书籍暂未推出简体中文版——当前显示 العربية 版。
علوم الأرض والفضاء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · 1–9 年级
18تكتونية الصفائح: الأحجية المتحركة
افرد خريطة للعالم على طاولة وانظر إلى شاطئي المحيط الأطلسي. فالانتفاخ الكبير للبرازيل يبدو كأنه صُنع لينزلق في تجويف الساحل الغربي لإفريقيا، كأن أحدًا قطع قطعة واحدة من اليابسة نصفين ثم أبعد النصفين أحدهما عن الآخر. وقد لاحظ ذلك أول من طبعوا خرائط جيدة للساحلين على الفور. وظل الأمر طرفة غريبة ثلاثة قرون. ثم صار في القرن العشرين نقطة انطلاق النظرية التي تفسر اليوم لماذا تهتز الأرض في اليابان، ولماذا ترتفع جبال الأنديز كل هذا الارتفاع، ولماذا تتسع آيسلندا ببطء — ولماذا ليست الخريطة التي على الطاولة إلا لقطة لعالم يتحرك.
ما تعرفه من قبل
للأرض ثلاث طبقات رئيسية: قشرة رقيقة صخرية، ووشاح سميك من الصخر الحار، ولب فلزي؛ وترتفع درجة الحرارة كلما ازداد العمق (الفصل 16). ويُحدَّد موقع المكان على الكرة الأرضية بعرضه الجغرافي وطوله الجغرافي (الفصل 14).
18.1 قارات كانت متلاصقة يومًا
تعريف 18.1 (الانجراف القاري)
الانجراف القاري هو الفكرة القائلة إن القارات تتحرك ببطء على سطح الأرض، فتغيّرت مواقعها، وأشكال المحيطات التي بينها، على مر العصور.
تعريف 18.2 (القارة العظمى)
القارة العظمى كتلة يابسة واحدة مكوَّنة من كل القارات، أو من معظمها، ملتحمة معًا. وآخرها، بانجيا («كل الأراضي» باليونانية)، بدأت تتفكك قبل ما بين نحو 225 و200 مليون سنة.
العالِم الذي دافع عن الانجراف القاري بوصفه نظرية حقيقية، بالأدلة، هو ألفريد فيغنر. وقد جمع أربعة أنواع من الأدلة.
- أشكال السواحل. تتطابق أمريكا الجنوبية وإفريقيا كقطعتين من لعبة التركيب، وكذلك عدة سواحل أخرى.
- الأحافير. توجد أحافير الحيوانات والنباتات نفسها على قارات تفصل بينها اليوم آلاف الكيلومترات من المحيط. والميزوسور زاحف صغير عاش في الماء العذب: ما كان ليستطيع أن يسبح عبر محيط، ومع ذلك توجد أحافيره في البرازيل وفي جنوب إفريقيا معًا.
- الصخور. صخور من الأنواع والأعمار نفسها، وسلاسل جبلية قديمة لها الشكل نفسه، تتوقف عند ساحل ثم تبدأ من جديد على الساحل المقابل، كما تفعل سطور جريدة ممزقة.
- المناخات القديمة. الفحم، المتكوّن من نباتات غابات دافئة مستنقعية، يوجد في القارة القطبية الجنوبية؛ وآثار تركتها أنهار جليدية قديمة توجد في أجزاء من إفريقيا حارة جافة اليوم. فلا بد أن هذه الأراضي كانت يومًا في مناخات أخرى، وعند دوائر عرض أخرى.
لمحة تاريخية — فكرة فيغنر، 1912–1930
عرض ألفريد فيغنر، وهو عالم أرصاد جوية ألماني في الثانية والثلاثين، نظرية الانجراف القاري في مقالين عام 1912. ورفضها معظم الجيولوجيين. وكان أقوى اعتراض أن فيغنر لم يستطع أن يقول ما الذي يحرك القارات: فقد ظن أنها تشق طريقها عبر صخر قاع المحيط، وبيّن الفيزيائي هارولد جيفريز أن القارات الصلبة لا يمكن أن تفعل ذلك دون أن تتحطم. وظل فيغنر يجمع الأدلة حتى مات على الغطاء الجليدي لغرينلاند عام 1930، أثناء بعثة. والجواب الذي كان ينقصه جاء من قيعان المحيطات، التي استُكشفت بعد خمسينيات القرن العشرين: وهو يُروى في سنة لاحقة.
18.2 الصفائح
كانت أدلة فيغنر صحيحة، لكن قاراته لم تكن القطع الصحيحة. فليست القارات وحدها هي التي تتحرك: بل الغلاف الخارجي للأرض كله، تحت القارات وتحت المحيطات على السواء، مكسَّر قطعًا.
تعريف 18.3 (الصفيحة التكتونية)
الصفيحة التكتونية (أو الصفيحة اختصارًا) لوح صخري كبير صلب يشكّل جزءًا من الغلاف الخارجي للأرض. وتتكون الصفيحة من القشرة ومن الجزء العلوي البارد الصلب من الوشاح، ويبلغ سمكهما معًا 80 كيلومترًا على الأقل في المتوسط؛ وهي تتحرك ببطء فوق الوشاح الأشد حرارة والأطرى الذي تحتها.
تعريف 18.4 (تكتونية الصفائح)
تكتونية الصفائح هي النظرية القائلة إن الغلاف الخارجي للأرض مقسَّم إلى صفائح يتحرك بعضها بالنسبة إلى بعض، وإن معظم الزلازل والبراكين والسلاسل الجبلية تنشأ حيث تلتقي الصفائح.
ملاحظة 18.5 (كم عدد الصفائح؟)
نحو اثنتي عشرة صفيحة كبيرة؛ والصغيرة أكثر بكثير. وخريطة مفصلة يستعملها الجيولوجيون تحصي 52 صفيحة. وقد تحمل الصفيحة قارة، أو محيطًا، أو الاثنين معًا: فصفيحة أمريكا الجنوبية تحمل أمريكا الجنوبية كلها والنصف الغربي من جنوب المحيط الأطلسي. أما صفيحة المحيط الهادئ، وهي أكبرها، فتكاد لا تحمل أي يابسة.
كيف نعرف أين تنتهي صفيحة وأين تبدأ التالية؟ انظر إلى حيث تكون الأرض مضطربة.
قضية 18.6 (الزلازل والبراكين ترسم حدود الصفائح)
الزلازل والبراكين ليست مبعثرة عشوائيًا على الأرض: فمعظمها يقع على طول أحزمة ضيقة، وهذه الأحزمة هي حواف الصفائح. فمن بين الزلازل التي بلغت قوتها 6 درجات أو أكثر وسُجّلت بين 1976 و2025، وعددها 7 031، وقع 6 472 — أي 92 % — على بعد أقل من من حد صفائح.
18.3 ثلاثة أنواع من حدود الصفائح
تعريف 18.7 (حد الصفائح)
حد الصفائح هو الخط، أو النطاق الضيق، الذي تلتقي عنده صفيحتان. وبحسب الطريقة التي تتحرك بها الصفيحتان إحداهما بالنسبة إلى الأخرى، يكون الحد من أحد ثلاثة أنواع:
- عند الحد المتباعد تبتعد الصفيحتان إحداهما عن الأخرى؛
- عند الحد المتقارب تقترب الصفيحتان إحداهما من الأخرى؛
- عند الحد التحويلي تنزلق الصفيحتان إحداهما بمحاذاة الأخرى، جنبًا إلى جنب.
مثال 18.8 (حدود متباعدة: آيسلندا وشرق إفريقيا)
في وسط المحيط الأطلسي تمتد سلسلة من الجبال المغمورة، هي ظهرة وسط الأطلسي، حيث تتباعد الصفيحتان الواقعتان على جانبيها. فيصعد صخر حار من الوشاح إلى الفجوة، وينصهر جزئيًا، ويصير قاعًا جديدًا للبحر: فالحد المتباعد يبني صفيحة جديدة. وآيسلندا قطعة من هذه الظهرة ترتفع فوق البحر: وهناك، تتحرك أمريكا الشمالية نحو الغرب وأوراسيا نحو الشرق، فتتمزق الجزيرة ببطء. وبين عامي 1975 و1984، اتسعت الشقوق القريبة من بركان كرافلا، في شمال الجزيرة، بنحو 7 أمتار في المجموع. ويمكن للحد المتباعد أيضًا أن يشق قارة: فعلى طول أخدود شرق إفريقيا، بدأت إفريقيا تنقسم، والبحر الأحمر محيط فتي فصل الجزيرة العربية عن إفريقيا من قبل.
مثال 18.9 (حدود متقاربة: الأنديز والهيمالايا)
قبالة الساحل الغربي لأمريكا الجنوبية، تتحرك صفيحة نازكا، التي تحمل محيطًا، نحو صفيحة أمريكا الجنوبية، التي تحمل قارة. فتنثني الصفيحة المحيطية، وهي الأثقل، وتغوص تحت القارة، عميقًا في الوشاح. وعلى طول الخط الذي تنزل عنده، ينحدر قاع البحر في خندق عميق؛ وفوق الصفيحة الغائصة، تهز الزلازل اليابسة وتصطف عليها البراكين: إنها جبال الأنديز. وفي غرب المحيط الهادئ، حيث تغوص صفيحة محيطية تحت أخرى، تكون الخنادق أعمق الأماكن على الأرض: فعمق خندق ماريانا يقارب . وحين تلتقي قارتان، لا تغوص أي منهما: بل تتجعد القشرة وتزداد سمكًا. وقد اصطدمت الهند بآسيا قبل نحو 50 مليون سنة، ولا تزال الصفيحتان تتدافعان؛ وهكذا ارتفعت جبال الهيمالايا وهضبة التبت.
مثال 18.10 (حد تحويلي: صدع سان أندرياس)
في كاليفورنيا، تنزلق صفيحة المحيط الهادئ نحو الشمال الغربي بمحاذاة صفيحة أمريكا الشمالية على طول صدع سان أندرياس، الذي يبلغ طوله نحو . ولا تُصنع هناك صفيحة ولا تُدمَّر؛ بل تحتك الصفيحتان إحداهما بالأخرى، وهزات ذلك الاحتكاك هي الزلازل.
طريقة 18.11 (التعرف على حد صفائح على خريطة)
لتحديد نوع الحد الذي يفصل بين صفيحتين:
- ابحث، على خريطة لحركات الصفائح، عن الأسهم الواقعة على جانبي الحد؛
- إذا كانت تشير بعيدًا عن الحد، فهو متباعد؛ وإذا كانت تشير نحوه، فهو متقارب؛ وإذا كانت موازية له وتشير في اتجاهين متعاكسين، فهو تحويلي؛
- تحقق بالاستعانة بالمنظر الطبيعي: الظهرة في وسط محيط أو الأخدود الذي يشق قارة يرافقان الحد المتباعد؛ والخندق العميق مع خط من البراكين، أو السلسلة الجبلية العالية، يرافقان الحد المتقارب؛ والصدع المستقيم الطويل الذي لا يرافقه هذا ولا ذاك يرافق الحد التحويلي.
18.4 ما سرعة حركة الصفائح؟
قضية 18.12 (بضعة سنتيمترات في السنة)
تتحرك صفيحتان متجاورتان إحداهما بالنسبة إلى الأخرى بسرعة بضعة سنتيمترات في السنة: من نحو 2 سنتيمتر في السنة عبر شمال الأطلسي إلى أكثر من 14 سنتيمترًا في السنة عبر ظهرة شرق المحيط الهادئ، وهي أسرع الظهرات اتساعًا على الأرض.
طريقة 18.13 (من السنتيمترات في السنة إلى الكيلومترات في المليون سنة)
الكيلومتر الواحد سنتيمتر. فالسرعة التي مقدارها في السنة، إذا استمرت مليون سنة، تقطع إذن سنتيمتر، أي . ومن ثم:
اضرب السرعة بالسنتيمترات في السنة في 10 لتحصل على الكيلومترات في المليون سنة؛ ثم اضربها في عدد ملايين السنين لتحصل على مسافة بالكيلومترات، أو اقسم مسافة على السرعة لتحصل على مدة زمنية.
مثال 18.14 (الأطلسي يتسع)
في المتوسط، يتباعد جانبا ظهرة وسط الأطلسي بنحو في السنة، أي في المليون سنة. وفي 100 مليون سنة يصبح ذلك : فالسرعة البطيئة إلى حد لا يُلحظ في عمر إنسان، إذا استمرت مدة كافية، تفتح محيطًا.
ملاحظة 18.15 (قياس الحركة اليوم)
تُقاس هذه الحركات البطيئة اليوم مباشرة. فمحطات دائمة مثبتة في الصخر الأساسي تستقبل إشارات أقمار تحديد المواقع وتحسب موقعها الخاص، يومًا بعد يوم، بدقة بضعة مليمترات. وعلى مدى بضع سنوات، يُرى أن المحطات الواقعة على صفائح مختلفة تتباعد أو تتقارب، بالسرعات نفسها التي استُنتجت من الصخور على مدى ملايين السنين. أما تحديد المواقع بالأقمار الصناعية نفسه فهو موضوع الفصل 32.
18.5 تمارين
تمرين 18.1 ★
ما الانجراف القاري؟ اذكر أنواع الأدلة الأربعة التي استعملها فيغنر للدفاع عنه.
حل
حل التمرين 18.1.
الانجراف القاري هو الفكرة القائلة إن القارات تتحرك ببطء على سطح الأرض، فتغيّرت مواقعها على مر العصور. أدلة فيغنر: تطابق السواحل (أمريكا الجنوبية وإفريقيا)؛ والأحافير نفسها على قارات تفصل بينها اليوم محيطات؛ والصخور نفسها والسلاسل الجبلية القديمة نفسها على جانبي محيط؛ وآثار مناخات قديمة في غير مكانها (الفحم في القارة القطبية الجنوبية، ورواسب جليدية في إفريقيا الحارة الجافة).
تمرين 18.2 ★
سمِّ الأنواع الثلاثة لحدود الصفائح وقل، لكل منها، كيف تتحرك الصفيحتان إحداهما بالنسبة إلى الأخرى.
حل
حل التمرين 18.2.
المتباعد: الصفيحتان تتباعدان. المتقارب: تقتربان إحداهما من الأخرى. التحويلي: تنزلقان إحداهما بمحاذاة الأخرى، جنبًا إلى جنب.
تمرين 18.3 ★
انظر إلى خريطة الزلازل والبراكين. سمِّ منطقتين من العالم فيهما زلازل كبيرة كثيرة، وقارة تكاد لا توجد زلازل في وسطها.
تمرين 18.4 ★
توجد أحافير الميزوسور، وهو زاحف صغير عاش في الماء العذب، في البرازيل وفي جنوب إفريقيا. لماذا يُعد ذلك دليلًا على أن القارتين كانتا ملتحمتين يومًا؟
حل
حل التمرين 18.4.
لا يستطيع حيوان يعيش في الماء العذب أن يعبر آلاف الكيلومترات من المحيط المالح. فوجوده على الجانبين يعني أن المكانين كانا ملتحمين يومًا باليابسة، في قارة واحدة، حين كان الميزوسور يعيش.
تمرين 18.5 ★★
يوجد الفحم في القارة القطبية الجنوبية. ماذا يخبرنا ذلك عن المناخ الذي تكوّن فيه الفحم، وماذا نستنتج عن موقع القارة القطبية الجنوبية في ذلك الوقت؟
حل
حل التمرين 18.5.
يتكون الفحم من نباتات غابات دافئة رطبة مستنقعية: فقد كان المناخ دافئًا رطبًا. ولا يمكن لمثل هذه الغابات أن تنمو قرب القطب الجنوبي اليوم، لذلك لا بد أن القارة القطبية الجنوبية كانت يومًا أقرب بكثير إلى خط الاستواء: لقد تحركت.
تمرين 18.6 ★★
قل أي نوع من الحدود يوجد في كل من هذه الأماكن: ظهرة وسط الأطلسي؛ والأنديز؛ وصدع سان أندرياس؛ والهيمالايا؛ وأخدود شرق إفريقيا.
تمرين 18.7 ★★
حوّل سرعة مقدارها في السنة إلى كيلومترات في المليون سنة. ما المسافة التي تتباعدها نقطتان على جانبي الحد في 60 مليون سنة بهذه السرعة؟
حل
حل التمرين 18.7.
كيلومترًا في المليون سنة؛ وفي 60 مليون سنة: .
تمرين 18.8 ★★
بين عامي 1975 و1984 — أي تسع سنوات — اتسعت الشقوق القريبة من بركان كرافلا في آيسلندا بنحو في المجموع. ما متوسط الاتساع في السنة، بالسنتيمترات؟ قارنه بمتوسط سرعة ظهرة وسط الأطلسي، نحو في السنة، واقترح سببًا لكون العددين مختلفين إلى هذا الحد.
حل
حل التمرين 18.8.
، و: نحو في السنة، أي نحو 30 ضعف المتوسط البالغ في السنة. فالصفيحتان لا تنزلقان متباعدتين بانتظام عند السطح: بل يتراكم الإجهاد سنوات ثم يتحرر في دفعات قصيرة، حين تنفتح الشقوق بعدة أمتار دفعة واحدة. وعلى مدى فترات طويلة، تتعادل السنوات الهادئة والدفعات في متوسط بضعة سنتيمترات في السنة.
تمرين 18.9 ★★
رُفضت نظرية فيغنر عقودًا. ما السؤال الذي لم يستطع أن يجيب عنه؟ وماذا تغيّر نظرية تكتونية الصفائح في صورته عن القارات المتحركة؟
تمرين 18.10 ★★
انظر إلى المقطع عبر حدين من حدود الصفائح. أين يكون قاع البحر في أعلى ارتفاع له، وأين يكون في أعمق نقطة؟ وأين تُصنع صفيحة جديدة، وأين تعود صفيحة إلى الوشاح؟
تمرين 18.11 ★★★
عبر ظهرة شرق المحيط الهادئ تتباعد الصفيحتان بنحو في السنة، وعبر ظهرة شمال الأطلسي بنحو في السنة. كم مرة تكون ظهرة شرق المحيط الهادئ أسرع (قرّب إلى أقرب عدد صحيح)؟ وكم من الوقت تستغرق كل ظهرة لتفتح من قاع المحيط الجديد؟
حل
حل التمرين 18.11.
: أسرع بنحو 6 مرات. وبالكيلومترات في المليون سنة، السرعتان 142 و22. والمدتان اللازمتان لفتح : ملايين سنة لظهرة شرق المحيط الهادئ؛ و مليون سنة لظهرة شمال الأطلسي.
تمرين 18.12 ★★★
من بين الزلازل التي بلغت قوتها 6 درجات أو أكثر وسُجّلت من 1976 إلى 2025، وعددها 7 031، وقع 4 578 على بعد أقل من من خط حد الصفائح المرسوم على الخريطة، و6 472 على بعد أقل من ، و6 786 على بعد أقل من . (أ) كم زلزالًا وقع على بعد يتراوح بين و من الخط؟ (ب) احسب، مقرّبة إلى أقرب عدد صحيح، النسبة المئوية من كل هذه الزلازل التي وقعت على بعد أقل من من الخط. (ج) كثير من الزلازل الواقعة على بعد يتراوح بين و من الخط تقع على الجانب نفسه من خندق محيطي عميق. مستعينًا بما يحدث عند الحد المتقارب، اشرح لماذا يمكن لزلزال سببه حد صفائح أن يقع بعيدًا إلى هذا الحد عن الخط المرسوم على الخريطة.
حل
حل التمرين 18.12.
(أ) زلزالًا. (ب) ، أي 65 %. (ج) الخط المرسوم على الخريطة يحدد الخندق، حيث تبدأ الصفيحة المحيطية بالغوص. والصفيحة لا تنزل عموديًا: بل تغوص مائلة تحت الصفيحة الأخرى، أعمق فأعمق كلما تقدمت تحتها. وتقع الزلازل على طول الصفيحة الغائصة كلها، لذلك يقع كثير منها تحت الصفيحة العلوية، على الجانب نفسه من الخندق، على بعد عشرات أو مئات الكيلومترات من الخط. فحد الصفائح نطاق، لا خط رفيع.
18.6 مسألة: انفتاح جنوب الأطلسي
مسألة 18.1
مسألة نهاية الأسبوع — قياس محيط على الخريطة ومعرفة المدة التي استغرقها انفتاحه
على خريطة لجنوب الأطلسي، يتتبع تلميذ دائرة العرض جنوبًا. فهي تغادر ساحل أمريكا الجنوبية قرب ريو دي جانيرو، عند خط الطول غربًا، وتعبر المحيط وظهرة وسط الأطلسي، وتصل إلى ساحل إفريقيا قرب خليج والفيس، عند خط الطول شرقًا. وعلى دائرة العرض هذه، تقيس درجة الطول الواحدة . وعبر الظهرة، عند هذا العرض، تتباعد صفيحتا أمريكا الجنوبية وإفريقيا بسرعة في السنة.
الجزء الأول — أدلة التطابق.
- على خريطة الأحافير في هذا الفصل، سمِّ الأحافير التي تعبر أشرطتها من أمريكا الجنوبية إلى إفريقيا.
- لماذا لا يمكن تفسير أحافير الميزوسور بحيوان سبح من قارة إلى أخرى؟
- أي جزء من أمريكا الجنوبية يتطابق مع أي جزء من إفريقيا؟
- ما نوع حد الصفائح الذي يمتد في وسط جنوب الأطلسي اليوم؟ وكيف تتحرك الصفيحتان هناك؟
الجزء الثاني — قياس المحيط.
- كم درجة طول تفصل بين الساحلين على طول دائرة العرض جنوبًا؟
- ما عرض المحيط، بالكيلومترات، على طول دائرة العرض هذه؟ قرّب إلى أقرب عشرة كيلومترات.
- عند خط الاستواء، تقيس درجة الطول الواحدة . فلماذا لا تقيس إلا عند جنوبًا؟
- تمتد الظهرة تقريبًا في وسط المحيط. فعلى أي بعد تقريبًا من الظهرة يقع كل ساحل؟
الجزء الثالث — عمر المحيط.
- حوّل السرعة التي تتباعد بها الصفيحتان إلى كيلومترات في المليون سنة.
- لو أن المحيط انفتح دائمًا بهذه السرعة، فكم مليون سنة كان سيستغرق ليبلغ عرضه الحالي؟ قرّب إلى أقرب عشرة ملايين سنة.
- يؤرخ الجيولوجيون تفكك بانجيا بما بين نحو 225 و200 مليون سنة مضت، ويقولون إن الأطلسي اتسع خلال آخر 100 إلى 200 مليون سنة. هل يتفق جوابك مع ذلك؟
- اذكر سببًا واحدًا يجعل العمر الحقيقي لجنوب الأطلسي قد يختلف عن العمر الذي وجدته.
حل
حل المسألة 18.1.
1. الميزوسور والكينوغناثوس والغلوسوبتيريس (أما شريط الليستروسورس فيصل إفريقيا بالهند والقارة القطبية الجنوبية).
2. كان يعيش في الماء العذب: فما كان ليستطيع أن يعبر محيطًا مالحًا عرضه آلاف الكيلومترات.
3. يتطابق انتفاخ شمال شرق البرازيل مع تجويف خليج غينيا، على الساحل الغربي لإفريقيا.
4. حد متباعد، هو ظهرة وسط الأطلسي: تتحرك صفيحة أمريكا الجنوبية نحو الغرب والصفيحة الإفريقية نحو الشرق، مبتعدتين إحداهما عن الأخرى.
5. يقع الساحلان على جانبين متقابلين من خط الزوال الأصلي: .
6. : نحو .
7. تتقارب خطوط الزوال كلما اتجهنا من خط الاستواء نحو أحد القطبين. ودائرة العرض جنوبًا دائرة أصغر من خط الاستواء، لذلك تكون كل درجة من درجاتها، وعددها 360، أقصر.
8. نحو نصف العرض: .
9. كيلومترًا في المليون سنة.
10. : نحو 170 مليون سنة.
11. نعم: 170 مليون سنة تقع بين 100 و200 مليون سنة، وهي تأتي بعد بدء تفكك بانجيا، قبل 225 إلى 200 مليون سنة. فالحساب البسيط على خريطة يعطي رتبة المقدار الصحيحة.
12. مثلًا: لم تكن السرعة واحدة طوال الوقت؛ وقد تمددت القارات وترققت قبل أن تنقسم، لذلك ليست سواحل اليوم هي الخط الذي انفصلت عنده تمامًا.