عمق قاع البحر مقابل العمر

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 34 صور
الموسوعة الحرة

يتحدد عمق قاع البحر على جوانب سلسلة جبال منتصف المحيط بشكل رئيسي بعمر الغلاف الصخري المحيطي ؛ فكلما كان قاع البحر أقدم، كان أعمق. ويُمكن الحصول على عمق دقيق للغاية لقاع البحر بأخذ الجذر التربيعي لعمر مُستمد من مجموع عمليات تستغرق وقتًا طويلًا، مثل تمدد قاع البحر ، وتبريد الغلاف الصخري والوشاح ، وانكماشهما، والتعديل المتساوي . وقد أصبح فهم هذه العلاقة أفضل منذ حوالي عام 1969، مع تحديثات هامة في عامي 1974 و1977. وطُرحت نظريتان رئيسيتان لتفسير هذه الظاهرة: الأولى، حيث يبرد الوشاح بما فيه الغلاف الصخري (نموذج تبريد الوشاح)، والثانية، حيث تبرد صفيحة من الغلاف الصخري فوق الوشاح عند درجة حرارة ثابتة (نموذج تبريد الصفيحة). ويُفسر نموذج تبريد الوشاح العلاقة بين العمر والعمق لقاع البحر الذي يقل عمره عن 80 مليون سنة. أما نموذج تبريد الصفيحة، فيُفسر العلاقة بين العمر والعمق بشكل أفضل لقاع البحر الذي يزيد عمره عن 20 مليون سنة. بالإضافة إلى ذلك، يُفسر نموذج الصفيحة المبردة ثبات العمق وتدفق الحرارة تقريبًا في قاع البحر والغلاف الصخري القديمين جدًا. عمليًا، يُفضل استخدام حل نموذج الوشاح المبرد لعلاقة العمر بالعمق التي تقل عن 20 مليون سنة. أما في الأقدم من ذلك، فيتوافق نموذج الصفيحة المبردة مع البيانات أيضًا. وبعد 80 مليون سنة، يكون نموذج الصفيحة أكثر توافقًا من نموذج الوشاح.

خلفية

فسّرت النظريات الأولى لانتشار قاع المحيط في أوائل ومنتصف القرن العشرين ارتفاعات سلاسل منتصف المحيط على أنها تيارات صاعدة فوق تيارات الحمل الحراري في وشاح الأرض . [ 1 ] [ 2 ]

ربطت الفكرة التالية بين تمدد قاع المحيط وانجراف القارات في نموذج لتكتونية الصفائح . في عام 1969، فُسِّرت ارتفاعات التلال على أنها تمدد حراري لصفيحة الغلاف الصخري عند مركز التمدد. [ 3 ] تبع ذلك "نموذج الصفيحة المبردة" في عام 1974 ملاحظة أن ارتفاعات التلال يمكن نمذجتها بتبريد كامل الوشاح العلوي بما في ذلك أي صفيحة. [ 4 ] تبع ذلك في عام 1977 نموذج صفيحة أكثر دقة فسّر بيانات أظهرت أن كلاً من أعماق المحيط وتدفق الحرارة في قشرة المحيط يقتربان من قيمة ثابتة لقاع المحيط القديم جدًا . [ 5 ] لم يكن من الممكن تفسير هذه الملاحظات بواسطة "نموذج الوشاح المبرد" السابق الذي تنبأ بزيادة العمق وانخفاض تدفق الحرارة في الأعمار القديمة جدًا.

تضاريس قاع البحر: نماذج تبريد الوشاح والغلاف الصخري

يرتبط عمق قاع البحر (أو ارتفاع موقع على سلسلة جبال وسط المحيط فوق مستوى القاعدة) ارتباطًا وثيقًا بعمره (أي عمر الغلاف الصخري عند النقطة التي يُقاس عندها العمق). يُقاس العمق حتى قمة قشرة المحيط ، أسفل أي رواسب تغطيها. يمكن نمذجة العلاقة بين العمر والعمق من خلال تبريد صفيحة الغلاف الصخري [ 3 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 5 ] أو نصف فضاء الوشاح في المناطق التي لا تشهد اندساسًا كبيرًا . [ 4 ] يكمن الفرق بين النهجين في أن نموذج الصفيحة يتطلب الحفاظ على قاعدة الغلاف الصخري عند درجة حرارة ثابتة مع مرور الوقت، ويكون التبريد للصفيحة فوق هذا الحد السفلي. أما نموذج تبريد الوشاح، الذي طُوّر بعد نموذج الصفيحة، فلا يتطلب الحفاظ على قاعدة الغلاف الصخري عند درجة حرارة ثابتة ومحدودة. ونتيجةً لنموذج تبريد الوشاح، يُتوقع أن يكون عمق قاع البحر متناسبًا مع الجذر التربيعي لعمره. [ 4 ]

نموذج غطاء التبريد (1974)

في نموذج نصف الفضاء للوشاح المبرد الذي طُوِّر عام ١٩٧٤، [ ٤ ] يتحدد ارتفاع قاع البحر (أعلى القشرة) بدرجة حرارة الغلاف الصخري المحيطي والوشاح، نتيجةً للتمدد الحراري. والنتيجة البسيطة هي أن ارتفاع الحيد أو عمق قاع البحر يتناسب طرديًا مع الجذر التربيعي لعمره. [ ٤ ] في جميع النماذج، يتشكل الغلاف الصخري المحيطي باستمرار بمعدل ثابت عند حيدات منتصف المحيط . يكون مصدر الغلاف الصخري على شكل نصف مستوى ( x = 0، z < 0) ودرجة حرارة ثابتة T1 . وبسبب تشكله المستمر، يتحرك الغلاف الصخري عند x > 0 مبتعدًا عن الحيد بسرعة ثابتة.v{\displaystyle v}، وهو ما يُفترض أنه كبير مقارنةً بالمقاييس النموذجية الأخرى في المسألة. درجة الحرارة عند الحد العلوي للغلاف الصخري ( z = 0) ثابتة T₀ = 0. وبالتالي، عند x = 0، تكون درجة الحرارة دالة هيفسايد المتدرجة .تي1⋅Θ(-z){\displaystyle T_{1}\cdot \Theta (-z)}يُفترض أن النظام في حالة شبه مستقرة ، بحيث يكون توزيع درجة الحرارة ثابتًا مع مرور الوقت، أيتي=تي(x،z).{\displaystyle T=T(x,z).}

عن طريق استبدال المعلمات بتقديراتها التقريبية في حل ارتفاع قاع المحيطح(ت){\displaystyle h(t)}:

κ∼8⋅10-7 م2⋅s-1بالنسبة للانتشار الحراريα∼4⋅10-5 ∘ج-1بالنسبة لمعامل التمدد الحراريتي1∼1220 ∘جللمحيطين الأطلسي والهنديتي1∼1120 ∘جلشرق المحيط الهادئ{\displaystyle {\begin{aligned}\kappa &\sim 8\cdot 10^{-7}\ \mathrm {m} ^{2}\cdot \mathrm {s} ^{-1}&&{\text{for the thermal diffusivity}}\\\alpha &\sim 4\cdot 10^{-5}\ {}^{\circ }\mathrm {C} ^{-1}&&{\text{for the thermal expansion coefficient}}\\T_{1}&\sim 1220\ {}^{\circ }\mathrm {C} &&{\text{for the Atlantic and Indian oceans}}\\T_{1}&\sim 1120\ {}^{\circ }\mathrm {C} &&{\text{for the eastern Pacific}}\end{aligned}}}

لدينا: [ 4 ]

ح(ت)∼{ح0-390تللمحيطين الأطلسي والهنديح0-350تلشرق المحيط الهادئ{\displaystyle h(t)\sim {\begin{cases}h_{0}-390{\sqrt {t}}&{\text{for the Atlantic and Indian oceans}}\\h_{0}-350{\sqrt {t}}&{\text{for the eastern Pacific}}\end{cases}}}

حيث يُقاس الارتفاع بالأمتار والزمن بملايين السنين. وللحصول على العلاقة مع x ، يجب استبدال t = x /v{\displaystyle v}~ Ax / L ، حيث L هي المسافة بين التلال والجرف القاري (نصف عرض المحيط تقريبًا)، و A هو عمر حوض المحيط.

بدلاً من ارتفاع قاع المحيطح(ت){\displaystyle h(t)}أعلى من مستوى أساسي أو مرجعيحب{\displaystyle h_{b}}عمق قاع البحرد(ت){\displaystyle d(t)}هذا الأمر يثير الاهتمام. لأنهد(ت)+ح(ت)=حب{\displaystyle d(t)+h(t)=h_{b}}(معحب{\displaystyle h_{b}}(بالقياس من سطح المحيط) يمكننا أن نجد ما يلي:

د(ت)=حب-ح0+350ت{\displaystyle d(t)=h_{b}-h_{0}+350{\sqrt {t}}}على سبيل المثال، بالنسبة لشرق المحيط الهادئ، حيثحب-ح0{\displaystyle h_{b}-h_{0}}[ 9 ] هو العمق عند قمة التل، وعادة ما يكون 2500 متر.

نموذج لوحة التبريد (1977)

العمق المتوقع من الجذر التربيعي لعمر قاع البحر، والمستنتج من نموذج تبريد الوشاح لعام 1974 [ 4 ] ، أعمق من اللازم بالنسبة لقاع بحر يزيد عمره عن 80 مليون سنة. [ 5 ] يُفسَّر العمق بشكل أفضل بنموذج صفيحة الغلاف الصخري المبردة بدلاً من نموذج نصف فضاء الوشاح المبرد. [ 5 ] تتميز الصفيحة بدرجة حرارة ثابتة عند قاعدتها وحافتها المتسعة. يبدأ اشتقاق نموذج الصفيحة المبردة بمعادلة تدفق الحرارة في بُعد واحد، كما هو الحال في نموذج تبريد الوشاح. ويكمن الاختلاف في اشتراط وجود حد حراري عند قاعدة الصفيحة المبردة. وقد مكّن تحليل بيانات العمق مقابل العمر، والعمق مقابل الجذر التربيعي للعمر، بارسونز وسكلاتر [ 5 ] من تقدير معلمات النموذج (لشمال المحيط الهادئ).

يبلغ سمك الغلاف الصخري حوالي 125 كيلومترًا
تي1∼1350 ∘ج{\displaystyle T_{1}\thicksim 1350\ {}^{\circ }\mathrm {C} }عند قاعدة وحافة الصفيحة الشابة
α∼3.2⋅10-5 ∘ج-1{\displaystyle \alpha \thicksim 3.2\cdot 10^{-5}\ {}^{\circ }\mathrm {C} ^{-1}}

بافتراض التوازن الإيزوستاتيكي في كل مكان أسفل لوحة التبريد، ينتج عن ذلك علاقة منقحة بين العمر والعمق لقاع البحر الأقدم، وهي علاقة صحيحة تقريبًا لأعمار تصل إلى 20 مليون سنة:

د(ت)=6400-3200خبرة⁡(-ت/62.8){\displaystyle d(t)=6400-3200\exp {\bigl (}-t/62.8{\bigr )}}عدادات

وبالتالي، فإن قاع البحر الأقدم يتعمق ببطء أكثر من الأحدث، ويمكن في الواقع افتراض ثباته تقريبًا عند عمق 6400 متر. كما سمح نموذج الصفائح الخاص بهم بوضع تعبير لتدفق الحرارة بالتوصيل، q(t)، من قاع المحيط، والذي يكون ثابتًا تقريبًا عند هذا العمق.1⋅10-6جألجم-2sهـج-1{\displaystyle 1\cdot 10^{-6}\mathrm {cal} \,\mathrm {cm} ^{-2}\mathrm {sec} ^{-1}}أكثر من 120 مليون سنة:

q(ت)=11.3/ت{\displaystyle q(t)=11.3/{\sqrt {t}}}

خلص بارسونز وسكلاتر إلى أن نمطًا ما من تيارات الحمل الحراري في الوشاح يجب أن يُسخّن قاعدة الصفيحة في كل مكان لمنع التبريد إلى ما دون 125  كم وانكماش الغلاف الصخري (تعميق قاع البحر) في العصور القديمة. [ 5 ] وأظهر مورغان وسميث [ 10 ] [ 11 ] أن تسطح قاع البحر القديم يمكن تفسيره بتدفق في الغلاف المائع أسفل الغلاف الصخري.

استمرت دراسة العلاقة بين العمر والعمق وتدفق الحرارة مع إدخال تحسينات على المعايير الفيزيائية التي تحدد الصفائح الليثوسفيرية للمحيطات. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

التأثيرات

تعتمد الطريقة المعتادة لتقدير عمر قاع البحر على بيانات الشذوذ المغناطيسي البحري وتطبيق فرضية فاين-ماثيوز-مورلي . وتشمل الطرق الأخرى عمليات الحفر المكلفة في أعماق البحار وتأريخ عينات اللب. إذا كان العمق معروفًا في موقع لم تُرسم فيه خرائط الشذوذ أو كانت غائبة، ولم تتوفر عينات من قاع البحر، فإن معرفة عمق قاع البحر يمكن أن تُتيح تقديرًا للعمر باستخدام علاقات العمر بالعمق. [ 4 ] [ 5 ]

إلى جانب ذلك، إذا زاد معدل تمدد قاع المحيط في حوض محيطي، فإن متوسط ​​عمق ذلك الحوض يقل، وبالتالي يقل حجمه (والعكس صحيح). وينتج عن ذلك ارتفاع (انخفاض) مستوى سطح البحر العالمي، لأن الأرض لا تتمدد. ومن العوامل الرئيسية المؤثرة في تغير مستوى سطح البحر عبر الزمن الجيولوجي، التغيرات في حجم الجليد القاري على اليابسة، والتغيرات في متوسط ​​عمق حوض المحيط (حجم الحوض) بمرور الوقت، تبعًا لمتوسط ​​عمره. [ 15 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ديتز، روبرت س. (1961). "تطور القارات وأحواض المحيطات من خلال اتساع قاع البحر". مجلة نيتشر . 190 (4779): 854-857 . رمز Bibcode : 1961Natur.190..854D . doi : 10.1038/190854a0 . ISSN 0028-0836 . S2CID 4288496 .  
  2. ↑ هيس، هـ. هـ. (نوفمبر 1962). "تاريخ أحواض المحيطات" (ملف PDF) . في: أ. إ. ج. إنجل؛ هارولد ل. جيمس؛ ب. ف. ليونارد (محررون). دراسات بترولوجية: مجلد تكريمًا لـ أ. ف. بودينجتون . بولدر، كولورادو: الجمعية الجيولوجية الأمريكية. الصفحات 599-620 . 
  3. 1 2 ماكنزي، د.ب.؛ سكلاتر، ج.ج. (1969-03-01). "تدفق الحرارة في شرق المحيط الهادئ وتوسع قاع البحر". النشرة البركانية . 33 (1): 101-117 . Bibcode : 1969BVol...33..101M . doi : 10.1007/BF02596711 . ISSN 1432-0819 . S2CID 129021651 .  
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 ديفيس، إي إي؛ ليستر، سي آر بي (1974). "أساسيات تضاريس قمم التلال". رسائل علوم الأرض والكواكب . 21 (4): 405-413 . Bibcode : 1974E & PSL..21..405D . doi : 10.1016/0012-821X(74)90180-0 .
  5. 1 2 3 4 5 6 7 بارسونز، باري؛ سكلاتر، جون ج. (10 فبراير 1977). "تحليل تغيرات تضاريس قاع المحيط وتدفق الحرارة مع مرور الزمن". مجلة البحوث الجيوفيزيائية . 82 (5): 803-827 . Bibcode : 1977JGR....82..803P . doi : 10.1029/jb082i005p00803 . ISSN 2156-2202 . 
  6. ↑ ماكنزي، دان ب. (15 ديسمبر 1967). "بعض الملاحظات حول تدفق الحرارة وشذوذ الجاذبية". مجلة البحوث الجيوفيزيائية . 72 (24): 6261-6273 . Bibcode : 1967JGR....72.6261M . doi : 10.1029/JZ072i024p06261 .
  7. ↑ سكلاتر، جي جي؛ فرانشيتو، جيه. (1970-09-01). "آثار رصد تدفق الحرارة الأرضية على النماذج التكتونية والجيوكيميائية الحالية لقشرة الأرض والوشاح العلوي" . المجلة الجيوفيزيائية الدولية . 20 (5): 509-542 . Bibcode : 1970GeoJ...20..509S . doi : 10.1111/j.1365-246X.1970.tb06089.x . ISSN 0956-540X . 
  8. ↑ سكلاتر، جون ج.؛ أندرسون، روجر ن.؛ بيل، م. لي (10 نوفمبر 1971). "ارتفاع التلال وتطور وسط شرق المحيط الهادئ". مجلة البحوث الجيوفيزيائية . 76 (32): 7888-7915 . رمز Bibcode : 1971JGR....76.7888S . doi : 10.1029/jb076i032p07888 . ISSN 2156-2202 . 
  9. ↑ ماكدونالد، كين. "غالاباغوس: حيث يلتقي التل بالبقعة الساخنة" . مستكشف المحيطات التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي . تم الاسترجاع في 10 أكتوبر 2023 .
  10. ↑ مورغان، جيسون فيبس؛ سميث، والتر إتش إف (1992). "تسطيح منحنى عمق-عمر قاع البحر استجابةً لتدفق الغلاف المائع". مجلة نيتشر . 359 (6395): 524-527 . رمز Bibcode : 1992Natur.359..524M . doi : 10.1038/359524a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4326297 .  
  11. ↑ مورغان، جيسون فيبس؛ سميث، والتر إتش إف (1994). "تصحيح: تسطّح منحنى عمق-عمر قاع البحر استجابةً لتدفق الغلاف المائع" . مجلة نيتشر . 371 (6492): 83. doi : 10.1038/371083a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4270220 .  
  12. ↑ شتاين، كارول أ.؛ شتاين، سيث (1992). "نموذج للتغير العالمي في عمق المحيطات وتدفق الحرارة مع عمر الغلاف الصخري". مجلة نيتشر . 359 (6391): 123-129 . Bibcode : 1992Natur.359..123S . doi : 10.1038/359123a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4272482 .  
  13. ↑ ماكنزي، د؛ جاكسون، ج؛ بريستلي، ك (15-05-2005). "البنية الحرارية للغلاف الصخري المحيطي والقاري". رسائل علوم الأرض والكواكب . 233 ( 3-4 ): 337-349 . doi : 10.1016/j.epsl.2005.02.005 .
  14. ↑ غروز، كريستوفر ج. (2012-06-01). "خصائص الغلاف الصخري المحيطي: تنبؤات نموذج تبريد الصفائح المنقح". رسائل علوم الأرض والكواكب . 333-334 : 250-264 . Bibcode : 2012E & PSL.333..250G . doi : 10.1016/j.epsl.2012.03.037 . ISSN 0012-821X . 
  15. ↑ ميلر، كينيث ج. (2009)، "تغير مستوى سطح البحر، آخر 250 مليون سنة"، في جورنيتز، فيفيان (محرر)، موسوعة علم المناخ القديم والبيئات القديمة ، سلسلة موسوعة علوم الأرض، سبرينغر هولندا، ص 879-887 ، doi : 10.1007/978-1-4020-4411-3_206 ، ISBN  978-1-4020-4551-6

للمزيد من القراءة

ماكنزي، دان (30 مايو 2018). "جيولوجي يتأمل مسيرة مهنية طويلة" . المراجعة السنوية لعلوم الأرض والكواكب . 46 (1): 1-20 . رمز Bibcode : 2018AREPS..46....1M . doi : 10.1146/annurev-earth-082517-010111 . ISSN 0084-6597 .