الجيولوجيا وهيكل الأرض في العصور القديمة

ما هو دور علم التكتونية في دراسة هيكل الأرض قديماً؟

يهتم موضوع التكتونية بالسمات الهيكلية واسعة النطاق للأرض، حيث أنه يشكل إطاراً متعدد التخصصات للربط بين العديد من التخصصات الجيولوجية الأخرى، وبالتالي فهو يوفر فهماً متكاملاً للعمليات واسعة النطاق التي شكلت تطور كوكبنا، وتشمل هذه السمات الهيكلية على:

• صدوع وسط المحيطات.

• تحويل الصدوع في المحيطات.

• الصدوع داخل القارات كما هو الحال في نظام صدع شرق إفريقيا ومرتفعات التبت.

• أخطاء مفتاح الربط (على سبيل المثال صدع سان أندرياس في كاليفورنيا) التي قد تمتد لمئات الكيلومترات.

• الأحواض الرسوبية (النفط المحتمل).

• التوجهات مثل التوجه المركزي الرئيسي في جبال الهيمالايا التي يبلغ طولها أكثر من 2000 كيلومتر.

• مجمعات الأفيوليت الحواف القارية السلبية مثل المحيط الأطلسي.

• الحواف القارية النشطة مثل المحيط الهادئ.

• أنظمة الخنادق عند مصب مناطق الاندساس.

• أحجار الجرانيت (مثل تلك الموجودة في سييرا نيفادا وبيرو) التي قد يصل طولها إلى 1000 كيلومتر.

• الغرز بين الكتل القارية المتصادمة.

• أجزاء كاملة من الأحزمة الجبلية مثل جبال الأنديز وجبال روكي وجبال الألب وجبال الهيمالايا والأورال وجبال الأبلاش في كاليدونيا.

إذا نظرنا إليها ككل فإن دراسة هذه السمات واسعة النطاق تشمل جيولوجيا الصفائح التكتونية وبناء الجبال على هوامش القارات أو داخلها.

علم البراكين ودوره في التعامل مع هيكل الأرض منذ القدم:

علم البراكين هو علم يتعامل مع هيكل الأرض وصخورها وأصلها، كما تهتم بمساهمة البراكين في تطوير قشرة الأرض ودورها كمساهمات في الغلاف الجوي والغلاف المائي وتوازن العناصر الكيميائية في قشرة الأرض، ويهتم هذا العلم بعلاقة البراكين بأشكال معينة من المعادن ورواسب الخام.

ترتبط العديد من مشاكل علم البراكين ارتباطاً وثيقاً بمشكلات أصل المحيطات والقارات، حيث يتم محاذاة معظم البراكين في العالم على طول أو بالقرب من حدود الصفائح الرئيسية ولا سيما التلال وسط المحيطات والحواف القارية النشطة (على سبيل المثال حلقة النار التي توجد حول المحيط الهادئ)، تحدث عدد قليل من البراكين داخل الصفائح المحيطية (على سبيل المثال على طول سلسلة هاواي)؛ لذلك يتم تفسيرها على أنها مسارات أعمدة (تدفقات صاعدة من مادة الوشاح المنصهرة جزئياً) التي تشكلت عندما تحركت مثل هذه الصفيحة فوق النقاط الساخنة المثبتة في الوشاح.

أسباب دراسة البراكين خلال تاريخ الأرض:

• أحد الأسباب الرئيسية لدراسة البراكين والمنتجات البركانية، هو أن الغلاف الجوي والغلاف المائي يُعتقد أنهما مشتقان إلى حد كبير من الانبثاق البركاني الذي تم تعديله بواسطة العمليات البيولوجية.

• الكثير من المياه الموجودة على سطح الأرض والتي تجمعت في الغالب في المحيطات، ولكن بدرجة أقل في الأنهار الجليدية والجداول والبحيرات والمياه الجوفية، ربما ظهرت تدريجياً من باطن الأرض عن طريق البراكين، وقد بدأت في وقت مبكر جداً في تاريخ الأرض.

• المكونات الرئيسية للهواء (النيتروجين والأكسجين) ربما تم اشتقاقها من خلال تعديل الأمونيا وثاني أكسيد الكربون المنبعث من البراكين.

• تعد انبعاثات الأبخرة والغازات من البراكين جانباً من جوانب تفريغ الغاز من باطن الأرض، على الرغم من أن عمليات التفريغ التي تؤثر على الأرض ربما كانت أكثر نشاطاً عندما تم تشكيلها حديثاً منذ حوالي 4،600،000،000 سنة، فمن المثير للاهتمام اعتبار أن عمليات التفريغ لا تزال قيد العمل، ومع ذلك فقد تم تقليل حجمها إلى حد كبير مقارنة بكثافتها السابقة.

تعتمد دراسة البراكين على مجموعة متنوعة من التقنيات، وفيما يلي مجموعة من هذه التقنيات:

• يستخدم مجهر الاستقطاب الصخري لتصنيف أنواع الحمم البركانية وتتبع تاريخها المعدني العام.

• يوفر مطياف الأشعة السينية أداة لإجراء التحليلات الكيميائية للصخور التي تعتبر مهمة لفهم كيمياء مجموعة متنوعة من المنتجات البركانية (على سبيل المثال الرماد والخفاف والسكوريا والقنابل) والصهارة التي تؤدي إلى ظهورها.

• يتم إثراء بعض الحمم أو استنفادها بنسب نظيرية معينة يمكن تحديدها بمطياف الكتلة.

• توفر تحليلات الغازات من البراكين والينابيع الساخنة في المناطق البركانية معلومات حول المراحل المتأخرة من النشاط البركاني، تتميز هذه المراحل المتأخرة بانبعاث المواد المتطايرة بما في ذلك الغازات الكبريتية، وقد تشكلت العديد من رواسب الخام ذات القيمة التجارية من خلال تأثير المحاليل البركانية الحرارية المائية.

آثار البراكين على هيكل الأرض منذ القدم:

قد تشكل البراكين خطراً جسيماً على حياة البشر وممتلكاتهم، كما يتضح من الدمار الذي أحدثته ثورات بركان جبل فيزوف (79 م) وكراكاتوا (1883) وجبل بيليه (1902) وجبل سانت هيلين (1980)، ولهذا السبب تم تكريس الكثير من الاهتمام للتنبؤ بالانفجارات البركانية، ففي عام 1959 راقب الباحثون النشاط الذي أدى إلى ثوران بركان كيلويا في هاواي، ومن خلال استخدام أجهزة قياس الزلازل اكتشفوا أسراباً من الهزات الأرضية لعدة أشهر قبل ثوران البركان مشيرين إلى زيادة حادة في عدد وشدة الزلازل الصغيرة قبل وقت قصير من تدفق الحمم البركانية.

وقد ثبت أن تتبع مثل هذه الهزات الناتجة عن الحركة الصاعدة للصهارة من الغلاف الموري وسيلة فعالة لتحديد بداية الانفجارات، ويستخدم الآن على نطاق واسع لأغراض التنبؤ، كما تنتفخ بعض البراكين عندما يملأ ارتفاع الصخور المنصهرة غرف الصهارة، وفي مثل هذه الحالات يمكن استخدام مقاييس الميلان للكشف عن تغير في زاوية المنحدر قبل اندلاع البركان.

تتضمن الطرق الأخرى للتنبؤ بالنشاط البركاني العنيف استخدام أشعة الليزر للتحقق من التغيرات في الانحدار وأجهزة مراقبة درجة الحرارة وكاشفات الغاز والأدوات الحساسة للتغيرات في المجالات المغناطيسية والجاذبية، وقد تم إنشاء مراصد البراكين الدائمة في بعض المواقع الأكثر نشاطاً في العالم (مثل Kilauea وجبل إتنا وجبل سانت هيلينز) لضمان الإنذار المبكر.