سطح الأرض مستمر في التغيّر وجغرافية القارات كذلك. والمصدر الرئيس لكل هذا التغيير، هو الصفائح التكتونيّة التي يتكوّن منها سطح الأرض. وهذه الصفائح قطعٌ صلبة عديدة تطفو على الجزء السفلي من طبقة الوشاح اللزجة، كما تطفو أوراق زهر اللوتس على سطح الماء. وهي تتحرك متصادمة حينًا، ومتباعدة أو منحرفة أحيانًا أخرى؛ فتُحدث كل تلك التغيرات الكبيرة، وتسهم في تطور الحياة. وقد توصل العلماء إلى هذه النظرية بعد مخاض عسير بدأ في القرن التاسع عشر، واستمر حتى ستينيات القرن العشرين.

شكَّل اكتشاف تقنيات التأريخ الإشعاعي في عام 1907م، ثورة كبيرة في علم الجيولوجيا؛ لأنه مكّن العلماء من اشتقاق العمر الحقيقي للأحداث في التاريخ السحيق. كما أدى إلى نشوء فروع لعلوم جديدة تتعلق بالجيولوجيا، خاصة علم الأحافير، الذي يُعدُّ همزة وصل بين البيولوجيا والجيولوجيا.

بعد اختبارات عينية كثيرة، استنتج فيجنر أن هذا التوزيع للأحافير لا يمكن أن يوجد إلا إذا كانت هذه القارات مجتمعة معًا خلال العصر البرمي، وصاغ مصطلح “بانجيا” Pangaea (كل الأرض) للإشارة إلى القارة العملاقة التي كان يعتقد أنها تشمل جميع القارات الحالية معًا. فسخِر منه معظم العلماء؛ إذ كانت النظرية الجيولوجية السائدة، هي أن جغرافية الأرض ثابتة، ولم تتغير في أي من الحقب التاريخية.

كانت المشكلة الكبرى في نظرية الانجراف القاري، أن فيجنر لم يتمكن من تصور آلية جيدة لتحرّك القارات. فالقوى الوحيدة التي يمكنه الاستناد إليها لدفع القارات حولها كانت القطبية، وهو تأثير دوران الأرض الذي يدفع الأجسام نحو خط الاستواء، وقوى المدّ والجزر القمرية والشمسية، التي تميل إلى دفع الأجسام نحو الغرب. وسرعان ما تبيّن أن هذه القوى كانت أضعف من أن تحرّك القارات. ومن دون أي آلية معقولة لإنجاحها، رفض معظم الجيولوجيين في ذلك الوقت نظرية فيجنر.

يتشكّل سطح الأرض من اثنتي عشرة صفيحة صلبة، وطبيعة الحدود بين هذه الصفائح هي التي تحدد العمليات الجيولوجية وإيقاعاتها الرئيسة لكوكبنا.

نظرية الصفائح التكتونية

بدءًا من الخمسينيات، ظهرت أدلة جديدة أحيت الجدل حول أفكار فيجنر الاستفزازية وآثارها. وعلى وجه الخصوص، حفّزت تطورات علمية رئيسة على صياغة نظرية الصفائح التكتونية، أهمها التوثيق الدقيق الذي يشير إلى أن النشاط الزلزالي والبركاني في العالم، يتركز على طول الخنادق المحيطية وسلاسل الجبال المغمورة.

وفي عامي 1967م و1968م، تعاونت مؤسسات أكاديمية رئيسة في الولايات المتحدة الأمريكية، مثل: جامعتي كامبريدج وبرينستون، ومرصد لامونت دوهرتي الجيولوجي بجامعة كولومبيا، ومعهد سكريبس لعلوم المحيطات بجامعة كاليفورنيا – سان دييغو؛ للمصادقة على نظرية الصفائح التكتونية (تكتونية تعني بالأصل اليوناني ما له علاقة بالبناء). وتقول مجلة “ناشيونال ساينس ريفيو” (2018م) إن نظرية الصفائح التكتونية أصبحت النموذج المعياري في علوم الأرض، واعتُبر ألفرد فيجنر أبًا لهذه النظرية.

تشكيل سطح الأرض

ينقسم سطح الأرض، بموجب هذه النظرية، إلى ما يقرب من اثنتي عشرة قطعة صلبة، تتكوّن من ثماني صفائح تكتونية رئيسة وعدة صفائح صغيرة. وهذه الصفائح هي أحد نوعين أساسين: الصفائح المحيطية أو الصفائح القارية. وطبيعة الحدود بين هذه الصفائح، هي ما يؤثر في تحديد العمليات الجيولوجية وإيقاعاتها الأساسية لكوكبنا. وهناك ثلاثة أنواع منها: الحدود المتقاربة، والحدود المتباعدة، والحدود المتحوّلة. وتتميز الحدود المتقاربة بتحرّك صفيحتين إحداهما باتجاه الأخرى؛ والمتباعدة بتحرك بعض الصفائح بعيدًا عما يجاورها؛ والمتحولة بتحرك بعضها بشكل جانبي لبعضها الآخر.

حالات التقارب

يمكن أيضًا تقسيم حالات تقارب هذه الحدود إلى حركات تصادم وحركات اندساس. في حالات اصطدام صفيحتين قاريتين تتفتت القشرتان وتتشابكان، مشكِّلتين سلاسل الجبال مثل جبال واتشيتا في غرب أركنساس وجنوب شرق أوكلاهوما. وعندما تلتقي الصفائح المحيطية والقارية، فإن الصفيحة المحيطية، بسبب كثافتها العالية، تغوص أو تندسّ تحت الصفيحة القارية. وفي هذه الحالة ترتفع الصفيحة القارية لتشكّل الجبال، وتذوب صفيحة المحيط، مما يؤدي إلى ثوران بركاني. بهذه الطريقة تكوّنت جبال الأنديز في أمريكا الجنوبية؛ إذ ارتفعت بعض الجبال بسبب الحمم البركانية. وعندما تلتقي صفيحتان محيطيتان، تغوص إحدى الصفائح تحت الأخرى لتشكّل خندقًا، مثل أعمق نقطة في المحيطات على وجه الأرض، وهو خندق ماريانا. وفي بعض الأحيان، تنشئ مناطق الاندساس براكين محيطية، وتشكّل أقواس جزر مثل اليابان.

حالات التباعد

عندما تتباعد صفيحتان، ترتفع الصهارة من أعماق طبقة الوشاح إلى السطح، وتدفع بعض الصفائح بعيدًا عن بعضها الآخر، مما يؤدي إلى تكوين الشقوق والبحار والمحيطات والجبال. كما أنها تنشئ تلالًا محيطية مثل نظام التلال وسط المحيط تحت الماء، وهو نظام تلال يمتد عبر الكرة الأرضية إلى نحو 65,000 كيلومتر، ما يجعلها أكبر سلسلة جبال على كوكب الأرض. ويُعدُّ الخليج العربي مثالًا على تحوّل الحدود المتباعدة إلى حدود متقاربة. فقد تكوّن الخليج على شكل صدع بين الصفيحة العربية والأوراسية، حيث ملأ المحيط الهندي الصدع. وبعد ذلك، تراجعت هذه العملية منذ حوالي 20 مليون سنة، مما أدى إلى اصطدام شكّل جبال إيران.

حالات التحويل

حدود التحويل هي المناطق التي لا تتقارب فيها الصفيحتان أو تتباعدان، بل تنزلق إحداهما على الأخرى مما يسبب الاحتكاك. إن نتيجة هذا النوع من الحركة ليست نشوء الجبال الشاهقة أو البراكين أو المحيطات الشاسعة، بل الزلازل القويّة. ومن أمثلة هذه الحدود التي يمكن رؤيتها على السطح، صدع سان أندرياس الذي يمتد على طول ولاية كاليفورنيا النشطة زلزاليًا.

سبب حركة الصفائح

في البداية، قُبِل الحمل الحراري للوشاح باعتباره القوة الدافعة لحركة الصفائح. ومع ذلك، تشير دراسات أخرى إلى أن غرق الغلاف الصخري المحيطي بفعل الجاذبية، يؤدي دورًا مهمًا في دفع حركة الصفائح فوق طبقة الوشاح الحارة جدًا.

ظاهرة مفاجئة.. تفكك الصفيحة الهندية

كشفت دراسة حديثة، أجراها باحثون من مؤسسات في الولايات المتحدة الأمريكية والصين، ونَشر نتائجها موقع ساينس أليرت، 17 يناير 2024م، عن ظاهرة لُوحظت للمرة الأولى. فقد رصدوا تفكك الصفيحة الهندية، التي تُعتبر صفيحة قارية ومحيطية في الوقت نفسه، أثناء انزلاقها وجرشها تحت الصفيحة الأوراسية الهائلة التي تقع فوقها، وانقسامها إلى قسمين تحت هضبة التيبت. وذكرت الدراسة أن ذلك سيؤثر على المدى الطويل في شكل أعلى مرتفعات على الأرض، ومنها جبال الهملايا وقمة إفرست.

وعن أسباب هذا الانقسام، تشير دراسات كثافة الوشاح والقشرة إلى أن الصفيحة الهندية، العائمة إلى حد ما، لا ينبغي أن تغرق بسهولة؛ وهذا يعني أن الأجزاء المغمورة من القشرة يجب أن تظل تطحن تحت بطن الصفيحة الأوراسية بدلًا من أن تغوص في أعماق الوشاح. هذا هو الاحتمال الأول. أمَّا الاحتمال الآخر، فهو أن الصفيحة الهندية تتشوه، نتيجة الطحن والانزلاق المستمر تحت الصفيحة الأوراسية الأكبر بطريقة تتسبب في تجعد بعض أجزائها وطيها، وتراجع أجزاء أخرى وغوصها.

النشاط البركاني

ولمَّا كانت الصفائح التكتونيّة لا تزال تتحرك وستواصل التحرك في المستقبل، فإن ميدان الجيولوجيا هو الميدان الذي تستجدّ فيه أحداث جديدة طول الوقت، وأحيانًا أمام أعيننا مباشرة. فالجبال تستغرق ملايين السنين لتتكوّن، والبراكين تحتاج إلى الآلاف، لكن بعض البراكين يمكن أن يتكوّن في غضون ساعات. ففي 20 فبراير 2023م، احتفل أحد أحدث البراكين في العالم بعيد ميلاده الحادي والثمانين. إذ وفقًا لمجلة “ماشابل”، تكوّن بركان “باريكوتين” بين عشية وضحاها في حقل بالقرب من قرية باريكوتين في المكسيك في عام 1943م. وفي غضون 24 ساعة، وَلَدت أرضٌ مسطحةٌ من حقل ذرة بركانًا يبلغ ارتفاعه 50 مترًا تفوح منه رائحة الكبريت، وينفث الرماد، ويقذف الحمم البركانية.

تفترض دراسة جديدة أن آثار حركة الصفائح التكتونيّة لا تقتصر على تكوُّن جغرافية الأرض فحسب، بل إنها تدفع أيضًا إلى تطور الأنواع.

تحفيز تطوّر الأنواع

لا تقتصر آثار حركة الصفائح التكتونيّة على تكوُّن جغرافية الأرض فحسب، بل إنها تدفع أيضًا إلى تطور الأنواع. هذا ما تفترضه دراسة جديدة أجراها باحثون من جامعة سيدني، ونشرتها مجلة “نيتشر”، في 29 نوفمبر 2023م، وجاء فيها: “إن التنوع البيولوجي يتطور بمعدلات مماثلة لوتيرة الصفائح التكتونيّة”. ويشير الباحث الرئيس في الدراسة، الدكتور تريستان ساليس، إلى أن هذا المعدل “أبطأ بما لا يقاس من معدلات الانقراض الحالية الناجمة عن النشاط البشري”.

إن أحد أكبر ألغاز التطور، هو الفجوة البالغة 100 مليون سنة بين التنوع البيولوجي في المحيطات وتنوعه على الأرض. ويطرح هذا البحث الجديد، نظرية تشرح هذا اللغز، استنادًا إلى معدلات دفق الرواسب، وهي معدلات تتأثر بالتحولات التكتونيّة.

لقد أدَّت الجيولوجيا وعلم المناخ وعلم الوراثة والسجلات الأحفورية، دورًا حاسمًا في تفسير عملية التطور على الأرض. ولكن، عادةً ما يُنظَر إلى كل علم منها بمعزل عن الآخر. وتجمع الدراسة التي أجراها باحثون من جامعة سيدني، بيانات من كل هذه الميادين العلميّة، مثل قِطع اللغز، لتشكيل صورة أكمل للتطور في نصف المليار السنة الماضية. وقال الدكتور ساليس: “من خلال معايرة هذه الذاكرة المادية المحفورة في قشرة الأرض مع علم الوراثة والأحافير والمناخ والهيدرولوجيا والتكتونيات، قمنا بالتحقق من فرضيتنا”.

وتتناول الدراسة فترة تبلغ 540 مليون سنة، منذ الانفجار الكامبري، وهي حقبة التنوع البيولوجي السريع، حتى يومنا هذا. ويسعى الباحثون إلى معرفة كيفية تأثر التنوع البيولوجي للأرض بالعمليات الجيولوجية، مثل: تكوين الجبال والأنهار والمحيطات وتدفق رواسب المغذيات. ورسم الباحثون خريطة لمعدل توسع التنوع البيولوجي على معدل تدفق الرواسب إلى المحيط، ووجدوا علاقة إيجابية قوية بين الرسمين البيانيين. وقال الدكتور ساليس: “لا تحفر الأنهار الأخاديدَ وتشكّل الوديان فحسب، بل تؤدي دور نظام الدورة الدموية للأرض باعتبارها القنوات الرئيسة لنقل المغذيات والرواسب من المصادر إلى المصارف”.

فتدفق المواد الغذائية إلى المحيط يحفّز التنوع البيولوجي. ولا يمكن للحياة البرية أن تستفيد من هذه النعمة، إلا عندما ينحسر المحيط، وهو ما يحوّل الغطاء الرسوبي السابق لقاع المحيط إلى تربة خصبة جديدة يمكن أن تتكاثر فيها الأنواع النباتية وتنتشر وتصبح غذاء للحيوانات.

حفز نشوء الحياة الذكية

بالنظر إلى مدى أهمية الصفائح التكتونيّة في تشكيل الحياة على الأرض، فإن المرجّح هو الافتراض أنها تؤدي دورًا حاسمًا في تطور الأنواع على الكواكب الصخرية في الأنظمة النجمية الأخرى، وربَّما تكون القوة الدافعة لإنشاء نظام من الحياة الذكية على هذه الكواكب. وتتناول مقالة كتبها روبرت ج. ستيرن، من جامعة تكساس في دالاس، نُشرت في مجلة “ساينس دايركت”، في يوليو 2016م، هذا الاحتمال بالتفصيل.

ويقترح ستيرن تجربة فكرية مع كوكبين، على أن يكون الفرق الوحيد بينهما هو الصفائح التكتونيّة. يقول ستيرن: “إن الكوكب الذي يحتوي على محيطات وقارات وصفائح تكتونيّة يزيد من فرص حدوث الأنواع والانتقاء الطبيعي، في حين أن الكوكب المماثل الذي لا يحتوي على صفائح تكتونيّة يوفر عددًا أقل من هذه الفرص”.

ويتطلب التطور ضغطًا بيئيًا حتى تتمكن الأنواع من التكيف. ومع ذلك، يجب ألا تكون هذه المتغيرات شديدة للغاية، حتى لا تنقرض الأنواع. فالصفائح التكتونيّة قادرة على توفير القدر المناسب من الضغط على شكل انجراف قاري وتشكّل الجبال والمحيطات وإنشاء الجسور البرية وانهيارها، وهي جميعًا تشجّع الأنواع على الهجرة والتكيف مع البيئات الجديدة.

لكل هذه الأسباب، يرى ستيرن أن البحث عن حياة خارج كوكب الأرض، يجب أن يركَّز على الكواكب المائية ذات الصفائح التكتونيّة

طبقات الأرض

تتكوّن الكرة الأرضية من ثلاث طبقات رئيسة:

1 – القشرة الخارجية، وتتراوح سماكتها بين 5 كيلومترات إلى 70 كيلومترًا، وتعوم على طبقة الوشاح.

2 – الوشاح

وسماكته حوالي 2900 كيلومتر، وتتراوح حرارته بين 200 درجة مئوية عند ملامسته القشرة، و4000 درجة عند ملامسته النواة. ويشكّل الوشاح حوالي %84 من حجم الأرض، ويتكوّن من قسمين:

أ – الجزء العلوي الملامس للقشرة ومواده صلبة، وتشكّل مع القشرة منطقة من الصخور الصلبة والهشّة تسمَّى “غلاف الأرض الصخري”، وتبلغ سماكته بين 80 كيلومترًا و670 كيلومترًا.

ب – الجزء السفلي، وهو منطقة ذات لزوجة تشبه الأسفلت تسمَّى “الغلاف المائع”، وهو الجزء الذي يتدفق ويحرك الصفائح التكتونية.

3 – النواة

وتتكوّن من قسمين:

أ – النواة الخارجية، وسماكتها حوالي 2300 كيلومتر، وتبلغ حرارتها بين 4000 درجة و5000 درجة.

ب – النواة الداخلية، ويبلغ قطرها حوالي 2400 كيلومتر، وحرارتها بين 5000 درجة إلى 7000 درجة.