التصادم القاري

افترضت الأبحاث الأخيرة أن العديد من الصخور التي نراها في السطح الخارجي للقارات كانت في الأصل في أعماق الأرض [1]. فكيف وصلت إلى السطح، أي هذا الجزء من الأرض الذي نعيش عليه؟ وما المعلومات التي يمكننا استمدادها من هذه الصخور حول تشكّل القارات والسلاسل الجبلية؟

للإجابة على هذه الأسئلة، يجب أن نفهم أولاً ما الذي يحدث عند تصادم القارات مع بعضها. تتحرك القارات ببطء حول الكوكب كجزء من الصفائح التكتونية (الشكل 1A). وفي بعض الأحيان، تصطدم القارات ببعضها. يشكّل التصادم القاري سلاسل جبلية كبيرة في "مناطق التصادم" التي تصطدم فيها القارتان ببعضهما (الشكل 1B). وبعيدًا عن مناطق التصادم، يبلغ سُمك القارات حوالي 30 كم. أما في مناطق التصادم مثل الهيمالايا، فيزيد سُمك القشرة الأرضية عن 70 كم. يكون سُمك القارات أكبر مرتين في مناطق التصادم. لنفكر الآن فيما يحدث في الأجزاء العميقة من مناطق التصادم القاري.

صخور تحت الضغط

ترتفع درجة الحرارة مع زيادة عمق الأرض. فما السبب؟ لأن مركز الأرض فائق الحرارة، وسطحها أكثر برودة. وبين السطح والمركز، تكون درجات الحرارة أكثر برودة بالقرب من السطح وأكثر سخونة في الأجزاء العميقة. ولذلك فإن الصخور في أعماق الأرض حيث مناطق التصادم تكون أكثر سخونة من الأجزاء الخارجية من الأرض التي نمشي عليها. والصخور في أعماق مناطق التصادم تتعرّض أيضًا للكثير من الضغط بسبب وزن كل الصخور فوقها. وهذا النوع من الصخور العميقة الساخنة اسمه الصخور المتحوّلة (الشكلان C, 2A).

يعني التحوّل التغيّر، والصخور المتحوّلة هي صخور تغيّرت بسبب التسخين والضغط. وهذا ما يحدث بالضبط في مناطق التصادم، فالصخور تندفن (تنضغط) وترتفع درجة حرارتها. تحتوي العديد من المباني على صخور متحوّلة على جدرانها، وأرضياتها، وأسطحها، وأعمدتها (الشكل 2C). ولذلك لست مضطرًا للسفر بعيدًا جدًّا لرؤية بعض الصخور المتحوّلة الرائعة. وفيما يلي بعض أمثلة الصخور المتحوّلة وموادها الأوّلية:

• الأردواز: صخر زيتي أو طيني متحوّل،
• والرخام: حجر جيري متحوّل،
• والكوارتزيت: حجر رملي متحوّل.

لماذا من المهم دراسة الصخور المتحوّلة؟

هناك أسباب عملية لأهمية دراسة تركيب الصخور المتحوّلة وظروفها. ويعتمد نوع المعادن التي تتكوّن على مدى سخونة وعمق الصخور. تُستخدم المعادن الموجودة في الصخور المتحوّلة لبناء المواد والتكنولوجيات (للكمبيوتر والهاتف) والعديد من الأشياء الأخرى. وفهم كيفية ومكان تشكّل الصخور المتحوّلة يساعدنا أيضًا في معرفة آلية عمل الكوكب. سنستكشف هذا الجانب في باقي المقالة.

يحدث التحوّل عند درجات حرارة أعلى من أكثر يوم حارٍّ على سطح الأرض. ومكان حدوثه هو تحت الأرض كما عرفت. لذا، عندما نرى صخورًا متحوّلة على سطح الأرض، نعلم أنها تحركت للأعلى وبردت. وهذا يثير الكثير من الأسئلة حول ما يحدث للصخور قبل أن تصعد إلى سطح الأرض. يدرس علماء الجيولوجيا الصخور المتحوّلة للإجابة عن أسئلة كالتالي: ما أكبر عمق تواجدت عنده الصخور وما مدى السخونة التي تعرضت لها؟ متى كانت الصخور تحت أعماق الأرض ومتى صعدت إلى السطح؟ ما مقدار السرعة التي تحركت بها (تدفقت) من تحت أعماق الأرض إلى سطحها؟ ما المسافة التي يمكن أن تقطعها الصخور تحت الأرض؟ لماذا تتدفق الصخور المتحوّلة؟ وما مساحة أجزاء القارة التي كانت أصلاً تحت أعماق الأرض ولكنها الآن على سطحها؟

يمكن الإجابة عن هذه الأسئلة بتحديد المعادن التي تشكّل الصخور وتحليل كميات العناصر المختلفة التي تحتويها. على سبيل المثال، في بعض المعادن، تدلّ نسبة الحديد والمغنيسيوم على مدى سخونة الصخور أثناء حدوث التحوّل. ويمكن الاستدلال على العمر من خلال نسبة اليورانيوم والرصاص في بعض المعادن. ومن هذه الطرق، ندرك أن العديد من الصخور المتحوّلة الموجودة على سطح الأرض اليوم أتت من أبعد وأعمق وأسخن أجزاء القارات. وبالتالي، لدينا إجابة على سؤال "العمق": أتت بعض الصخور الموجودة حاليًا على سطح الأرض من قرب قاعدة الأجزاء الأكثر سُمكًا في مناطق التصادم القاري: تحت الأرض بمسافة 70 كم تقريبًا. ولدينا أيضًا إجابة على سؤال "مدى السخونة". فمعرفة درجة الحرارة مهمة لأنها تساعدنا في فهم المكان الذي كانت فيه الصخور ومدى ضعفها. وهذا يحدد المسافة التي يمكن أن تقطعها الصخور. تصل درجة حرارة بعض الصخور المتحوّلة إلى 800 درجة مئوية. وهذه حرارة كافية لبدء ذوبان أغلب أنواع الصخور.

الصخور المتحرّكة

الصخور الساخنة ضعيفة ويمكن أن تتحرك بالتدفق. وهذه الصخور الساخنة ليست حممًا بركانية، بل تتحرك في الغالب في حالة صلبة. وقد تحتوي بداخلها على بعض الأجزاء الصخرية الذائبة (الشكلان B, 2A)، ما يجعلها أضعف ويساعدها على التدفق. ولكن لماذا تتحرك؟ تخيّل لو جمعت كومة كبيرة من شيء ضعيف مثل المربى أو العصيدة. ستجدها تتدفق بعيدًا عن الكومة. يحدث شيء مشابه في مناطق التصادم الكثيفة التي تحتوي على صخور ضعيفة وساخنة تحتها (الشكل 3A). تتدفق الصخور الساخنة جزئيًا بشكل جانبي، أي أنها تبقى عند نفس العمق تقريبًا. ويحدث بعض التدفق للأعلى إذا كانت الصخور أقل كثافة مما يحيط بها. يمكن أن تتدفق الصخور الساخنة بسرعة كبيرة جدًّا بالنسبة للصخور العادية [2]. و"السرعة" في حالة الصخور المتحوّلة تكون بطيئة جدًا بالنسبة للبشر. فالصخور المتحوّلة التي تتحرك مسافة سنتيمتر واحد أو اثنين في العام هي الأسرع بين أقرانها.

أدلة تدفق الصخور: القباب

تتدفق الصخور الساخنة للأعلى في شكل كتل كبيرة باتجاه السطح الخارجي لكوكب الأرض. لتصوّر الكتل الصخرية هذه، تخيّل الفقاقيع الصاعدة في مصباح على شكل بركان أو البالونات الضخمة التي تطير للأعلى.

عندما تتدفق الصخور الساخنة للأعلى في شكل كتل، لا تصل إلى سطح الأرض. فهي تزداد برودة عندما تبدأ في الاقتراب من سطح الأرض. وعندما تنخفض درجة حرارتها كثيرًا، تتوقف عن التدفق. ولكن الكتل الصاعدة يمكنها الاقتراب بضعة كيلومترات من سطح الأرض. ومع مرور الوقت، تتآكل التربة وتظهر الصخور أعلى تلك الكتل (الشكل 3A). ويمكننا حينها رؤيتها.

تُسمّى القباب الصخرية التي نراها على سطح الأرض قباب النايس. وصخرة النايس هي نوع شائع جدًّا من الصخور المتحوّلة التي تتعرض للكثير من الحرارة والضغط. وتعني "القبة" الكتلة الجرسية التي تتكوّن مع تدفّق صخرة النايس للأعلى. وتوجد قباب النايس في قارات العالم كله (الشكل 3B) [3, 1]. وهي تحتوي على أدلة حول ما يحدث في أعماق الأرض عندما تتصادم القارات وتتشكّل سلاسل جبلية.

من الطرق المُستخدَمة لدراسة هذه الأجزاء العميقة من القارات العثور على أماكن تدفقت فيها هذه الكتل الصخرية للأعلى وظهرت على السطح. فهذا يتيح لنا رؤية الصخور التي تشكلت في أعماق الأرض في الأماكن التي تصادمت فيها القارات وتشكّلت السلاسل الجبلية. وقد تعلمنا الكثير من الأشياء من قباب النايس، وإليك بعضها. أولاً، إن الكثير من الصخور على سطح القارات اليوم كانت في الأصل تحت أعماق الأرض [1]. ثانيًا، قد لا تبدو قباب النايس على شكل قبة إذا أدى التآكل إلى نحت سطح الأرض وتكوين القمم والوديان (الشكل 3A). ومع ذلك، ما زال الجيولوجيون يكتشفون قباب النايس من خلال النظر إلى مدى ميل طبقات الصخور عن بعضها لتكوين قبة. ثالثًا، تعلمنا أن الصخور في بعض قباب النايس تتدفق للأعلى من قرب قاعدة القارة إلى قرب السطح. وتتحرك للأعلى بطول سُمك القارة بأكملها تقريبًا، من حوالي 70 كم إلى بضعة كيلومترات من سطح الأرض. وفي النهاية، قبل أن تتدفق الصخور في قباب النايس للأعلى، فإنها قد تتدفق بشكل أفقي في شكل صفائح كبيرة لمسافة تتراوح بين عشرات ومئات الكيلومترات [4]. تخيّل نهرًا واسعًا وعميقًا من الصخور المتدفقة تحت الأرض.

الملخص

الصخور المتحوّلة هي السبيل لمعرفة ما يحدث في أعماق مناطق التصادم القاري. توضح الدراسات الأخيرة أن الصخور التي كانت في الأصل تحت أعماق الأرض وكانت ساخنة جدًّا تحركت بسرعة في شكل كتل باتجاه السطح. وقد تدفقت تلك الكتل في الغالب في حالة صلبة. في العديد من الأماكن حول العالم اليوم، يمكننا رؤية هذه الكتل في شكل قباب مكوّنة من صخور متحوّلة. تحركت هذه الصخور بعيدًا جدًّا عن أعماق الأرض. تساعدنا القباب الصخرية (النايس) في فهم المسافة التي تقطعها الصخور إلى سطح الأرض. وبدراسة هذه القباب، يمكننا فهم كيفية تشكّل القارات وتغيّرها بمرور الوقت.

مسرد للمصطلحات

القارة (Continent): ↑ منطقة كبيرة من الأرض فوق مستوى سطح البحر، وهناك ست قارات اليوم ولكن كان هناك العديد من القارات المختلفة في الماضي.

الصفيحة التكتونية (Tectonic Plate): ↑ لوح صخري صلب كبير يشكّل آخر طبقة خارجية صلبة من الأرض. وتحتوي الكثير من الصفائح على قارات بالإضافة إلى الصخور تحت المحيطات.

التصادم القاري (Continent Collision): ↑ عندما تتحرك قارتان باتجاه بعضهما وتصطدمان ببعضهما، وتتشكّل سلسلة جبلية.

الصخور المتحوّلة (Metamorphic Rock): ↑ نوع من الصخور يتشكل عند درجات حرارة وضغوط أعلى من تلك الموجودة على سطح الأرض، ويحدث التحوّل في الصخور الصلبة ولكنها لا تذوب.

قبة النايس (Gneiss Dome): ↑ تضاريس على شكل قبة مكوّنة من صخرة متحوّلة اسمها "نايس"، ويتراوح عرض القباب بين بضعة كيلومترات وأكثر من مئة كيلومتر.

إقرار تضارب المصالح

يعلن المؤلفون أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.

شُكر وتقدير

تم إجراء هذا البحث بتمويل من مؤسسة العلوم الوطنية في الولايات المتحدة الأمريكية، من خلال المنحة رقم NSF-EAR-1946911 المُقدّمة إلى DW وCT.

إفصاح أدوات الذكاء الاصطناعي

تم إنشاء النص البديل (alt text) المرفق بالأشكال في هذه المقالة بواسطة "فرونتيرز" (Frontiers) وبدعم من الذكاء الاصطناعي، مع بذل جهود معقولة لضمان دقته، بما يشمل مراجعته من قبل المؤلفين حيثما كان ذلك ممكناً. في حال تحديدكم لأي خطأ، نرجو منكم التواصل معنا.