الدرس: 2 توسُّع قاع المحيط
استِكشاف قاع المحيط
ما التقنية التي استخدمتها العديد من الدول لدراسة واستكشاف قيعان المحيطات؟
في الخمسينيّات من القرن الماضي أَرسَلت العديد من الدّول بعثاتٍ استكشافيّةً لدراسة تضاريس قيعان المُحيطات، استخدموا فيها تقنية السَّبر الصّوتي بوساطة أجهزة السونار (Sonar) التي قيسَ عن طريقها عُمق المحيط، ثم تبِعَها رسْمُ خريطة لتضاريسِ قاع المحيط. أنظر الشكل ( 5).
ما الاكتشافات التي توصل إليها العلماء من خلال دراسة تضاريس قيعان المحيطات؟
وقد اكتشف العلماء وجود سلسلة جبليّة ضخمة يتصل بعضها ببعض تمتد في جميع المُحيطات تُسمّى ظَهْرَ المحيط Ocean Ridge . يوجد في وسطها وادٍ عميق ضيّق يُسَمّى الواديَ المتصدِّع .Rift Valley اكتشف العلماء أيضًا وجود وِدْيانٍ عميقة ضيّقة تمتد طوليًّا في قيعان المُحيطات تُسمّى الأخاديدَ البحريّةَ Trenches ، ومن أمثلتها أخدودُ ماريانا في المحيط الهادي الذي يُعَدُّ أعمقَ الأخاديد البحرية في العالم، حيث يبلغ عمقُه أكثرَ من (11km).
ما أهمية اكتشاف ظَهْر المحيط والأخاديد البحريّة؟
وقد قاد اكتشافُ ظَهْر المحيط والأخاديد البحريّة العلماءَ إلى التفكير في كيفيّة تشكّلهما وما القُوى التي أدّت إلى ذلك.
الشكل (5):استخدم العلماء أجهزة السونار لقياس أعماق المُحيطات.
ما طريقة عمل جهاز السونار؟
الرّبط بالتكنولوجيا:
- يستعمل جهازُ السّونار (Sonar)الموجات الصّوتية لتحديد أعماق المُحيطات.
- يتم قياس الزمن الذي تستغرقه الموجات التي تُرسل نحو قاع المحيط حتى ارتدادها عن القاع واستقبالها في السفينة.
- ومن تحديد الزمن وسرعة الموجات الصّوتية في الماء يستطيع العلماء تحديدَ أعماق المُحيطات.
فرَضيّة توسُّع قاع المحيط
ما الفرضية التي وضعها العالِم هاري هس؟
وضع العالِم هاري هس (Harry Hess ) في بداية الستينيّات من القرن الماضي بناءً على بيانات تضاريس قيعان المُحيطات ومكوّناته فرَضيّة توسُّع قاع المحيط Seafloor Spreading Hypothesis
ما نص فرضيّة توسُّع قاع المحيط؟
تنصّ على الآتي: "تُبنى القشرةُ المحيطيّة الجديدة عند ظهور المُحيطات، وتُستهلَك القشرة المحيطيّة الأقدم عند الأخاديد البحريّة".
كيف تحدث عملية توسُّع قاع المحيط؟
بحسب العالم هس تحدث عملية توسُّع قاع المحيط كالآتي:
- تندفع الماغما الأقلُّ كثافةً من منطقة السّتار إلى الأعلى عَبْرَ وسطَ ظَهْر المحيط.
- عند وصول الماغما إلى السطح عَبْرَ القشرة الأرضيّة تتصلّب مكوِّنةً قشرة محيطيّة جديدة على طول ظَهْر المحيط.
- ثم تتحرّك هذه القشرة بعيدًا عن منطقة ظَهْر المحيط ما يؤدي إلى اندفاع ماغما جديدة في منطقة وسَطِ ظَهْر المحيط وتصلّبها؛ مكوِّنةً قشرة محيطيّة جديدة أخرى.
- باستمرار هذه العملية يحدُث توسُّعٌ لِقاع المحيط بشكل دائم ومتماثل على جانِبَيْ ظَهْر المحيط.
- في المقابل تنزلق الحافّة البعيدة من القشرة المحيطيّة عن منطقة ظَهْر المحيط أسفلَ القشرة القارّية مشكِّلةً أخدودًا بحريًّا.
- يؤدي انزلاق القشرة المحيطيّة إلى ارتفاع درجة حرارتها وانصهارها داخل الستار، وإنتاج ماغما تندفع نحو الأعلى وتتصلّب، وتصبح جزءًا من القشرة القارّية. أنظر الشكل ( 6).
الشكل (6): توسّع قاع المحيط بصورة دائم نتيجة خروج الماغما وتصلُّبِها في منطقة وسط ظَهْر المحيط.
أقارِن بين الصّخور المتشكِّلة على جانِبَيْ وسط ظَهْر المحيط من حيث العُمْر.
الإجابة: تكون الصخور المتشكِّلة على جانِبَيْ وسط ظَهْر المحيط يكون لها نفس العُمْر ويزداد عمرها كلما زادبعدها عن ظَهْر المحيط.
أتحقّق:
أحدِّد: أين تتكوّن الصّخور الجديدة في قيعان المُحيطات، وأين تُستهلك؟
الإجابة: تتكون الصخور الجديدة في منطقة وسط ظهر المحيط، وتستهلك عند الأخاديد البحرية.
أدلّة على توسُّع قاع المحيط
- واجهت فرَضيّة توسُّع قاع المحيط العديدَ من الاعتراضات من العلماء، وخاصّة أن هس لم يستطع أن يوضّح سبب توسُّع قاع المحيط. ولكنها مع ذلك حظيت باهتمام علماءَ آخرين؛ لأنها:
- توضّح طريقة تشكُّل القشرة الأرضيّة واستهلاكها.
- كيفيّة توسُّع قيعان المُحيطات.
2.وقد رُبطت هذه الفرَضيّة بالعديد من الاكتشافات التي عُدَّتْ أدلة تثبت صحتها وتدعمها، منها:
- أعمارُ صُخور قاع المحيط.
- الأشرطة المغناطيسيّة.
- تركيب صُخور قاع المحيط.
أُفكِّرُ:
هل يتغيّرُ حجمُ الأرض وكتلتُها نتيجة توسُّع قاع المحيط؟
الإجابة: لا يتغير حجم الأرض أو كتلتها؛ لأن الصخور التي تتشكّل عند وسط ظهر المحيط، يستهلك بدلًا منها صخورًا عند الأخاديد البحرية.
عُمْر صُخور قاع المحيط
كيف عَدَّ العلماء عمرَ صُخور قاع المحيط من أفضل الأدلّة التي دعمت فرَضيّة توسُّع قاع المحيط؟
- فقد استخدمت سفينة (غلومار شالنجر) منذ عام 1968 م لجمع عيّناتٍ صخريّةٍ تمثّل قاع المحيط، فالتقطت السفينة تلك العيّنات من صُخور جانِبَيْ ظَهْر المحيط. وقد أكّدت البيانات التي تم الحصول عليها بعد تحليل تلك العيّنات صحّة فرَضيّة توسُّع قاع المحيط.
- إذ وجد العلماء أن العيّنات الصّخرية التي أُخِذت من المناطق البعيدة عن ظَهْر المحيط الأقدم عُمْرًا، في حينِ أن العيّنات الصّخريّة التي أُخِذت من وسط ظَهْر المحيط كانت الأحدثَ عمرًا. أنظر الشكل (7).
- ما يعني أن عمرَ الصّخور يزداد كلّما ابتعَدنا عن منطقة وسط ظَهْر المحيط باتجاه حوافّ القارّات أو مناطق الأخاديد البحريّة وتتماثل أعمارُها على جانبَيْ ظَهْر المحيط.
- وقد أكّدت الدّراسات أن أقدمَ عُمْرٍ لصُخور قشرة محيطيّة لا يزيد عن 180m.y تقريبًا، في حين يزيد أقدم عُمْرٍ لصُخور قشرة قارّية عن 4.4b.y .
الشكل (7): تقع الصّخور الأقدمُ بالقرب من حافّات القارّات، في حين تقع الصّخور الأحدثُ في منطقة وسط المحيط.
أستنتِج العلاقة بين الصّخور المتناظِرة على جانِبَيْ ظَهْر المحيط التي تقع بالقرب من القارّات.
الإجابة: تكون الصّخور المتناظِرة على جانِبَيْ ظَهْر المحيط التي تقع بالقرب من القارّات لها نفس العمر وتكون الأكبر عمرًا من باقي الصخور المكونة لقاع المحيط.
وقد أدى هذا إلى إثارة أسئلة متنوّعة عند العلماء منها:
لماذا لا تتساوى أعمار صُخور القشرة المحيطيّة مع صُخور القشرة القارّية؟
الرّبط بعلم البحار والمُحيطات:
- أكدت الدراسات أن عُمْرَ صُخور قشرة قاع البحر الأبيض المتوسّط تساوي 340m.y، وباقي أعمار صُخور قاع البحار والمُحيطات لا تزيد عن 180m.y.
- ويفسّر العلماء سبب زيادة عُمْرِ صُخور قاع البحر الأبيض المتوسّط مقارَنةً بباقي البحار والمُحيطات في أن صُخوره تمثّل بقايا صخور قاع محيط التيثس القديم.
الأشرطة المغناطيسيّة
ما مكونات لُبُّ الأرض؟
يتكوّن لُبُّ الأرض من عنصرَيِ الحديد والنّيكل.
ما أجزاء لُبُّ الأرض؟
لُبٌّ خارجيّ يوجد في الحالة السائلة.
لُبٌّ داخليّ يوجد في الحالة الصُّلبة.
ماذا ينشأ عن حركة صهير الحديد والنّيكل في اللّبّ الخارجي؟
ينشأ عن حركة صهير الحديد والنّيكل في اللّبّ الخارجي تيّارٌ كهربائيّ ينشأ عنه المجال المغناطيسيّ الأرضي. أنظر الشكل (8).
الشكل (8): ينتج عن حركة مصهور الحديد والنّيكل مجال مغناطيسيّ له قُطبان شماليّ وجنوبيّ.
ما المقصود بالمغناطيسيّةَ القديمةَ؟
دلّت الدّراسات على أن المعادن المغناطيسيّة مثل الماغنيتيت عندما تتبلور من الماغما المندفعة عند ظَهْر المحيط، فإنها:
- تتمغنَط وتترتّب ذرّاتها باتجاه المجال المغناطيسيّ الأرضي نفسه.
- وعندما تتصلّب فإنها تحتفظ باتجاه المجال المغناطيسيّ الأرضي وقت تكوّنها. وتُسمّى هذه الظاهرة المغناطيسيّةَ القديمةَ.
أُفكِّرُ:
لماذا لا تزيد أعمار صُخور قاع المحيط عن 180m.y بينما يزيد عُمْرُ صخور القشرة القارّية عن 4.4b.y؟
الإجابة: لأن صخور قيعان المحيطات التي تشكلت في منطقة ظهر المحيط حدث لها استهلاك عند مناطق الأخاديد البحرية بينما الصخور المكونة للقارات لم يحدث لها استهلاك لذلك أعمار صخور قيعان المحيطات تكون حديثة ولا تزيد عنm.y 180
تقريبًا
اكتشف العلماء أن المجال المغناطيسيّ الأرضي قد عكس اتجاهه في مُدد زمنية مختلفة عبر التاريخ الجيولوجيّ، ما سبب ذلك؟
بسبب تغيُّر اتجاه حركة صهير الحديد والنّيكل في اللّبّ الخارجي.
ما المقصود بالقطبية العادية والقطبيّة المقلوبةَ؟
- وقد اصطلح العلماء على تسمية المجال المغناطيسيّ المحفوظ في الصّخور التي تتّجه فيها المعادن المغناطيسيّة باتجاه المجال المغناطيسيّ الحالي نفسه قطبيّة عادية Normal Polarity.
- في حين يُسمّى المجالُ المغناطيسيّ المحفوظ في الصّخور التي تتّجه فيها المعادن المغناطيسيّة بعكس اتجاه المجال المغناطيسيّ الحالي القطبيّةَ المقلوبةَ Reverse Polarity.
ما المقصود بالانقلاب المغناطيسيَّ؟
يُسمّى التغيُّرُ في قطبيّة المجال المغناطيسيّ للأرض من عاديّة إلى مقلوبة الانقلابَ المغناطيسيَّ.
أظهرت الدراسات التي قام بها العلماء باستخدام أجهزة قياس الشِدّة المغناطيسيّة لصُخور قاع المحيط أن هناك نمطًا معيّنًا يظهر في تعاقُب الصّخور على جانِبَيْ ظَهْر المحيط؛
- إذ تكون على شكل أشرطة مغناطيسيّة ذات شِدّة مغناطيسيّة عالية، وأشرطة مغناطيسية ذات شِدّة مغناطيسيّة منخفضة بصورة متعاقِبة وموازية لظَهْر المحيط.
- إذ إن كل شريطين متناظِرَين على جانِبَيْ ظَهْر المحيط لهما الشِدّة المغناطيسيّة نفسُها، والعمرُ والعرضُ أنفسُهما.أنظر الشكل (9).
وقد فسّر العلماء ذلك بأن صُخور القشرة المحيطيّة المكوِّنة لهذه الأشرطة عندما تتكوّن في وسط ظَهْر المحيط تتمغنط معادنُها المغناطيسيّة بحسب المجال المغناطيسيّ السائد في ذلك الوقت؛ ولذلك، فإن الأشرطةَ ذاتَ الشِّدّة المغناطيسيّة
العالية تشكّلت عندما كان المجال المغناطيسيّ السائد ذا قطبيّة عادية، والأشرطةَ ذاتَ الشِّدّة المغناطيسيّة المنخفِضة تشكّلت عندما كان المجال المغناطيسيّ السائد ذا قطبيّة مقلوبة. وتُعَدُّ المغناطيسيّة القديمة للصّخور المكوِّنة لقاع المحيط والانقلاب المغناطيسيّ والشِّدّة المغناطيسيّة من الأدلّة على صِحّة فرَضيّة توسُّع قاع المحيط.
الشكل (9):تُعَدُّ الأشرطة المغناطيسيّة المتعاقِبة ذاتُ الشِّدّة المغناطيسيّة العالية (+) والأشرطة المغناطيسيّة ذاتُ الشِّدّة المغناطيسيّة المنخفضة (-) الموجودة على جانِبَيْ ظَهْر المحيط أحدَ الأدلّة على فرَضيّة توسُّع قاع المحيط.
أقارِن بين الصّخور التي عُمْرُها 1.6m.y على جانِبَيْ ظَهْر المحيط من حيث: العرض، والشِّدّة المغناطيسيّة ونوع القطبيّة المغناطيسيّة.
الإجابة:الصّخور التي عُمْرُها 1.6 m.y على جانبي ظهر المحيط لها شدة مغناطيسيّة منخفضة وقطبية مقلوبة ولها العرض نفسه.
ولِتعرُّف طريقة تشكُّل الانقلابات المغناطيسيّة في أثناء توسُّع قاع المحيط، أنفِّذ التجربة الآتية:
التّجربة 2
الانقلابات المغناطيسيّة وتوسُّع قاع المحيط
يُعَدُّ الانقلابُ المغناطيسيُّ أحدَ الأدلّة على فرَضيّة توسُّع قاع المحيط. فما الطريقة التي تتوسّع بها قيعان المُحيطات؟ وما علاقتُها بالمغناطيسيّة الأرضيّة؟
الموادّ والأدوات: قطعة من الكرتون أبعادُها ( 30cm × 100 cm )، مغناطيس، طاولتان لهما الارتفاع نفسه، مِقَصّ، قلم تلوين، بوصلة مغناطيسيّة.
إرشادات السّلامة:
- الحذَرُ عندَ استخدام المِقَصّ.
خُطُوات العمل:
1. أضَع الطاولتين بجانب بعضهما بعضًا، حيث يلتصق طرفاهما تقريبًا.
2. أَثني قطعة الكرتون من منتصَف طولها.
3. أُدخِل قطعة الكرتون المثنيّة بين طرفَيِ الطاولتين من أسفلَ، حيث تظهر حافّتاها من أعلى الطاولة كما في الشكل (أ).
4. أحدِّد اتجاه المجال المغناطيسيّ الأرضيّ باستخدام البوصلة.ثم أضَع المغناطيس باتجاه المجال المغناطيسيّ الأرضي نفسه ليمثّل المجال المغناطيسي الأرضي الحالي.
5. أرسُم خطّين على امتداد الشِّق على طرفَيْ قطعة الكرتون كما في الشكل (ب).
6. أكتُب على كل طرَف من أطراف الكرتون حرف (ع)؛ ليمثّل قطبيّة عاديّة.
7. أقلب المغناطيس حيث يصبح بعكس اتجاه المجال المغناطيسيّ الأرضي الحالي، وأحدِّد اتجاه المجال المغناطيسيّ باستخدام البوصلة، ثم أسحَب طرفَيْ قطعة الكرتون مبتَعِدًا عن المنتصَف، وأكرّر الخطوة 5.
8. أكتُب على كل طرَف من أطراف الكرتون حرف (م)؛ ليمثِّل قطبيّة مقلوبة.
9. أكرِّر الخُطُواتِ من (4 - 8) عدّة مرّات، وأحرِص على أن يكون عَرْضُ قطعة الكرتون التي أسحبُها متساويًا في كلا الجانِبَيْن في كل مرّة.
التّحليل والاستِنتاج :
1. أحدِّد: ماذا يمثّل الحدّ الفاصل بين طرفَيِ الطاولتين المتجاورَتين؟
الإجابة: يمثل الحد الفاصل بين الطاولتين وسط ظهر المحيط.
2. أقارِن بين كل شريطين متناظِرَين على جانِبَيِ الشِّق من حيث: قطبيّةُ الشريط وعَرْضُه.
الإجابة: كل شريطين متناظرين على جانبي الشق (ظهر المحيط ) لهما نفس القطبية المغناطيسية ونفس العرض.
3. أفسِّر سبب وجود تعاقُب أشرطةٍ ذاتِ قطبيّةٍ عاديّة، وقطبيّةٍ مقلوبة لصُخور قاع المحيط.
الإجابة: لأن المجال المغناطيسي الأرضي يقلب اتجاهه باستمرار في فترات زمنية مختلفة، لذلك فإن صُخور القشرة المحيطيّة المكوِّنة للأشرطة المغناطيسية عندما تتكوّن في وسط ظهر المحيط سوف تتمغنط معادنُها المغناطيسيّة بحسب المجال المغناطيسيّ السائد في ذلك الوقت؛ فإذا كان المجال المغناطيسيّ السائد ذي قطبيّة عادية تمتلك الأشرطةَ قطبية عادية، وإذا كان المجال المغناطيسيّ السائد ذي قطبيّة مقلوبة تمتلك قطبية مقلوبة.
4. أستنتِج العلاقة بين الأشرطة المغناطيسيّة المتناظِرة على جانِبَيْ ظَهْر المحيط.
الإجابة: تكون الأشرطة المتناظرة على جانبي ظهر المحيط لها نفس القطبية المغناطيسية، والشدة المغناطيسية، والعمر والعرض.
مكوّنات صخور قاع المحيط
كيف تمت دراسة قيعان المُحيطات؟
- استخدم العلماء في عام 1964 م الغوّاصة (ألفين) Alvin لدراسة قيعان المُحيطات. حصل العلماء على عيّنات صخريّة متنوّعة تمثِّل قيعان المُحيطات فوجدوا أنها جميعَها مكوَّنة من: صُخور ناريّة ذاتِ تركيب بازلتيّ، تغطّيها طبقات رسوبيّة يقلّ سُمكُها بشكل تدريجيّ كلّما اتّجهنا نحو وسط ظَهْر المحيط حتى تختفي عند مركزه.
- اكتشف العلماء أن صخورًا بازلتيّة تظهر على شكل وسائدَ، وتوجد على امتداد ظَهْر المحيط تُسمّى لابَةً وسائدِيّةً. أنظر الشكل (10).
- وقد فسّر العلماء أن مثل هذه الصّخور يمكن أن تتكوّن فقط بسبب اندفاع الماغما على امتداد وسط ظَهْر المحيط، إذ تتصلّب الماغما المندفعة من الشقوق الموجودة في وسط ظَهْر المحيط بسرعة، بسبب ملامستها للماء.
- وقد أظَهْرت دراسات صُخور قاع المحيط أن الماغما قد اندفعت اندفاعًا متكرّرًا من تلك الشقوق ما يدل على تشابُه آليّة تشكُّل صخور قاع المحيط.
الشكل (10): تكشُّفات من اللابة الوسائديّة موجودة على سطح الأرض.
أفسِّر: كيف تتكوّن اللابة الوسائديّة؟
الإجابة: تتكوّن اللابة الوسائدية بسبب تصلب الماغما المندفعة على امتداد وسط ظَهْر المحيط بسرعة، عند ملامستها للماء فتنكمش وتأخذ شكل الوسادة.
الرّبط بالتاريخ
سُمّيت غوّاصةُ (ألفين) Alvin بهذا الاسم تقديرًا للعالِم الفيزيائيّ ألين ألفين (Allyn C. Vine) صاحبِ فكرة الغوّاصة، والمشرفِ على تطويرها.
- وغوّاصة ألفين هي غوّاصة صغيرة بُنِيت لدراسة قيعان المُحيطات.
- وقد بدأت رحلاتها الاستكشافيّة منذ عام 1964 م، وتستطيع حَمْلَ عدد من العلماء في داخلها، وتستطيع أيضًا تحمُّل ضغط الماء على عُمق يصل إلى 4km.
- أجرت الغواصة أكثرَ من 4700 مَهَمّة تحت الماء، منها: اكتشافُ البراكين الحرمائيّة في قيعان المُحيطات، ودراسةُ الكائنات الحيّة البحريّة. وما زالت تعمل حتى الآن بشكل جيّد.
أتحقّق:
أذكُر ثلاثة أدلّة تدعم فرَضيّة توسّع قاع المحيط.
الإجابة:من الأدلة التي تدعم فرضية توسع قاع المحيط:
- أن أعمار صخور المحيط لا تزيد عن 180 m.y
- إضافة إلى تناظر الأشرطة المغناطيسية على جانبي ظهر المحيط من حيث العمر، والعرض والقطبية العادية والمقلوبة.
- وتكوّن صخور قيعان المحيطات جميعها من نفس نوع الصخر وهو البازلت.