دراسة الصخور والتسلسل الزمني الصخري خلال التاريخ الجيولوجي القديم

ما هي آلية دراسة الصخور والتكتونية في التاريخ الجيولوجي؟

عندما تصطدم الصفائح القارية يتم دفع حافة إحدى اللوحين إلى حافة الأخرى، وتخضع الصخور الموجودة في اللوح السفلي لتغييرات في محتواها المعدني استجابة للحرارة والضغط، ومن المحتمل أن تتعرض على السطح مرة أخرى في وقت لاحق، ومن المهم معرفة أن الصخور الأرضية تحولت إلى تجمعات معدنية جديدة بسبب تغير درجات الحرارة وتسمى الضغوط المتحولة.

عملياً يمكن العثور على أي صخرة تُرى الآن تتشكل على السطح في أقسام قشرة عميقة مكشوفة بشكل يكشف من خلال محتواها المعدني درجة حرارة وضغط الدفن، وقد تخضع هذه المناطق من القشرة للانصهار والبثق اللاحق للصهارة الذائبة، والتي قد تظهر على السطح على شكل صخور بركانية أو قد تتصلب مع ارتفاعها لتشكيل الجرانيت عند مستويات عالية من القشرة، وتعتبر الصهارة المنتجة بهذه الطريقة قشرة معاد تدويرها، بينما تعتبر الصهارة المستخرجة عن طريق الذوبان الجزئي للوشاح أدناه أساسية.

تشارك حتى المحيطات والغلاف الجوي في هذه الدورة العظيمة؛ لأن المعادن المتكونة في درجات حرارة عالية تكون غير مستقرة في ظروف السطح وتتحلل في النهاية أو تتأثر بالطقس، وفي كثير من الحالات تستهلك الماء وثاني أكسيد الكربون لإنتاج معادن جديدة، وإذا ترسبت هذه المعادن على لوح محيطي هابط (أي مغمور) فسيتم تسخينها في النهاية وتحويلها إلى معادن عالية الحرارة مع إطلاق مكوناتها المتطايرة، ثم ترتفع هذه المكونات وتثبت في القشرة العلوية أو ربما تعاود الظهور على السطح، ويمكن لمثل هذه السوائل المتداولة الساخنة إذابة المعادن وترسيبها في النهاية كرواسب معدنية اقتصادية في طريقها إلى السطح.

أدلة تثبت أن عملية تكون الصخور نشطة قديماً:

قدمت الدراسات الجيولوجية الزمنية أدلة وثائقية على أن عمليات تشكيل الصخور وإعادة تشكيل الصخور كانت نشطة في الماضي، وفيما يلي بعض هذه الأدلة:

• تم تتبع انتشار قاع البحر من خلال تأريخ المعادن الموجودة في مجموعة فريدة من الوحدات الصخرية التي يعتقد أنها تشكلت عند التلال المحيطية قبل 500 مليون سنة مع حدوث حالات نادرة منذ ملياري سنة.

• يمكن تأريخ الوحدات البركانية التي تشبه تلك التي تشكلت فوق مناطق الاندساس المحيطي في جميع أنحاء العالم، لإظهار أن الحدث البركاني الأكثر غزارة على الأرض حدث منذ حوالي 2.7 مليار سنة.

• توثق وحدات بركانية قديمة أخرى دورات مختلفة من بناء الجبال.

• يمكن تحديد مصدر حزم الرواسب القديمة مثل تلك التي تتشكل حالياً قبالة الهند من خلال تحديد تاريخ حبيبات مفردة من الزركون وجدت في الحجر الرملي.

• يمكن التعرف على الصهارة الناتجة عن ذوبان القشرة الأقدم؛ لأن الزركون يحتوي عادة على نوى قديمة موروثة.

• يمكن تأريخ حلقات الاصطدام القاري عن طريق عزل الزركون الجديد المتكون عندما خضعت الصخور المدفونة للذوبان المحلي.

• لا يمكن تأريخ فترات التشوه المرتبطة بالتصادمات الكبرى بشكل مباشر إذا لم تتشكل معادن جديدة.

• يمكن تحديد وقت التشوه بين قوسين، ومع ذلك إذا كان من الممكن تحديد وحدات التاريخ والتي تسبقها وتاريخها.

• يمكن التحقق من توقيت الدورات التي تنطوي على طرد السوائل من أعماق القشرة من خلال تأريخ معادن جديدة تكونت عند ضغوط عالية في أقسام القشرة العميقة المكشوفة.

• في بعض الحالات من الممكن إثبات أن رواسب الذهب ربما تكون قد أتت من سوائل معينة، إذا أمكن تحديد وقت ترسب الرواسب ووقت طرد السوائل معروفاً.

صدوع القشرة الأرضية في الماضي:

في الأماكن التي تتعرض فيها القشرة للتوتر كما هو الحال في آيسلندا تظهر شقوق كبيرة، وتعمل هذه الشقوق كقنوات تسمح للحمم السوداء (المسماة البازلت) بالوصول إلى السطح، عادةً ما يشكل الجزء المتبقي في الشق تحت السطح جسماً أنبوبياً أسوداً رأسياً يُعرف بالسد (أو السد)، ويمكن أن يكشف التأريخ الدقيق لمثل هذه السدود عن أوقات صدع القشرة الأرضية في الماضي.

وقد تم تأريخ السدود والحمم البركانية المكشوفة الآن على جانبي خليج بافين لتحديد الوقت الذي انفصلت فيه جرينلاند عن أمريكا الشمالية، أي منذ حوالي 60 مليون سنة، ويبدو أن الجمع بين المعرفة بعمليات الأرض التي لوحظت اليوم مع العصور المطلقة للنظائر الجيولوجية القديمة، يشير إلى أن المحيطات والغلاف الجوي كانا موجودين منذ ما لا يقل عن 4 مليارات سنة، وأنه ربما تم إطلاقهما عن طريق التسخين المبكر للكوكب.

تم إنتاج القارات بمرور الوقت وتم تشكيل أقدم الأجزاء المحفوظة منذ ما يقرب من 4 مليارات سنة، ولكن هذه العملية بدأت منذ حوالي 4.4 مليار سنة وتستمر حتى اليوم، يسمح التأريخ المطلق بتحديد الوحدات الصخرية المتكونة في نفس الوقت وإعادة تجميعها في أحزمة جبلية قديمة، والتي تم فصلها في كثير من الحالات عن طريق العمليات التكتونية اللاحقة، وأكثرها وضوحاً هي سلسلة جبال الأبلاش التي تحتل الساحل الشرقي لأمريكا الشمالية، وتمتد إلى أجزاء من نيوفاوندلاند بالإضافة إلى أجزاء من أيرلندا وإنجلترا والنرويج.

تم تحديد القشرة المحيطية الأثرية التي تشكلت بين 480 مليون و500 مليون سنة على جانبي المحيط الأطلسي في هذه السلسلة، وكذلك العديد من الوحدات البركانية والرسوبية المترابطة، ولا تترك الأدلة المستندة إلى الوصف الجيولوجي والمحتوى الأحفوري والأعمار المطلقة والنسبية أي مجال للشك في أن هذه الصخور كانت كلها جزءاً من حزام جبلي واحد قبل فتح المحيط الأطلسي على مراحل منذ حوالي 200 مليون سنة.

تحديد التسلسل الصخري منذ القدم:

• يمكن استنتاج العصور الجيولوجية النسبية في تسلسل الصخور التي تتكون من وحدات الصخور الرسوبية أو المتحولة أو البركانية، في الواقع يشكلون جزءاً أساسياً في أي برنامج تأريخ دقيق للنظائر أو المطلق، وهذا هو الحال لأن معظم الصخور ببساطة لا يمكن تأريخها نظيراً؛ لذلك يجب على الجيولوجي أولاً تحديد الأعمار النسبية ثم تحديد الوحدات الأكثر ملاءمة للتاريخ المطلق.

• من المهم أيضاً ملاحظة أن الأعمار النسبية هي بطبيعتها أكثر دقة، ونظراً لأن وحدتين أو أكثر أودعت دقائق أو سنوات بينهما سيكون لها أعمار مطلقة متطابقة، ولكن الأعمار النسبية محددة بدقة، بينما تتطلب الأعمار المطلقة معدات تحليلية باهظة الثمن ومعقدة ويمكن استنتاج الأعمار النسبية من الملاحظات المرئية البسيطة.

• معظم طرق تحديد الأعمار الجيولوجية النسبية موضحة جيداً في الصخور الرسوبية، وتغطي هذه الصخور ما يقرب من 75 في المائة من مساحة سطح القارات، وتغطي الرواسب غير المجمعة معظم قاع المحيط، كما أنها توفر أدلة على ظروف السطح السابقة وأشكال الحياة التي كانت موجودة في ظل تلك الظروف، ويمكن بسهولة تحديد تسلسل سلسلة رسوبية ذات طبقات لأن الترسب يستمر دائماً من الأسفل إلى الأعلى.

قد يبدو هذا المبدأ بديهياً لكن إعلانه لأول مرة من قبل نيكولاس ستينو منذ أكثر من 300 عام يمثل تقدماً هائلاً في الفهم، يُعرف بمبدأ التراكب وهو ينص على أنه في سلسلة من الطبقات الرسوبية أو تدفقات الحمم البركانية المتراكبة تكون أقدم طبقة في الأسفل وتصبح الطبقات من هناك إلى الأعلى أصغر سناً تدريجياً، لكن في بعض الأحيان قد يكون التشوه قد تسبب في ميل صخور القشرة وربما إلى نقطة قلبها، علاوة على ذلك إذا أدى التآكل إلى طمس السجل عن طريق إزالة أجزاء كبيرة من الصخور الرسوبية المشوهة فقد لا يكون واضحاً على الإطلاق أي حافة من طبقة معينة هي القمة الأصلية والقاع الأصلي.