تطور قشرة القارات
يعود سبب وجود القارات المرتفعة إلى التاريخ الطويل
لفعّالية تكتونية الصفائح على الكرة الأرضية.
يميل معظم الناس، ربما باستثناء بعض قاطني الجزر النائية، إلى رؤية القارات على أنها معالم دائمة وأساسية بل ومميِّزة للكرة الأرضية. ولكن الإنسان ينسى بسهولة أن السطيحات (الأرصفة) plateforms القارية العالمية لا تمثل إلا كتلا منعزلة ومبعثرة على كوكب مغطى بالمياه على نطاق واسع. أما عندما تُرى من الفضاء فإن الصورة الصحيحة للكرة الأرضية تصير واضحة بشكل مباشر. إنها كوكب أزرق اللون. ومن هذا المنظور يبدو عجيبا تماما أن تحتفظ الكرة الأرضية أثناء تاريخها الطويل بجزء صغير من سطحها فوق مستوى البحر بشكل دائم متيحة بذلك، من بين أمور أخرى، اطراد تطور البشرية على اليابسة.
تتألف قشرة الكرة الأرضية بصورة أولية من صخور بازلتية تبطِّن أحواض المحيطات. أما الصخور الگرانيتية فتكوِّن الكتل القارية المرتفعة. إن حجم كوكب الزهرة قريب من حجم الكرة الأرضية، إلا أن التصوير الراداري له يدل على أنه مغلف بكامله تقريبا بقشرة من البازلت. ويُظهر هذا الكوكب جزءا صغيرا فقط من سطحه على شكل نجود شبيهة بالقباب (التفاصيل في الشكل العلوي) يمكن أن تكون مؤلفة، مثل قارات الأرض، من صخور گرانيتية. أما قشرة أرض القمر فهي مغطاة على نطاق كبير بمرتفعات بيضاء اللون تكونت عندما تبردت تلك الأجسام للمرة الأولى من الحالة المنصهرة، في حين كونت الاندفاعات البركانية فيما بعد ما يسمى «بالبحار» البازلتية القاتمة.
|
فهل كانت استمرارية وجود القارات المرتفعة (البارزة) مجرد مصادفة؟ كيف تكوّنت قشرة الكرة الأرضية المعقدة؟ هل كانت القشرة موجودة على مرّ الزمن كنوع من أنواع الناطف الجليدي icing الأوّلي على كعكة كوكبية، أم أنها تطورت عبر العصور؟ لقد أثارت مثل هذه الأسئلة جدلا شعَّب آراء العلماء خلال عدة عقود. لقد تمت الآن بشكل جذري معرفة القصة المثيرة عن كيفية وصول سطح الكرة الأرضية إلى شكله الحالي. ولقد أظهر هذا المفهوم بشكل متميز وكاف أن الشروط المطلوبة لتكوين قارات الكرة الأرضية يمكن ألاّ تتوافر في سائر أفراد المجموعة الشمسية.
غالبا ما يُعتبر كوكبا الأرض والزُّهرة كوكبين توأمين لأن لهما الحجم نفسه والبعد نفسه عن الشمس. وعليه فمن الطبيعي أن نرغب في معرفة مدى تشابه قشرة كوكب الزهرة مع قشرة كرتنا الأرضية. وعلى الرغم من أن عمليات الرصد المقرابية (التسلكوبية) التي تمت من الأرض عبر القرون لم تقدم معلومات حاسمة، فقد اخترق، في مستهل عام 1990، رادار المسبار الفضائي ماجلاّن الذي يدور حول الزهرة، السحب الثخينة التي تحجبها وكشف عن سطحها بوضوح مذهل، ومن خلال الصور المفصّلة لمعالم سطح هذا الكوكب استطاع علماء الكواكب التكهن بأنواع الصخور التي تغطيه.
المقارنة بالكواكب المجاورة
تبدو الزهرة، شقيقة الأرض، مغطاة بصخور ذات تركيب بازلتي يشبه كثيرا تركيب الصخور القاتمة الدقيقة الحبيبات التي تبطِّن أحواض المحيطات على الكرة الأرضية. ومع ذلك فإن مصوّرات ماجلاّن لم تستطع الكشف عن وجود مناطق واسعة مشابهة لقشرة قارات الكرة الأرضية. ويبدو أن المناطق المرتفعة المسماة أرض أفروديت وأرض عشتار هي بقايا لابات lava بازلتية مجعّدة. ولقد وُجِدت على الزهرة أكوام أصغر بشكل القباب، وهي أشكال قد تدل على وجود اختلاف جوهري في تركيب صخور الأديم في بعض الأمكنة. ومن المحتمل أيضا أن تكون هذه المعالم الشبيهة بالقباب مؤلفة من مجرد كمية أكبر من صخور البازلت.
لقد توصل العلماء بعد تحليل هذه الثروة من البيانات الرادارية الوفيرة التي قدمها ماجلاّن إلى أن عملية «تكتونية الصفائح» (التي هي استمرار لعمليات نشوء وتحريك وتهديم أقسام من سطح الأرض) لا تجري، كما يبدو، على كوكب الزُّهرة. لذا لا يوجد على الزهرة ما يضاهي، بشكل واضح، سلسلة ضهور ridges وسط المحيطات(1) الواسعة الامتداد أو مجموعات الخنادق الضخمة التي تلاحظ في الكرة الأرضية، وعليه فمن غير المحتمل أن يُعاد تدويرrecycles قشرة الزهرة في وشاح crust ذلك الكوكب، كما أنه ليست هناك ضرورة ملحّة على ما يبدو لإفساح المكان لقشرة جديدة: فكمية اللابات المندفعة على الزهرة تعادل تقريبا ما يخرج من أحد براكين هاواي مثل بركان كيلاويه(2) Kilauea، وهو مجرد مقدار ضئيل بالنسبة إلى الحجم الإجمالي للكوكب.
وتُظهِر هذه النتائج المستخلَصَة من كوكب الزهرة ومن أعمال المسح المشابهة للأجسام الصلبة الأخرى في المجموعة الشمسية أن القشرات الكوكبية planetary crusts يمكن أن تُقسَّم بشكل مناسب إلى ثلاثة أنماط أساسية: فالقشرات التي تدعى قشرات أولية primary crusts يعود عمرها إلى بدايات تكوّن المجموعة الشمسية. فقد تكونت بعد ارتطام كميات كثيرة من مواد سابقة التكوّن primordial بكوكب في طور النمو ممّا أدى إلى إطلاق طاقة كافية سبّبت انصهار الكوكب الأوّلي protoplanet الأصلي. وعندما بدأ الصخر المنصهر بالتبرد تصلبت بلورات بعض أنواع المعادن بشكل مبكر نسبيا، وتمكنت من أن تنفصل بذلك عن المهل (الماغما، الصهارة)magma. ومن المحتمل، على سبيل المثال، أن تكون هذه العملية قد كوّنت على القمر المرتفعات البيضاء اللون بعد أن طفت حبيبات معدن الفلسبار المنخفض الكثافة على سطح «المحيط» ocean القمري المبكر المؤلف من البازلت المنصهر. ويمكن أن تكون قشرات الكثير من سواتل (توابع) satellites الكواكب العملاقة الخارجية المركّبة من خلائط الصخور والأغطية المتجمدة من الماء والميتان والنشادر قد نشأت أيضا عن الانصهار الكارثي أثناء الارتكام accretion المبكِّر.
تزود مخططات غزارة العناصر الأرضية النادرة في الصخور أدلة كيميائية مميزة تدل على أنواعها التي كوّنت قشرة الكرة الأرضية. فمع أنّ الصخور النارية التي تصلبت من المُهل يمكن أن تتميّز بأدلة متغيرة جدا من العناصر الأرضية النادرة (الخطوط المنقّطة) فإن مخطط غزارة هذه العناصر في معظم الصخور الرسوبية يقع في مجال ضيق (الشريط الرمادي) ويعود سبب هذا التماثل إلى أن الرواسب تسجّل بشكل فعّال متوسط تركيب الجزء العلوي من قشرة القارات.
|
وبخلاف ما ينتج من مثل أحداث الانصهار المفاجئة والشاملة هذه، فإن القشرات الثانوية secondary crustsتتكون بعد أن تتراكم تدريجيا الحرارة الناجمة عن تفكك العناصر المشعة في جسم الكوكب، ويؤدي مثل هذا التسخين البطيء إلى انصهار جزء صغير من داخل الكوكب، ويفضي ذلك عادة إلى اندفاع اللابات البازلتية. إن سطوح كل من المريخ والزهرة وأرضيات المحيطات على الكرة الأرضية تكون مغطاة بقشرات ثانوية تكوّنت بهذه الطريقة. فمسطحات القمر maria التي يسميها الأقدمون من علماء الفلك «البحار» seas تكونت أيضا من اللابات البازلتية التي نشأت في الأعماق داخل القمر. ويمكن أن تكون الحرارة الناجمة عن النشاط الإشعاعي، أو ربما الناجمة عن الانثناء الذي حرّضته قوى المد على بعض الأقمار المتجمدة icy البعيدة من المجموعة الشمسية، قد أدت هي الأخرى إلى تكوين قشرات ثانوية.
ويمكن أن يتكوّن بشكل مختلف عن هذه الأنماط الشائعة نسبيا نوع من القشرات يُسمى القشرة الثالثيةtertiary crust، وذلك إذا عادت الطبقات السطحية ثانية إلى وشاح كوكب نشيط من الناحية الجيولوجية. فالبركنة يمكن أن تؤدي حينئذ، كشكل من أشكال التقطير المستمر، إلى إنتاج مُهل شديد التمايز ذي تركيب يختلف عن البازلت وأقرب إلى تركيب صخر الگرانيت الناري الفاتح اللون. إن مثل هذا التركيب نادر الحدوث على المجموعة الشمسية لأن إعادة التدوير الضرورية لتوليد مهول (ماغمات) گرانيتية لا يمكن أن تحدث إلا على كوكب تعمل فيه تكتونية الصفائح عملها. لذا فإن تكوين قشرة القارات على الكرة الأرضية يمكن أن يكون بالفعل الدليل الوحيد على حدوث هذه العملية.
يختلف توزيع الارتفاعات فوق سطح كوكب الأرض (الأزرق) عن مثيله فوق سطح كوكب الزُّهرة (الذهبي). فمعظم الأمكنة على الكرة الأرضية تقع بالقرب من أحد مستويين سائدين فقط، في حين يتميز بالمقابل معظم سطح الزُّهرة بارتفاع واحد فقط. (أُعطي الارتفاع على الزهرة منسوبا إلى متوسط نصف قطر الكوكب).
|
وعلى الرغم من أن عدد الأمثلة محدود لكل نمط من أنماط القشرة، فإنه يبدو من السهل إطلاق التعميم التالي على منشأ سطوح الكواكب: هناك اختلاف واضح في معدل سرعة تكوّن القشرات الأولية والثانوية والثالثية. فالقمر مثلا ولّد قشرته الأولية البيضاء اللون الغنية بالفلسبار التي تشكِّل 12% من حجم القمر خلال عدة ملايين من السنين فقط. أما القشرات الثانوية فقد تطورت بمعدل أبطأ بكثير، فالمسطحات القمرية البازلتية (قشرة ثانوية) تبلغ ثخانتها عدة مئات من الأمتار فقط وتمثل 0.1% من حجم القمر، ومع ذلك فقد تطلَّب تكوينها، أي تكوين ما يدعى بالبحار، أكثر من بليون سنة. والمثال الآخر على القشرة الثانوية هو قشرة أحواض المحيطات البازلتية على كوكبنا (التي تؤلف نحو 0.1% من كتلة الكرة الأرضية). فقد تكوّنت خلال فترة بلغت نحو 200 مليون سنة. ومع أن هذه المعدلات بطيئة، فإن تكوّن القشرة الثالثية كان بمعدل أقل؛ إذ احتاجت الأرض إلى عدة بلايين من السنين لكي تتمكن من إنتاج قشرتها الثالثية، أي القارات. ومع ذلك فهذه المعالم لا تكوّن إلا نحو 0.5% فقط من كتلة الكوكب.
القارات الطافية
يتركز الكثير من العناصر، التي تُعرف بأنّها نادرة على الكرة الأرضية، في الصخور الگرانيتية. وهذه الظاهرة تعطي لقشرة القارات أهمية كبيرة جدا لا تتناسب مع كتلتها الصغيرة. ومع ذلك فالجيولوجيون غير قادرين بالملاحظة المباشرة على تقدير التركيب الإجمالي للقشرة الأرضية، وهو الأمر الذي يعتبر نقطة انطلاق ضرورية للتحري عن منشئها وتطورها. إن إحدى الطرق التي يمكن تصوُّرها ربما تكون في تجميع الأوصاف الحالية للصخور التي تتكشّف على السطح، ومع ذلك فحتى هذه الكمية الوفيرة من المعلومات قد يثبت الواقع أنها غير كافية على الإطلاق. إن برنامجا للتحري يمكنه أن يصل إلى أعماق كبيرة في قشرة الأرض ـ تكفي لأخذ عينات تدل على هذا التركيب ـ قد يتجاوز حدود تقانة الحفر الحديث كما أنه في جميع الأحوال مكلف جدا لدرجة تجعل تطبيقه متعذرا.
وهناك لحسن الحظ حل أبسط، إذ إن الطبيعة كانت قد أنجزت بنفسها عملية واسعة الانتشار لجمع العينات، وذلك عن طريق تآكل الرواسب وترسيبها. فالأوحال الغضة (غير المتطورة) التي تحولت الآن إلى صخر صلب تعطي بشكل مدهش تركيبا متوسطا جيدا لقشرة القارات المُتكشِّفة. غير أن هذه العيّنات لا تحتوي مع ذلك على تلك العناصر الذوابة في الماء مثل الصوديوم والكلسيوم. ومن العناصر غير الذوابة في الماء ـ التي تنتقل من القشرة الأرضية إلى الرواسب من دون أن تتعرض إلى تغير في غزارتها النسبية ـ العناصر الأرضية النادرة rare-earthelements الأربعة عشر (المعروفة لدى الجيوكيميائيين بالـ «REE»). وهذه العناصر النادرة فريدة في أهميتها لحل لغز تركيب القشرة الأرضية؛ لأن ذراتها لا تندمج في البنية البلورية لمعظم المعادن الشائعة، فهي تنزع، عوضا عن ذلك، إلى أن تتركز في النواتج الگرانيتية التي تُكوِّن معظم قشرة القارات والتي تتشكل متأخرة من المهل المتبرّد.
ونظرا للتشابه الكبير في أنماط العناصر الأرضية النادرة الموجودة في مختلف الرواسب فإن الجيوكيميائيين استنتجوا أن عوامل التجوية والانجراف والترسيب قامت بمزج الصخور النارية المختلفة المصدر بشكل فعّال وكاف لتكوين عينة إجمالية تمثل قشرة القارات. إن كل أفراد مجموعة العناصر الأرضية النادرة تقدم دليلا على تركيب القسم العلوي من قشرة القارات وتحافظ، في أشكال مخططات غزارة العناصر، على سجلٍّ للأحداث النارية igneous التي ربما تكون قد أثرت في تركيب القشرة.
لقد حدّد الجيولوجيون باستخدام هذه الأدلة الجيوكيميائية، على سبيل المثال، أن تركيب القسم العلوي من قشرة القارات يقترب من تركيب صخر الگرانوديوريت، وهو صخر ناري (اندفاعي) معروف يتألف، بنسبة غزيرة، من معدنين فاتحي اللون هما الفلسبار والكوارتز ترافقهما معادن متنوعة ومبعثرة قاتمة اللون. أما في أعماق قشرة القارات وتحت نحو ما بين 10 و 15 كيلومتر، فإن الصخر الذي يحتمل وجوده بشكل شائع هو أقرب إلى التركيب البازلتي. ومازال التكوين الدقيق لهذه المواد مثيرا للجدل، ويتحقق الجيولوجيون حاليا من آرائهم عن طريق قياس الحرارة التي تنتجها عناصر البوتاسيوم واليورانيوم والثوريوم المشعة المهمة داخل القشرة. ولكن يبدو من المعقول أن عدة أجزاء من هذه المنطقة المبهمة التي يصعب الوصول إليها يمكن أن تتألف من بازلت محصور تحت القارات ذات الكثافة الأقل.
يؤدي نشاط التكتونية الصفائحية إلى انغراز قشرة المحيطات في أعماق الأرض (في اليسار) طامرا الرواسب المبلّلة (الرطبة) على طول البلاطة (الصفيحة) الهابطة. وعلى عمق 80 كم تطرد الحرارة العالية الماء من الرواسب مسببة انصهار الصخور التي تعلوها. والمُهل المتكون بهذه الطريقة يرتفع بالطفو مكونًا مواد قارية جديدة بالقرب من السطح. وأثناء «نضوج» هذه القشرة (في اليمين) يمكن أن تُصهر الحرارة الناجمة عن النشاط الإشعاعي (أو الناجمة عن «الانبثاقات» plumes الصاعدة من المُهل البازلتي) المستويات الضحلة. وينتج من مثل هذه الأحداث تشكّل طبقة عليا تكون في معظمها من الگرانيت.
|
إن هذه الخاصية الفيزيائية للصخر الگرانيتي، أي كثافته المنخفضة، تُفسّر عدم انغمار معظم القارات. فقشرة القارات ترتفع بما مقداره 125 مترا في المتوسط فوق مستوى البحر، ويرتفع نحو 15% من مساحة القارات إلى أكثر من كيلومترين. وهذه الارتفاعات الكبيرة تتباين بشكل واضح مع أعماق قيعان المحيطات التي يبلغ متوسطها نحو 4 كيلومتر تحت مستوى البحر، الأمر الذي يعتبر نتيجة مباشرة لكونها مبطَّنة بقشرة محيطات كثيفة مؤلفة في معظمها من البازلت مع طبقة رقيقة جدا من الرواسب.
تَتَابع نمو القشرة بشكل دوري بلايين السنين. وقد دامت دفقةُ نشوء مهمةٌ فترة امتدت ما بين نحو 3.0 بليون و 2.5 بليون سنة، وهذه هي الفترة الانتقالية بين دهري الأركيوزوي والبروتروزوي. ولقد أدى انصهارٌ واسع الانتشار حدث في ذلك الزمن إلى تكوين الأجسام الگرانيتية التي تكوِّن الآن معظم القسم العلوي من قشرة القارات.
|
ويوجد في قاعدة القشرة الأرضية ما يسمى انقطاع موهوروڤيتش (وهو اسم يصعب لفظه ويختصره الجيولوجيون إلى موهو). ويحدّد هذا السطح العميق تغيرا جذريا في تركيب الصخور إلى صخور ذات كثافة عالية جدا غنية بمعدن الأوليڤين. وتوجد مثل هذه الصخور في كل مكان تحت كل من المحيطات والقارات على حد سواء. ولقد أمكن نتيجة للدراسات الجيوفيزيائية واستخدام الأمواج السيزمية (الزلزالية) رسم انقطاع موهو على النطاق العالمي. وقد دلّت مثل هذه الأبحاث أيضا على أن السطح العلوي للوشاح تحت القارات يمكن أن يكون ملتصقا بها بشكل دائم. ويمكن أن تصل ثخانة هذه الأجزاء الباردة نسبيا من الوشاح ما تحت القشرة subcrustal keel إلى 400 كم، ويبدو أن هذه الأجزاء تطفو مع القارات التي تحملها أثناء تجوالها التكتوني الصفائحي. ويأتي الدليل الذي يدعم هذه الفكرة من تحليل المتضمّنات المعدنية الدقيقة الموجودة ضمن بلورات الألماس التي يُعتقد أنها نشأت في أعماق منطقة ما تحت القشرة المذكورة. ولقد بينت القياسات أن عمر الألماس يمكن أن يصل إلى ثلاثة بلايين سنة، وبذلك فهي تدل على قِدَم الجذور العميقة للقارات.
ومن العجيب أن نتصور أنه، منذ أقل من 40 سنة، لم يكن هناك أي شاهد يدل على أن الصخور المبطِّنة لأحواض المحيطات تختلف اختلافا جذريا عن تلك الصخور الموجودة على اليابسة. فلقد كان يُعْتقد، بكل بساطة، أن أرضية المحيطات مؤلفة من قارات غارقة أو غائصة. ولقد نشأ هذا الفهم بصورة طبيعية عن فكرة أن قشرة القارات كانت معْلما مغلِّفا للكرة الأرضية نشأ كنوع من غُثاء فوق الكوكب الذي كان في بدايته في الحالة المنصهرة. ومع أن ما يظهر الآن يؤكد أن الكرة الأرضية انصهرت بالفعل في مرحلة تكوّنها المبكّر فإنه يبدو أن قشرة گرانيتية أولية من النمط الذي تم افتراضه منذ عقود لم تكن، في الواقع، موجودة على الإطلاق.
لمحة سريعة عن الماضي
يتميز الدهر الأركيوزوي بصخور گرانيتية غنية بالصوديوم، وهذا الدهر هو الزمن الذي كانت فيه سرعة «مُحرِّك» التكتونية الصفائحية على الأرض أكبر مما هي عليه الآن. ولا تتكون مثل هذه الصخور الگرانيتية من مجموعة التوناليت ـ التروندجميت ـ الگرانوديوريت (TTG) إلا إذا دخلت قشرة المحيطات الفتية (والحارة لهذا السبب) في الوشاح وحرّضت حدوث الانصهار في مستويات ضحلة. وهذه الشروط لاتزال موجودة على طول شاطيء شيلي الجنوبي حيث انغرزت قشرة محيطات جديدة نسبيا تحت صفيحة أمريكا الجنوبية. تظهر المنطقة التي تحتوي على صخور گرانيتية من المجموعة (TTG) في الشكل بلون بني.
|
تطور التنوع الأرضي
كيف حدث أن نشأ مثل هذين النوعين المتميّزين من القشرة على الكرة الأرضية: قشرة القارات وقشرة المحيطات؟ إنه من الضروري، للإجابة عن هذا السؤال، أخذ التاريخ المبكّر للمجموعة الشمسية بالحسبان. ففي منطقة السديم الشمسي البدائي التي كان يحتلها مدار الكرة الأرضية انطلقت معظم الغازات وتجمّع فقط حطام صخري ضخم بشكل كاف يسمح ببقائه على الرغم من النشاط الشمسي الشديد المبكّر. ولا بد أن هذه الأجسام نفسها قد نمت بالارتكام قبل أن يتجمع بعضها مع بعض لتكوين كوكبنا، وهي عملية تطلبت ما بين 50 و 100 مليون سنة.
وفي فترة متأخرة من هذه المرحلة من التكوّن اصطدم كويكب ضخم، ربما بحجم المريخ، مع الكرة الأرضية الكاملة التكوُّن تقريبا فانقذف الوشاح الصخري للجسم الصادم واتخذ مدارا وكوّن القمر، في حين سقط اللب الفلزيmetallic core على الكرة الأرضية [انظر «التراث العلمي لرحلات أپولو»، مجلة العلوم، العدد 11(1995)، ص 17]. وكما كان متوقعا فإن هذا الحدث كان كارثيا، وأدى إلى الانصهار الكامل للكوكب الحديث التشكل. ومن المحتمل أن تكون قشرة بازلتية قد تكوَّنت في وقت مبكّر عندما تبردت الكرة الأرضية فيما بعد وتصلّبت.
هذا ومن المحتمل أن سطح الكرة الأرضية كان يشبه في هذه المرحلة المظهر الحالي لسطح الزُّهرة. ومع ذلك لم يستمر وجود أي جزء من أجزاء هذه القشرة الأولية، ولم يُعرف بالتأكيد ما إذا غاصت في الوشاح بطريقة مشابهة لتلك التي تحدث الآن على الكرة الأرضية أو ما إذا تكوّمت في كتل محلية إلى أن صارت ثخانتها كافية حتى تتحوّل إلى صخر أكثف وتغوص. ومهما يكن من أمر فإنه لا يوجد أي دليل على وجود قشرة گرانيتية حقيقية في هذه المرحلة المبكرة. والدليل الشاهد على مثل هذه القشرة يجب أن يكون قد استمر بقاؤه على شكل حبيبات مبعثرة من معدن الزيركون الذي يتكوّن ضمن صخر الگرانيت والذي يقاوم التآكل (التحات) إلى حد بعيد. وعلى الرغم من وجود بعض حبيبات الزيركون القديمة، التي يعود عمرها إلى ذلك الزمن تقريبا، فإن وجود هذه الحبيبات نادر جدا. (وُجدت أقدم الأمثلة على هذه الحبيبات في أستراليا في الصخور الرسوبية التي يصل عمرها إلى نحو 4.2 بليون سنة).
وتمدنا الصخور الأقدم، التي استمر بقاؤها سالمة، بمعلومات أوفى عن القشرة الأرضية. فهذه الصخوركانت قد تكوّنت في أعماق القشرة الأرضية منذ أقل من أربعة بلايين سنة، وهي تتكشّف الآن على السطح في شمال غربي كندا، ويُدعى هذا التكوين الصخري: گنيس أكاستا Acasta Gneiss. ولقد قدمت عينات أحدث قليلا مأخوذة من عدة مواقع من العالم معلومات عن القشرة المبكّرة، ومع هذا فإن أفضل ما دُرس من هذه التكوينات القديمة يقع في غرب گرينلندا. وتدل غزارة الصخور الرسوبية هناك على وجود المياه الجارية وعلى وجود ما كان محتملا أنها كانت محيطات حقيقية أثناء هذا الزمن السحيق. ومع ذلك فإنّ عمر هذه الصخور القديمة جدا من كندا وگرينلندا يرجع إلى ما بين 400 و 500 مليون سنة بعد زمن الارتكام المبكّر للأرض، وهي فترة انقطاع في السجل الجيولوجي سببتها من دون شك عمليات الاصطدام الضخمة التي مزقت بشدة قشرة الأرض المبكّرة.
تُحدد البراكين من النوع الذي يندفع حاليا فوق شبه جزيرة كامشاتكا الأمكنة التي يتم فيها تكوين مادة قارية جديدة فوق قشرة المحيط ـ التي هي الآن في مرحلة الانغراز. وفي الوقت المحدد ستتطوّر مثل هذه الأراضي الناشِطة جيولوجيا إلى قشرة قارات مستقرة.
|
ومن السجل المحفوظ في الصخور الرسوبية يعرف الجيولوجيون أن تكوُّن قشرة القارات هو عملية كانت تتم باستمرار من دون توقف عبر التاريخ الطويل للأرض. غير أن تكوين القشرة لم يكن له دائما الخاصية نفسها. فقد حدث مثلا، عند التخوم الفاصلة بين دهرَي eon الأركيوزوي Archean والپروتروزوي Proterozoy، أي منذ نحو بليونين ونصف البليون سنة، تغيُّر متميِّز في سجل الصخور. فتركيب القشرة العليا قبل هذا التغيُّر كان يحتوي على مكونات أقل تطورا مؤلفة من خليط من البازلت والگرانيت الغني بالصوديوم. وتكوِّن هذه الصخور ما يسمى مجموعة التوناليت ـ التروندجميت ـ الگرانوديوريت tonalite-trondjemite-granodiorite، اختصارا (TTG). وهذا التركيب يختلف اختلافا كبيرا عن القشرة العليا الحالية التي تسود في تركيبها صخور الگرانيت الغنية بالبوتاسيوم.
ويبدو أن سبب هذا التغيّر الكبير في تركيب القشرة الذي حدث منذ 2.5 بليون سنة، يرتبط بالاضطرابات التكتونية الصفائحية على الكرة الأرضية. فقبل هذا التاريخ أُعيد بسرعة تدوير قشرة المحيطات نظرا لتواجد مستويات عالية من الفعالية الإشعاعية، ولأن التسخين الأكثر شدة كان يُفضي إلى تسريع محرك التكتونية الصفائحية. ويحتمل أنه كان هناك أثناء الدهر الأركيوزوي أكثر من 100 صفيحة منفصلة، وذلك مقارنة بالاثنتي عشرة صفيحة الموجودة حاليا. وبخلاف القشرة الحالية للمحيطات التي تتحرك إلى مسافات طويلة وتتبرّد بشكل محسوس قبل أن تنغرز ثانية في الوشاح، فإن مدة بقاء قشرة المحيطات في ذلك الزمن المبكر كانت أقصر بكثير، ولذلك كانت لاتزال حارة نسبيا حينما كانت تدخل في الوشاح. ومن أجل ذلك كانت تبدأ بالانصهار في أعماق أضحل مما يحدث حاليا بشكل نموذجي. وهذا الاختلاف يفسر تكوين الصخور النارية الغنية بالصوديوم من مجموعة التوناليت ـ التروندجميت ـ الگرانوديوريت (TTG)، فمثل هذه الصخور لا تتكوّن حاليا إلا في تلك الأمكنة القليلة حيث تنغرز فيها قشرة محيطات حارة حديثة التكوّن.
إن نزوع المُهل المبكّر لأن يتكون في تركيب المجموعة (TTG) يفسر سبب نشوء قشرة مؤلفة من خليط من البازلت والتوناليت أثناء الدهر الأركيوزوي. لقد ظهرت في ذلك الزمن كميات كبيرة، بلغت على الأقل 50% وربما 70% من قشرة القارات في فترة رئيسية تقع منذ ما بين ثلاثة بلايين وبليونين ونصف من السنين. ومنذ ذلك الزمن بقي الارتفاع النسبي لأحواض المحيطات والسطيحات القارية مستقرا نسبيا. ومع بداية الدهر الپروتروزوي، منذ 2.5 بليون سنة، اتخذت القشرة معظم بنيتها الحالية وبدأت عملية التدوير التكتوني الصفائحي plate-tectoniccycling الحديث.
تتكون قشرة المحيطات حاليا من اندفاع اللابات البازلتية على طول شبكة من سلاسل ضهور وسط المحيطات تحيط بالكرة الأرضية، وينتج كل عام بهذه العملية ما يزيد على 18 كيلومترا مكعبًا من الصخور. وتعلو بلاطة (صفيحة) slab القشرةِ الحديثة التكون قمةَ طبقة الوشاح الخارجية ويشكلان معا الغلاف الصخري الصلب. ويغوص الغلاف الصخري المحيطاتي oceanic lithosphere ثانية في الوشاح عند ما يدعى بُنُطق (كتل) الانغرازsubduction zones، التي تخلِّف على أرضية المحيطات ندبات واضحة على شكل خنادق عميقة. وفي هذه المواقع تحمل البلاطة الهابطة من الغلاف الصخري معها الرواسب البحرية المبللة وكذلك البازلت الغاطس في الوشاح.
وعلى عمق نحو ثمانين كيلومتر وبتأثير الحرارة تنطلق المياه والمكونات الطيارة الأخرى من الرواسب المنغرزة في الوشاح الذي يعلوها، وحينئذ تعمل هذه المواد كما يعمل الصَّهور flux المستخدم في سبك الفلزات محرِّضا بذلك انصهار المواد المجاورة في درجات حرارة منخفضة. والمهل الناتج من هذه العملية يصل في آخر الأمر إلى السطح ويؤدي إلى اندفاعات بركانية انفجارية مثيرة. والمثالان الحديثان على مثل هذه الكوارث الجيولوجية هما بركان بناتوبو وبركان ماونت سانت هيلينز. فسلاسل البراكين الكبيرة ـ مثل التي في جبال الآنديز، التي يفجرها غليان المواد الطيارة ـ تضيف سنويا إلى القارات ما يصل وسطيا إلى نحو كيلومترين مكعبين من اللابات والرماد البركاني.
غير أن البركنة التي يحرِّضها الانغراز لا تشكّل المصدر الوحيد للصخر الگرانيتي الجديد، لأن تراكم الحرارة في أعماق قشرة القارات نفسها قد يسبب الانصهار، والمُهل الناتج سيهاجر في النهاية إلى السطح. ومع أن بعض هذه الحرارة الضرورية ربما تكون قد أتت من تفكك (تحلل) العناصر المشعة، فإن المصدر الآخر الأكثر احتمالا ربما يكون المُهل البازلتي الذي يصعد من مناطق أعمق من الوشاح ويصبح محتجزا تحت الغطاء الگرانيتي، حيث يعمل الصخر المنصهر عمل الموقد تحت المقلاة.
دفقات نشوء القشرة
على الرغم من أن التغيّر الأكثر إثارة في توليد قشرة القارات قد حدث في نهاية الدهر الأركيوزوي منذ 2.5 بليون سنة فإنه يبدو أن القارات تعرضت إلى تغيرات متلاحقة طوال الزمن الجيولوجي. فقد حدثت مثلا إضافات ضخمة لاحقة إلى قشرة القارات منذ ما بين 2.0 و 1.7 بليون سنة ومنذ ما بين 1.3 و 1.1 بليون سنة ومنذ ما بين 0.5 و 0.3 بليون سنة. وقد يبدو للوهلة الأولى أن تعرُّض قارات الكرة الأرضية إلى مثل هذا التطور المتقطّع أمر غير مفهوم. ومع ذلك فلقد كان من الواجب أن نتساءل لماذا تتكون القشرة على شكل دفقات spurts على الرغم من أن توليد الحرارة الداخلية وتحريرها عن طريق إعادة تدوير القشرة كان عملية مستمرة؟
إن فهما أكثر تفصيلا لتكتونية الصفائح يساعد على حل هذا اللغز. فلقد تقاربت قارات الكرة الأرضية الرئيسية أثناء الدور البرمي (أي منذ نحو 250 مليون سنة) لتكوِّن كتلة قارية عملاقة أُطلق عليها اسم قارة بنجيه Pangea[انظر: Earth before Pangea, by Ian W. D. Dalziet; Scientific American, January 1995].
إن هذه الهيئة التي كانت توجد عليها القارات لم تكن فريدة في نوعها، لأنه يبدو أن تكوين مثل هذه «القارات العملاقة» كان يتكرر كل 600 مليون سنة تقريبا. ولقد تم توثيق الدورات التكتونية الرئيسية التي كانت تتباعد أثناءها القارات وتتقارب منذ زمن بعيد يرجع إلى العصر الپروتروزوي، وهناك ما يدعو للاعتقاد بأن القارة العملاقة الأولى يمكن أن تكون قد تشكلت في زمن أبكر أثناء الدهر الأركيوزوي.
ومثل هذه الدورات التكتونية التي حدثت على نطاق واسع تُستخدم في تنظيم وتيرة نشوء القشرة. فعندما تتكسر قارة عملاقة وتتباعد تكون قشرة المحيطات في عمرها الأقدم وتكوّن على الأرجح فيما بعد قشرة قارات جديدة، بعد أن تنغرز في الوشاح. وعند عودة القارات المنفصلة للتقارب ثانية فإن الأقواس arcs البركانية (وهي سلسلة مقوسة من البراكين تنشأ بالقرب من نُطُق الانغراز) تصطدم بالسطيحات القارية. وتحافظ مثل هذه الأحداث على استمرار وجود قشرة جديدة كلما أضيفت صخور القوس إلى هوامش القارات.
لقد تجمعت القارات المتنقِّلة بعضها مع بعض من جديد على مدى يزيد على أربعة بلايين سنة على نحو متقطع وغير منتظم من أراض متفرقة. ففي هذا المزيج الناتج طُمرت الوثيقة الأخيرة الباقية والمتاحة للجزء الأكبر من تاريخ الكرة الأرضية. وقصة هذا التاريخ المجمَّع من الصخور التي تشبه قطع أحجية مختلطة بشكل عشوائي تطلَّب ترتيبها بعض الوقت. غير أن فهمنا للقشرة من حيث المنشأ والتطور قد وصل الآن إلى درجة تكفي للنظر إلى الكرة الأرضية على أنها تختلف في الواقع بشكل استثنائي عن سائر الكواكب الأخرى. فنتيجة لمصادفة سعيدة من مصادفات الطبيعة تمكَّن كوكب الأرض من الحفاظ على فاعلية تكتونية الصفائح، وكوَّن دون غيره من الكواكب الرقع الضخمة من القشرة القارية المستقرة التي وجدناها ملائمة للعيش عليها.
المؤلفان
S. Ross Taylor - Scott M. McLennan
عملا معا منذ عام 1977 في دراسة تطور القشرة الأرضية. تابع تايلر دراساته المتعلقة بالقمر والكواكب بنشاط، ونشر أربعة كتب عن علم الكواكب، وهو عضو خارجي مشارك في الأكاديمية القومية للعلوم، كما أنه حاليا أحد أعضاء هيئة مدرسة أبحاث العلوم الفيزيائية في جامعة أستراليا القومية. أما ماك لينان فهو أستاذ في قسم علوم الأرض والفضاء في جامعة ولاية نيويورك ببستوني بروك، وقد حصل مؤخرا على جائزة الباحثين الشباب الرئاسية من مؤسسة العلوم القومية. ويُطبق في أبحاثه جيوكيميائية الصخور الرسوبية في دراساته المتعلقة بتطوّر القشرة الأرضية وتكتونية الصفائح والمناخ القديم.
مراجع للاستزادة
NO WATER, NO GRANITES-NO OCEANS, NO CONTINENTS. I. H. Campbell and S. R. Taylor in Geophysical Research Letters, Vol. 10, No. 11, pages 1061-1064; November 1983.
THE CONTINENTAL CRUST: ITS COMPOSITION AND EVOLUTION. S. ROSS Taylor and Scott M. McLennan. Blackwell Scientific Publications, 1985.
OASIS IN SPACE: EARTH HISTORY FROM THE BEGINNING. Preston Cloud. W. W. Norton, 1988.
THE GEOCHEMICAL EVOLUTION OF THE CONTINENTAL CRUST. S. ROSS Taylor and Scott M. McLennan in Reviews of. Geophysics, Vol. 33, No. 2, pages 241-265; May 1995.
NATURE AND COMPOSITION OF THE CONTINENTAL CRUST: A LOWER CRUSTAL PERSPECTIVE. Roberta L. Rudnick and David M: Fountain in Reviews of Geophysics, Vol. 33, No. 3, pages 267-309; August 1995.
Scientific American, January 1996
(1) [انظر: «سلسلة ضهور وسط المحيط»، مجلة العلوم، العدد 7/8(1993)، ص 40].
(2) [انظر: «ديناميكية بركان كيلاويه»، مجلة العلوم، العدد 11/12(1993)، ص 84]. (التحرير)
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق