أهمية الخنادق الجيولوجية في أعماق البحار

ما المقصود بالخنادق المحيطية الجيولوجية؟

إن خندق أعماق البحار يُطلق عليه أيضاً الخندق المحيطي؛ أي منخفض طويل وضيق وشديد الانحدار في قاع المحيط، يحدث فيه أعماق المحيطات القصوى حوالي 7300 إلى أكثر من 11000 متر (أي 24000 إلى 36000 قدم)، وتتشكل عادةً في المواقع التي تنغمس فيها إحدى الصفائح التكتونية تحت أخرى، وإن أعمق منخفض معروف من هذا النوع هو خندق ماريانا الذي يقع شرق جزر ماريانا في غرب شمال المحيط الهادئ، ويصل إلى 11034 متر (36200 قدم) في أعمق نقطة.

أنواع الخنادق المحيطية في أعماق البحار:

تقع خنادق أعماق البحار عموماً في اتجاه البحر وموازية لأقواس الجزر المجاورة أو السلاسل الجبلية في الحواف القارية، وهي مرتبطة ارتباطاً وثيقاً بمناطق الاندساس وتوجد فيها؛ أي المواقع التي تنزلق فيها صفيحة الغلاف الصخري التي تحمل قشرة المحيطات إلى الوشاح العلوي تحت قوة الجاذبية، والنتيجة هي انخفاض طوبوغرافي حيث تتلامس الصفيحة المحيطية مع الصفيحة السائدة والتي قد تكون إما محيطية أو قارية.

فإذا كانت الصفيحة العليا محيطية يتطور قوس الجزيرة، ويشكل الخندق قوساً في عرض المخطط وتتطور الجزر ذات البراكين المتفجرة على اللوحة العلوية، إذا كانت الصفيحة العليا قارية يتشكل خندق هامشي، حيث يبدو أن المنخفض الطبوغرافي يتبع مخطط الحافة القارية، وقد تم العثور على البراكين المتفجرة هناك أيضاً.

يرتبط كلا النوعين من مناطق الاندساس بزلازل كبيرة تنشأ على عمق يصل إلى 700 كيلو متر (435 ميل)، وتحدث الزلازل العميقة أسفل مناطق الاندساس في مستوى ينخفض ​​بمقدار 30 درجة أو أكثر تحت الصفيحة العلوية، كما تتراوح أعماق الخندق النموذجية من 8 إلى 10 كيلو متر (5 إلى 6 أميال)، وأطول خندق هو خندق بيرو تشيلي الذي يمتد حوالي 5900 كيلو متر (حوالي 3700 ميل) على طول الساحل الغربي لأمريكا الجنوبية، إن الخنادق ضيقة نسبياً وعادة ما يقل عرضها عن 100 كيلو متر (حوالي 60 ميل).

ومن بين 20 خندقاً رئيسياً على الأرض يوجد 17 خندقاً في حوض المحيط الهادئ، وهي منطقة شاسعة محاطة بخنادق من كل من الأنواع الهامشية وقوس الجزر، وربطت الخنادق الهامشية الساحل الغربي لأمريكا الوسطى والجنوبية من خليج كاليفورنيا إلى جنوب تشيلي، على الرغم من أنها مدفونة بعمق في الرواسب، فقد تم العثور على الخنادق على طول الحافة القارية الغربية لأمريكا الشمالية من كيب ميندوسينو (في شمال كاليفورنيا) إلى الحدود الكندية.

كما يمتد خندق ألوتيان من أقصى نقطة شمالية في خليج ألاسكا غرباً إلى شبه جزيرة كامتشاتكا في أقصى شرق روسيا، ويمكن تصنيفها على أنها خندق هامشي في الشرق ولكن من الأنسب تسميتها قوس جزيرة غرب ألاسكا.

في غرب المحيط الهادئ ترتبط الخنادق بأقواس الجزر، وتشمل هذه الخنادق كوريل واليابان وبونين وماريانا وريوكيو والفلبين التي تمتد من كامتشاتكا إلى قرب خط الاستواء، كما تم العثور على نمط معقد من أقواس الجزر في إندونيسيا، وقوس الجزيرة الرئيسي هنا هو خندق جافا الممتد من شمال أستراليا إلى الطرف الشمالي الغربي لسومطرة في شمال شرق المحيط الهندي.

تشتمل منطقة غينيا الجديدة وجزر سليمان على خنادق بريطانيا الجديدة وخندق سليمان، والتي تنضم الأخيرة إلى خندق نيو هبريدز مباشرة إلى الجنوب، وفي شرق هذه المنطقة تمتد خنادق تونجا وكيرماديك جنوباً من جزر فيجي إلى نيوزيلندا.

يوجد قوسان من الجزر في المحيط الأطلسي، ويقع خندق ساندويتش الجنوبي غرب سلسلة جبال وسط المحيط الأطلسي بين أمريكا الجنوبية والقارة القطبية الجنوبية، كما ينضم خندق بورتوريكو إلى قوس جزيرة الأنتيل الصغرى في شرق البحر الكاريبي.

تمتلئ بعض الخنادق جزئياً بالرواسب المستمدة من القارات المجاورة، وقد تم دفن خندق ألوشيان فعلياً شرق جزيرة كودياك في خليج ألاسكا، هناك قاع المحيط ناعم ومسطح، وإلى الغرب بعيداً عن إمدادات الرواسب في ألاسكا، يصل الخندق إلى أعماق تزيد عن 7 كيلو متر (حوالي 4 أميال)، وتم دفن خندق جزر الأنتيل الصغرى في شرق البحر الكاريبي بواسطة رواسب منشؤها أمريكا الجنوبية.

ما هو البناء الخاص في الخناق المحيطية الجيولوجية؟

تعتبر خنادق أعماق البحار ونهجها من السمات البارزة في قاع المحيط، بشكل عام تكون المقاطع العرضية لخنادق أعماق البحار على شكل حرف (V) مع جوانب أكثر انحداراً نحو اليابسة، وتتراوح المنحدرات النموذجية بين 4 درجات إلى 16 درجة، على الرغم من أن المنحدرات شديدة الانحدار مثل 45 درجة قد تم قياسها في خندق تونغا في جنوب المحيط الهادئ الاستوائية، كما تشغل السهول السحيقة الضيقة والمسطحة من الرواسب المستنقعة محاور الخنادق، ومع ذلك في معظم خنادق أعماق البحار تكون المواد المتراكمة ضحلة نسبياً، حيث أن قاع الخندق ينزلق إلى باطن الأرض.

عادة ما يكون قاع البحر باتجاه المحيط من الخنادق منتفخاً لأعلى في سلسلة من التلال الخارجية أو يصل ارتفاعه إلى 1000 متر (حوالي 3300 قدم)، يُعتقد أن هذه الحالة هي الاستجابة المرنة للوحة المحيطية التي تنحني إلى منطقة الاندساس، لكن غالباً ما يتم مقاطعة منحدر الخندق باتجاه اليابسة أو الجزيرة من خلال سلسلة من التلال البحرية، والتي تكسر أحياناً سطح المحيط كما في حالة خندق جافا.

تتكون مثل هذه التلال من رواسب مشوهة أخذت من الجزء العلوي من الصفيحة المحيطية الهابطة، ويطلق عليها اسم المنشور التراكمي، ويوجد خط من البراكين المتفجرة ينبثق (ينفجر) الحمم البركانية التي تشكل الصخور البركانية أنديسايت، على الصفيحة الفوقية عادة 100 كيلو متر (حوالي 60 ميل) أو نحو ذلك من الخندق.

كما تشكل هذه البراكين في الخنادق الهامشية سلاسل جبلية مثل سلسلة (Cascades) في شمال غرب المحيط الهادئ أو البراكين الكبيرة في جبال الأنديز، وفي أقواس الجزر يشكلون سلاسل جزر بركانية نشطة مثل جزر ماريانا.

خلف الخط البركاني لأقواس الجزر توجد أحياناً أحواض محيطات ضيقة وشابة، تحد هذه الأحواض على الجانب الآخر حواف الغواصات، إن هذه الأحواض (interarc أو backarc) هي مواقع لقاع البحر تنتشر مباشرة؛ بسبب ديناميكيات الاندساس، وهي تنشأ عند الخط البركاني بحيث تمثل الحافة الخارجية للغواصة أو القوس الثالث جزءاً أقدم من الخط البركاني، الذي انتشر بعيداً كما تحمل أحواض (backarc) هذه العديد من السمات المميزة لمراكز الانتشار المحيطية.

تم العثور على أمثلة مدروسة جيداً لهذه الميزات في حوض لاو لقوس تونغا وأيضاً غرب جزر ماريانا، فمثلاً نشأ بحر اليابان من الامتداد الخلفي خلف القوس الياباني الذي بدأ منذ حوالي 30 مليون سنة، وتم فتح ما لا يقل عن اثنين من أحواض (backarc) خلف قوس ماريانا مما أدى إلى إنشاء قاع البحر على مرحلتين من حوالي 30 إلى 17 مليون سنة مضت في حوض باريش فيلا الغربي، ومن 5 ملايين عام في حوض ماريانا بجوار الجزر، إن حوض ماريانا هو حوض قوس خلفي يحدث شرق قوس ماريانا.

من المهم ملاحظة أن بعض سمات قاع البحر تحمل اسم الخندق وهي أحواض خطية عميقة، ومع ذلك فإنها لا تحدث في مناطق الاندساس، وقام الجيولوجيين باعتبار خندق (Vema) على سلسلة جبال (Mid Indian Ridge) منطقة صدع، لكن يعتبر خندق (Vityaz) شمال غرب فيجي ميزة غير نشطة (غير نشطة) من أصل غير معروف، ويمتد خندق (Diamantina) (منطقة صدع Diamantina) غرباً من الساحل الجنوبي الغربي لأستراليا، إنه واد متصدع تشكل عندما انفصلت أستراليا عن القارة القطبية الجنوبية بين 60 أو 50 مليون سنة مضت.

أصل خنادق أعماق البحار:

توفر البيانات الجيوفيزيائية أدلة مهمة تتعلق بأصل الخنادق، فإنه لا تحدث أي شذوذات في تدفق حرارة الأرض الداخلية أو تغيرات في المجال المغناطيسي للأرض في الخنادق، وتكشف القياسات الدقيقة أن قوة الجاذبية عموماً أقل من الطبيعي، ويتم تفسير حالات شذوذ الجاذبية السلبية هذه على أنها تعني أن أجزاء الغلاف الصخري (أي القشرة والغطاء العلوي الذي يشتمل على الغلاف الخارجي الصلب للأرض) التي تكمن وراء الخنادق يتم إجبارها على الهبوط ضد قوى التوازنات الطافية.

تم إثبات هذا التفسير لبيانات الجاذبية من خلال الدراسات الزلزالية، وترتبط جميع الخنادق بمناطق بؤر الزلازل، وعلى طول محيط المحيط الهادئ تحدث الزلازل بالقرب من الخنادق باتجاه اليابسة على أعماق داخل الأرض تبلغ 55 كيلو متر (34 ميل) أو أقل، ومع زيادة المسافة إلى اليابسة بعيداً عن الخنادق تحدث الزلازل على أعماق أكبر وأكبر من -500 كيلو متر (310 ميل) أو أكثر، وهكذا تحدد البؤر الزلزالية المناطق المجدولة التي يبلغ سمكها حوالي 20 كم (12 ميل) والتي تنخفض نحو اليابسة عند حوالي 45 درجة تحت القارات.

تشير تحليلات هذه المناطق الزلزالية والزلازل الفردية إلى أن الزلازل تنتج عن نزول صفيحة الغلاف الصخري مع قشرتها المرتبطة بها إلى الغلاف الموري (أي الطبقة المنصهرة جزئياً تحت الغلاف الصخري)؛ لذلك تمثل الخنادق المحيطية تعبيرات طبوغرافية عن هذه الحركة.

يساعد غرق الغلاف الصخري المحيطي على تفسير الندرة النسبية للرواسب التي تراكمت داخل الخنادق، وتحدث كميات صغيرة من الطين البني أو الأحمر والبقايا العضوية السليسية والرماد البركاني واللابيلي والطبقات الخشنة المتدرجة التي تنتج عن تيارات التعكر وانهيار جدران الخندق عند محاور الخندق، إن الرواسب الموجودة على جدران الخندق التي يزيد ارتفاعها عن 4500 متر (حوالي 14800 قدم) هي في الغالب عبارة عن نازات كلسية، ولا يمكن أن تتراكم كميات كبيرة من الرواسب؛ لأنها إما تُسحب إلى باطن الأرض عن طريق الغلاف الصخري المحيطي الغارق أو يتم تشويهها إلى كتل مطوية وتشكيلها في مادة جديدة للمحيط القاري.