علوم الأرض12 فصل أول

حدود الصفائح

استكشاف بنية الأرض

لصعوبة الوصول مباشرة إلى باطن الأرض بسبب العمق الكبير وارتفاع درجات الحرارة والضغط. يُعد تعرف بنية الأرض الداخلية من التحديات الكبيرة التي واجهت العلماء.

 اعتمد العلماء على العديد من الطرق لاستكشاف أنطقة الأرض الرئيسة وتركيبها الكيميائي والمعدني ومنها:

الطرق الجيوكيميائية Geochemical Methods

استخدام الطرق الجيوكيميائية في التعرف على التركيب الكيميائي والمعدني لأجزاء مختلفة من باطن الأرض.

 من تلك الطرق:

• دراسة النيازك، ومنها النيازك الفلزية المكونة من الحديد والنيكل.
•  ودراسة المحتبسات (xenoliths): وهي قطع صخرية أصلها من أعلى الستار أو أسفل القشرة الأرضية محتبسة في صخور بركانية على سطح الأرض، ومن هذه المحتبسات صخور البيريدوتيت.

 

يمثل الشكل المجاور صخر البيريدوتيت.

على الرغم من أهمية الطرق الجيوكيميائية الا انها لم تستطع تحديد سماكات طبقات الأرض الرئيسة وحدودها.

الطرق الجيوفيزيائية Geophysical Methods

استخدم العلماء العديد من الطرق الجيوفيزيائية في تعرف باطن الأرض، مثل:

• الجاذبية.
• المغناطيسية .
• الزلزالية.

تعد الطريقة الزلزالية من أهم الطرق الجيوفيزيائية التي استطاع العلماء عن طريقها معرفة أنطقة الأرض وسماكاتها وكثيرًا من خصائصها.

1. خصائص الموجات الزلزالية:

• تعتمد سرعة الموجات الزلزالية الجسمية (الأولية والثانوية) على خصائص الوسط الذي تنتقل فيه.

• تنتقل الموجات في الوسط الواحد بسرعة ثابتة وتزداد بزيادة العمق نتيجة لزيادة الكثافة.
• عندما تنتقل الموجات في وسط آخر، تزداد سرعتها أو تقل بحسب خصائص الوسط الآخر (الحالة الفيزيائية، الكثافة).
• تنتقل الموجات الأولية عبر الأوساط جميعها (الصلبة والسائلة والغازية).
• تنتقل الموجات الثانوية عبر الأوساط الصلبة فقط.

 

2. دراسة أندريا موهوروفيتش لزلزال كرواتيا (1909):

• لاحظ موهوروفيتش أن الموجات الزلزالية التي تصل إلى محطات الرصد الزلزالي البعيدة عن بؤرة الزلزال تصل بزمن أقل من المتوقع.
• في المقابل، تصل الموجات الزلزالية إلى المحطات القريبة من بؤرة الزلزال بالزمن المتوقع.

3. استنتاجات موهوروفيتش:

• مرور الموجات الزلزالية عبر نطاقين:
  • النطاق الأول (العلوي): سرعة الموجات الزلزالية فيه أقل.
  • النطاق الثاني (السفلي): سرعة الموجات الزلزالية فيه أعلى.
• الموجات الزلزالية التي تصل إلى المحطات القريبة من بؤرة الزلزال تصل بالزمن المتوقع؛ لأنها انتقلت في النطاق العلوي.
• الموجات الزلزالية التي تصل إلى المحطات البعيدة من بؤرة الزلزال تصل بزمن أقل من المتوقع؛ لأنها انتقلت في النطاق السفلي.

4. انقطاع موهو:

هو الحد الذي يفصل بين القشرة والستار، وقدر عمق الحد الذي يفصل بين نطاق السرعة المنخفضة ونطاق السرعة المرتفعة km(10 – 70 )

بدراسة الموجات الزلزالية التي تنتقل في باطن الأرض أمكن تعرف سماكات أنطقة الأرض المختلفة وخصائصها.

 

أتحقق: ّ أحدد أهمية المحتبسات ُّ في تعر ف تركيب باطن الأرض.

توفر المحتبسات معلومات عن أنواع المعادن الموجودة داخل الارض والظروف التي أدت الى تكونها.

 

استخدم العلماء المعلومات التي تم الحصول عليها من دراسة سلوك الموجات الزلزالية في باطن الأرض في تعرف بنية الأرض، وتحديد أنطقتها الرئيسة. وتوصلوا إلى وجود انقطاعات بين هذه الأنطقة، حيث تتغير سرعة الموجات تغيرا مفاجئا منها: انقطاع موهو الذي يفصل القشرة الأرضية عن الستار، وانقطاع غوتنبيرغ الذي يفصل الستار عن اللب.

 

بنية الأرض Earth's Structure

قسم العلماء بنية الأرض الداخلية باستخدام الدراسات الجيوفيزيائية إلى ثلاثة أنطقة رئيسة، هي:

القشرة الأرضية Earth Crust

• تمثل القشرة الأرضية النطاق الخارجي الصلب للأرض.
• تقسم القشرة الارضية إلى نوعين:

1. قشرة محيطية تقع أسفل المحيطات تتكون من صخر البازلت ويبلغ متوسط سمكها 7km تقريبا، ومتوسط كثافتها 3 g/cm³
2. قشرة قارية تقع أسفل القارات تتكون بشكل رئيس من صخر الغرانيت، ويبلغ متوسط سمكها 35 km تقريبا، ومتوسط كثافتها 2.7 g/cm

الستار Mantle

• يقع الستار أسفل القشرة الأرضية.
•  يمتد إلى عمق km2885 .
• يُقسم إلى أجزاء مختلفة بناءً على الخصائص الفيزيائية لمكوناته على النحو الآتي:

1.  الستار العلوي Upper Mantle :وهو الجزء من الستار الذي يمتد من أسفل القشرة الأرضية حتى عمق 700 km، ويُقسم إلى جزأين:

• الجزء العلوي منه تشبه خصائصه خصائص القشرة الأرضية، وهو في الحالة الصلبة، ويتكون من صخور البيريدوتيت، ويمتد إلى عمق 100 km
• الجزء السفلي منه يسمى الغلاف المائع ويمتد من عمق 100 km حتى عمق 700 km ويتكون من صخور في الحالة اللدنة.

2. الستار السفلي Lower Mantle: يمتد من عمق 700 km  الى عمق 2885 km  وهو أكثر سخونة وكثافة وصلابة من الستار العلوي.

اللب Core

• يمتد اللب من عمق 2885 km وحتى مركز الأرض على عمق 6371 km .
• يقسم اللب إلى جزأين:

1.  اللب الخارجي Outer Core، وهو في الحالة السائلة ويتكون بصورة أساسية من عنصري الحديد والنيكل، ومن عناصر أخرى مثل الكبريت والأكسجين والسيليكون.
2. اللب الداخلي Inner Core، وهو في الحالة الصلبة، ويتكون من عنصري الحديد والنيكل.

أتحقق : أصف الحالة الفيزيائية لكل من: الغلاف الصخري، والغلاف المائع.

الغلاف الصخري: في الحالة الصلبة.

الفلاف المائع: في حالة لدنة أو شبه سائلة.

 

نظرية الصفائح التكتونية Plate Tectonic Theory

نظرية الصفائح التكتونية: نظرية طورها العديد من العلماء اعتمدت على دمج أدلة جديدة مع الأدلة السابقة التي قدمها كل من العالمين فغنر وهس فسرت الظواهر الجيولوجية كافة.

نص نظرية الصفائح التكتونية "أن الغلاف الصخري الصلب مقسم إلى عدد من القطع يُسمى كل منها صفيحة Plate. تتحرك كل صفيحة ببطء فوق الغلاف المائع حركة مستقلة نسبة إلى الصفائح المجاورة لها، إما متقاربة معها، أو متباعدة عنها، أو بمحاذاتها بحركة جانبية " .

تختلف الصفائح في حجومها:

• بعضها صفائح كبيرة الحجم مثل صفيحة أوراسيا.
• بعضها صغيرة الحجم مثل صفيحة إسكوتا.

تُصنف الصفائح الأرضية بحسب تركيبها إلى نوعين:

• صفائح قارية Continental Plates وهي الصفائح التي تتضمن بداخلها القارات، وتتكون من صخر الغرانيت، وتحتوي في الغالب على جزء من القشرة المحيطية.
• وصفائح محيطية Oceanic Plates تقع أسفل المحيطات، وتتكون من صخر البازلت.

 

أتحقق: أقارن بين الصفائح القارية والصفائح المحيطية من حيث نوع الصخور المكونة لها.

الصفائح القارية: تتكون من صخر الغرانيت.

الصفائح المحيطية: تتكون من صخر البازلت.

 

أنواع حدود الصفائح Types of Plate Boundaries

حدود الصفائح Plate Boundaries : التقاء حواف الصفائح مع بعضهما بعضا حيث تحدث الحركة بين الصفائح الأرضية على امتداد حدودها.

تقسم حدود الصفائح إلى ثلاثة أنواع اعتمادًا على طبيعة حركتها هي:

1. الحدود المتباعدة Divergent Boundaries

• تتشكل الحدود المتباعدة حينما تبتعد صفيحتان عن بعضهما بعضا.
•  توجد معظم الحدود المتباعدة في المحيطات على امتداد وسط ظهر المحيط في مناطق الوديان المتصدعة  Rift Valleys :وهي مناطق منخفضة ضيقة تقع على امتداد ظهر المحيط تتكون نتيجة تباعد الصفائح بعضها عن بعض،
• ينتج من تباعد الصفائح توسع قاع المحيط ونشأة غلاف صخري محيطي في مناطق ظهر المحيط؛ لذلك تسمى الحدود المتباعدة بمراكز التوسع.
• قد تحدث بعض مراكز التوسع أيضًا في القارات، مثل الوادي المتصدع الكبير الذي يتشكل حاليا في شرق إفريقيا.

• تسمى الحدود المتباعدة الحدود البناءة؛ لأنه يحدث فيها بناء غلاف صخري محيطي جديد.
• عملية نشأة المحيطات :
  • ارتفاع التيارات الصاعدة: تبدأ العملية بارتفاع التيارات الصاعدة من الماغما.
  • تأثير الماغما على الغلاف الصخري القاري: تصل الماغما إلى أسفل الغلاف الصخري القاري، مما يؤدي إلى تمدده نتيجة للحرارة العالية.
  • تكوّن قوى الشد والتشققات: مع استمرار صعود الماغما، تتولد قوى شد تعمل على تشقق الغلاف الصخري القاري وتكوين الصدوع العادية

• • انقسام الغلاف الصخري القاري: في النهاية، ينقسم الغلاف الصخري القاري إلى صفيحتين، ويتكون بينهما واد متصدع.

• • تكوّن القشرة المحيطية الجديدة: مع استمرار اندفاع الماغما أسفل الصفيحتين، يزداد تباعدهما، وتتكون قشرة محيطية جديدة، ويُبنى غلاف صخري محيطي جديد.
  • تكوّن بحر ضيق: تتشكل مرحلة أولية لبحر ضيق، مثل البحر الأحمر.

• • توسع المحيط: مع استمرار اندفاع الماغما وتكوّن القشرة المحيطية الجديدة، يزداد التباعد ويتكون محيط واسع مثل المحيط الأطلسي.

2. الحدود المتقاربة Convergent Boundaries
   • تتشكل الحدود المتقاربة عند تقارب صفيحتين من بعضهما بعضا.
   • تعتمد المظاهر الجيولوجية الناتجة على نوع الصفائح المتقاربة.
   •  تتشكل الحدود المتقاربة من تقارب:

 صفيحة محيطية مع صفيحة قارية.

- عند تقارب صفيحة قارية من صفيحة محيطية تطفو الصفيحة القارية فوق الصفيحة المحيطية؛ لأنها أقل كثافة منها.

- تغطس الصفيحة المحيطية الأكثر كثافة في الغلاف المائع. ولذلك، يسمى هذا النوع من التقارب نطاق الطرح .

- غطس الصفيحة المحيطية أسفل الصفيحة القارية، وينتج من نطاق الطرح أخدود بحري نتيجة لذلك، ومن أمثلته أخدود بيرو - تشيلي الناتج من غطس صفيحة نازكا المحيطية أسفل صفيحة أمريكا الجنوبية القارية.

- تحمل الصفيحة المحيطية الغاطسة معها رسوبيات محيطية، وعندما تصل إلى عمق يتراوح بين (100-150 km)تبدأ حوافها وما تحمله من رسوبيات بالانصهار.

- تنتج ماغما جديدة أنديزيتية التركيب أقل كثافة مما حولها، فترتفع إلى الأعلى حتى تصل في النهاية إلى سطح الأرض على شكل سلسلة من البراكين تمتد على طول حافة الصفيحة القارية موازية للأخدود البحري على شكل قوس يسمى القوس البركاني Volcanic Arc مثل جبال الأنديز في أمريكا الجنوبية.

 

صفيحتين محيطيتين.

- عند تقارب صفيحتين محيطيتين من بعضهما بعضا، تغطس الصفيحة الأبرد والأكثر كثافة تحت الأخرى، ما يؤدي إلى حدوث انصهار جزئي لحافتها الغاطسة.

- تصعد الماغما البازلتية الناتجة بسبب قلة كثافتها للأعلى حتى تصل إلى قاع المحيط؛ مشكلة براكين بحرية يزداد ارتفاعها مع الزمن، وتتحول إلى جزر بركانية.

- استمرار حركة الصفيحة تنتج سلسلة من الجزر على شكل قوس يوازي الأخاديد البحرية، يسمى قوس الجزر Island Arc، مثل: قوس جزر ماريانا غرب المحيط الهادي الموازية لأخدود ماريانا، الذي نتج من غطس صفيحة المحيط الهادي المحيطية أسفل صفيحة الفلبين المحيطية.

صفيحتين قاريتين.

- تحتوي معظم الصفائح القارية في نهايتها على جزء محيطي،

- عند تقارب صفيحتين قاريتين من بعضهما بعضا، يغطس الجزء المحيطي للصفيحة أسفل الصفيحة القارية الأخرى.

- يتكون نطاق الطرح.

- مع استمرار الغطس يستهلك الجزء المحيطي ويلتقي الجزء القاري بالجزء القاري من الصفيحة الأخرى.

- تتصادم الصفيحتان القاريتان مع بعضهما بعضا بسبب الكثافة المنخفضة للصفائح القارية نسبة إلى الصفائح المحيطية، وبسبب سماكاتها الكبيرة.

ينتج من التصادم :

- تشوه للصخور، وتتشكل الطيات والصدوع العكسية على امتداد حدود التصادم.

- سلسلة جبال ضخمة جديدة تتكون من صخور رسوبية مشوهة ومتحولة وبقايا من القوس البركاني، وأيضًا أجزاء من القشرة المحيطية، ومن الأمثلة على تلك السلاسل الجبلية: جبال الهيمالايا التي تشكلت نتيجة تصادم صفيحة أوراسيا مع صفيحة الهند.

تسمى الحدود المتقاربة الحدود الهدامة؛ بسبب حدوث استهلاك للغلاف الصخري المحيطي على حدودها.

 

الادلة على حدود الطرح

اعتمد العلماء على مشاهدات عديدة تثبت وجود عملية طرح للصفائح المحيطية عند الحدود المتقاربة، أهمها:

1- قيم التدفق الحراري عند الأخاديد البحرية

يُعرف التدفق الحراري بأنه مُعدَّل انتقال الحرارة من باطن الأرض إلى سطحها.

 تعد قيم التدفق الحراري عند الأخاديد البحرية دليلا على وجود طرح للصفيحة المحيطية عندها.

إذ تنخفض قيم التدفق الحراري في الستار عند الأخاديد البحرية، ويُفسر ذلك بأن غطس الصفيحة المحيطية الباردة في الستار يؤدي إلى خفض درجة حرارته.

 

2- نطاق واداتي – بينيوف

 اكتشاف نطاق واداتي - بينيوف

في عام 1954، قام العالمان هوجو بينيوف و واداتي بتحليل البيانات الزلزالية من الأحزمة الزلزالية الموجودة بالقرب من الأخاديد البحرية.

 اكتشفوا أن بؤر الزلازل الضحلة والمتوسطة والعميقة تقع ضمن نطاق مائل وصلب يمتد من الأخدود البحري وينحدر إلى الغلاف المائع ، على عمق يصل إلى حوالي 700 كيلومتر. أطلق على هذا النطاق اسم "نطاق واداتي - بينيوف" نسبة لهما.

تفسير الزلازل في نطاق واداتي - بينيوف

على الرغم من اكتشاف النطاق، لم يتمكن بينيوف و واداتي من تفسير سبب حدوث الزلازل على أعماق تزيد عن 100 كيلومتر، حيث كان يُعتقد أن الزلازل تحدث فقط في الغلاف الصخري وليس في الغلاف المائع.

جاءت نظرية الصفائح التكتونية لتقديم تفسير مقنع لهذه الظاهرة، حيث افترضت أن الصفائح المحيطية (التي تمثل الغلاف الصخري) تغوص داخل الستار عند حدود الصفائح المتقاربة. هذا الغوص أو الطرح يفسر حدوث الزلازل المختلفة في مناطق الطرح على النحو التالي:

• الزلازل الضحلة: تحدث عندما يتجاوز الضغط والطاقة الناتجين عن غطس الصفيحة المحيطية (الغلاف الصخري البارد والصلب) قوة مقاومة الغلاف المائع. عندما تنطرح الصفيحة المحيطية فجأة، تتحرر الطاقة المخزونة على شكل موجات زلزالية، مما يتسبب في زلازل ضحلة.

• الزلازل المتوسطة: مع استمرار غطس الصفيحة المحيطية، تتعرض لضغوط أكبر. هذه الضغوط تؤدي إلى تكسر الصفيحة، مما يحرر الطاقة على شكل زلازل متوسطة العمق.

• الزلازل العميقة: كلما ابتعدنا عن الأخدود البحري باتجاه الصفيحة القارية، يزداد عمق الزلازل.

3- استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (Use Global Position System (GPS

يُعد استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من الأدلة الحديثة الداعمة لنظرية حركة الصفائح التكتونية، بما في ذلك حركتها عند أنطقة الطرح.

• • • حيث توضع محطات GPS في أماكن ثابتة من الصفائح المختلفة لتستقبل موجات كهرمغناطيسية من الأقمار الاصطناعية.
    • ومن ثم، تُحلل تلك الموجات على مدد زمنية طويلة لتحديد سرعة حركة الصفائح التكتونية واتجاهها.
    • وقد أظهرت دراسة بيانات GPS أن المسافة بين النقاط الثابتة على الصفائح عند أنطقة الطرح تتناقص مع الزمن، مما يدل على تقاربها.

يفصل صدع البحر الميت التحويلي بين الصفيحة العربية وصفيحة سيناء، وتشمل الصفيحة العربية كل من الأردن وسوريا ولبنان والسعودية والكويت وقطر والبحرين واليمن والعراق. بينما تشمل صفيحة سيناء كل من فلسطين وجزيرة سيناء وجزء من قاع البحر الأبيض المتوسط.

 

Transform Boundaries 3. الحدود التحويلية

• تسمى أيضًا الحدود الجانبية (Lateral Boundaries).
• الحركة: تتحرك الصفائح فيها أفقياً بمحاذاة بعضها بعضا.
• صدوع التحويل (Transform Faults):
  • تحدث هذه الحدود على امتداد صدوع طويلة، قد يصل طول بعضها إلى مئات الكيلومترات.
  • تسمى صدوع التحويل لأن اتجاه الحركة النسبية للصفيحتين المتجاورتين وسرعتهما يختلفان على امتداد الحد الفاصل بينهما.
• طبيعة حدود التحويل:
  • لا يحدث استهلاك أو بناء للغلاف الصخري عند الحدود التحويلية.
  • توصف بأنها حدود محافظة (Conservative Boundaries).
• أماكن تواجدها: توجد معظم صدوع التحويل بشكل متواز على جانبي ظهر المحيط.
• أمثلة:
  • صدع البحر الميت التحويلي: يفصل بين الصفيحة العربية وصفيحة سيناء.
  • صدع سان أندرياس: يفصل صفيحة أمريكا الشمالية وصفيحة المحيط الهادي.

 

أتحقق: أذكر مظهرين جيولوجيين يتشكلان نتيجة تصادم صفيحتين قاريتين.

1. طيات وصدوع عكسية.

2. سلسلة جبال ضخمة.

 

 

أسباب حركة الصفيحة Causes of Plate Motion

العالم ولسون اكتشف أن تيارات الحمل داخل الستار هي القوة المسؤولة عن حركة الصفائح الأرضية، وتحدث هذه الحركة من خلال الآلية التالية:

• تسخين الماغما: يؤدي تحلل العناصر المشعة المتركزة في الستار إلى زيادة تسخين الماغما المحيطة فيها، مما يقلل من كثافتها.
• تيارات صاعدة: تتشكل تيارات صاعدة من الماغما الساخنة الأقل كثافة، وترتفع هذه التيارات إلى الأعلى.
• تكوين الغلاف الصخري المحيطي: يخرج جزء قليل من الماغما من منطقة ظهر المحيط، مكونة غلافًا صخريًا محيطيًا جديدًا.
• انتشار الماغما: تنتشر باقي الماغما جانبيًا أسفل الصفيحة (الغلاف الصخري) مبتعدة عن ظهر المحيط، ساحبة معها الصفيحتين على جانبي ظهر المحيط.
• تبريد الماغما وزيادة كثافتها: بالتدريج، تبرد هذه الماغما وتزداد كثافتها.
• تيارات هابطة: تبدأ الماغما الباردة الأكثر كثافة بالغطس من جديد إلى الأسفل؛ لتحل محل الماغما الصاعدة، مشكلة ما يُسمى التيارات الهابطة.
• مناطق الطرح: يمكن للتيارات الهابطة أن تسحب معها الصفيحة التي تعلوها، مكونة مع الزمن مناطق الطرح.
• حركة الصفائح الأرضية: يؤدي استمرار حركة التيارات الصاعدة والهابطة إلى تحريك الصفائح الأرضية.
• معدل التدفق: على الرغم من أن تيارات الحمل قد تمتد إلى آلاف الكيلومترات، إلا أنها تتدفق في وسط ظهر المحيط بمعدل عدة سنتيمترات في السنة.

 

البراكين والزلازل وحركة الصفائح

توزّع البراكين

• تتكون البراكين بشكل رئيسي عند حدود الصفائح المتباعدة والمتقاربة.
• الحدود المتباعدة: تتكون البراكين البازلتية على امتداد الوديان المتصدعة ومناطق ظهر المحيط.
• الحدود المتقاربة:
  • عند غطس صفيحة محيطية أسفل صفيحة قارية: تتكون براكين ذات تركيب أنديزيتي.
  • عند غطس صفيحة محيطية أسفل صفيحة محيطية: تتكون براكين ذات تركيب بازلتي على امتداد الأخاديد البحرية.
• البراكين المحيطة بالمحيط الهادي تتكون نتيجة غطس صفيحة المحيط الهادي وصفيحة نازكا أسفل الصفائح الأخرى المحيطة بها.

توزّع الزلازل

• تتشكل الزلازل نتيجة حركة الصفائح الأرضية.
• معظم الزلازل تتمركز عند حدود الصفائح، وتُسمى أماكن تجمعها أحزمة الزلازل.
• حوالي 80% من الزلازل تتمركز حول حزام المحيط الهادي الناري.
• ترافق الزلازل أنواع الحدود الثلاثة للصفائح: المتباعدة، والمتقاربة، والتحويلية.

​​​​​​​

أتحقق : أوضح : ما المقصود بأحزمة الزلازل؟

هي أماكن تجمّع معظم الزلازل.