیند دفع آب نمک و غرق شدن آب نمک سرد منجر به تشکیل جریان‌های اقیانوسی برای انتقال چنین آبی به دور از قطب‌ها می‌شود که منجر به یک سیستم جهانی از جریان‌ها به نام گردش ترموهالین می‌شود.

منابع

مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Underwater environment». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۲۲ فوریه ۲۰۲۴.

پیوند به بیرون