يتكون الغلاف الصخري للأرض من سبع صفائح تكتونية كبيرة وعدد من الصفائح الأصغر. نظرية الصفائح التكتونية يصف هذا كيف تتحرك هذه اللوحات منذ حوالي 50 عامًا. ولكن لم يكن هناك أبدًا فهم حقيقي لكيفية تطور هذا النظام ، وكيف انقسمت قشرة الأرض إلى ألواح منفصلة وبدأت في التحرك.
الآن لدى مجموعة من الباحثين تفسير محتمل.
في أيامها الأولى ، كانت الأرض عبارة عن كرة منصهرة ، ظلت ساخنة بسبب الاصطدامات المتكررة بأجسام أخرى في النظام الشمسي الفوضوي الشاب. حتما ، بدأ يبرد. وبطبيعة الحال ، يتم تبريد الجزء الخارجي أولاً ، مكونًا سطحًا صلبًا فوق الوشاح المنصهر. هناك بعض الإجماع العلمي على هذا الأمر ، مما يدل على أن القشرة كانت قطعة واحدة متجانسة في البداية ، وأن الوشاح كان على الأقل بضع مئات من درجات الحرارة أعلى من الوشاح اليوم.
السؤال الرئيسي في هذا الفهم لألواح الأرض هو: ما الذي تسبب في تفكك السطح الخارجي إلى ألواح؟
رسم لأكبر الصفائح التكتونية على الأرض. حقوق الصورة: عن طريق الخريطة: USGSD الوصف: سكوت ناش - هذا الملف مشتق من: Tectonic plate.png، Public Domain، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟curid=535201
يعتقد فريق من الباحثين أنه قد يكون لديهم الجواب. عملهم مقدم في ورقة بعنوان ' تقسيم قشرة الأرض إلى شبكة صفائح عالمية. المؤلف المقابل للفريق هو الدكتور ألكسندر ويب من قسم علوم الأرض والكواكب ومختبر أبحاث الفضاء في جامعة هونغ كونغ. المؤلف الأول هو البروفيسور تشونان تانغ من جامعة داليان للتكنولوجيا. تم نشر الورقة الجديدة في مجلة Nature Communications.
في هذا العمل ، استخدم الباحثون المحاكاة الرياضية لمحاولة الوصول إلى السؤال. اقترح فريق الباحثين أن تسخن قشرة الأرض مرة أخرى بعد تصلبها ، مما يتسبب في تمددها وتصدعها. تتبعت كل من عمليات المحاكاة التي استخدمها الفريق الإجهاد والتشوه الذي ستخضع له القشرة التي تتمدد حراريًا في سيناريوهات مختلفة.
يبلغ نصف قطر الأرض حوالي 6371 كيلومترًا (3960 ميلًا) وأظهر عملهم أن القشرة يمكنها تحمل حوالي كيلومتر واحد (0.62 ميل) من الامتدادات قبل التصدع. بمجرد أن يتوسع إلى ما بعد كيلومتر واحد ، يبدأ في التصدع ، مما يؤدي إلى نظام الصفائح الموجودة على الأرض الآن.
لقطة من نموذج من العمل الجديد ، تُظهر المراحل المتأخرة من النمو والاندماج لشبكة تصدع عالمية جديدة. تظهر الكسور باللون الأسود / الظل ، وتظهر الألوان ضغوطًا (يشير اللون الوردي إلى إجهاد الشد ، بينما يشير اللون الأزرق إلى إجهاد الضغط). حقوق الصورة: Tang et al ، 2020.
نتائج عملهم لا تبدو مثيرة للجدل. تبدو واضحة ، حتى. استعدت القذيفة المبكرة للأرض مرة أخرى ، ثم تحطمت لتشكل نظامًا من الصفائح. لكن ظاهريًا ، إنه يشبه الأفكار الأخرى التي فقدت مصداقيتها. وبعض هذه الأفكار تم اقتراحها من قبل تشارلز داروين.
هناك تضارب في الأفكار وراء كل هذا التفكير والبحث ، وهو أمر يستحق الفهم.
بطريقة ما ، وحدت نظرية الصفائح التكتونية فهمنا للصفائح. ولكن قبل ذلك ، تم استخدام مجموعة متنوعة من الفرضيات لشرح أنشطة الأرض وتوزيع القارات والمحيطات. على سبيل المثال ، أرجع تشارلز داروين الفضل في أشياء مثل الزلازل ونمو الجبال وتوزيع كتل اليابسة إلى توسع الأرض. بدا الأمر معقولاً على السطح ، في أيام داروين.
ولكن في عصرنا ، نعلم أن التحلل الإشعاعي للعناصر الموجودة في لب الأرض هو الذي يوفر الحرارة. بمرور الوقت ، يوجد عدد أقل وأقل من هذه العناصر بسبب هذا الاضمحلال ، مما يعني أن هذه العملية توفر حرارة أقل وأقل بمرور الوقت. إذن ، ما هو الأرجح: التمدد الحراري ، أم الانكماش؟ لماذا الفريق الذي يقف وراء هذا العمل يركز على التمدد الحراري؟
الجواب مرتبط بالبراكين.
يشكل هاليكالا ، وهو بركان درعي عملاق ، الحصن الشرقي لجزيرة ماوي. في الماضي العميق للأرض ، كانت فترات زيادة النشاط البركاني ستساعد الأرض على البرودة ، مثل الإشعاع الذي يطلق البخار. الائتمان: ناشيونال جيوغرافيك / كاثي روبرتس
قال الدكتور ويب في دراسة خبر صحفى . 'إذا كان التأفق البركاني ، حمل المواد الساخنة من العمق إلى السطح ، هو الوضع الرئيسي لفقد الحرارة المبكر ، فهذا يغير كل شيء.'
أظهر بحث سابق أجراه الدكتور ويب وزملاؤه أن نشاطًا بركانيًا كافيًا يمكن أن يخلق تأثيرًا تبريدًا على قشرة الأرض ، مثل المبرد الذي ينفث البخار. عندما ظهرت الصخور المنصهرة على السطح من خلال الحركة البركانية ، فإنها ستبرد في النهاية وتغرق مرة أخرى. عندما تغرق ، كانت ستبرد الغلاف الصخري المبكر للأرض. ونظرًا لأن المسار العام للأرض يتسم بالتبريد ، فإن إنتاج الحرارة بسبب الانحلال الإشعاعي والبراكين سينخفضان.
يوضح هذا الرقم من الدراسة تطور نظام التكسير العالمي. تُظهر اللوحة العلوية المكونة من ستة كرات أرضية مصورة التوزيع العالمي لمقادير الإجهاد بمرور الوقت ، مع القيم السالبة التي تُظهر إجهاد الشد ، والقيم الإيجابية التي تُظهر الضغط الانضغاطي. تُظهر اللوحة السفلية المكونة من ستة كرات أرضية الإزاحة المرتبطة بها. لمزيد من التفاصيل ، قم بزيارة الدراسة. حقوق الصورة: Tang et al ، 2020.
عند تلك النقطة يغرق المبرد الغلاف الصخري قد تباطأ أيضا.
ثم يحدث شيء آخر. نظرًا لأن الغلاف الصخري بارد وأكثر صلابة ، فإنه يحبس الحرارة الحرارية من القلب تحته. كانت هذه الحرارة ستجعل الغلاف الصخري يبدأ في التمدد مرة أخرى ، وسيحدث التصدع. المعزوفة. قبل أن نعرفه ، لدينا صفائح تكتونية.
يوضح هذا الشكل من الدراسة تطور الكسور بمرور الوقت عبر الأصداف ذات السماكات المختلفة. قام الفريق بنمذجة قذائف تتراوح سُمكها من 20 كم فقط إلى 200 كم. حقوق الصورة: Tang et al ، 2020.
هل اكتشفها الباحثون؟
في ختام ورقتهم ، كتبوا أن 'نماذج الغلاف الكروية لدينا توضح كيف يمكن لنظام الصفائح التكتونية أن يتطور من عمليات ضحلة.' يكتبون أيضًا أن '... بداية الصفائح التكتونية تتطلب أن يكون التمدد الشعاعي كبيرًا بما يكفي للحث على الضغوط الأفقية التي تتغلب على قوة الغلاف الصخري في مرحلة ما من العصر الأركي.'
من يدري ما إذا كانت هذه ستكون الكلمة الأخيرة في بدء حركة الصفائح التكتونية للأرض. لكن على أي حال ، فإن هذه النتائج مثيرة للاهتمام للغاية.
أما ويب وزملائه ، فسيواصلون العمل. إنهم يعتزمون الاستمرار في تطوير النظريات لشرح العمليات الجيولوجية للأرض.
'معًا' ، كما جاء في البيان الصحفي ، 'تتطرق هذه الدراسات إلى أحد أعظم الألغاز المتبقية لعلوم الأرض والكواكب: كيف ولماذا انتقلت الأرض من كرة منصهرة إلى كوكبنا التكتوني؟
كيف حقا.