الصفائح التكتونية

الصفائح التكتونيةأوتكتونيات الصفائح(بالإنجليزية:Plate tectonics)‏ (من الكلمةاللاتينيةالقديمةtectonics، ذات الأصل اليوناني القديمτεκτονικός، والتي تعني «بنيوية»)هينظرية علميةتصف الحركات الكبرىلغلاف الأرض الصخري. اعتمد هذا النموذج النظري على مفهومنظرية الانجراف القاريالتي طُرحت في العقود الأولى من القرن العشرين، وقبلها مجتمععلوم الأرضبعد طرح مفاهيمتمدد قاع البحرفي نهاية خمسينيات وبداية ستينيات القرن العشرين.
انقسم غلافالأرضالصخري إلى عدد من الصفائح التكتونية. ففي الأرض، هناك سبع أو ثمان صفائح كبرى (يتوقف عددها على كيفية تعريف الصفيحة الكبرى) إضافة إلى العديد من الصفائح الصغرى. وعندما تلتقي الصفائح، فإن حركتها النسبية تحدد نوع الحدود ما إذا كانتتقاربيةأوتباعديةأومتحولة. تحدثالزلازلوالبراكينوتتشكلالجبالوالخنادق المحيطيةعلى حدود الصفائح التكتونية. تتراوح الحركة الجانبية النسبية للصفائح عادة من صفر إلى 10 سم سنويًا.
تتكون الصفائح التكتونية من غلاف صخري محيطي وغلاف صخري قاري أكثر سمكًا، يعلو كلاً منهماقشرة أرضيةخاصة بكليهما. على طول الحدود التقاربية،تغطسالصفائح إلى الدثار؛ وتعوض المادة المفقودة بتكوين قشرة محيطية جديدة عند الحدود التباعدية الناتجة عن تمدد قاع البحر. وبهذه الطريقة، تبقى مساحة الكرة الأرضية الكلية ثابتة. وبذلك تشبه آلية تلك النظرية مبدأ عملالسير الناقل. في حين، افترضت بعض النظريات القديمة (التي لا زال لها بعض الأنصار) التقلص التدريجي (الانكماش) أو التمدد التدريجي للعالم.
للصفائح التكتونية القدرة على التحرك لأن الغلاف الصخري للأرض أقوى منالغلاف الموريالذي يرتكز عليه، كما أن كثافة الدثار تتغير نتيجةتيارات حمل. ويعتقد أن حركة الصفائح ترجع إلى عدة عوامل وهي حركة قيعان البحار بعيدًا عن الرصيف القاري (نتيجة التغير فيطبوغرافياوكثافة القشرة الأرضية الناتجين عن تغيرات قوىالجاذبية الأرضية)والمقاومة المائيةوالشفطأسفل مناطق الاندساس. ثمة تفسير مختلف، يكمن في القوى المختلفة التي تنتج عن دوران الكرة الأرضية وقوىالمد والجزرللشمسوالقمر، إلا أن دور كل من تلك العوامل غير واضًح، ولا يزال موضوعاً مثيراً للجدل.
جيولوجيًا، تنقسمالطبقات الخارجية للأرضإلىغلاف صخريوغلاف موري، بحسب التغيرات في الخواص الميكانيكية وطريقةانتقال الحرارة. وميكانيكيًا، فإن الغلاف الصخري أكثر برودة وصلابة، بينما الغلاف الموري أكثر سخونة وحركته أسهل. ومن حيث انتقال الحرارة، يفقد الغلاف الصخري الحرارة عن طريقالتوصيل الحراري، في حين ينقل الغلاف الموري الحرارة من خلالتيارات الحملبمعدل انحدار حراريثابتتقريبًا. ويختلف هذا التقسيم عن التقسيم الكيميائي لطبقات الأرض الذي يقسّم الأرض إلىدثاروقشرة أرضية.
المبدأ الأساسي لنظرية تكتونيات الصفائح، مبني على أن الغلاف الصخري مُقسّم إلى صفائح تكتونية منفصلة ومتميزة عن بعضها البعض، تعلو الغلاف الموري الذي يبدو كما لو كان سائلاً (طبقة صلبة ذاتمرونة لزوجية). تتراوح حركة الصفائح سنويًا بين 10–40 مم/سنة (كما فيأعراف منتصف الأطلنطيالتي تتحرك بسرعة نموالأظافر)، إلى نحو 160 مم/سنة (كما فيصفيحة نازكاالتي تتحرك بسرعة نموالشعر).
تتكون صفائح الغلاف الصخري التكتونية من دثار صخري يعلوه إما نوع واحد أو كلا النوعين من المادة القشرية، والتي هي إماقشرة محيطية(قديمًا كانت تسمىسيماوتتكون منالسيليكونوالماغنسيوم) أوقشرة قارية(صخور السيالالتي تتكون من السيليكونوالألومنيوم). متوسط سمك الغلاف الصخري المحيطي عادة 100 كـم (62 ميل)،ويتوقف سمكها على عمر تلك الطبقة، فكلما مر الزمن، فإنها تبرد وتصبح أكثر سمكًا. ونظرًا لأنها تتكون عندأعراف منتصف المحيطاتومنها تنتشر، لذا فإن سمكها يتدرج كلما اقتربنا من أعراف منتصف المحيط التي بدأت تتكون من عندها. وعادة ما تتحرك طبقة الغلاف الصخري المحيطي قبل أن تندس، ويتراوح سمكها بين حوالي 6 كـم (4 ميل) عند أعراف منتصف المحيط إلى أكثر من 100 كـم (62 ميل) عند مناطق الاندساس.أما الغلاف الصخري القاري فيكون سمكه عادة نحو 200 كم، وإن كانت أيضًا تتغير بين الأحواض وسلاسل الجبال والبقع الداخلية المستقرة في القارات. ويختلف أيضًا نوعا القشرة الأرضية في السمك، فالقارية أكثر سمكًا من المحيطية (35 كم مقابل 6 كم).
يعرف مكان التقاء صفيحتين باسمحد الصفيحة، وعادة ما تكون حدود الصفائح مرتبطة ببعض الظواهر الجيولوجيةكالزلازلونشأة بعض الملامح الطبوغرافيةكالجبالوالبراكينوأعراف منتصف المحيطاتوالخنادق المحيطية. معظم براكين العالم النشطة تنشأ على حدود الصفائح، ومنهامنطقة الحزام الناريالتي تعد الأشهر والأكثر نشاطًا. بعض البراكين تحدث داخل الصفائح، وتكون سبب التشوهات الداخلية للصفائح.
من الممكن أن تحتوي الصفائح التكتونية على قشرة قارية أو محيطية، ومعظمها يحتوي على كليهما. فعلى سبيل المثال،الصفيحة الأفريقيةتشمل قارةأفريقياوأجزاء من أرضيتيالمحيط الأطلسيوالمحيط الهندي. ويمكن التفريق بين القشرة المحيطية والقشرة القارية وفقًا لطريقة تشكلهما، فالقشرة المحيطية تتكون في قاع البحار وتنتشر من منتصفها، بينما تنشأ القشرة القارية من خلالالأقواس البركانيةونموالتضاريس من خلال عمليات تكتونية. والقشرة المحيطية هي أكثر كثافة من القشرة المحيطة نظرًا لاختلافهما في التركيب حيث تحتوي القشرة المحيطية على سيليكون أقل وعناصر ثقيلة أكثر (معادن قاتمة) من القشرة القارية.ونتيجة لهذا التقسيم بحسب الكثافة، فالقشرة المحيطية تقع عامةً تحتسطح البحر(مثل معظمصفيحة المحيط الهادي)، بينما تعلو القشرة القارية لتستقر فوق مستوى سطح البحر.
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من حدود الصفائح،يضاف إليها نوع رابع خليط، تتحدد وفق الطريقة التي تتحرك بها الصفائح نحو بعضها البعض، ويصاحبها أنواع مختلفة من الظواهر السطحية. أما عن أنواع حدود الصفائح فهي:
تعد تكتونيات الصفائح في الأساس ظاهرةحركية، حيث اتفق علماء الأرض بناءً على الملاحظات والاستنتاجات أن تحركات الصفائح مرتبطة ببعضها، لكنهم تناقشوا وتجادلوا حول كيف ومتى تم ذلك. ولا يزال هناك تساؤل كبير حول الآليةالجيوديناميكيةالتي دفعت الصفائح للحركة. لذا، فقد انقسمت آراء العلماء إلى نظريات مختلفة.
هناك اتفاق حول قدرة الصفائح التكتونية على الحركة، نظرًا لاختلاف الكثافة النسبية للقشرة الأرضية المحيطية وضعف الغلاف الموري نسبيًا. ومن المسلم به، أنفقد الدثار للحرارةهو المصدر الأساسي للطاقة الدافعة لتكتونيات الصفائح، من خلال تيارات الحمل الحراري أو عمليات تصاعد الصهارة وترسّبها. ونتيجة لذلك، فمن المتفق عليه الآن، وإن كان الأمر ما زال مثار بعض الجدل، أنه نظرًا لكثافة القشرة الصخرية المحيطية العالية، فإنها تندس في مناطق الاندساس، فيكون ذلك مصدرًا قويًا لحركة الصفائح. وعندما تتكون قشرة أرضية جديدة في أصداع منتصف المحيطات، فإن هذه القشرة المحيطية تكون في البداية أقل كثافة من الغلاف الموري الواقع أسفل منها، لكن كثافتها تزداد مع الوقت، لأنها تبرد وتتكاثف. وكلما زادتكثافةالقشرة الأرضية القديمة مقارنةً بالغلاف الموري تحتها، كانت لها القدرة على أن تغطس إلى أعماق الدثار في مناطق الاندساس، فتكون سببًا لمعظم القوى الدافعة لحركة الصفائح. ونظرًا لضعف طبقة الغلاف الموري، فإن حركة الصفائح التكتونية نحو منطقة الاندساس تصبح أسهل.
وعلى الرغم من الاعتقاد بأن الاندساس هو أكبر القوى الدافعة لحركة الصفائح، إلا أنه ليس القوة الوحيدة حيث أنه هناك صفائحكصفيحة أمريكا الشماليةلا تزال تتحرك، رغم أنه لم يعد هناك اندساس، وهو ما ينطبق علىصفيحة أورآسياالضخمة. وتخضع مصادر حركة الصفائح لبحث كثيف ونقاشات موسعة بين علماء الأرض. أحد أهم تلك النقاط البحثية، هي أن النموذج الحركي لحركة الصفائح يجب أن يفصل عن الآلية الجيوديناميكية لحركة الصفائح التي تعد القوة الدافعة للحركات المعروفة، حيث أن بعض النماذج يمكن تفسيرها بأكثر من آلية واحدة.وعمومًا، يمكن تقسيم القوى الدافعة لحركة الصفائح إلى ثلاث فئات: قوى تنشأ عن حركة الدثار، وقوى تنشأ عن الجاذبية (معظمها قوى ثانوية)، وقوى تنشأ عن دوران الأرض.
في الربع الأخير منالقرن العشرين، كان هناك نظرية سائدة تقول بأن تيارات الحمل الحراري الكبرى في أعلى الدثار هي القوة الدافعة الرئيسية لحركة الصفائح التكتونية. وضعآرثر هولمزوبعض الرواد تلك النظرية في ثلاثينيات القرن العشرين،واعتبرت على الفور سببًا مقبولاً لحركة الصفائح التكتونية منذ أن أثارألفريد فيجنرالتساؤلات حول سبب حركة الصفائح التكتونية في السنوات الأولى من القرن العشرين. ورغم القبول بها، تناولتها نقاشات طويلة، بسبب اعتقاد الكثيرين في النظرية القديمة التي تزعم أن الأرض ثابتة وأن القارات لا تتحرك، حتى سقوط تلك النظرية في مطلعالستينيات. ويُظهر التصوير الثنائي والثلاثي الأبعاد لباطن الأرض أنه هناك تفاوت في كثافة الدثار من نقطة إلى أخرى. هذه التغيرات في الكثافة قد تكون اختلافات في المواد (من وجهة نظركيمياء الصخور) أو المعادن (نظرًا لتغير البنية المعدنية) أو الحرارة (عن طريق التمدد أو الانكماش الحراري الناتج عن الطاقة الحرارية). ونتيجة لهذا التفاوت في الكثافة، نتجتتيارات حمل حراري للدثاربفعل قوى الطفو.
ويعد الارتباط المباشر وغير المباشر بين تيارات الحمل الحراري للدثار وحركة الصفائح محورًا لدراسات ونقاشات معاصرة بين علماء الجيوديناميكيا. فلابد أن تنتقل تلكالطاقةبطريقة ما عبر القشرة الأرضية للصفائح التكتونية لتحركها. وهناك نوعان أساسيان من القوى التي يعتقد أنها تؤثر في حركة الصفائح وهما قوىالاحتكاكوالجاذبية. تتسبب تيارات الحمل الحراري في الاحتكاك بين الغلاف الموري والغلاف الصخري الأقسى الذي يعلوه، فتدفع الصفائح للحركة. أما قوى الجاذبية فقد تنتج عن تيارات حمل حراري موضعية تسحب الصفائح بقوة لأسفل في مناطق الاندساس في خنادق المحيطات.
في الآونة الأخيرة، أصبحت نظرية الحمل الحراري مثار جدل كبير، حيث أن التقنيات الحديثة ثلاثية الأبعاد للتصوير المقطعي للزلازل فشلت في رصد أي من تيارات الحمل الحراري تلك، لإثبات صحة هذه النظرية. لذا، فقد طرحت فرضيات بديلة. ظهرت نظرية تكتونيات الأعمدة فيتسعينياتالقرن العشرين، التي استخدمت مفهوم معدل عن تيارات الحمل الحراري للدثار. وتدور فكرتها حول تصاعد أعمدة عملاقة من أعماق الدثار، تكون الدافع أو البديل لتيارات الحمل الحراري الرئيسية. لاقت تلك النظرية التي اعتمدت فكرتها على أفكار قديمة ظهرت في مدارس علوم الأرض الأوروبية والروسية في بداية ثلاثينياتالقرن العشرينصدى في النظريات الحديثة التي ترى أنالنقاط الساخنةفي الدثار لا تزال ثابتة، وأن القشرة الأرضية المحيطية والقارية للصفائح تتخطاها مع الوقت، وتترك آثارها في السجل الجيولوجي للصفائح (على الرغم من عدم اعتبار هذه الظواهر كآليات دفع حقيقية).
هناك فرضية أخرى بأن تدفقات الدثار لا تحدث في صورة تيارت حمل حراري ولا في صورة أعمدة عملاقة، وإنما على شكل سلسلة من القنوات أسفل القشرة الأرضية التي تتسبب في قوى احتكاك قاعدي في الغلاف الصخري. تسمى تلك النظرية باسم «تكتونيات التدفق»، والتي لاقت قبولاً فيثمانينياتوتسعينياتالقرن العشرينبين علماء الجيوفيزياء والجيوديناميكيا.
كانتالحرب العالمية الثانيةسببا غير مباشر في تقدم الأبحاث الخاصة ببنائية الأرض فقد كانت أجهزة السونار Sonar التي مهمتها كشف الغواصات المعادية عن طريق انعكاس الموجات الصوتية صاحبة النصيب الأكبر في توافر كم هائل من البيانات والاكتشافات التي غيرت كثيرا من المفاهيم العلمية والتي أدت في نهاية المطاف إلى صياغة نظرية الألواح البنائية والتي تعرف أحيانا بالألواح التكتونية Plate Tectonics ومن أهم هذه الاكتشافات : ـ
وهي أجزاء منخفضة من قاع المحيط تتميز بأنها توجد عند بعض أطراف المحيطات بجوار القارات غالبا ويفصلها عن القارات أقواس جزر Island Arcs أي مجموعة جزر على شكل قوس وعندها تحدث الزلازل والنشاط البركانى ومن أمثلة الخنادق الجزر التي تصاحب تلك الموجودة فيأندونيسيا.
البازلت ويوجد تحته صخور كالجابرو والسربنتينيت. ويعلو طبقة البازلت قشرة رقيقة من رسوبيات المحيط. وبتحديد عمر رسوبيات المحيط عن طريق دراسة محتواها الحفرى أمكن التوصل إلى أن أقدم هذه الرسوبيات هو أبعدها عن حيد منتصف المحيط بينما أحدث الرسوبيات هي القريبة من الحيد. وهذا الاكتشاف من الأدلة القوية على نظرية انتشار قاع المحيط.
يرجع الأصل في ابتكار هذه النظرية إلى ح Mantle فقد الذي يكونوشاحالأرض. ويمثل حيد منتصف المحيط مكان نشأة جزء جديد من قاع المحيط فهو مكان ارتفاع تيارات الحمل لأعلى حاملة معها مادة جديدة من الوشاح إلى قاع المحيط.
وينتشر قاع المحيط الجديد انتشارا أما القارات أو الكتل القارية فيتم حملها فوق الوشاح المتحرك بفعل تيارات الحمل وأثناء نزول القشرة المحيطية إلى الوشاح مع تيارات الحمل النازلة لأسفل عند الخنادق المحيطية حيث يتم لصق جزء من رسوبيات قاع المحيط إلى تيارات الحمل وبالتالى معدل حركة وانتشار قاع المحيط يبلغ حوالي 1-2سم في السنة ومعنى هذا أن قلمحيط كله يستبدل كل -300 مليون سنة ولذلك تعتبر القشرة المحيطية أحدث دائما من القشرة القارية المتواجدة منذ بلايين السنين
على الرغم من أن نظرية الانجراف القارى لفاجنر قد فشلت في إعطاء التفسير المقنع للأسباب التي ادت إلى حدوث حركة القارات.
غير أن نظرية الألواح التكتونية قد قامت بهذا التفسير وذلك من خلال فرضيتين :
الدثار والغلاف الصخرى الذي يرتكز على غلاف يتميز باللدونة إلى حد ما يعرف بالغلاف الوهن أو الاسينوسيفر Athenosphere بحيث يمكن التحرك عليه ببطء شديد.
2- اللوح الأمريكية American plate للأمريكتين. مع جزء من قشرة المحيط الأطلنطى حتى حوافه الوسطى
- اللوح الإفريقى African Plate :
ويشمل كل أفريقيا حتى الحافة الوسطى للمحيط الأطلسى ونحو نصف المحيط الهندى الغربي.
4- اللوح الأوراسى Eurasian Plate :
ويمتد بين الحافة الوسطى للمحيط الأطلسى غربا والبحر المتوسط وسلسلة الجبال الالتوانية الحديثة جنوبا لتنتهى في المحيط الهادى Plate :
ويشتمل على كتلة صخور قارة القطبية الجنوبية (أنتاركاتيكا) Antarcatica :
وتضم القارة القطبية الجنوبية مع الأطراف الجنوبية لكل من المحيط الهادى والأطلسي والهندى.
وبالإضافة إلى هذه الألواح سنويا خاصة في جنوبها الغربي وأن التصدع النصف في قاع البحر الأحمر يؤدى إلى زحزحته وتحركه شرقا
تصنف حركة الألواح بما يتضمنه كل لوح من قشرة قارية وأخرى محيطية على النحو التالي :
وينشأ عن هذا التقارب ارتطام قشرتين قاريتين لهما نفس الكثافة. وقبل حدوث هذا الارتطام أو التصادم تغوص القشرة المحيطية التي تفصل بينهما والتي تكونت أثناء فترة سابقة تحت أحد القشرتين ومع تمام عملية الغوص أو الاندساس Subduction وبعد استهلاك القشرة المحيطية ترتطم هاتان القشرتان. وينتج عن هذا الارتطام تكون سلسلة جبلية يصاحبها عمليات طي وتصدع. بعدها تبدأ عمليات التعربة نشاطها لتشكل الملامح السطحية للحزام الجبلي
وتتميز هذه الجبال بأنها شاهقة وتعد من أشهر وأهم السلاسل الجبلية في الكرة الأرضية. ومن أهمها ما يلي : ـ
وفي البداية تكون مثل هذه الظاهرة على هيئة سلسلة من الجزر البركانية تسمى بقوس الجزر مثل جزر اليابان وإندونسيا والفلبين وعادة ما تقع أقواس الجزر على بعد بضع مئات من الكيلومترات من خندق محيطي. حيث لا تزال عملية غوص الغلاف الصخري مستمرة.
وعلى مدى زمني طويل من النشاط البركاني تتراكم عن هذه النشاطات المختلفة قوس جزر ناضج مكون من صخور بركانية مطوية ومتحولة وصخور نارية نابطة. ومثال ذلك شبه جزيرة ألاسكا والفلبين والزيابان.انزلاقية أو انتقالية).
تنشأ هذه الحركة عن قوى شد مما يؤدي إلى تباعد اللوحين تدريجيا، وفي هذه الحركة يتحركالصهارة(الماجما) من طبقةلأثينوسفيرasthenosphere إلى أعلى دافعا الصفائح التكتونية للتباعد عن بعضها البعض إلى تكوينالبحر الأحمرالذي يمكن أن يصبح محيطا بعد ملايين السنين.
تنشأ هذه الحركة عن قوىضغطمما يؤدي إلى تقارب اللوحين تدريجيا. وتتوقف طبيعة حركة الألواح المتقاربة (المتصادمة) على نوعها (قارية كانت أم محيطية), حيث ينزلق اللوح المحيطي تحت اللوح القاري، وذلك لأنالوزن النوعيلصخورالصفائح المحيطية أكبر من الوزن النوعي لصخور الصفائح القارية ومثال على ذلك:
يرى العلماء أنتيارات الحملالدورانية هي مصدر القوى التي تعتمد عليه نظرية الصفائح التكتونية التي في تفسيرها لحركة القارات ونموها وتكوين الجبال وأحواض الترسيب، حيث تنشأ تيارات حمل في منطقةالأثينوسفيرالمرنة نتيجة حدوث تغير فيدرجة الحرارةفي باطنالأرض, مما يؤدي إلى وجود تيارات حمل دورانية على شكل خلايا دائرية وأن الجزر البركانية التي تقع في وسط الألواح المحيطية التي تعتبر مناطق خالية نسبيا من النشاط التكتوني، وذلك لأنها تقع فوق بقع ساخنة في المناطق العليا منلب الأرض, وتعمل الحرارة الصاعدة من هذه النقطة وبذلك تندفع المادة المنصهرة إلى السطح مكونة جزرا بركانية مثل جزرهاوايالتي تقع في وسطالمحيط الهادي.