تويت
لوشاح هو تلك الكتلة شبه الصلبة من باطن الأرض. يقع الوشاح بين لب الأرض الكثيف، شديد الحرارة وطبقتها الرقيقة الخارجية، والمعروفة بالقشرة. ويصل سُمك طبقة الوشاح الأرضي إلى حوالي ٢,٩٠٠ كيلو متر تقريبًا، أي ما يعادل ١,٨٠٢ ميل. ويشكل بضخامته ما يعادل ٨٤٪ من إجمالي حجم الأرض. عندما بدأت الأرض بالتشكل قبل ٤,٥ مليار سنة، انفصل معدنا الحديد والنحاس سريعًا عن باقي الصخور والمعادن لتكوين قلب الكوكب الجديد، وتلك المواد الذائبة التي أحاطت بذلك القلب شكلت الوشاح الأولي للأرض.
بدأ الوشاح يبرد، وخرجت المياه المحتجزة داخل معادنه إلى السطح مع الصهارة في عملية جيولوجية تعرف بالطرد الغازي، ومع المزيد والمزيد من الطرد الغازي تصلب الوشاح في النهاية.
تتشكل معظم الصخور المكونة للوشاح الأرضي من السيليكات – والتي تختلف اختلافًا شاسعًا عن المركبات التي تتشارك مكونات الأوكسجين والسيليكون. أما مركبات السيليكات الموجودة في الوشاح الأرضي بغزارة فتتضمن الزبرجد، الجرانيت والبيروكسين.
وثاني أكثر مكونات الوشاح الأرضي غزارة هو أكسيد المغنزيوم، كما يشتمل أيضًا على بعض المعادن الأخرى كالحديد والألمنيوم والكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم.
تتباين درجات الحرارة بالوشاح تباينًا عظيمًا بين ١٠٠٠ درجة سيليزية (١٨٣٢ فهرنهايت) عند منطقة التقاء الوشاح بالقشرة الخارجية للأرض، و٣٧٠٠ درجة سيليزية (٦٦٩٢ فهرنهايت) قرب نقطة التقائه باللب.
فالحرارة والضغط يزدادان في الوشاح بازدياد العمق، وتدرج الحرارة الأرضية هو المقياس المستخدم لقياس تلك الزيادة، وفي أغلب المناطق فإن تدرج الحرارة الأرضية يعادل ٢٥ درجة سيليزية لكل كيلومتر، أي ما يعادل ١ فهرنهايت لكل ٧٠ قدم.
كما تتباين لزوجة الوشاح الأرضي بشكل كبير، فهو يعتبر صخرة شبه صلبة بشكل تام، لكنه أقل لزوجة عند حدود الصفائح التكتونية وحدود ألسنته، وهناك تكون صخور الوشاح الأرضي أكثر ليونة وقابلة للضغط اللدن حيث لا تعود لحالتها السابقة حتى بزوال الضغط (تتم تلك العملية عبر ملايين السنين وتحت درجة حرارة وضغط عظيمين).
يؤثر انتقال الحرارة والمواد داخل طبقة الوشاح الأرضي تأثيرًا مباشرًا في الشكل الخارجي للأرض، فتلك الأنشطة بطبقة الوشاح تؤدي إلى تحرك الطبقات التكتونية وتكوين البراكين، واتساع أراضي البحار، والزلازل وكذلك الحركات المكونة لسلاسل الجبال.
ينقسم الوشاح الأرضي إلى عدة طبقات مختلفة (الوشاح العلوي- المنطقة الانتقالية- الوشاح السفلي- الطبقة المزدوجة الأولية- والمنطقة الغريبة حيثُ يلتقي الوشاح الأرضي بطبقة اللب الخارجي).
الوشاح الأرضي العلوي:
يمتد الوشاح العلوي من القشرة وحتى عمق ٤١٠ كيلومتر (٢٥٥ ميل)، طبقة الوشاح العلوي صلبة بالكامل تقريبًا إلا أنها أكثر المناطق تأثرًا بالنشاط التكتوني. يعتبر جزءا الوشاح العلوي (الليثوسفير والأثينوسفير) منطقتين نشطتين في باطن الأرض.
الليثوسفير:
طبقة الليثوسفير هي تلك الطبقة الصلبة الخارجية للأرض، والتي تمتد حتى عمق ١٠٠ كيلومتر (٦٢ ميل)، وهي تشمل القشرة الأرضية وكذلك الجزء الهش الأولي من طبقة الوشاح الأرضي ، والليثوسفير هي الطبقة الأبرد وكذلك الأصلب من الأرض بشكل كامل.
أكثر ما يميز طبقة الليثوسفير هو النشاط التكتوني، والذي يصف التفاعل بين ألواح عظيمة من الليثوسفير والمعروفة بالصفائح التكتونية، وتنقسم صفائح الليثوسفير التكتونية إلى خمس عشرة صفيحة تكتونية:
الأمريكية الشمالية، الكاريبية، الأمريكية الجنوبية، القطبية الجنوبية (الأنتراكتيكية)، الأوروآسيوية، العربية، الإفريقية، الهندية، الفلبينية، الأسترالية، المحيط الهادي، (الجوزية – cocos)، نازكا، خوان دي فوكا، سكوتيا.
يسمى الجزء الفاصل في الليثوسفير بين القشرة وجزء الوشاح الأرضي الخارجي بالوقفة الموهورفيكية، أو اختصارًا تسمى (الموهو)، لا تحدد طبقة الموهو عند عمق ثابت حيث أن جميع مناطق الأرض ليست في حالة اتزان أيزوستاتيكي. تعبّر الأيزوستاتية عن الفروق الكيميائية، والفيزيائية، والميكانيكية التي تسمح للقشرة أن تطفو فوق وشاح أكثر لدانة أحيانًا.
تتواجد الموهو عند عمق ٨ كيلومترات (٥ أميال) تحت سطح المحيط، وعند ٣٢ كيلومتر (٢٠ ميل) تحت القارات. تتميز القشرة الأرضية والوشاح بأنواع مختلفة من الصخور، فتتميز القشرة الأرضية بوجود النيس (القشرة القارية)، والجابو (القشرة المحيطية) التي تتواجد أسفل الموهو. يتميز الوشاح الأرضي بوجود البريدويتيت، وهو نوع من الصخور يتكون بشكل شبه كلي من معادن الزبرجد والبيروكسين.
الأثينوسفير:
هو الطبقة الأكثر كثافة والأكثر ضعفًا، وتقع أسفل الليثوسفير. تقع على عمق يتراوح بين ١٠٠ كيلومتر (٦٢ ميل) و٤١٠ كيلومتر (٢٢٥ميل) تحت سطح الأرض. هناك حيث ترتفع درجتا الحرارة والضغط بشكل مهول ما يسمح بتحول الصخور إلى الحالة شبه الذائبة بعد أن تلين تحت عوامل الضغط والحرارة.
يكون الأثينوسفير أكثر قابلية للتمدد عن الليثوسفير. والتمدد هو خاصية المواد الصلبة للتشكل والتمدد تحت تأثير الضغط. بالنسبة للزوجة فإن الأثينوسفير أكثر لزوجة من الليثوسفير. وحدود التقائهما ببعضهما هي محط اهتمام علماء الجيولوجيا المهتمين بمعدل تدفق المواد واختلاف الليونة بين طبقتي الوشاح الأرضي العلوي.
الحركة شديدة البطء لطفو صفائح الليثوسفير فوق الأثينوسفير هي السبب وراء الصفائح التكتونية والعملية المرتبطة بالزحزحة القارية والزلازل وتكوين الجبال والبراكين، حيث أن الحمم البركانية المنبعثة من شقوق الأرض هي ذاتها صخور الأثينوسفير في حالتها الذائبة بالصهارة (الماجما). بالتأكيد إن الصفائح التكتونية غير مستقرة عند حدودها والمناطق شديدة الحرارة، ولا تطفو عائمة بالمعنى المعروف.
الطبقة الانتقالية:
على عمق يتراوح بين ٤١٠ كيلومتر (٢٥٥ ميل) و٦٦٠ كيلومتر (٤١٠ ميل) تحت سطح الأرض، تخضع الصخور لتغييرات جذرية بتلك المنطقة المعروفة بالطبقة الانتقالية للوشاح الأرضي. في المنطقة الانتقالية لا تنصهر الصخور ولا تتفتت، وإنما يتغير تركيبها الكريستالي بطرق مذهلة ما يجعل تلك الصخور شديدة الكثافة.
تمنع الطبقة الانتقالية للوشاح حدوث التبادلات الكبيرة بين معادن الوشاح الخارجي والداخلي، كما يعتقد بعض الجيولوجيين بأن كثافة صخور الطبقة الانتقالية هي ما تمنع انزلاق ألواح الليثوسفير إلى داخل الوشاح الأرضي .
تقبع تلك القطع الهائلة من الألواح التكتونية لملايين السنين في المنطقة المتحركة قبل أن تمتزج بباقي صخور الوشاح لتصعد لطبقة الوشاح الخارجي كجزء من الأثينوسفير ثم تبرز إلى سطح الأرض على هيئة (اللاڤا) لتصبح جزءًا من الليثوسفير، أو تنبثق في قاع المحيطات كقشرة محيطية عند مناطق التمدد بقاع البحر.
هناك من الجيولوجيين وعلماء الصخور من يعتقد بأن المنطقة الانتقالية شبه منفذة (مسامية) ما يسمح بتبادل جزئي للمعادن بين طبقتي الوشاح الأرضي الداخلية والخارجية، وهناك من يعتقد بأن بعض الألواح تستطيع الانزلاق في المنطقة الانتقالية وصولًا إلى الوشاح الداخلي.
المياه:
ربما وفرة المياه هي أكثر ما يميز المنطقة الانتقالية للوشاح الأرضي، حيث تحتوي صخور المنطقة الانتقالية على كمية مساوية من المياه لتلك التي تحتويها جميع محيطات الأرض تقريبًا.
ولكن المياه بالمنطقة الانتقالية ليست مياهًا كتلك التي نعرفها بحالاتها الثلاث ولا حتى بالحالة الرابعة البلازمية للمادة، وإنما تتواجد على هيئة الهيدروكسيد، والهيدروكسيد هو أيون الهيدروجين المرتبط بالأكسجين مع شحنة سالبة.
يتواجد الهيدروكسيد في التركيب الكريستالي لصخور المنطقة الانتقالية كما في الرينجوودايت والوادسيلايت، حيث تتكون تلك المعادن نتاج تواجد الزبرجد تحت درجتي حرارة وضغط مهولين.
يساهم ارتفاع الضغط والحرارة قرب قاع المنطقة الانتقالية بتحول الرينجوودايت والوادسيلايت ما يسمح بنفاذ الهيدروكسيد بحالة ذائبة، ما يجعله يرتفع إلى الأعلى حتى يصادف أنواعًا أخرى من صخور الطبقة الانتقالية التي تستطيع إمساك المياه، وهكذا فإن الطبقة المتحركة تشكل مخزنًا رائعًا لدورة حياة المياه.
يعتقد بعض الجيولوجيين وعلماء الصخور بأن المياه الموجودة في الطبقة الانتقالية قد وصلت إليها عبر سطح الأرض أثناء عمليات الاندساس، تلك العمليات التي تذوب فيها الصفائح الأكثر كثافة إلى صخور أكثر قابلية للطفو، وتحدث معظم عمليات الاندساس عند انزلاق الألواح المحيطية أسفل الألواح الأقل كثافة.
وتزامنًا مع معادن الليثوسفير وصخورها، تندفع آلاف الأطنان من المياه والكربون عبر الوشاح الأرضي ، وتصعد المياه والهيدروكسيد إلى القشرة الأرضية ثم الغلاف الجوي عبر عمليات الحمل الحراري، أو البراكين، أو توسع أراضي البحار.
الوشاح السفلي:
يمتد الوشاح السفلي على عمق يتراوح بين ٦٦٠ كيلومتر (٤١٠ ميل) و٢٧٠٠ كيلومتر (١٦٨٧ ميل) تحت سطح الأرض، وبالطبع فهو أكثر كثافة وحرارة من الوشاح العلوي والمنطقة الانتقالية. كما أنه أقل قابلية للتشكيل عنهما، فعلى الرغم من درجة الحرارة العالية التي تعطيه بعض الليونة، يجعل الضغط الشديد صخور طبقة الوشاح السفلية في حالة صلبة دائمًا.
كما أن الجيولوجيين غير متفقين تمامًا بخصوص تركيب الوشاح السفلي، فهناك من يعتقد بأن الألواح التي تندس خلال الوشاح الأرضي العلوي والمنطقة الانتقالية تستقر في الوشاح السفلي، وهناك من يعتقد بأنها منطقة ثابتة لا تقبل إضافة ولا تشارك في عمليات الحمل (الانتقال) الحراري.
بدأ الوشاح يبرد، وخرجت المياه المحتجزة داخل معادنه إلى السطح مع الصهارة في عملية جيولوجية تعرف بالطرد الغازي، ومع المزيد والمزيد من الطرد الغازي تصلب الوشاح في النهاية.
تتشكل معظم الصخور المكونة للوشاح الأرضي من السيليكات – والتي تختلف اختلافًا شاسعًا عن المركبات التي تتشارك مكونات الأوكسجين والسيليكون. أما مركبات السيليكات الموجودة في الوشاح الأرضي بغزارة فتتضمن الزبرجد، الجرانيت والبيروكسين.
وثاني أكثر مكونات الوشاح الأرضي غزارة هو أكسيد المغنزيوم، كما يشتمل أيضًا على بعض المعادن الأخرى كالحديد والألمنيوم والكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم.
تتباين درجات الحرارة بالوشاح تباينًا عظيمًا بين ١٠٠٠ درجة سيليزية (١٨٣٢ فهرنهايت) عند منطقة التقاء الوشاح بالقشرة الخارجية للأرض، و٣٧٠٠ درجة سيليزية (٦٦٩٢ فهرنهايت) قرب نقطة التقائه باللب.
فالحرارة والضغط يزدادان في الوشاح بازدياد العمق، وتدرج الحرارة الأرضية هو المقياس المستخدم لقياس تلك الزيادة، وفي أغلب المناطق فإن تدرج الحرارة الأرضية يعادل ٢٥ درجة سيليزية لكل كيلومتر، أي ما يعادل ١ فهرنهايت لكل ٧٠ قدم.كما تتباين لزوجة الوشاح الأرضي بشكل كبير، فهو يعتبر صخرة شبه صلبة بشكل تام، لكنه أقل لزوجة عند حدود الصفائح التكتونية وحدود ألسنته، وهناك تكون صخور الوشاح الأرضي أكثر ليونة وقابلة للضغط اللدن حيث لا تعود لحالتها السابقة حتى بزوال الضغط (تتم تلك العملية عبر ملايين السنين وتحت درجة حرارة وضغط عظيمين).
يؤثر انتقال الحرارة والمواد داخل طبقة الوشاح الأرضي تأثيرًا مباشرًا في الشكل الخارجي للأرض، فتلك الأنشطة بطبقة الوشاح تؤدي إلى تحرك الطبقات التكتونية وتكوين البراكين، واتساع أراضي البحار، والزلازل وكذلك الحركات المكونة لسلاسل الجبال.
ينقسم الوشاح الأرضي إلى عدة طبقات مختلفة (الوشاح العلوي- المنطقة الانتقالية- الوشاح السفلي- الطبقة المزدوجة الأولية- والمنطقة الغريبة حيثُ يلتقي الوشاح الأرضي بطبقة اللب الخارجي).
الوشاح الأرضي العلوي:
يمتد الوشاح العلوي من القشرة وحتى عمق ٤١٠ كيلومتر (٢٥٥ ميل)، طبقة الوشاح العلوي صلبة بالكامل تقريبًا إلا أنها أكثر المناطق تأثرًا بالنشاط التكتوني. يعتبر جزءا الوشاح العلوي (الليثوسفير والأثينوسفير) منطقتين نشطتين في باطن الأرض.
الليثوسفير:
طبقة الليثوسفير هي تلك الطبقة الصلبة الخارجية للأرض، والتي تمتد حتى عمق ١٠٠ كيلومتر (٦٢ ميل)، وهي تشمل القشرة الأرضية وكذلك الجزء الهش الأولي من طبقة الوشاح الأرضي ، والليثوسفير هي الطبقة الأبرد وكذلك الأصلب من الأرض بشكل كامل.
أكثر ما يميز طبقة الليثوسفير هو النشاط التكتوني، والذي يصف التفاعل بين ألواح عظيمة من الليثوسفير والمعروفة بالصفائح التكتونية، وتنقسم صفائح الليثوسفير التكتونية إلى خمس عشرة صفيحة تكتونية:
الأمريكية الشمالية، الكاريبية، الأمريكية الجنوبية، القطبية الجنوبية (الأنتراكتيكية)، الأوروآسيوية، العربية، الإفريقية، الهندية، الفلبينية، الأسترالية، المحيط الهادي، (الجوزية – cocos)، نازكا، خوان دي فوكا، سكوتيا.
يسمى الجزء الفاصل في الليثوسفير بين القشرة وجزء الوشاح الأرضي الخارجي بالوقفة الموهورفيكية، أو اختصارًا تسمى (الموهو)، لا تحدد طبقة الموهو عند عمق ثابت حيث أن جميع مناطق الأرض ليست في حالة اتزان أيزوستاتيكي. تعبّر الأيزوستاتية عن الفروق الكيميائية، والفيزيائية، والميكانيكية التي تسمح للقشرة أن تطفو فوق وشاح أكثر لدانة أحيانًا.
تتواجد الموهو عند عمق ٨ كيلومترات (٥ أميال) تحت سطح المحيط، وعند ٣٢ كيلومتر (٢٠ ميل) تحت القارات. تتميز القشرة الأرضية والوشاح بأنواع مختلفة من الصخور، فتتميز القشرة الأرضية بوجود النيس (القشرة القارية)، والجابو (القشرة المحيطية) التي تتواجد أسفل الموهو. يتميز الوشاح الأرضي بوجود البريدويتيت، وهو نوع من الصخور يتكون بشكل شبه كلي من معادن الزبرجد والبيروكسين.
الأثينوسفير:
هو الطبقة الأكثر كثافة والأكثر ضعفًا، وتقع أسفل الليثوسفير. تقع على عمق يتراوح بين ١٠٠ كيلومتر (٦٢ ميل) و٤١٠ كيلومتر (٢٢٥ميل) تحت سطح الأرض. هناك حيث ترتفع درجتا الحرارة والضغط بشكل مهول ما يسمح بتحول الصخور إلى الحالة شبه الذائبة بعد أن تلين تحت عوامل الضغط والحرارة.
يكون الأثينوسفير أكثر قابلية للتمدد عن الليثوسفير. والتمدد هو خاصية المواد الصلبة للتشكل والتمدد تحت تأثير الضغط. بالنسبة للزوجة فإن الأثينوسفير أكثر لزوجة من الليثوسفير. وحدود التقائهما ببعضهما هي محط اهتمام علماء الجيولوجيا المهتمين بمعدل تدفق المواد واختلاف الليونة بين طبقتي الوشاح الأرضي العلوي.
الحركة شديدة البطء لطفو صفائح الليثوسفير فوق الأثينوسفير هي السبب وراء الصفائح التكتونية والعملية المرتبطة بالزحزحة القارية والزلازل وتكوين الجبال والبراكين، حيث أن الحمم البركانية المنبعثة من شقوق الأرض هي ذاتها صخور الأثينوسفير في حالتها الذائبة بالصهارة (الماجما). بالتأكيد إن الصفائح التكتونية غير مستقرة عند حدودها والمناطق شديدة الحرارة، ولا تطفو عائمة بالمعنى المعروف.
الطبقة الانتقالية:
على عمق يتراوح بين ٤١٠ كيلومتر (٢٥٥ ميل) و٦٦٠ كيلومتر (٤١٠ ميل) تحت سطح الأرض، تخضع الصخور لتغييرات جذرية بتلك المنطقة المعروفة بالطبقة الانتقالية للوشاح الأرضي. في المنطقة الانتقالية لا تنصهر الصخور ولا تتفتت، وإنما يتغير تركيبها الكريستالي بطرق مذهلة ما يجعل تلك الصخور شديدة الكثافة.
تمنع الطبقة الانتقالية للوشاح حدوث التبادلات الكبيرة بين معادن الوشاح الخارجي والداخلي، كما يعتقد بعض الجيولوجيين بأن كثافة صخور الطبقة الانتقالية هي ما تمنع انزلاق ألواح الليثوسفير إلى داخل الوشاح الأرضي .
تقبع تلك القطع الهائلة من الألواح التكتونية لملايين السنين في المنطقة المتحركة قبل أن تمتزج بباقي صخور الوشاح لتصعد لطبقة الوشاح الخارجي كجزء من الأثينوسفير ثم تبرز إلى سطح الأرض على هيئة (اللاڤا) لتصبح جزءًا من الليثوسفير، أو تنبثق في قاع المحيطات كقشرة محيطية عند مناطق التمدد بقاع البحر.
هناك من الجيولوجيين وعلماء الصخور من يعتقد بأن المنطقة الانتقالية شبه منفذة (مسامية) ما يسمح بتبادل جزئي للمعادن بين طبقتي الوشاح الأرضي الداخلية والخارجية، وهناك من يعتقد بأن بعض الألواح تستطيع الانزلاق في المنطقة الانتقالية وصولًا إلى الوشاح الداخلي.
المياه:
ربما وفرة المياه هي أكثر ما يميز المنطقة الانتقالية للوشاح الأرضي، حيث تحتوي صخور المنطقة الانتقالية على كمية مساوية من المياه لتلك التي تحتويها جميع محيطات الأرض تقريبًا.
ولكن المياه بالمنطقة الانتقالية ليست مياهًا كتلك التي نعرفها بحالاتها الثلاث ولا حتى بالحالة الرابعة البلازمية للمادة، وإنما تتواجد على هيئة الهيدروكسيد، والهيدروكسيد هو أيون الهيدروجين المرتبط بالأكسجين مع شحنة سالبة.
يتواجد الهيدروكسيد في التركيب الكريستالي لصخور المنطقة الانتقالية كما في الرينجوودايت والوادسيلايت، حيث تتكون تلك المعادن نتاج تواجد الزبرجد تحت درجتي حرارة وضغط مهولين.
يساهم ارتفاع الضغط والحرارة قرب قاع المنطقة الانتقالية بتحول الرينجوودايت والوادسيلايت ما يسمح بنفاذ الهيدروكسيد بحالة ذائبة، ما يجعله يرتفع إلى الأعلى حتى يصادف أنواعًا أخرى من صخور الطبقة الانتقالية التي تستطيع إمساك المياه، وهكذا فإن الطبقة المتحركة تشكل مخزنًا رائعًا لدورة حياة المياه.
يعتقد بعض الجيولوجيين وعلماء الصخور بأن المياه الموجودة في الطبقة الانتقالية قد وصلت إليها عبر سطح الأرض أثناء عمليات الاندساس، تلك العمليات التي تذوب فيها الصفائح الأكثر كثافة إلى صخور أكثر قابلية للطفو، وتحدث معظم عمليات الاندساس عند انزلاق الألواح المحيطية أسفل الألواح الأقل كثافة.
وتزامنًا مع معادن الليثوسفير وصخورها، تندفع آلاف الأطنان من المياه والكربون عبر الوشاح الأرضي ، وتصعد المياه والهيدروكسيد إلى القشرة الأرضية ثم الغلاف الجوي عبر عمليات الحمل الحراري، أو البراكين، أو توسع أراضي البحار.
الوشاح السفلي:
يمتد الوشاح السفلي على عمق يتراوح بين ٦٦٠ كيلومتر (٤١٠ ميل) و٢٧٠٠ كيلومتر (١٦٨٧ ميل) تحت سطح الأرض، وبالطبع فهو أكثر كثافة وحرارة من الوشاح العلوي والمنطقة الانتقالية. كما أنه أقل قابلية للتشكيل عنهما، فعلى الرغم من درجة الحرارة العالية التي تعطيه بعض الليونة، يجعل الضغط الشديد صخور طبقة الوشاح السفلية في حالة صلبة دائمًا.
كما أن الجيولوجيين غير متفقين تمامًا بخصوص تركيب الوشاح السفلي، فهناك من يعتقد بأن الألواح التي تندس خلال الوشاح الأرضي العلوي والمنطقة الانتقالية تستقر في الوشاح السفلي، وهناك من يعتقد بأنها منطقة ثابتة لا تقبل إضافة ولا تشارك في عمليات الحمل (الانتقال) الحراري.