لماذا يعتبر مراقبة الأكسجين الذائب مهمًا في حماية البيئة؟

تخيل نفسك تسير بجانب جدول نقي وحيوي. تأخذ نفسًا عميقًا وتمتص الطاقة النابضة التي يحملها. إن جماله يتعدى الجماليات الخاصة بجريان الماء. فتحت السطح يوجد عنصر غير مرئي يُعد مكونًا أساسيًا لجميع الكائنات الحية في البيئة المائية: الأكسجين الذائب، أو DO. إن مراقبة الأكسجين الذائب تشبه أخذ نبض النهر أو البحيرة أو المحيط. بالنسبة للعلماء البيئيين ومشغلي معالجة المياه وأخصائيي البيئة، فإن قياس الأكسجين الذائب ليس مجرد إجراء تقني روتيني — بل هو سرد لصحة النظام البيئي ويقيس مدى نجاح جهودنا في حماية البيئة. دعونا نستعرض لماذا يُعد تتبع هذا الغاز الحيوي ممارسة أساسية للحفاظ على موارد المياه لدينا.

ما هو الأكسجين الذائب بالضبط؟

أولاً، دعونا نوضح ما الذي نقيسه. على الرغم من أن جزيء الماء (H2O) يحتوي على أكسجين، فإن الأكسجين المذاب الذي نراقبه يدخل الماء من الغلاف الجوي. ويختلط بالماء من خلال الاضطرابات الناتجة عن التيارات السريعة والشلالات، كما يُنتج كناتج ثانوي لعملية التمثيل الضوئي للنباتات المائية والطحالب. وتعتمد الأسماك واللافقاريات والبكتيريا وجميع الكائنات الحية تقريبًا التي تعيش في الماء على هذا الأكسجين المذاب للتنفس. ويمثل مقدار الأكسجين المذاب في الماء توازنًا دقيقًا، يتغير باستمرار بفعل عوامل مثل درجة الحرارة (فالماء البارد يحتفظ بالأكسجين أكثر)، والملوحة، والضغط الجوي، والنشاط البيولوجي.

لماذا يعد تتبع الأكسجين المذاب أمرًا بالغ الأهمية؟

يُعد الأكسجين المذاب العملة الأساسية لصحة النظام البيئي المائي. فتركيزه يحدد بشكل مباشر نوع الحياة التي يمكن لجسم مائي معين دعمها.

مؤشر حيوي للحياة المائية
كل كائن مائي له متطلبات محددة من الأكسجين الذائب (DO) للبقاء على قيد الحياة. تحتاج الأسماك التي تعيش في المياه الباردة مثل التروتة إلى مستويات عالية (غالبًا أكثر من 8 ملغ/لتر)، في حين أن بعض أنواع الكارب والسمك الوعل يمكنه التحمل بتركيزات أقل. عندما تنخفض مستويات الأكسجين الذائب إلى أقل من 5 ملغ/لتر، تُصاب العديد من الأنواع بالإجهاد. وعند الانخفاض إلى ما دون 2 ملغ/لتر، تنشأ ظروف نقص الأكسجة (Hypoxic conditions)، مما يؤدي إلى نفوق الأسماك وتكوّن مناطق ميتة "dead zones" يمكن فيها للكائنات البكتيرية اللاهوائية فقط، التي تزدهر في غياب الأكسجين، البقاء على قيد الحياة. تمثل هذه الحوادث كوارث بيئية، وتؤدي إلى انهيار الشبكات الغذائية المحلية والتنوع البيولوجي.

مؤشر أساسي للتلوث
يُعد الأكسجين الذائب (DO) مؤشرًا ممتازًا وفوريًا للتلوث العضوي. يمكن أن تؤدي الكميات الزائدة من المغذيات الناتجة عن جريان الزراعة أو مياه الصرف الصحي غير المعالجة إلى حدوث ازدهار طفيلي ضخم للطحالب. وعند موت هذه الطحالب، تستهلك البكتيريا التي تقوم بتحللها كميات هائلة من الأكسجين، ما يسبب انخفاضًا حادًا في مستوى الأكسجين الذائب — وتُعرف هذه العملية بالتغذية الزائدة (eutrophication). وبالتالي، فإن استمرار الانخفاض في مستويات الأكسجين الذائب يُعد إنذارًا خطيرًا رئيسيًا، يدل على أن المسطح المائي يتعرض لضغط بيئي كبير ناتج عن التلوث.

مقياس رئيسي للامتثال والاستعادة
تحدد الحكومات حول العالم معايير الحد الأدنى للأكسجين المذاب (DO) لمختلف المجاري المائية، بما في ذلك مصادر مياه الشرب ومصائد الأسماك والمياه الترفيهية. تعد المراقبة البيئية الدقيقة والموثوقة باستخدام عدادات الأكسجين المذاب ضرورية للصناعات والبلديات لإثبات الامتثال لتصاريح التصريف. علاوةً على ذلك، بالنسبة للمشاريع الهادفة إلى استعادة المجاري المائية المتضررة، فإن تتبع مستويات الأكسجين المذاب بمرور الوقت هو المقياس الرئيسي لقياس النجاح. وهو يجيب على السؤال الجوهري: "هل جهود التنظيف هذه تجعل المياه فعلاً أكثر صحة للحياة؟"

تطور المراقبة: من الطرق اليدوية إلى الطرق البصرية

على مدار عقود، كان الأداة القياسية هي المسبار الكهروكيميائي، الذي يتطلب معايرة متكررة واستبدال الأغشية، وكان عرضة لقراءات غير مستقرة ناتجة عن التدفق أو التلوث. وكانت صيانته تمثل تحديًا مستمرًا. وقد أحدث ظهور أجهزة استشعار الأكسجين المذاب بالتقنية البصرية ثورة في هذا المجال. تعمل هذه الأجهزة الحديثة على مبدأ إخماد الفلورية. حيث يتم إثارة صبغة خاصة موجودة في طرف المستشعر بواسطة الضوء؛ وتتأثر شدة ومدة الفلورة المنبعثة منها بشكل عكسي بتركيز جزيئات الأكسجين الموجودة. ويقيس المستشعر هذا التغير لحساب قيمة دقيقة للأكسجين المذاب (DO).

تُعد هذه التقنية تغييرًا جذريًا حقيقيًا بالنسبة للمهنيين الميدانيين. توفر أجهزة الاستشعار البصرية استقرارًا أفضل على المدى الطويل، وتحتاج إلى صيانة دنيا (بدون أغشية أو إلكتروليتات يجب استبدالها)، ولها أوقات استجابة أسرع، كما أنها لا تتأثر إلى حد كبير بتدفق المياه أو الملوثات الشائعة التي تتسبب في تلف المستشعرات التقليدية.

الصورة الأكبر: الأكسجين المذاب في السياق

يُدرك خبراء المراقبة البيئية أن الأكسجين الذائب (DO) لا ينبغي النظر إليه بمعزل عن العوامل الأخرى. فقوته الحقيقية كمؤشر تتجلى عند ارتباطه مع معايير رئيسية أخرى، ولهذا السبب تُعدّ أجهزة القياس متعددة المعلمات والمحطات المتكاملة للمراقبة ذات قيمة كبيرة.

• الأس الهيدروجيني (pH) والأكسجين الذائب (DO): يزيد التمثيل الضوئي من مستوى الأكسجين الذائب (DO) كما يرفع الأس الهيدروجيني (pH). على النقيض، يؤدي التنفس والتحلل إلى خفض كليهما.

• درجة الحرارة والأكسجين الذائب (DO): كما ذُكر سابقًا، تحتفظ المياه الدافئة بنسبة أقل من الأكسجين. وبالتالي يمكن أن يؤدي ارتفاع مفاجئ في درجة الحرارة إلى انخفاض سريع في مستوى الأكسجين الذائب (DO).

• الطلب الحيوي على الأكسجين (BOD)/الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD) والأكسجين الذائب (DO): الطلب الحيوي على الأكسجين (BOD) والطلب الكيميائي على الأكسجين (COD) هما اختباران مخبريان يُقدّران كمية الأكسجين التي ستستهلكها عينة مياه يستهلك . تشير قراءات BOD/COD العالية إلى انخفاض محتمل مستقبلاً في مستويات الأكسجين الذائب (DO) في البيئة.

من خلال تتبع هذه المعايير معًا، يمكن للمديرين البيئيين التمييز بين التقلبات الموسمية الطبيعية في مستوى الأكسجين الذائب (DO) وأزمة ناتجة عن حدث تلوث، مما يمكنهم من اتخاذ إجراءات أكثر ذكاءً وفي الوقت المناسب.

الاستثمار في مستقبل مياهنا

مع تزايد التحديات الناتجة عن تغير المناخ، والتحضر، وكثافة الزراعة، لم يسبق أن كان دور الرصد البيئي الدقيق والموثوق أكثر أهمية من أي وقت مضى. إن الأدوات المتقدمة مثل عدادات الأكسجين المذاب الضوئية القوية ليست مجرد أجهزة فقط، بل هي حواسنا الممتدة في المياه. فهي توفر البيانات القابلة للتنفيذ اللازمة لحماية النظم البيئية المائية الثمينة وإدارتها واستعادتها. وضمان مستويات صحية من الأكسجين المذاب يعني ضمان مجاري مائية نابضة بالحياة وقوية وداعمة للحياة للأجيال القادمة.