تعتبر الأسمدة النيتروجينية من العناصر الغذائية الأساسية التي تلعب دورًا حاسمًا في تحسين نمو النباتات وإنتاج المحاصيل الزراعية. حيث يساعد النيتروجين في تطوير الأوراق والسيقان. و تُستخدم بشكل واسع في الزراعة لتحقيق إنتاجية أفضل وجودة عالية للمحاصيل. و يتم توفير النيتروجين عادة من خلال الأسمدة النيتروجينية. يعد تحديد الكميات المناسبة لاستخدام هذه العناصر الغذائية أمرًا حاسمًا لضمان نمو نباتات صحية وزيادة الإنتاج الزراعي. سنتكلم في هذا الموضوع  حول فوائد وتطبيقات استخدام النيتروجين في عملية التسميد بالإضافة إلي ظواهر و تطبيقات مهمة لهذا العنصر .

الخصائص الكيميائية للنيتروجين

يوجد النيتروجين فى المجموعة ال 15 من الجدول الدوري. ويرمز إلي النيتروجين ب (N) وعدده الذري 7. ويحدد العدد الذري عدد البروتونات داخل النواة. و يوجد عادة علي شكل غاز لارائحة له ولا لون. ويكون في أغلب الأحيان خاملاً ( غير قابل للتفاعل). وعنصر النيتروجين المستقل هو غاز مكون من جزيئات النيتروجين المكونة من ذرتي نيتروجين مترابطتين. ويطلق علي هذا النوع من الجزيئات اسم جزيئات “ثنائية الذرة”. والصيغة الكيميائية للنيتروجين ثنائي الذرة هي (N₂) ويمثل غاز النيتروجين (80%) من حجم الغلاف الجوي. ويعد رابع الغازات انتشاراً فى الكون. كما أن النيتروجين عنصر مهم بالنسبة للكائنات الحية. إذ يوجد فى كافة الأنسجة الحية. وتضم المركبات العامة التي تحتوي علي النيتروجين كل من النشادر (NH₃) وحمض النيتريك (HNO₃) والسيانيد والأحماض الأمينية. إن العنصر الوحيد الذي يتفاعل معه عند درجة حرارة الغرفة هو الليثيوم. الذي يشكل نيتريد الليثيوم (Li₃N). كما يتفاعل الماغنيسيوم مباشرة مع النيتروجين, ولكن عند الاحتراق.[1]

اكتشاف النيتروجين

عرف الإنسان مركبات النيتروجين قبل أن يعرف النيتروجين كعنصر بفترة طويلة، وذلك حين استخدم نترات الصوديوم أو البوتاسيوم فى صنع البارود. فقد تم انتاج البارود للمرة الأولى في الصين في القرن التاسع. ثم استخدمت نترات البوتاسيوم كسماد. لقد عرف الخيميائيون ( الكيميائيون الأوائل) فى العصور الوسطي مركبات النيتروجين معرفة جيدة. كما جري تحضير حمض النيتريك صناعياً، والمعروف باسم حمض النيتريك المركز، في الشرق الأوسط  حوالي عام (800 ميلادي). واكتشف الخيميائيون خلال فترة قصيرة بأن حمض النيتريك يمكن مزجه مع حمض الهيدروكلوريك لتكوين مايعرف ب ” الماء الملكي”، وهو عبارة عن حمض يستطيع إذابة الذهب.

اكتشف عنصر النيتروجين كيميائي اسكتلندي يدعي “دانيال رذرفورد” (1749-1819) فى عام (1772). ثم تابع كيميائيون آخرون مسيرته العلمية، حيث أشار الكيميائي الفرنسي  ” أنطون لافوازيه” فى عام (1776) بأ، هذا الغاز كان عبارة عن عنصر.[5]

النيتروجين و التسميد الزراعي

عملية تثبيت النيتروجين من الغلاف الجوي

يشكل النيتروجين بمفرده أكبر كمية من مكونات الهواء. إذ تقدر كتلة النيتروجين فى الغلاف الجويب (4000 تريليون طن). يتوافر النيتروجين فى الغلاف الجوي بنسبة تبلغ أربع أضعاف كمية الأكسجين، لكن كمية الأكسجين على الأرض تزيد عن النيتروجين بحوالي (10000 مرة). فالأكسجين يعد مركباً أساسياً من المركبات التي تتكون منها اليابسة، ولا، النيتروجين لايشكل شبكة بلورية مستقرة( بنية ذات قوام منتظم) فإنه نادراً مايدخل فى تركيب الصخور والمعادن الطبيعية. وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل النيتروجين أكثر تركيزاً من الأكسجين فى الغلاف الجوي. أما السبب الآخر، فهو أن النيتروجين مستقر جداً فى الغلاف الجوي، خلافاً للأكسجين، ولا يشارك فى العديد من التفاعلات الكيميائية. ونتيجة لذلك، يتراكم النيرتوجين فى الغلاف الجوي بكميات أكثر من الأكسجين.

إن عملية تثبيت النيتروجين يتم بواسطتها اتحاد النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي مع عناصر أخري بطريقة تسهل امتصاصه من قبل النباتات. ويتم تثبيت النيتروجين بصورة رئيسية عن طريق النباتات البقلية، مثل الفول والبرسيم، لكن تثبيته أيضاً يتم بواسطة البرق. لقد طورت بعض أشكال البكتيريا آلية استطاعت بواسطتها إزالة غاز النيتروجين الموجود في الهواء وتحويله إلي بروتين عن طريق تثبيت النيتروجين. وتستفيد العديد من أنواع البكتيريا من العلاقة الوثيقة مع النباتات التي تحتاج إلي النيتروجين. وتساعد هذه النباتات علي إثراء التربة بالنيتروجين الزائد القابل للذوبان. توصف عملية تثبيت النيتروجين بواسطة البكتيريا من خلال تفاعل النيتروجين مع الفورمالدهيد (CH₂O) والماء وأيونات الهيدروجين (H⁺) لتكوين ثاني أكسيد الكربون (CO₂) وأيونات النشادر (NH₄⁺) .[2]

عملية هابر وإنتاج السماد

يستخدم النشادر غير المائي كسماد في أنحاء مختلفة من العالم. ويتم إنتاج النشادر بواسطة عملية تسمي ” عملية هابر”. إذ يتم إنتاج مايزيد عن (500 مليون طن) سنوياً من السماد بهذه الطريقة. وتتلخص تلك العملية فى التفاعل الذي يتم بين النيتروجين والهيدروجين لإناتج النشادر. حيث نال الكيميائي الألماني( فريتز هابر) براءة اختراع هذا النظام فى عام (1908). وتستخدم تلك الطريقة فى انتاج النشادر الغير مائي ونترات النشادر واليوريا التي تدخل فى صناعة الأسمدة. ويحدث هذا التفاعل بمساعدة عامل حفاز ” الحديد”  تحت ضغط يعادل (200 مرة) درجة الضغط الجوي، ودرجة حرارة  تتراوح بين (450_ 500 درجة سيليزية). أما ناتج التفاعل فلا يتجاوز ( 10 _ 20%) ويصل التفاعل إلي حالة التوازن، لكنه يظل مستمراً طوال إزالة الناتج وإضافة المتفاعلات.[3]

مركبات نيتروجينية

يمكن اعتبار النشادر أكثر مركبات النيتروجين أهمية. ويستخدم النشادر كغذاء بالنسبة للنباتات، حيث يتحد مع جزيئات الكربون العضوي لتكوين مركبات كيميائية تعرف باسم الأمينات. يمكن أن تتجمع هذه الأمينات لتكون حمض النشادر، الذي يعد من المركبات الحيوية بالنسبة للكائنات الحية. وبالإضافة إلي ذلك، يشكل النيتروجين أكاسيد أخري مختلفة مع الأكسجين. وهناك نوع من هذه الأكاسيد يسمي أكاسيد النيتروز (N₂O). وهو عبارة عن مادة مخدرة معروفة باسم ” غاز الضحك” . كما يتشكل أول أكاسيد النيتروجين (NO) وثاني أكسيد النيتروجين (NO₂) عندما يحدث احتراق الهيدروكربونات فى الهواء تحت ضغط مرتفع. ويتم إنتاج الأكاسيد النيتروجينية داخل محركات الإحتراق الداخلي. أما في الغلاف الجوي، فتشكل هذه الأكاسيد النيتروجينية ما يعرف بالضباب الدخانى، وهو شكل من أشكال ضباب الغلاف الجوي الناتج عن تفاعل ضوءالشمس مع الملوثات. ويتصف نوعان آخران من المركبات التي تتكون من النيتروجين والأكسجين، هما ثالث أكسيد النيتروجين المزدوج (N₂O₃) وخامس أكسيد النيتروجين بخاصية عد الاستقرار وقابلية الانفجار.

إن أكاسيد النيتروجين التي تتشكل فى محركات الاحتراق الداخلي لاتسبب حدوث الضباب الدخاني فحسب، بل تتفاعل أيضاً مع بخار الماء فى الغلاف الجوي وتنتج حمض النيترك وحمض النيتروز. وتذوب الأحماض الغازية في ماء المطر وتشكل ترسبات حمضية يطلق عليها الأمطار الحمضية. ويمكن أن تسرع الأمطار الحمضية من أثر العوامل الجوية على الصخور، بما في ذلك الصخور والحجارة المستخدمة فى المباني والمنحوتات.[4]

النيتروجين السائل

بالإضافة إلي دور النيتروجين الحيوي في عملية الزراعة، فلا يمكننا إغفال أحد أهم تطبيقاته وهو النيتروجين السائل. يطلق علي دراسة درجات الحرارة المنخفضة جداً اسم “التبريد الفائق”. يمكن تنفيذ التبريد الفائق بواسطة الغازات السائلة، ومن أهم الغازات المستخدمة لهذا الغرض هو النيتروجين السائل الذي يتم استخدامه فى العديد من التطبيقات المفيدة. ففي المجال الطبي، يستخدم النيتروجين السائل لتجميد مساحات من الجلد من أجل معالجة سرطانات الجلد . كما يستعمل أيضاً فى عمليات تجميد الدم البشري والحيوانات المنوية والأجنة كي يعاد إستخدامها في فترات زمنية لاحقة. ويستخدم في الصناعات الغذائية في عمليات التجميد السريع، وعند زوال تجميد الطعام بهذه الطريقة، لاتتكاثر فيه البكتيريا لأن النيتروجين يحل محل الأكسجين الموجود في الطعام. يمكن كذلك ضخ النيتروجين السائل في آبار النفط من أجل زيادة الضغط في أسفل تلك الآبار، مما يؤدى إلي اندفاع النفط نحو السطح.

المصادر:

1-Nitrogen properties

2-Nitrogen Fixation

3-Haber process

4-Acidic rain

5-Nitrogen Discovery

تُستخدم تقنية حيود الأشعة السينية ـــX-ray diffraction (XRD) لفهم بنية المواد على المستوى الذري والجزيئي. الامر مثل امتلاك قوة خارقة تتيح لنا النظر داخل المواد ورؤية بنيتها المخفية. يمكننا فهم خصائص المواد، وتطوير مواد جديدة ذات خصائص مخصصة، كما يمكننا حل بعض أكبر الألغاز في العلوم, عبر تطبيقات في مجموعة واسعة من المجالات، بدءًا من علوم المواد والكيمياء وحتى الجيولوجيا والبيولوجيا. وقد تم استخدام قتنية حيود الآشعة لدراسة كل شيء من المعادن والفلزات إلى البروتينات والفيروسات. فكما تحدثنا في المقالات السابقة عن إمكانية استخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لدراسة سطح العينة، وإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد. يشيع استخدام (SEM) لدراسة شكل سطح المواد، وكذلك استخدام المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) لتكوين صورة للبنية الداخلية للعينة. ويشيع استخدامه لدراسة بنية المواد، والعيوب في المواد. سنتحدث في هذا المقال عن استخدام تقنية XRD لدراسة بنية المواد في الظروف القاسية، مثل الضغوط العالية ودرجات الحرارة. أحد أكثر تطبيقات XRD إثارةً هو دراسة المواد النانوية.

ما هي تقنية حيود الأشعة السينية وكيف تعمل؟

الأشعة السينية هي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي بطول موجي يشبه المسافة بين الذرات في البلورات. عندما يتم تسليط الأشعة السينية على البلورة، فإنها تتناثر بواسطة الذرات الموجودة في البلورة. من ثم تتداخل الأشعة السينية المتناثرة مع بعضها البعض، ويسمى النمط الناتج من الأشعة السينية المتناثرة نمط الحيود. يحتوي نمط الحيود على معلومات حول المسافات بين الذرات الموجودة في البلورة والزوايا التي انحرفت عندها الأشعة السينية.

للحصول على نمط الحيود، توضع بلورة في مسار شعاع الأشعة السينية، ويتم وضع الكاشف لالتقاط الأشعة السينية المنحرفة. يتم تدوير البلورة، ويسجل الكاشف شدة الأشعة السينية المنحرفة بزوايا مختلفة. من خلال تحليل نمط الحيود الناتج، يمكن للعلماء إعادة بناء بنية البلورة. يُعتبر تحليل XRD بصمة للمواد. وكما أن كل شخص لديه بصمة فريدة، فإن كل مادة لها نمط XRD فريد. ومن خلال مقارنة نمط XRD لمادة ما بقاعدة بيانات للأنماط المعروفة، يمكننا التعرف على المادة وتحديد خصائصها. أهم ما يميز تقنية XRD أنها تقنية غير مدمرة، مما يعني أنها لا تلحق الضرر بالعينة التي يتم تحليلها. هذا يجعلها مفيدة بشكل خاص لدراسة المواد الحساسة أو القيمة. كما يمكن استخدامها لتحليل مجموعة واسعة من المواد [1] .

ما هي استخدامات تقنية حيود الأشعة السينية في علم المواد؟

أحدث حيود الأشعة السينية ثورة في فهمنا للمواد ولا تزال أداة حيوية في البحث العلمي والتطوير، حيث أنها تقنية تحليلية قوية يمكن استخدامها لتحديد التركيب البلوري لمجموعة واسعة من المواد. كما تستخدم على نطاق واسع في البحث العلمي، وخاصة في مجالات علوم المواد والكيمياء والجيولوجيا والفيزياء. فيما يلي بعض الطرق التي يمكن من خلالها استخدام تقنية XRD في علم المواد [2] :

• توصيف المواد Material characterization: يمكن استخدام XRD لتحديد التركيب البلوري وتركيب المواد، بما في ذلك المعادن والفلزات والسيراميك والبوليمرات. حيث تستخدم هذه المعلومات لفهم الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة. وكذلك تستخدم لتطوير مواد جديدة ذات خصائص محددة والتي يمكن أن تكون مفيدة في مجالات البصريات، وعلوم المواد.
• مراقبة الجودة: يمكن استخدام XRD لضمان جودة المواد واتساقها، كما هو الحال في تصنيع الأدوية وأشباه الموصلات والسيراميك.
• تحليل المرحلة Phase analysis: يمكن استخدام XRD لتحديد المراحل الموجودة في المادة، بما في ذلك كمياتها النسبية وبنيتها البلورية. يمكن استخدام هذه المعلومات لدراسة التحولات الطورية، مثل الذوبان، وتفاعلات الحالة الصلبة، والتحولات متعددة الأشكال.
• التحليل الهيكلي Structural analysis: يمكن استخدام XRD لتحديد التركيب البلوري للمادة، بما في ذلك أبعاد خلية الوحدة، والمجموعة الوظيفية، والمواقع الذرية. مما يساعد على فهم الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة، وكذلك لتطوير مواد جديدة ذات خصائص محددة.
• الدراسات الحركية Kinetics studies: يمكن استخدام XRD لدراسة حركية التحولات الطورية، مثل نمو البلورات أو تكوين أطوار جديدة في المواد، مثل الذوبان، وتفاعلات الحالة الصلبة، والتحولات متعددة الأشكال.

تسلط هذه التطبيقات الضوء على تنوع وأهمية XRD في علم المواد، مما يمكّن الباحثين من تطوير مواد جديدة ذات خصائص مخصصة وفهم سلوك المواد الموجودة في التطبيقات المختلفة.

ما هي تطبيقات XRD في المجالات المختلفة؟

حيود الأشعة السينية عبارة عن تقنية متعددة الاستخدامات تجد تطبيقات في مجالات مختلفة تتجاوز علم المواد. فيما يلي بعض الأمثلة على تطبيقات XRD في مجالات أخرى [3] :

• الجيولوجيا: يستخدم XRD لدراسة التركيب البلوري وتكوين المعادن. حيث يساعد في تحديد وتصنيف الصخور والمعادن. ويمكنه أيضًا تقديم نظرة ثاقبة للعمليات الجيولوجية، مثل تكوين المعادن والصخور.
• علم الأحياء: يُستخدم XRD لتحديد التركيب البلوري للبروتينات والجزيئات البيولوجية الأخرى، مما يساعد في فهم وظيفتها وتفاعلاتها. ويمكن استخدامه أيضًا لدراسة بنية DNA و RNA.
• الكيمياء: يستخدم XRD لتحديد التركيب البلوري للجزيئات الصغيرة، لفهم خصائصها وسلوكها. ويمكن استخدامه أيضًا لدراسة بنية المحفزات والمواد الأخرى المستخدمة في التفاعلات الكيميائية.
• علم الآثار: يستخدم XRD لدراسة التركيب البلوري وتكوين القطع الأثرية لتحديد هويتها وتاريخها.
• الطب الشرعي: يستخدم XRD لدراسة التركيب البلوري وتكوين المواد الموجودة في مسرح الجريمة، مما يساعد في تحديد الأدلة وتحليلها.
• المستحضرات الصيدلانية: يستخدم XRD لدراسة التركيب البلوري للأدوية والمستحضرات الصيدلانية الأخرى، مما يساعد في فهم خصائصها وسلوكها. ويمكن استخدامه أيضًا لدراسة هيكل أنظمة توصيل الدواء.
• علم النانو: يستخدم XRD لدراسة التركيب البلوري للمواد النانوية، وهي مواد ذات أبعاد أقل من 100 نانومتر. تتمتع المواد النانوية بخصائص فريدة تجعلها مفيدة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل الحفز الكيميائي والإلكترونيات والطب. يعد حيود الأشعة السينية أداة قوية لدراسة التركيب البلوري للمواد النانوية، وهي مواد ذات أبعاد أقل من 100 نانومتر. تتمتع المواد النانوية بخصائص فريدة تجعلها مفيدة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل الحفز الكيميائي والإلكترونيات والطب. فيما يلي بعض الطرق التي يتم من خلالها استخدام XRD لدراسة المواد النانوية.

بشكل عام، تعد تقنية XRD قوية تجد تطبيقات في مجالات مختلفة، مما يساعد في فهم بنية وخصائص المواد والجزيئات البيولوجية والمواد الأخرى.

ما هي أساسيات التركيب البلوري؟

التركيب البلوري هو ترتيب متكرر للذرات أو الأيونات أو الجزيئات في المادة. يلعب التركيب البلوري للمادة دورًا حاسمًا في تحديد خواصها الفيزيائية والكيميائية، مثل سلوكها الميكانيكي والكهربائي والحراري والبصري.

يتم وصف التركيب البلوري للمادة من خلال وحدة الخلية ـــ Unit Cell الخاصة بها، وهي أصغر وحدة متكررة في الشبكة البلورية. تُعرف خلية الوحدة من خلال معاملاتها الشبكية ـــ lattice parameters، والتي تشمل طول حوافها (a, b, c) والزوايا بينها (α, β, γ). تتكون الشبكة البلورية عن طريق تكرار خلية الوحدة في ثلاثة أبعاد، مما يؤدي إلى ترتيب دوري للذرات أو الجزيئات كما موضح بالشكل التالي.

يعتمد نوع التركيب البلوري على تماثل وحدة الخلية وترتيب الذرات أو الجزيئات داخلها. هناك عدة أنواع من الهياكل البلورية، بما في ذلك التركيب البلوري:

• المكعبي ـــ cubic
• الرباعي الزوايا ـــ tetragonal
• الثلاثي الزوايا ـــ Trigonal
• السداسي الشكل ـــ hexagonal
• معيني تقويمي ـــ orthorhombic
• الأحادي الميل ـــ monoclinic
• الثلاثي الميل ـــ triclinic

ومن البديهي أن نتسائل كيف يساعد الترتيب المختلف للذرات في خلية الوحدة والشبكة في تحديد التركيب البلوري للمركب؟ إن اختلاف ترتيب الذرات في الخلية الواحدة يؤدي إلى حيود الأشعة السينية بأنماط مختلفة. حيث يحتوي كل هيكل على نمط حيود الأشعة السينية الفريد (المشابه لبصمات الأصابع البشرية) الذي يعطي معلومات حول الترتيب المكاني المحدد للذرات في وحدة الخلية والشبكة. وهذا بدوره يعطي معلومات حول التركيب البلوري [4] .

كيفية تفسير أنماط حيود الأشعة السينية ؟

توفر أنماط حيود الأشعة السينية معلومات قيمة حول البنية البلورية للمادة، بما في ذلك حجم وشكل البلورات الموجودة في المادة. فيما يلي الخطوات الأساسية لتفسير نمط الحيود [2] :

• تحديد القمم: يتكون نمط XRD من سلسلة من القمم، والتي تتوافق مع حيود الأشعة السينية بواسطة الشبكة البلورية. يتوافق موضع كل قمة مع زاوية الحيود (2θ) والتباعد بين المستويات البلورية ـــ d-spacing.
• تحديد البنية البلورية: يمكن استخدام موضع وكثافة القمم لتحديد البنية البلورية للمادة. ويتم ذلك عن طريق مقارنة القمم المرصودة مع القمم المتوقعة للهياكل البلورية المختلفة، باستخدام قواعد بيانات مثل المركز الدولي لبيانات الحيود ـــ International Centre for Diffraction Data (ICDD)
• تحليل شكل وعرض الذروة: يمكن أن يوفر شكل وعرض القمم معلومات حول حجم وشكل البلورات في المادة. حيث تشير القمم العريضة إلى أحجام بلورية صغيرة أو عيوب بلورية، بينما تشير القمم الضيقة إلى أحجام بلورية أكبر.
• حساب حجم البلورات: يمكن حساب حجم البلورات في المادة باستخدام معادلة شيرير، التي تربط عرض الذروة بحجم البلورات. ويمكن استخدام هذه المعلومات لفهم الخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة.
• تحليل شدة القمم: يمكن أن توفر شدة القمم معلومات حول اتجاه البلورة والملمس في المادة. على سبيل المثال، تشير القمم القوية إلى اتجاه بلوري مفضل، بينما تشير القمم الضعيفة إلى اتجاه عشوائي.

تعد XRD أداة رئيسية في تطوير مواد جديدة ذات خصائص محددة. من خلال فهم البنية البلورية للمادة، يمكننا تصميم مواد جديدة ذات خصائص محددة، مثل زيادة القوة، أو تحسين التوصيل، أو النشاط التحفيزي المعزز. يُستخدم حيود XRD أيضًا في مراقبة الجودة، مما يضمن اتساق المواد وجودتها العالية.

لا شك أن XRD تقنية رائعة وقوية تسمح لنا برؤية العالم غير المرئي للذرات والجزيئات. ولها تطبيقات في مجموعة واسعة من المجالات، وهي أداة رئيسية في تطوير مواد جديدة ذات خصائص مخصصة. باستخدام XRD، يمكننا كشف أسرار المواد وحل بعض أكبر الألغاز في العلوم. لكن المستقبل ما زال مفتوحًا أمامها لكشف المزيد من الأسرار العلمية.

المصادر

1. Crystal structure basics | LibreTexts Chemistry
2. X-ray Powder Diffraction (XRD) | MSU
3. X-Ray Diffraction Applications | ThermoFisher
4. Bravais Lattice | tutorix
5. Crystallography Basics | Lowa State University

أحدث تطور الذكاء الاصطناعي ثورة في علم الأعصاب. فبإدماجه في «واجهات الدماغ والحاسوب- brain–computer interfaces (BCIs)»، وهي أنظمة تستعمل في وصل الدماغ بأجهزة الحاسوب، صار من الممكن قراءة النشاط الدماغي وتحويله إلى كلام. فهل تنجح هذه الواجهات في تمكين العاجزين عن النطق من الكلام؟ وما العوائق التي تقف أمام استخدام هذه الواجهات في المجال الطبي؟

استخدام الذكاء الاصطناعي في تحويل الأفكار إلى كلام

بفضل التطور الهائل لقدرة الحواسب، أصبح تطبيق الذكاء في مختلف المجالات، بما في ذلك علم اللأعصاب، الوجهة المفضلة للعديد من الباحثين. وقد نشرت عدة دراسات حول طرق تحويل الأفكار إلى كلام باستخدام الذكاء الاصطناعي وواجهات الدماغ والحاسوب [1–3]. في هذا المقال، سنعرض آخر النتائج التي تم الحصول عليها بدمج الذكاء الاصطناعي مع واجهات الدماغ والحاسوب من أجل تحويل الأفكار إلى كلام، والتي توصلت إليها دراستان نشرتا في صيف 2023.

الدراسة الأولى: فك شفرة الإشارات العصبية لمنطقة النطق في الدماغ

في الدراسة الأولى، قام فريق بحثي من جامعة ستانفورد بتطوير جهاز يُزرع في المنطقة المسؤولة عن النطق في الدماغ. يقوم الجهاز بالكشف عن الإشارات العصبية التي ينتجها الدماغ أثناء محاولة النطق ببعض العبارات والجمل. ثم يربط بين الإشارات الدماغية والمفردات المنطوقة باستخدام الذكاء الاصطناعي [1][2][4].

التجربة

أثناء تجربته للواجهة المطَورة، قام الفريق البحثي بزرع رقائق من االسيليكون بالجزء المسؤول عن النطق في دماغ متطوعة عاجزة عن النطق. تعاني المريضة من مرض التصلب الجانبي الضموري، الذي يؤثر بشدة في قدرتها على التحكم بعضلات اللسان. تقوم الرقائق باستقبال الإشارات العصبية للدماغ أثناء محاولة المريضة نطق عبارات معينة تعرض عليها. واعتماداً على هذه البيانات، تقوم خوارزميات للتعلم العميق بالربط بين الإشارات العصبية، التي ينتجها دماغ المريضة، ومفردات الجمل والعبارات، التي تحاول نطقها، بفك تشفير كل فونيم (الوحدة الصوتية الصغرى) على حدة، أي بمحاولة إرفاق كل فونيم بإشارته العصبية التي تناسبه [2][4].

اعتمدت الدراسة على نموذج للتعلم العميق يدعى «الشبكة العصبية المتكررة-(recurrent neural network (RNN». والذي يأخذ بعين الاعتبار الفينومات التي سبق فك تشفيرها من أجل فك تشفير الفينوم اللاحق في عبارة ما. يقوم النموذج، خلال محاولة المريضة النطق بعبارة ما، بالتنبؤ باحتمالية نطق كل فونيم. ثم يقوم بتركيب الكلمات الأكثر احتمالية وترتيبها بمساعدة نموذج لغوي للغة الإنجليزية. وهكذا، تبني خوارزمية التعلم العميق نموذجاً قادراً على تفسير الإشارات العصبية للمريضة وترجمتها إلى نص [2].

نتائج التجربة

أظهرت واجهات الدماغ والحاسوب التي طورها الفريق نتائج واعدة. قد تعطي أملاً للأفراد العاجزين عن النطق باستعادة تواصل طبيعي وسلس مع المجتمع. فلم تتجاوز نسبة الكلمات الخاطئة 9% من مجموع الكلمات التي تنبَّأ بها عند استعمال 50 مفردة في تدريب الخوارزمية. بينما، ارتفعت هذه النسبة إلى 23.8% عند تدريب الخوارزمية ب 125 ألف مفردة. ووصلت سرعة التنبؤ إلى معدل متوسط قدره 62 كلمة في الدقيقة في مقابل 160 كلمة بالنسبة للكلام الطبيعي. رغم هذا،  تبقى هذه النتائج مشجعة لبذل مزيد من الجهد في تحسين واجهات الدماغ والحاسوب لجعلها أكثر كفاءة في إنتاج كلام سلس وطبيعي [2][4].

الدراسة الثانية: ربط النشاط الدماغي بالجمل والعبارات

في الدراسة الثانية، قام فريق بحثي من جامعة كاليفورنيا بمحاولة ربط النشاط الدماغي بالجمل والعبارات المنطوقة. وتختلف هذه الدراسة عن سابقتها بكونها لا تقتصر على النشاط الدماغي للمناطق المسؤولة عن النطق، بل تتعداه لتغطي القشرة الدماغية كلها. بالإضافة إلى هذا، نجح الفريق في خلق محاكاة شبه طبيعية للمريضة وهي تتحدث، وذلك بمساعدة أفاتار يحاكي تعابير وجهها ونبرة صوتها أثناء الكلام [1][4].

التجربة

في هذه التجربة، قام فريق البحث بزرع 253 قطبا وتوزيعها على القشرة الدماغية لمريضة فقدت قدرتها على النطق إثر سكتة دماغية. تقوم الأقطاب بالتقاط النشاط المشترك لآلاف الخلايا العصبية أثناء محاولة المريضة نطق عبارات تتكون بمجملها من 1024 مفردة. ويتم تدريب خوارزمية للتعلم العميق على التعرف على أنماط النشاط الدماغي الناتج عن نطق كل مفردة. ثم يتم تحويل الكلمات إلى صوت وتعبيرات وجه اصطناعية بواسطة أفاتار طوره الفريق [1][4].

نتائج التجربة

حققت واجهات الدماغ والحاسوب في هذه التجربة نتائج مشجعة وملهمة في تحسين التواصل بين العاجزين عن النطق مع العالم الخارجي. ورغم أن نسبة الخطإ في هذه الدراسة فاقت 25 بالمئة، يبقى توفير طريقة تواصل بتعابير الوجه ونبرة الصوت طفرة نوعية قدمتها هذه الدراسة. بالإضافة إلى هذا، تفوق سرعة فك التشفير (ترجمة النشاط الدماغي إلى كلمات) في هذه الدراسة تلك التي حققتها الدراسة السابقة، حيث تصل إلى 78 كلمة في الدقيقة. ورغم أن هذه السرعة لا تزال بعيدة عن السرعة الطبيعية للكلام، فإن الدراسة تفتح آفاقاً واسعة أمام استخدام واجهات الدماغ والحاسوب في استعادة الكلام للعاجزين عن النطق [1][4]. 

عيوب الدراستين

رغم الاهتمام الهائل الذي لاقته كلتا الدراستين، لا تزال واجهات الدماغ والحاسوب في حاجة إلى مزيد من التحسين والتطوير من أجل إدماجها في مراكز الرعاية الصحية لمساعدة العاجزين عن النطق على الكلام. ومن أبرز العيوب التي تعاني منها الدراستان، وجود أسلاك تربط رأس المريض بالحاسب الآلي أثناء عملية التواصل. مما يحُدُّ من حصول تواصل طبيعي وفعال. أضف إلى هذا أن هذه التقنية تعتمد بشكل كلي على وجود مناطق دماغية سليمة عند المريض من أجل فك تشفيرها. وهذا ليس حال كل المرضى، دون أن ننسى الآثار الجانبية والمسائل الأخلاقية التي قد يثيرها زرع واجهات الدماغ والحاسوب بأدمغة المرضى [1][2][4].

في النهاية، من أجل انتشار واسع لهذه التقنية، يجب التركيز على تحسين دقة وسرعة فك التشفير. بالإضافة إلى تطوير أنظمة قابلة للزرع بالكامل دونما حاجة إلى أسلاك موصلة مع الأخذ بعين الاعتبار لمختلف الآثار الجانبية [4].

المصادر

[1] A high-performance neuroprosthesis for speech decoding and avatar control
[2] A high-performance speech neuroprosthesis 
[3] High-performance brain-to-text communication via handwriting
[4] Brain-reading devices allow paralysed people to talk using their thoughts

تعد زنوبيا من أشهر الشخصيات في التاريخ، فقد كانت ملكة المستعمرة الرومانية في مدينة تدمر في سوريا آنذاك. حكمت في الفترة الواقعة بين (267 – 272م)، وقامت بغزو عدة مقاطعات في الجهة الشرقية من روما.

نشأة زنوبيا وبداية حياتها

ولدت زنوبيا في تدمر، سوريا في عام 240 م. وكان لها عدة أسماء كزينب كما عرفها العرب، وسبتيما زنوبيا باليونانية، وأوريليا زنوبيا باللاتينية. وقد كانت سوريا في ذلك الوقت مقاطعة رومانية. وكانت زنوبيا تتقن، إضافة إلى لغتها الأمّ التدمرية، اللغتين المصرية واليونانية، وكانت تتحدّث اللاتينية أيضاً.

صفات الملكة زنوبيا

كانت غزيرة المعارف، مولعة بالصيد والقنص، تحسن أكثر اللغات الشائعة في عصرها. كما كانت ملكة جليلة ذات رأي وحكمة، وعاشت عظمة ملوكية مقلدة ملوك الأكاسرة. تثقفت بالثقافة اليونانية، كان لها اطلاع واسع على تاريخ الشرق والغرب.

تولّي زنوبيا العرش

تزوجت زنوبيا من سبتيموس أودينثوس المعروف بأُذينة، الحاكم الروماني لسوريا، الذي أنجبت منه ابناً واحدًا، وهب اللات. وقد حكم أُذينة مدينة تدمر، التي كانت مركزاً تجارياً مُهماً على طريق الحرير بين الشرق والغرب. وبذلك كان يجب على التجار القادمين إلى روما أو العائدين منها التوقف في تدمر لدفع الضرائب وللراحة. لم تخلفه زنوبيا في منصبه بعد وفاته فحسب، بل إنها عقدت العزم على بسط سلطانها على الدولة الرومانية الشرقية. وكان ابنها وهب اللات لا يزال حينذاك طفلاً، فتسلمت مقاليد الحكم. كما حصلت العديد من المعارك خلال فترة حكمها كملكة لتدمر بينها وبين الإمبراطورية الرومانية منها معركة انطاكية ومعركة حمص وقد أسفرت عن فوز الإمبراطورية الرومانية.

سيطرة الملكة زنوبيا على مصر

تميزت فترة حكم زنوبيا لتدمر بسلسلة من الحملات العسكرية التي كانت تهدف إلى توسيع إمبراطوريتها. فنجحت في السيطرة على مصر، التي كانت واحدة من أغنى مناطق الإمبراطورية الرومانية. لذلك أدى التوسع الجريء الذي قادته زنوبيا إلى صدام مباشر مع الإمبراطورية الرومانية. حكم الامبراطورية آنذاك الإمبراطور أوريليان، فكانت أفعال زنوبيا بمثابة تحدٍ واضح لسلطة الرومان في منطقة البحر الأبيض المتوسط الشرقي. فقد امتدت دولتها من الفرات إلى النيل، وقامت بتوسيع نفوذها وبسط سيطرتها على أقوى الأمبراطوريات وهي الإمبراطورية الرومانية الشرقية. [2]

أهم أعمال الملكة زنوبيا

كانت زنوبيا من الملكات اللواتي قمن بثورة كبيرة في دور قيادة الأنثى في عصرها، إذ إنها قامت بكثير من الأعمال التي خلدها التاريخ. حيث قادت جيوشها إلى معارك كبيرة، وهزمت جيوش لم تتمكن إمبراطوريات كبيرة من هزمها. وبالإضافة إلى ذلك فقد أصدرت الملكة زنوبيا عملة خاصة بمدينة تدمر وصكّت النقود في إنطاكية. كما طبعت على عملتها صورة وهب اللات على وجه وعلى الوجه الثاني صورة الإمبراطور أورليانوس. كما أزالت من النقود صورة الإمبراطور لتميّز النقود السورية التدمرية عن نقود روما. وايضًاكانت زنوبيا تدعم الفنون والثقافة، وقد قامت بإنشاء مكتبة في تدمر ودعمت الفنون والآداب.[3]

آخر أيام زنوبيا

قطعت زنوبيا إمدادات الحبوب عن روما؛ فقد سيطرت على مصر وثروتها من الحبوب التي تُقدمها إلى روما. فتعاظم تحدي زنوبيا للإمبراطورية الرومانية وهو ما استفز الإمبراطور أورليانوس، الذي استحوذ على السلطة في روما. لذلك أعلن الإمبراطور الجديد حربه على زنوبيا، وبالفعل استطاع أن يهزم جيوشها في أنطاكية بتركيا الآن. وبذلك فقد اختلف العرب حول قصة موت “زنوبيا”، فبعضهم يعتقد بأن حياتها انتهت في منزل بسيط أعده لها ( أورليانوس). وبعضهم الآخر يقول أنها امتنعت عن الأكل، وخارت قواها وماتت. بينما تقول رواية أخرى بأنها قد طلبت من أحد حراسها بأن يأتي لها بالسم، فشربته وماتت به.

الأوضاع بعد وفاة زنوبيا

تولى وهب اللات الحكم على مملكة تدمر وأصبح الملك الأخير لتلك المملكة. ولا يوجد الكثير من المعلومات حول الأحداث التي جرت في مملكة تدمر بعد وفاة زنوبيا، قاد وهب اللات جيوش مملكة تدمر في غزوها لمصر وآسيا الصغرى لفترة، ولكنه تمكن الإمبراطور الروماني أوريليان من هزيمته وأسره ونقله إلى روما حيث توفي بعد ذلك بوقت قصير.[4]

المراجع:

1. Britannica
2. History.magazine
3. thecollector.com
4. worldhistory

الموسيقى وتأثيرها على جسم الإنسان

تعد الموسيقى من المواضيع الرئيسة في معظم الحقول المعرفية, وذلك بسبب فاعليتها وسلطتها على الوجود الإنساني. ففي الأساطير القديمة, نجد دور الموسيقى في ترويض الطبيعة وفي بناء الشبكات الإجتماعية. دخل سؤال الموسيقى في الفلسفة قبل سؤال الإنسان, وحافظ هذا السؤال على مكانته في مختلف الفلسفات التي أطاحت بالكثير من الأسئلة, ومنها سؤال الله. العلوم الإنسانية وجدت ضالتها في الموسيقى في تفسيرها للظواهر الاجتماعي تارة وفي استخدامها كعالج نفسي تارة أخرى. وفي العلوم الطبيعية, تنشر باستمرار ورقات بحثية حول تأثير الموسيقى على الجهازين العصبي والمناعي, الدماغ ونشاط القلب. في هذا المقال سوف نسلط الضوء على الموسيقى وتأثيرها على جسم الإنسان من مختلف الزوايا. إقرأ أيضًا تاريخ الموسيقى

الموسيقى ونشاط القلب:

زيادة التوتر مرتبطة  مع معدل ضربات القلب وضغط الدم على حد سواء. تشير الدراسات إلى أن الموسيقى (مثل موزارت، السيمفونية رقم 40) يمكن أن تزيد أو تقلل من معدل ضربات القلب وضغط الدم⁽¹⁾. إن الموسيقى تعزز الاسترخاء من خلال التزامن الفسيولوجي و/أو النفسي. التزامن (Entrainment) هو مبدأ في الفيزياء، حيث يميل جسمين يتذبذبان بترددين مماثلين إلى أن يتسببا في اهتزاز متبادل تعاطفي  (mutual sympathetic resonance) وأن يتذبذبا بنفس التردد. يتم تحقيق التزامن باستخدام الموسيقى لاستدعاء الاسترخاء مباشرة. الأثر الموسيقي والعمليات الفسيولوجية (ضربات القلب، معدل التنفس، ضغط الدم، درجة الحرارة، هرمونات الكظر) مكونة من اهتزازات تحدث بشكل منتظم ودوري وتتألف من تذبذبات.

يمكن استخدام الأثر الموسيقي، وبالأخص الإيقاع والسرعة، كمزامن للتأثير على التغييرات في الاستجابات الفسيولوجية (مثل ضربات القلب، والتنفس، وضغط الدم) من خلال التزامن. عند استخدام الموسيقى لإحداث الاسترخاء من خلال التزامن، يجب أن يكون لديها إيقاعًا يساوي أو يقل عن معدل ضربات القلب أثناء الراحة (أقل من 80 نبضة في الدقيقة)، وديناميات قابلة للتنبؤ، وحركة ملحوظة للألحان، وهارمونيات ملائمة، وإيقاع منتظم دون تغييرات مفاجئة، وصفات صوتية تتضمن الأوتار والناي والبيانو أو الأصوات المركبة خصيصًا. يُستخدم هذه الخصائص الموسيقية لإحداث الاسترخاء من خلال جعل إيقاعات الجسم تبطئ أو تتزامن مع إيقاع الموسيقى⁽²⁾.

ترتبط الموسيقى المسببة للاسترخاء بانخفاض القلق. يُعتقد أن الموسيقى ذات الإيقاع البطيء والثابت والمتكرر تمارس تأثيرًا مغناطيسيًا يسهم في الاسترخاء وتقليل القلق من خلال تهدئة الإدراك وتغيير الحالات الوعيية. نظرًا لأن الاسترخاء الفسيولوجي غير متوافق مع القلق، يمكن للموسيقى تغيير مستويات القلق المُدركة بينما تسهل استجابات فيزيولوجية أكثر استرخاءً. يمكن للموسيقى أن تقلل من القلق من خلال توجيه قنوات الانتباه في الدماغ نحو محتوى معنوي منشغل وملائم للسمع بدلاً من المحتوى البيئي المُجهِد⁽²⁾.

الموسيقى والجهاز المناعي

يُحدث التوتر تغييرات رئيسية في الجهاز المناعي. حيث أظهرت الدراسات أن أنواعًا معينة من الموسيقى يمكن أن تعدل مستوى بعض العناصر المناعية مثل الإيمونوغلوبولين A (IgA) والخلايا القاتلة الطبيعية.  تشير النتائج إلى وجود علاقة إيجابية بين الموسيقى المريحة وعلامات التوتر المناعي.⁽³⁾

الموسيقى الترفيهية تعدل نشاط الخلايا القاتلة الطبيعية ومستوى سيتوكين IL-10، وهي علامات للتوتر، وتحسين المزاج. في الآونة الأخيرة، تبين أن الموسيقى في حالات التوتر قادرة على رفع مستوى سيتوكين IL-6. سيتوكين IL-6 وسيتوكين IL-10 هما “علامات التوتر” المناعية⁽⁴⁾.

الموسيقى وهرمون الكورتيزول

على الرغم من أن التوتر من ناحية والموسيقى من ناحية أخرى يمكن أن يسببان العديد من التغييرات الهرمونية، خاصة والأهم  هرمون الكورتيزول. الكورتيزول هو الهرمون الرئيسي للتوتر، والذي يرتفع مستواه في حالات التوتر، ويعدل الجسم ويساعده على التغلب على الوضع الموجود من خلال استجابات “القتال أو الهروب”. التوتر النفسي يثير استجابة عاطفية قوية وزيادة في مستوى الكورتيزول، ولكن التعرض للموسيقى يقلل من ارتفاع مستوى الكورتيزول. المواقف الإجهادية تسبب ارتفاعًا في مستوى الكورتيزول. أظهرت دراسة أن الموسيقى الرئيسية (مثل Allegro con spirito لموزارت، K448، الذي يسبب السعادة) قللت من التوتر ومستوى الكورتيزول أكثر من الموسيقى الصغيرة (مثل للبيتهوفن “فور اليز”، والتي تسبب الحزن). من ناحية أخرى، الموسيقى التقنية “تكنو” تزيد من إفراز العديد من هرمونات التوتر بما في ذلك الكورتيزول، بينما الموسيقى الكلاسيكية (مثل سيمفونية بيتهوفن 6) تقلل من مستوى الكورتيزول⁽⁵⁾.

إقرأ أيضًاكيف تؤثر الموسيقى على أدمغتنا؟

الموسيقى وكيمياء الدماغ

الناقل العصبي الرئيسي في نظام المكافأة هو الدوبامين. الموسيقى اللطيفة تحرر الدوبامين في نواة الاكومبنس⁽⁶⁾. من ناحية أخرى، الاستماع إلى الموسيقى البطيئة يقلل من مستوى النوريبينفرين (ناقل عصبي ينظم مستوى الاثارة)⁽⁷⁾ . ناقل عصبي آخر يستجيب للموسيقى هو السيروتونين. الموسيقى اللطيفة تزيد من إفراز السيروتونين (الذي يسؤول عن المزاج الجيد) في الدماغ، في حين أن الموسيقى غير اللطيفة تقلل من مستوى السيروتونين^(8).

جزيء آخر ينشط نظام المكافأة هو الإندورفين. الإندورفين يسبب شعورًا بالرفاهية والاسترخاء. إن الموسيقى اللطيفة ترفع مستوى الإندورفين، وأفاد المشاركون الذين تم معالجتهم بوكيل مستقبل الإندورفين بأنهم شعروا بلذة أقل بكثير عندما استمعوا إلى محفزات موسيقية تتحرك بشكل طبيعي. الموسيقى التقنية “تكنو” تقلل من مستوى الإندورفين، بينما الموسيقى الكلاسيكية ترفع مستوى الإندورفين⁽⁹⁾

الموسيقى تؤثر على موجات الدماغ:

بقدر ما تعكس النشاط الكهربائي حالة الدماغ، فإن هناك نوعين من موجات الدماغ تشير إلى الاسترخاء. الموجة ألفا (6-12 هرتز) تظهر أثناء الاسترخاء، والموجة ثيتا (4-7 هرتز) تظهر أثناء الاسترخاء العميق. أظهرت الدراسات أن موجات الدماغ (EEG) يمكن تغييرها بواسطة الموسيقى⁽¹⁰⁾. تزيد موجات الدماغ ألفا وثيتا سواء بواسطة الموسيقى النوعية للراحة أو بواسطة تقنيات الاسترخاء الأخرى. لوحظ أن الأشخاص الذين يركزون انتباههم على محفز إيقاعي معين لفترة كافية يمكن أن يشعروا بمستوى جديد من الوعي.

يبدو أن موجات الدماغ تتحرك مع الإيقاع وكلما أمضى الشخص وقتًا أطول في التركيز عليه، زاد التزامهم مع الإيقاع. تمت أظهار أن الموسيقى لموزارت (K448) و(Symphony 94) تثير نشاطًا كهربائيًا مختلفًا في الدماغ⁽¹¹⁾. بينما تم توضيح تأثير الموسيقى المهدئة، فإن السؤال هو ما إذا كان تأثير الموسيقى هذا يتم من خلال تغيير تردد موجات الدماغ. أظهرت الدراسات على تأثير الموسيقى على النوم نتائج متضاربة، حيث أفاد بعضها بالتأثيرات الإيجابية وأخرى نفت ذلك. قضية النوم مهمة لأن مراحل النوم تتميز بترددات مختلفة لموجات الدماغ، وكذلك الموسيقى التي تثير تغييرات في المزاج⁽¹²⁾.

الموسيقى والجهاز العصبي:

أحد الأمثلة، من بين العديد من الأمثلة، التي توضح كيف يمكن للموسيقى أن تؤثر في الوظائف العصبية مُقدم في تقرير يُشير إلى أن شدة انقباض عضلة العين الخاصة برد الفعل المفاجئ كانت أكبر وزمن الاستجابة لها أقصر خلال استماع الأشخاص إلى الموسيقى غير الممتعة مقارنة بالموسيقى الممتعة، مما يشير إلى أن النظام العاطفي الدفاعي يتأثر بالموسيقى⁽¹³⁾. وتظهر تأثيرات أكثر عمقًا في التقارير التي تُظهر أن التدريب الموسيقي يعزز تنشيط وتطوير بنية الخلايا العصبية المعينة بما في ذلك القشرة الدماغية والأميجدالا والحصين (Hippocampus) وهايبوثالاموس (Hypothalamus) ويعزز قابلية الجهاز العصبي للتشكيل والتجدد الخلاية⁽¹⁴⁾.

كما تؤدي بعض المسارات أيضًا إلى التوسط في الاستجابات العاطفية عند معالجة الموسيقى الممتعة وغير الممتعة على حد سواء, مع تنشيط محدد لمنطقة النواة الفطرية ومنطقة الجزء العرضي التلقائي المسؤولتين عن تنظيم الاستجابات القلبية والفسيولوجية للمحفزات الجائزة والعاطفية. وفي هذا السياق، تستحق منطقتان في الدماغ اهتمامًا خاصًا؛ تحت المهاد (Hypthalamus) بوظيفتها في التحكم في الاستجابة الهرمونية للضغوط النفسية والحصين الذي يعتبر جزءًا من الجهاز الليمبي ويتحكم في العواطف⁽¹⁵⁾.

إقرأ أيضًا هل تؤثّر الموسيقى في نمو النبات؟

المصادر:

1. Lemmer B. Effects of music composed by Mozart and Ligeti on blood pressure and heart rate circadian rhythms in normotensive and hypertensive rats. Chronobiol Int. 2008 Nov;25(6):971-86. doi: 10.1080/07420520802539415. PMID: 19005899.
2. Merker BH, Madison GS, Eckerdal P. On the role and origin of isochrony in human rhythmic entrainment. Cortex. 2009 Jan;45(1):4-17. doi: 10.1016/j.cortex.2008.06.011. Epub 2008 Oct 30. PMID: 19046745.
3. Zakaria Eletreby, M., El-Sayed Abd-El-Fattah, M., Sabry Ali Al-Dawy, H., Abd-El-Hameed Khedr, M., & Abd-El-Fattah El-Salamoni, M. (2018). EFFECTS OF MUSIC AND STRESS ON HEALING OF INDUCED WOUND IN THE SKIN OF ADULT MALE ALBINO RATS. Al-Azhar Medical Journal, 47(3), 493-510. doi: 10.12816/0052812
4. Wachi M, Koyama M, Utsuyama M, Bittman BB, Kitagawa M, Hirokawa K. Recreational music-making modulates natural killer cell activity, cytokines, and mood states in corporate employees. Med Sci Monit. 2007 Feb;13(2):CR57-70. PMID: 17261984.
5. Suda M, Morimoto K, Obata A, Koizumi H, Maki A. Emotional responses to music: towards scientific perspectives on music therapy. Neuroreport. 2008 Jan 8;19(1):75-8. doi: 10.1097/WNR.0b013e3282f3476f. PMID: 18281896.
6. Sutoo D, Akiyama K. Music improves dopaminergic neurotransmission: demonstration based on the effect of music on blood pressure regulation. Brain Res. 2004 Aug 6;1016(2):255-62. doi: 10.1016/j.brainres.2004.05.018. PMID: 15246862.
7. Yamamoto T, Ohkuwa T, Itoh H, Kitoh M, Terasawa J, Tsuda T, Kitagawa S, Sato Y. Effects of pre-exercise listening to slow and fast rhythm music on supramaximal cycle performance and selected metabolic variables. Arch Physiol Biochem. 2003 Jul;111(3):211-4. doi: 10.1076/apab.111.3.211.23464. PMID: 14972741.
8. Evers S, Suhr B. Changes of the neurotransmitter serotonin but not of hormones during short time music perception. Eur Arch Psychiatry Clin Neurosci. 2000;250(3):144-7. doi: 10.1007/s004060070031. PMID: 10941989.
9. Gerra G, Zaimovic A, Franchini D, Palladino M, Giucastro G, Reali N, Maestri D, Caccavari R, Delsignore R, Brambilla F. Neuroendocrine responses of healthy volunteers to ‘techno-music’: relationships with personality traits and emotional state. Int J Psychophysiol. 1998 Jan;28(1):99-111. doi: 10.1016/s0167-8760(97)00071-8. PMID: 9506313.
10.  Levitin DJ, Tirovolas AK. Current advances in the cognitive neuroscience of music. Ann N Y Acad Sci. 2009 Mar;1156:211-31. doi: 10.1111/j.1749-6632.2009.04417.x. PMID: 19338510.
11. Jausovec N, Habe K. The influence of Mozart’s sonata K. 448 on brain activity during the performance of spatial rotation and numerical tasks. Brain Topogr. 2005 Summer;17(4):207-18. doi: 10.1007/s10548-005-6030-4. PMID: 16110771.
12. Chen J, Yuan J, Huang H, Chen C, Li H. Music-induced mood modulates the strength of emotional negativity bias: an ERP study. Neurosci Lett. 2008 Nov 14;445(2):135-9. doi: 10.1016/j.neulet.2008.08.061. Epub 2008 Aug 28. PMID: 18771704.
13. Roy M, Mailhot JP, Gosselin N, Paquette S, Peretz I. Modulation of the startle reflex by pleasant and unpleasant music. Int J Psychophysiol. 2009 Jan;71(1):37-42. doi: 10.1016/j.ijpsycho.2008.07.010. Epub 2008 Jul 23. PMID: 18725255.
14. Hyde KL, Lerch J, Norton A, Forgeard M, Winner E, Evans AC, Schlaug G. Musical training shapes structural brain development. J Neurosci. 2009 Mar 11;29(10):3019-25. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5118-08.2009. PMID: 19279238; PMCID: PMC2996392.
15. Baumgartner T, Lutz K, Schmidt CF, Jäncke L. The emotional power of music: how music enhances the feeling of affective pictures. Brain Res. 2006 Feb 23;1075(1):151-64. doi: 10.1016/j.brainres.2005.12.065. Epub 2006 Feb 3. PMID: 16458860.

تعمل عيوننا كمجسات للضوء شديدة الحساسية، حيث تعينان شدة الأشعة الساقطة عليهما ولونها وانتشارها في الفضاء. وتمتلك شبكية العين البشرية من (البكسلات) أكثر مما تمتلكه آلة تصوير رقمية. ففي الشبكية نحو ستة ملايين من الخلايا المخروطية التي تتحسس باللون وأكثر من 100 مليون من الخلايا الأسطوانية المسؤولة عن الرؤيا في الظلام. والعيون حساسة جداً، حيث أن خلية واحدة أسطوانية معتادة على الظلام يمكن أن تطلق إشارة إلي الدماغ عند امتصاصها جسيما واحداً من جسيمات الضوء (فوتوناً). والفوتون هو أصغر وحدة كمومية من موجة كهرومغناطيسية. وتلزم ست فقط من إشارات الفوتون الواحد لكي يري الدماغ ومضة. لكن العيون وآلات التصوير التجارية بعيدة عن أن تكون مثالية للعديد من المهمات. لأنها لا تستطيع أن تكشف سوى تلك الفوتونات التي تقع تردداتها في المدي المرئي الضيق. وأكثر من ذلك فإن قدراتها اللونية لا تتضمن قياس التردد المضبوط  لكل فوتون. ومن هنا أتى احتياجنا الكبير لمجسات فوتونية علمية وصناعية قادرة على كشف المجالات الكهرومغناطيسية التي تقع خارج مدي الضوء المرئي. نريد مجسات فوتونية قادرة على التقاط عوالم الأشعة تحت الحمراء والموجات الميكروية، حيث الترددات منخفضة (الأطوال الموجية طويلة، والطاقة منخفضة).

يفتقر العلماء بصورة خاصة، بالنسبة إلي الأطوال الموجية المرئية والأطول منها، إلي أجهزة قادرة علي رؤية فوتون منفرد وعلي تمييز تردده، ومن ثم طاقته بأي دقة كانت. حيث إن تعيين تردد الفوتونات يفتح الباب أمام ثروة من المعلومات حول المادة المصدرة لهذه الفوتونات. إن كشف الفوتونات بابتكار مجسات أساسها الموصلية الفائقة، بإمكانها القيام بمثل تلك القياسات الدقيقة وبأمور أخرى غير عادية. إذ أن هذه الأدوات الجديدة تحسن حساسية القياسات على مدى الطيف الكهرومغناطيسي من الموجات الراديوية إلي الضوء المرئي إلي أشعة جاما تحسينا مذهلا.

هشاشة الموصلات الفائقة ودورها في صناعة مجسات فوتونية

من الغريب أن تكون خاصية التوصيلية الفائقة التي نتج عن استخدامها في تطبيقات مثل نقل القدرة الكهربائية، هي بالضبط الميزة التي احتاجها العلماء لصناعة مجسات للفوتونات. فالموصلية الفائقة التي هي سريان التيار الكهربي من دون مقاومة، وتنشأ حين ترتبط الإلكترونات فى مادة مناسبة بعضها ببعض لتشكل ما يسمي أزواج كوبر Cooper pairs.

تسري أزواج كوبر عندئذ كمائع فائق. وهناك تأثير ميكانيكي كمومي مفاده أن الموصلية الفائقة لا تحدث فى المادة إلا حين تُبَرد هذه المادة إلي درجة حرارة منخفضة جداً، وتدعي حرارة التحول الحرجة لتلك المادة. وتبريد المادة ينقص اهتزاز ذراتها. فإذا ارتفعت درجة الحرارة فوق حرارة العتبة (Threshold)، أبعدت الطاقة الحرارية للتصادمات الإهتزازية الإلكترونين الشريكين في أزواج كوبر أحدهما عن الآخر. وأزالت بذلك الموصلية الفائقة. وبسبب هذه الحساسية للحرارة لا بد من تبريد العديد من الموصلات الفائقة إلي درجات قليلة فقط فوق الصفر المطلق ( درجة 0 كلفن تساوي 273.15-). وتحتاج بعض الأنواع إلي درجات حرارة منخفضة لا تتجاوز أجزاء قليلة من المئة من الكلفن.

هشاشة مفيدة

ولكن هشاشة الموصلية الفائقة بحد ذاتها هي الصفة التي تجعلها مناسبة بصورة مثالية للاستخدام فى المجسات الحساسة. وتعتمد مجسات الفوتونات فائقة الموصلية علي مقدرة طاقة فوتون منفرد علي تمزيق الآلاف من أزواج كوبر. عندئذ يمكن قياس التغير في حالة الموصلية الفائقة بعدة طرق بهدف الكشف عن الطاقة التي أعطاها الفوتون أي لصناعة المجسات الفوتونية. ولما كانت طاقة الفوتون متناسبة مع تردده، فإن هذا القياس يدل علي تردد الفوتون. وهذا هو المفتاح للحصول على معلومات عن الجسم الذي أتى الفوتون منه. [1]

تعمل المجسات شبه الموصلة العاملة عند درجة الحرارة العادية، مثل الأجهزة ذات الشحنات المقترنة Charged-coupled devices الموجودة في آلة تصوير رقمية، بواسطة تشويش حالة كمومية في المادة. ففي حالة الجهاز CCD، يصدم فوتون الضوء المرئي إلكترونا فيخرجه من نطاق طاقة في بلورة شبه موصلة. ولكن الإلكترونات مرتبطة ارتباطا قويا فى هذه النطاقات، لدرجة أن كل فوتون لا يحرر عادة سوي إلكترونا واحد. وهذا التحرير قليل جداً لدرجة أنه لا يكفي لتحديد تردد الفوتون. ونتيجة لذلك لا يستطيع الجهاز CCD تعيين لون الفوتون مباشرة. أما الآلات الرقمية فتشكل صوراً ملونة باستخدامها مجموعة مرشحات، أحدهما أحمر والآخر أخضر والثالث أزرق، ولا تمرر سوى الفوتونات التي تقع تردداتها في هذه المجالات. وعلي النقيض من ذلك، فإن بإمكان فوتون مرئي واحد فصل الآلاف من أزواج كوبر فى الموصل الفائق. ويتيح تكوين آلاف الإثارات قياس الطاقة قياسا دقيقا.

أنواع المجسات الفوتونية فائقة التوصيل

تصنف المجسات التي تعمل علي تحسس تمزق الموصلية الفائقة فى صنفين رئيسيين. النوع الحراري الذي يبرد حتي درجة حرارته الانتقالية بالضبط، وعندها لا يكون إلا جزئيا في حالة الموصلية الفائقة وتكون الإثارات الحرارية علي وشك أن تخرب الموصلية الفائقة كليا. وأي طاقة تُودَع فى الموصل الفائق ترفع درجة حرارته وتسبب ارتفاع مقاومته الكهربائية ارتفاعا ملموسا. أما النوع الأخر، المجسات الفاصلة للأزواج Pair-breaking فهو علي العكس من ذلك، إذ يُبَرد إلى درجة حرارة أخفض من درجة حرارة الانتقال ويكون فى حالة الموصلية الفائقة كليا. ويقيس هذا المجس عدد أزواج كوبر التي تحطمت عند إيداع الطاقة فيه.[2]

المجسات ذات الحافة الانتقالية (TES)

يعتمد النوع الحراري من المجسات الفوتونية علي حقيقة أن المقاومة الكهربائية للموصل الفائق ترتفع بشكل حاد من الصفر إلي قيمتها الاعتيادية فى المدى الضيق جداً من درجة الحرارة الذي تتحول فيه المادة من حالتها فائقة الموصلية إلي حالتها العادية. ويتيح التغير الفجائي فى المقاومة للموصل الفائق أن يعمل عمل ميزان حرارة بالغ الحساسية. ويدعي المجس الذي يستخدم الانتقال الطوري الفائق الموصلية بهذه الطريقة مجساً ذا حافة انتقالية Transition-edge sensor. وحين يمتص المجس TES فوتوناً، تتحول طاقة الفوتون إلي طاقة حرارية ترفع درجة الحرارة ومن ثم تزيد مقاومة المادة بصورة متناسبة مع الطاقة المودعة. ويمكن تبعا للمادة التي تمتص الفوتونات، أن يٌستخدم المجس TES مثل مقياس طيف لقياس طاقة الأشعة السينية وأشعة جاما أو مثل عداد فوتونات عند الأطوال الموجية تحت الحمراء أو حتى المرئية.[3]

تم تطوير أوائل المجسات TES فى الأربعينيات لكنها لم تكن عملية. وكانت المشكلة في أن مدى الانتقال إلي الموصلية الفائقة غالبا ما يكون أقل من جزء من ألف من الدرجة. ولذلك كان من الصعب إبقاء درجة حرارة الجهاز ضمن هذا المدى. وفى عام 1993، تم اكتشاف حيلة بسيطة أمكنت من حل هذه المشكلة. وهي تطبيق جهد كهربي ثابت، وهي تقنية تدعى انحياز الفلطية Voltage biasing. يؤدي الجهد المطبق إلي مرور تيار كهربي عبر المجس TES، وهو ما يرفع درجة حرارته للتسخين. وعند ارتفاع درجة حرارة الانتقال ترتفع المقاومة، و ينقص التيار الكهربي ويتوقف التسخين. وهكذا يعمل التسخين الذاتي ارتجاع Feedback سالب، فيبقي درجة حرارة الغشاء ضمن مجاله الانتقالي. كما أن الارتجاع السلبي يسرع استجابة المجسات. وقد أدي إدخال انحياز الفلطية إلي نمو هائل فى تطوير المجسات الفوتونية TES فى العالم كله.

مجسات الوصلة النفقية فائقة الموصلية Superconducting tunnel junctions

لا يمكن للمجسات الفاصلة لأزواج كوبر أن تعتمد علي التغير فى المقاومة الكهربائية لكي تعطي إشارة امتصاص فوتون. فبخلاف المجس الحراري، يحطم الفوتون الوارد أزواج كوبر ويُكَوِن أشباه جسيمات يمكن اعتبارها بمثابة إلكترونات حرة فى مادة أخري فائقة الموصلية. ويكون عدد أشباه الجسيمات الناتجة متناسبةً مع طاقة الفوتون. ولكن لما كان المجس مبرداً إلي ما دون درجة حرارته الانتقالية بكثير، فلا يزال ثمة بحر من أزواج كوبر السليمة. ولذا تبقي المقاومة الكهربية معدومة. وينبغي أن يحتفظ المجس الفاصل للأزواج بقدرته علي التمييز بين أزواج كوبر وأشباه الجسيمات.

إن أحد الأجهزة القادرة علي القيام بتلك المهمة هو الوصلة النفقية الفائقة الموصلية Superconducting tunnel junctions، المؤلفة من غشائين فائقي الموصلية تفصلهما طبقة رقيقة من مادة عازلة. فإذا كان العازل رقيقا لدرجة كافية (نحو 2 نانومتر)، أمكن للإلكترونات أن تعبر من أحد جانبي الحاجز إلي الجانب الآخر بواسطة خاصية تعرف بالعبور النفقي الكمومي quantum-mechanical tunneling. ويؤدي تطبيق مجال مغناطيسي صغير إلي منع أزواج كوبر من العبور النفقي عبر الوصلة فلا يستطيع العبور إلا أشباه الجسيمات. بعد ذلك يمكن تطبيق جهد كهربي علي الجهاز، فلا يمر تيار إلا حين يمتص أحد الغشائين فائقي التوصيلية فوتوناً يولِد أشباه جسيمات. وتكون نبضة التيار الناتجة متناسبة مع عدد أشباه الجسيمات المستحدثة وإذاً مع طاقة الفوتون وتردده.[4][5]

تطبيقات المجسات فائقة الموصلية

إن المجسات فائقة الموصلية المتاحة اليوم أكثر حساسية 100 إلي 1000 مرة من المجسات العادية التي تعمل عند درجة حرارة الغرفة. وهذه الأجهزة تحسن القياسات فى مدي واسع من المجالات.

منع انتشار الأسلحة النووية والدفاع الوطني

إن إحدي الأولويات الدولية هي مراقبة انتشار المواد النووية التي يمكن أن تستخدم فى هجوم يقوم بيه إرهابيون. وتحتوي المواد النووية على نظائر غير مستقرة تصدر أشعة السينية وأشعة جاما. وتوفر الطاقات المميزة لهذه الفوتونات بصمة تكشف عن ماهية تلك النظائر الموجودة. ولكن لسوء الحظ تصدر بعض النظائر الموجودة فى تطبيقات شرعية وعادية هي الأخرى أشعة جاما ذات طاقات شبيهة بتلك التي تصدرها مواد تستخدم في الأسلحة النووية. وهذا يؤدي إلى تحديد ملتبس وتحذيرات مزيفة. فعلى سبيل المثال، تتمثل الطاقة المميزة لليورانيوم العالي التخصيب فى أشعة جاما ذات طاقة 185.7 كيلو إلكترون فولت الصادرة من يورانيوم 235. لكن أشعة جاما هذه لها نفس الطاقة تقريبا التي تصدر عن الراديوم 226 الموجودة فى الطين فى الحاويات المخصصة للقطط وفى مواد أخري. وهذا يجعل التمييز بين الاثنتين صعبا جدا.

وقد تم تطوير مجسات من قبل مختبر لوس ألاموس الوطني لأشعة جاما مبنية علي أساس تقانة TES وتتمتع بقدرة تمييز طاقية تفوق أكثر من عشر مرات تلك التي للمجسات العادية. إذ تستطيع تلك المجسات فصل عدد أكبر من الخطوط فى أطياف أشعة جاما المعقدة للمواد النووية. وتستطيع التفريق بين اليورانيوم والراديوم والقضاء علي التحذيرات الزائفة.

الكوسمولوجيا (علم الكون)

في السنوات الأخيرة، أتت بعض أهم الاكتشافات حول فهمنا للكون من قياس اشعاع الخلفية الكونية من الموجات الميكروية Cosmic microwave background (CMB). فالفوتونات فى الخلفية الكونية هي صورة لحظية للكون بعد نحو 400000 سنة من الانفجار الأعظم. وهذا بسبب مرور معظم الفوتونات عبر الكون أثناء ال 13 بليون سنة الماضية من دون أي تغير، وأحدثت الموجات الصوتية في بلازما الكون المبكر نماذج إشعاع خلفية CMB يراها الفلكيون اليوم. وقد أظهرت قياسات تلك النماذج، أن 5% من الكون الحالي فقط يتألف من المادة والطاقة العاديتين المألوفتين بالنسبة لنا. وأن نحو 22% هي مادة خفية Dark matter و73% هي حقل غامض يعرف بالطاقة الخفية Dark energy. وقد ساعدت المجسات فائقة الموصلية العلماء علي الوصول إلي طاقات لا يمكن الوصول إليها أبدا بالتجارب الأرضية.

صارت المجسات الفائقة بالإضافة إلي ما تم ذكره من تطبيقات، تستخدم أيضا فى السنكروترونات للتحليل الكيميائي للمعادن في البروتينات وفي عينات أخري. كما ساعدت أيضًا في الكشف الفعال عن بوليمرات بيولوجية كبيرة من شظايا ال DNA، واكتشاف الأدوية وتحليل المركبات الطبيعية. بالإضافة إلي عد الفوتونات عند أطوال موجية تحت الحمراء، المستخدم في الاتصالات.

المصادر

1- Low Temperature particle detectors|
2-Superconducting nanowire single-photon detector
3-Transition-edge sensor
4-Quantum Tunneling
5-Superconducting tunnel junction

تصدرت سوريا بممالكها التاريخية المقام الرفيع في سلم الحضارة الانسانية، كمملكة أوغاريت التي تعد من أهم ممالك الشرق القديم. نأخذكم معنا في هذا المقال في رحلة إلى مملكة أوغاريت في سوريا.

موقع مملكة أوغاريت

 تقع مملكة أوغاريت على تل أثري يسمى رأس شمرا ، على ساحل البحر الأبيض المتوسط في شمال سوريا. ومن ناحية أخرى كانت مركزًا اقتصاديًا رئيسيًا في الشرق الأدنى القديم وبمثابة مركز تجاري رئيسي بين مصر وآسيا الصغرى وبلاد ما بين النهرين. فقد تم اكتشافها بالصدفة على بعد حوالي نصف ميل من الشاطئ من قبل مزارع كان يحرث أرضه. وفيما بعد بدأت الحفريات في عام 1929 من قبل بعثة أثرية فرنسية تحت إشراف كلود شيفر. [1]

أبجدية مملكة أوغاريت

 الأبجدية في مملكة أوغاريت كان عبارة عن نظام كتابة مسماري استخدم على الساحل السوري من القرن الخامس عشر إلى القرن الثالث عشر قبل الميلاد. يُعتقد أنه تم اختراعه بشكل مستقل عن أنظمة الكتابة المسمارية الأخرى والأبجدية الخطية الشمالية السامية ، المكتوبة من اليسار إلى اليمين. وهي مكونة من ثلاثين رمزًا تتضمن ثلاثة أصوات للحروف المتحركة ، على عكس 22 حرفًا ثابتًا في الأبجدية السامية الشمالية.

كما كُتبت الوثائق الأوغاريتية على ألواح طينية بقلم إسفيني الشكل وتعود إلى القرنين الخامس عشر والرابع عشر قبل الميلاد. بذلك تم العثور عليها لأول مرة في أوغاريت (رأس شمرا) على الساحل السوري في عام 1929.[2]

الديانة في مملكة أوغاريت

يفترض علماء الآثار أن المعبد كان مكونًا من فناء مغلق وفي وسطه وُجِدَ أول مذبح حجري. وراء جدران الباحة الأولى تواجدت الحرم المخصصة لإله المدينة بعل. بالإضافة إلى ذلك مجمًعْ الأرباب الإلاهي في مملكة أوغاريت، ضم العديد من الآلهة كالاله بعل، إله العاصفة والمطر الخصيب، وغالبًا ما توج بالذهب .[3]

الاكتشافات في مملكة أوغاريت

تم الكشف ايضاً عن العديد من الطرق المعبدة والمنازل الجميلة والمباني السكنية والمباني الإدارية والحكومية. ومن أفضل الاكتشافات هي المكتبة الفخمة في القصر الملكي الذي يعتبر من أفخم القصور في الشرق القديم ، بمساحة تقدر بـ 10.000 متر مربع بالإضافة إلى مجموعة من المدافن والمقابر في الجهة الجنوبية وعلى الخلفية. من الأرشيف المكتوب الكبير الذي تم العثور عليه في القصر الشمالي ، والذي يعود تاريخه إلى عهد الملك عميشتارو.

تم الكشف ايضاً عن أقدم نغمة مسجلة في العالم  عمرها 3400 عام هذا هو الترنيمة الحورية ٦ مكرسة لزوجة إله القمر. كما انها وجدت في أوغاريت في سوريا القديمة. وبذلك يمكنك الاستماع إليها من هنا: [4]

أوغاريت وعلاقاتها التجارية

أن للتجارة أهمية بالنسبة لأوغاريت وهذا ما نلمسه من خلال تشجيع ملوك أوغاريت للتجارة إذ وجدت آثار كثيرة للنحاس والبرونز في الميناء إضافة إلى كتل كبيرة من الرصاص وبما ان كان لاوغاريت علاقات تجارية مع كثير من الدول كمصر هذا يعطي دليلها مصدر مصري وهو عبارة عن لوحة من مدفن في طيبة يعود إلى حوالي 1400 قبل الميلاد. ويظهر سفناً من الطراز المصري مزدحمة بطاقم من العمال الفينيقيين يفرغون الحمولة في مدينة مصرية ( لعلها طيبة).

ووجدت ايضًا مجموعة كبيرة من المنحوتات المستوردة من مصر ومنها منحوتة تمثل شخصًا يدعى سنوسرت. فكانت أوغاريت دائمًا في نصوص إيبلا ايضًا , لأن التجار المصريون كانوا يأتون إليها عن طريقها حاملين بضائعهم المختلفة ويعودون ومعهم اللازورد والاخشاب وغير ذلك.[2]

الأرض والسكان

كانت أراضي مملكة أوغاريت قرابة 2000 كيلو متر مربع,  وهي غنية بأمطارها وكثرة مصادر مياهها. كما تؤكد ذلك الوثائق المكتشفة التي تشير إلى انتشار الأعمال الزراعية ولعل أهم المحاصيل المنتجة الحبوب و الاعناب والزيتون, كما اهتموا بالحدائق والبساتين فضلًا عن تربية المواشي.

لم يشكل سكان أوغاريت وحدة متماثلة ففضلًا عن الأوغاريتيين الذين يشكلون الجزء الرئيس من السكان ويتكلمون بإحدى  اللغات الجزرية وهي الأمورية كان الحوريين يشكلون جزءًا مهمًا من سكان المدينة. أما عن أصل سكان مملكة أوغاريت فهم من الكنعانيين والذين أطلق اليونانيين عليهم اسم (الفينيقيين) الذين اشتهروا بإنتاج الصبغة القرمزية من مواقع البحر وكما سكنوا المناطق الممتدة من فلسطين وصولًا إلى الشمال السوري ومنها أوغاريت وأصبحوا يتكلمون لغة واحدة نجد أقدم أشكالها على الرقم الطينية بحروف مسمارية.

نهاية مملكة أوغاريت

أكدت الدراسات و الأبحاث أن نهاية هذه المملكة كانت عنيفة إذ أُبيدت أوغاريت ومملكتها حوالي عام 1180 قبل الميلاد. فهناك عدة فرضيات عن نهاية أوغاريت: حيث تقول الفرضية الأولى: إن أوغاريت قد دمرت بزلزال عنيف ضربها إلى غير عودة أما الفرضية الثانية: فترى أن أوغاريت تعرضت لاكتساح مدمر من قبل غزاة عرفوا بشعوب البحر وهذا أدى إلى الحاق الخراب و الحريق والدمار في المدينة.[4]

المصادر:

Britannica.com _1
UNESCO _2
Academia.edu _3
4_ Archaeology.com

الثلج الجاف هو ثاني أكسيد الكربون الصلب المتجمد (CO₂)على عكس الثلج العادي الذي يكون عبارة عن ماء متجمد. كما يوحي الاسم، فإن الثلج الجاف لا يذوب عند تعرضه لدرجة حرارة الغرفة أو الحرارة. وبدلًا من ذلك، يتحول مباشرة إلى غاز، المعروف أيضًا باسم “التسامي – sublimation “. يتجمد ثاني أكسيد الكربون ويظل متجمدًا عند درجة حرارة أقل من 78.5- درجة مئوية (109- درجة فهرنهايت). من ناحية أخرى، يتجمد الجليد العادي عند درجات حرارة أقل من 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت). هذا الاختلاف الهائل في درجة حرارة التجمد هو ما يجعل استخدام الثلج الجاف للتخييم طريقة رائعة للحفاظ على طعامك باردًا لفترة أطول. كما أنه لن يترك طعامك يفسد في السائل عندما يذوب. وكمكافأة مثيرة للاهتمام، يمكن أيضًا أن يبعد البعوض عن خيمتك لأن البعوض ينجذب إلى غاز ثاني أكسيد الكربون. ولكن لماذا لم يعد هذا الشكل البديل الرائع من الجليد شائعًا بعد؟ حسنًا، ذلك لأن الثلج الجاف ليس مثاليًا – ناهيك عن أنه خطير بعض الشيء إذا تم استخدامه بشكل غير صحيح. في هذا المقال، سنتعرف على الثلج البارد ومخاطره وكذلك استخداماته في الصناعات المختلفة.

ما هو الثلج الجاف وكيف تم اكتشافه؟

الثلج الجاف هو الشكل الصلب لثاني أكسيد الكربون (CO₂) الذي يستخدم عادة للتبريد المؤقت حيث أن ثاني أكسيد الكربون لا يحتوي على حالة سائلة عند الضغط الجوي العادي ويتصاعد مباشرة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية. تم ملاحظة الجليد الجاف لأول مرة في عام 1835 من قبل الكيميائي الفرنسي تشارلز ثيلورييه عندما فتح أسطوانة تحتوي على كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون السائل لمراقبته في شكل سائل. تبخر ما يكفي منه لترك كتلة ثلج جافة صلبة في قاع الحاوية. وعلى مدار الستين عامًا التالية، تمت ملاحظته في مختبرات الجامعة ولكن لم يتم استخدامه في أي تطبيقات عملية. وحتى اليوم، يمكن لأي شخص أن يأخذ أسطوانة معدنية من ثاني أكسيد الكربون السائل (مثل طفاية حريق ثاني أكسيد الكربون)، ويفتح الصمام، ويلاحظ سحابة الغاز المتسربة مع تحول جزء منها إلى ثلج جاف وثلج مسحوق. ومع ذلك، لم يكن هناك أي استخدام عملي فوري لهذه المادة حتى عشرينيات القرن العشرين عندما وجدت أخيرًا منزلًا تجاريًا حقيقيًا مع شركة Perst Air Devices. منذ ذلك الحين، تم استخدامه في مجموعة متنوعة من الصناعات، بما في ذلك الأغذية والزراعة والترفيه والشحن والتعبئة والتغليف [1].

ما هو الفرق بين الثلج الجاف والثلج العادي؟

يتم استخدام الثلج الجاف والثلج العادي للتبريد، لكن لديهم بعض الاختلافات الرئيسية. فيما يلي بعض الاختلافات الرئيسية بين الثلج الجاف والثلج العادي [2] :

ثلج جاف:

• مصنوع من ثاني أكسيد الكربون المتجمد وهو أبرد بكثير من الجليد العادي، حيث تبلغ درجة حرارته حوالي 109.3- درجة فهرنهايت (78.5- درجة مئوية).
• لا يذوب مثل الجليد العادي، ولكنه يتسامى مباشرة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية، مما يعني أنه لن يجعل الأشياء مبللة.
• أخف من الثلج العادي مما يسهل نقله.
• يمكن أن يكون أكثر تكلفة من الثلج العادي، ويتطلب معالجة خاصة وتهوية لتجنب التعرض لمستويات عالية من ثاني أكسيد الكربون.
• يمكن استخدامه مع الثلج العادي لإطالة عمره.

الثلج العادي:

• مصنوع من الماء المتجمد وهو أرخص ويمكن الوصول إليه على نطاق أوسع.
• يذوب بمرور الوقت، مما قد يجعل الأشياء مبللة.
• أثقل من الثلج الجاف، مما قد يزيد من صعوبة نقله.
• متوفر بسهولة ويمكن شراؤه من العديد من محلات البقالة.
• يمكن استخدامه مع ثلج جاف للحفاظ على برودة العناصر لفترات أطول من الوقت.

باختصار، الثلج الجاف أبرد بكثير من الثلج العادي، ولا يذوب، وأخف وزنًا، لكنه قد يكون أكثر تكلفة ويتطلب معالجة خاصة. الثلج العادي أرخص ومتاح على نطاق أوسع، لكنه يذوب ويمكن أن يجعل الأشياء مبللة. كلا النوعين من الجليد لهما إيجابيات وسلبيات، ويتم استخدامهما في ظروف مختلفة حسب الموقف.

ما هي مخاطر استخدام الثلج الجاف بدلًا من الثلج العادي؟

قد يؤدي استخدام الثلج الجاف بدلاً من الثلج العادي إلى بعض المخاطر بسبب خصائصه الفريدة. فيما يلي بعض المخاطر المرتبطة باستخدام الثلج الجاف [3]:

الحروق: لمس الثلج الجاف بالجلد العاري يمكن أن يسبب حروقًا، كما أن التعرض له لفترة طويلة يمكن أن يسبب قضمة الصقيع.

قضمة الصقيع: لا تلمسه ببشرتك لكن استخدم الملقط أو القفازات المعزولة (السميكة) أو قفاز الفرن. نظرًا لأن درجة حرارته باردة جدًا، ويمكن أن يسبب قضمة صقيع شديدة إذا لامس الجلد.

الانفجار: يمكن أن يتسبب في انفجار الحاويات إذا تم تخزينه في حاوية محكمة الإغلاق أو إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح. لا تقم أبدًا بتخزينه في حاوية محكمة الإغلاق. عندما يذوب يتحول من مادة صلبة مباشرة إلى غاز، ومن ثم يتراكم الغاز في الحاوية حتى ينفجر. سوف تتطاير القطع الحادة من الحاوية في كل مكان. تأكد من تهوية الحاوية الخاصة بك. أفضل مكان لتخزينه هو في صندوق من الستايروفوم مع غطاء فضفاض.

التعرض لثاني أكسيد الكربون والاختناق: يمكن للثلج الجاف أن يطلق غاز ثاني أكسيد الكربون أثناء تساميه، مما قد يحل محل الأكسجين ويؤدي إلى الاختناق في المناطق سيئة التهوية مما يسبب ويسبب فقدان الوعي أو حتى الموت.

تشقق الأسطح: لا يُوضع مباشرة على أسطح العمل. يمكن أن تتسبب درجة الحرارة الباردة في تشقق السطح.

وأيضًا، لا تقم بتخزينه في الفريزر الخاص بك. سيؤدي ذلك إلى أن يصبح الفريزر الخاص بك باردًا جدًا وقد يتم إيقاف تشغيل الفريزر الخاص بك. ومع ذلك، إذا فقدت الطاقة لفترة طويلة من الزمن، فإن الثلج الجاف هو أفضل وسيلة للحفاظ على برودة الأشياء. من المهم التعامل بعناية واتباع احتياطات السلامة المناسبة لتجنب هذه المخاطر. ويشمل ذلك ارتداء القفازات والنظارات الواقية، واستخدامه في مناطق جيدة التهوية، وتخزينه في حاوية جيدة التهوية.

ما هي تطبيقات الثلج الجاف في مختلف الصناعات؟

فيما يلي بعض الاستخدامات الأكثر شيوعًا للثلج الجاف [4,5]:

التبريد والحفظ: يُستخدم بشكل شائع للحفاظ على برودة العناصر أثناء النقل، مثل المواد الغذائية والإمدادات الطبية والعينات البيولوجية.

التنظيف السريع: يمكن استخدامه لتنظيف الأسطح، مثل إزالة الطلاء أو تنظيف المعدات الصناعية.

المؤثرات الخاصة: يمكن استخدامه لإنشاء تأثيرات الضباب أو الدخان في العروض المسرحية والحفلات الموسيقية وغيرها من الأحداث.

التطبيقات الطبية: يُستخدم كذلك في الصناعة الطبية لتخزين العينات البيولوجية ونقل الإمدادات الطبية الحساسة لدرجة الحرارة.

تركيب الانكماش: يمكن استخدامه لتقليص الأجزاء المعدنية معًا.

التجميد السريع: يُستخدم لتجميد المنتجات والمأكولات البحرية وغيرها من الأطعمة بسرعة.

إزالة بق الفراش: يمكن استخدامه لجذب بق الفراش وإزالته.

جعل النباتات تنمو بشكل أسرع: يمكن استخدامه لزيادة مستوى ثاني أكسيد الكربون في الصوبة ـــ greenhouse، مما يمكن أن يعزز نمو النباتات.

التبريد أثناء عمليات الصناعة الكيميائية: في بعض التطبيقات، من المفيد أن تكون قادرًا على تبريد أو تبريد أو تجميد مادة بسرعة أثناء العملية. يمكن استخدام طاقة التبريد والبرودة الشديدة للثلج الجاف لإبطاء أو حتى إيقاف بعض التفاعلات الكيميائية. كما أنه يُستخدم أيضًا لتحييد القلويات وإنتاج “نقاط ـــ Traps” باردة توفر أسطحًا ذات درجة حرارة منخفضة جدًا يمكن للجزيئات أن تتكثف عليها.

هذه مجرد أمثلة قليلة على الاستخدامات العملية العديدة للثلج الجاف. إن تنوعها وخصائصها الفريدة تجعلها أداة قيمة في مجموعة متنوعة من الصناعات.

الثلج الجاف مادة متعددة الاستخدامات ولها استخدامات عديدة. من المهم استخدامه بشكل آمن ومسؤول، لأنه يمكن أن يسبب قضمة الصقيع وإصابات أخرى إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح. ومع ذلك، عند استخدامه بشكل صحيح، يمكن أن يكون أداة قيمة لمجموعة متنوعة من الأغراض. وإذا كنت تستخدمه لأول مرة، فمن الجيد استشارة أحد المتخصصين للحصول على مزيد من المعلومات حول التعامل والاستخدام الآمن.

المصادر

1. Dry Ice History | Dry Ice Info
2. Dry Ice vs Regular Ice: Pros and Cons
3. Dry Ice Safety | National Weather Services
4. Dry Ice Applications | Dry Ice UK
5. 17Uses of Dry Ice – Commercial, Industrial, & Scientific Uses | TechieScientist