دراسة بنية الأرض في علم الجيولوجيا القديم

ما المقصود بالجيوديسيا في علم الجيولوجيا القديم؟

إن الهدف العلمي للجيوديسيا هو تحديد حجم وشكل الأرض، يتمثل الدور العملي للجيوديسيا في توفير شبكة من النقاط التي تم مسحها بدقة على سطح الأرض، حيث تكون الارتفاعات الرأسية والمواقع الجغرافية معروفة بدقة، وبالتالي يمكن دمجها في الخرائط، عندما يُعرف إحداثيان جغرافيان لنقطة تحكم على سطح الأرض (هما خط العرض وخط الطول) وكذلك ارتفاعها فوق مستوى سطح البحر، حيث يُعرف موقع تلك النقطة بدقة ضمن حدود الخطأ التي تنطوي عليها عمليات المسح.

عند رسم خرائط مناطق كبيرة (مثل ولاية أو دولة بأكملها) يجب مراعاة المخالفات في انحناء الأرض، توفر شبكة من نقاط التحكم التي تم مسحها بدقة هيكلاً عظمياً يمكن ربط الاستطلاعات الأخرى به لتوفير شبكات أكثر دقة بشكل تدريجي لنقاط متقاربة، شبكات النقاط الناتجة لها العديد من الاستخدامات، بما في ذلك نقاط الربط أو علامات المقعد لمسوح الطرق السريعة وغيرها من الميزات المدنية.

يتمثل الاستخدام الرئيسي لنقاط التحكم في توفير نقاط مرجعية ترتبط بها خطوط الكنتور والسمات الأخرى للخرائط الطبوغرافية، تُصنع معظم الخرائط الطبوغرافية باستخدام تقنيات القياس التصويري والصور الجوية،

أهم المعلومات عن شكل الأرض – الجيود:

• شكل الأرض هو سطح يسمى الجيود وهو فوق الأرض متوسط ​​مستوى سطح البحر في كل موقع، تحت القارات فإن الجيود هو استمرار وهمي لمستوى سطح البحر، إن الجيود ليس كروياً منتظماً بسبب وجود عدم انتظام في جذب الجاذبية من مكان إلى آخر على سطح الأرض، قد تؤدي هذه المخالفات في الجيود إلى أخطاء فادحة في الموقع الذي تم مسحه لنقاط التحكم إذا تم استخدام الأساليب الفلكية التي تنطوي على استخدام الأفق المحلي فقط في تحديد المواقع.

• بسبب هذه المخالفات فإن السطح المرجعي المستخدم في الجيوديسيا هو سطح رياضي عادي وشكل إهليلجي للثورة يناسب الجيود بأكبر قدر ممكن، هذا الشكل الإهليلجي المرجعي يقع أسفل الجيود في بعض الأماكن وفوقه في أماكن أخرى، فوق المحيطات يحدد متوسط ​​مستوى سطح البحر سطح الجيويد، ولكن فوق مناطق اليابسة يمثل الجيود سطحاً وهمياً على مستوى سطح البحر.

• اليوم تُستخدم الاضطرابات في حركات الأقمار الصناعية لتحديد نمط الجيود والجاذبية العالمي بدرجة عالية من الدقة، تتمركز الأقمار الصناعية الجيوديسية على ارتفاع 700 إلى 800 كيلومتر فوق الأرض، وتعمل عمليات الرصد المتزامنة للمدى من عدة محطات ليزر على تحديد موقع القمر الصناعي وتقيس أجهزة قياس الارتفاع بالرادار ارتفاعه مباشرة فوق المحيطات.

• تظهر النتائج أن الجيود غير منتظمة، ففي بعض الأماكن يكون سطحه أعلى بما يصل إلى 100 متر من الشكل الإهليلجي المرجعي المثالي، وفي أي مكان آخر يصل إلى 100 متر تحته، التفسير الأكثر ترجيحاً لهذا الاختلاف في الارتفاع هو أن شذوذ الجاذبية (والكثافة) يرتبط بالحمل الحراري واختلافات درجة الحرارة في العمق.

• من الملاحظات الهامة التي تؤكد هذا التفسير أن هناك علاقة وثيقة بين شذوذ الجاذبية والتعبير السطحي لحدود لوحة الأرض، يعزز هذا أيضاً فكرة أن القوة الدافعة النهائية لتكتونية الصفائح هي دوران واسع النطاق للوشاح، كما تُستخدم تقنية مماثلة لتحديد المدى عبر الأقمار الصناعية لتحديد معدلات انجراف القارات، تسمح القياسات المتكررة لأوقات انتقال ضوء الليزر بين المحطات الأرضية والأقمار الصناعية بحساب الحركة النسبية لكتل ​​التحكم المختلفة.

دور الجيوفيزياء في دراسة بنية الأرض قديماً:

تتعلق الجيوفيزياء بدراسات الأرض التي تتضمن أساليب ومبادئ الفيزياء، يمس نطاق الجيوفيزياء فعلياً جميع جوانب الجيولوجيا بدءاً من اعتبارات الظروف في عمق باطن الأرض، حيث تسود درجات حرارة تصل إلى عدة آلاف من الدرجات المئوية وضغوط ملايين من الغلاف الجوي إلى السطح الخارجي للأرض، بما في ذلك الغلاف الجوي والغلاف المائي.

تقدم دراسة باطن الأرض مثالاً جيداً على نهج الجيوفيزيائي في حل المشكلات، من الواضح أن الملاحظة المباشرة مستحيلة، تم اشتقاق المعرفة الواسعة باطن الأرض من مجموعة متنوعة من القياسات، بما في ذلك الموجات الزلزالية الناتجة عن الزلازل التي تنتقل عبر الأرض وقياسات تدفق الحرارة من باطن الأرض إلى القشرة الخارجية، ومن خلال الفلكية والجيولوجية الأخرى الاعتبارات.

طرق تقسيم أفرع الجيوفيزياء التي تبين بنية الأرض:

يمكن تقسيم الجيوفيزياء إلى عدد من الفروع المتداخلة، وفيما يلي طريقة تقسيم هذه الفروع المتداخلة:

• دراسة التغيرات في مجال الجاذبية الأرضية.

• دراسة علم الزلازل ودراسة القشرة الأرضية والداخلية عن طريق تحليل انتقال الموجات المرنة التي تنعكس أو تنكسر.

• دراسة فيزياء الأجزاء الخارجية من الغلاف الجوي مع إيلاء اهتمام خاص للقصف الإشعاعي من الشمس ومن الفضاء الخارجي، بما في ذلك تأثير المجال المغناطيسي للأرض على الإشعاع الذي يعترضه الكوكب.

• فهم الكهرباء الأرضية وهي دراسة تخزين وتدفق الكهرباء في الغلاف الجوي والأرض الصلبة.

• دراسة المغناطيسية الأرضية ودراسة المصدر والتشكيل والتغيرات في المجال المغناطيسي للأرض ودراسة وتفسير المغناطيسية المتبقية في الصخور الناتجة عن المجال المغناطيسي للأرض عند تشكل الصخور (المغناطيسية القديمة).

• دراسة الخصائص الحرارية للأرض بما في ذلك توزيع درجة حرارة باطن الأرض والتغير في انتقال الحرارة من الداخل إلى السطح.

• فهم العديد من الأفرع التي تخص نطاق الأرض والهياكل التكتونية مثل: الصدوع والحواف القارية ومناطق الانغماس والتلال في منتصف المحيط والتوجهات والخيوط القارية.

على ماذا تشمل الجيوفيزياء للكشف عن بنية الأرض؟

• تشمل تقنيات الجيوفيزياء قياس مجال الجاذبية الأرضية باستخدام مقاييس الجاذبية الأرضية والبحرية والأقمار الصناعية في الفضاء.

• قياس مجالها المغناطيسي بمقاييس مغناطيسية محمولة باليد أو وحدات أكبر مسحوبة خلف سفن البحث والطائرات.

• القياس الزلزالي للهياكل تحت السطحية باستخدام الموجات المرنة المنعكسة والمنكسرة المتولدة، إما عن طريق الزلازل أو بوسائل اصطناعية (على سبيل المثال الانفجارات النووية تحت الأرض أو الاهتزازات الأرضية الناتجة عن مكابس خاصة في شاحنات كبيرة).

• أدوات وتقنيات الجيوفيزياء الأخرى متنوعة يتضمن بعضها دراسات معملية للصخور ومواد أرضية أخرى تحت ضغط عالٍ ودرجات حرارة مرتفعة.

يتأثر انتقال الموجات المرنة عبر القشرة وداخل الأرض بشدة بسلوك المواد في ظل الظروف القاسية في العمق، وبالتالي هناك سبب قوي لمحاولة محاكاة ظروف درجات الحرارة والضغوط المرتفعة في المختبر، من ناحية أخرى توفر البيانات التي تم جمعها بواسطة الصواريخ والأقمار الصناعية الكثير من المعلومات حول تدفق الإشعاع في الفضاء والتأثيرات المغناطيسية للأرض والأجسام الكوكبية الأخرى، فضلاً عن توفير دقة عالية في تحديد المواقع في المسح الجيوديسي لا سيما فوق المحيطات، أخيراً يجب التأكيد على أن أدوات الجيوفيزياء هي في الأساس أدوات رياضية وأن معظم المفاهيم الجيوفيزيائية بالضرورة يتم شرحها رياضياً.

ما هو دور الجيولوجيا الإنشائية في معرفة بنية الأرض؟

تتعامل الجيولوجيا الهيكلية مع العلاقات الهندسية للصخور والمعالم الجيولوجية بشكل عام، نطاق الجيولوجيا الهيكلية واسع يتراوح في الحجم من عيوب الشبكة دون المجهرية في البلورات إلى الأحزمة الجبلية وحدود الصفائح، ويمكن تقسيم الهياكل إلى فئتين عريضتين وهما:

• الهياكل الأولية التي تم الحصول عليها في تكوين كتلة صخرية.

• الهياكل الثانوية التي تنتج عن التشوه اللاحق للهياكل الأولية.

ترسبت معظم الصخور ذات الطبقات (الصخور الرسوبية وبعض تدفقات الحمم البركانية ورواسب الحمم البركانية) في البداية كطبقات أفقية تقريباً، قد تتشوه الصخور التي كانت أفقية في البداية عن طريق الطي، وقد يتم إزاحتها على طول الكسور، إذا حدث الإزاحة وتحركت الصخور على جانبي الكسر في اتجاهين متعاكسين عن بعضها البعض يُطلق على الكسر خطأ، وإذا لم يحدث الإزاحة يسمى الكسر مفصل.

من الواضح أن الأعطال والمفاصل هياكل ثانوية أي أن سنهم أصغر من الصخور التي يتقاطعون بها، ولكن قد يكون عمرهم أصغر قليلاً فقط، تم إنتاج العديد من المفاصل في الصخور النارية على سبيل المثال عن طريق الانكماش عندما تبرد الصخور، من ناحية أخرى ترتبط بعض الكسور في الصخور، بما في ذلك الصخور النارية بعمليات التجوية والتوسع المرتبط بإزالة الحمل العلوي، ستكون هذه قد تم إنتاجها بعد فترة طويلة من تشكل الصخور.

إن العيوب والمفاصل المشار إليها أعلاه هي هياكل هشة تتشكل ككسور منفصلة داخل صخور غير مشوهة بطريقة أخرى في المستويات العليا الباردة من القشرة، في المقابل تنتج هياكل الدكتايل عن تغييرات دائمة في جميع أنحاء جسم عريض من الصخور المشوهة في درجات حرارة أعلى وضغوط في مستويات القشرة العميقة، وتشمل هذه الهياكل الطيات والانقسام في أحزمة الأردواز وخط المعادن في الصخور المتحولة.

طرق الجيولوجيا الهيكلية:

• يمكن دراسة عيوب الشبكة والخلع في البلورات في صور مكبرة عدة آلاف من المرات باستخدام المجاهر الإلكترونية الناقلة.

• يمكن فحص العديد من الهياكل مجهرياً باستخدام نفس التقنيات العامة المستخدمة في علم الصخور، حيث تكون أجزاء الصخور المثبتة على شرائح زجاجية رقيقة جداً ثم يتم فحصها بواسطة الضوء المنقول باستخدام المجاهر المستقطبة.

• يمكن دراسة بعض الهياكل في عينات يدوية والتي يفضل توجيهها عند جمعها في العمل الميداني.

• على نطاق واسع يتم استخدام تقنيات الجيولوجيا الميدانية، وتشمل هذه إعداد الخرائط الجيولوجية التي توضح التوزيع المساحي للوحدات الجيولوجية المختارة للتمثيل على الخريطة، وهي تشمل أيضاً رسم اتجاه السمات الهيكلية مثل الأعطال والمفاصل والانقسام والطيات الصغيرة وموقف الأسرة فيما يتعلق بالفضاء ثلاثي الأبعاد.