روی کره زمین رازهای متعددی وجود دارد که ما از آنها بیخبر هستیم. همچنین این تیله آبی حیاتبخش که تنها زیستگاه شناخته شده حیات در جهان است که؛ درون خود نیز عجایبی را پنهان کرده است که سرنوشت قارهها، اقیانوسها و حتی حیات ما را رقم میزند.
سالها پیش کشف نوعی از سنگهای آتشفشانی در جزایر اقیانوسی معمایی را ایجاد کرد، این معما بازالتهای جزایر اقیانوسی (Oceanic Island Basalt OIB) نام داشتند و شواهدی از ترکیبات شیمی مشابه پوسته قاره ای در آن ها مشاهده شد؛ این پرسش را مطرح میکردند که چگونه در بازالتهای جزایر اقیانوسی (OIB) ترکیباتی شبیه پوسته قارهای دیده می شود، درحالیکه در فاصله بسیار دور از مرزهای صفحههای قاره ای (بخشهای بزرگ و متحرک لایههای خارجی زمین که روی لایه مایع گوشته حرکت میکنند.) شکل میگیرند؟
اخیراً پژوهشگران دانشگاه ساوتهمپتون در مطالعهای جدید، با مدلسازیهای آزمایشگاهی و برسی دادههای شیمیایی و زمینشناسی پاسخی برای این معما پیدا کردند؛ پاسخی که نتایج آن در نشریه Nature Geoscience منتشر شده است. این مقاله توضیح میدهد که پژوهشگران دریافتند که بخشهایی از پوستهٔ قارهای بهتدریج اما مداوم از زیر پوسته جدا میشوند و به درون گوشته اقیانوسی (لایه داغ و عمدتاً جامد زیر کف دریا که آرامآرام در جریان است.) کشیده میشوند؛ این مواد قارهای پس از ورود به گوشته میتوانند دهها میلیون سال منبع آتشفشانهای جزیرهای باشند.
برای فهم بهتر این یافتهها با آقای منصور قربانی رئیس انجمن زمینشناسی ایران و عضو هیئتعلمی گروه زمینشناسی دانشگاه شهید بهشتی به گفتوگو نشستیم. او در این مصاحبه انرژی تولیدشده در هستهٔ زمین، موتور اصلی حرکت قارهها، آتشفشانها و زلزلهها و به طور کلی ورقه های تکتونیکی است. اهمیت درک این فرایندها برای اکتشاف منابع طبیعی، مکانیابی سازهها و ارزیابی مخاطرات زمینشناختی تشریح میکند.
آیا زیر اقیانوسها «دریایی» از مواد مذاب وجود دارد؟
خیر. اگر منظور از «دریا» یکلایه سیال و آبگونه باشد، چنین چیزی در زیر اقیانوسها وجود ندارد. از سطح زمین تا عمق حدود ۸۰ تا ۱۰۰کیلومتر، لایه سخت و شکننده لیتوسفر (Lithosphere) قرار دارد. در از آن ژرفای پایینتر (80 تا 100 کیلومتری) حدود ۲۵۰ یا ۳۵۰ کیلومتر، به دلیل ویژگیهای حرارتی و رفتار منحنی ژئوترمال زمین و منحنی ذوب سنگ های گوشته و ترکیب مواد، سنگها در این ژرفا، کمی خمیریتر میشوند. این بخش را معمولاً استنوسفر (asthenosphere) مینامیم.
در این ژرفا منحنی ژئوترمال زمین(نموداری است که نرخ تغییر دما را نسبت به عمق در زیر سطح زمین نشان میدهد.) با منحنی ذوب سنگهای گوشته(نموداری است که رابطه بین دما و فشار را در شرایطی که یک سنگ جامد شروع به ذوب شدن میکند، نشان میدهد.) به هم نزدیکتر میشوند و بخشی از مواد سازنده سنگ ها در این ژرفا حالت خمیری پیدا میکنند. بسیاری از فرایندهای کوهزایی و آتشفشان زایی و تشکیل ماگما(سنگ مذاب یا نیمهمذاب در زیر پوسته زمین) ریشه در همین ناحیه دارد؛ هرچند انرژی تامین کننده این فعل و انفعالات و دینامیسم از بخشهای ژرف تر زمین تأمین میشود.
انرژی و موتور اصلی حرکت ورقههای از کجا تأمین میشود؟
لیتوسفر سخت که ضخامت متوسط آن حدود ۸۰ کیلومتر است، از چندین ورقه تشکیل شده و این ورقهها نسبت به هم حرکت میکنند. منشأ اصلی انرژی این حرکت ها، هسته زمین است.
هسته از دو بخش تشکیل شده: هسته بیرونی مذاب و هسته داخلی جامد است. هسته داخلی در حال انجماد و شعاع آن مرتب در حال افزایش میباشد و برعکس از حجم و شعاع هسته خارجی کاسته میشود و به هسته داخلی افزوده میشود. فرایند رشد هسته داخلی (تبدیل ماده مذاب به جامد در دمایی تقریباً ثابت) باعث آزادشدن مقدار زیادی انرژی میشود این انرژی را ما گرمای نهان انجماد میگوییم. این انرژی عظیم نقش اصلی موتور حرارتی و گرمایی زمین را بخصوص در ناحیه آستنوسفر را دارد.
بسته های انرژی و مقدار جزئی مواد درونی در نهایت بصورت دیاپیرها (Diapir) در استنوسفر تظاهر پیدا میکند. – دیاپیر ها در اصل تودهای از سنگهای خمیری مانند میباشند که به دلیل فشار و حرارت در اعماق زیاد نمودی ندارند اما با کاهش فشار که در نتیجه کم شدن عمق و حرکت آنها بسوی بالا میباشد در حین حرکت به قسمت های بالایی بخش هایی از انها ذوب میشود و به پوسته زمین راه میابد و یا به سطح زمین میرسند که آتشفشان ها را تشکیل میدهد.- دیاپیر هایی که از اعماق بالا می آیند در زیر لیتوسفر تجمع میکنند، خمیریتر میشوند و با فشاری که به قسمت های لیتوسفر میشود؛ باعث حرکت ورقهها، ایجاد کافت اقیانوسی(Oceanic Rift)- شکافی فعال در کف اقیانوس است که در آن صفحات تکونیکی از هم دور میشوند.- و پشتههای میاناقیانوسی(Mid-Ocean Ridges) – طولانیترین رشتهکوههای پیوسته روی زمین هستند که در محل دور شدن صفحات تکونیکی از هم تشکیل میشوند.- و سرانجام سبب شکل گیری پوسته اقیانوسی جدید میشوند.
چگونه پشتههای میاناقیانوسی تشکیل میشوند و ورقهها حرکت میکنند؟
گفتیم که در شکافهای میاناقیانوسی (Mid-Ocean Ridge)، دیاپیرهای ماگمایی از استنوسفر بالا میآیند و پوسته اقیانوسی جدید را میسازند. این فرایند باعث میشود پوستههای تازهتشکیلشده به دو طرف رانده شوند و حرکت ورقهها آغاز شود.
در ادامه، پوسته اقیانوسی که سنگینتر است، هنگام برخورد با قارهها به سمت پایین و به زیر قاره ها فرورانده میشود، فرایندی که به آن فرورانش (Subduction) میگوییم.
هنگام فرورانش چه رخ میدهد و چگونه آتشفشانها شکل میگیرند؟
پوسته اقیانوسی همراه با رسوبات سطحی و رسوبات کف اقیانوس ها و کانیهای آبدار به اعماق میرود. در عمق حدود ۷۰ تا ۱۰۰کیلومتر یا بیشتر در نتیجه دگرگونی سنگ های آبدار مثلا تبدیل بیوتیت و هورن بلند به پیروکسن، آب و مواد فرار آزاد میشود و مانند «کمکذوب» عمل میکند و بخشی از استنوسفر را ذوب میکند.
این ماگما به سمت بالا حرکت میکند و در مناطق کوهزایی و زونهای فرورانش، آتشفشانها و سنگهای ماگمایی را شکل میدهد.
در ایران، نوار سهند – بزمان حاصل چنین فرایندی است که در گذشته در منطقه فرورانشی بین ایران مرکزی و زاگرس رخداده است. و یک پوسته اقیانوسی قدیمی بین این دو (نئوتتیس) حذف شده است.
با توجه به یافتههای جدید، آتشفشانهای جزایر اقیانوسی (OIB) چگونه ممکن است ترکیبات قارهای داشته باشند؟
آتشفشانهای ناشی از فرورانش پوسته اقیانوسی همانطور که گفته شد معمولاً بخشی از مواد سطحی که با پوسته قاره ای نیز در آنها وجود دارد را با خود به اعماق میبرند و یا در هنگام فوران و بالا آمدن با مواد قاره ای آغشته میشوند بنابراین ترکیبات قارهای را دارند.
اما آتشفشانهای جزایر اقیانوسی در داخل ورقه های قاره ای قرار دارند و منشأ آنها شکاف وسط اقیانوسی یا فرورانش نیست. مدتها این سؤال ایجاد شده بود که چرا برخی از آنها «ویژگیهای قارهای» نشان میدهند.
مطالعات اخیر نشان میدهد که مواد بسیار کمی از پوسته قارهای طی صدها میلیون سال در فرایندهای دگرنهادی یا متا سوماتیک (Metasomatism)-فرایندی که طی آن ترکیبات شیمیایی یک سنگ یا کانی تحتتأثیر سیالات جا به جا میشود، – این فرایند میتواند در اعماق لیتوسفر نیز اتفاق بیوفتد. در این صورت می توان تصور کرد که عناصری از اعماق لیتوسفر و یا ترکیبات قاره ای وارد استنوسفر شود و در نتیجه حرکات های کنوکسیون(جریانات گرم و سرد درون مواد مایع یا گاز مانند گوشته زمین اشاره دارد که به دلیل تفاوت دما و چگالی ایجاد میشود و موجب حرکات صفحات تکتونیکی میگردد.)به قسمت های پایین تر و یا حتی در نتیجه جا به جایی به زیر ورقه های اقیانوسی رانده شود که البته به این موضوع صد ها میلیون سال ممکن است به طول بیانجامد ولی به هر حال میتواند نهایتا در ترکیب جزایر اقیانوسی ظاهر شوند.
شناخت این فرایندهای زمینشناسی چه کاربردی برای ما دارد؟
علم پایه در ابتدا ممکن است کاربرد مستقیم نداشته باشد، اما در طول زمان به ابزارهای حیاتی تبدیل میشود.
شناخت حرکت ورقهها و سازوکار درونی زمین کاربردهای مهمی دارد، از جمله:
· در متالوژنی و ژئودینامیک زمین شناسی یک کشور که در نتیجه میتواند در دورنمای اکتشاف منابع معدنی و انرژی (نفت، مس، آهن، طلا، سرب، روی و…)
· شناخت مناطق زلزلهخیز
· انتخاب محل مناسب برای سازهها و طراحی پایدار
· پیشبینی مخاطرات زمینشناختی
دانش زمینشناسی به ما کمک میکند، هم «ثروت» را کشف کنیم و هم آن را پایدار نگه داریم.
