ما هي حركات اللوحات الأرضية السابقة؟

في القرن الثامن عشر أظهر عالم الرياضيات السويسري ليونارد أويلر أن حركة الجسم الصلب عبر سطح الكرة يمكن وصفها بأنها دوران (أو التفاف) حول محور يمر عبر مركز الكرة والمعروف باسم محور دوران، لكن لا علاقة لموقع هذا المحور بمحور دوران الأرض، تُعرف نقطة ظهور المحور من خلال سطح الكرة بقطب الدوران.

توفر نظرية الهندسة الكروية طريقة أنيقة لتحديد حركة صفائح الغلاف الصخري عبر سطح الأرض، لذلك يمكن وصف الحركة النسبية لوحيدين صلبين بالدوران حول محور مشترك ويُعرف باسم محور الانتشار، يتطلب تطبيق النظرية ألا تكون الصفائح مشوهة داخلياً (وهو مطلب لا يتم الالتزام به تماماً ولكن يبدو أنه تقريب معقول لما يحدث بالفعل)، يسمح تطبيق هذه النظرية بإعادة البناء الرياضي لتكوينات الألواح السابقة.

نظراً لأن جميع اللوحات تشكل نظاماً مغلقاً ويمكن تحديد جميع الحركات من خلال التعامل معها مرتين في كل مرة، يمكن تحديد القطب المشترك لدوران لوحين من حدود تحويلهما والتي هي بالتعريف موازية لاتجاه الحركة، وهكذا تتحرك الصفائح على طول أخطاء التحويل التي يحدد أثرها دوائر خط العرض المتعامدة على محور الانتشار وبالتالي تشكل دوائر صغيرة حول عمود الدوران.

الضرورة الهندسية لهذه النظرية (أن الخطوط المتعامدة مع أخطاء التحويل تتلاقى على قطب الدوران) تؤكدها القياسات، وفقاً لهذه النظرية يجب أن يكون معدل حركة الصفيحة أبطأ بالقرب من عمود الدوران وأن يزداد تدريجياً إلى أقصى معدل على طول الكسور بزاوية 90 درجة، ويتم تأكيد هذه العلاقة أيضاً من خلال القياسات الدقيقة لمعدلات انتشار قاع البحر.

تتضمن الصفائح التكتونية حركات صفائح الغلاف الصخري للأرض بالنسبة إلى بعضها البعض فوق الغلاف الموري الضعيف للكوكب، ويغير هذا النشاط مواضع كل الصفائح فيما يتعلق بمحور دوران الأرض وخط الاستواء، ومن أجل لتحديد المواقع الجغرافية الحقيقية للألواح في الماضي يتعين على المحققين تحديد حركاتهم، ليس فقط بالنسبة لبعضهم البعض ولكن أيضاً بالنسبة لهذا الإطار المرجعي المستقل، تقدم النقاط الساخنة كما يتم تفسيرها بشكل كلاسيكي مثالاً على هذا الإطار المرجعي بافتراض أنها مصادر الأعمدة التي تنشأ داخل الوشاح العميق ولها مواقع ثابتة نسبياً بمرور الوقت.

إذا كان هذا الافتراض صحيحاً فيمكن استنتاج حركة الغلاف الصخري فوق هذه الأعمدة، كما تخدم سلاسل الجزر ذات النقاط الساخنة هذا الغرض، حيث توفر اتجاهاتها اتجاه حركة الصفيحة، ويمكن الاستدلال على سرعة اللوحة من زيادة عمر البراكين على طول السلسلة بالنسبة إلى المسافة بين الجزر.

علماء الأرض قادرون على إعادة بناء مواقع وحركات الصفائح بدقة على مدى 150 مليون إلى 200 مليون سنة الماضية؛ لأن لديهم سجل القشرة المحيطية لتزويدهم بسرعات الصفائح واتجاه الحركة، ومع ذلك نظراً لأن القشرة المحيطية القديمة تُستهلك باستمرار لإفساح المجال لقشرة جديدة، فإن هذا النوع من الأدلة غير متاح لفترات زمنية سابقة من الزمن الجيولوجي، مما يجعل من الضروري للمحققين التحول إلى تقنيات أخرى أقل دقة، (وهذا يتضح في المغناطيسية القديمة والتجول القطبي والانجراف القاري).

كيف تطورت نظرية الصفائح التكتونية؟

الخطوط العريضة للقارات التي تحيط بالمحيط الأطلسي متشابهة لدرجة أن مراسلاتهم كانت واضحة بمجرد توفر خرائط دقيقة، وكانت الإشارات الأولى إلى هذا التشابه في عام 1596 من قبل رسام الخرائط الفلمنكي أبراهام أورتيليوس وفي وقت لاحق في عام 1620 من قبل الفيلسوف الإنجليزي فرانسيس بيكون في كتابه نوفوم أورغنوم وعالم الطبيعة الفرنسي جورج لويس لوكليرك كونت دي بوفون بعد قرن، وقرب نهاية القرن الثامن عشر اقترح ألكسندر فون همبولت عالم الطبيعة الألماني أن الأراضي المطلة على المحيط الأطلسي قد تم ضمها مرة واحدة.

في عام 1858 اقترح الجغرافي الفرنسي أنطونيو سنايدر بيليجريني أن النباتات الأحفورية المتطابقة في رواسب الفحم في أمريكا الشمالية وأوروبا يمكن تفسيرها إذا كانت القارتان متصلتان سابقاً، واقترح أن الطوفان التوراتي كان بسبب تجزئة هذه القارة التي تمزقت لاستعادة توازن الأرض غير المتوازنة.

في أواخر القرن التاسع عشر اقترح عالم الجيولوجيا النمساوي إدوارد سويس أن القارات القديمة الكبيرة كانت تتألف من عدة قارات أصغر في الوقت الحاضر، وفقاً لهذه الفرضية فإن أجزاء من قارة جنوبية واحدة هائلة تسمى (Gondwana أو Gondwanaland) قد تأسست لإنشاء المحيطين الأطلسي والهندي.

كثيراً ما تم استدعاء مثل هذه الأراضي الغارقة جنباً إلى جنب مع الجسور الأرضية المتلاشية، وفي أواخر القرن التاسع عشر لشرح مصادر الرواسب الموجودة على ما يبدو في المحيط ولتفسير الروابط الزهرية والحيوانية بين القارات، ظلت هذه التفسيرات شائعة حتى الخمسينيات من القرن الماضي وأثارت الإيمان بقارة أتلانتس القديمة المغمورة.

وفي عام 1908 افترض عالم الجيولوجيا الأمريكي فرانك ب. تايلور أن الأحزمة الجبلية المقوسة (على شكل قوس) لآسيا وأوروبا نتجت عن زحف القارات نحو خط الاستواء، أنذر تحليله للسمات التكتونية بعدة طرق الفكر الحديث فيما يتعلق بتصادم الصفائح.

ما المقصود بالتوازن والقوى الدافعة في الصفائح التكتونية؟

أشار فيجنر إلى أن مفهوم التماثل (التوازن النظري المثالي لجميع الأجزاء الكبيرة من الغلاف الصخري للأرض كما لو كانت تطفو على الطبقة الأساسية الأكثر كثافة) جعل وجود كتل قارية كبيرة غارقة، كما أن تصورها (Suess) مستحيلًا من الناحية الجيوفيزيائية.

وخلص إلى أنه إذا كانت القارات قد تم ضمها مرة واحدة، فإن النتيجة ستكون انجراف شظاياها وليس انهيارها، يمكن اختبار افتراض وجود قارة واحدة سابقة جيولوجياً وعرض فيجنر مجموعة كبيرة من البيانات التي تدعم فرضيته بدءاً من استمرارية أحزمة الطي عبر المحيطات ووجود صخور وأحافير متطابقة في قارات مفصولة الآن بالمحيطات.

وسجل الجيولوجيا الحيوية القديمة وعلم المناخ القديم الذي أشار إلى تحولات غير خاضعة للمساءلة في الأحزمة المناخية الرئيسية للأرض، كما جادل بأنه إذا تمكنت القارات من التحرك لأعلى ولأسفل في الوشاح نتيجة لتغيرات الطفو الناتجة عن التآكل أو الترسب فيجب أن تكون قادرة على التحرك أفقياً أيضاً.

كانت العقبة الرئيسية لقبول فرضية فيجنر هي القوى الدافعة التي اقترحها، وصف فيجنر انجراف القارات بأنه رحلة من القطبين بسبب الانتفاخ الاستوائي للأرض، وعلى الرغم من وجود هذه القوى أظهر عدو فيجنر الجيوفيزيائي البريطاني السير هارولد جيفريز أن هذه القوى أضعف بكثير من أداء المهمة، وهناك آلية أخرى اقترحها فيجنر وهي قوى المد والجزر على القشرة الأرضية الناتجة عن سحب الجاذبية للقمر وقد تبين أيضاً أنها غير كافية تماماً.

تم قبول اقتراح فيجنر باهتمام من قبل العديد من الجيولوجيين الأوروبيين، وفي إنجلترا أشار آرثر هولمز إلى أن الافتقار إلى القوة الدافعة لم يكن أسباباً كافية لرفض المفهوم بأكمله، وفي عام 1929 اقترح هولمز آلية بديلة (الحمل الحراري للعباءة) والتي لا تزال اليوم مرشحاً جاداً للقوة الدافعة للصفائح.

كما لقيت أفكار فيجنر استحسان الجيولوجيين في نصف الكرة الجنوبي، وظل أحدهم وهو من جنوب إفريقيا ألكسندر دو تويت من أشد المؤمنين، بعد وفاة فيجنر استمر Du Toit في جمع المزيد من الأدلة لدعم الانجراف القاري، حيث تعتبر التسلسلات الرسوبية المتشابهة بشكل لافت للنظر في جميع القارات الجنوبية، وكذلك في الهند مثالاً على الأدلة التي تدعم الانجراف القاري، ويتكون هذا التسلسل التشخيصي من رواسب جليدية تسمى الحراشف تليها الأحجار الرملية وأخيراً مقاييس الفحم وهي نموذجية للمناخات الرطبة الدافئة.

إن محاولة تفسير هذا التسلسل في عالم من القارات الثابتة تمثل مشاكل لا يمكن التغلب عليها، ومع ذلك فإن التليتات التي وُضعت في إعادة إعمار جندوانا تشير إلى عصرين جليديين حدثا خلال انجراف هذه القارة عبر القطب الجنوبي من موقعها الأولي شمال ليبيا قبل حوالي 500 مليون سنة ومغادرتها النهائية من جنوب أستراليا بعد 250 مليون سنة.

في هذا الوقت تقريباً اصطدمت (Gondwana) مع (Laurentia) (مقدمة لقارة أمريكا الشمالية) والتي كانت واحدة من أحداث الاصطدام الرئيسية التي أنتجت (Pangea)، حيث نتج عن كلا العصر الجليدي رواسب جليدية وذلك في جنوب الصحراء خلال العصر السيلوري (443.8 مليون إلى 419.2 مليون سنة مضت) وفي جنوب أمريكا الجنوبية وجنوب أفريقيا والهند وأستراليا من 382.7 مليون إلى 251.9 مليون سنة مضت، والتي تغطي الأخير جزء من العصر الديفوني وكذلك الكربوني والبرمي.

في كل موقع تمت تغطية التليتات لاحقاً برمال الصحراء في المناطق شبه الاستوائية وهذه بدورها من خلال مقاييس الفحم مما يشير إلى أن المنطقة قد وصلت بالقرب من (paleoequator)، وخلال الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي أظهر التأريخ النظيري للصخور أن الكتل البلورية لعصر ما قبل الكمبري (من حوالي 4.6 مليار إلى 541 مليون سنة مضت) وجدت على جوانب متقابلة من جنوب المحيط الأطلسي تتوافق بالفعل بشكل وثيق مع العمر والتكوين كما توقع فيجنر، ومن الواضح الآن أنها نشأت كتجمع واحد من النوى القارية قبل الكمبري التي تمزقت فيما بعد بسبب تجزئة بانجيا.

وبحلول الستينيات على الرغم من تعزيز الأدلة التي تدعم الانجراف القاري بشكل كبير كان العديد من العلماء يدعون أن شكل الخطوط الساحلية، كما يجب أن يكون أكثر حساسية لتآكل السواحل والتغيرات في مستوى سطح البحر ومن غير المرجح أن يحافظ على شكلها على مدى مئات الملايين من السنين، لذلك جادلوا بأن الملاءمة المفترضة للقارات التي تحيط بالمحيط الأطلسي هي عرضية.