اقرأ في هذا المقال
الأرض:
تعد الأرض خامس أكبر كوكب في نظامنا الشمسي، وهو الكوكب الوحيد المعروف بالتأكيد باحتوائه على مياه سائلة على سطحه. الأرض هي أيضا فريدة من نوعها من حيث الألقاب.
تشكلت الأرض منذ حوالي 4.6 مليار سنة أثناء ولادة نظامنا الشمسي، حيث إن هذا التاريخ يأتي من النيازك وصخور القمر. لعدة مئات من ملايين السنين وبعد تكوين النظام الشمسي تعرضت الكواكب للقصف المستمر بالحطام النيزكي، وبالتالي من المحتمل أن سطح الأرض قد أعيد صهره مرارًا وتكرارًا بسبب تأثيرات الكويكبات الكبيرة، حيث استمر هذا القصف المبكر حتى حوالي 3.8 مليار سنة.
خلال المرحلة الرئيسية التالية من تكوين الأرض حدث التبريد والتمايز بين طبقات الأرض، حيث غرقت المواد الكثيفة في المركز، مكونة قلبًا غنيًا بالحديدوالنيكل، حيث ارتفعت الصهارة الخفيفة الغنية بالسيليكات إلى السطح، كما شكلت المادة المتبقية بين اللب والصهارة أكثر طبقات الأرض سماكة، والتي تسمى الوشاح، حيث إنها تتكون وبشكلٍ رئيسي من معادن سيليكات الحديد والمغنيسيوم والغنية بالكالسيوم.
وفي النهاية بردت الصهارة لتشكل طبقة رقيقة من السيليكا، وهي عبارة عن قشرة غنية بالألمنيوم. كما تتكون القشرة المحيطية من البازلت الكثيف والجابرو، في حين أن القشرة القارية أقل كثافة ولها تركيبة جرانيتية بشكل عام.
دوران الأرض:
تدور الأرض حول الشمس مرة كل 365.25 يومًا. ونظرًا لأن سنوات التقويم لدينا تحتوي على 365 يومًا فقط، فإننا نضيف سنة كبيسة كل أربع سنوات لحساب الفرق، وعلى الرغم من أننا لا نشعر به فإن الأرض تقترب من مدارها بسرعة متوسطة تبلغ 18.5 ميلًا في الثانية، وخلال هذه الدائرة يبعد كوكبنا في المتوسط 93 مليون ميل عن الشمس، وهي مسافة تستغرق حوالي ثماني دقائق ليقطعها الضوء، حيث يعرّف علماء الفلك هذه المسافة كوحدة فلكية واحدة (AU)، وهو مقياس يعمل كمقياس كوني سهل الاستخدام.
تدور الأرض حول محورها كل 23.9 ساعة، مما يحدد الليل والنهار لسكان السطح، حيث يميل محور الدوران هذا بمقدار 23.4 درجة بعيدًا عن مستوى مدار الأرض حول الشمس، مما يمنحنا تكون الفصول الأربعة؛ فعندما يكون نصف الكرة الأرضية مائلًا بالقرب من الشمس، فهذا يسمح بتكون فصل الصيف، في حين أنه عندما تكون نصف الكرة الأرضية مائلاً وبعيدًا فسينتج الشتاء، وفي الربيع والخريف، يتلقى كل نصف من الكرة الأرضية كميات مماثلة من الضوء، وذلك في تاريخين محددين كل عام يسميان الاعتدال، حيث يضيء كلا نصفي الكرة الأرضية بالتساوي.
طبقات الأرض:
منذ حوالي 4.5 مليار سنة وجدت الجاذبية الأرض لتشكل من القرص الغازي المترب الذي يحيط بشمسنا الفتية. وبمرور الوقت تمايز باطن الأرض، والذي يتكون في الغالب من صخور السيليكات والمعادن إلى أربع طبقات.
يقع اللب الداخلي في قلب الكوكب، وهو عبارة عن كرة صلبة من الحديد والنيكل يبلغ عرضها 759 ميلًا وحرارة تصل إلى 9800 درجة فهرنهايت، كما أن اللب الداخلي يكون محاط باللب الخارجي، وهو شريط بسمك 1400 ميل من سوائل الحديد والنيكل. يوجد خلف اللب الخارجي الوشاح، وهو عبارة عن طبقة سميكة من الصخور المنصهرة اللزجة يبلغ سمكها 1800 ميل، حيث تستقر عليها الطبقة الخارجية للأرض، أما بالنسبة للقشرة، فقد يبلغ متوسط سمك القشرة القارية على اليابسة 19 ميلاً، لكن القشرة المحيطية التي تشكل قاع البحر تكون أرق، حيث تبلغ سماكتها ثلاثة أميال، كما أنها أكثر كثافة.
ومثل كوكب الزهرةوالمريخ، فللأرض جبال ووديان وبراكين، ولكن على عكس أشقائها الصخرية، فإن ما يقرب من 70 في المائة من سطح الأرض مغطى بمحيطات من المياه السائلة التي يبلغ متوسط عمقها 2.5 ميل، كما تحتوي هذه المسطحات المائية على 97 في المائة من براكين الأرض وحافة منتصف المحيط، وهي سلسلة جبال ضخمة يبلغ طولها أكثر من 40 ألف ميل.
إلى جانب ذلك فقد تنقسم القشرة الأرضية والغطاء العلوي إلى صفائح ضخمة تطحن بعضها ببعض في حركة بطيئة، وعندما تصطدم هذه الصفائح أو تنفصل أو تنزلق فوق بعضها البعض، فإنها تؤدي إلى نشوء جيولوجيا نشطة للغاية، كما أن الزلازل ستحدث، بينما تتعطل هذه الصفائح وتتسلل عبر بعضها البعض. تتشكل العديد من البراكين عندما تصطدم قشرة قاع البحر بالقشرة القارية وتنزلق أسفلها، وعندما تصطدم صفائح من القشرة القارية، فسيتم دفع السلاسل الجبلية مثل جبال الهيمالايا نحو السماء.
الغلاف الجوي للأرض:
يتكون الغلاف الجوي للأرض من 78 في المائة من النيتروجين و21 في المائة من الأكسجين و1 في المائة من الغازات الأخرى مثل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والأرجون، ومثل الغازات الدفيئة فإن هذه المجموعة من الغازات تمتص الحرارة وتحتفظ بها. وفي المتوسط تبلغ درجة حرارة سطح الأرض حوالي 57 درجة فهرنهايت، وبدون غلافنا الجوي ستكون درجة الحرارة صفرًا. في القرنين الماضيين، أضاف البشر ما يكفي من غازات الاحتباس الحراري إلى الغلاف الجوي لرفع متوسط درجة حرارة الأرض بمقدار 1.8 درجة فهرنهايت، حيث إن هذه الحرارة الزائدة غيرت جميع أنماط طقس الأرض بعدة طرق.
نحن نتمتع أيضًا بالحماية من المجال المغناطيسي للأرض، حيث إن الناتج عن دوران كوكبنا وجوهره يكون من الحديد والنيكل. إذ يكون هذا الحقل على شكل دمعة يحمي الأرض من الجسيمات عالية الطاقة التي تنطلق نحونا من الشمس ومن أي مكان آخر في الكون. ولكن بسبب بنية الحقل يتم توجيه بعض الجسيمات إلى أقطاب الأرض، حيث إنها ستصطدم بالغلاف الجوي، مما يؤدي إلى ظهور الشفق القطبي، وهو ما يعرفه البعض بالأضواء الشمالية.
تركيب الأرض:
في الجزء الأول من القرن العشرين درس الجيولوجيون الاهتزازات (الموجات الزلزالية) الناتجة عن الزلازل لمعرفة المزيد عن بنية باطن الأرض، حيث اكتشفوا أنها تتكون من مجموعة من الطبقات المتميزة وهي: القشرة والعباءة واللب.
يتم الكشف عن الأسرار المدفونة داخل كوكبنا من خلال تسجيل ودراسة أشياء تسمى الموجات الزلزالية، الناتجة بسبب عوامل مختلفة مثل الزلازل والانفجارات وحركة محيطاتنا، كما أن هناك نوعان من الموجات الزلزالية أو ما تعرف بموجة القص، التي لا تنتقل عبر السائل، وموجة الضغط، والتي تتحرك خلال كل من السائل والمواد الصلبة، حيث تظهر هذه الموجات أن الأرض مكونة من خمس طبقات: اللب الداخلي والخارجي والغطاء السفلي والعلوي والقشرة.
اللب الداخلي للأرض:
اللب الداخلي للأرض عبارة عن كرة معدنية ضخمة يبلغ عرضها 2500 كيلومتر، حيث إنها مصنوعة بشكلٍ أساسي من الحديد، وتتراوح درجة حرارة الكرة من 5000 درجة مئوية إلى 6000 درجة مئوية، وهو ما يصل إلى 6000 مرة أكثر سخونة من غلافنا الجوي، كما أنها حارقة بدرجة تكفي لإذابة المعدن، حيث يبقى المعدن في القلب الداخلي صلبًا بسبب الضغط الهائل المحيط به.
اللب الخارجي للأرض:
يبلغ عمق هذه الطبقة السائلة المكونة من الحديد والنيكل 5150 كم، حيث يتدفق اللب الخارجي حول مركز الأرض، كما تخلق حركة المعادن المجال المغناطيسي لكوكبنا.
الوشاح:
يمتاز الوشاح بشكلٍ رئيسي بأنه مصنوع من الصخور الصلبة كما أن درجة حرارته عالية جداً، حيث يعرف العلماء أن الوشاح مصنوع من الصخور بناءً على أدلة من الموجات الزلزالية وتدفق الحرارة والنيازك، حيث تتناسب الخصائص للوشاح مع حجر البيريدوتيت فوق المافي وهو مصنوع من معادن السيليكات الغنية بالحديد والمغنيسيوم، ونادرًا ما يوجد البيريدوتيت على سطح الأرض.
كما يعرف العلماء أن الوشاح شديد الحرارة؛ وذلك نظراً للحرارة المتدفقة منه وبسبب خصائصه الفيزيائية، حيث تتدفق الحرارة بطريقتين مختلفتين داخل الأرض وذلك إما عن طريق التوصيل وإما عن طريق الحمل الحراري؛ حيث يُعرَّف التوصيل بأنه انتقال الحرارة الذي يحدث من خلال الاصطدامات السريعة للذرات، والتي لا يمكن أن تحدث إلا إذا كانت المادة صلبة.
كما تتدفق الحرارة من الأماكن الأكثر دفئًا إلى الأماكن الأكثر برودة حتى تتساوى درجة الحرارة جميعها، حيث يكون الوشاح ساخنًا في الغالب بسبب الحرارة المنبعثة من القلب، أما بالنسبة لعملية الحمل الحراري فهو عملية المواد التي يمكن أن تتحرك وتتدفق حتى تؤدي إلى تيارات الحمل.
وعليه فإن الحمل في الوشاح هو نفس الحمل الحراري في وعاء من الماء على الموقد، حيث إن تيارات الحمل تكون في شكل عباءة الأرض، حيث تسخن المواد القريبة من اللب، وعندما يسخّن اللب الطبقة السفلية من مادة الوشاح، فستتحرك الجسيمات بسرعة أكبر، مما يقلل كثافتها ويؤدي إلى ارتفاعها، كما تبدأ المادة الصاعدة بتيار الحمل الحراري بالانتقال.
وعندما تصل المادة الدافئة إلى السطح، فإنها تنتشر أفقيًا، حيث تبرد المادة؛ لأنها لم تعد قريبة من القلب، وفي النهاية يصبح باردًا وكثيفًا بما يكفي للغرق مرة أخرى في الوشاح، وفي الجزء السفلي من الوشاح تتحرك المادة أفقيًا ويتم تسخينها بواسطة اللب، حيث يصل إلى الموقع الذي ترتفع فيه مادة الوشاح الدافئ، بحيث تكون خلية الحمل الحراري في الوشاح كاملة، وعليه فإن الوشاح نوعين؛
الوشاح السفلي:
تم العثور على الوشاح السفلي بين 670 كم و2890 كم تحت السطح، وهو مصنوع من الصخور الصلبة، كما أن الصخور ساخنة بدرجة كافية لتذوب، لكنها صلبة بسبب الضغط الذي يدفعها لأسفل.
الوشاح العلوي:
تصل هذه الطبقة إلى 670 كم تحت سطح الأرض. يتكون الجزء السفلي من الوشاح العلوي من كل من الصخور الصلبة والمنصهرة (السائلة)، بينما تكون الصخور في المنطقة العليا أكثر صلابة؛ وذلك نظراً لأنها أكثر برودة.
القشرة:
إن سطح الأرض مغطى بطبقة رقيقة تعرف باسم القشرة. تتكون الأرض من قشرة قارية يبلغ سمكها 8 إلى 70 كيلومترًا، وتتكون في الغالب من صخرة تسمى الجرانيت، كما تتكون الطبقة الموجودة أسفل قاع المحيط من قشرة المحيط التي يبلغ سمكها حوالي 8 كيلومترات، وهي مصنوعة أساسًا من صخرة تسمى البازلت.
معالم سطح الأرض:
الترتيب ثلاثي الأبعاد للسمات المادية (مثل الشكل والارتفاع والعمق) لسطح الأرض في مكان أو منطقة معينة تشمل السمات المادية التي تشكل تضاريس منطقة ما كالجبال والوديان والسهول والمسطحات المائية، وغالبًا ما تُعتبر المظاهر التي من صنع الإنسان مثل الطرق والسكك الحديدية ومدافن النفايات جزءًا من تضاريس تلك المنطقة.
تعد تضاريس سطح الأرض أحد أهم القياسات الجيوفيزيائية الأساسية للأرض، وهي عامل تحكم مهيمن في جميع العمليات الفيزيائية التي تحدث على سطح الأرض تقريبًا. حيث تتحكم تضاريس سطح الأرض أيضًا بشكل كبير في العمليات داخل الغلاف الجوي العلوي، وتعكس العمليات داخل الغلاف الصخري الأساسي، وبالتالي فإن المعلومات الطبوغرافية مهمة عبر الطيف الكامل للأرض.
دورة الصخور:
تعتبر دورة الصخور مفهومًا أساسيًا يصف التحولات الديناميكية للمعادن والمواد من خلال ثلاثة أنواع رئيسية من الصخور: الرسوبية والمتحولة والبركانية.
حيث تتشكل الصخور النارية من تبلور المواد المنصهرة (الصهارة) من الغلاف الصخري، كما يمكن تصنيف الصخور النارية على أنها متطفلة إذا بردت الصهارة وتصلبت تحت الأرض. وتصل الصهارة إلى سطح الأرض من خلال ثوران بركاني، فسينتج صخور تعرف باسم الصخور النارية النثرية.
بمجرد تعرضها للظروف الجوية على سطح الأرض، فستتسبب عمليات التجوية في تحلل الصخور أو تحللها إلى رواسب فضفاضة وأيونات مذابة. كما يمكن نقل الرواسب عن طريق الأنهار أو حركة الأمواج أو الرياح أو الجاذبية أو الجليد الجليدي أو ترسبها أو دفنها، حيث يمكن ضغط الحبيبات السائبة وتدعيمها ليتم تثبيتها وتحويلها إلى صخور رسوبية طينية. كما تترسب الصخور الرسوبية الكيميائية عن طريق الترسيب الكيميائي للمعادن الموجودة في المحلول، كما يمكن أيضًا تصنيف الصخور الرسوبية على أنها عضوية مثل الفحم الذي يتكون من ضغط المواد النباتية.
دينامية الأرض:
تمثل دراسة بنية وديناميكيات باطن الأرض العميقة واحدة من أكثر حدود علوم الأرض نشاطًا، حيث لا يمكن فهم العمليات الديناميكية الغنية في باطن الأرض إلا من خلال فهم خصائص المواد في ظل الظروف السائدة، إّ تتغير خصائص المواد بشكل كبير في الداخل العميق، وهذا له عواقب حاسمة على الحمل الحراري في الوشاح، والذي يُعتبر محرك الصفائح التكتونية بشكلٍ رئيسي.
كما ينبغي الإشارة إلى أهمية الهيدروجين في الماء في تحديد بنية حدود الغلاف الصخري والغلاف الموري وكذلك دور تحول الطور في التحكم في الكثافة وخصائص تدفق البلاستيك لمواد الأرض، حيث تمت تغطية نماذج الملاحظات الغامضة مثل الزلازل العميقة والهياكل متباينة الخواص في مركز الأرض بالتفصيل، إلى جانب ذلك فقد يعتبر الهيكل الديناميكي للأرض العميقة أساساً مهماً في علوم الأرض وعلوم المواد والفيزياء.
إلى جانب ذلك فقد تعتبر العمليات الديناميكية في الأرض أساسية في تشكيل هيكلها الداخلي وكذلك المناظر الطبيعية السطحية، حيث يتم دراسة ديناميكيات الأرض في مجموعة من المقاييس، وذلك بدءًا من حركات الصفائح التكتونية مرورًا بتكوين الجبال والحواف المتصدعة، إلى عمليات التصدع والترسيب.
تتكون الأرض من عدة طبقات: طبقة قشرة خارجية قوية وغلاف صخري به مناطق قوية وضعيفة وغطاء لزج وأخيراً لب الأرض، حيث تتشوه الصخور في هذه الطبقات على المقاييس الزمنية الجيولوجية، مدفوعة بالحرارة الناتجة عن اضمحلال العناصر المشعة والحرارة المتبقية من تكوين الأرض. وعلى نطاق واسع فقد تدفع حركات الغلاف الصخري تدفق الوشاح من خلال الاندساس وانتشار قاع البحر عند التلال وسط المحيط، حيث يؤدي التدفق الديناميكي للوشاح إلى تشوه الغلاف الصخري، وعلى المستوى الإقليمي تحدث عمليات التغذية المرتدة بين التعرية والترسيب على سطح الأرض والتشوه التكتوني.
كما تشكل العمليات الديناميكية في الأرض السطح الذي نعيش عليه، حيث تشمل هذه اندساس الغلاف الصخري وتشكيل الأحزمة الجبلية وتصدع القارات وتكوين الحواف السلبية وتآكل وترسب الصخور على سطح الأرض، كما أن فهم التطور الديناميكي لهذه العمليات له أهمية قصوى لفهم المخاطر المتعلقة بها كالبراكين والانهيارات الأرضية والزلازل، كما أنها مهمة في عمليات البحث في الموارد الجيولوجية، مثل البترول والمعادن الصناعية.
إلى جانب ذلك فقد كشف الاستكشاف الزلزالي لللب الداخلي للأرض عن تعقيدات هيكلية غير متوقعة ومحيرة، حيث أصبح تباين الخواص المرن الآن راسخًا، وقد ثبت أنه يختلف مكانيًا، كما أن هناك انقسام نصف كروي محدد جيدًا في تباين الخواص والتوهين، إلى جانب وجود تغيرات مهمة في الاتجاه الشعاعي مع تباين أضعف في المناطق العلوية، وربما خصائص مختلفة في “قلب داخلي أعمق” نصف قطره 300-600 كيلومتر.
وربما يكون الأمر الأكثر إثارة للحيرة هو ملاحظة طبقة مستقرة في قاعدة اللب الخارجي، والتي تم اقتراحها مؤخرًا نتيجة ذوبان مادة اللب الداخلية، حيث إن وجود هذه الطبقة له آثار كبيرة على فهمنا للحمل الحراري في اللب الخارجي، ولا يزال التناوب التفاضلي الداخلي الأساسي فيما يتعلق بالعباءة مثيرًا للجدل، مما أدى إلى اقتراح عدد من النماذج المختلفة لتطوير بنية النواة الداخلية وتشكيل الطبقة المستقرة في قاعدة اللب الخارجي.
