وجهات النظر والاكتشافات المبكرة لعلم الأرض

ما المقصود بعلم الأرض؟

علم الأرض هو مجال البحث العلمي المعني بتحديد عمر وتاريخ الصخور والتجمعات الصخرية على الأرض، يتم إجراء مثل هذه التحديدات الزمنية ويتم فك رموز سجل الأحداث الجيولوجية الماضية، من خلال دراسة توزيع وتعاقب طبقات الصخور، بالإضافة إلى طبيعة الكائنات الأحفورية المحفوظة داخل الطبقات.

سطح الأرض هو عبارة عن فسيفساء معقدة من التعريضات لأنواع مختلفة من الصخور، التي يتم تجميعها في مجموعة مذهلة من الأشكال الهندسية والتسلسلات، وتحتوي الصخور الفردية في عدد لا يحصى من النتوءات الصخرية (أو في بعض الحالات التي تحدث تحت السطح الضحل) على مواد معينة أو معلومات معدنية يمكن أن توفر نظرة ثاقبة عن عمرها.

لسنوات عديدة حدد الباحثون الأعمار النسبية لطبقات الصخور الرسوبية على أساس مواقعهم في نتوء ومحتواها الأحفوري، وفقاً لمبدأ طويل الأمد لعلوم الأرض، (وهو مبدأ التراكب)، فإن أقدم طبقة ضمن سلسلة من الطبقات تكون في القاعدة وتكون الطبقات أصغر تدريجياً بترتيب تصاعدي، يمكن تأكيد الأعمار النسبية لطبقات الصخور المستخلصة بهذه الطريقة وصقلها أحياناً بفحص الأشكال الأحفورية الموجودة، إن تتبع ومطابقة المحتوى الأحفوري للنتوءات الصخرية المنفصلة (أي الارتباط) مكّن المحققين في النهاية من دمج تسلسل الصخور في العديد من مناطق العالم وإنشاء مقياس زمني جيولوجي نسبي.

تقدمت المعرفة العلمية للتاريخ الجيولوجي للأرض بشكل ملحوظ منذ تطوير التأريخ الإشعاعي، وهي طريقة لتحديد العمر تستند إلى مبدأ أن الذرات المشعة في المواد الجيولوجية تتحلل بمعدلات ثابتة معروفة للذرات البنت، ولم يوفر التأريخ الإشعاعي وسيلة لقياس الوقت الجيولوجي عدديًا فحسب، بل قدم أيضاً أداة لتحديد عمر الصخور المختلفة التي سبقت ظهور أشكال الحياة.

وجهات النظر والاكتشافات المبكرة:

تشير بعض التقديرات إلى أن ما يصل إلى 70 في المائة من جميع الصخور البارزة من سطح الأرض هي رسوبية، ويوجد ما هو محفوظ في هذه الصخور، وهو السجل المعقد للعديد من التجاوزات والانحدارات للبحر، بالإضافة إلى البقايا الأحفورية أو غيرها من المؤشرات للكائنات المنقرضة الآن والرمال المتحجرة والحصى للشواطئ القديمة والكثبان الرملية والأنهار.

الفهم العلمي الحديث للقصة المعقدة التي يرويها السجل الصخري، متجذر في التاريخ الطويل لملاحظات وتفسيرات الظواهر الطبيعية التي تمتد إلى العلماء اليونانيين الأوائل، لم يرى (Xenophanes of Colophon 560 إلى 478 قبل الميلاد)، على سبيل المثال صعوبة في وصف الأصداف المختلفة وصور أشكال الحياة المضمنة في الصخور على أنها بقايا كائنات ميتة منذ فترة طويلة، بالروح الصحيحة ولكن لأسباب خاطئة، شعر هيرودوت (القرن الخامس قبل الميلاد) أن التحجر النوميليتي القرصي الصغير، (في الواقع حفريات الكائنات الأولية البحرية القديمة التي تفرز الجير) وجدت في الحجر الجيري البارز في الجوزة في مصر، وكانت البقايا المحفوظة العدس المرتجع الذي تركه بناة الأهرامات.

تمثل هذه الملاحظات والتفسيرات المبكرة الأصول غير المعلنة لما أصبح لاحقاً مبدأ أساسياً للتوحيد، وهو أصل أي محاولة لربط الماضي (كما هو محفوظ في السجل الصخري) بالحاضر، كما ينص المبدأ بشكل فضفاض على أن الظواهر الطبيعية المختلفة التي لوحظت اليوم يجب أن تكون موجودة أيضاً في الماضي.

على الرغم من وجود آراء متنوعة تماماً حول تاريخ وأصول الحياة والأرض نفسها في عصر ما قبل المسيحية، فقد أصبح الاختلاف بين الفكر الغربي والشرقي حول موضوع التاريخ الطبيعي أكثر وضوحاً، وذلك نتيجة امتداد العقيدة المسيحية إلى شرح الظواهر الطبيعية، وقد تم وضع قيود متزايدة على تفسير الطبيعة في ضوء تعاليم الكتاب المقدس، هذا يتطلب أن يُنظر إلى الأرض على أنها جسد ثابت لا يتغير، ومع تاريخ بدأ في الماضي غير البعيد، ربما قبل أقل من 6000 عام، ونهاية وفقاً للكتب المقدسة، لم تكن كذلك المستقبل البعيد.

ترك هذا التاريخ الكتابي للأرض مجالاً صغيراً لتفسير الأرض كنظام ديناميكي متغير، تعتبر الكوارث الماضية، لا سيما تلك التي ربما كانت مسؤولة عن تغيير سطح الأرض مثل الفيضان العظيم لنوح، قطعة أثرية من أقدم التاريخ التكويني للأرض، على هذا النحو كان من غير المحتمل أن يتكرر ظهورهم فيما كان يُعتقد أنه عالم لا يتغير.

باستثناء عدد قليل من الأفراد ذوي البصيرة مثل روجر بيكون (1220 إلى 1292) وليوناردو دافنشي (1452 إلى 1519)، لم يتقدم أحد للدفاع عن وجهة نظر مستنيرة للتاريخ الطبيعي للأرض حتى منتصف القرن السابع عشر، (أي مئة عام)، يبدو أن ليوناردو كان من بين أوائل علماء عصر النهضة، والذين أعادوا اكتشاف عقيدة التوحيد من خلال ملاحظاته للكائنات البحرية الأحفورية والرواسب المكشوفة في تلال شمال إيطاليا، لقد أدرك أن الكائنات البحرية الموجودة الآن كأحفوريات في الصخور المكشوفة في تلال توسكان كانت مجرد حيوانات قديمة، عاشت في المنطقة عندما كانت مغطاة بالبحر ودُفنت في النهاية بواسطة الطين على طول قاع البحر.

كما أدرك أن أنهار شمال إيطاليا التي تتدفق جنوبا من جبال الألب وتصب في البحر قد فعلت ذلك لفترة طويلة جداً، على الرغم من هذا النهج الاستنتاجي لتفسير الأحداث الطبيعية، وإمكانية الحفاظ عليها وملاحظتها لاحقاً كجزء من نتوء صخري، فقد تم إيلاء اهتمام ضئيل أو معدوم للتاريخ (أي تسلسل الأحداث في تطورها الطبيعي) أن قد تكون محفوظة في نفس هذه الصخور.

مبدأ تراكب طبقات الصخور:

في عام 1669 نشر عالم الطبيعة الدنماركي المولد نيكولاس ستينو أطروحته الشهيرة بعنوان أطروحة نيكولاس ستينو حول جسم صلب، محاط بعملية الطبيعة داخل مادة صلبة، وهو عمل أساسي وضع الإطار الأساسي لعلم الجيولوجيا، من خلال إظهاره في بطريقة بسيطة تظهر فيها الصخور ذات الطبقات في توسكانا تغيراً متسلسلاً، كما أنها تحتوي على سجل للأحداث الماضية.

بعد هذه الملاحظة، خلص ستينو إلى أن صخور توسكان أظهرت علاقات تراكبية، وهذه العلاقة هي: إن الصخور المودعة أولاً تقع في أسفل التسلسل، بينما تلك المودعة لاحقاً في الأعلى، وهذا هو جوهر ما يعرف الآن بمبدأ التراكب، وقد طرح ستينو فكرة أخرى وهي أن الصخور ذات الطبقات من المحتمل أن تترسب أفقياً، لذلك على الرغم من أن طبقات توسكانا كانت (ولا تزال) معروضة في أي شيء عدا الأشكال الهندسية البسيطة، فإن توضيح ستينو لهذه المبادئ الأساسية المتعلقة بتكوين الصخور الطبقية، جعل من الممكن العمل ليس فقط على العلاقات التراكبية داخل تسلسلات الصخور ولكن أيضاً العمر النسبي لكل طبقة.

ومع نشر (Prodromus) وما تلاه من انتشار واسع النطاق لأفكار (Steno)، قام علماء الطبيعة الآخرون في الجزء الأخير من القرن السابع عشر وأوائل القرن الثامن عشر بتطبيقها على أعمالهم الخاصة، فعلى سبيل المثال أنتج الجيولوجي الإنجليزي المبكر جون ستراشي في عام 1725 ما قد يكون أول خرائط جيولوجية حديثة لطبقات الصخور، كما وصف تتابع الطبقات المرتبطة بالصخور الرسوبية الحاملة للفحم في سومرسيتشاير، وهي نفس المنطقة في إنجلترا حيث رسم خرائط التعرض للصخور.

تصنيف الصخور الطبقية:

في عام 1756 قدم يوهان جوتلوب ليمان من ألمانيا تقريراً عن تعاقب الصخور في الجزء الجنوبي من بلاده وجبال الألب، حيث قام بقياس ووصف التباين التركيبي والمكاني، أثناء الاستفادة من مبدأ ستينو في التراكب، أدرك ليمان وجود ثلاث مجموعات صخرية متميزة، وهي: فئة أدنى متتالية الأولية (Urgebirge) وأنها تتكون أساساً من الصخور البلورية، فئة وسيطة أو الثانوية (Flötzgebirge) المكون من صخور طبقية أو طبقية تحتوي على أحافير، وأخيراً تسلسل نهائي أو أصغر متتالياً من الرواسب الغرينية وغير المجمعة ذات الصلة (Angeschwemmtgebirge) يُعتقد أنه يمثل أحدث سجل لتاريخ الأرض.

تم تطبيق مخطط التصنيف الثلاثي هذا بنجاح مع تعديلات طفيفة على الدراسات في مناطق أخرى من أوروبا من قبل ثلاثة من معاصري ليمان، وفي إيطاليا مرة أخرى في تلال توسكان بالقرب من فلورنسا، اقترح جيوفاني أردوينو الذي يعتبره الكثيرون أب الجيولوجيا الإيطالية، تتابعاً صخرياً مكوناً من أربعة مكونات، وتتشابه أقسامه الابتدائية والثانوية تقريباً مع فئات (Lehmann’s) الابتدائية والثانوية.

بالإضافة إلى ذلك، اقترح (Arduino) فئة أخرى، لحساب الصخور الحاملة للأحافير المتماسكة بشكل ضعيف على الرغم من أنها كانت أقدم بشكل تراكبي من الطمي (المغطي)، ولكنها مميزة ومنفصلة عن الصخور الطبقية الصلبة (الأساسية) في الثانوية.

زفي منشورين منفصلين، أحدهما ظهر عام 1762 والثاني عام 1773، طبق جورج كريستيان فوشيل أيضاً مفاهيم ليمان السابقة، عن التراكب على سلسلة أخرى من الصخور الطبقية في جنوب ألمانيا، وأثناء استخدام ما يزيد عن تسع فئات منفصلة من الصخور الرسوبية، حدد (Füchsel) بشكل أساسي أجساماً صخرية منفصلة ذات تكوين فريد ومدى جانبي وموقع ضمن تتابع الصخور، (تشكل هذه الكتل الصخرية تكوينات في المصطلحات الحديثة).

على بعد حوالي 1000 كيلو متر (620 ميل) إلى الشرق، كان عالم الطبيعة الألماني بيتر سيمون بالاس يدرس سلاسل الصخور المكشوفة في جنوب جبال الأورال في شرق روسيا، وميز تقريره لعام 1777 تقسيماً صخرياً ثلاثي الأبعاد، مكرراً بشكل أساسي عمل ليمان بالامتداد، وهكذا بحلول الجزء الأخير من القرن الثامن عشر، تم ترسيخ مفهوم التراكب لطبقات الصخور من خلال عدد من التحقيقات المستقلة في جميع أنحاء أوروبا.