قارة افريقيا - السمات العامة

تركيب الكرة الأرضية 

طبقات الأرض الداخلية بالتفصيل: القشرة الأرضية والوشاح والنواة

تُعد دراسة التركيب الداخلي للأرض من الموضوعات الأساسية في الجغرافيا الطبيعية وعلوم الأرض؛ إذ تساعد على فهم نشأة الجبال، وحركة الصفائح التكتونية، وحدوث الزلازل والبراكين، وتكوّن الصخور والمعادن، والتغيرات التي شهدها كوكب الأرض عبر تاريخه الجيولوجي.

وعلى الرغم من أننا نعيش على سطح الأرض ولا نستطيع الوصول مباشرةً إلى معظم أجزائها الداخلية، فإن العلماء تمكنوا من التعرف على تركيبها وخصائص طبقاتها من خلال تحليل الموجات الزلزالية، ودراسة الصخور والمعادن، وإجراء التجارب المعملية، والاستفادة من البيانات الجيوفيزيائية.

وتنقسم الأرض، من حيث تركيبها الكيميائي، إلى ثلاثة أقسام رئيسية هي: القشرة الأرضية، والوشاح، والنواة. أما من حيث الخصائص الفيزيائية والميكانيكية، فيمكن تقسيمها إلى الغلاف الصخري، والغلاف اللدن أو الأسثينوسفير، والوشاح السفلي، والنواة الخارجية، والنواة الداخلية.

أولًا: كيف نعرف التركيب الداخلي للأرض؟

يبلغ متوسط نصف قطر الأرض نحو 6371 كيلومترًا، بينما لا يتجاوز عمق أعمق الآبار التي حفرها الإنسان بضعة عشرات من الكيلومترات. ولذلك فإن معظم المعلومات عن باطن الأرض مستنتجة بوسائل غير مباشرة، وليست ناتجة عن الملاحظة المباشرة.

ومن أهم الوسائل التي يعتمد عليها العلماء:

1. الموجات الزلزالية

تُعد الموجات الزلزالية من أهم الأدلة المستخدمة في دراسة باطن الأرض، لأنها تتغير في سرعتها واتجاهها عندما تمر عبر مواد تختلف في الكثافة والخصائص الفيزيائية.

وتنقسم الموجات الزلزالية الداخلية أساسًا إلى:

• الموجات الأولية (P): موجات انضغاطية تنتقل عبر المواد الصلبة والسائلة.

• الموجات الثانوية (S): موجات قصّية لا تنتقل عبر السوائل، ولذلك فإن غيابها المباشر عبر النواة الخارجية يُعد دليلًا رئيسيًا على أن هذه النواة سائلة.

وتساعد دراسة انعكاس الموجات وانكسارها وتغير سرعتها على تحديد الحدود الفاصلة بين طبقات الأرض، وتقدير أعماقها وخصائصها.

2. دراسة الصخور والمعادن

تساعد الصخور التي تصل إلى سطح الأرض بفعل النشاط البركاني والعمليات الجيولوجية على فهم بعض خصائص المواد الموجودة في الأعماق. كما تتيح دراسة النيازك الحديدية والصخرية تقديم أدلة إضافية عن المواد التي تكوّنت منها الأرض والأجسام الصلبة في النظام الشمسي.

3. التجارب المعملية والجاذبية والمجال المغناطيسي

يُجري العلماء تجارب على المعادن تحت ضغوط ودرجات حرارة مرتفعة لمحاكاة الظروف السائدة في باطن الأرض. كما تساعد قياسات الجاذبية والكتلة والكثافة والمجال المغناطيسي في اختبار النماذج التي تفسر تركيب الكوكب وتوزيع مواده الداخلية.

ثانيًا: التقسيم الرئيسي لطبقات الأرض

من حيث التركيب الكيميائي، تتكون الأرض من ثلاث طبقات رئيسية:

1. القشرة الأرضية (Crust).

2. الوشاح (Mantle).

3. النواة (Core).

ثالثًا: القشرة الأرضية (Crust)

القشرة الأرضية هي الطبقة الخارجية الرقيقة للأرض، وتمثل السطح الذي تعيش عليه الكائنات الحية وتقوم عليه معظم الأنشطة البشرية. وهي أرق طبقات الأرض مقارنةً بالوشاح والنواة، لكنها تختلف في السمك والتركيب بين القارات والمحيطات.

وتنقسم القشرة الأرضية إلى نوعين رئيسيين:

1. القشرة القارية (Continental Crust)

تمثل القشرة القارية الأساس الصخري للقارات وأجزاء من المناطق الساحلية والجزر القارية.

ومن أهم خصائصها:

• يتراوح سمكها غالبًا بين نحو 30 و70 كيلومترًا، وقد تقل أو تزيد محليًا.

• يبلغ متوسط سمكها قرابة 35 إلى 40 كيلومترًا.

• تتكون من مجموعة متنوعة من الصخور النارية والرسوبية والمتحولة.

• تنتشر فيها الصخور الجرانيتية والصخور الغنية بالسيليكا نسبيًا.

• يبلغ متوسط كثافتها نحو 2.7 جرام لكل سنتيمتر مكعب، مع اختلافها باختلاف نوع الصخور.

وتُعد القشرة القارية أكثر سمكًا وأقل كثافة في المتوسط من القشرة المحيطية. ويساعد اختلاف سمكها وخصائصها في تفسير ارتفاع القارات بالنسبة إلى قيعان المحيطات.

وكان يُستخدم مصطلح السيال (Sial) تاريخيًا للإشارة إلى المواد الغنية بالسيليكا والألومنيوم، المرتبطة بالقشرة القارية في التصنيفات الجيولوجية القديمة. لكنه لا يمثل تقسيمًا كيميائيًا دقيقًا وشاملًا وفق التصنيفات الحديثة.

2. القشرة المحيطية (Oceanic Crust)

تقع القشرة المحيطية أسفل المحيطات، وتتكون أساسًا من صخور نارية ذات تركيب بازلتي في الأجزاء العليا، مع وجود صخور الجابرو في الأجزاء الأعمق.

ومن أهم خصائصها:

• يتراوح سمكها غالبًا بين نحو 5 و10 كيلومترات.

• يبلغ متوسط كثافتها نحو 2.9 إلى 3.0 جرامات لكل سنتيمتر مكعب.

• تتكون أساسًا من صخور بازلتية وجابروية غنية نسبيًا بالحديد والمغنيسيوم.

• تكون عادةً أحدث عمرًا من القشرة القارية، لأن القشرة المحيطية تتكون باستمرار عند مناطق انتشار قاع المحيط، ويُعاد تدوير كثير منها إلى الوشاح عند مناطق الاندساس.

وكان مصطلح السيما (Sima) يُستخدم تاريخيًا للإشارة إلى المواد الغنية بالسيليكا والمغنيسيوم، لكنه مثل مصطلح السيال لا يُعد تصنيفًا حديثًا دقيقًا لكل مكونات القشرة المحيطية.

الفرق بين القشرة القارية والقشرة المحيطية

وجه المقارنة	القشرة القارية	القشرة المحيطية
السمك	غالبًا 30–70 كم	غالبًا 5–10 كم
الكثافة التقريبية	2.7 جم/سم³	2.9–3.0 جم/سم³
الصخور الشائعة	الجرانيتية وغيرها من الصخور النارية والرسوبية والمتحولة	البازلت والجابرو
الموقع	القارات وأجزاء من الجروف القارية	قيعان المحيطات
العمر	تضم صخورًا قديمة جدًا وأخرى حديثة	غالبًا أحدث عمرًا

وتساعد هذه الفروق على فهم سبب غوص أجزاء من الغلاف الصخري المحيطي تحت أجزاء أخرى عند مناطق الاندساس، ودور هذه العملية في تكوين الخنادق المحيطية والأقواس البركانية.

رابعًا: الغلاف الصخري (Lithosphere)

الغلاف الصخري هو الغلاف الخارجي الصلب نسبيًا للأرض، ويتكون من القشرة الأرضية والجزء العلوي الصلب من الوشاح.

وتتميز صخوره بأنها قادرة على مقاومة التشوه لفترات قصيرة نسبيًا، مقارنةً بالطبقات الأكثر لدونة في الأعماق. وينقسم الغلاف الصخري إلى عدد من الصفائح التكتونية التي تتحرك ببطء بالنسبة بعضها إلى بعض.

وتشمل هذه الصفائح أجزاءً من القشرة القارية أو المحيطية، إلى جانب الجزء العلوي الصلب من الوشاح.

سمك الغلاف الصخري

لا يمتلك الغلاف الصخري سمكًا ثابتًا في جميع أنحاء الأرض؛ إذ يتغير بحسب موقعه وعمره ودرجة حرارته وتاريخه الجيولوجي.

ففي بعض المناطق المحيطية الحديثة يكون رقيقًا نسبيًا، بينما يزداد سمك الغلاف الصخري المحيطي مع ابتعاده عن مناطق تكوّن القشرة. كما يمكن أن يكون الغلاف الصخري القاري سميكًا جدًا في المناطق القارية القديمة المستقرة.

لذلك فإن تحديد سمك واحد ثابت للغلاف الصخري القاري أو المحيطي لا يعبر عن جميع الحالات الجيولوجية.

خامسًا: الأسثينوسفير أو الغلاف اللدن (Asthenosphere)

تقع الأسثينوسفير أسفل الغلاف الصخري ضمن الجزء العلوي من الوشاح، وتتميز بخصائص ميكانيكية تسمح لصخورها بالتشوه والتحرك ببطء على مدى فترات جيولوجية طويلة.

ولا ينبغي وصف هذه الطبقة بأنها محيط من الصخور السائلة؛ فهي تتكون أساسًا من صخور صلبة، لكنها تكون أضعف وأكثر قابلية للتشوه من الغلاف الصخري، وقد توجد كميات محدودة من الصهير في بعض مناطقها.

ومن أبرز خصائص الأسثينوسفير:

• تقع أسفل الغلاف الصخري، ويختلف عمق حدها العلوي من منطقة إلى أخرى.

• تتميز بدرجات حرارة وضغوط مرتفعة.

• تستطيع الصخور فيها التشوه والتدفق البطيء على مدى ملايين السنين.

• ترتبط حركتها وخصائصها الحرارية والميكانيكية بديناميكية الوشاح وحركة الصفائح التكتونية.

ويُفسر وجود هذه الطبقة اللدنة كيف تستطيع الصفائح الصخرية الصلبة التحرك فوق نطاق أضعف منها ميكانيكيًا. ومع ذلك، فإن حركة الصفائح لا تعتمد على الأسثينوسفير وحدها، بل ترتبط أيضًا بقوى مثل سحب اللوح الهابط عند مناطق الاندساس ودفع الحيود المحيطية.

سادسًا: الوشاح (Mantle)

الوشاح هو الطبقة الواقعة بين القشرة الأرضية والنواة، ويُعد أكبر طبقات الأرض من حيث الحجم. ويمتد من أسفل القشرة إلى عمق يقارب 2900 كيلومتر.

ويتكون أساسًا من صخور سيليكاتية غنية بالحديد والمغنيسيوم، وتختلف خصائصه وتركيباته المعدنية باختلاف العمق والضغط ودرجة الحرارة.

وعلى الرغم من ارتفاع درجات الحرارة في الوشاح، فإنه ليس طبقة سائلة بالكامل؛ فمعظم صخوره صلبة، لكنها تستطيع التشوه والتدفق ببطء شديد على مدى فترات جيولوجية طويلة.

وينقسم الوشاح بصورة عامة إلى وشاح علوي ووشاح سفلي، وتوجد بينهما مناطق انتقالية تتغير فيها البنية البلورية لبعض المعادن نتيجة ارتفاع الضغط.

1. الوشاح العلوي (Upper Mantle)

يمتد الوشاح العلوي من أسفل القشرة الأرضية إلى عمق يقارب 660 كيلومترًا، مع اختلافات في تقسيم حدوده بحسب النموذج الجيولوجي المستخدم.

ويشمل الجزء العلوي منه المنطقة الصلبة التي تدخل ضمن الغلاف الصخري، كما يشمل نطاقات أعمق وأكثر لدونة، ومنها الأسثينوسفير.

وتحدث في الوشاح العلوي تغيرات معدنية مهمة بفعل الضغط والحرارة، وتؤدي حركة الصخور البطيئة داخله دورًا في انتقال الحرارة وفي تطور الصفائح التكتونية.

2. الوشاح السفلي (Lower Mantle)

يمتد الوشاح السفلي تقريبًا من عمق 660 كيلومترًا إلى الحد الفاصل بين الوشاح والنواة عند عمق يقارب 2900 كيلومتر.

وتزداد فيه الضغوط ودرجات الحرارة مع العمق، وتتغير الخصائص المعدنية للصخور تبعًا لهذه الظروف. وعلى الرغم من أن المواد فيه صلبة في معظمها، فإنها تستطيع التشوه ببطء شديد.

وتؤثر حركة المادة في الوشاح في توزيع الحرارة داخل الأرض، كما ترتبط بعمليات تكتونية طويلة الأمد وبحركة الصفائح على السطح.

سابعًا: النواة (Core)

تقع النواة في مركز الأرض، وتتميز بكثافتها العالية مقارنة بالقشرة والوشاح. ويُعتقد أنها تتكون أساسًا من الحديد والنيكل، مع وجود عناصر أخرى بنسب أقل.

وتنقسم النواة إلى قسمين رئيسيين: النواة الخارجية السائلة والنواة الداخلية الصلبة.

1. النواة الخارجية (Outer Core)

تمتد النواة الخارجية من عمق يقارب 2900 كيلومتر إلى عمق يقارب 5150 كيلومترًا، ويبلغ سمكها نحو 2260 كيلومترًا.

ومن أهم خصائصها:

• تتكون أساسًا من الحديد والنيكل في حالة سائلة، مع وجود عناصر أخف.

• لا تنتقل الموجات الزلزالية الثانوية خلالها، وهو دليل رئيسي على حالتها السائلة.

• تتحرك المواد المعدنية الموصلة للكهرباء داخلها بفعل الحرارة والطفو، وتُسهم هذه الحركة في توليد المجال المغناطيسي للأرض من خلال آلية تُعرف باسم الدينامو الجيولوجي.

ويؤدي المجال المغناطيسي دورًا مهمًا في البيئة المحيطة بالأرض، إذ يؤثر في حركة الجسيمات المشحونة القادمة من الشمس والفضاء.

2. النواة الداخلية (Inner Core)

تقع النواة الداخلية في مركز الأرض، ويبلغ نصف قطرها نحو 1220 كيلومترًا.

وعلى الرغم من أن درجة الحرارة فيها مرتفعة جدًا، فإن الضغط الهائل يحافظ على الحديد في حالة صلبة في الظروف السائدة هناك.

ومن أبرز خصائصها:

• تتكون أساسًا من الحديد، مع وجود النيكل وعناصر أخرى بنسب أقل.

• تتميز بكثافة مرتفعة جدًا.

• تُعد صلبة مقارنةً بالنواة الخارجية.

• تساعد دراستها على فهم تاريخ تبريد الأرض وتطور المجال المغناطيسي.

ولا تعني صلابة النواة الداخلية أنها باردة، بل إن حالتها الفيزيائية ترتبط بالضغط الشديد الذي يؤثر في سلوك المواد عند أعماق الأرض.

ثامنًا: ملخص طبقات الأرض وأعماقها

الطبقة	العمق التقريبي أو السمك	الحالة العامة
القشرة القارية	سمكها غالبًا 30–70 كم	صلبة
القشرة المحيطية	سمكها غالبًا 5–10 كم	صلبة
الوشاح	يمتد إلى عمق نحو 2900 كم	صلب في معظمه، وقابل للتشوه البطيء
الأسثينوسفير	نطاق ضمن الوشاح العلوي، يختلف عمقه وسمكه مكانيًا	لدنة ميكانيكيًا، وصخورها صلبة في معظمها
النواة الخارجية	سمكها نحو 2260 كم	سائلة
النواة الداخلية	نصف قطرها نحو 1220 كم	صلبة

ملاحظة علمية: هذه القيم تقريبية، وقد تختلف الحدود الدقيقة قليلًا وفق النماذج الجيوفيزيائية وطريقة تعريف كل طبقة. كما أن القشرة والغلاف الصخري والأسثينوسفير لا تمثل تقسيمًا واحدًا متطابقًا؛ فالقشرة تقسيم كيميائي، بينما الغلاف الصخري والأسثينوسفير تقسيم ميكانيكي.

تاسعًا: أهمية دراسة التركيب الداخلي للأرض

تساعد دراسة طبقات الأرض الداخلية على تفسير مجموعة كبيرة من الظواهر الجيولوجية والجغرافية، ومن أهمها:

1. الزلازل: من خلال فهم حركة الصفائح والصدوع وانتقال الموجات الزلزالية في باطن الأرض.

2. البراكين: عبر دراسة صعود الصهارة وتكوّنها في مناطق معينة من الوشاح والقشرة.

3. تكوّن الجبال: نتيجة تصادم الصفائح أو اندساس إحداها أسفل الأخرى، وما يصاحب ذلك من انضغاط ورفع للقشرة.

4. حركة الصفائح التكتونية: من خلال فهم خصائص الغلاف الصخري والوشاح ودور انتقال الحرارة والقوى التكتونية.

5. المجال المغناطيسي للأرض: نتيجة حركة المواد المعدنية السائلة في النواة الخارجية.

6. توزيع الموارد المعدنية: إذ تساعد معرفة العمليات الجيولوجية على تفسير نشأة كثير من الخامات والرواسب المعدنية.

7. تطور سطح الأرض: عبر الربط بين العمليات الداخلية، مثل التكتونية والبراكين، والعمليات الخارجية، مثل التجوية والتعرية والترسيب.

خاتمة

تتكون الأرض من ثلاث طبقات رئيسية من حيث التركيب الكيميائي: القشرة والوشاح والنواة. وتختلف هذه الطبقات في سمكها وكثافتها وتركيبها المعدني وحالتها الفيزيائية. كما يساعد التقسيم الميكانيكي للأرض إلى غلاف صخري وأسثينوسفير ووشاح سفلي ونواة خارجية وداخلية على تفسير حركة الصفائح والظواهر الجيولوجية المختلفة.

وتؤكد الدراسات الزلزالية والتجارب المعملية والقياسات الجيوفيزيائية أن باطن الأرض نظام ديناميكي؛ فمعظم الوشاح صلب لكنه يتشوه ببطء، بينما تكون النواة الخارجية سائلة والنواة الداخلية صلبة. ويُعد فهم هذه الخصائص أساسًا مهمًا لتفسير الزلازل والبراكين وتكوّن الجبال والمجال المغناطيسي للأرض.