تويت
للأرض ثلاث طبقات: القشرة الأرضية، والوشاح، واللب. تتألف الطبقة الأولى (القشرة الأرضية) من صخور صلبة ومعادن. وتليها الطبقة الثانية (الوشاح) التي تتألف أيضًا من صخور صلبة ومعادن تتخللها مناطق شبه صلبة مرنة بسبب الانصهار. أما الطبقة الثالثة والأخيرة فهي لب الأرض وتكون عبارةً عن قلب معدني ساخن كثيف. تصف كلمة “القشرة” الطبقة الخارجية للأرض التي يبلغ سمكها 40 كم (25ميلًا) -أي تساوي 1% فقط من كتلة الأرض- والتي توجد عليها جميع أشكال الحياة المعروفة في هذا الكون.
تتفاعل طبقات الأرض باستمرار مع بعضها البعض، فالقشرة والجزء العلوي من الوشاح جزء جيولوجي واحد يعرف بالغلاف الصخري. يختلف عمق الغلاف الصخري، وكذلك المنطقة المعروفة باسم (Mohorovicic discontinuity) والتي يختصر اسمها بمنطقة (الموهو– The Moho)؛ وهي الحد الفاصل بين الوشاح والقشرة، ولا تكون على عمق واحد.
يصف مصطلح (الايسوستاسي – Isostasy) الاختلافات الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية بين طبقتي الوشاح والقشرة، التي تسمح للقشرة بأن تطفو على الوشاح الأكثر مرونةً منها. وتكون مناطق الأرض غير متساوية بالتوازن. ويعتمد التوازن على كثافة القشرة وسمكها، وديناميكية القوى في الوشاح.
بسبب تفاوت عمق القشرة، تتغير درجة حرارتها؛ فتكون القشرة العلوية ساخنةً في الصحاري القاحلة ومتجمدةً في خنادق المحيط. أما بالقرب من مناطق الموهو، تتراوح درجة حرارة القشرة من 200 درجة مئوية (392 درجة فهرنهايت) إلى 400 درجة مئوية (752 درجة فهرنهايت).
تشكيل القشرة الأرضية
منذ بلايين السنين -عندما بدأت النقطة الكوكبية التي أصبحت اليوم الأرض ككرة صخرية ساخنة ولزجة- غرقت أثقل المواد -معظمها من الحديد والنيكل- في وسط الكوكب الجديد، وأصبحت طبقته الداخلية (لب الأرض). أما المادة المنصهرة التي أحاطت بالنواة فهي الوشاح المبكر.
برد الوشاح على مدى ملايين السنين، وفي عملية يطلق عليها (إطلاق الغازات) اندلعت المياه المحبوسة داخل المعادن مع الحمم البركانية. أما المواد التي بقيت في البداية في طورها السائل خلال هذه العملية -والتي تعرف بالعناصر غير المتوافقة- أصبحت في نهاية المطاف قشرة الأرض الهشة.
من الطين والصلصال إلى الألماس والفحم، تتكون قشرة الأرض من الصخور النارية والصخور المتحولة والصخور الرسوبية. وأكثرها وفرةً في القشرة هي الصخور النارية، والتي تتشكل بعدما تبرد الصهارة. كما تكون قشرة الأرض غنيةً بالصخور البركانية مثل الغرانيت والبازلت.
شهدت الصخور المتحولة تغيرات جذرية بسبب الحرارة والضغط. تتشكل الصخور الرسوبية بتراكم المواد على سطح الأرض؛ وما الحجر الرملي والصخر الزيتي إلا صخور رسوبية.
بسبب ديناميكية القوى الجيولوجية؛ تشكلت قشرة الأرض، وما زالت القشرة تتشكل من خلال حركة الكوكب. واليوم، نشاط الصفائح التكتونية هو المسؤول عن تكوين وتدمير المواد القشرية.
تنقسم قشرة الأرض إلى نوعين: القشرة المحيطية والقشرة القارية. تسمى المنطقة الانتقالية بين هذين النوعين من القشرة أحيانًا باسم (كونراد – Conrad). والسيليكات -معظمها مركبات مصنوعة من السيليكون والأكسجين- هي الصخور والمعادن الأكثر وفرةً في كل من القشرة المحيطية والقارية.
القشرة المحيطية:
تتألف غالبية القشرة المحيطية من أنواع مختلفة من الحجر البركاني (حجر البازلت). يطلق علماء الجيولوجيا على صخور القشرة الأرضية اسم (سيما- Sima)، إذ أنها تشير إلى أول حرفين لعنصري السيليكا والمغنيزيوم، أكثر معدنين متوفرين في القشرة المحيطية، وحجر البازلت هو ما يطلق عليه حجر السيما.
تبلغ كثافة القشرة المحيطية 3غ لكل سم3. تتشكل القشرة المحيطية باستمرار -حافة وسط المحيط- عند المنطقة التي تنفصل فيها الصفائح التكتونية عن بعضها البعض. وعندما تبرد الرواسب الموجودة في شقوق سطح الأرض، عندها يقال عن القشرة المحيطية أنها في مرحلتها الشبابية. إن عمر القشرة الأرضية وكثافتها يزدادان بزيادة المسافة عن حافة وسط المحيط.
ومثلما تتشكل القشرة المحيطية عند حافة وسط المحيط، فإنها تندثر عند المناطق التي تعرف بمناطق الغوص (الاندساس). وتعد عملية الاندساس (الغوص) من أهم العمليات التي تحدث في الجيولوجيا، إذ تغوص فيها القشرة المحيطية تحت القشرة القارية عند الحدود المتقاربة للصفيحة.
عند الحدود المتقاربة للصفيحة -بين الغلاف الصخري والمحيطي- يغوص الغلاف المحيطي -الأكثر كثافةً من الغلاف القشري- تحت الغلاف القشري. على سبيل المثال، في الشمال الغربي للولايات المتحدة، تغوص صفيحة خوان دي فوكا تحت صفيحة قارة أميركا الشمالية. أما عند الحدود المتقاربة لصفيحتين كلتاهما قشرة محيطية؛ فإن الصفيحة القشرية الأكثر كثافةً -أي المحيط الأكبر والأكثر عمقًا- هي التي تغوص تحت الأخرى.
في خندق اليابان تغوص صفيحة المحيط الهادئ الأكثر كثافةً تحت صفيحة (اوخوتسك– Okhotsk) الأقل كثافةً. بعد غوص الغلاف الصخري، فإنه ينغمر للأسفل ليكون جزءًا من الطبقة الثانية للأرض وهي الوشاح، ليصبح أكثر مرونةً. وخلال دورة الحمل الحراري المستمرة في الوشاح قد يُعاد تدوير المعادن الغنية لتعود إلى القشرة الأرضية على هيئة حمم بركانية عند حافة وسط المحيط أو براكين.
وبسبب ظاهرة الاندساس، فإن القشرة المحيطية أصغر سنًا من القشرة القارية، إذ إن أقدم قشرة محيطية موجودة الآن في البحر الأيوني، أحد فروع البحر المتوسط. ويبلغ عمرها 270 مليون سنة فقط. في حين يبلغ عمر أقدم قشرة قارية أكثر من 4 مليارات سنة.
يجمع الجيولوجيون عينات من القشرة المحيطية من خلال الحفر في قاع المحيط، باستخدام الغواصات، ودراسة الأفيوليت -الأفيوليت عبارة عن أقسام من القشرة المحيطية أُجبرت فوق مستوى سطح البحر من خلال النشاط التكتوني- الذي يظهر أحيانًا على هيئة سدود في القشرة القارية. تكون الأفيوليتات متوفرةً عند العلماء أكثر من القشرة المحيطية في قاع المحيط.
القشرة القارية:
تتألف القشرة القارية غالبًا من أنواع مختلفة من حجر الغرانيت. يطلق علماء الجيولوجيا على صخور القشرة القارية اسم (سيال – Sial)، إذ أنها تشير إلى أول حرفين لعنصري السيليكا والالمنيوم، أكثر معدنين متوفرين في القشرة القارية. يزيد سمك حجر السيال عن السيما بـ(70 كم)، وتقل كثافته بـ (2.7غ لكل سم3 ).
وكما في القشرة المحيطية، فإن القشرة القارية تتشكل أيضًا بواسطة الصفائح التكتونية. فعند الحدود المتقاربة للصفيحة، حيث تصطدم الصفائح التكتونية ببعضها البعض، تنطوي القشرة القارية لتقوم بعملية تكوين وبناء الجبال. ولهذا، تتواجد الأجزاء الأكثر سمكًا من القشرة القارية في أعلى السلاسل الجبلية في العالم. وكما الحال مع الجبال الجليدية، فإن أعالي القمم لجبال الهمالايا وجبال الأنديز هي جزء من القشرة القارية لتلك المناطق. وكما تمتد القشرة الأرضية تحت الأرض فإنها ترتفع وتصل إلى الغلاف الجوي.
(كراتون – Cratons) هو جزء قديم مستقر من الغلاف الصخري. تتواجد عادةً هذه الأجزاء من القشرة القارية في أعماق معظم القارات. يتجزأ الكراتون إلى فئتين، فئة تعرف بالدروع وتتواجد في الطبقة السفلى للصخور القديمة. أما الفئة الأخرى فتعرف بالمنصات، تُدفَن فيها صخرة الطابق السفلي أسفل الرواسب. توفر كل من الدروع والمنصات معلومات حاسمة للجيولوجيين عن بدايات تاريخ وتكوين الأرض.
القشرة القارية دائمًا أقدم عمرًا من القشرة المحيطية. لأنه نادرًا ما تُدمَر القشرة القارية ويُعاد تدويرها في ظاهرة الغوص، فإن بعض أجزاء القشرة القارية تكاد تكون عمرها بعمر الأرض نفسها.
القشرة خارج الأرض:
توجد كواكب أخرى في نظامنا الشمسي (عطارد والزهرة والمريخ) وحتى قمر الأرض تدعى طبقته الخارجية بالقشرة. وكما الأرض، تتشكل الطبقة الخارجية (القشرة) خارج كوكب الأرض في الغالب عن طريق معادن السيليكات. وعلى عكس الأرض، فإن قشرات هذه الأجرام السماوية لا تتشكل عن طريق تفاعلات الصفائح التكتونية.
على الرغم من صغر حجم القمر، فإن القشرة القمرية أكثر سمكًا من القشرة على الأرض. كما أن سمك القشرة القمرية ليس متساويًا ويميل إلى أن يكون أكثر سمكًا على الجانب البعيد، الذي لا يواجه الأرض.
وعلى الرغم من أنه لا يُعتقد أن عطارد والزهرة والمريخ يحتوون على صفائح تكتونية، فإنهم يمتلكون جيولوجيا فعالةً. فمثلًا، نجد لدى كوكب الزهرة طبقةً مماثلةً للطبقة الثانية للأرض وهي الوشاح المنصهر جزئيًا، ولكن قشرة الزهرة تفتقر إلى ما يكفي من المياه لتكون مماثلةً لقشرة الأرض.
وفي الوقت ذاته، تتميز قشرة المريخ بأطول جبال في المجموعة الشمسية. فهذه الجبال هي في الواقع البراكين المنقرضة التي تشكلت عندما نفثت الصخور المنصهرة في نفس البقعة على سطح المريخ على مدى ملايين السنين. الانفجارات البركانية التي بنت الجبال الهائلة من الصخور البركانية غنية بالحديد وهذا هو سبب تدرج لون قشرة المريخ باللون الأحمر المميز.
واحدة من أكثر القشور البركانية في المجموعة الشمسية هي قمر كوكب المشتري المعروف بسم آيو. وبسبب صخور الكبريتيد الغنية في قشرة القمر آيو؛ فإنه يتميز بمجموعة من الألوان الصفراء والخضراء والحمراء والسوداء والبيضاء.
تتفاعل طبقات الأرض باستمرار مع بعضها البعض، فالقشرة والجزء العلوي من الوشاح جزء جيولوجي واحد يعرف بالغلاف الصخري. يختلف عمق الغلاف الصخري، وكذلك المنطقة المعروفة باسم (Mohorovicic discontinuity) والتي يختصر اسمها بمنطقة (الموهو– The Moho)؛ وهي الحد الفاصل بين الوشاح والقشرة، ولا تكون على عمق واحد.
يصف مصطلح (الايسوستاسي – Isostasy) الاختلافات الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية بين طبقتي الوشاح والقشرة، التي تسمح للقشرة بأن تطفو على الوشاح الأكثر مرونةً منها. وتكون مناطق الأرض غير متساوية بالتوازن. ويعتمد التوازن على كثافة القشرة وسمكها، وديناميكية القوى في الوشاح.
بسبب تفاوت عمق القشرة، تتغير درجة حرارتها؛ فتكون القشرة العلوية ساخنةً في الصحاري القاحلة ومتجمدةً في خنادق المحيط. أما بالقرب من مناطق الموهو، تتراوح درجة حرارة القشرة من 200 درجة مئوية (392 درجة فهرنهايت) إلى 400 درجة مئوية (752 درجة فهرنهايت).
تشكيل القشرة الأرضية
منذ بلايين السنين -عندما بدأت النقطة الكوكبية التي أصبحت اليوم الأرض ككرة صخرية ساخنة ولزجة- غرقت أثقل المواد -معظمها من الحديد والنيكل- في وسط الكوكب الجديد، وأصبحت طبقته الداخلية (لب الأرض). أما المادة المنصهرة التي أحاطت بالنواة فهي الوشاح المبكر.
برد الوشاح على مدى ملايين السنين، وفي عملية يطلق عليها (إطلاق الغازات) اندلعت المياه المحبوسة داخل المعادن مع الحمم البركانية. أما المواد التي بقيت في البداية في طورها السائل خلال هذه العملية -والتي تعرف بالعناصر غير المتوافقة- أصبحت في نهاية المطاف قشرة الأرض الهشة.
من الطين والصلصال إلى الألماس والفحم، تتكون قشرة الأرض من الصخور النارية والصخور المتحولة والصخور الرسوبية. وأكثرها وفرةً في القشرة هي الصخور النارية، والتي تتشكل بعدما تبرد الصهارة. كما تكون قشرة الأرض غنيةً بالصخور البركانية مثل الغرانيت والبازلت.
شهدت الصخور المتحولة تغيرات جذرية بسبب الحرارة والضغط. تتشكل الصخور الرسوبية بتراكم المواد على سطح الأرض؛ وما الحجر الرملي والصخر الزيتي إلا صخور رسوبية.
بسبب ديناميكية القوى الجيولوجية؛ تشكلت قشرة الأرض، وما زالت القشرة تتشكل من خلال حركة الكوكب. واليوم، نشاط الصفائح التكتونية هو المسؤول عن تكوين وتدمير المواد القشرية.
تنقسم قشرة الأرض إلى نوعين: القشرة المحيطية والقشرة القارية. تسمى المنطقة الانتقالية بين هذين النوعين من القشرة أحيانًا باسم (كونراد – Conrad). والسيليكات -معظمها مركبات مصنوعة من السيليكون والأكسجين- هي الصخور والمعادن الأكثر وفرةً في كل من القشرة المحيطية والقارية.
القشرة المحيطية:
تتألف غالبية القشرة المحيطية من أنواع مختلفة من الحجر البركاني (حجر البازلت). يطلق علماء الجيولوجيا على صخور القشرة الأرضية اسم (سيما- Sima)، إذ أنها تشير إلى أول حرفين لعنصري السيليكا والمغنيزيوم، أكثر معدنين متوفرين في القشرة المحيطية، وحجر البازلت هو ما يطلق عليه حجر السيما.
تبلغ كثافة القشرة المحيطية 3غ لكل سم3. تتشكل القشرة المحيطية باستمرار -حافة وسط المحيط- عند المنطقة التي تنفصل فيها الصفائح التكتونية عن بعضها البعض. وعندما تبرد الرواسب الموجودة في شقوق سطح الأرض، عندها يقال عن القشرة المحيطية أنها في مرحلتها الشبابية. إن عمر القشرة الأرضية وكثافتها يزدادان بزيادة المسافة عن حافة وسط المحيط.
ومثلما تتشكل القشرة المحيطية عند حافة وسط المحيط، فإنها تندثر عند المناطق التي تعرف بمناطق الغوص (الاندساس). وتعد عملية الاندساس (الغوص) من أهم العمليات التي تحدث في الجيولوجيا، إذ تغوص فيها القشرة المحيطية تحت القشرة القارية عند الحدود المتقاربة للصفيحة.
عند الحدود المتقاربة للصفيحة -بين الغلاف الصخري والمحيطي- يغوص الغلاف المحيطي -الأكثر كثافةً من الغلاف القشري- تحت الغلاف القشري. على سبيل المثال، في الشمال الغربي للولايات المتحدة، تغوص صفيحة خوان دي فوكا تحت صفيحة قارة أميركا الشمالية. أما عند الحدود المتقاربة لصفيحتين كلتاهما قشرة محيطية؛ فإن الصفيحة القشرية الأكثر كثافةً -أي المحيط الأكبر والأكثر عمقًا- هي التي تغوص تحت الأخرى.
في خندق اليابان تغوص صفيحة المحيط الهادئ الأكثر كثافةً تحت صفيحة (اوخوتسك– Okhotsk) الأقل كثافةً. بعد غوص الغلاف الصخري، فإنه ينغمر للأسفل ليكون جزءًا من الطبقة الثانية للأرض وهي الوشاح، ليصبح أكثر مرونةً. وخلال دورة الحمل الحراري المستمرة في الوشاح قد يُعاد تدوير المعادن الغنية لتعود إلى القشرة الأرضية على هيئة حمم بركانية عند حافة وسط المحيط أو براكين.
وبسبب ظاهرة الاندساس، فإن القشرة المحيطية أصغر سنًا من القشرة القارية، إذ إن أقدم قشرة محيطية موجودة الآن في البحر الأيوني، أحد فروع البحر المتوسط. ويبلغ عمرها 270 مليون سنة فقط. في حين يبلغ عمر أقدم قشرة قارية أكثر من 4 مليارات سنة.
يجمع الجيولوجيون عينات من القشرة المحيطية من خلال الحفر في قاع المحيط، باستخدام الغواصات، ودراسة الأفيوليت -الأفيوليت عبارة عن أقسام من القشرة المحيطية أُجبرت فوق مستوى سطح البحر من خلال النشاط التكتوني- الذي يظهر أحيانًا على هيئة سدود في القشرة القارية. تكون الأفيوليتات متوفرةً عند العلماء أكثر من القشرة المحيطية في قاع المحيط.
القشرة القارية:
تتألف القشرة القارية غالبًا من أنواع مختلفة من حجر الغرانيت. يطلق علماء الجيولوجيا على صخور القشرة القارية اسم (سيال – Sial)، إذ أنها تشير إلى أول حرفين لعنصري السيليكا والالمنيوم، أكثر معدنين متوفرين في القشرة القارية. يزيد سمك حجر السيال عن السيما بـ(70 كم)، وتقل كثافته بـ (2.7غ لكل سم3 ).
وكما في القشرة المحيطية، فإن القشرة القارية تتشكل أيضًا بواسطة الصفائح التكتونية. فعند الحدود المتقاربة للصفيحة، حيث تصطدم الصفائح التكتونية ببعضها البعض، تنطوي القشرة القارية لتقوم بعملية تكوين وبناء الجبال. ولهذا، تتواجد الأجزاء الأكثر سمكًا من القشرة القارية في أعلى السلاسل الجبلية في العالم. وكما الحال مع الجبال الجليدية، فإن أعالي القمم لجبال الهمالايا وجبال الأنديز هي جزء من القشرة القارية لتلك المناطق. وكما تمتد القشرة الأرضية تحت الأرض فإنها ترتفع وتصل إلى الغلاف الجوي.
(كراتون – Cratons) هو جزء قديم مستقر من الغلاف الصخري. تتواجد عادةً هذه الأجزاء من القشرة القارية في أعماق معظم القارات. يتجزأ الكراتون إلى فئتين، فئة تعرف بالدروع وتتواجد في الطبقة السفلى للصخور القديمة. أما الفئة الأخرى فتعرف بالمنصات، تُدفَن فيها صخرة الطابق السفلي أسفل الرواسب. توفر كل من الدروع والمنصات معلومات حاسمة للجيولوجيين عن بدايات تاريخ وتكوين الأرض.
القشرة القارية دائمًا أقدم عمرًا من القشرة المحيطية. لأنه نادرًا ما تُدمَر القشرة القارية ويُعاد تدويرها في ظاهرة الغوص، فإن بعض أجزاء القشرة القارية تكاد تكون عمرها بعمر الأرض نفسها.
القشرة خارج الأرض:
توجد كواكب أخرى في نظامنا الشمسي (عطارد والزهرة والمريخ) وحتى قمر الأرض تدعى طبقته الخارجية بالقشرة. وكما الأرض، تتشكل الطبقة الخارجية (القشرة) خارج كوكب الأرض في الغالب عن طريق معادن السيليكات. وعلى عكس الأرض، فإن قشرات هذه الأجرام السماوية لا تتشكل عن طريق تفاعلات الصفائح التكتونية.
على الرغم من صغر حجم القمر، فإن القشرة القمرية أكثر سمكًا من القشرة على الأرض. كما أن سمك القشرة القمرية ليس متساويًا ويميل إلى أن يكون أكثر سمكًا على الجانب البعيد، الذي لا يواجه الأرض.
وعلى الرغم من أنه لا يُعتقد أن عطارد والزهرة والمريخ يحتوون على صفائح تكتونية، فإنهم يمتلكون جيولوجيا فعالةً. فمثلًا، نجد لدى كوكب الزهرة طبقةً مماثلةً للطبقة الثانية للأرض وهي الوشاح المنصهر جزئيًا، ولكن قشرة الزهرة تفتقر إلى ما يكفي من المياه لتكون مماثلةً لقشرة الأرض.
وفي الوقت ذاته، تتميز قشرة المريخ بأطول جبال في المجموعة الشمسية. فهذه الجبال هي في الواقع البراكين المنقرضة التي تشكلت عندما نفثت الصخور المنصهرة في نفس البقعة على سطح المريخ على مدى ملايين السنين. الانفجارات البركانية التي بنت الجبال الهائلة من الصخور البركانية غنية بالحديد وهذا هو سبب تدرج لون قشرة المريخ باللون الأحمر المميز.
واحدة من أكثر القشور البركانية في المجموعة الشمسية هي قمر كوكب المشتري المعروف بسم آيو. وبسبب صخور الكبريتيد الغنية في قشرة القمر آيو؛ فإنه يتميز بمجموعة من الألوان الصفراء والخضراء والحمراء والسوداء والبيضاء.