ما هو الغلاف الخارجي لكوكب الأرض؟

الغلاف الخارجي (The Outer Shell) هو الطبقة الصخرية الخارجية والصلبة للأرض تسمى القشرة، وهذه الطبقة تتألف من صخور منخفضة الكثافة وسهلة الذوبان، وتتكون القشرة القارية في الغالب من صخور جرانيتية (مثل الجرانيت) بينما يتوافق تكوين القشرة المحيطية بشكل أساسي مع تكوين البازلت والجابرو.

تُظهر تحليلات الموجات الزلزالية الناتجة عن الزلازل داخل الأرض، كما أن القشرة تمتد حوالي 50 كيلو متر (30 ميل) تحت القارات ولكن فقط 5 إلى 10 كيلو متر (3 إلى 6 أميال) تحت قاع المحيط، أما في قاعدة القشرة هناك تغيير حاد في السلوك المرصود للموجات الزلزالية يحدد الواجهة مع الوشاح.

يتكون الوشاح من صخور أكثر كثافة تطفو عليها صخور القشرة على المقاييس الزمنية الجيولوجية، ويتصرف الوشاح كسائل لزج للغاية ويستجيب للإجهاد بالتدفق، كما يعمل الوشاح العلوي والقشرة معاً ميكانيكياً كطبقة صلبة واحدة تسمى الغلاف الصخري.

إن القشرة الخارجية من الغلاف الصخري للأرض ليست قطعة واحدة متصلة ولكنها مكسورة (مثل قشر البيض المتشقق قليلاً) إلى حوالي عشرة كتل أو ألواح صلبة منفصلة، هناك نوعان من اللوحات المحيطية والقارية.

ومثال على الصفيحة المحيطية هو صفيحة المحيط الهادئ التي تمتد من ارتفاع شرق المحيط الهادئ إلى خنادق أعماق البحار المتاخمة للجزء الغربي من حوض المحيط الهادئ، يتم تمثيل الصفيحة القارية من خلال صفيحة أمريكا الشمالية والتي تشمل أمريكا الشمالية، بالإضافة إلى القشرة المحيطية بينها وجزء من سلسلة جبال وسط الأطلسي.

وهذا الأخير عبارة عن سلسلة جبلية ضخمة تحت الماء تمتد إلى أسفل محور حوض الأطلسي تمر في منتصف الطريق بين إفريقيا وأمريكا الشمالية والجنوبية، ويبلغ سمك صفائح الغلاف الصخري حوالي 60 كيلو متر (35 ميل) تحت المحيطات و 100 إلى 200 كيلو متر (60 إلى 120 ميل) تحت القارات.

تجدر الإشارة إلى أن هذه السماكات يتم تحديدها من خلال الصلابة الميكانيكية لمادة الغلاف الصخري، وهي لا تتوافق مع سماكة القشرة والتي يتم تحديدها في قاعدتها من خلال الانقطاع في سلوك الموجة الزلزالية) اركب على طبقة ضعيفة ربما منصهرة جزئياً من الوشاح العلوي تسمى الغلاف المائي.

الصفائح التكتونية في الغلاف الخارجي لكوكب الأرض:

كما أن تيارات الحمل البطيء العميقة داخل الوشاح المتولدة عن التسخين الإشعاعي للداخل تدفع الحركات الجانبية للصفائح (والقارات الموجودة فوقها) بمعدل عدة سانتي مترات في السنة، كما تتفاعل الصفائح التكتونية على طول هوامشها وتصنف هذه الحدود إلى ثلاثة أنواع عامة على أساس الحركات النسبية للألواح المجاورة (متباعدة، متقاربة، وتحويل أو انزلاق إضراب).

وفي مناطق الاختلاف تبتعد صفيحتان عن بعضهما البعض، وتدفع حركات الارتفاعات المرتفعة في الوشاح الصفائح إلى الفصل في مناطق الصدع (مثل منتصف قاع المحيط الأطلسي)، حيث ترتفع الصهارة من الوشاح الأساسي لتشكل صخوراً قشرية محيطية جديدة.

تتحرك الصفائح الحجرية تجاه بعضها البعض على طول الحدود المتقاربة، وعندما تجتمع صفيحة قارية وصفيحة محيطية معاً يتم دفع الحافة الأمامية للصفيحة المحيطية أسفل الصفيحة القارية وأسفلها في الغلاف الموري (وهي عملية تسمى الاندساس).

ومع ذلك فإن الألواح الرقيقة والأكثف من القشرة المحيطية فقط هي التي ستنحدر، وعندما تجتمع قارتان أكثر سمكاً وأكثر ازدهاراً في مناطق متقاربة فإنهما تقاومان الاندساس وتميل إلى الانثناء، مما ينتج سلاسل جبلية كبيرة، وقد تشكلت جبال الهيمالايا جنباً إلى جنب مع هضبة التبت المجاورة أثناء تصادم القارة والقارة وعندما تم نقل الهند إلى الصفيحة الأوراسية عن طريق الحركة النسبية للصفيحة الهندية الأسترالية.

في النوع الثالث من حدود الصفائح (مجموعة التحويل) تنزلق لوحتان متوازيتان مع بعضهما البعض في اتجاهين متعاكسين، وغالباً ما ترتبط هذه المناطق بالزلازل العالية، حيث يتم إطلاق الضغوط التي تتراكم في ألواح القشرة المنزلقة على فترات لتوليد الزلازل، يعتبر صدع سان أندرياس في كاليفورنيا مثالاً على هذا النوع من الحدود والذي يُعرف أيضاً باسم منطقة الصدع أو الكسر.

تحدث معظم العمليات التكتونية النشطة للأرض بما في ذلك جميع الزلازل تقريباً بالقرب من هوامش الصفائح، كما تتشكل البراكين على طول مناطق الاندساس؛ لأن القشرة المحيطية تميل إلى أن تذوب عندما تنزل إلى الوشاح الساخن ثم ترتفع إلى السطح كحمم بركانية، وهكذا تتشكل سلاسل من البراكين النشطة والمتفجرة في كثير من الأحيان في أماكن مثل غرب المحيط الهادئ والسواحل الغربية للأمريكتين.

إن سلاسل الجبال القديمة التي تآكلت بسبب التجوية والجريان السطحي تحدد مناطق نشاط هامش الصفائح السابقة، وأقدم أجزاء الأرض وأكثرها استقراراً جيولوجياً هي النوى المركزية لبعض القارات (مثل أستراليا وأجزاء من إفريقيا وشمال أمريكا الشمالية) تسمى الدروع القارية، وهي المناطق التي يتضاءل فيها بناء الجبال والصدوع والعمليات التكتونية الأخرى مقارنة بالنشاط الذي يحدث عند الحدود بين الصفائح.

ونظراً لاستقرارها فقد كان للتعرية الوقت الكافي لتسطيح تضاريس الدروع القارية، وعلى الدروع أيضاً تم حفظ الأدلة الجيولوجية على ندوب الحفرة الناتجة عن التأثيرات القديمة للكويكبات والمذنبات بشكل أفضل، ولكن حتى هناك أدت العمليات التكتونية وعمل الماء إلى محو العديد من السمات القديمة، وفي المقابل فإن معظم قشرة المحيطات أصغر بكثير (عشرات الملايين من السنين) ولا يعود أي منها إلى أكثر من 200 مليون سنة.

إن هذا الإطار الذي يفهم فيه العلماء الآن تطور الغلاف الصخري للأرض يُطلق عليه اسم الصفائح التكتونية، وهو مقبول عالمياً تقريباً، على الرغم من أن العديد من التفاصيل لا تزال بحاجة إلى العمل، فعلى سبيل المثال لم يتوصل العلماء بعد إلى اتفاق عام حول متى تكونت النوى القارية الأصلية أو منذ متى بدأت العمليات التكتونية الحديثة في العمل.

ومن المؤكد أن عمليات الحمل الحراري الداخلي وفصل المعادن عن طريق الذوبان الجزئي وإعادة التبلور والبراكين البازلتية كانت تعمل بقوة أكبر في المليار سنة الأولى من تاريخ الأرض، وذلك عندما كان باطن الكوكب أكثر سخونة مما هو عليه اليوم، ومع ذلك فإن كيفية تشكل كتل اليابسة السطحية وتشتت قد تكون مختلفة.

ما هو المجال الجيومغناطيسي والغلاف المغناطيسي لكوكب الأرض؟

إن حركات السوائل الحلزونية في اللب الخارجي السائل الموصّل كهربائياً للأرض لها تأثير دينامو كهرومغناطيسي، مما يؤدي إلى ظهور المجال المغنطيسي الأرضي، ومن المحتمل أن تكون النواة الساخنة الكبيرة للكوكب جنباً إلى جنب مع دورانه السريع مسؤولة عن القوة الاستثنائية للمجال المغناطيسي للأرض مقارنةً مع تلك الموجودة في الكواكب الأرضية الأخرى.

كوكب الزهرة على سبيل المثال الذي له قلب معدني قد يكون مشابهاً لحجم الأرض يدور ببطء شديد ولا يوجد لديه مجال مغناطيسي جوهري مكتشف، ويمتلك عطارد والمريخ مجالات مغناطيسية جوهرية صغيرة فقط.

يتخلل المجال المغناطيسي الرئيسي للأرض الكوكب وحجم هائل من الفضاء المحيط به، وتتشكل منطقة كبيرة من الفضاء على شكل دمعة تسمى الغلاف المغناطيسي عن طريق تفاعل حقل الأرض مع الرياح الشمسية.

وعلى مسافة حوالي 65000 كيلو متر (40000 ميل) نحو الخارج نحو الشمس يتم موازنة ضغط الرياح الشمسية بواسطة المجال المغنطيسي الأرضي، وهذا بمثابة عقبة أمام الرياح الشمسية وتدفق الجسيمات المشحونة أو البلازما الذي انحرف حول الأرض بواسطة صدمة القوس الناتجة، كما ينتج الغلاف المغناطيسي عن تيارات متدفقة إلى ذيل مغناطيسي ممدود يمتد عدة ملايين من الكيلومترات في اتجاه مجرى الأرض بعيدًا عن الشمس.

ويمكن لجزيئات البلازما من الرياح الشمسية أن تتسرب عبر الإيقاف المغناطيسي وعبر حدود الغلاف المغناطيسي للشمس وتنتشر داخلها، كما تدخل الجسيمات المشحونة من الأيونوسفير للأرض أيضاً الغلاف المغناطيسي، يمكن للذيل المغناطيسي تخزين كمية هائلة من الطاقة لساعات (عدة مليارات ميغا جول وهو ما يعادل تقريباً إنتاج الكهرباء السنوي في العديد من البلدان الأصغر).

يحدث هذا من خلال عملية تسمى إعادة الاتصال حيث يتم ربط المجال المغناطيسي للشمس الذي تجره الرياح الشمسية إلى الفضاء بين الكواكب مع المجال المغناطيسي في الغلاف المغناطيسي للأرض، يتم إطلاق الطاقة في إعادة تشكيل هيكلية ديناميكية للغلاف المغناطيسي، وتسمى العواصف المغنطيسية الأرضية الفرعية والتي غالباً ما تؤدي إلى ترسيب الجسيمات النشطة في الغلاف المتأين مما يؤدي إلى ظهور عروض الشفق الفلورية.

ويمكن لخطوط المجال المغناطيسي المتقاربة القريبة إلى حد ما من الأرض أن تحبس جزيئات عالية الطاقة بحيث تدور بين نصفي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي وتنجرف ببطء طولياً حول الكوكب في منطقتين على شكل كعكة دائرية متحدة المركز تعرف باسم أحزمة إشعاع فان ألين.

ويتم إنتاج العديد من الجسيمات المشحونة المحتجزة في هذه الأحزمة عندما تضرب الأشعة الكونية النشطة الغلاف الجوي العلوي للأرض، مما ينتج عنه نيوترونات تتحلل بعد ذلك إلى إلكترونات سالبة الشحنة وبروتونات مشحونة إيجاباً، ويأتي البعض الآخر من الرياح الشمسية أو الغلاف الجوي للأرض.

وتم اكتشاف الحزام الإشعاعي الداخلي في عام 1958 من قبل الفيزيائي الأمريكي جيمس فان ألين وزملاؤه باستخدام عداد جيجر مولر على متن أول قمر صناعي أمريكي تمت دراسة الغلاف المغناطيسيللأرض على نطاق واسع منذ ذلك الحين، ووسع علماء فيزياء الفضاء دراساتهم لعمليات البلازما لتشمل المناطق المجاورة للمذنبات والكواكب الأخرى.