ما هي البراكين المتعلقة بحدود الصفائح الأرضية؟

من خلال إلقاء نظرة أكثر بعداً على التضاريس البركانية من الفضاء يمكن للمرء أن يرى أن معظم البراكين تتجمع معاً لتشكيل أحزمة خطية مقوسة عبر سطح الأرض، ومن الواضح الآن أن هذه السلاسل البركانية مرتبطة ارتباطاً وثيقاً بالنشاط التكتوني العالمي.

تقع العديد من البراكين النشطة في ما يسمى (حلقة النار) المكونة من أقواس الجزر وسلاسل الجبال المطلة على المحيط الهادئ، ويقدم مفهوم انتشار قاع البحر وعلى نطاق أوسع نظرية الصفائح التكتونية تفسيراً منطقياً لموقع معظم البراكين.

تكشف الخرائط الطبوغرافية عن مواقع الزلازل الكبيرة وتشير إلى حدود 12 لوحة تكتونية رئيسية، فعلى سبيل المثال يحد صفيحة المحيط الهادئ مناطق الزلازل في نيوزيلندا وغينيا الجديدة وجزر ماريانا واليابان وكامتشاتكا وجزر ألوشيان وغرب أمريكا الشمالية وصعد شرق المحيط الهادئ وسلسلة جبال المحيط الهادئ والقطب الجنوبي.

تشكل الصفائح التكتونية للأرض التي تتحرك أفقياً فيما يتعلق ببعضها البعض بمعدل بضعة سنتيمترات في السنة ثلاثة أنواع أساسية من الحدود وهي: الحدود المتقاربة والحدود المتباعدة وانزلاق جانبي، حيث تقع اليابان وجزر ألوشيان على حدود متقاربة حيث تتحرك صفيحة المحيط الهادئ تحت الصفائح القارية المجاورة (وهي عملية تُعرف باسم الاندساس).

كما يمثل نظام صدع سان أندرياس في كاليفورنيا مثالاً لحد الانزلاق الجانبي، حيث تتحرك صفيحة المحيط الهادئ شمال غرباً بالنسبة إلى صفيحة أمريكا الشمالية (وهي عملية تسمى الانزلاق الانزلاقي أو التحويل)، كما يمثل صعود شرق المحيط الهادئ حدوداً متباينة، حيث تتحرك صفيحة المحيط الهادئ وصفيحة نازكا (غرب أمريكا الجنوبية) بعيداً عن بعضها البعض (وهي عملية تُعرف باسم التصدع).

تحدث البراكين على طول مناطق الانغماس والتصدع ولكنها غائبة بشكل عام على طول هوامش صفيحة الانزلاق، ومعظم البراكين المتعلقة بالاندساس متفجرة وتبني طبقات البراكين في حين أن البراكين المتصدعة تميل إلى أن تكون أكثر انسيابية وتبني براكين درع، وعلى الرغم من وجود استثناءات لكل من هذه العموميات، تندلع البراكين المرتبطة بالاندساس البازلت والأنديسايت والداسيت والريوليت والأنديسايت هو النوع السائد من الصخور.

لكن البراكين ذات الصلة بالصدع وخاصة في قاع المحيط تندلع بشكل أساسي من البازلت، والبراكين على الهامش الغربي والشمالي لصفيحة المحيط الهادئ (نيوزيلندا، غينيا الجديدة، جزر ماريانا، اليابان، كامتشاتكا، وجزر ألوشيان) كلها براكين اندساس.

كما أن البراكين المتصدعة مخبأة إلى حد كبير على طول قمة الغواصة في شرق المحيط الهادي وتلال المحيط الهادئ في القطب الجنوبي على أعماق 2 إلى 3 كيلومترات (1.2 إلى 1.9 ميل) تحت مستوى سطح البحر، وترتبط براكين (Cascade) في شمال غرب الولايات المتحدة والبراكين في المكسيك وأمريكا الوسطى بالهبوط تحت صفيحة أمريكا الشمالية لألواح خوان دي فوكا وكوكوس الصغيرة، والتي تقع على الجانب الشرقي من صفيحة المحيط الهادئ.

وبالمثل ترتبط براكين جبال الأنديز بانغماس صفيحة نازكا تحت صفيحة أمريكا الجنوبية، يتم عرض النماذج المفاهيمية لكيفية تشكل براكين الانغماس والتصدع بشكل تخطيطي في الرسم التخطيطي، ومن بين 1450 بركان مدرج في جدول جيولوجي لأنواع التضاريس تحدث 80 في المائة من هذه البراكين على طول مناطق الاندساس و 15 في المائة تحدث على طول مناطق الصدع.

ومع ذلك فإن هذه النسب المئوية مضللة إلى حد ما؛ لأن معظم مناطق صدع الأرض تقع على بعد 2 إلى 3 كيلو مترات (1.2 إلى 1.9 ميل) تحت مستوى سطح البحر، حيث يصعب اكتشاف النشاط البركاني وفي تلك الأعماق لم تتم ملاحظة البراكين الغواصة النشطة بعد على الرغم من العثور على العديد من المناطق الحرارية المائية على طول مناطق الصدع المغمورة بواسطة الغواصات البحثية.

إن أيسلندا جزء من سلسلة جبال وسط الأطلسي التي تظهر فوق مستوى سطح البحر يوجد فيها 70 بركان اندلع خلال العشرة آلاف عام الماضية، إذا كان هذا رقماً نموذجياً لنظام صدع، فقد يكون هناك عدة آلاف من البراكين النشطة المحتملة على طول التلال المحيطية التي تمثل التعبيرات السطحية لنظام الصدع العالمي.

ما المقصود ببراكين الاندساس؟

عندما تنغمس صفيحة محيطية تحت صفيحة قارية فإن رواسب قاع البحر الغنية بالمياه وثاني أكسيد الكربون يتم حملها أسفل الصفيحة العلوية، وقد تعمل هذه المركبات كتدفقات مما يقلل من درجة حرارة انصهار الصهارة.

وعلى الرغم من أن العملية غير مفهومة بوضوح إلا أن الصهارة تتشكل وترتفع على ما يبدو عن طريق الطفو من عمق 100 إلى 200 كيلومتر (60 إلى 120 ميل)، تحدث براكين منطقة الاندساس على الصفيحة الفوقية ويتم إزاحتها عن الحدود الفعلية للوحة على طول خندق المحيط، ومن المحتمل أن تكون الصهارة الصاعدة في منطقة الاندساس بازلتية في التكوين وتتكون من الذوبان الجزئي لصخور الوشاح.

وبينما تتحرك الصهارة الصاعدة ببطء عبر القشرة القارية للصفيحة الفوقية، فإنه قد يحدث شيئان لزيادة محتوى السيليكا بشكل كبير في الصهارة، ويمكن أن يؤدي تبلور معادن الزبرجد الزيتوني والبيروكسين من البازلت إلى ترك الذوبان المتبقي غنياً بالسيليكا واستنزافه بالمغنيسيوم والحديد والكالسيوم، وهذه العملية تسمى التبلور الجزئي.

وأيضاً تحتوي الصهارة البازلتية على حرارة زائدة كافية لإذابة الصخور المضيفة القارية جزئياً والتي من خلالها تصعد، ونظراً لأن الصخور القارية أعلى عموماً في السيليكا والبوتاسيوم والصوديوم من الصخور المحيطية فإن عملية الاستيعاب والخلط هذه يمكن أن تلعب أيضاً دوراً مهماً في إنتاج مجموعة واسعة من التركيبات التي تحدث في الصخور من براكين الانغماس.

ويمكن تفسير محتوى الغاز الإضافي للعديد من الصهارة في براكين الاندساس (والتي إلى جانب الصهارة عالية اللزوجة في كثير من الأحيان تجعلها قابلة للانفجار بشكل خطير) يمكن تفسيرها بأكثر من عملية واحدة، وقد يأتي الماء الإضافي وثاني أكسيد الكربون من رواسب قاع البحر المندمجة وصخور القشرة الأرضية.

علاوة على ذلك فإن أي بلورة جزئية تميل إلى تركيز العناصر المتطايرة في الذوبان المتبقي، فإذا كانت الغازات البركانية تشكل أطواراً سائلة منفصلة ضمن دفعات من الصهارة الصاعدة (كما هو الحال على الأرجح لغاز ثاني أكسيد الكربون) فقد تصعد مراحل السوائل هذه بسرعة أكبر من جسم الصهارة الكلي وتتركز في الجزء العلوي، والتمدد المفاجئ لهذه الغازات البركانية الساخنة عند الضغط الجوي هو السبب الواضح لطبيعة شديدة الانفجار للعديد من براكين الاندساس.

ما المقصود بالبراكين المتصدعة وعلاقتها بالصفائح التكتونية؟

تتشكل البراكين المتصدعة عندما ترتفع الصهارة في الفجوة بين الصفائح المتباعدة، وبالتالي تحدث عند أو بالقرب من حدود الصفائح الفعلية، وتشير القياسات في آيسلندا إلى أن فصل الصفائح هو عملية مستمرة ولكن التصدع متقطع وهو مشابه للشريط المطاطي الذي يتم شده ببطء حتى ينفجر.

كما تحدث أسراب الزلازل والانفجارات البركانية عندما يتجاوز التمدد قوة الصخور القريبة من السطح والتي تتشقق بعد ذلك على طول الشقوق شديدة الانحدار الموازية للصدع، وتتسبب الصهارة البازلتية المتصاعدة على طول هذه الكسور في اندلاع شقوق آيسلندية من النوع.

تعد البراكين المتصدعة في المواقع القارية مثل نظام شرق إفريقيا المتصدع أكثر تعقيداً، ويبدو أن استيعاب القشرة القارية يمنحهم بعض الخصائص المرتبطة، بشكل عام ببراكين الاندساس مثل وجود مجموعة واسعة من أنواع الصخور والعادات المتفجرة.

كيف تكون البراكين داخل الصفيحة الأرضية؟

تعتبر نسبة 5 في المائة من البراكين المعروفة في العالم والتي لا ترتبط ارتباطاً وثيقاً بهوامش الصفائح عموماً براكين داخل الصفائح أو النقاط الساخنة، يُعتقد أن البقعة الساخنة مرتبطة بارتفاع عمود الوشاح العميق والذي ينتج عن الحمل الحراري البطيء للغاية للمواد شديدة اللزوجة في وشاح الأرض.

وعندما تتحرك صخور الوشاح الساخنة والصلبة إلى أعلى قد يحدث الإنصهار الجزئي من انخفاض درجة حرارة الإنصهار المعتمدة على الضغط، وعندما تتحرك صفيحة الغلاف الصخري فوق بقعة ساخنة يمكن تكوين سلسلة من الجزر البركانية.

وأثناء تحرك الصفيحة يتم نقل البراكين الأقدم بعيداً عن مصدر الصهارة وتنقرض، كما تتجمع البراكين النشيطة الأصغر في نهاية السلسلة فوق النقطة الساخنة، ومن غير المعروف كيف تحافظ بقعة بركانية ساخنة على موقعها لملايين السنين بينما تمر فوقها صفيحة، ويجب أن يؤدي السبر الزلزالي المفصل للوشاح إلى زيادة فهم آلية التحكم في النقاط الساخنة.

تعد براكين هاواي من أفضل الأمثلة على براكين البقع الساخنة، حيث يبلغ عمر البراكين الخمسة التي تشكل جزيرة هاواي في الطرف الجنوبي الشرقي من سلسلة هاواي أقل من مليون عام، واثنان من هؤلاء (Kilauea وMauna Loa) هما من أكثر البراكين نشاطاً في العالم، وشمال غرب على طول سلسلة هاواي كل جزيرة يكون أقدم تدريجيا.

كما يبلغ عمر البركان أو البراكين المنقرضة التي شكلت جزيرة كاواي حوالي خمسة ملايين سنة، وتُظهر الخرائط الطبوغرافية استمراراً رئيسياً للغواصة في سلسلة جبال هاواي إلى الشمال الغربي من جزر هاواي ثم يتضح انحناء (dogleg) في جبال الإمبراطور البحرية، والتي تشكل سلسلة من التلال الغواصة بالكامل تستمر شمالاً إلى حافة لوحة المحيط الهادئ.

تشير أعمار الصخور التي تم الحصول عليها عن طريق التجريف والحفر في جبال الإمبراطور البحرية إلى أنها استمرار لسلسلة هاواي وأن بقعة هاواي الساخنة كانت نشطة لمدة 80 مليون سنة على الأقل.