طبقات الأرض

عند بداية دراسة العلماء  للأرض قسموها إلى ثلاثة أقسام هي باطن الأرض ويتألف من نواة في المركز وسطح الأرض وهو عبارة عن قشرة رقيقة مقارنة بحجم الأرض تسمى القشرة الأرضية وبينهما الطبقة الثالثة أطلقوا عليها إسم الوشاح.

ولكن بعد تطور أجهزة القياس وتطور علم الزلازل والتي أظهرت للعلماء إختلافات واضحة بين أجزاء الأرض الداخلية، مما جعلهم يعيدون تقسيم طبقات الأرض إلى عدة طبقات بدلا من ثلاث.

ساهم علم الزلازل كثيرا حيث من الصعب علينا الدخول إلى باطن الأرض بأعماق كبيرة لنكشف مافيها، لذا اعتمد العلماء على علم الزلازل ودراسة أماكن الإضطرابات الأرضية وأماكن تواجدها لتحديد طبقاتها وعمق كل طبقة، وقد توصلوا إلى وجود ستة طبقات متتبايعة مختلفة التركيب نوضحها أدناه.

 

وقد أدت دراسة الموجات الاهتزازية على سطح الأرض، إلى تحديد نوعية وسماكة طبقات الأرض من القشرة حتى اللب، ومكنت العلماء من تكوين صورة كاملة عن الأرض في أعماقها والتي لم يستطيعوا الوصول إليها بأية وسيلة حتى الآن.

 

القشرة الأرضية Crust

 

وهي الجزء الرقيق من طبقات الأرض، وتبلغ سماكتها تحت اليابسة من 35 إلى 40 كم تقريبا، وتحت قمم الجبال العالية مثل جبال الهملايا والألب والأنديز تبلغ سماكة تقريبية حوالي 70 كم، وتحت المحيطات تبلغ سماكة القشرة الأرضية حوالي 5 كم على الاكثر، ويغطي القشرة المحيطية طبقة من ماء المحيط يبلغ متوسط عمقها حوالي 4 كم. وتنقسم القشرة إلى قسمين هما القشرة المحيطية والقشرة القارية.

 

    القشرة المحيطية

بعمق من 0 الى 10 كيلومترات تقريبا، وتمثل حوالي 0.099 % من كتلة الأرض، وتحتوي على 0.147% من كتلة قشرة الوشاح.

تكونت غالبية قشرة الأرض خلال النشاط البركاني، نظام الحواف المحيطية البالغ 40,000 كيلومتر تمثل شبكة البراكين، وتولد قشرة محيطية جديدة في نسبة 17 كيلومترمكعب في السنة، تغطي قاع المحيط بالبازلت، وهناك مناطق مثل هاواي وآيسلندا من أمثلة تراكم أكوام البازلت.

    القشرة القارية

بعمق 0 الى 50 كيلومتر، وتمثل 0.374 % من كتلة الأرض، وتحتوي على 0.554 % من كتلة قشرة الوشاح، هذا الجزء الخارجي للأرض تكون اساسا من الصخور البلورية، والمعادن المتوفرة ذات الكثافة المنخفضة تكونت في الغالب من الكوارتز (SiO 2) وفلسبارات (سيليكات قليلة المعدن)، والقشرة عموما (محيطية وقارية) هي عبارة عن سطح الأرض وهو في حد ذاته الجزء الأبرد من كوكبنا، حيث أن الصخور الباردة تتكون ببطئ، ويشار إلى هذه الصدفة الخارجية الصلبة باليزوسفير Lithosphere ( الطبقة الصخرية أو القوية) وهي طبقة تمثل القشرة والجزء الصخري من الوشاح العلوي.

                   الطبقة الخارجية من القشرة الارضية ( ليزوسفير) Lithosphere وصفيحة القشرة الارضية

                  الليزوسفير المحيطي

إن هذه الطبقة الأبعد المتصلبة للأرض والتي تشمل القشرة والوشاح العلوي يسميان ليزوسفير Lithosphere، تشكلت طبقة الليزوسفير المحيطي الجديد خلال عمل البراكين في شكل شقوق على حافات منتصف المحيط التي تسبب الشقوق التي تطوق الكرة الأرضية. تهرب الحرارة من الداخل بينما الليزوسفير الجديد يظهر منه تحت ثم يبرد بشكل تدريجي ويتقلّص ويبتعد عن الحافة وينتقل عبر قاع البحر إلى مناطق السحب في عملية تسمى انتشار قاع البحر، وبمرور الوقت اليزوسفير الاقدم سيصبح اسمك وأكثر كثافة من الوشاح اسفله، ليجعله يسحب ثانية إلى باطن الأرض في زاوية شديدة الانحدار ليبرد الطبقة الداخلية. طريقة السحب هي الطريقة الرئيسية لتبريد الوشاح الواقع تحت 100 كيلومتر (62.5 ميل). إذا كان الليزوسفير في بدايته (مرحلة الشباب) وكان أحر في منطقة السحب سيجبر على التراجع إلى الداخل في زاوية أقل.

                  الليزوسفير القاري

حوالي 150 كيلومتر (93 ميل) مثقل بقشرة ذات كثافة منخفضة ووشاح علوي النشطة بشكل دائم، تنجرف القارات بشكل جانبي على طول نظام نقل الوشاح بعيدا عن مناطق الوشاح الحارة نحو الجزء الأبرد , تعرف هذه الظاهرة بالإنجراف القاري.

أغلب القارات التي نحن عليها الآن توجد فوق او تتحرك نحو الجزء الأبرد من الوشاح، بإستثناء أفريقيا التي كانت مركز قارة بانجيا الجيولوجية العملاقة Pangaea Supercontinent التي إنقسمت في النهاية الى قارات اليوم، قبل عدة مئات الملايين من السنين قبل تشكل قارة بانجيا Pangaea القارات الجنوبية - أفريقيا وأمريكا الجنوبية وأستراليا والقارة القطبية الجنوبية، والهند - كانت سويا في قارة التي تدعى جوندوانا Gondwana.

     صفيحة القشرة الارضية

تتطلب صفيحة القشرة التشكيل، الحركة الجانبية، التفاعل، وتحطم صفيحة الليزوسفير Lithospheric Plates، معظم حرارة الأرض الداخلية تخف خلال هذه العملية وبالتالي عدد من الصفات الهيكلية والطيبوغرافية للارض تتغير. وديان الصدوع القارية والهضاب الواسعة من البازلت التي في الصفيحة تتحطم عندما تصعد الحمم البركانية الذائبة من الوشاح إلى قاع المحيط، ليشكل قشرة جديدة ويفصل حافات منتصف المحيط، وتصطدم الصفائح وتتحطم كلما هبطت في مناطق السحب لإنتاج خنادق عميقة في المحيط، ويحدث تحول شامل لسلاسل البراكين، والأحزمة الجبلية المغلقة. صفيحة الليزوسفير الارضية في الوقت الحاضر منقسمة إلى ثمانية صفائح كبيرة مع حوالي أربع وعشرون واحدة أصغر والتي تتراكم فوق الوشاح بمعدل 5 إلى 10 سنتيمترات (2 إلى 4 بوصات) سنويا، إن الصفائح الكبيرة الثمانية هي الأفريقية، الإسترالي-هندي، أوراسيوي القطبي، الNazca، أمريكا الشمالية، المحيط الهادي، وأمريكيا الجنوبية. وبعض الصفائح الأصغر هي الأناضولية، العربية، الكاريبية، القوقازية، الفلبينية والصومالية.

الوشاح

وهي منطقة تلي القشرة الأرضية، وتم تقسيم هذا الوشاح إلى طبقتين رئيستين هما الوشاح العلوي والوشاح السفلي.

    الوشاح العلوي Lower mantle

ويلي القشرة مباشرة، ويفصلهم فاصل يعرف بإسم فاصل موهو، حيث أن عند ذلك الفاصل يحدث فرق كبير في التركيب بين صخور القشرة والوشاح.

 

وهي بعمق 10 الى 400 كيلومتر، وتمثل حوالي 10.3 % من كتلة الأرض، ويحتوي على 15.3 % من كتلة قشرة الوشاح، الأجزاء التي حفرت تعرضت للبحث والملاحظة عن طريق أحزمة الجبال المتآكلة والإنفجارات البركانية، تمثل معدن سيليكات الاولفين والبيروكسين المعادن الأساسية التي وجدت بهذه الطريقة، تلك المعادن وغيرها من المعادن الاخرى الصلبة والمبلورة عند درجات الحرارة العالية، لذا أغلبها مايستقر خارج الحمم البركانية الذائبة، أما بتشكيل مادة قشرية جديدة أو انها لاتترك الوشاح جزء من الوشاح العلوي المسمى اثينوسفير Asthenosphere قد يذاب جزئيا.

 

                 - الغلاف الصخري Lithosphere

وهو منطقة خارجية صلبة تتكون عن منطقة التقاء القشرة الأرضية مع الوشاح العلوي، وتتكون من صخور صلبة، تختلف سماكته من منطقة إلى أخرى، قليل السماكة تحت المحيط حيث يصل عمقه إلى حوالي 50 كم تقريبا، وتحت اليابسة يصل عمقه إلى حوالي 100 كم تقريبا.

 

                 - الغلاف المائع Asthenosphere

يلي الغلاف الصخري، وهو طبقة موجودة في الوشاح العلوي وتمتد فيه إلى عمق قد يصل إلى 500 كم تقريبا، وهي منطقة الصهير وفيها تداخل بين الصخور الصلبة والصهير.

يؤدي وجود الصهير إلى أن تسلك الطبقة المائعة سلوك المواد اللدنة (البلاستيكية ) وليس سلوك المواد الصلبة عندما تقع تحت الضغط . ووجود الغلاف المائع يدعم نظرية الانجراف القاري حيث تنزلق القارات على طبقات ملساء لدنة ولا تكون مرتبطة بضخور صلبة، ويعتبر هذا الغلاف المائع مسؤول عن تيارات الحمل وهي أساس نظرية الانجراف القاري.

 

               - منطقة الإنتقال (تيارات الحمل) Transition region

 

تمثل 7.5 % من كتلة الأرض؛ وبعمق 400 الى 650 كيلومتر (250 الى 406 ميل)، أو Mesosphere (للوشاح الاوسط)، وتدعى الطبقة الخصبة أحيانا، وتحتوي على 11.1 % من كتلة قشرة الوشاح وهي مصدر الحمم البركانية البازلتية الذائبة، وتحتوي ايضا على كالسيوم وألمنيوم وجرانيت، الذي هو معدن سيليكات الألمنيوم المعقد، هذه الطبقة كثيفة عندما تبرد بسبب وجود الجرانيت. هي منطقة نشطة وخاصة عندما تكون حارة حيث أن هذه المعادن تذوب بسهولة لتشكيل البازلت الذي يمكن أن يرتفع من خلال الطبقات العليا كحمم بركانية ذائبة.

 

    الوشاح السفلي Upper mantle

 

49.2 % من كتلة الأرض؛ وبعمق 650 الى 2,890 كيلومتر (406 الى 1,806 ميل)، ويحتوي على 72.9 % من كتلة قشرة الوشاح، والصخور في هذه الطبقة كثيفة ومتجانسة ولها نفس التركيب، ومن المحتمل انها تتكون بشكل رئيسي من السيليكون والمغنيسيوم والأكسجين ويحتوي على بعض الحديد ومن المحتمل أيضا الكالسيوم والألمنيوم.

يفترض العلماء هذه التوزيعات بإفتراض أن الأرض لها وفرة ونسبة تماثل للعناصر الكونية كما وجدا في الشمس والنيازك البدائية.

 

 الطبقة دي

 

تشكل 3% من كتلة الأرض، وهي بعمق حوالي 2,700 الى 2,890 كيلومتر، وهذه الطبقة ذات سمك يبلغ 200 إلى 300 كيلومتر تقريبا، وتمثّل حوالي 4 % من كتلة قشرة الوشاح، بالرغم من أنها تعرف في أغلب الأحيان كجزء من الوشاح السفلي، تقترح التوقعات الزلزالية ان الطبقة D قد تختلف كيميائيا عن الوشاح السفلي التي تقع فوقها، ويفسر العلماء ذلك بأن المادة أما قد ذابت في اللب أو كانت قادرة على الغرق خلال الوشاح لكن ليس إلى اللب بسبب كثافته.

 

اللب (القلب)

 

يتكون اللب حسب الدراسات من عنصري الحديد والنيكل، وسنقسم اللب إلى غلافين هما اللب الخارجي وهو في حالة سائلة، واللب الداخلي وهو في حالة صلبة.

 

     اللب الخارجي

 

يبدأ من قاعدة الوشاح وبعمق من 2,890 الى 5,150 كيلومتر، ويعتقد أنه يتكون في الاساس من حديد في الحالة السائلة مع قليل من النيكل ويعتقد أنه يوجد مع الحديد بعض العناصر الخفيفة  الاخرى، ويمثل حوالي 30.8 % من كتلة الأرض، وهو حار جدا، ويتصرف السائل بشكل كهربائي ضمن حدود حركة انتقال الطاقة داخل كوكب الارض، هذه الطبقة الموصلة تندمج مع دوران الأرض لخلق تأثير مولد كهربائي التي تبقي نظام التيارات الكهربائية والمعروفة بحقل الأرض المغناطيسي، وهو أيضا مسؤول عن الارتجاج الغير ملحوظ لدوران الأرض، هذه الطبقة ليست كثيفة مثل كثافة الحديد المائع الصافي، الذي يشير إلى وجود عناصر أخف، يشك العلماء بأن حول 10 % من الطبقة متكونة من الكبريت والاكسجين أو كلاهما لأن هذه العناصر متوفرة في الكون وتذوب بسهولة في الحديد المائع.

 

     اللب الداخلي

 

يقع في مركز الأرض وبعمق حوالي 5,150 الى 6,370 كيلومتر تقريبا، ويمثل 1.7 % من كتلة الأرض وهو صلب ومنفصل عن الوشاح ومعلق باللب الخارجي المائع، ويعتقد بأنه قوى نتيجة لتجمد الضغط الذي يحدث لأكثر السوائل عندما تنقص درجة الحرارة أو عند زيادة الضغط.

الزلازل

علم الزلازل الذي أصبح الطريقة الاساسية التي تستعمل في دراسة ما بداخل الأرض، وعلم الزلازل الأرض يتعامل مع دراسة الإهتزازات الذي تنتج عن الزلازل أو بتأثير النيازك أو وسائل إصطناعية مثل الإنفجارات.

وجهاز السيسموجراف seismograph جهاز يستعمل لقياس وتسجيل التحركات والإهتزازات الفعلية التي تحدث ضمن مجال الأرض والقشرة. ومعدل حدوث الزلازل تقدر بنحو 250 زلزال يوميا على مستوى العالم ويكون معظمها تحت سطح البحر، اما الزلازل لأرضية فهي قليلة الحدوث ومنها ما يكون كبير ومدمر ، وتعتبر كوارث الزلازل من أكثر الظواهر الطبيعية تدميرا كون ان فترة حدوثها لا يتعدى الثوان القليلة ولكن القدرة التدميرية الناجمة عن طاقة الزلزال يمكن أن تعادل ملايين الاطنان من مادة الـ TNT. منذ تكونت المجموعة الشمسية وكواكبها كانوا اجساما ساخنة واخذت تبرد بمرور الوقت وكونت الكواكب في البداية غلافا وهو الطبقة الخارجية المعروفة باسم القشرة وهي طبقة صلبة، حفظ باطن الكواكب ومنها الارض بالسخونة مما قلل من عمليات التبريد داخل الكوكب وقد ظل لب الارض ساخنا حتى الآن، يحتوى على معادن منصهرة تتحرك بما يعرف بظاهرة تيارات الحمل الداخلية والتي تعمل على تآكل الصخور الصلبة في القشرة الصلبة بفعل الحرارة المرتفعة وشحنها بطاقات عظيمة تزداد بمرور الوقت.

وبما ان القشرة مكونة من مجموعة من الألواح الصخرية وكل لوح منها يحمل قارة من القارات أو أكثر، وتحدث عملية التحميل أو الشحن في مناطق التقاء هذه الألواح بعضها ببعض، والتي يطلق عليها مصطلح الصدوع أو الفوالق التي تحدد نهايات وبدايات الألواح الحاملة للقارات، وحينما يزيد الشحن أو الضغط على قدرة هذه الصخور على الاحتمال لا يكون بوسعها سوى إطلاق سراح هذه الطاقة فجأة في صورة موجات حركة قوية تنتشر في جميع الاتجاهات، وتخترق صخور القشرة الأرضية، وتجعلها تهتز وترتجف، وبسبب تلك الظواهر نشأت على الأرض مجموعة من المناطق ضعيفة في القشرة الأرضية وهي التي تعتبر مراكز النشاط الزلزالي ويطلق عليها "أحزمة الزلازل" وهي:

حزام المحيط الهادي يمتد من جنوب شرق آسيا بمحاذة المحيط الهادي شمالا
حزام غرب أمريكا الشمالية الذي يمتد بمحاذاة المحيط الهادي
حزام غرب الأمريكتين ويشمل فنزويلا وشيلي والأرجنتين
حزام وسط المحيط الأطلنطي ويشمل غرب المغرب، ويمتدّ شمالاً حتى إسبانيا وإيطاليا ويوجوسلافيا واليونان وشمال تركيا، ويلتقي هذا الفالق عندما يمتدّ إلى الجنوب الشرقي مع منطقة "جبال زاجروس" بين العراق وإيران، وهي منطقة بالقرب من "حزام الهيمالايا"
حزام الألب ويشمل منطقة جبال الألب في جنوب أوروبا
حزام شمال الصين والذي يمتدّ بعرض شمال الصين من الشرق إلى الغرب، ويلتقي مع صدع منطقة القوقاز، وغربًا مع صدع المحيط الهادي
حزام آخر يعتبر من أضعف أحزمة الزلازل، ويمتد من جنوب صدع الأناضول على امتداد البحر الميت جنوبا حتى خليج السويس جنوب سيناء، ثم وسط البحر الأحمر فالفالق الأفريقي العظيم، ويؤثر على مناطق اليمن وأثيوبيا ومنطقة الأخدود الأفريقي العظيم حزام آخر يعتبر من أضعف أحزمة الزلازل، ويمتد من جنوب صدع الأناضول على امتداد البحر الميت جنوبا حتى خليج السويس جنوب سيناء، ثم وسط البحر الأحمر فالفالق الأفريقي العظيم، ويؤثر على مناطق اليمن وأثيوبيا ومنطقة الأخدود الأفريقي العظيم

تحدد الخريطة اماكن الزلازل حول العالم
 

Image Credit
USGS

الإنقسامات في داخل الأرض

يصنف العلماء الحركات الزلزالية إلى أربعة من أنواع: الموجات التشخيصية وهي التي تسير بسرعة تتراوح من 3 إلى 15 كيلومتر (1.9 إلى 9.4 ميل) بالثانية، إثنان من تلك الموجات تسير حول سطح الأرض في إنتفاخات تدريجية. والإثنان الاخرين، الاولي (P) موجات الضغط والثانوي (S) أو موجات القص يخترقا داخل الأرض، موجات الضغط تضغط وتمدد المادة التي تمر من خلالها (صخرية أو سائلة) في حركة تشبه الموجات الصوتية، ويكون لدى هذه الموجات القدرة لتتحرك مرتين أسرع من تحرك الموجة الثانوية (S). تتزايد الموجات الثانوية خلال الصخرة لكنها ليست قادرة على المرور خلال السائل، كلتا الموجتين P و S موجات تنكسر أو تنعكس عند نقاط معينة حيث تجتمع الطبقات المختلفة، وتنخفض سرعتهم أيضا عند إنتقالهم خلال مواد ساخنة، هذه التغييرات في الإتجاه والسرعة هي وسائل تحديد مكان التوقف.

تساعد التوقفات الزلزالية في تمييز إنقسامات الأرض إلى اللب الداخلي والخارجي و D والوشاح السفلي، ومنطقة التحول، والوشاح العلوي، والقشرة (القارية والمحيطية).