إعادة تدوير القشرة

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
نماذج لديناميكيات الوشاح
يساعد فهم تنبؤات ديناميكيات الوشاح علماء الجيولوجيا على التنبؤ بمكان استقرار القشرة الأرضية المندسة.

إعادة تدوير القشرة الأرضية هي عملية تكتونية يتم من خلالها إعادة تدوير مواد سطحية من الغلاف الصخري إلى الوشاح عن طريق التعرية الناتجة عن الاندساس أو الانفصال الطبقي . تحمل الصفائح المندسة مركبات متطايرة وماءً إلى الوشاح، بالإضافة إلى مواد قشرية ذات بصمة نظائرية مختلفة عن بصمة الوشاح البدائي. يُعدّ تحديد هذه البصمة القشرية في الصخور المشتقة من الوشاح (مثل بازلتات ظهر المحيط أو الكيمبرلايت ) دليلاً على إعادة تدوير القشرة الأرضية.

السياق التاريخي والنظري

بين عامي 1906 و1936، استخدم كلٌّ من آر. دي. أولدهام ، وأ. موهوروفيتشيتش ، وب. غوتنبرغ ، وإ . ليمان بياناتٍ زلزالية لإثبات أن الأرض تتكون من قشرة صلبة ووشاح، ونواة خارجية سائلة، ونواة داخلية صلبة. [ 1 ] وشهد علم الزلازل تطورًا ملحوظًا كأداة حديثة لتصوير باطن الأرض خلال ثمانينيات القرن العشرين، [ 2 ] ونشأ معه اتجاهان رئيسيان في علم الجيولوجيا: مؤيدو نظرية الحمل الحراري في الوشاح بأكمله [ 3 ] [ 4 ] ومؤيدو نظرية الحمل الحراري في الوشاح الطبقي. [ 5 ] [ 6 ]

يرى أنصار نظرية الحمل الحراري في الوشاح أن نشاط الحمل الحراري فيه طبقي، يفصل بين طبقاته تحولات طورية ذات كثافة عالية للمعادن مثل الأوليفين والجارنيت والبيروكسين ، وصولاً إلى هياكل بلورية أكثر كثافة ( الإسبينيل ، ثم البيروفسكايت السيليكاتي ، ثم ما بعد البيروفسكايت ). قد تكون الصفائح المنغرزة سالبة الطفو نتيجة برودتها طوال فترة وجودها على السطح وغمرها بالماء، لكن هذا الطفو السالب لا يكفي لاختراقها منطقة التحول الطوري التي يبلغ عمقها 660 كيلومترًا.

يرى أنصار نظرية الحمل الحراري البسيط في كامل الوشاح أن اختلافات الكثافة الملحوظة في الوشاح (والتي يُستنتج أنها ناتجة عن تحولات الطور المعدني) لا تُعيق حركة الحمل الحراري، التي تنتقل عبر الوشاح العلوي والسفلي كخلية حمل حراري واحدة. وتستطيع الصفائح المنغرزة التحرك عبر منطقة التحول الطوري على عمق 660 كم والتجمع قرب قاع الوشاح في ما يُعرف بـ"مقبرة الصفائح"، وقد تكون القوة الدافعة للحمل الحراري في الوشاح محليًا [ 7 ] وعلى نطاق القشرة الأرضية [ 2 ] .

مصير المواد المندسة

يُعدّ المصير النهائي لمواد القشرة الأرضية مفتاحًا لفهم الدورات الجيوكيميائية ، فضلًا عن عدم التجانس المستمر في الوشاح، والتدفقات الصاعدة، والتأثيرات المتعددة على تركيب الصهارة، والانصهار، وتكتونية الصفائح، وديناميات الوشاح، وتدفق الحرارة. [ 8 ] إذا توقفت الصفائح عند حدود 660 كم، كما تقترح فرضية الوشاح الطبقي، فلن تتمكن من الاندماج في أعمدة النقاط الساخنة، التي يُعتقد أنها تنشأ عند حدود اللب والوشاح. وإذا انتهى المطاف بالصفائح في "مقبرة صفائح" عند حدود اللب والوشاح، فلن تشارك في هندسة اندساس الصفائح المسطحة. من المرجح أن تكون ديناميات الوشاح مزيجًا من الفرضيتين المتطرفتين، مما ينتج عنه نظام حمل حراري في الوشاح ذي طبقات جزئية.

يعتمد فهمنا الحالي لبنية باطن الأرض بشكل أساسي على الاستدلال من القياسات المباشرة وغير المباشرة لخصائص الوشاح باستخدام تقنيات علم الزلازل ، وعلم الصخور ، والكيمياء الجيولوجية النظائرية ، والتصوير المقطعي الزلزالي . ويُعتمد بشكل خاص على علم الزلازل للحصول على معلومات حول الوشاح العميق بالقرب من حدود اللب والوشاح.

شهادة

التصوير المقطعي الزلزالي

على الرغم من أن التصوير المقطعي الزلزالي كان يُنتج صورًا منخفضة الجودة [ 2 ] لغلاف الأرض في ثمانينيات القرن الماضي، إلا أن الصور المنشورة في مقال افتتاحي عام 1997 في مجلة ساينس أظهرت بوضوح وجود صفيحة باردة بالقرب من حدود اللب والوشاح، [ 9 ] كما أظهرت دراسة أجراها هوتكو وآخرون عام 2005 صورةً للتصوير المقطعي الزلزالي قد تكون لمادة صفيحة باردة مطوية عند حدود اللب والوشاح. [ 10 ] ومع ذلك، قد تظل التحولات الطورية تلعب دورًا في سلوك الصفائح في الأعماق. فقد أظهر شيلارت وآخرون أن التحول الطوري على عمق 660 كم قد يُسهم في انحراف الصفائح الهابطة. [ 11 ] وكان شكل منطقة الاندساس عاملاً أساسيًا أيضًا في تحديد ما إذا كان شكل الصفيحة قادرًا على تجاوز حدود التحول الطوري. [ 12 ]

قد تلعب المعادن دورًا أيضًا، إذ يُشكّل الأوليفين شبه المستقر محليًا مناطق ذات طفو موجب، حتى في صفيحة باردة هابطة، وهذا قد يتسبب في "توقف" الصفائح عند الكثافة المتزايدة لانتقال الطور على عمق 660 كم. [ 13 ] لم تُحسب معادن الصفيحة وتطورها في الأعماق [ 14 ] في البداية بمعلومات حول معدل تسخين الصفيحة، وهو ما قد يكون ضروريًا للمساعدة في الحفاظ على الطفو السالب لفترة كافية لاختراق  تغير الطور على عمق 660 كم. أظهرت دراسة إضافية أجراها سباسوجيفيتش وآخرون [ 15 ] أن الحد الأدنى المحلي في الجيود يمكن تفسيره بالعمليات التي تحدث في وحول مواقع دفن الصفائح، كما هو موضح في نماذجهم.

النظائر المستقرة

إن إدراك أن الاختلافات بين طبقات الأرض لا تقتصر على الخصائص الريولوجية فحسب ، بل تشمل الخصائص الكيميائية أيضاً، أمرٌ أساسي لفهم كيفية تتبع حركة مواد القشرة الأرضية حتى بعد انغماسها في باطن الأرض. فبعد أن تنتقل صخرة ما إلى سطح الأرض من أسفل القشرة ، يمكن أخذ عينة منها لتحليل تركيبها النظائري المستقر . ويمكن بعد ذلك مقارنتها بالتركيب النظائري المعروف للقشرة الأرضية والوشاح، بالإضافة إلى تركيب النيازك الكوندريتية ، التي يُعتقد أنها تمثل المادة الأصلية لتكوين النظام الشمسي في حالة غير متغيرة إلى حد كبير.

تمكنت إحدى مجموعات الباحثين من تقدير أن ما بين 5 و10% من الوشاح العلوي يتكون من مواد قشرية معاد تدويرها. [ 16 ] وأجرى كوكفلت وآخرون فحصًا نظائريًا لعمود الوشاح تحت أيسلندا [ 17 ] ووجدوا أن الحمم البركانية المتدفقة من الوشاح تتضمن مكونات من القشرة السفلية، مما يؤكد إعادة تدوير القشرة على المستوى المحلي.

أظهرت بعض وحدات الكربوناتيت ، المرتبطة بالصهارة الغنية بالمواد المتطايرة غير القابلة للامتزاج [ 18 ] ومعدن الماس ، وهو مؤشر على وجود الكربون العضوي في الوشاح، إشارات نظائرية للكربون العضوي، والتي لا يمكن أن تكون قد دخلت إلا من خلال مواد عضوية مندفعة. [ 19 ] [ 20 ] وقد ساهم العمل الذي أجراه والتر وآخرون [ 18 ] وآخرون [ 4 ] على الكربوناتيت في تطوير فرضية أن الصهارة في الأعماق مشتقة من مواد الصفيحة المندفعة التي تجف.

كما استُخدمت البصمات النظيرية δ 34 S للصهارة لقياس درجة إعادة تدوير القشرة الأرضية على مدى الزمن الجيولوجي. [ 21 ]

مراجع

  1. ↑ لوري، و. (2007). أساسيات الجيوفيزياء (  الطبعة الثانية). مطبعة جامعة كامبريدج. ص  121. ISBN 978-0-521-67596-3تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 نوفمبر 2011 .
  2. 1 2 3 كير، ر. أ. (1997). "الجيوفيزياء: الصفائح الغاطسة العميقة تُحرك الوشاح". مجلة ساينس . 275 (5300): 613-615 . doi : 10.1126/science.275.5300.613 . S2CID 129593362 . 
  3. ↑ جورنيس، م. (1988). "حمل الوشاح واسع النطاق وتجمع وتشتت القارات العظمى". مجلة نيتشر . 332 (6166): 695-699 . Bibcode : 1988Natur.332..695G . doi : 10.1038/332695a0 . S2CID 4233351 . 
  4. 1 2 بيركوفيتشي، د .؛ كاراتو، إس. آي. (2003). "حمل الوشاح بأكمله ومرشح المياه في المنطقة الانتقالية". مجلة نيتشر . 425 (6953): 39-44 . Bibcode : 2003Natur.425...39B . doi : 10.1038/nature01918 . PMID 12955133. S2CID 4428456 .  
  5. ↑ ألبيريد، ف.؛ فان دير هيلست، ر.د. (2002). "حمل الوشاح المُقسّم إلى مناطق". المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية أ: العلوم الرياضية والفيزيائية والهندسية . 360 ( 1800): 2569-92 . رمز Bibcode : 2002RSPTA.360.2569A . doi : 10.1098/rsta.2002.1081 . PMID 12460481. S2CID 1404118 .  
  6. ↑ أوغاوا، م. (2003). "التطبق الكيميائي في وشاح ثنائي الأبعاد متحرك مع نشاط صهاري وصفائح متحركة" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية . 108 (B12): 2561. Bibcode : 2003JGRB..108.2561O . doi : 10.1029/2002JB002205 .
  7. ↑ فورتي، أ.م.؛ ميتروفيكا، ج.إكس.؛ موشا، ر.؛ سيمونز، ن.أ.؛ غراند، س.ب. (2007). "انزلاق صفيحة فارالون القديمة يُحرك تدفق الوشاح الموضعي أسفل منطقة نيو مدريد الزلزالية" . رسائل البحوث الجيوفيزيائية . 34 (4): L04308. Bibcode : 2007GeoRL..34.4308F . doi : 10.1029/2006GL027895 . S2CID 10662775 . 
  8. ↑ لاي، ت. (1994). "مصير الألواح الهابطة". المراجعة السنوية لعلوم الأرض والكواكب . 22 : 33-61 . Bibcode : 1994AREPS..22...33L . doi : 10.1146/annurev.ea.22.050194.000341 . S2CID 53414293 . 
  9. ↑ كير، ريتشارد أ. (31 يناير 1997). "الصفائح الغاطسة العميقة تُحرك الوشاح". مجلة ساينس . 275 (5300): 613-615 . doi : 10.1126/science.275.5300.613 . S2CID 129593362 . 
  10. ↑ هوتكو، أ. ر.؛ لاي، ت.؛ غارنيرو، إ. ج.؛ ريفينو، ج. (2006). " الكشف الزلزالي عن الغلاف الصخري المطوي والمنغرز عند حدود اللب والوشاح". مجلة نيتشر . 441 (7091): 333-336 . Bibcode : 2006Natur.441..333H . doi : 10.1038/nature04757 . PMID 16710418. S2CID 4408681 .  
  11. ↑ شيلارت، دبليو بي (2004). "حركية الاندساس والتدفق الناجم عن الاندساس في الوشاح العلوي" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية . 109 (B7): B07401. Bibcode : 2004JGRB..109.7401S . doi : 10.1029/2004JB002970 .
  12. ↑ بيركوفيتشي، د.؛ شوبرت، ج .؛ تاكلي، ب. ج. (1993). "حول اختراق تغير الطور على عمق 660 كم بواسطة تدفقات الوشاح الهابطة". رسائل البحوث الجيوفيزيائية . 20 (23): 2599. Bibcode : 1993GeoRL..20.2599B . doi : 10.1029/93GL02691 .
  13. ↑ مارتون، إف سي؛ بينا، سي آر؛ شتاين، إس؛ روبي، دي سي (1999). "تأثيرات المعادن في الصفائح التكتونية على معدلات الانغماس" (ملف PDF) . رسائل البحوث الجيوفيزيائية . 26 (1): 119-122 . Bibcode : 1999GeoRL..26..119M . doi : 10.1029/1998GL900230 .
  14. ↑ غانغولي، ج.؛ فريد، أ.؛ ساكسينا، س. (2009). "ملامح كثافة الألواح المحيطية والوشاح المحيط بها: نمذجة ديناميكية حرارية وحرارية متكاملة، وآثارها على مصير الألواح عند انقطاع 660 كم". فيزياء باطن الأرض والكواكب . 172 ( 3-4 ): 257. Bibcode : 2009PEPI..172..257G . doi : 10.1016/j.pepi.2008.10.005 .
  15. ↑ سباسوجيفيتش، س.؛ جورنيس، م.؛ ساذرلاند، ر. (2010). "تيارات الوشاح الصاعدة فوق مقابر الألواح مرتبطة بانخفاضات الجيود العالمية". مجلة نيتشر للعلوم الجيولوجية . 3 (6): 435. رمز Bibcode : 2010NatGe...3..435S . doi : 10.1038/NGEO855 . S2CID 56369721 . 
  16. ↑ كوبر، ك.م.؛ إيلر، ج.م.؛ سيمز، ك.و.و.؛ لانغمير، س.هـ. (2009). "توزيع القشرة المعاد تدويرها داخل الوشاح العلوي: رؤى من تركيب نظائر الأكسجين في بازلت قاع المحيط من منطقة عدم التوافق الأسترالية-القطبية الجنوبية". الكيمياء الجيولوجية، الجيوفيزياء، الجيولوجيا النظامية . 10 (12): غير متوفر. رمز Bibcode : 2009GGG....1012004C . doi : 10.1029/2009GC002728 . hdl : 1912/3565 . S2CID 34164402 . 
  17. ↑ كوكفلت، تي إف؛ هورنل، كيه إيه جيه؛ هوف، إف؛ فيبيغ، جيه؛ فيرنر، آر؛ غارب-شونبيرغ، دي. (2006). "دليل مشترك من العناصر النزرة ونظائر الرصاص والنيوديميوم والسترونتيوم والأكسجين على وجود قشرة محيطية معاد تدويرها (علوية وسفلية) في عمود الوشاح الأيسلندي" . مجلة علم الصخور . 47 (9): 1705. Bibcode : 2006JPet...47.1705K . doi : 10.1093/petrology/egl025 .
  18. 1 2 والتر، إم جيه؛ بولانوفا، جي بي؛ أرمسترونغ، إل إس؛ كيشاف، إس؛ بلوندي، جي دي؛ غودفينسون، جي؛ لورد، أو تي؛ ليني، إيه آر؛ كلارك، إس إم؛ سميث، سي بي؛ غوبو، إل. (2008). " ذوبان الكربوناتيت الأولي من قشرة محيطية منغرزة بعمق" . مجلة نيتشر . 454 (7204): 622-625 . Bibcode : 2008Natur.454..622W . doi : 10.1038/nature07132 . hdl : 1983/9bb1d189-34c4-4484-8686-a8e85123ae6a . PMID 18668105. S2CID 4429507 .  
  19. ↑ ريتشز، أ. ج. ف.؛ ليو، ي.؛ داي، ج. م. د.؛ سبيتسيوس ، ز. ف. [باللغة الروسية] ؛ تايلور، ل. أ. (2010). "القشرة المحيطية المنغرزة كمضيفات للألماس كما كشفت عنها حبيبات العقيق في صخور الوشاح الدخيلة من نيوربينسكايا، سيبيريا". ليثوس . 120 ( 3-4 ): 368. Bibcode : 2010Litho.120..368R . doi : 10.1016/j.lithos.2010.09.006 .
  20. ↑ شيكا، إس إس؛ ويدنبيك، إم؛ فروست، دي جيه؛ كيبلر، إتش (2006). "ذوبانية الكربون في معادن الوشاح" . رسائل علوم الأرض والكواكب . 245 ( 3-4 ): 730. Bibcode : 2006E & PSL.245..730S . doi : 10.1016/j.epsl.2006.03.036 .
  21. ↑ هاتشيسون، ويليام؛ بابيل، راينر جيه؛ فينش، أدريان إيه؛ ماركس، مايكل إيه دبليو؛ ماركل، غريغور؛ بويس، أدريان جيه؛ ستويكن، إيفا إي؛ فريس، هنريك؛ بورست، أنوك إم؛ هورسبرغ، نيكولا جيه. (16 سبتمبر 2019). "نظائر الكبريت في الصهارة القلوية تكشف سجلات طويلة الأمد لإعادة تدوير القشرة الأرضية" . مجلة نيتشر كوميونيكيشنز . 10 (1): 4208. doi : 10.1038/s41467-019-12218-1 . ISSN 2041-1723 . PMC 6746797. تاريخ الاسترجاع: 30 سبتمبر 2023 .