درس دراسة الحالة العلوم الصف السابع نموذج 2

درس دراسة الحالة العلوم الصف السابع نموذج 2

إنتاج الديزل الحيوي من الطحالب الدقيقة 

على مدى القرون القليلة الماضية. كانت أنواع الوفود الأحفوري هي المصدر الرئيس للطاقة في الصناعة والنقل. ولكن أوضح العلماء أن حرق الوقود الأحفوري يؤثر سلبا على البيئة.

كما أن البعض قلق بشأن نهاية المخزون العالمي من الوقود الأحفوري. أثناء العقود القليلة الماضية. اكتشف العلماء أمكانية استخدام الطلائعيات في إنتاج الديزل الحيوي. إن الديزل الحيوي هو وقود يصنع أساسا من 
الكائنات الحية. تعتبر الطلائعيات، الموضحة في الشكل 8، مجموعة من الكائنات المجهرية التي تعيش عادة في البيئات المائية أو الرطبة. وبعض هذه الطلائعيات شبيهة بالنباتات لأنها تصنع غذاءها بنفسها باستخدام عملية تعرف بالبناء الضوئي. إن الطحالب الدقيقة هي من الطلائعيات 
الشبيهة بالنباتات. 

تصميم تجربه مضبوطة 

استخدم العلماء في دراسة الحالة هذه الاستفصا، العلمي للتحقق من استخدام الطلائعيات في إئتاح الديزل الحبوي. ثم صمموا تجارب مضبوطة لاختبار فرضياتهم. في هامش هذا الدرس توجد أمثلة على استخدام العلماء في هذه الدراسة للاستقصاء والمهارات التي قرأت عتها في الدرس 1. 

تحتوي صفحات دفتر الملاحظات على معلومات ربما دونها العلماء في إحدى مجلات العلوم.  تعتبر التجربة المضبوطة تحقيقا علميا يختبر متغيرا يؤثر في متغير آخر. المتغير/ هو أحد عوامل التجرية ويمكن أن يكون له أكثر من قيمة واحدة. في التجارب المضبوطة، هزاك نوعان من المتغيرات. الذي يتم قياسه أو ملاحظته أثناء التجربة. المستقل هو العامل المطلوب اختباره. ويقوم الباحث بتغبيره لملاحظة كيفية تأثيره في متغير تابع الثوابت  هي العوامل التي لا تتغير التجربة. 

تحتوي التجربة المضبوطة على مجموعتين – مجموعة تجريبية ومجموعة ضابطة تستخدم المجموعة التجريبية لدراسة كيف يؤدي إجراء تغيير في المتغير المستفل إلى إحداث تغيير في المتغير التابع تحتوي المجموعة الضابطة على العوامل نفسها التي تحتوي عليهل المجموعة التجريبية. من دون تغيير في المتغير المستقل. من دون ضابط. سيكون من الصعب معرفة ما إذا كانت الملاحظات التجريبية ناتجة عن المتغير الذي يجري اختباره أم عن عامل آخر.

برنامج الأنواع المائية 

في أواخر سبعينيات القرن العشربن. بدأت وزارة الطاقة الأمريكية تمويل برنامج الأنواع المائية للتحقيق في طرق التخلص من ملوثات الهواء. تصدر المصانع التي نعمل بواسطة الفحم ثاني أكسيد الكربون (c0) كمنتج ثانوي. وهو أحد الملوثات. في البداية. فحصت  الدراسة جميع الكائنات الحية المائية التي تستخدم ثاني أكسيد الكربون (CO) أثناء البناء الضوئي وهي عملية تصنيع غذائها. وشملت الدراسة النباتات الكبيرة. المعروفة باسم الأعشاب البحرية. والنباتات التي ينمو جزء، منها تحت الماء. والطحالب الدقيقة. 

وكان هناك أمل في أن تساعد هذه الكائنات الحية في التخلص من ثاني أكسيد الكربون (CO) الزائد في الغلاف الجوي. لكن أثناء الدراسات لاحظ مسؤولو المشروع أن بعض الطحالب الدقيقة تنتج كميات كبيرة من الزيت. وسرعان ما تحول هدف المشروع إلى استخدام الطحالب الدفيئة في إنتاج الزيوت التي يمكن معالجتها لتتحول إلى وقود الديزل الحيوي. 

 

اي أنواع من الطحالب الدقيقة؟ 

تعد الطحالب الدفبفة كائنات مجهرية تعيش في البيئات البحرية (المالحة أو المباه العذبة. وكما هو الحال في العديد من النباتات والكائنات الحية الشبيهة بالنباتات. تستخدم الطحالب البناء الضوئي لتصنع السكر. 

تتطلب عملية البناء الضوئي طاقة ضوئية تصنع الطحالب الدقيقة كميات من السكر أكبر مما يمكنها استخدامه كغذاء. وتحول السكر الزائد إلى زيت. ركز العلماء على تلك الطحالب الدقيفة لأن الزيت الذي تنتجه يمكن معالجاه ليتحول إلى ديزل حيوي. 

بدأ العلماء بحثهم بجمع وتحديد أنواع الطحالب الدقيقة الواحدة. وركز البحث على الطحالب الدقيقة في البرك الضحلة المالحة الداخلية. توقع العلماء أن هذه الطحالب الدقيقة أكثر مقاومة للتغييرات التي تطرأ على درجة الحرارة وونسبة الملح في الماء 

في العام 1985. تم إجراء اختبار لتحديد الطحالب الدقيقة التي تنتج كميات كبيرة من الزيت. وبعد مرور عامين. تم اكتشاف 3,000 نوع من الطحالب الدقيقة فحص العلماء هذه العينات لمعرفة درجة تحملها لمستويات الحموضة والملوحة ودرجة الحرارة واختاروا 300 نوعا ومن بين هذه الأنواع البالغ عددها 300 نوعا. أظهرت الطحالب الدقيقة الخضراء  والمشطورات. الموضحة في الشكل 10. دلائل واضحة أكثر من غيرها. لكن كان من الواضح أن ليس ثمة نوع واحد من الطحالب يعيش ويعمل بمثالية في جميع الظروف المناخية وأنواع المياه. 

 

الاختبار في بيئة مفتوحة مقابل الاختبار في مفاعلات حيوية 

بحلول ثمانينيات القرن العشرين. كان علماء برنامج الأنواع المائية يزرعون الطحالب الدقيقة في برك مفتوحة في نيو ميكسيكو لكن الظروف في البيئة المفتوحة مختلفة تماما عن الظروف في المختبر. أدت درجات الحرارة 
الأقل في البرك المفتوحة إلى ظهور طحالب دقيقة صغيرة الحجم. كما غزت أنواع الطحالب الأصلية البرك أيضا وأبعدت أنواع الطحالب الدقيقة المعملية التي تنتج كميات كبيرة من الزيت. 

واصل العلماء التركيز على زراعة الطحالب الدقيقة في البرك المفتوحة كما هو موضح في الشكل 11. لا يزال العديد من العلماء يعتقدون أن هذه البرك المفتوحة هي الخيار الأفضل لإنتاج كميات كبيرة من الديزل الحيوي 
من الطحالب الدقيقة لكن يقوم بعض الباحثين الآن بزراعة الطحالب الدقيقة في حاويات زجاجية مغلفة تسمى مفاعلات حيوية، وهي موضحة أيضا في الشكل II. تعيش الكائنات الحية وتنمو داخل هذه المفاعلات الحيوية تحت ظروف مضبوطة تمنع هذه الطريقة العديد من المشكلات المرتبطة بالبرك المفتوحة. لكن تكلفة المناعلات الحيوية أعلى من البرك المفتوحة. 

تجري إحدى شركات الوقود الحيوي في غرب الولايات المتحدة الآن تجارب باستخدام مفاعل حيوي منخفض التكلفة وأوضح أحد العلماء في الشركة أنهم درسوا برنامج الأنواع المائية وافترضوا أنه بإمكانهم استخدام حقائب بلاستيكية طويلة بدلا من الحاويات الزجاجية المغلفة. لكن. كانت تكلمة جمع الطحالب  الدقيقة التي تمت زراعتها في الحقائب البلاستيكية مرتفعة جدا 

لماذا يتم وضع عدد كبير من الفرضيات؟ 

وفقا للدكتور ريتشارد ساير، وهو باحث في الوقود الحيوي، اعتمدت كل أبحاث برنامج الأنواع المائية على وضع الفرضيات. بقول الدكتور ساير “كانت الفرضيات هي محرك المشروع. لا يمكنك أن تأتي وتقول بكل بساطة. “حسنا. أشعر أن هذه هي الطريقة الصحيحة لفعل ذلك”. لكن بجب أن تطرح فرضية. لم تختبرها. 

أضاف دكتور ساير. “لقد تدرب علماء الأحياء مرارا وتكرارا على تطوير إستراتيجيات الأبحاث استنادا إلى الفرضيات. إنه شيء متأصل في تخافتنا نوعا ما. فلن تحصل على دعم للأبحاث بمجرد قولك. “سأكون نظاما وسيكون رائعا. يجب أن تطرح سؤالا. ثم تقترح بعض الاستراتيجيات للإجابة عن السؤال. ما أهدافك؟ ما النتائج التي تتوقع الحصول عليها لكل هدف؟. 

زيادة إنتاج الزيت 

فكر علماء من إحدى شركات الوقود الحيوي في ولاية واشنطن في طريقا أخرى لزيادة إنتاج الزيت. توصل الباحثون إلى أن الطحالب الدقيقة تستخدم الطاقة الضوئية والماء،  وثاني أكسيد الكربون لنصنع السكر. وفي النهاية تحول الطحالب الدقيقة السكر إلى زيت. تساءل العلماء عما إذا كان يمكنهم زيادة إنتاج الطحالب الدقيقة من الزيت من خلال توزيع الضوء على كل الطحالب الدقيقة. ثم توضيح إعداد مختبر التحارب لاختبار هذه الفكرة في الشكل 12. 

توفير الضوء للطحالب الدقيقة 

عادة ما تنمو الطحالب الدقيقة بالقرب من سطح البركة. إن الطحالب الدقيقة الموجودة على عمق cm 5 أسفل سطح البركة تنمو بمعدل أدنى. ما سبب ذلك ؟ 

أولا يمنع الماء وصول الضوء إلى عمق البركة.

ثانيا. تمنع الطحالب الدقيقة الموجودة أعلى البركة وصول