13تشريح حزام جبلي: جبال الألب

قمّة الماترهورن مصنوعة من نيس وغابرو كانا يومًا جزءًا من هامش أبوليا، القارة التي كانت تقع في جهة إفريقيا من محيط زائل. والمنحدرات التي تحتها هي قاع ذلك المحيط، سربنتينيت وغابرو وبازلت وسادي تحوّل إلى إكلوجيت، وتحت ذلك، في جبل مونتي روزا المجاور، تقع حافة أوروبا. فمن يتسلّق عبر الركام يعبر من قارة، مرورًا بمحيط، إلى الأخرى. يقرأ هذا الفصل جبال الألب بوصفها ركامًا من هذا النوع: من أين جاءت قطعه، وكيف كُدّست، وكم من الأرض التهم التكديس، وماذا ترى الجيوفيزياء تحته.

ما تعرفه من قبل

من مجلد المرحلة الثانوية: التصادم القاري، والدرز، وتقصّر طبقة (نسبة طولها المفقودة)، والصدوع المعكوسة والدفعية. من مجلد السنة الأولى: الخرائط الجيولوجية والمقاطع العرضية؛ والصدوع العادية والمعكوسة والدفعية، والطيّات والاتجاه الانقلابي؛ والهوامش السلبية؛ والقشرة المحيطية، والحمم الوسادية ومجمع القواطع المصفوفة؛ والهوامش النشطة والكومة التراكمية؛ والتوازن الأيزوستاتي، وجذر إيري وشذوذ بوغيه؛ والحوض الأمامي الجبلي المذكور بين الأحواض الرسوبية. من الفصل 10: سحنتا الشيست الأزرق والإكلوجيت. من الفصل 11: مسارات الضغط–الحرارة–الزمن، ومعدّلات الاستخراج والتحوّل فائق الضغط.

تعريف 13.1 (الأوروجين)

الأوروجين حزام من الليثوسفير تقصّر وثخن بفعل تقارب صفيحتين، مع الصخور التي تشوّهت وتحوّلت فيه؛ والسلسلة الجبلية هي تعبيره السطحي، والقشرة المثخنة تحتها هي جذره.

13.1 محيط زائل

تسجّل جبال الألب انغلاق محيطات بينما كانت الصفيحتان الإفريقية والأوروبية تتقاربان. وأهمّها تيثيس الألبي، المكوّن من فرعين. فرعه الجنوبي، محيط بييمونت–ليغوريا، بدأ يتباعد في الجوراسي الأوسط، حين كان الأطلسي الأوسط ينفتح: فتيثيس الألبي ينتمي حركيًا إلى انفتاح الأطلسي، بخلاف المحيطات التيثيسية الواقعة أبعد شرقًا. والراديولاريت، وهي أوحال سيليسية من أعماق البحر تحوّلت إلى صخر، والحجر الجيري ذو الأبتيخوس، أعقبت بدء التباعد، ولا تزال تميّز بقاياه. وفرع شمالي ضيّق، محيط فاليه، انفتح على الأرجح في مطلع الطباشيري. وبين الفرعين كانت تقع شريحة من القارة، شريط البريانسوني، الذي يرقّ نحو الشرق ويغيب عن الألب الشرقية.

إلى الشمال كان المحيط محدودًا بالهامش السلبي لأوروبا، موضوع فصل الشقوق والهوامش في مجلد السنة الأولى. وإلى الجنوب كانت تقع أبوليا: كل الأرض القارية جنوب تيثيس الألبي وشمال النيوتيثيس الأحدث، بما فيها المقدّمة التي تقع اليوم جنوب الألب. وقمّة الماترهورن قطعة منها.

تحدّد الخريطة أدناه موقع الحزام والأماكن المذكورة في هذا الفصل.

كيف يمكن معرفة محيط زال؟ بقطع من قاعه أفلتت من الاندساس وعلقت في الحزام الجبلي.

تعريف 13.2 (الأوفيوليت؛ متتالية بنروز الأوفيوليتية)

الأوفيوليت مجموعة مميّزة من الصخور المافية إلى فوق المافية، وهو قطعة من الليثوسفير المحيطي توجد اليوم على اليابسة. ومتتالية بنروز الأوفيوليتية هي المجموعة الكاملة التي عرّفها مؤتمر للجيولوجيين عام 1972؛ من الأسفل إلى الأعلى:

1. مركّب فوق مافي من الهارزبورغيت واللرزوليت والدونيت، عادةً ذو نسيج تشوّه اكتسبه في الحالة الصلبة؛
2. مركّب غابروي، عادةً ذو أنسجة تراكمية؛
3. مجمع قواطع مصفوفة مافي؛
4. مركّب بركاني مافي، وسادي في الغالب.

كان تعريف بنروز توافقًا، انتُقد منذ البداية، ولا يزال مقبولًا عمومًا. ومتتاليته هي تطبّق القشرة المحيطية والوشاح العلوي الذي عرضه مجلد السنة الأولى: حمم وسادية فوق قواطع مصفوفة فوق غابرو فوق الوشاح. لكن الأوفيوليتات ليست قاع محيط متوسطًا. فمعظم القشرة السحيقة، قشرة المحيطات الواسعة، يستهلكه الاندساس؛ وقد رأى كولمان أن أوفيوليتات الأحزمة الألبية والكورديليرية تكوّنت أساسًا عند مراكز التباعد في أحواض محيطية صغيرة أو بين أقواس جزرية، وأن الأوفيوليتات التيثيسية تكوّنت حيث رقّت القشرة القارية على امتداد هوامش سلبية حتى انفتح محيط صغير.

تنسجم الأوفيوليتات الألبية مع هذه الصورة. فالوحدات المشتقّة من محيط بييمونت–ليغوريا بقايا من الليثوسفير المحيطي ومن وشاح رُفع من تحت القارة المرقّقة، أي الوشاح تحت القاري، وتكشّف على قاع البحر. وفي شونايي، في الألب الغربية، يُظهر أفضلها حفظًا وشاحًا متكشّفًا، وغابرو، ومتتالية شهيرة من البازلت الوسادي، دون غطاء رسوبي. وتُظهرها الصورة أدناه.

يمكن تأريخ قاع المحيط حيث تبلور غابروه. فزركونات من غابروين متحوّلين في أوفيوليت زيرمات–ساس، تحت الماترهورن، تعطي $164.0 \pm 2.7\,\mathrm{Ma}$ و$163.5 \pm 1.8\,\mathrm{Ma}$، والرسوبيات الغنية بالمنغنيز المترسّبة على البازلت لا يزيد عمرها على $161 \pm 11\,\mathrm{Ma}$: فقد كان قاع محيط بييمونت–ليغوريا يتكوّن في الجوراسي، قبل نحو $164\,\mathrm{Myr}$.

13.2 اندساس محيط، ثم قارة

ينغلق المحيط بالاندساس. غير أن بعض قاعه ينتهي فوق قارة لا تحتها، وبعض القارات تتبع المحيط إلى الأسفل.

تعريف 13.3 (الإركاب؛ الاندساس القاري)

الإركاب هو تموضع لوح من الليثوسفير المحيطي فوق هامش قاري، فيركب الأوفيوليت فوق القارة. والاندساس القاري هو نزول ليثوسفير قاري، تجرّه الكتلة المحيطية المتّصلة به، في نطاق اندساس بعد أن يُستهلك المحيط الذي أمامه.

حدث الإركاب في الديناريدات، جنوب شرق الألب: فأوفيوليتات محيط فاردار الجوراسي، وهي نفسها من الجوراسي الأوسط، دُسرت في الجوراسي المتأخر فوق موشور تراكمي وفوق هامش أبوليا. وظُنّ طويلًا أن الإركاب وضع أوفيوليت شونايي أيضًا، لأن صخوره لا تُظهر إلا تحوّلًا ألبيًا منخفض الدرجة جدًّا. لكن دراسة حديثة وجدت بقايا من اللوسونيت والأومفاسيت في غابروه وألبيتيته، تضع ذروته الألبية عند 10 إلى $11\,\mathrm{kbar}$ و340 إلى $360\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: أي وزن ركام من الأغطية الزاحفة سمكه نحو 35 إلى $40\,\mathrm{km}$. ويستنتج المؤلّفون أن شونايي قد اندسّ، لا أُركب، وهو تذكير بأن قراءة الأوفيوليت تستند إلى تاريخه التحوّلي بقدر ما تستند إلى صخوره.

المحيط ينزل

في الطباشيري صار الهامش الجنوبي، الأبولي، لمحيط بييمونت–ليغوريا هامشًا نشطًا: فامتلأ خندقه بالطين الصفحي والحجر الرملي، وهي اليوم الشيستات الكلسية المسمّاة بوندنرشيفر أو الشيست اللامع. وتسجّل الألب الشرقية أيضًا تصادمًا أقدم، هو انغلاق خليج من محيط آخر، ميلياتا، في أبوليا، مع ذروة ضغط مرتفع نحو $100\,\mathrm{Ma}$: فالألب نتاج تكوّنين جبليين، أحدهما طباشيري والآخر ثلاثي.

نزل أوفيوليت زيرمات–ساس إلى سحنة الإكلوجيت في الفصل 10: فقد بلغت إكلوجيتاته 550 إلى $600\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و2.5 إلى $3.0\,\mathrm{GPa}$، وبُلغت ذروة الضغط بين 48 و$44\,\mathrm{Ma}$. وشريحة منه، في بحيرة تشينيانا، تحوي الكوسيت وماسًا مجهريًا في صخور بدأت بازلتًا ورسوبيات قاع محيط؛ وقد بلغت نحو $615\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و$2.8\,\mathrm{GPa}$، وتؤرّخ زركوناتها تلك النقطة الأعمق بالعمر $44.1 \pm 0.7\,\mathrm{Ma}$. فقاع محيط وُلد قبل $164\,\mathrm{Myr}$ اندسّ، وعمره 120 مليون سنة، إلى أعماق $90\,\mathrm{km}$ أو أكثر، ثم عاد.

القارة تتبعه

حين زال المحيط، جُرّ هامش أوروبا وراءه. فكوارتزيتات كتلة دورا مايرا الحاملة للكوسيت، التي مرّت في الفصل 11، قشرة قارية من الجهة الأوروبية للمحيط بلغت أكثر من $90\,\mathrm{km}$، قبل نحو $35\,\mathrm{Myr}$، وعادت بسرعة الصفائح. وتأريخ صخور الضغط المرتفع عبر الحزام يعطي ترتيبًا: هامش أبوليا نفسه (نطاق سيزيا) في الطباشيري المتأخر، وأوفيوليتات محيط بييمونت–ليغوريا نحو $44\,\mathrm{Ma}$، والقشرة القارية الأوروبية في الإيوسين المتأخر. ويقرؤه روباتو ومعاونوه على أنه ثلاث نوبات من الاندساس تتقدّم زمنيًا من الجنوب الشرقي إلى الشمال الغربي، نحو أوروبا.

أعقب ذلك التصادم: فقد انغلق محيط فاليه، آخر شريط محيطي، خلال الإيوسين الأوسط إلى المتأخر، ومنذ ذلك الحين كُدّست قشرة قارية فوق قشرة قارية. ويلخّص الشكل أدناه هذا التسلسل.

13.3 الأغطية الزاحفة والكليبات والنوافذ

لم تُكدَّس قطع المحيط والقارة كاملة. بل كُشطت شرائح رقيقة ونُقلت بعيدًا.

تعريف 13.4 (الغطاء الزاحف؛ ركام الأغطية الزاحفة)

الغطاء الزاحف صفيحة صخرية كبيرة، سمكها غالبًا بضعة كيلومترات وطولها عشرات الكيلومترات، نُقلت على امتداد صدع دفعي قليل الميل أو في الجناح المقلوب لطيّة مضطجعة كبيرة بعيدًا عن مكان نشأتها؛ وصخور الغطاء الزاحف دخيلة، والتي بقيت في مكانها أصيلة. وركام الأغطية الزاحفة كومة من الأغطية الزاحفة تأتي فيها الأغطية الأعلى بنيويًا عادةً من مواضع أعمق داخل الأوروجين.

في الألب يكون ترتيب التكديس هو جغرافيا المحيط الزائل مقلوبة رأسًا على عقب، وتُسمّى الوحدات بحسب منشئها (الجدول أدناه).

الوحدة (من الأعلى إلى الأسفل)	المنشأ والصخور
الأغطية الأوسترو ألبية	هامش أبوليا شمال الخط المحيط بالأدرياتيكي: شرائح من القاعدة والغطاء الرسوبي انفصلت عن قشرتها السفلى
أغطية مارنيا–سيزيا (نطاق سيزيا، دان بلانش)	شظايا انشقّت عن أقصى هامش أبوليا حين انفتح المحيط
الأغطية البينينية العليا	محيط بييمونت–ليغوريا: أوفيوليتات، ووشاح متكشّف، وشيستات كلسية
الأغطية البينينية الوسطى	القارة الشريطية البريانسونية
الأغطية البينينية السفلى	محيط فاليه: أوفيوليتات وشيستات كلسية
الأغطية تحت البينينية	قاعدة أوروبية انفصلت عن قشرتها السفلى
الأغطية الهلفيتية	غطاء غني بالحجر الجيري من الهامش الأوروبي القريب، انفصل عن قاعدته
الألب الجنوبية	أبوليا جنوب الخط المحيط بالأدرياتيكي: حزام طيّات ودفع متّجه جنوبًا، ميوسيني في معظمه، سمكه من 10 إلى $15\,\mathrm{km}$

الصفيحة العليا، أبوليا، تقع في القمّة؛ وتحتها تأتي، بالترتيب، المحيط البعيد، ثم البريانسوني، ثم المحيط القريب والهامش الأوروبي، والوحدات الأدنى هي تلك التي كانت الأقرب إلى أوروبا. والطيّات الكبيرة التي أعادت طيّ الأغطية بعد تكديسها تُخلّ أحيانًا بالترتيب، وبعض الشرائح، كالبريانسوني، تتلاشى على امتداد الحزام.

ثم يقطع الحتّ الركام، فيظهر شكلان على الخريطة.

تعريف 13.5 (الكليب؛ النافذة التكتونية)

الكليب (والجمع كليبات) بقية معزولة من غطاء زاحف، تُركت قائمة على الصخور التي تحتها حين أزال الحتّ بقية الصفيحة؛ ويحيط بها صدعها الدفعي القاعدي. والنافذة التكتونية فتحة حُتّت عبر غطاء زاحف، تظهر فيها الصخور التي تحت صدعه الدفعي القاعدي، ويحيط بها الغطاء.

الألب مليئة بالاثنين. فالماترهورن كليب: قمّته تنتمي إلى منظومة دسر دان بلانش، وهي بقية منعزلة من صخور أبولية قائمة فوق الموشور كله، ونيسها وغابروها من العصر البرمي يرتكزان على أوفيوليتات غطاء زيرمات–ساس ونطاق كومبان، اللذين يرتكزان بدورهما على غطاءي مونتي روزا وسان برنار الكبير في الجهة الأوروبية (الصورة أدناه). وعند الجبهة الشمالية للألب الغربية، تشكّل أغطية رسوبية آتية من أعماق الحزام جبال ما قبل الألب الروماندية وكليبات وسط سويسرا. وفي الألب الشرقية تنفتح نافذتان عبر الغطاء الأوسترو ألبي: نافذة إنغادين، حيث تظهر شيستات محيط فاليه مع شيستات زرقاء تحت آخر بقايا البريانسوني، ونافذة تاورن الأكبر، حيث يخرج الهامش الأوروبي وشرائح من تيثيس الألبي من تحت الأغطية الأوسترو ألبية.

أسطح الانفصال والجلدان

تتحرّك الأغطية الزاحفة والصفائح الدفعية على أسطح ضعف.

تعريف 13.6 (سطح الانفصال)

سطح الانفصال سطح قليل الميل تنفصل على امتداده متتالية من الصخور عن تلك التي تحتها وتنزلق فوقها، ويتشوّه كل جانب مستقلًّا عن الآخر؛ وهو يتبع عادةً طبقة ضعيفة كالمتبخّرات أو الطين الصفحي.

تعريف 13.7 (التكتونية الرقيقة الجلد والتكتونية السميكة الجلد)

التكتونية الرقيقة الجلد هي تشوّه غطاء رسوبي منفصل عن قاعدته على امتداد سطح انفصال قاعدي: فيُطوى الغطاء ويُدسر بينما تبقى القاعدة تحته غير مشوّهة. والتكتونية السميكة الجلد هي تشوّه تشارك فيه القاعدة، إذ يتقصّر الغطاء والقاعدة معًا على صدوع تقطع نزولًا إلى القاعدة.

تعريف 13.8 (حزام الطيّات والدفع)

حزام الطيّات والدفع حزام من الطيّات والصدوع الدفعية يقصّر الجزء الخارجي من الأوروجين ويمتدّ نحو مقدّمته؛ وتصعد الصدوع الدفعية درجيًا من سطح الانفصال عبر الطبقات، وتنمو الطيّات فوقها.

للألب الجلدان كلاهما. فالأغطية الهلفيتية حزام طيّات ودفع رقيق الجلد، أي الحجر الجيري الميزوزوي للهامش الأوروبي القريب منفصلًا عن قاعدته. وقاعدتها دسر غلاروس، حيث ترتكز الطبقات الحمراء البرمية على فليش سينوزوي. أمّا في الميوسين، على النقيض، فقد دُسرت إلى الأعلى كتل من قاعدة الكتل الخارجية، أي قاعدة أوروبية مقصّرة ومثخنة (كتل آر، ومون بلان، وبيلدون، وبيلفو، وأرجنتيرا)، مع غطائها: دسر سميك الجلد.

الجورا، قوس السلاسل شمال غرب السهل السويسري، هو المثال الكلاسيكي على الجلد الرقيق. ففي الميوسين المتأخر والبليوسين طُوي غطاؤه الميزوزوي ودُسر فوق سطح انفصال في متبخّرات الترياسي الأوسط والأعلى الضعيفة، بينما لم تشارك القاعدة التي تحته، وهي تمتدّ من الكتل الخارجية تحت حوض المولاس: ففي القراءة الكلاسيكية، جاء الدفع من الكتل الخارجية البعيدة. وقد أضاف علم الزلازل منذ ذلك الحين فصلًا سميك الجلد. فزلازل سان أورسان عام 2000 كان مصدرها على عمق أقل من كيلومتر وآليتها دفعية، أي دسر ضحل نشط في الغطاء، بينما تجد دراسات أخرى صدوعًا قاعدية أُعيد تنشيطها منذ أواخر البليوسين. أمّا هل لا يزال الجورا منفصلًا عن قاعدته فمسألة خلافية.

في الميدان — قراءة تماسّ دفعي

بين فليمس وبحيرة فالن في شرق سويسرا يمتدّ دسر غلاروس، أحد أبرز الصدوع الدفعية الكبيرة القليلة الميل في الألب. وعلى امتداده ترتكز طبقات حمراء برمية، هي الفيروكانو، فوق فليش سينوزوي، صخور أقدم بكثير فوق صخور أحدث. وبينهما، تشكّل شريحة رقيقة شديدة القصّ من الحجر الجيري التماسَّ: حجر لوخزايتن الجيري، الذي تركّزت عليه الإزاحة، وهي 30 إلى $40\,\mathrm{km}$ على الأقل. وفي القرن التاسع عشر قرأ هايم البنية على أنها طيّتان هائلتان مقلوبتان متقابلتان؛ وكان إيشر فون دير لينت قد قرأها دسرًا واحدًا، فغلبت قراءة الدسر. والجيولوجي الذي يلقى مثل هذا التماسّ يتحقّق من ثلاثة أمور: هل ترتكز صخور أقدم على أحدث، وهو ما لا يستطيعه أيّ تطبّق عادي؛ وهل تنقطع الطبقات على جانبي التماسّ عنده؛ وهل التماسّ نفسه شريط من صخر مقصوص معاد التبلور لا مستوى تطبّق.

13.4 الأحواض الأمامية الجبلية: الفليش والمولاس

الحزام الجبلي يُثقل الصفيحة التي يركبها، فتنثني الصفيحة إلى الأسفل أمامه.

تعريف 13.9 (الحوض الأمامي الجبلي؛ الفليش؛ المولاس)

الحوض الأمامي الجبلي حوض رسوبي مستطيل يتكوّن بين أوروجين والقارة المستقرة أمامه، حيث تنثني الصفيحة إلى الأسفل بفعل حمل الموشور الدفعي؛ ويكون أعمق ما يكون بجوار جبهة الدفع، ويُدسر فوقه هو نفسه تدريجيًا. والفليش هو ملء المياه العميقة في مثل هذا الحوض، وهو أساسًا عكارات من الحجر الرملي والطين الصفحي ترسّبت بينما الحوض ناقص الملء. والمولاس ملؤه اللاحق البحري الضحل والقاري، وهو أساسًا كونغلوميرات وأحجار رملية من الحزام المتآكل، ترسّبت حين يملأ الإمداد الحوض.

الانثناء انثناء مرن لليثوسفير، يتناوله فصل في مجلد السنة الثالثة؛ وهنا لا يهمّ إلا أثره في الحوض. وقد وصف سنكلير الحوض الأمامي الألبي المبكر، من عمر الباليوسين إلى الأوليغوسين، بأنه «ثالوث ناقص الملء»: أحجار جيرية على الجانب القاري، وطين نصف بحري سحيق في الوسط، وعكارات المياه العميقة بمحاذاة جبهة الدفع. ومع تقدّم الصدوع الدفعية، تحرّك الحوض معها: فعبر سويسرا زحف خط ساحله القاري نحو الشمال الغربي بمعدل 8.5 إلى $12.9\,\mathrm{mm}$ في السنة، وهاجر الحوض بشكل شبه ثابت على مدى $210\,\mathrm{km}$ على الأقل فوق الصفيحة الأوروبية.

بدأ حوض المولاس الألبي الشمالي، الممتدّ من الألب البحرية إلى فيينا، يهبط في الإيوسين المتأخر. ويسجّل فليش الأوليغوسين الأسفل، الموجود اليوم فوق الأغطية الهلفيتية، آخر مرحلة للمياه العميقة؛ ومن الأوليغوسين المتأخر إلى الميوسين المتأخر، نشرت الأنهار حصى ورمالًا قارية من الجبال الفتية. والاسم قديم: فقد أدخل ه.-ب. دو سوسير مصطلح المولاس عام 1779. ويثخن الملء نحو الحزام: ففي القطاع النمساوي، إلى أكثر من $4000\,\mathrm{m}$ عند جبهة الدفع، وفي موضع آخر من الحوض يبلغ سمك متتالية واحدة من كونغلوميرات الأنهار من الأوليغوسين المتأخر نحو $4\,\mathrm{km}$. والجزء الجنوبي من الحوض قد دُسر فوقه: فحزام التكشّف النمساوي، الذي عرضه نحو $60\,\mathrm{km}$، أقل من ربع العرض السابق للحوض. والمولاس المدسور فوقه نفسه عالق في الصدوع الدفعية بوصفه المولاس تحت الألبي، شرائح من الكونغلوميرات مائلة جنوبًا على امتداد الحافة الشمالية للحزام.

جنوب الألب، يقع سهل البو على المقدّمة الأدرياتيكية القليلة التشوّه للألب الجنوبية. وأحدث رسوبياته، من البليوسين والبليستوسين، تغطّي جزئيًا البنى الألبية بعدم توافق وتشوّهها جزئيًا آخرُ الصدوع الدفعية للألب الجنوبية وللأبينيني.

13.5 قراءة التاريخ: المقاطع والجيوفيزياء

تُظهر الخريطة أين تقع الوحدات؛ ويُظهر المقطع العرضي كيف تقع تحت السطح، ويمكن اختباره.

تعريف 13.10 (المقطع العرضي المتوازن)

المقطع العرضي المتوازن مقطع عرضي لصخور مشوّهة، مرسوم موازيًا لاتجاه النقل، يمكن إرجاعه إلى حالة غير مشوّهة معقولة جيولوجيًا دون كسب صخر أو فقده: فأطوال الطبقات الدليلية ومساحات الوحدات الصخرية في المقطع محفوظة بين الحالة المشوّهة والحالة المُرجَعة.

يُثبَّت الإرجاع بواسطة خطوط التثبيت، وهي خطوط تقطع الطبقات عند طرفي المقطع، تُختار حيث لم تنزلق الصخور بعضها على بعض.

قضية 13.11 (توازن طول الخط وتوازن المساحة)

بين خطّي تثبيت تفصل بينهما مسافة $l$ في الحالة المشوّهة، لتكن لطبقة دليلية طول $l_0$ مقيس على امتداد الطبقة، ولتكن لطبقة سمكها الأصلي $t$ مساحة مقطع عرضي $A$. إذا كان الطول والمساحة محفوظين في مستوى المقطع،

1. فقد كان طول الطبقة $l_0$ قبل التشوّه، والتقصّر هو $e = 1 - l/l_0$ ومسافة التقصّر هي $S = l_0 - l$؛
2. والطول المُرجَع للطبقة هو $l_0 = A/t$؛
3. وإذا كان أفق دليلي يقع على عمق $d$ فوق سطح انفصال مستوٍ، فإن مساحة الصخر المرفوعة فوق المستوى الأصلي للأفق، أي المساحة الزائدة $A_e$، تساوي $S\,d$؛ ومنه $d = A_e/S$.

طريقة 13.12 (إرجاع مقطع)

1. اختر مقطعًا موازيًا لاتجاه النقل وخطّي تثبيت حيث لم يكن انزلاق بين الطبقات.
2. قِس كل طبقة دليلية على امتداد طولها بين خطّي التثبيت، مع عدّ كل جزء كرّره صدع دفعي.
3. افرد الطبقات مستوية بأطوالها المقيسة، مع الحفاظ على ترتيب الطبقات، وأعد رسم الصدوع على المقطع المُرجَع: يجب أن تتطابق نقاط قطعها، دون فجوات أو تراكبات.
4. قارن: طبقات الصفيحة الدفعية الواحدة يجب أن تُرجَع إلى الطول نفسه؛ ومساحات الطبقات، مقسومةً على سمكها، يجب أن تعطي الأطوال نفسها أيضًا. والمقطع الذي يفشل غير مقبول كما رُسم.

التوازن اختبار للمقطع، لا برهان عليه، وافتراضاته مهمّة. ففي الجورا قرب شاسرال، يعطي توازن طول الخط لقمّة الجوراسي $5.1\,\mathrm{km}$ من الإزاحة، لكن توازن المساحة والنمذجة الأمامية يعطيان $11.3\,\mathrm{km}$: فالقدر الإضافي $6.2\,\mathrm{km}$ نُقل على امتداد سطح انفصال ثانٍ أعلى في الطين الصفحي الجوراسي ومُرّر إلى طيّات أبعد شمالًا. فقد فاتت طبقةً دليلية واحدة نصفُ الحركة. والدراسة نفسها وزنت، ولم تحتج إلى، قراءتين أخريين شائعتين في الجورا: مرتفعات قاعدية تدفع الطيّات إلى الأعلى، ونوى طيّات محدّبة ثخنت بمتبخّرات ترياسية تدفّقت إليها، وهي عملية تُبطل توازن المساحة، لأن طبقة المتبخّرات لم تعد تحافظ على سمكها.

كم من التقصّر؟

بتطبيقه على مقاطع كاملة، يعطي التوازن التقصّر الكلي للحزام، وتختلف الأجوبة باختلاف الافتراضات. فعبر الألب الوسطى، على امتداد المقطع NFP-20، كانت التقديرات للتقصّر التصادمي نحو $125\,\mathrm{km}$ في أعمال سابقة، و$160\,\mathrm{km}$ في تجميع عام 2015، و$144\,\mathrm{km}$ في مراجعة عام 2021؛ وإضافة الانزلاق الأيمن على الخط المحيط بالأدرياتيكي، الذي حرّك أبوليا جانبيًا على امتداد الحزام، ترفع التقارب الكلي إلى ما بين 206 و$250\,\mathrm{km}$، بحسب مقدار الانزلاق المفترض. وفي الألب الغربية تتراوح التقديرات من 124 إلى $243\,\mathrm{km}$. وكل واحد منها مجموع قطع مُرجَعة، لكلٍّ منها خطوط تثبيتها وتخميناتها الخاصة عمّا أزاله الحتّ والاندساس.

ما تراه الجيوفيزياء

تستند المقاطع في العمق إلى الجيوفيزياء. فقد أُجريت مقاطع انعكاس زلزالي عميق عبر الحزام (ECORS–CROP في الألب الغربية، وNFP-20 الغربي والشرقي في سويسرا، وTRANSALP في الشرق)، والشبكات الكثيفة من أجهزة رصد الزلازل ترسم اليوم خريطة الموهو من دوال المستقبِل، أي تحوّلات الموجات P البعيدة المصدر إلى موجات S عند قاعدة القشرة. وخريطة AlpArray، المبنية من أكثر من مئة ألف دالة مستقبِل، تجد الموهو على عمق نحو $30\,\mathrm{km}$، وهو المعتاد في القارات، حول الحزام، وعلى عمق 55 إلى $60\,\mathrm{km}$ تحت الألب؛ وينحدر الموهو الأوروبي بلطف من نحو $30\,\mathrm{km}$ في الشمال الغربي إلى نحو $55\,\mathrm{km}$ تحت السلسلة. ويلخّص المقطع التخطيطي أدناه كيف تُقرأ مقاطع NFP-20 عبر الألب الوسطى.

يواجه المقطع أعلاه الجذر بنموذج إيري في مجلد السنة الأولى. فتحت أعلى جزء من المقطع، حيث يبلغ متوسط تضاريس الشريط $2.74\,\mathrm{km}$ عند خط العرض $46.5{}^{\circ}$ شمالًا، يضع جذر إيري المحلّي الموهو عند $30 + 4.5 \times 2.74 = 42.3\,\mathrm{km}$؛ لكنه يُرصد عند $36.3\,\mathrm{km}$. وعلى بُعد نحو مئة كيلومتر جنوبًا، عند حافة سهل البو، حيث متوسط التضاريس لا يتجاوز $0.65\,\mathrm{km}$، يكون الموهو المرصود أعمق ما في المقطع، $61.2\,\mathrm{km}$. فالجذر ليس تحت القمم: بل هو مزاح نحو أبوليا. وعلى المسافة التي توجد فيها قراءات، تبلغ مساحة مقطعه العرضي، مقيسةً تحت $30\,\mathrm{km}$، نحو $2300\,\mathrm{km}^{2}$، مقابل نحو $1500\,\mathrm{km}^{2}$ لجذور إيري للتضاريس التي فوقه. فالتعويض المحلّي للتضاريس الحالية لا يفسّر الجذر. ويشير بفيفنر ومعاونوه إلى حمل إضافي: جسم إيفريا، وهو إسفين من الوشاح والقشرة السفلى الأدرياتيكيين داخل الحزام، أسهم في ثني الصفيحة الأوروبية إلى الأسفل.

تروي الجاذبية القصة نفسها بطريقة أخرى. فخريطة شذوذ بوغيه للألب كلها تُظهر منخفضًا جاذبيًا ألبيًا من $-100$ إلى $-170\,\mathrm{mGal}$ على امتداد السلسلة، أعمق ما يكون في الألب الوسطى، ناتجًا عن القشرة الخفيفة للجذر المثخن؛ ومنخفضًا لحوض البو من نحو $-80$ إلى $-140\,\mathrm{mGal}$؛ وبين الألب الغربية وسهل البو، المرتفع الجاذبي الضيّق لإيفريا، حتى $+40\,\mathrm{mGal}$، حيث تقترب تلك القشرة السفلى والوشاح الكثيفان من السطح.

13.6 خط زمني لجبال الألب

يعطي جمع تواريخ هذا الفصل تاريخ الحزام في جدول واحد (الجدول أدناه).

الزمن	الحدث
الجوراسي الأوسط	ينفتح محيط بييمونت–ليغوريا؛ ويتبلور غابروه عند $164\,\mathrm{Ma}$
مطلع الطباشيري	ينفتح محيط فاليه شمال البريانسوني
نحو $100\,\mathrm{Ma}$	ذروة الضغط المرتفع للتكوّن الجبلي الطباشيري في الألب الشرقية
الطباشيري المتأخر	يندسّ الهامش الأبولي (نطاق سيزيا)؛ والهامش الأبولي من المحيط نشط
من 48 إلى $44\,\mathrm{Ma}$	يبلغ قاع محيط زيرمات–ساس أعمق نقطة له، الكوسيت والماس في بحيرة تشينيانا
الإيوسين الأوسط إلى المتأخر	ينغلق محيط فاليه؛ ويبدأ حوض المولاس بالهبوط
$35\,\mathrm{Ma}$	قشرة دورا مايرا القارية تحت ضغط فائق
الأوليغوسين والميوسين	دسر غلاروس؛ وحصى المولاس تملأ المقدّمة الشمالية (من الأوليغوسين المتأخر إلى الميوسين المتأخر)
الميوسين	الرفع السميك الجلد للكتل الخارجية؛ وتُدسر الألب الجنوبية جنوبًا
الميوسين المتأخر إلى البليوسين	الطيّ الرقيق الجلد للجورا
اليوم	تُظهر التسوية رفعًا نسبيًا للصخر يصل إلى $1.3\,\mathrm{mm}$ في السنة في قلب الألب الوسطى

السطر الأخير ليس نهاية التقارب. فالتسوية المتكرّرة عبر الألب الوسطى تعطي رفعًا نسبيًا للصخر من نحو $-0.4\,\mathrm{mm}$ في السنة شمال الجورا إلى $1.3\,\mathrm{mm}$ في السنة في قلب السلسلة، بينما توحي قياسات GPS بأن الألب الوسطى لا تتقارب اليوم. ويقرأ شامباناك ومعاونوه الرفع على أنه ارتداد أيزوستاتي لقشرة يُخفّف حملها بالحتّ: فالجبال ترتفع لأنها تُبلى.

التمارين

معطيات التمارين: $g = 9.8\,\mathrm{m}\,\mathrm{s}^{-2}$، $G = 6.674 \times 10^{-11}\,\mathrm{m}^{3}\,\mathrm{kg}^{-1}\,\mathrm{s}^{-2}$.

تمرين 13.1 ★

في مقطع عرضي، طول طبقة من الحجر الجيري مقيسًا على امتداد طيّاتها بين خطّي تثبيت هو $36.0\,\mathrm{km}$؛ والمسافة بين خطّي التثبيت $27.0\,\mathrm{km}$. (أ) باستعمال القضية 13.11، احسب التقصّر $e$ ومسافة التقصّر $S$. (ب) ما الذي يجب أن يصحّ في الطبقة كي يصحّ الجواب؟

حل

حل التمرين 13.1.

(أ) $e = 1 - 27.0/36.0 = 0.25$، أي $25\,\%$؛ $S = 36.0 - 27.0 = 9.0\,\mathrm{km}$. (ب) يجب أن تكون الطبقة قد احتفظت بطولها (دون تمدّد أو ترقّق على امتدادها)، وأن يكون المقطع موازيًا لاتجاه النقل، وأن يحدّد خطّا التثبيت مواضع لم تنزلق فيها الطبقات بعضها على بعض.

تمرين 13.2 ★

على خريطة جيولوجية، (أ) رقعة بيضوية من النيس طولها $4\,\mathrm{km}$ ترتكز على حجر جيري جوراسي، وحدّها صدع دفعي ينحدر نحو الداخل، تحت النيس، من كل الجهات؛ (ب) مساحة مستطيلة من الطين الصفحي الطباشيري يحيط بها النيس، على امتداد صدع دفعي ينحدر نحو الخارج، تحت النيس، من كل الجهات. سمِّ كل بنية وقل ما فعله الحتّ في كل حالة.

حل

حل التمرين 13.2.

(أ) كليب: النيس بقية معزولة من غطاء زاحف مرتكزة على صخورها الأصيلة؛ وقد أزال الحتّ بقية الصفيحة من حولها كلها. (ب) نافذة تكتونية: قطع الحتّ غطاء النيس الزاحف وكشف الصخور الأحدث تحت صدعه الدفعي القاعدي، الذي ينحدر لذلك بعيدًا عن النافذة من كل الجهات.

تمرين 13.3 ★

(أ) اذكر الوحدات الأربع لمتتالية بنروز الأوفيوليتية من الأسفل إلى الأعلى، وقابل كلًّا منها بطبقة من القشرة المحيطية أو الوشاح. (ب) يُظهر أوفيوليت شونايي وشاحًا متكشّفًا، وغابرو، وبازلتًا وساديًا، ولا غطاء رسوبيًا. أيّ وحدة من وحدات بنروز تُغفلها هذه القائمة؟ (ج) لماذا لا تعطي الأوفيوليتات عيّنة منصفة من قاع المحيطات الواسعة؟

حل

حل التمرين 13.3.

(أ) المركّب فوق المافي (الوشاح العلوي)؛ والمركّب الغابروي (القشرة المحيطية السفلى)؛ ومجمع القواطع المصفوفة (القشرة الوسطى)؛ والمركّب البركاني، الوسادي (القشرة العليا). (ب) مجمع القواطع المصفوفة. (ج) معظم قشرة المحيطات الواسعة يستهلكه الاندساس؛ والأوفيوليتات التي تبقى على اليابسة تكوّنت في الغالب في أحواض محيطية صغيرة أو بين أقواس جزرية، والتيثيسية منها حيث رقّت قارة حتى انفتح محيط صغير.

تمرين 13.4 ★

في الطريق إلى قمّة الماترهورن من الجنوب، يعبر متسلّق تباعًا غطاءي مونتي روزا وسان برنار الكبير، وأوفيوليتات زيرمات–ساس، ونطاق كومبان، ونيس منظومة دسر دان بلانش. (أ) أعطِ مجال منشأ كلٍّ منها. (ب) أيّ صفيحة كانت الصفيحة العليا أثناء الاندساس؟ (ج) لماذا يكون هذا الترتيب قاعدة عامة في ركام الأغطية الزاحفة، وما الذي يمكن أن يُخلّ به؟

حل

حل التمرين 13.4.

(أ) غطاءا مونتي روزا وسان برنار الكبير: الجهة الأوروبية (البريانسوني والهامش السلبي الأوروبي)؛ وزيرمات–ساس ونطاق كومبان: محيط بييمونت–ليغوريا؛ ومنظومة دان بلانش: هامش أبوليا. (ب) أبوليا، التي تنتهي في القمّة. (ج) الصفيحة العليا لا تندسّ، والشرائح المكشوطة من الصفيحة السفلى تتكدّس تحتها بالترتيب الذي وصلت به الصفيحة السفلى: المحيط البعيد أولًا، والهامش القريب أخيرًا وأدنى. والطيّ اللاحق للركام، أو الصدوع الدفعية الخارجة عن التسلسل، يمكن أن تُخلّ بالترتيب.

تمرين 13.5 ★★

تحمل الألب الوسطى شذوذ بوغيه قدره نحو $-170\,\mathrm{mGal}$. (أ) باستعمال صفيحة بوغيه في مجلد السنة الأولى، $\Delta g = 2\pi G\,\Delta\rho\,h$، جد سمك $h$ صفيحة لانهائية بعجز كثافة $\Delta\rho = 500\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$ (قشرة تحلّ محلّ الوشاح) تعطي هذا الشذوذ. (ب) تُظهر دوال المستقبِل جذرًا قدره نحو $25\,\mathrm{km}$ تحت قشرة سمكها $30\,\mathrm{km}$. ما الشذوذ الذي تعطيه صفيحة لانهائية بهذا السمك؟ (ج) لماذا يكون الشذوذ المرصود أصغر؟

حل

حل التمرين 13.5.

(أ) $2\pi G\,\Delta\rho = 2\pi\times6.674\times10^{-11}\times500 = 2.097 \times 10^{-7}\,\mathrm{s}^{-2}$؛ $h = 1.70\times10^{-3}/2.097\times10^{-7} = 8.1\,\mathrm{km}$. (ب) $2.097\times10^{-7}\times25\,000 = 5.24 \times 10^{-3}\,\mathrm{m}\,\mathrm{s}^{-2}$، أي نحو $-524\,\mathrm{mGal}$. (ج) الجذر ليس صفيحة لانهائية: بل جسم على عمق بضع عشرات من الكيلومترات لا يزيد عرضه كثيرًا على عرض الحزام، فيجذب نقطة على السطح أقل مما تجذبها صفيحة بالسمك نفسه ممتدة إلى ما لا نهاية؛ والأجسام الكثيفة كنطاق إيفريا تضيف شذوذات موجبة، وقد يكون تباين الكثافة في العمق أصغر مما افتُرض.

تمرين 13.6 ★★

تبلور غابرو أوفيوليت زيرمات–ساس عند $164\,\mathrm{Ma}$؛ وبلغ الأوفيوليت أعمق نقطة له عند $44\,\mathrm{Ma}$، تحت $2.8\,\mathrm{GPa}$. (أ) كم كان عمر الليثوسفير المحيطي حين اندسّ؟ (ب) حوّل الضغط إلى عمق بكثافة متوسطة للحمل العلوي قدرها $3000\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$، ثم $3300\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$. (ج) قارن بعبارة «أكثر من $90\,\mathrm{km}$» المذكورة لهذا الصخر.

حل

حل التمرين 13.6.

(أ) $164 - 44 = 120\,\mathrm{Myr}$. (ب) $z = P/(\bar\rho g)$: $2.8\times10^9/(3000\times9.8) = 95.2\,\mathrm{km}$؛ $2.8\times10^9/(3300\times9.8) = 86.6\,\mathrm{km}$. (ج) عبارة «أكثر من $90\,\mathrm{km}$» تقع داخل هذا المدى: فالعمق يتوقّف على الكثافة المتوسطة المختارة للحمل العلوي بقدر ما يتوقّف على الضغط.

تمرين 13.7 ★★

طبقة مطويّة في طيّات متعرّجة أجنحتها المستقيمة كلها مائلة بالزاوية $\theta$. (أ) بيّن أن التقصّر هو $e = 1 - \cos\theta$. (ب) أيّ ميل للأجنحة يعطي تقصّرًا قدره $30\,\%$؟ (ج) ما التقصّر الذي تعطيه أجنحة مائلة بزاوية $40{}^{\circ}$ و$60{}^{\circ}$؟ تحقّق من الأولى بشكل الطيّات المتعرّجة في قسم التوازن.

حل

حل التمرين 13.7.

(أ) الجناح الذي طوله $L$ ومائل بالزاوية $\theta$ يمتدّ أفقيًا على $L\cos\theta$؛ ولكل الأجنحة الميل نفسه، فيكون $l = l_0\cos\theta$ و$e = 1 - l/l_0 = 1 - \cos\theta$. (ب) $\cos\theta = 0.70$: $\theta = 45.6{}^{\circ}$. (ج) $1 - \cos40{}^{\circ} = 23.4\,\%$، كما في شكل الطيّات المتعرّجة؛ $1 - \cos60{}^{\circ} = 50\,\%$.

تمرين 13.8 ★★

غطاء سمكه $2.0\,\mathrm{km}$ مطويّ ومدسور فوق سطح انفصال مستوٍ. وبين خطّي تثبيت تفصل بينهما الآن $42\,\mathrm{km}$، تبلغ مساحة مقطعه العرضي $118\,\mathrm{km}^{2}$. (أ) جد طوله المُرجَع، و$S$ و$e$. (ب) احسب المساحة الزائدة وعمق سطح الانفصال تحت القمّة الأصلية للغطاء. (ج) هل النتيجة متّسقة؟

حل

حل التمرين 13.8.

(أ) $l_0 = 118/2.0 = 59.0\,\mathrm{km}$؛ $S = 59.0 - 42 = 17.0\,\mathrm{km}$؛ $e = 17.0/59.0 = 28.8\,\%$. (ب) $A_e = 118 - 42\times2.0 = 34.0\,\mathrm{km}^{2}$؛ $d = 34.0/17.0 = 2.0\,\mathrm{km}$. (ج) نعم: يقع سطح الانفصال عند قاعدة الغطاء الذي سمكه $2.0\,\mathrm{km}$، تحت قمّته؛ فالغطاء منفصل على قاعدته.

تمرين 13.9 ★★

على امتداد مقطع خط الطول $8{}^{\circ}$ شرقًا في هذا الفصل، يبلغ متوسط منسوب الشريط $2.74\,\mathrm{km}$ عند خط العرض $46.5{}^{\circ}$ شمالًا، حيث يُقرأ الموهو عند $36.3\,\mathrm{km}$، و$0.65\,\mathrm{km}$ عند $45.55{}^{\circ}$ شمالًا، حيث يُقرأ عند $61.2\,\mathrm{km}$. (أ) مع قشرة مرجعية سمكها $30\,\mathrm{km}$، و$\rho_c = 2700\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$ و$\rho_m = 3300\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$، احسب عمق موهو إيري في الموضعين. (ب) قارن بالقراءات. (ج) ماذا تقول المقارنة عن الطريقة التي يُسند بها الجذر الألبي؟

حل

حل التمرين 13.9.

(أ) جذر إيري هو $4.5h$: عند خط العرض $46.5{}^{\circ}$ شمالًا، $4.5\times2.74 = 12.3\,\mathrm{km}$، أي موهو عند $42.3\,\mathrm{km}$؛ وعند $45.55{}^{\circ}$ شمالًا، $4.5\times0.65 = 2.9\,\mathrm{km}$، أي موهو عند $32.9\,\mathrm{km}$. (ب) تحت الأرض المرتفعة يكون الموهو أقل عمقًا بمقدار $6.0\,\mathrm{km}$ مما يتنبّأ به إيري؛ وتحت حافة سهل البو أعمق بمقدار $28.3\,\mathrm{km}$. (ج) الجذر غير معوَّض محليًا: فهو مزاح نحو الجنوب وأكبر مما تتطلّبه التضاريس. فالصفيحة تنثني ككلّ تحت الأحمال التي عليها (الإسناد الإقليمي في فصل من مجلد السنة الثالثة)، وأحد تلك الأحمال، جسم إيفريا، ليس تضاريس أصلًا.

تمرين 13.10 ★★★

في مقطع شاسرال في الجورا، يعطي توازن طول الخط لقمّة الجوراسي $5.1\,\mathrm{km}$ من الإزاحة؛ ويعطي توازن المساحة والنمذجة $11.3\,\mathrm{km}$، منها $6.2\,\mathrm{km}$ نُقلت على امتداد سطح انفصال أعلى في الطين الصفحي الجوراسي الأوسط. (أ) ما نسبة الإزاحة التي سجّلتها طبقة قمّة الجوراسي؟ (ب) بيّن أن الأرقام تتّسق، واشرح لماذا تفوت الطبقةَ العليا جزءٌ من الحركة. (ج) ما الدرس العام الذي يعطيه هذا للتوازن بطبقة دليلية واحدة؟

حل

حل التمرين 13.10.

(أ) $5.1/11.3 = 0.45$: أقل من النصف. (ب) $5.1 + 6.2 = 11.3\,\mathrm{km}$. تقع قمّة الجوراسي فوق سطح الانفصال العلوي؛ والقدر $6.2\,\mathrm{km}$ المنقول على امتداد ذلك السطح مرّ تحت طيّات المقطع واستُنفد في بنى أبعد شمالًا، فلم تتقصّر الطبقة العليا بذلك المقدار داخل المقطع قطّ. (ج) الطبقة الدليلية الواحدة لا تسجّل إلا تقصّر الطبقات التي تنتمي إليها؛ وكل سطح انفصال فوقها أو تحتها يمكن أن يُدخل إزاحة إلى المقطع أو يُخرجها منه. وازِن عدة طبقات، وتحقّق بالمساحات.

تمرين 13.11 ★★★

عبر الألب الوسطى، قُدّر نحو $200\,\mathrm{km}$ من التقصّر المتّجه شمالًا، وللخط المحيط بالأدرياتيكي إزاحة يمنى شرقية–غربية قدرها نحو $100\,\mathrm{km}$، وربما 50، وربما 150. (أ) اجمع الاثنين متّجهين متعامدين وأعطِ التقارب الكلي لكل إزاحة. (ب) ما الزاوية التي يصنعها التقارب مع الاتجاه شمال–جنوب لإزاحة قدرها $100\,\mathrm{km}$؟ (ج) لماذا يهمّ اختيار الإزاحة أكثر من الرقم المعنوي الثالث للتقصّر؟

حل

حل التمرين 13.11.

(أ) لإزاحة قدرها $100\,\mathrm{km}$، $\sqrt{200^2 + 100^2} = 223.6\,\mathrm{km}$؛ ولإزاحة $50\,\mathrm{km}$، $\sqrt{200^2 + 50^2} = 206.2\,\mathrm{km}$؛ ولإزاحة $150\,\mathrm{km}$، $\sqrt{200^2 + 150^2} = 250.0\,\mathrm{km}$. (ب) $\arctan(100/200) = 26.6{}^{\circ}$ عن الاتجاه شمال–جنوب، وهو خط تقارب قريب من الاتجاه N$150{}^{\circ}$E الذي ذكره روزنبرغ ومعاونوه. (ج) الإزاحة غير مؤكدة بمقدار $\pm50\,\mathrm{km}$، ما يحرّك التقارب الكلي بنحو $20\,\mathrm{km}$ في كل اتجاه؛ والرقم الثالث في النتيجة أدنى بكثير من عدم اليقين هذا.

تمرين 13.12 ★★★

هاجر الجزء السويسري من الحوض الأمامي الألبي $210\,\mathrm{km}$ على الأقل نحو الشمال الغربي فوق أوروبا، وتقدّم خط ساحله بمعدل 8.5 إلى $12.9\,\mathrm{mm}$ في السنة. (أ) على أيّ مدى من المدد استمرّت الهجرة؟ (ب) في القطاع النمساوي، حزام التكشّف الحالي، الذي عرضه نحو $60\,\mathrm{km}$، أقل من ربع العرض السابق للحوض. ما أقل عرض سابق، وكم من الحوض مخفيّ تحت الصدوع الدفعية؟ (ج) لماذا لا يمكن أبدًا أن يُحفظ حوض أمامي جبلي كاملًا؟

حل

حل التمرين 13.12.

(أ) من $210/12.9 = 16.3\,\mathrm{Myr}$ إلى $210/8.5 = 24.7\,\mathrm{Myr}$ (قسمة $\mathrm{km}$ على $\mathrm{mm}\,\mathrm{yr}^{-1}$ تعطي ملايين السنين). (ب) أكثر من $4\times60 = 240\,\mathrm{km}$؛ وعلى الأقل $240 - 60 = 180\,\mathrm{km}$ من الحوض هي الآن تحت الصدوع الدفعية الألبية أو قد حُتّت. (ج) يتكوّن الحوض أمام الموشور الدفعي ويهاجر معه: فجزؤه الداخلي يُدسر فوقه دائمًا بالصدوع الدفعية التي تُثقله، وأقدم ملئه يعلق في الصدوع الدفعية، كما هي حال المولاس تحت الألبي.

مسألة 13.1

مسألة نهاية الأسبوع — إرجاع المقطع

يقطع أوروجينًا من النمط الألبي مقطعٌ نموذجي (هندسة مخترعة خاصة بالكتاب، معلَّمة بوصفها نموذجًا) مكوّن من خمسة مجالات، من المقدّمة إلى الجهة البعيدة: حزام طيّات ودفع في المقدّمة، عرضه اليوم $48\,\mathrm{km}$؛ وركام أغطية خارجي، $15\,\mathrm{km}$؛ وكتلة قاعدية، $22\,\mathrm{km}$؛ ونطاق داخلي من أغطية قارية وأوفيوليتات، $20\,\mathrm{km}$؛ وموشور خلفي متّجه جنوبًا، $48\,\mathrm{km}$ (الشكل أدناه). والأطوال بالكيلومترات في كل المسألة.

الجزء الأول — توازن طول الخط لحزام المقدّمة. بين خطّي تثبيته، اللذين تفصل بينهما $48.0\,\mathrm{km}$، تتكوّن قمّة الحجر الجيري الرئيسي من عشر قطع مستقيمة (امتداد أفقي $\Delta x$، وميل)، مدرجة بدءًا من المقدّمة؛ وفوق ذلك، تغطّي صفيحة دفعية امتدادًا مستويًا من الطبقة نفسها، طوله $6.0\,\mathrm{km}$، مكرّرًا تحتها.

القطعة	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
$\Delta x$ ($\mathrm{km}$)	8.0	3.0	3.0	5.0	2.5	2.5	6.0	4.0	4.0	10.0
الميل (${}^{\circ}$)	0	35	35	0	50	50	10	40	40	5

1. احسب الطول على امتداد الطبقة للقطع 2 و5 و8.
2. احسب الطول الكلي للطبقة بين خطّي التثبيت، بما فيه الامتداد المكرّر.
3. لماذا يجب عدّ الامتداد المخفيّ تحت الصفيحة الدفعية؟
4. احسب التقصّر $e$ ومسافة التقصّر $S$ لحزام المقدّمة.
5. قاعدة الحجر الجيري، مقيسةً بالطريقة نفسها، طولها $60.2\,\mathrm{km}$. بكم، وبأيّ نسبة مئوية، تختلف الطبقتان؟ وهل المقطع مقبول؟
6. ماذا كان سيعني طول قدره $54.0\,\mathrm{km}$ للقاعدة؟

الجزء الثاني — توازن المساحة وسطح الانفصال. كان سمك الغطاء بين سطح الانفصال وقمّة الحجر الجيري $2.4\,\mathrm{km}$ قبل التشوّه؛ ومساحته بين خطّي التثبيت تبلغ بالقياس $146\,\mathrm{km}^{2}$.

7. احسب الطول المُرجَع للغطاء من مساحته.
8. قارن بنتيجة طول الخط في السؤال 2.
9. احسب المساحة الزائدة، المرفوعة فوق القمّة الأصلية للغطاء.
10. استنتج عمق سطح الانفصال تحت ذلك المستوى، وقارنه بسمك الغطاء.
11. لو كانت المساحة $160\,\mathrm{km}^{2}$، فأيّ طول مُرجَع ستعطي؟ وأيّ عملية، مذكورة في الجورا، يمكن أن تجعل المساحة وطول الخط يختلفان على هذا النحو؟
12. لماذا يكون هذا الحزام رقيق الجلد، وكيف ينبغي أن تبدو قمّة القاعدة تحته؟

الجزء الثالث — الأغطية الخارجية ووتيرتها. الطبقة الدليلية في الأغطية الخارجية الثلاثة تُرجَع إلى 22 و18 و$25\,\mathrm{km}$؛ ويمتدّ الركام الآن على $15\,\mathrm{km}$. وفي الكتلة القاعدية، تُرجَع قمّة القاعدة إلى $30\,\mathrm{km}$ مقابل $22\,\mathrm{km}$ اليوم. وتشوّه حزام المقدّمة بين 11 و$4\,\mathrm{Ma}$، والأغطية بين 30 و$20\,\mathrm{Ma}$.

13. احسب الطول المُرجَع لركام الأغطية ومسافة تقصّره.
14. احسب تقصّره $e$ وقارنه بتقصّر حزام المقدّمة.
15. احسب تقصّر الكتلة القاعدية. أيّ نوع من التكتونية هذا؟
16. احسب معدّلي التقصّر المتوسطين لحزام المقدّمة وللأغطية، بالمليمترات في السنة.
17. في أيّ اتجاه هاجر التشوّه عبر المقطع؟ وهل هذا ترتيب الألب؟
18. اجمع تقصّر المجالات الخارجية الثلاثة.

الجزء الرابع — النطاق الداخلي، والمحيط، والمقطع كله. تُرجَع شرائح الأوفيوليت في النطاق الداخلي إلى $18\,\mathrm{km}$. افترض أن المحيط اندسّ من 85 إلى $45\,\mathrm{Ma}$ بمعدل متوسط قدره $0.5\,\mathrm{cm}$ في السنة. وتُرجَع الأغطية القارية للنطاق الداخلي إلى $60\,\mathrm{km}$ مقابل $20\,\mathrm{km}$ اليوم، والطبقة الدليلية للموشور الخلفي إلى $70\,\mathrm{km}$ مقابل $48\,\mathrm{km}$.

19. ما طول الليثوسفير المحيطي الذي اندسّ؟
20. أعطِ عرضًا أدنى للمحيط.
21. لماذا هو حدّ أدنى فقط؟
22. احسب تقصّر النطاق الداخلي والموشور الخلفي.
23. اجمع التقصّر التصادمي للمجالات الخمسة، وقارنه بتقديرات الألب الوسطى في هذا الفصل.
24. تحقّق قشري: أرجع المقطع إلى عرضه الكامل بقشرة سمكها $30\,\mathrm{km}$، وقارن المساحة القشرية بمساحتها اليوم، بمتوسط $45\,\mathrm{km}$ على امتداد العرض الحالي $153\,\mathrm{km}$. ما نسبة القشرة المفقودة من المقطع الحالي، وإلى أين ذهبت؟ أعطِ التقصّر التصادمي الكلي عبر المقطع، مقرّبًا إلى الكيلومتر.

حل

حل المسألة 13.1.

الجزء الأول.

1. $3.0/\cos35{}^{\circ} = 3.66\,\mathrm{km}$؛ $2.5/\cos50{}^{\circ} = 3.89\,\mathrm{km}$؛ $4.0/\cos40{}^{\circ} = 5.22\,\mathrm{km}$.

2. $8.00 + 2\times3.66 + 5.00 + 2\times3.89 + 6.0/\cos10{}^{\circ} + 2\times5.22 + 10.0/\cos5{}^{\circ} = 8.00 + 7.32 + 5.00 + 7.78 + 6.09 + 10.44 + 10.04 = 54.67\,\mathrm{km}$؛ ومع الامتداد المكرّر، $l_0 = 60.7\,\mathrm{km}$.

3. الطبقة تحت الصفيحة الدفعية هي الطبقة نفسها، نقلها الصدع الدفعي تحت الصفيحة: فقبل الدسر كانت على خط واحد مع بقيتها. وإغفالها يُرجع الطبقة أقصر مما ينبغي.

4. $e = 1 - 48.0/60.7 = 0.209$، أي $20.9\,\%$؛ $S = 60.7 - 48.0 = 12.7\,\mathrm{km}$.

5. $60.7 - 60.2 = 0.5\,\mathrm{km}$، $0.5/60.7 = 0.8\,\%$: ضمن دقة القياس؛ فالمقطع مقبول.

6. $60.7 - 54.0 = 6.7\,\mathrm{km}$، أي $11\,\%$: لا يمكن لطبقتي صفيحة واحدة أن تُرجعا إلى أطوال مختلفة إلى هذا الحدّ. فلن يكون المقطع مقبولًا كما رُسم: بنية مفقودة أو مرسومة خطأً، أو خط تثبيت في المكان الخطأ، أو حركة خارج مستوى المقطع، أو سطح انفصال بين الطبقتين.

الجزء الثاني.

7. $146/2.4 = 60.8\,\mathrm{km}$.

8. يختلف عن $60.7\,\mathrm{km}$ بمقدار $0.1\,\mathrm{km}$: فطول الخط والمساحة يتوافقان.

9. $A_e = 146 - 48.0\times2.4 = 146 - 115.2 = 30.8\,\mathrm{km}^{2}$.

10. $d = 30.8/12.7 = 2.43\,\mathrm{km}$، أي يساوي سمك الغطاء $2.4\,\mathrm{km}$ في حدود دقة البيانات: فسطح الانفصال هو قاعدة الغطاء.

11. $160/2.4 = 66.7\,\mathrm{km}$، أي أكثر من طول الخط بمقدار $6.0\,\mathrm{km}$. فثخن المتبخّرات عند قاعدة الغطاء، وهي تتدفّق إلى نوى الطيّات المحدّبة، يضيف مساحة دون أن يضيف طولًا؛ فيفشل عندئذ توازن المساحة بسمك ثابت.

12. تحرّك الغطاء على سطح انفصال عند قاعدته ولم تشارك القاعدة. وتحت الحزام ينبغي أن تمتدّ قمّة القاعدة مستوية أو منحدرة بلطف وانتظام، دون أن تقطعها الصدوع الدفعية التي فوقها.

الجزء الثالث.

13. $22 + 18 + 25 = 65\,\mathrm{km}$؛ $S = 65 - 15 = 50\,\mathrm{km}$.

14. $e = 50/65 = 76.9\,\%$، مقابل $20.9\,\%$ في حزام المقدّمة: فالأغطية أشدّ تقصّرًا بكثير.

15. $30 - 22 = 8\,\mathrm{km}$ ($e = 26.7\,\%$). فالقاعدة نفسها متقصّرة: تكتونية سميكة الجلد.

16. حزام المقدّمة $12.7/(11 - 4) = 1.81\,\mathrm{km}/\mathrm{Myr}$، أي $1.81\,\mathrm{mm}$ في السنة؛ والأغطية $50/(30 - 20) = 5.0\,\mathrm{mm}$ في السنة.

17. تشوّهت الأغطية (من 30 إلى $20\,\mathrm{Ma}$) قبل حزام المقدّمة (من 11 إلى $4\,\mathrm{Ma}$): فقد هاجر التشوّه نحو الخارج، نحو المقدّمة. وهذا ترتيب الألب: دسر غلاروس في الأوليغوسين والميوسين، والكتل الخارجية في الميوسين، والجورا في الميوسين المتأخر والبليوسين.

18. $12.7 + 50 + 8 = 70.7\,\mathrm{km}$.

الجزء الرابع.

19. $0.5\,\mathrm{cm}\,\mathrm{yr}^{-1}\times40\,\mathrm{Myr} = 0.005\times4\times10^7 = 2.0 \times 10^{5}\,\mathrm{m} = 200\,\mathrm{km}$.

20. $200 + 18 = 218\,\mathrm{km}$.

21. لا يُحسب إلا ما حُفظ أو استُنتج: فأجزاء من المحيط ربما اندسّت قبل $85\,\mathrm{Ma}$ أو أسرع من المعدّل المتوسط، وشرائح أوفيوليتية ربما حُتّت أو نُقلت خارج المقطع، والتقارب المائل عن المقطع يُدخل قاع محيط لا يراه المقطع.

22. النطاق الداخلي $60 - 20 = 40\,\mathrm{km}$ ($e = 66.7\,\%$)؛ والموشور الخلفي $70 - 48 = 22\,\mathrm{km}$ ($e = 31.4\,\%$).

23. $12.7 + 50 + 8 + 40 + 22 = 132.7\,\mathrm{km}$؛ ضمن مدى التقديرات للألب الوسطى، نحو 125 إلى $160\,\mathrm{km}$ من التقصّر التصادمي (قبل إضافة الانزلاق المضربي).

24. العرض المُرجَع $153 + 132.7 = 285.7\,\mathrm{km}$؛ والقشرة المُرجَعة $285.7\times30 = 8571\,\mathrm{km}^{2}$؛ والقشرة الحالية $153\times45 = 6885\,\mathrm{km}^{2}$. المفقود: $8571 - 6885 = 1686\,\mathrm{km}^{2}$، أي $19.7\,\%$ من القشرة المُرجَعة؛ وقد حُتّ (وأُلقي في الأحواض الأمامية) أو اندسّ مع القشرة السفلى في الوشاح. ولولا هذه الخسائر لكان سمك القشرة $8571/153 = 56\,\mathrm{km}$ في المتوسط. والتقصّر التصادمي الكلي عبر المقطع هو $133\,\mathrm{km}$.