طبقات الأرض وخصائصها
الأرض ليست كرة صخرية متجانسة. فأسفل سطحها الذي نعيش عليه، تتكون الأرض من طبقات ذات خصائص فيزيائية وكيميائية متباينة. وتؤثر هذه الاختلافات على جميع الظواهر الجيولوجية تقريبًا: الزلازل، والانفجارات البركانية، وتكوين الجبال، وانجراف القارات، وحتى المجال المغناطيسي الذي يحمي الحياة من الإشعاع الضار. إن فهم طبقات الأرض يعني فهم "المحرك" الذي يُسيّر هذا الكوكب.
بشكل عام، يمكن وصف طبقات الأرض بطريقتين: الأولى بناءً على التركيب الكيميائي (القشرة، الوشاح، اللب)، والثانية بناءً على الخصائص الفيزيائية أو الميكانيكية (الغلاف الصخري، الغلاف المائع، الغلاف المتوسط، اللب الخارجي، اللب الداخلي). هاتان الطريقتان تُكملان بعضهما البعض.
1) قشرة الأرض: الطبقة الخارجية الرقيقة ولكنها مهمة
القشرة الأرضية هي الطبقة الخارجية للأرض، حيث تستقر القارات وقاع المحيط. وعلى الرغم من كونها "المرحلة" الأساسية للحياة، إلا أن القشرة رقيقة جدًا مقارنة بحجم الأرض.
الخصائص الرئيسية:
– السماكة: حوالي 5-10 كم للقشرة المحيطية و30-70 كم للقشرة القارية (أكثر سمكًا تحت الجبال الكبيرة).
- تعبير:
– تتكون القشرة المحيطية في الغالب من صخور بازلتية (غنية بالمغنيسيوم والحديد).
– تحتوي القشرة القارية على المزيد من الصخور الجرانيتية (الأكثر غنى بالسيليكا).
– الكثافة: القشرة المحيطية أكثر كثافة من القشرة القارية، لذا فهي تميل إلى الانزلاق بسهولة تحتها.
– درجة الحرارة: منخفضة نسبياً مقارنة بالطبقات الموجودة أسفلها، ولكنها تزداد مع العمق.
تنقسم القشرة الأرضية إلى صفائح تكتونية تتحرك باستمرار. وتؤدي حركة هذه الصفائح إلى حدوث الزلازل ، وفتح محيطات جديدة، وتكوين سلاسل جبلية.
2) الغطاء: "المطبخ" الديناميكي تحت القشرة
يقع الوشاح أسفل القشرة الأرضية، وهو أسمك طبقات الأرض، ويشكل معظم حجم الكوكب. يُتصور الوشاح غالبًا على أنه بحر من الصهارة، ولكنه في الواقع صلب في معظمه. ومع ذلك، فهو مرن، إذ يمكنه التدفق ببطء شديد على مدى فترات زمنية جيولوجية.
الخصائص الرئيسية:
– السماكة: حوالي 2.900 كم، من قاعدة القشرة إلى حدود اللب.
– التركيب: يهيمن عليه معادن السيليكات الغنية بالمغنيسيوم والحديد (مثل البيريدوتيت).
– درجة الحرارة: تتراوح من حوالي 500 درجة مئوية في الأعلى إلى أكثر من 4.000 درجة مئوية بالقرب من حدود اللب.
– عملية مهمة: تيارات الحمل الحراري في الوشاح، وهي حركة المواد الساخنة الصاعدة والمواد الباردة الهابطة. وهذا أحد المحركات الرئيسية للحركة. الصفائح التكتونية.
ينقسم الوشاح إلى الوشاح العلوي والوشاح السفلي. وفي بعض المناطق، يحدث انصهار جزئي ينتج عنه الصهارة. ويمكن لهذه الصهارة أن تصعد إلى السطح وتحفز النشاط البركاني.
3) لب الأرض: مركز الأرض ومصدر المجال المغناطيسي
الطبقة الداخلية للأرض هي اللب، الذي يتكون أساسًا من الحديد والنيكل. ويلعب اللب دورًا حاسمًا لأنه مصدر المجال المغناطيسي للأرض، الذي يعمل كدرع واقٍ من الرياح الشمسية والجسيمات المشحونة.
الخصائص الرئيسية:
– الموقع: من عمق حوالي 2.900 كم إلى مركز الأرض على عمق حوالي 6.371 كم.
– التركيب: يتكون بشكل أساسي من الحديد (Fe) والنيكل (Ni)، مع إمكانية وجود عناصر خفيفة أخرى بكميات صغيرة.
– التقسيم: اللب الخارجي (سائل) واللب الداخلي (صلب).
– الدور: حركة السائل الموصل في اللب الخارجي تولد تأثير الدينامو الذي ينتج المجال المغناطيسي للأرض.
بدون نواة نشطة، من المرجح أن تكون الأرض أكثر عرضة للإشعاع، ويمكن أن يتآكل غلافها الجوي بسهولة أكبر بفعل الرياح الشمسية، كما يُعتقد أنه حدث على المريخ.
-
طبقات مبنية على الخصائص الفيزيائية (الميكانيكية)
بالإضافة إلى تقسيم القشرة والوشاح واللب، يستخدم الجيوفيزيائيون في كثير من الأحيان تقسيمًا يعتمد على "كيفية تصرف الطبقات" فيما يتعلق بالضغط والحرارة.
4) الغلاف الصخري: غلاف صلب مُقسّم إلى صفائح
يشمل الغلاف الصخري القشرة الأرضية والجزء العلوي الصلب من الوشاح. وهذه هي الطبقة التي تشكل الصفائح التكتونية.
الخصائص الرئيسية:
– الخصائص: صلبة، هشة، سهلة التصدع - وهذا هو السبب في أن الزلازل تحدث غالبًا في الغلاف الصخري.
– السماكة: تختلف، حوالي 50-200 كم، وقد تكون أكثر سمكًا تحت القارات القديمة.
– الدور: التحرك فوق الطبقة الأكثر مرونة تحتها (الغلاف المائع)، مما يتسبب في تفاعلات الصفائح مثل التباعد والتقارب والتحول.
عند حدود الصفائح المتباعدة، يمكن للغلاف الصخري أن يتمدد ويشكل سلاسل جبلية وسط المحيط. أما عند حدود الصفائح المتقاربة، فيميل الغلاف الصخري المحيطي الأكثر كثافة إلى الانغماس في الوشاح، مما يؤدي إلى تكوين خنادق محيطية وأقواس بركانية.
5) الغلاف المائع: الطبقة "الناعمة" التي تسمح للصفائح بالحركة
تقع طبقة الأستينوسفير أسفل طبقة الليثوسفير، وتشمل الجزء الأكثر سخونة وسيولة من الوشاح العلوي.
الخصائص الرئيسية:
– الخصائص: مادة بلاستيكية، قابلة للتشوه وتتدفق ببطء.
– الحالة: غالباً ما تتعرض للانصهار الجزئي بنسب صغيرة، مما يجعلها "أضعف" ميكانيكياً.
– الدور: أن يكون "سطحًا زلقًا" تنزلق عليه الصفائح الليثوسفيرية، بحيث يمكن أن تحدث حركة الصفائح التكتونية.
تعتبر طبقة الأستينوسفير مهمة لتفسير سبب قدرة الصفائح على التحرك على الرغم من أن الغلاف الصخري يبدو صلباً وسميكاً.
6) الغلاف المتوسط (الوشاح السفلي): صلب ولكنه يتدفق ببطء شديد
يشير مصطلح الميزوسفير عادةً إلى الوشاح السفلي (أسفل الغلاف المائع وصولاً إلى حدود اللب). وعلى الرغم من ارتفاع درجات حرارته، فإن الضغط الهائل يحافظ على صلابته.
الخصائص الرئيسية:
– الخصائص: أكثر صلابة من الغلاف المائع، ولكن لا يزال بإمكانه التدفق على نطاق زمني يبلغ ملايين السنين.
– الدور: يساهم في دوران الحمل الحراري واسع النطاق في الوشاح الذي ينقل الحرارة من باطن الأرض إلى الأعلى.
يشكل الحمل الحراري في الوشاح السفلي مع الوشاح العلوي نظام نقل حراري يؤثر على النشاط الجيولوجي على السطح.
7) اللب الخارجي: المعدن السائل يحرك المجال المغناطيسي
يقع اللب الخارجي أسفل الوشاح وهو سائل. ويُعد تدفق هذا المعدن السائل أمراً بالغ الأهمية.
الخصائص الرئيسية:
– العمق: ~2.900–5.150 كم.
– الخصائص: سائل نتيجة لمزيج من درجة الحرارة العالية وظروف فيزيائية معينة.
– الدور الرئيسي: توليد مجال مغناطيسي من خلال حركة الحمل الحراري للمعدن السائل الموصل ودوران الأرض (الدينامو الأرضي).
ترتبط التغيرات في التدفق في اللب الخارجي أيضًا بالاختلافات في قوة المجال المغناطيسي، وحتى انعكاسات القطب المغناطيسي على مر الزمن الجيولوجي.
8) اللب الداخلي: كرة صلبة ذات ضغط شديد
يوجد في مركز الأرض لب داخلي صلب. وعلى الرغم من درجات حرارته العالية للغاية، فإن الضغط الهائل يتسبب في تصلب الحديد والنيكل الموجودين فيه.
الخصائص الرئيسية:
– العمق: ~5.150–6.371 كم (إلى مركز الأرض).
– الخصائص: كثيف، متماسك للغاية.
– درجة الحرارة: من المتوقع أن تصل إلى حوالي 5.000-6.000 درجة مئوية.
– الدور: يساعد في الحفاظ على ديناميكيات النواة، ويمكن لعملية التجميد التدريجي للنواة الداخلية أن تطلق الحرارة وعناصر الضوء التي تقوي الحمل الحراري في النواة الخارجية.
-
كيف يعرف العلماء طبقات الأرض؟
لأننا لا نستطيع الحفر في لبّ الأرض، فإن معرفتنا ببنيتها مستمدة أساسًا من علم الزلازل. تنتقل موجات الزلازل بشكل مختلف عبر المواد الصلبة والسائلة. تستطيع الموجات الأولية (P) المرور عبر كليهما، بينما لا تستطيع الموجات الثانوية (S) ذلك. تشير أنماط انحراف موجات الزلازل و"مناطق الظل" بقوة إلى أن اللب الخارجي سائل واللب الداخلي صلب. إضافةً إلى ذلك، تُعدّ البيانات المستقاة من الجاذبية والمجالات المغناطيسية وتجارب المعادن تحت الضغط العالي مفيدةً في هذا الصدد.
غطاء
طبقات الأرض - القشرة والوشاح واللب - ليست مجرد فواصل هيكلية، بل هي أنظمة نشطة مترابطة. يتحرك الغلاف الصخري الصلب فوق الغلاف المائع الأكثر مرونة، مُحدثًا حركة الصفائح التكتونية التي تُشكّل سطح الكوكب. يعمل الوشاح كمحرك حراري ينقل الحرارة، بينما يُولّد اللب الخارجي السائل مجالًا مغناطيسيًا يحمي الحياة. بفهم خصائص كل طبقة، يُمكننا فهم سبب ديناميكية الأرض، وصلاحيتها للحياة، وتغيرها المستمر عبر الزمن.
