تويت
جيولوجيا
من ويكيبيديا
علم طبقات الأرض أو الجيولوجيا (بالإنجليزية: Geology) هو فرع من فروع علوم الأرض المختص بدراسة بنية الأرض الصلبة، والصخور التي تتكون منها، والعمليات التي تحدث عليها مع مرور الزمن. ومن الممكن أن يشير علم طبقات الأرض أيضًا إلى دراسة ميزات الأرض الصلبة لأي كوكب أرضي (مثل المريخ أو القمر). يصف علم طبقات الأرض بنية ما تحت سطح الأرض، والعمليات التي شكلت تلك البنية. كما يوفر علم طبقات الأرض الأدوات اللازمة لتحديد الأعمار النسبية والمطلقة للصخور الموجودة في موقع معين، وكذلك لوصف تاريخ تلك الصخور. ومن خلال الجمع بين هذه الأدوات، يستطيع علماء علم طبقات الأرض تأريخ التاريخ الجيولوجي لكل لأرض، وتحديد عمرها. ويوفر علم طبقات الأرض الدليل الأساسي للصفائح التكتونية، والتاريخ التطوري للأرض، والمناخات الماضية للأرض.
يستخدم الجيولوجيون مجموعة واسعة من الطرق لفهم بنية الأرض وتطورها، بما في ذلك العمل الميداني، ووصف الصخور، والتقنيات الجيوفيزيائية، والتحليل الكيميائي، والتجارب الفيزيائية، والنمذجة العددية. أما من الناحية العملية، يعد علم طبقات الأرض مهم للتنقيب عن المعادن والهيدروكربونات واستغلالها، وتقييم الموارد المائية، وفهم المخاطر الطبيعية، ومعالجة المشاكل البيئية، وتوفير رؤى حول تغير المناخ. كما يلعب علم طبقات الأرض، ذا التخصصات الأكاديمية الواسعة دورًا كبيرًا في الهندسة الجيوتقنيّة.
أصل التسمية[عدل]
يسمى هذا العلم بـ «علم طبقات الأرض» وذلك كونه علم يدرس بينما يعود أصل كلمة جيولوجيا مشتقة من اللغة اليونانية القديمة، والمصطلح مكون من كلمتين حيث أن γῆ (جيو) تعني «أرض»، وλόγος (لوجيا) تعني «دراسة». و جل الكلمة تعني دراسة الأرض.
المواد الجيولوجية[عدل]
تأتي غالبية البيانات الجيولوجية من البحوث المتعلقة بالمواد الأرضية الصلبة، والتي تندرج عادة من فئتي الصخور والمواد السائبة.
الصخور[عدل]
صورة توضح دورة الصخور في الطبيعة
ترتبط معظم البحوث الجيولوجية بدراسة الصخور، حيث أن الصخور هي السجل الأساسي للتأريخ الجيولوجي للأرض، وذلك لكون الصخور هي الوحدة الأساسية في بناء الأرض حيث تتكون من تشكيلات تحتوي على مجموعة من المعادن المتواجدة في الطبيعة، وتكون جزءا أساسيا في تركيب القشرة الأرضية. وعلى هذا يكون الصخر ذو خاصية مميزة تفرقه عن صخر آخر وتجعله وحدة قائمة بذاتها. وكما أن الصخر هو الوحدة الأساسية في بناء الأرض، فالمعدن هو وحدة الصخر نفسه. وتختلف الصخور عن بعضها البعض من حيث أنواع المعادن المكونة لها وعلاقة هذه المعادن ببعضها البعض في الصخر الواحد، وهناك ثلاث أنواع من الصخور وهي الصخور النارية والصخور الرسوبية والصخور المتحولة، وهناك عمليات بيئية توثر على الصخور تؤدي إلى تغير نوع الصخر من ناري إلى متحول أو العكس، أو من رسوبي إلى ناري أو العكس أو من متحول إلى رسوبي أو العكس؛ وتعرف هذه العمليات بالدورة الصخرية.
تتكون الصخور النارية بشكل مباشر من عمليات التبريد التي تحدث للماغما وذلك بعد تبلورها[5]، حيث توجد الماغما داخل القشرة الأرضية في مكان يدعى حجرة الماغما، وعندما تبدأ عملية تبريد الماغما يستقر أولا المعدنان الأكثر كثافة من غيرهما وهما معدن الأوليفين والبلاجيوكليس الكلسي إلى قاع حجرة الماغما، فيتكون البيريدوتايت وهو صخرة نارية جوفية غنية بالحديد والمغنيسيوم والكالسيوم وفقيرة بالسليكون والألمنيوم والصوديوم، ثم تخرج الماغما المتبقية من حجرة الماغما عبر الشقوق ويمكن أن تستقر في حجرة جديدة حيث يتبلور معدنا البايروكسين والبلاجيوكليس الكلسي الصودي، وبتراكمهما في قاع الحجرة يتبلور صخر الغابرو، وإذا استمرت عملية انتقال الماغما إلى أماكن أخرى في القشرة الأرضية وتبلورها فيها يمكن أن يتبلور صخر الديورايت وصخر الغرانيت في نهاية العملية.[6]
أما الصخور الرسوبية فتتكون بفعل عمليات الترسيب لفتات الصخر ودفنه وتصخره[5]، حيث تحمل الأنهار عند سريانها أجزاء من صخور مكسورة تصل إلى بحر أو بحيرة، وتستقر الحمولة المنقولة في قاع البحر أو البحيرة، ثم تتراكم على شكل طبقات، فتسمى رسوبيات، وزن الرسوبيات التي في القمة يؤدي إلى هرس الرسوبيات التي في القاع، فيؤدي ذلك إلى عصر الماء وخروجه من قطع الصخور وبلورات الأملاح، تقوم البلورات بتكوين نوع من الصمغ يلصق أجزاء الصخور ببعضها، فينتج الصخر الرسوبي[7]، وتتميز الصخور الرسوبية عن الصخور النارية بأنها تنشأ فوق سطح الغلاف الصخري نتيجة لتأثير العوامل الظاهرة (عوامل التعرية) وفعل الكائنات العضوية.
الصخور المتحولة تتكون بفعل الضغط والحرارة المؤثرَين في أنواع الصخور المختلفة سواء نارية أو رسوبية[5]، حيث تكون تحت أطنان من الضغط مما يؤدي إلى ارتفاع ضخم في الحرارة، وهذا ما يؤدي بها إلى التغير في السمات الأصلية للصخر، وهذه العملية تحدث أيضا للصخور المتحولة مسبقا.[8]
المواد السائبة[عدل]
يتدارس الجيولوجيون أيضا المواد الغير متصلبة والتي هي عبارة عن مواد فضفاضة تتراوح أحجامها بين الطين والرمل والحصى. التي تستطيع المياه الجوفية أن تسير بين حبيباتها لمسافات تختلف مع اختلاف حجم حبيبات التربة[9]، وتُعرف دراسة المواد السائبة بدراسة العصر الرباعي وتشمل تلك الدراسة لعلم الرواسب ومورفولوجيا الأرض وعلم المناخ القديم.
البنية الكاملة للأرض[عدل]
الصفائح التكتونية[عدل]
بنية كوكب الأرض
في ستينيات القرن الماضي، اكتشف الباحثون بأن الغلاف الصخري للأرض (بالإنجليزية: غلاف الأرض الصخري) والذي يتكون من القشرة الأرضية والطبقة العلوية الصلبة من الوشاح العلوي (بالإنجليزية: upper mantle) مقسّم إلى صفائح تيكتاتونية تتحرك عبر الغلاف الموري (بالإنجليزية: Asthenosphere)، إن هذه النظرية مدعومة بعدة مشاهدات، ومنها ظاهرة انتشار قاع البحر (بالإنجليزية: Seafloor spreading)، والتوزيع العالمي للتضاريس الجبلية والزلزالية.
هناك علاقة وثيقة ما بين حركة الصفائح على السطح وتيارات الحمل الحراري للوشاح (بالإنجليزية: mantle)(والتي هي عبارة عن انتقال الحرارة الناتج عن الحركة السائبة للجزيئات داخل السوائل)، وإضافةً إلى ذلك فإن صفائح المحيطات تتحرك في نفس اتجاه تيارات الحمل الحراري للوشاح المحاذي لها، وذلك لأن الغلاف الصخري للمحيط هي في الواقع الطبقة الصلبة الحرارية العلوية للطبقة الحدودية للوشاح الحراري. وهذه العلاقة ما بين الطبقة الصلبة المتحركة على سطح الأرض والوشاح الحراري تسمى بالصفائح التيكتاتونية.[10][11]
إن تطور نظرية الصفائح التيكتاتونية ساهم في إيجاد أساس فيزيائي للعديد من المشاهدات التي تحصل على الجزء الصلب من الأرض، المناطق الخطية الطولية التي تشترك بسمات جيولوجية معينة تسمي بالصفائح الحدودية[12]، ومن الأمثلة عليها:
أدت حدود التحويل، مثل نظام صدع سان أندرياس، إلى حدوث زلازل قوية وواسعة الانتشار، كما توفر تكتونية الصفائح آلية لنظرية ألفريد ويجينار عن الانجراف القاري[13]، حيث تتحرك القارات عبر سطح الأرض على مدار الزمن الجيولوجي، كما أنها توفر قوة دافعة للتشوه القشري، ومجموعات جديدة من المشاهدات للجيولوجيا الهيكلية، وتكمن قوة نظرية الصفائح التكتونية في قدرتها على دمج كل هذه المشاهدات في نظرية واحدة حول كيفية تحرك الغلاف الصخري فوق الوشاح الحراري.
هيكل الأرض[عدل]
طبقات الأرض المختلفة
تقدم التطورات في علم الزلازل والنمذجة باستخدام الحاسوب وعلم المعادن وعلم البلورات عند درجات حرارة وضغوط عالية نظرة ثاقبة وقوية على التكوين الداخلي والهيكلي للأرض.
يمكن لعلماء الزلازل استخدام أوقات وصول الموجات الزلزالية في الاتجاه المعاكس لتصوير الجزء الداخلي للأرض، كما وأظهرت التطورات الحديثة في هذا المجال وجود نواة خارجية سائلة ونواة داخلية صلبة كثيفة، وأدت هذه التطورات أيضاً إلى تطوير نموذج لطبقات للأرض مع القشرة والغلاف الصخري في الأعلى والوشاح تحتها والنواة الخارجية والداخلية تحت ذلك. وتمكن علماء الزلازل مؤخراً من إنشاء صور مفصلة لسرعة الموجة داخل الأرض بالطريقة نفسها التي يقوم فيها الطبيب بتصوير الجسم في الأشعة المقطعية، وقد أدت هذه الصور إلى عرض أكثر تفصيلاً للجزء الداخلي من الأرض، واستبدلت نموذج الطبقات المبسط بنموذج أكثر ديناميكية.
لقد تمكن علماء المعادن من استخدام بيانات الضغط ودرجة الحرارة من الدراسات الزلزالية إلى جانب معرفة التكوين الأساسي للأرض من أجل إعادة إنتاج هذه الظروف في البيئات التجريبية وقياس التغيرات في تركيب البلورات، تفسر هذه الدراسات التغيرات الكيميائية المرتبطة بالانفصالات الزلزالية الرئيسية في الوشاح وتُظهر التركيبات البلورية المتوقعة في النواة الداخلية للأرض.
التطورات الجيولوجية التي تحدث في منطقة ما[عدل]
تتغير الجيولوجيا لمنطقة ما مع مرور الزمن كالجزيئات الصخرية التي منها ما يترسب بمفرده والأخر يترسب فوق صخر ما، كما وتغير عمليات التشوه من شكلها وأماكن تواجدها.
توضع الوحدات الصخرية بداية إما عن طريق الترسيب على سطح ما أو عن طريق استيلاءها على سطح صخر ما وذلك بوجودها في علوية ذلك الصخر. يمكن أن يحدث الترسيب في حال استقرار الرواسب على سطح الأرض وتشكل طبقات عن طريق تصلبها وتحولها من رسوبيات إلى صخور رسوبية صلبة أو في حال مادة بركانية كالرماد البركاني أو الحمم البركانية التي تتدفق في باطن الأرض، تعتبر الرواسب النارية مثل: الباثوليثات أجساماً نارية عميقة ويكون شكلها غير منتظم، وكذلك تعتبر اللاكوليثات أجساماً نارية ضحلة ويكون شكلها منتظماً، أما القواطع (دايكات) والطبقات الافقية (سيلات) تترسب وتتجمع في علوية صخرها وتتبلور كما تطفلت.
بعد السلسلة الأولى من الصخور التي ترسبت، يمكن أن تتشوه الجزيئات الصخرية أو تتحول لنوع آخر من الصخور.
يحدث التشوه عادة نتيجة للتقصر الأفقي، أو التمدد الأفقي أو الحركة الانزلاقية بشكل متعاكس، وتتعلق هذه النظم التركيبية بوجه عام بالحركات المتقاربة، والحركات الانفراجية والحركات الانزلاقية التي تقع ما بين الصفائح التكتونية.
يتسبب التمديد في أن تصبح الوحدات الصخرية ككل أطول وأكثر نحافة، يتم إنجاز هذا في المقام الأول من خلال التصدعات العادية ومن خلال التمدد المرن والترقيق. تُسقِط الصدوع العادية وحدات صخرية التي تكون أعلى من تلك الأقل، هذه عادة ما تؤدي إلى وضع الوحدات الأصغر سناً تحت الوحدات القديمة. توسيع الوحدات يمكن أن يؤدي إلى ترققها؛ في الواقع، هناك موقع ضمن ماريا فولد وحزام الدفع، حيث يمكن رؤية السلسلة الرسوبية الكاملة لجراند كانيون على طول أقل من متر. غالباً ما يتم تحويل الصخور أيضاً في العمق الذي يتم تمديده بشكل متناهي الصغر، هذه الصخور الممتدة يمكن أن تصطدم أيضًا بالعدسات، المعروفة باسم "بودان"، بعد الكلمة الفرنسية "السجق"، بسبب تشابهها البصري.
عندما تنزلق الوحدات الصخرية بعضها البعض، تتطور صدوع الانزلاق الصخري في المناطق الضحلة، وتصبح مناطق القص عند أعماق أكثر عمقاً حيث تتشوه الصخور بشكل مرن.
مقطع جيولوجي لجبل
إضافة وحدات صخرية جديدة، سواء ترسيبيه أو تدخليه، غالباً ما تحدث أثناء التشوه. ينتج عن التصدع وغيره من العمليات التشوهية خلق تدرجات طوبوغرافية، مما يؤدي إلى تلف المواد على الوحدة الصخرية التي تتزايد في الارتفاع لتتلاشى بواسطة التلال والقنوات، تترسب هذه الرواسب على الوحدة الصخرية التي تنخفض. تحافظ الحركة المستمرة على طول الصدع على الانحدار الطبوغرافي على الرغم من حركة الرواسب، وتستمر في توفير مساحة للسكن للمواد التي تترسب. غالبًا ما ترتبط الأحداث التشوهية أيضًا بالبراكين والنشاط الناري، يتراكم الرماد البركاني والحمم البركانية على السطح، وتدخل اندساسات صخرية نارية من الأسفل، تدخل على طول الشقوق، وبالتالي تتشكل في كثير من الأحيان بأعداد كبيرة في المناطق التي يتم تشويهها بفعالية. وهذا يمكن أن يؤدي إلى وضع أسراب السد، مثل تلك التي يمكن ملاحظتها عبر الدرع الكندي، أو حلقات من السدود حول أنبوب الحمم البركانية.
كل هذه العمليات لا تحدث بالضرورة في بيئة واحدة، ولا تحدث بالضرورة في أمر واحد، فعلى سبيل المثال جزر هاواي تتكون تقريبا بشكل كامل من تدفقات حمم بازلتية الطبقات. تحتوي السلاسل الرسوبية لوسط الولايات المتحدة القارية وجراند كانيون في جنوب غرب الولايات المتحدة على أكوام غير مكتملة تقريبا من الصخور الرسوبية التي ظلت قائمة منذ العصر الكمبري. المناطق الأخرى أكثر تعقيدًا من الناحية الجيولوجية، في جنوب غرب الولايات المتحدة، كانت الصخور الرسوبية والبركانية والتدخلية متحوّلة ومشوهة. حتى الصخور القديمة، مثل صخر صوان أكاستا من كراتون الرقيق في شمال غرب كندا، تم تحويل أقدم الصخور المعروفة في العالم إلى النقطة التي لا يمكن التعرف على أصلها بدون تحليل مختبري. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تحدث هذه العمليات في مراحل. في العديد من الأماكن، كان "جراند كانيون" في جنوب غرب الولايات المتحدة مثالًا واضحًا للغاية، فقد تحوّلت الوحدات الصخرية السفلية وتم تشويهها، ثم انتهى التشوه ووُضعت الوحدات العلوية غير المُصحَّحة. على الرغم من أنه يمكن أن يحدث أي قدر من تشوه الصخور، ويمكن أن تحدث عدد من المرات، فهذه المفاهيم توفر دليلاً لفهم التاريخ الجيولوجي للمنطقة.
من ويكيبيديا
علم طبقات الأرض أو الجيولوجيا (بالإنجليزية: Geology) هو فرع من فروع علوم الأرض المختص بدراسة بنية الأرض الصلبة، والصخور التي تتكون منها، والعمليات التي تحدث عليها مع مرور الزمن. ومن الممكن أن يشير علم طبقات الأرض أيضًا إلى دراسة ميزات الأرض الصلبة لأي كوكب أرضي (مثل المريخ أو القمر). يصف علم طبقات الأرض بنية ما تحت سطح الأرض، والعمليات التي شكلت تلك البنية. كما يوفر علم طبقات الأرض الأدوات اللازمة لتحديد الأعمار النسبية والمطلقة للصخور الموجودة في موقع معين، وكذلك لوصف تاريخ تلك الصخور. ومن خلال الجمع بين هذه الأدوات، يستطيع علماء علم طبقات الأرض تأريخ التاريخ الجيولوجي لكل لأرض، وتحديد عمرها. ويوفر علم طبقات الأرض الدليل الأساسي للصفائح التكتونية، والتاريخ التطوري للأرض، والمناخات الماضية للأرض.
يستخدم الجيولوجيون مجموعة واسعة من الطرق لفهم بنية الأرض وتطورها، بما في ذلك العمل الميداني، ووصف الصخور، والتقنيات الجيوفيزيائية، والتحليل الكيميائي، والتجارب الفيزيائية، والنمذجة العددية. أما من الناحية العملية، يعد علم طبقات الأرض مهم للتنقيب عن المعادن والهيدروكربونات واستغلالها، وتقييم الموارد المائية، وفهم المخاطر الطبيعية، ومعالجة المشاكل البيئية، وتوفير رؤى حول تغير المناخ. كما يلعب علم طبقات الأرض، ذا التخصصات الأكاديمية الواسعة دورًا كبيرًا في الهندسة الجيوتقنيّة.
أصل التسمية[عدل]
يسمى هذا العلم بـ «علم طبقات الأرض» وذلك كونه علم يدرس بينما يعود أصل كلمة جيولوجيا مشتقة من اللغة اليونانية القديمة، والمصطلح مكون من كلمتين حيث أن γῆ (جيو) تعني «أرض»، وλόγος (لوجيا) تعني «دراسة». و جل الكلمة تعني دراسة الأرض.
المواد الجيولوجية[عدل]
تأتي غالبية البيانات الجيولوجية من البحوث المتعلقة بالمواد الأرضية الصلبة، والتي تندرج عادة من فئتي الصخور والمواد السائبة.
الصخور[عدل]
مقالات مفصلة: صخر- دورة صخرية
صورة توضح دورة الصخور في الطبيعة
ترتبط معظم البحوث الجيولوجية بدراسة الصخور، حيث أن الصخور هي السجل الأساسي للتأريخ الجيولوجي للأرض، وذلك لكون الصخور هي الوحدة الأساسية في بناء الأرض حيث تتكون من تشكيلات تحتوي على مجموعة من المعادن المتواجدة في الطبيعة، وتكون جزءا أساسيا في تركيب القشرة الأرضية. وعلى هذا يكون الصخر ذو خاصية مميزة تفرقه عن صخر آخر وتجعله وحدة قائمة بذاتها. وكما أن الصخر هو الوحدة الأساسية في بناء الأرض، فالمعدن هو وحدة الصخر نفسه. وتختلف الصخور عن بعضها البعض من حيث أنواع المعادن المكونة لها وعلاقة هذه المعادن ببعضها البعض في الصخر الواحد، وهناك ثلاث أنواع من الصخور وهي الصخور النارية والصخور الرسوبية والصخور المتحولة، وهناك عمليات بيئية توثر على الصخور تؤدي إلى تغير نوع الصخر من ناري إلى متحول أو العكس، أو من رسوبي إلى ناري أو العكس أو من متحول إلى رسوبي أو العكس؛ وتعرف هذه العمليات بالدورة الصخرية.
تتكون الصخور النارية بشكل مباشر من عمليات التبريد التي تحدث للماغما وذلك بعد تبلورها[5]، حيث توجد الماغما داخل القشرة الأرضية في مكان يدعى حجرة الماغما، وعندما تبدأ عملية تبريد الماغما يستقر أولا المعدنان الأكثر كثافة من غيرهما وهما معدن الأوليفين والبلاجيوكليس الكلسي إلى قاع حجرة الماغما، فيتكون البيريدوتايت وهو صخرة نارية جوفية غنية بالحديد والمغنيسيوم والكالسيوم وفقيرة بالسليكون والألمنيوم والصوديوم، ثم تخرج الماغما المتبقية من حجرة الماغما عبر الشقوق ويمكن أن تستقر في حجرة جديدة حيث يتبلور معدنا البايروكسين والبلاجيوكليس الكلسي الصودي، وبتراكمهما في قاع الحجرة يتبلور صخر الغابرو، وإذا استمرت عملية انتقال الماغما إلى أماكن أخرى في القشرة الأرضية وتبلورها فيها يمكن أن يتبلور صخر الديورايت وصخر الغرانيت في نهاية العملية.[6]
أما الصخور الرسوبية فتتكون بفعل عمليات الترسيب لفتات الصخر ودفنه وتصخره[5]، حيث تحمل الأنهار عند سريانها أجزاء من صخور مكسورة تصل إلى بحر أو بحيرة، وتستقر الحمولة المنقولة في قاع البحر أو البحيرة، ثم تتراكم على شكل طبقات، فتسمى رسوبيات، وزن الرسوبيات التي في القمة يؤدي إلى هرس الرسوبيات التي في القاع، فيؤدي ذلك إلى عصر الماء وخروجه من قطع الصخور وبلورات الأملاح، تقوم البلورات بتكوين نوع من الصمغ يلصق أجزاء الصخور ببعضها، فينتج الصخر الرسوبي[7]، وتتميز الصخور الرسوبية عن الصخور النارية بأنها تنشأ فوق سطح الغلاف الصخري نتيجة لتأثير العوامل الظاهرة (عوامل التعرية) وفعل الكائنات العضوية.
الصخور المتحولة تتكون بفعل الضغط والحرارة المؤثرَين في أنواع الصخور المختلفة سواء نارية أو رسوبية[5]، حيث تكون تحت أطنان من الضغط مما يؤدي إلى ارتفاع ضخم في الحرارة، وهذا ما يؤدي بها إلى التغير في السمات الأصلية للصخر، وهذه العملية تحدث أيضا للصخور المتحولة مسبقا.[8]
المواد السائبة[عدل]
- مقالة مفصلة: نقل المواد السائبة
يتدارس الجيولوجيون أيضا المواد الغير متصلبة والتي هي عبارة عن مواد فضفاضة تتراوح أحجامها بين الطين والرمل والحصى. التي تستطيع المياه الجوفية أن تسير بين حبيباتها لمسافات تختلف مع اختلاف حجم حبيبات التربة[9]، وتُعرف دراسة المواد السائبة بدراسة العصر الرباعي وتشمل تلك الدراسة لعلم الرواسب ومورفولوجيا الأرض وعلم المناخ القديم.
البنية الكاملة للأرض[عدل]
الصفائح التكتونية[عدل]
- مقالة مفصلة: صفائح تكتونية
بنية كوكب الأرض
في ستينيات القرن الماضي، اكتشف الباحثون بأن الغلاف الصخري للأرض (بالإنجليزية: غلاف الأرض الصخري) والذي يتكون من القشرة الأرضية والطبقة العلوية الصلبة من الوشاح العلوي (بالإنجليزية: upper mantle) مقسّم إلى صفائح تيكتاتونية تتحرك عبر الغلاف الموري (بالإنجليزية: Asthenosphere)، إن هذه النظرية مدعومة بعدة مشاهدات، ومنها ظاهرة انتشار قاع البحر (بالإنجليزية: Seafloor spreading)، والتوزيع العالمي للتضاريس الجبلية والزلزالية.
هناك علاقة وثيقة ما بين حركة الصفائح على السطح وتيارات الحمل الحراري للوشاح (بالإنجليزية: mantle)(والتي هي عبارة عن انتقال الحرارة الناتج عن الحركة السائبة للجزيئات داخل السوائل)، وإضافةً إلى ذلك فإن صفائح المحيطات تتحرك في نفس اتجاه تيارات الحمل الحراري للوشاح المحاذي لها، وذلك لأن الغلاف الصخري للمحيط هي في الواقع الطبقة الصلبة الحرارية العلوية للطبقة الحدودية للوشاح الحراري. وهذه العلاقة ما بين الطبقة الصلبة المتحركة على سطح الأرض والوشاح الحراري تسمى بالصفائح التيكتاتونية.[10][11]
إن تطور نظرية الصفائح التيكتاتونية ساهم في إيجاد أساس فيزيائي للعديد من المشاهدات التي تحصل على الجزء الصلب من الأرض، المناطق الخطية الطولية التي تشترك بسمات جيولوجية معينة تسمي بالصفائح الحدودية[12]، ومن الأمثلة عليها:
- المرتفعات الواقعة في منتصف المحيط (وتسمى بظهر المحيط) والمناطق المرتفعة في قاع البحر حيث توجد فتحات المياه الحارة والبراكين، تعرّف على أنها حدود متباعدة، حيث تبتعد الصفيحتان عن بعضهما البعض.
- تعتبر أقواس البراكين والزلازل حدوداً متقاربة، حيث تتداخل الصفائح مع بعضها البعض أو تتحرك تحت بعضها.
أدت حدود التحويل، مثل نظام صدع سان أندرياس، إلى حدوث زلازل قوية وواسعة الانتشار، كما توفر تكتونية الصفائح آلية لنظرية ألفريد ويجينار عن الانجراف القاري[13]، حيث تتحرك القارات عبر سطح الأرض على مدار الزمن الجيولوجي، كما أنها توفر قوة دافعة للتشوه القشري، ومجموعات جديدة من المشاهدات للجيولوجيا الهيكلية، وتكمن قوة نظرية الصفائح التكتونية في قدرتها على دمج كل هذه المشاهدات في نظرية واحدة حول كيفية تحرك الغلاف الصخري فوق الوشاح الحراري.
هيكل الأرض[عدل]
- مقالة مفصلة: بنية الأرض
طبقات الأرض المختلفة
تقدم التطورات في علم الزلازل والنمذجة باستخدام الحاسوب وعلم المعادن وعلم البلورات عند درجات حرارة وضغوط عالية نظرة ثاقبة وقوية على التكوين الداخلي والهيكلي للأرض.
يمكن لعلماء الزلازل استخدام أوقات وصول الموجات الزلزالية في الاتجاه المعاكس لتصوير الجزء الداخلي للأرض، كما وأظهرت التطورات الحديثة في هذا المجال وجود نواة خارجية سائلة ونواة داخلية صلبة كثيفة، وأدت هذه التطورات أيضاً إلى تطوير نموذج لطبقات للأرض مع القشرة والغلاف الصخري في الأعلى والوشاح تحتها والنواة الخارجية والداخلية تحت ذلك. وتمكن علماء الزلازل مؤخراً من إنشاء صور مفصلة لسرعة الموجة داخل الأرض بالطريقة نفسها التي يقوم فيها الطبيب بتصوير الجسم في الأشعة المقطعية، وقد أدت هذه الصور إلى عرض أكثر تفصيلاً للجزء الداخلي من الأرض، واستبدلت نموذج الطبقات المبسط بنموذج أكثر ديناميكية.
لقد تمكن علماء المعادن من استخدام بيانات الضغط ودرجة الحرارة من الدراسات الزلزالية إلى جانب معرفة التكوين الأساسي للأرض من أجل إعادة إنتاج هذه الظروف في البيئات التجريبية وقياس التغيرات في تركيب البلورات، تفسر هذه الدراسات التغيرات الكيميائية المرتبطة بالانفصالات الزلزالية الرئيسية في الوشاح وتُظهر التركيبات البلورية المتوقعة في النواة الداخلية للأرض.
التطورات الجيولوجية التي تحدث في منطقة ما[عدل]
تتغير الجيولوجيا لمنطقة ما مع مرور الزمن كالجزيئات الصخرية التي منها ما يترسب بمفرده والأخر يترسب فوق صخر ما، كما وتغير عمليات التشوه من شكلها وأماكن تواجدها.
توضع الوحدات الصخرية بداية إما عن طريق الترسيب على سطح ما أو عن طريق استيلاءها على سطح صخر ما وذلك بوجودها في علوية ذلك الصخر. يمكن أن يحدث الترسيب في حال استقرار الرواسب على سطح الأرض وتشكل طبقات عن طريق تصلبها وتحولها من رسوبيات إلى صخور رسوبية صلبة أو في حال مادة بركانية كالرماد البركاني أو الحمم البركانية التي تتدفق في باطن الأرض، تعتبر الرواسب النارية مثل: الباثوليثات أجساماً نارية عميقة ويكون شكلها غير منتظم، وكذلك تعتبر اللاكوليثات أجساماً نارية ضحلة ويكون شكلها منتظماً، أما القواطع (دايكات) والطبقات الافقية (سيلات) تترسب وتتجمع في علوية صخرها وتتبلور كما تطفلت.
بعد السلسلة الأولى من الصخور التي ترسبت، يمكن أن تتشوه الجزيئات الصخرية أو تتحول لنوع آخر من الصخور.
يحدث التشوه عادة نتيجة للتقصر الأفقي، أو التمدد الأفقي أو الحركة الانزلاقية بشكل متعاكس، وتتعلق هذه النظم التركيبية بوجه عام بالحركات المتقاربة، والحركات الانفراجية والحركات الانزلاقية التي تقع ما بين الصفائح التكتونية.
يتسبب التمديد في أن تصبح الوحدات الصخرية ككل أطول وأكثر نحافة، يتم إنجاز هذا في المقام الأول من خلال التصدعات العادية ومن خلال التمدد المرن والترقيق. تُسقِط الصدوع العادية وحدات صخرية التي تكون أعلى من تلك الأقل، هذه عادة ما تؤدي إلى وضع الوحدات الأصغر سناً تحت الوحدات القديمة. توسيع الوحدات يمكن أن يؤدي إلى ترققها؛ في الواقع، هناك موقع ضمن ماريا فولد وحزام الدفع، حيث يمكن رؤية السلسلة الرسوبية الكاملة لجراند كانيون على طول أقل من متر. غالباً ما يتم تحويل الصخور أيضاً في العمق الذي يتم تمديده بشكل متناهي الصغر، هذه الصخور الممتدة يمكن أن تصطدم أيضًا بالعدسات، المعروفة باسم "بودان"، بعد الكلمة الفرنسية "السجق"، بسبب تشابهها البصري.
عندما تنزلق الوحدات الصخرية بعضها البعض، تتطور صدوع الانزلاق الصخري في المناطق الضحلة، وتصبح مناطق القص عند أعماق أكثر عمقاً حيث تتشوه الصخور بشكل مرن.
مقطع جيولوجي لجبل
إضافة وحدات صخرية جديدة، سواء ترسيبيه أو تدخليه، غالباً ما تحدث أثناء التشوه. ينتج عن التصدع وغيره من العمليات التشوهية خلق تدرجات طوبوغرافية، مما يؤدي إلى تلف المواد على الوحدة الصخرية التي تتزايد في الارتفاع لتتلاشى بواسطة التلال والقنوات، تترسب هذه الرواسب على الوحدة الصخرية التي تنخفض. تحافظ الحركة المستمرة على طول الصدع على الانحدار الطبوغرافي على الرغم من حركة الرواسب، وتستمر في توفير مساحة للسكن للمواد التي تترسب. غالبًا ما ترتبط الأحداث التشوهية أيضًا بالبراكين والنشاط الناري، يتراكم الرماد البركاني والحمم البركانية على السطح، وتدخل اندساسات صخرية نارية من الأسفل، تدخل على طول الشقوق، وبالتالي تتشكل في كثير من الأحيان بأعداد كبيرة في المناطق التي يتم تشويهها بفعالية. وهذا يمكن أن يؤدي إلى وضع أسراب السد، مثل تلك التي يمكن ملاحظتها عبر الدرع الكندي، أو حلقات من السدود حول أنبوب الحمم البركانية.
كل هذه العمليات لا تحدث بالضرورة في بيئة واحدة، ولا تحدث بالضرورة في أمر واحد، فعلى سبيل المثال جزر هاواي تتكون تقريبا بشكل كامل من تدفقات حمم بازلتية الطبقات. تحتوي السلاسل الرسوبية لوسط الولايات المتحدة القارية وجراند كانيون في جنوب غرب الولايات المتحدة على أكوام غير مكتملة تقريبا من الصخور الرسوبية التي ظلت قائمة منذ العصر الكمبري. المناطق الأخرى أكثر تعقيدًا من الناحية الجيولوجية، في جنوب غرب الولايات المتحدة، كانت الصخور الرسوبية والبركانية والتدخلية متحوّلة ومشوهة. حتى الصخور القديمة، مثل صخر صوان أكاستا من كراتون الرقيق في شمال غرب كندا، تم تحويل أقدم الصخور المعروفة في العالم إلى النقطة التي لا يمكن التعرف على أصلها بدون تحليل مختبري. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تحدث هذه العمليات في مراحل. في العديد من الأماكن، كان "جراند كانيون" في جنوب غرب الولايات المتحدة مثالًا واضحًا للغاية، فقد تحوّلت الوحدات الصخرية السفلية وتم تشويهها، ثم انتهى التشوه ووُضعت الوحدات العلوية غير المُصحَّحة. على الرغم من أنه يمكن أن يحدث أي قدر من تشوه الصخور، ويمكن أن تحدث عدد من المرات، فهذه المفاهيم توفر دليلاً لفهم التاريخ الجيولوجي للمنطقة.