II نظرية الأطباق ونشوء القارات والمحيطات II

تمهيد:

نظرية الأطباق التكوتونية هي عبارة عن مجموعة من الآراء والأفكار جاءت لتفسر الكثير من الظواهر الجيولوجية السطحية وتحت السطحية. وهي الآن النظرية الأكثر قبولاً في الأوساط العلمية، فهي الأقدر على تفسير الظواهر الطبيعية مثل توزيع الجبال والمحيطات والجزر القوسية والزلازل والبراكين وغيرها.

أولاً: تاريخ نظرية الأطباق:

ظهرت نظرية الأطباق التكتونية عام (1968) على يد مجموعة من العلماء، ولكن الأسس التي قامت عليها كانت موجودة قبل ذلك بزمن طويل. ويمكن القول إن هناك عدد من النظريات والأفكار والمكتشفات العلمية التي مهدت لظهور نظرية الأطباق المتحركة، أهمها:

(1) نظرية زحزحت القارات (Continental Drift Theory) .

(2) نظرية انتشار قاع المحيط (Sea Floor Spreading Theory) .

(3) نظرية تيارات الحمل الحراري (Thermal Convection Currents Theory) .

(4) أدلة المغناطيسية القديمة (Paleomagnetism) المتمثلة بكل من:

· تجوال القطب الظاهري (Apparent Polar Wandering) .

· الانقلابات المغناطيسية (Magnetic Reversals) .

ثانياً: فكرة نظرية الأطباق:

تنص نظرية الأطباق التكتونية على أن القشرة الأرضية هي ليست كتلة واحدة متصلة مع بعضها، كما تفترض نظرية الأحواض الترسيبية القديمة (نظرية الجيوسنكلاين Geosyncline ) ، بل هي عبارة عن مجموعة من الكتل الصخرية المحطمة التي تشبه مجموعة من الأطباق المقلوبة الموضوعة على سطح كرة، وميزة هذه الأطباق أنها متحركة وليست ثابتة .

تُقسم القشرة الأرضية في وقتنا الحالي وفق هذه النظرية إلى عدد من الأطباق (Plates) المتفاوتة الأبعاد، وهي سبعة أطباق رئيسة وعدد من الأطباق الثانوية الصغيرة، ولما كانت هذه الأطباق في حالة حركة مستمرة فهي في حالة تغير مستمر في الشكل والحجم إذ أنها تتحرك بمعدلات سرعة مختلفة في المقدار ولاتجاه (الشكل1).

الأطباق الرئيسة هي: (1) الطبق الهادي (Pacific Plate) ، (2) طبق أوراسيا (Eurasian Plate) ، (3) طبق أمريكا الشمالية (North American Plate) ، (4) طبق أمريكا الجنوبية (South American Plate) ، (5) الطبق الأفريقي (African Plate) ، (6) الطبق الهندي (Indian-Australian Plate) ، (7) طبق القارة القطبية الجنوبية (Antarctic Plate) .

الأطباق الثانوية هي: (1) الطبق الفلبيني (Philippine plate) ، (2) الطبق العربي (Arabian Plate) ، (3) الطبق الكاريبي (Caribbean plate) ، (4) طبق نازكا (Nazca Plate) ، (5) طبق القوقاز (Cocos Plate) ، وعدد آخر من الأطباق التي لم تحدد أبعادها بدقة حتى الآن.

II نظرية الأطباق ونشوء القارات والمحيطات II 1

الشكل (1): مواقع الأطباق التكتونية الرئيسة والثانوية واتجاهات حركتها النسبية (Duxbury and Duxbury,1997) .

ثالثاً: أغلفة الأرض:

لكي نفهم الأسباب الكامنة وراء حدوث الحركة في الأطباق المكونة للجزء الخارجي من الأرض علينا أولاً أن نعرف التقسيم العمودي للأرض (الشكلين 2 و 3). هناك تقسيمين عموديين للأرض، الأول يعتمد على المكونات الكيميائية والثاني يعتمد على الخصائص الفيزيائية (Hamblin and Christiansen,1998) .

(1) التركيب الداخلي للأرض اعتماداً على المكونات الكيميائية:

تُقسم الأرض اعتماداً على تركيبها الكيميائي (Chemical Composition) أو مكوناتها المعدنية إلى ثلاث أغلفة رئيسة هي (من الخارج إلى الداخل):

· القشرة (Crust) : هي الجزء الخارجي القاسي من الأرض الذي يتألف من عناصر مختلفة تشكل الصخور التي لا تختلف كثيراً فيما بينها في الخصائص الفيزيائية أو الميكانيكية. والقشرة تكون (2 %) من حجم الأرض و(2 %) من كتلة الأرض. والقشرة الأرضية تتكون من جزأين هما: القشرة القارية (Continental crust) يبلغ سمكها (75 كم)، وهي تتكون من صخور كرانيتية (Granitic Rocks) كثافتها حوالي (2.7 غم/ سم 3)، وهي معرضة إلى التشويه بشكل كبير وتحتوي على صخور يصل عمر أقدمها إلى (3800 بليون سنة). بينما القشرة المحيطية (Oceanic crust) يصل سمكها إلى (8 كم)، وهي تتكون من صخور بركانية تدعى البازلت (Basalt) كثافتها
(3 غم/سم 3)، وهي بصورة عامة غير متعرضة للتشويه بواسطة عملية الطي، وهي احدث عمراً إذ يصل عمر أقدمها إلى (200 مليون سنة). هذه الاختلافات بين القشرتين القارية والمحيطية ضرورية جداً لفهم الأرض.

· الجبة (Mantle) : وهو الغلاف الثاني في الأرض، يبلغ سمكه حوالي (2900 كم) وهو يكون الجزء الأكبر من الأرض، إذ انه يشكل (82 %) من حجم الأرض و (68 %) من كتلة الأرض. تتكون الجبة من الصخور السليكاتية (Silicate Rocks) تتكون من السيليكون والأوكسجين (SiO 4) وكذلك يحتوي على الحديد والمغنيسيوم. أجزاء من الجبة تظهر على سطح الأرض بواسطة الانفجارات البركانية. وبسبب ضغط الطبقات الصخرية العليا فان الكثافة تزداد مع العمق من (3.2 غم/ سم 3) في الجزء العلوي من الجبة إلى (5 غم/سم 3) بالقرب من حافته مع اللب.

· اللب (Core) : هو الجزء المركزي من الأرض الذي يمتد من عمق (2900 – 6370 كم) أي إلى مركز الكرة الأرضية. كثافته تزداد مع العمق ولكن معدلها حوالي (10.8 غم/ سم 3). يشكل اللب (16 %) فقط من حجم الأرض ولكنه يشكل (32 %) من كتلة الأرض وذلك بسبب كثافته العالية. الأدلة غير المباشرة تشير إلى أن اللب يتكون بصورة رئيسية من فلز الحديد، لذلك فانه يختلف عن الجبة المكونة من المواد السيليكاتية.

الشكل (2): تقسيمات الأرض الداخلية اعتماداً على الخصائص الفيزيائية والخصائص الكيميائية
(Hamblin and Christiansen, 1998) .

موضوع روعة

موضوع غريب بس حلو

مششششششششششششششششششششششششكور

(2) التركيب الداخلي للأرض اعتماداً على الخصائص الفيزيائية:

أما اعتماداً على الخصائص الميكانيكية أو الفيزيائية (Mechanical or Physical Properties) ، أو ما تسمى أيضاً بالخصائص الريولوجية (Rheology) والتي نعني بها طريقة أو أسلوب استجابة المادة للإجهادات المسلطة عليها، فأن الأرض تقسم (من الأعلى إلى الأسفل) إلى ثلاث أغلفة رئيسة هي:

· الغلاف الصخري (Lithosphere or Rock Sphere) : يشمل هذا الغلاف كل من القشرة والجزء العلوي الصلب من الجبة العليا. وهو غلاف بارد وصلب ذو سمك متغير، إذ يتراوح سمكه من (50 كم) في المناطق المحيطية و(150كم) في المناطق القارية. إن جميع الأطباق الأرضية المتحركة التي مر ذكرها سابقاً تابعة إلى الغلاف الصخري هذا.

· الغلاف الواهن (Asthenosphere or Weak Sphere) : يشمل هذا الغلاف النطاق الانتقالي للجبة والجزء السفلي شبه المائع من الجبة العليا. وهو غلاف حار شبه مائع يصل سمكه إلى حوالي (600 كم) لأنه يمتد من أسفل الغلاف الصخري (معدل عمقه 100 كم) لغاية الحد الفاصل بين الجبة العليا والنطاق الانتقالي (على عمق 700 كم). الجزء العلوي من هذا الغلاف يتمثل بنطاق السرعة الواطئة (Low Velocity Zone) الذي يكتب اختصاراً (LVZ) وهو عبارة عن نطاق تعاني فيه الموجات الزلزالية نقصان حاد ومفاجئ في سرعها (بينما تزداد سرع الموجات الزلزالية بشكل عام كلما ازداد العمق). وربما هذا الانخفاض في سرعة الموجات الزلزالية يعود إلى وجود صخور منصهرة، إذ يعتقد أن هذه المادة المنصهرة توجد في هيئة جيوب محددة كخليط بين صهارة وبلورات. ورغم وجود هذه المادة ذات السرعة البطيئة تحت القشرة المحيطية وتحت أجزاء من القارات إلا أنها لا تحيط بالأرض تماماً، فقد لوحظ انعدام وجودها تحت مناطق الدروع (Shields) التي تشكل المناطق المستقرة من القارات (الشكل 5) .

· الغلاف المتوسط (Mesosphere or Middle Sphere) : يشمل هذا الغلاف الجبة السفلى، وهو غلاف صلب وقوي يمتد من عمق (350 ـ 500 كم) إلى الحد الفاصل بين الجبة واللب أي إلى عمق (2900 كم) وهذا يعني أن سمكه يبلغ حوالي (2400 كم). ولا يلعب هذا الغلاف دوراً مهماً في حركة الأطباق.

· اللب الخارجي (Outer Core) : وهو الجزء السائل من لب الأرض والذي يمتد من عمق (2900 إلى 5150 كم) أي أن سمكه يبلغ حوالي (2270 كم).

· اللب الداخلي (Inner Core) : وهو الجزء الصلب من لب الأرض والذي يمتد من عمق (5150 إلى 6370 كم) أي إلى مركز الأرض وهذا يعني أن سمكه يبلغ (1200 كم).

رابعاً: أسباب حركة الأطباق الأرضية:

في عام (1960م) افترض هاري هيس (Harry Hess) من جامعة برنستون أن غلاف الانسياب يعاني من وجود تيارات حمل حراري (Thermal Convection Currents) تشبه حركة الماء المغلي في دورق (شكل 3)، تعمل على تحريك الأطباق المكونة للغلاف الصخري، إذ أن المواد المنصهرة أو شبه المائعة الموجودة في غلاف الانسياب تصعد نحو الأعلى بمعدل (1 سم/سنة) نتيجة لارتفاع درجة حرارتها والذي يؤدي إلى زيادة حجمها وبالتالي نقصان في كثافتها. وإن سبب ارتفاع درجة حرارة الصهير يعود إلى الحرارة المتولدة من النشاطات الإشعاعية للمواد المشعة الموجودة في غلاف الانسياب. وعند وصول الصهير بالقرب من الغلاف الصخري البارد تنخفض درجة حرارة الصهير لذلك فانه يتحرك جانبياً أسفل الغلاف الصخري حتى تنخفض درجة حرارته إلى حد يسمح له بزيادة كثافته وبالتالي هبوطه إلى الأسفل مرة أخرى. كل دورة من دورات تيارات الحمل هذه تسمى خلية حرارية (Thermal Cell) وهي التي تكون مسئولة عن حركة الأطباق، إذ أن حركة الصهير نحو الجوانب تعمل على تحريك الأطباق الواقعة فوقها. عند حركة تيارات الحمل في خليتين متجاورتين باتجاهين متقابلين فان الطبقين الأرضيين سوف يتحركان نحو بعضهما، أما في حالة حركة تيارات الحمل في خليتين متجاورتين باتجاهين متباعدين فان ذلك يؤدي إلى تباعد الطبقين عن بعضهما (Hamblin and Christiansen, 1998) .

II نظرية الأطباق ونشوء القارات والمحيطات II 3

الشكل (3): تيارات الحمل الحراري ودورها في حركة الإطباق. حركة تيارات الحمل تشبه حركة الماء الساخن في دورق (موقع USGS على الانترنيت).

نماذج حركة تيارات الحمل الحراري: من التساؤلات التي ما تزال موضوعاً للنقاش، هل توجد تيارات الحمل الحرارية في منطقة الجبة كلها أم تنحصر في الجزء العلوي منها؟ وهل يمثل دورانها عمليات مستمرة دون انقطاع أم أنها تمثل عمليات متقطعة تحدث لعدة ملايين من السنين فقط عندما تصل درجة الحرارة إلى مستويات تساعد على عملية دوران مواد الجبة الأرضية؟ وهل هي مستمرة أم تنتهي بعد فترة؟ وهل تغير الخلايا الحرارية أماكنها أم تبقى ثابتة طوال العصور الجيولوجية المختلفة؟ كل هذه تساؤلات لا تزال دون إجابة واضحة ومحددة. رغم ذلك نجد أن هناك العديد من النماذج التي اقترحت لحركة تيارات الحمل الحراري، ولكن هناك نموذجان يعدان الأكثر قبولاً في الوقت الحالي من قبل العلماء ( Hamblin, 1985 في الموسوي وكريم، 1991)، هذان النموذجان هما:

النموذج الأول: يظهر هذا النموذج أن جميع منطقة الجبة الأرضية تشترك في تيارات الحمل المسببة لحركة الأطباق (الشكل 3)، وأن الجبة بذلك تكون مقسمة إلى عدد من الخلايا الحرارية المتجاورة حيث ترتفع التيارات إلى الأعلى وتصل إلى الغلاف الصخري وتتحرك باتجاه أفقي ثم تنحدر بعد ذلك إلى الأسفل بسبب زيادة كثافتها نتيجة للفقدان الحراري الذي تتعرض له بسبب قربها من السطح، وعندما تتحرك هذه التيارات نحو الأسفل فأنها تسحب الغلاف الصخري مسببة بذلك حركة الأطباق التي فوقها بنفس الاتجاه، ففي حالة خليتين حراريتين متجاورتين باتجاهين متقابلين ينتج عن ذلك حركة تقارب للأطباق التي فوقها، أما في حالة حركة خليتين باتجاهين متباعدين فسينتج عن ذلك تباعد الطبقين اللذين فوقهما وانتشارهما.

النموذج الثاني: يظهر هذا النموذج أن تيارات الحمل الحرارية محصورة في الغلاف الواهن (Asthenospher) العائد للجبة الأرضية (الشكل 4). وعلى ضوء هذا النموذج فان العناصر الثقيلة تتركز في منطقة اللب في حين تتركز العناصر الأقل كثافة من المعادن السليكية في منطقة الجبة الأرضية. ومن المعتقد أنه خلال عملية التمايز أو الفصل أو التفاضل (Differentiation) هذه فان العناصر المشعة تندمج في معادن الغلاف الواهن. وتصاحب عملية تحول هذه العناصر المشعة نشاطات حرارية تؤدي إلى صهر أو إذابة الصخور في الغلاف الواهن وتحويلها إلى تدفق أو جريان مرن مما يؤدي إلى صعود المواد الأقل كثافة إلى الأعلى من خلال أنظمة تيارات حمل حرارية وعندما تقترب هذه التيارات من السطح تفقد حرارتها فتزداد كثافتها وتهبط ثانية وهكذا.

II نظرية الأطباق ونشوء القارات والمحيطات II 4

الشكل (4): مقطع عرضي في الكرة الأرضية يبين أغلفتها الداخلية المختلفة وطبيعة حركة تيارات الحمل فيها وشكل ريش الجبة (Mantle Plumes) (Hamblin and Christiansen, 1998) .

إن حقيقة ما يحدث داخل منطقة الجبة هو بالتأكيد أكثر تعقيداً مما هو ممثل في النموذجين السابقين، وذلك بسبب تداخل عوامل عديدة أخرى مع حركة تيارات الحمل الحرارية في منطقة الجبة، فهناك مثلاً ريش الجبة (Mantle Plumes) التي ترتفع من المنطقة الحدودية بين الجبة واللب والتي تكون البقع الحرارية (Hot Spots) على سطح الأرض (الشكل 4). إضافة إلى تأثير عمليات الاحتكاك على طول حدود الأطباق في كبح أو تقليل حركة الأطباق. ولما كانت الطاقة اللازمة لتشغيل هذا النظام الحركي موروثة من مراحل التكوين الأولى للأرض وليست قابلة للتعويض فهذا يعني أن الطاقة داخل الأرض، ونفس الشيء بالنسبة للشمس، ستنفذ يوماً ما في المستقبل وإذا ما حدث هذا فلن تكون هناك طاقة كافية لحركة الأطباق وبالتالي توقف النشاطات البركانية والزلزالية وتوقف عمليات بناء الجبال والخنادق المحيطية، وستصبح الأرض كوكباً ميتاً يستمد طاقته الجديدة من مصادر خارجية فقط (الموسوي وكريم، 1991).

خامساً: أنواع الحافات بين الأطباق:

اعتماداً على اتجاه الحركة النسبية بين الأطباق الأرضية فان الحافات بين الأطباق تقسم إلى ثلاث أنواع رئيسة هي:

(1) الحافات الانتشارية، (2) الحافات التصادمية، (3) الحافات الانتقالية (الشكل 5)، وفيما يلي شرح مبسط لكل منها:

II نظرية الأطباق ونشوء القارات والمحيطات II 5

الشكل (5): الحافات التباعدية المتمثلة بحواجز وسط المحيط والحافات التصادمية المتمثلة بالخنادق
(Hamblin and Christiansen, 1998) .

لقد تم حساب سرعة حركة الاطباق باستخدام طريقتين رئيسيتين هما:

أولاً: طريقة المقياس الزمني للطباقية المغناطيسية: سرعة حركة طبق ما نسبة إلى طبق آخر يمكن حسابها بواسطة بيانات الانقلابات المغناطيسية على قاع المحيط، وذلك باستخدام المقياس الزمني للطباقية المغناطيسية (Time Scale of Magnetic Stratigraphy) . النظام الزمني هو تذبذب الحقل المغناطيسي الارضي، فخلال المليوني سنة الاخيرة تغير الحقل المغناطيسي الارضي بين القطبية الاعتيادية (Normal Polarity) المتمثلة بالقطبية الارضية في الوقت الحالي ، وبين القطبية المعكوسة (Reverse Polarity) التي يكون فيها موقع القطب الشمالي بدل القطب الجنوبي. تغير الحقل المغناطيسي من القطبية الاعتيادية الى المعكوسة وبالعكس يكون بفترات غير منتضمة، فبعضها يكون قصيراً بحدود (20000) سنة، ولآخر يكون اطول من (10) ملاين سنة. نمط هذه الساعة الــــ غير منتظمة (Irregularly ticking clock) تكون معروفة ومقسمة بواسطة التاريخ الاشعاعي (Radiometric Dates) . لذلك فأن نمط الانقلاب المغناطيسي في الصخور على قاع المحيط يمكن أن تستخدم لتقييم خطوط الزمن المغناطيسي المسماة بخطوط تساوي الزمن (Isochrons) التي تكون مشابهة لاستخدام حلقات النمو في جذوع الاشجار (Tree Rings) وبالتالي يمكن ايجاد عمر الصخور على قاع المحيط.

نمط الانقلابات المغناطيسية تترك اثرها على صخور قاع المحيط وبالتالي يمكن حساب سرعة حركة الاطباق من خلالها. كما هو مبين في (الشكل 12) فان خطوط الزمن المغناطيسي تكون متناظرة على جانبي الحاجز المحيطي الذي ادى الى تكونها. المسافة بين محور الحاجز المحيطي إلى أي من خطوط تساوي الزمن تبين كمية أو مقدار بناء قاع المحيط خلال فترة من الزمن. لذلك كلما كانت المسافة بين خطوط تساوي الزمن كبيرة كلما كانت حركة الاطباق سريعة.

ثانياً: طريقة الاقمار الصناعية وأشعة الليزر (The Satellites and Lasers) : حزمة ضيقة من الضوء تصدر من الارض بشكل حزمة ليزيرية باتجاه مدار معروف لقمر صناعي. يعود الضوء الى الارض مرة اخرى ويحسب زمن الذهاب والاياب. هذه الطريقة تسمح بحساب موقع اشعة الليزر بدقة تصل الى السنتمتر. اذا تم حساب مواقع عدد من المحطات على عدد من الاطباق فان حساب المسافة بين الاطباق يصبح ممكناً ايضاً، وبالتالي يمكن حساب سرعة واتجاهات حركة الاطباق باخذ موقع عدد من المحطات خلال فترات زمنية متعاقبة.

» تحرك القارات واختفاء البحرين الأحمر والمتوسط