الغلاف الصخري

الصفائح التكتونية للغلاف الصخري على الأرض
رسم توضيحي للأرض من المركز إلى السطح، والغلاف الصخري الذي يتكون من القشرة والوشاح الصخري (التفاصيل ليست على المقياس)

الغلاف الصخري [ 1 ] هو الغلاف الصخري الخارجي الصلب لكوكب أرضي أو قمر طبيعي . على الأرض ، يتكون من القشرة والوشاح الصخري ، وهو الجزء العلوي من الوشاح العلوي الذي يتصرف بمرونة على مدى زمني يصل إلى آلاف السنين أو أكثر. يتم التمييز بين القشرة والوشاح العلوي بناءً على التركيب الكيميائي والمعدني .

الغلاف الصخري للأرض

تُشكل الغلاف الصخري للأرض الطبقة الخارجية الرأسية الصلبة والمتينة، وتشمل القشرة الأرضية والوشاح الصخري (أو الغلاف الصخري الوشاحي)، وهو الجزء العلوي من الوشاح الذي لا يشهد تيارات حمل حراري . تُسمى الطبقة التي تقع أسفل الغلاف الصخري بالغلاف المائع ، وهو الجزء الأضعف والأكثر سخونة والأعمق من الوشاح العلوي القادر على التيارات الحرارية. يُحدد الحد الفاصل بين الغلاف الصخري والغلاف المائع باختلاف الاستجابة للإجهاد. يبقى الغلاف الصخري صلبًا لفترات جيولوجية طويلة جدًا، حيث يتشوه مرنًا وعن طريق التكسر الهش ، بينما يتشوه الغلاف المائع لزجًا ويستوعب الإجهاد من خلال التشوه اللدن .

بناءً على هذا التعريف لحدود الغلاف الصخري والغلاف المائع، يُعتبر سُمك الغلاف الصخري هو العمق الذي يصل إلى خط تساوي الحرارة المرتبط بالانتقال بين السلوك الهش واللزج. [ 2 ] غالبًا ما تُستخدم درجة الحرارة التي يصبح عندها الأوليفين مطاوعًا (حوالي 1000 درجة مئوية أو 1830 درجة فهرنهايت ) لتحديد خط تساوي الحرارة هذا، لأن الأوليفين يُعد عمومًا أضعف المعادن في الوشاح العلوي. [ 3 ]  

ينقسم الغلاف الصخري أفقياً إلى صفائح تكتونية ، والتي غالباً ما تشمل تضاريس متراكمة من صفائح أخرى.

تاريخ المفهوم

وصف عالم الرياضيات الإنجليزي إيه إي إتش لوف مفهوم الغلاف الصخري باعتباره الطبقة الخارجية الصلبة للأرض في دراسته المنشورة عام 1911 بعنوان "بعض مشاكل الديناميكا الأرضية"، ثم طوره الجيولوجي الأمريكي جوزيف باريل ، الذي كتب سلسلة من الأبحاث حول هذا المفهوم وقدم مصطلح "الغلاف الصخري". [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] استند هذا المفهوم إلى وجود شذوذات جاذبية كبيرة فوق القشرة القارية، استنتج منها وجود طبقة علوية صلبة وقوية (أطلق عليها اسم الغلاف الصخري) فوق طبقة أضعف قابلة للتدفق (أطلق عليها اسم الغلاف المائع ). وقد توسع الجيولوجي الكندي ريجينالد ألدوورث دالي في هذه الأفكار عام 1940 من خلال عمله الرائد "قوة وبنية الأرض". [ 8 ] وقد لاقت هذه الأفكار قبولاً واسعاً بين الجيولوجيين والجيوفيزيائيين. تُعد هذه المفاهيم المتعلقة بالغلاف الصخري القوي الذي يرتكز على الغلاف المائع الضعيف أساسية لنظرية تكتونية الصفائح .

الأنواع

أنواع مختلفة من الغلاف الصخري

يمكن تقسيم الغلاف الصخري إلى غلاف صخري محيطي وغلاف صخري قاري. يرتبط الغلاف الصخري المحيطي بالقشرة المحيطية (بكثافة متوسطة تبلغ حوالي 2.9 غرام لكل سنتيمتر مكعب أو 0.10 رطل لكل بوصة مكعبة ) ويتواجد في أحواض المحيطات . أما الغلاف الصخري القاري فيرتبط بالقشرة القارية (بكثافة متوسطة تبلغ حوالي 2.7 غرام لكل سنتيمتر مكعب أو 0.098 رطل لكل بوصة مكعبة ) ويقع أسفل القارات والأرفف القارية . [ 9 ]

الغلاف الصخري المحيطي

يتكون الغلاف الصخري المحيطي بشكل رئيسي من قشرة مافية ووشاح فوق مافي ( بيريدوتيت )، وهو أكثر كثافة من الغلاف الصخري القاري. لا يتجاوز سمك الغلاف الصخري المحيطي الحديث، الموجود في منتصف المحيط ، سمك القشرة، ولكنه يزداد سمكًا مع تقدمه في العمر وابتعاده عن منتصف المحيط. ويبلغ سمك أقدم طبقات الغلاف الصخري المحيطي عادةً حوالي 140 كيلومترًا (87 ميلًا) . [ 3 ] يحدث هذا التسمك نتيجة التبريد التوصيلي، الذي يحول الغلاف المائع الساخن إلى وشاح صخري، مما يؤدي إلى زيادة سمك وكثافة الغلاف الصخري المحيطي مع مرور الوقت. في الواقع، يُعد الغلاف الصخري المحيطي طبقة حدية حرارية للحمل الحراري [ 10 ] في الوشاح. ويمكن تقريب سمك جزء الوشاح من الغلاف الصخري المحيطي كطبقة حدية حرارية يزداد سمكها مع الجذر التربيعي للزمن. ح2κت{\displaystyle h\,\sim \,2\,{\sqrt {\kappa t}}}

هنا،ح{\displaystyle h}يمثل سمك الغلاف الصخري للوشاح المحيطي،κ{\displaystyle \kappa }تمثل معامل الانتشار الحراري (حوالي 1.0 × 10⁻⁶ م² / ث أو 6.5 × 10⁻⁴ قدم مربع /دقيقة ) للصخور السيليكاتية، و   ت{\displaystyle t}يمثل عمر الجزء المحدد من الغلاف الصخري. وغالبًا ما يساوي العمر L/V، حيث L هي المسافة من مركز انتشار سلسلة جبال منتصف المحيط، وV هي سرعة الصفيحة الليثوسفيرية. [ 11 ]

تكون كثافة الغلاف الصخري المحيطي أقل من كثافة الغلاف المائع لبضعة عشرات الملايين من السنين، ثم تصبح بعد ذلك أكثر كثافة منه تدريجيًا. ورغم أن القشرة المحيطية المتمايزة كيميائيًا أخف وزنًا من الغلاف المائع، إلا أن الانكماش الحراري للغلاف الصخري الوشاحي يجعله أكثر كثافة منه. ويؤدي عدم استقرار الغلاف الصخري المحيطي الناضج بفعل الجاذبية إلى غرقه حتمًا تحت الغلاف الصخري العلوي في مناطق الاندساس ، سواء كان محيطيًا أو قاريًا. ويتشكل غلاف صخري محيطي جديد باستمرار في سلاسل منتصف المحيط، ثم يُعاد تدويره إلى الوشاح في مناطق الاندساس. ونتيجة لذلك، يكون الغلاف الصخري المحيطي أحدث عمرًا بكثير من الغلاف الصخري القاري: إذ يبلغ عمر أقدم غلاف صخري محيطي حوالي 170 مليون سنة، بينما يبلغ عمر أجزاء من الغلاف الصخري القاري مليارات السنين. [ 12 ] [ 13 ]

الغلاف الصخري المنغرز

تشير الدراسات الجيوفيزيائية التي أُجريت في أوائل القرن الحادي والعشرين إلى أن أجزاءً كبيرة من الغلاف الصخري قد انغمست في الوشاح حتى عمق 2900 كيلومتر (1800 ميل) وصولاً إلى قرب حدود اللب والوشاح، [ 14 ] بينما تطفو أجزاء أخرى في الوشاح العلوي. [ 15 ] [ 16 ] في حين أن أجزاءً أخرى تغوص في الوشاح حتى عمق 400 كيلومتر (250 ميل) لكنها تبقى متصلة بالصفيحة القارية أعلاه، [ 13 ] وهو ما يُشابه امتداد المفهوم القديم للغلاف التكتوني الذي أعاد جوردان النظر فيه عام 1988. [ 17 ] ويظل الغلاف الصخري المنغمس صلبًا (كما يتضح من الزلازل العميقة على طول منطقة واداتي-بينوف ) حتى عمق حوالي 600 كيلومتر (370 ميل) . [ 18 ]   

الغلاف الصخري القاري

مقطع عرضي مثالي للغلاف الصخري للأرض (الاختصارات: cb = حوض قاراتي ، LIP = مقاطعة نارية كبيرة ، MOR = سلسلة جبال وسط المحيط )

يتراوح سمك الغلاف الصخري القاري بين 40 كيلومترًا (25 ميلًا) و 280 كيلومترًا (170 ميلًا) تقريبًا ؛ [ 3 ] ويُشكل الجزء العلوي منه، الذي يتراوح سمكه بين 30 و50 كيلومترًا (19 إلى 31 ميلًا)، قشرة أرضية. وتتميز هذه القشرة عن الجزء العلوي من الوشاح بتغير التركيب الكيميائي الذي يحدث عند انقطاع موهو . تقع أقدم أجزاء الغلاف الصخري القاري أسفل الكراتونات ، ويكون الغلاف الصخري للوشاح هناك أكثر سمكًا وأقل كثافة من المعتاد؛ وتُسهم الكثافة المنخفضة نسبيًا لجذور الكراتونات في الوشاح في استقرار هذه المناطق. [ 12 ] [ 13 ]   

بسبب كثافتها المنخفضة نسبيًا، لا تستطيع الغلاف الصخري القاري الذي يصل إلى منطقة الاندساس أن ينغمس لمسافة تزيد عن 100 كيلومتر (62 ميلًا) قبل أن يعود إلى السطح. ونتيجة لذلك، لا يُعاد تدوير الغلاف الصخري القاري في مناطق الاندساس كما يُعاد تدوير الغلاف الصخري المحيطي. بل يُعد الغلاف الصخري القاري سمة شبه دائمة للأرض. [ 19 ] [ 20 ]  

صخور دخيلة من الوشاح

يستطيع علماء الجيولوجيا دراسة طبيعة الوشاح القاري مباشرةً من خلال فحص صخور الوشاح الدخيلة [ 21 ] التي صعدت إلى الكيمبرلايت واللامبرويت وغيرها من الأنابيب البركانية . وقد دُرست تواريخ هذه الصخور الدخيلة باستخدام العديد من الطرق، بما في ذلك تحليل وفرة نظائر الأوزميوم والرينيوم . وقد أكدت هذه الدراسات أن الغلاف الصخري للوشاح أسفل بعض الكراتونات قد استمر لفترات تزيد عن 3 مليارات سنة، على الرغم من تدفق الوشاح المصاحب لحركة الصفائح التكتونية. [ 22 ]

الكائنات الدقيقة

يُعد الجزء العلوي من الغلاف الصخري موطناً واسعاً للكائنات الدقيقة ، حيث يوجد بعضها على عمق يزيد عن 4.8 كيلومتر (3 أميال) تحت سطح الأرض. [ 23 ]  

انظر أيضاً

مراجع

  1. ( من اليونانية القديمة λίθος ( ليثوس ) بمعنى " صخري " و σφαίρα ( سفيرا ) بمعنى " كرة " سكينر، بي جيه؛ بورتر، إس سي (1987). "الأرض: من الداخل والخارج". الجيولوجيا الفيزيائية . جون وايلي وأولاده . ص 17. ISBN    0-471-05668-5.
  2. بارسونز، ب. وماكنزي، د. (1978). "حمل الوشاح والبنية الحرارية للصفائح" (ملف PDF) . مجلة البحوث الجيوفيزيائية . 83 (B9): 4485. Bibcode : 1978JGR....83.4485P . CiteSeerX 10.1.1.708.5792 . doi : 10.1029/JB083iB09p04485 . 
  3. 1 2 3 باسيانوس، م.إ. (15 مايو 2008). "نمذجة سُمك الغلاف الصخري من تشتت الموجات السطحية طويلة المدى" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 أبريل 2014 .
  4. باريل، ج . (1914). "قوة قشرة الأرض". مجلة الجيولوجيا . 22 (4): 289-314 . Bibcode : 1914JG.....22..289B . doi : 10.1086/622155 . JSTOR 30056401. S2CID 118354240 .  
  5. باريل، ج . (1914). "قوة قشرة الأرض". مجلة الجيولوجيا . 22 (5): 441-468 . Bibcode : 1914JG.....22..441B . doi : 10.1086/622163 . JSTOR 30067162. S2CID 224833672 .  
  6. باريل، ج . (1914). "قوة قشرة الأرض". مجلة الجيولوجيا . 22 (7): 655-683 . Bibcode : 1914JG.....22..655B . doi : 10.1086/622181 . JSTOR 30060774. S2CID 224832862 .  
  7. باريل، ج . (1914). "قوة قشرة الأرض". مجلة الجيولوجيا . 22 (6): 537-555 . Bibcode : 1914JG.....22..537B . doi : 10.1086/622170 . JSTOR 30067883. S2CID 128955134 .  
  8. دالي، ر. (1940) قوة وبنية الأرض . نيويورك: برنتيس هول.
  9. فيلبوتس، أنتوني ر.؛ أغوي، جاي ج. (2009). مبادئ علم الصخور النارية والمتحولة ( الطبعة الثانية). كامبريدج، المملكة المتحدة: مطبعة جامعة كامبريدج . الصفحات 2-4 ، 29. ISBN   9780521880060.
  10. توركوت، دونالد ل.؛ شوبرت، جيرالد (25 مارس 2002). الديناميكا الأرضية . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 456. 
  11. شتاين، سيث؛ شتاين، كارول أ. (1996). "التطور الحراري الميكانيكي للغلاف الصخري المحيطي: آثاره على عملية الاندساس والزلازل العميقة". الاندساس: من الأعلى إلى الأسفل . سلسلة الدراسات الجيوفيزيائية. المجلد 96. الصفحات 1-17 . رمز Bibcode : 1996GMS....96....1S . doi : 10.1029/GM096p0001 . ISBN   9781118664575.
  12. 1 2 جوردان، توماس هـ. (1978). "تكوين وتطور الغلاف التكتوني القاري". مجلة نيتشر . 274 (5671): 544-548 . Bibcode : 1978Natur.274..544J . doi : 10.1038/274544a0 . S2CID 4286280 . 
  13. 1 2 3 أورايلي، سوزان ي.؛ تشانغ، مينغ؛ غريفين، ويليام ل.؛ بيغ، غراهام؛ هرونسكي، جون (2009). "الجذور القارية فائقة العمق وبقاياها المحيطية: حل لمشكلة "خزان الوشاح" الجيوكيميائية؟". ليثوس . 112 : 1043-1054 . Bibcode : 2009Litho.112.1043O . doi : 10.1016/j.lithos.2009.04.028 .
  14. بيرك، كيفن؛ تورسفيك، تروند هـ. (2004). "نشأة المقاطعات النارية الكبيرة خلال الـ 200 مليون سنة الماضية من عدم التجانس طويل الأمد في الوشاح العميق". رسائل علوم الأرض والكواكب . 227 ( 3-4 ): 531. Bibcode : 2004E & PSL.227..531B . doi : 10.1016/j.epsl.2004.09.015 .
  15. ريبلوماز، آن؛ كاراسون، هرافنكيل؛ فان دير هيلست، روب د.؛ بيس، جان؛ تابونييه، بول (2004). "التطور رباعي الأبعاد لغلاف الأرض في جنوب شرق آسيا من خلال إعادة البناء الجيولوجي والتصوير المقطعي الزلزالي". رسائل علوم الأرض والكواكب . 221 ( 1-4 ): 103-115 . Bibcode : 2004E & PSL.221..103R . doi : 10.1016/S0012-821X(04)00070-6 . S2CID 128974520 . 
  16. لي، تشانغ؛ فان دير هيلست، روبرت د.؛ إنجدال، إي. روبرت؛ بورديك، سكوت (2008). "نموذج عالمي جديد لتغيرات سرعة الموجة P في وشاح الأرض" . الكيمياء الجيولوجية، الجيوفيزياء، الجيولوجيا النظامية . 9 (5): غير متوفر. رمز Bibcode : 2008GGG.....9.5018L . doi : 10.1029/2007GC001806 .
  17. جوردان، تي إتش (1988). "بنية وتكوين الغلاف التكتوني القاري". مجلة علم الصخور . 29 (1): 11-37 . Bibcode : 1988JPet...29S..11J . doi : 10.1093/petrology/Special_Volume.1.11 .
  18. فروليتش، سي. (1989). "طبيعة الزلازل العميقة". المراجعة السنوية لعلوم الأرض والكواكب . 17 : 227-254 . Bibcode : 1989AREPS..17..227F . doi : 10.1146/annurev.ea.17.050189.001303 .
  19. إرنست، دبليو جي (يونيو 1999). "التحول، والحفظ الجزئي، واستخراج أحزمة الضغط العالي للغاية". آيلاند آرك . 8 (2): 125-153 . Bibcode : 1999IsArc...8..125E . doi : 10.1046/j.1440-1738.1999.00227.x . S2CID 128908164 . 
  20. ستيرن، روبرت ج. (2002). "مناطق الاندساس" . مراجعات الجيوفيزياء . 40 (4): 1012. Bibcode : 2002RvGeo..40.1012S . doi : 10.1029/2001RG000108 . S2CID 247695067 . 
  21. نيكسون، بي إتش (1987) زينوليثات الوشاح ، جون وايلي وأولاده، 844 صفحة. ISBN 0-471-91209-3
  22. كارلسون، ريتشارد و. (2005). "الخصائص الفيزيائية والكيميائية والزمنية لغلاف الأرض القاري" . مراجعات الجيوفيزياء . 43 (1): RG1001. Bibcode : 2005RvGeo..43.1001C . doi : 10.1029/2004RG000156 .
  23. دينجلر، روني (11 ديسمبر 2018). "علماء يكتشفون كمية هائلة من الحياة في أعماق الأرض" . مجلة علم الفلك . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 أكتوبر 2023 .

للمزيد من القراءة

  • تشيرنيكوف، ستانلي؛ ويتني، دونا (1990). الجيولوجيا: مقدمة في الجيولوجيا الفيزيائية (  الطبعة الرابعة). بيرسون . ISBN 978-0-13-175124-8.