العلماء يحلون لغز ارتفاع القارات الذي ظل قائما لفترة طويلة

تشير الدراسة إلى أن تفكك القارات يسبب موجات أرضية عميقة، مما يؤدي إلى ظهور السمات الطبوغرافية مثل المنحدرات والهضاب.

أجاب فريق من العلماء بقيادة جامعة ساوثهامبتون على أحد أكثر الأسئلة المحيرة في علم الصفائح التكتونية: كيف ولماذا ترتفع الأجزاء “المستقرة” من القارات تدريجيا لتشكل بعضا من أعظم السمات الطبوغرافية على الكوكب.

وفي دراستهم التي نشرت مؤخرا في طبيعةقام الباحثون بفحص تأثيرات القوى التكتونية العالمية على تطور المناظر الطبيعية على مدى مئات الملايين من السنين. ووجدوا أنه عندما تنفصل الصفائح التكتونية، يتم إطلاق موجات قوية في أعماق الأرض يمكن أن تتسبب في ارتفاع الأسطح القارية بأكثر من كيلومتر.

لغز المنحدرات والهضاب

تساعد هذه النتائج في حل لغز طويل الأمد حول القوى الديناميكية التي تشكل وتربط بعض أكثر أشكال التضاريس دراماتيكية على وجه الأرض – وهي سمات طبوغرافية واسعة تسمى “المنحدرات” و”الهضاب” والتي تؤثر بشكل عميق على المناخ والأحياء.

“لطالما اشتبه العلماء في أن السمات الطبوغرافية شديدة الانحدار التي يبلغ ارتفاعها كيلومترًا واحدًا والتي تسمى المنحدرات العظيمة – مثل المثال الكلاسيكي المحيط بجنوب إفريقيا – تتشكل عندما تتصدع القارات وتنقسم في النهاية. ومع ذلك، فإن تفسير سبب ارتفاع الأجزاء الداخلية من القارات، بعيدًا عن مثل هذه المنحدرات، وتآكلها أثبت أنه أكثر صعوبة. هل ترتبط هذه العملية بتكوين هذه المنحدرات الشاهقة؟ ببساطة، لم نكن نعرف،” قال المؤلف الرئيسي توم جيرنون، أستاذ علوم الأرض في جامعة ساوثهامبتون.

تظل الحركات الرأسية للأجزاء المستقرة من القارات، والتي تسمى الكراتونات، واحدة من أقل جوانب علم الصفائح التكتونية فهماً.

تعاون فريق من جامعة ساوثهامبتون، بما في ذلك الدكتورة ثيا هينكس والدكتور ديريك كير وأليس كانينجهام، مع زملاء من مركز هلمهولتز بوتسدام – مركز الأبحاث الألماني GFZ للعلوم الجيولوجية و جامعة برمنجهام لمعالجة هذا السؤال الأساسي.

وتساعد نتائجهم في تفسير سبب تعرض أجزاء من القارات التي كان يُعتقد في السابق أنها “مستقرة” لارتفاعات وتآكل كبيرين، وكيف يمكن لمثل هذه العمليات أن تهاجر مئات أو حتى آلاف الكيلومترات إلى الداخل، لتشكل مناطق مرتفعة واسعة تعرف باسم الهضاب، مثل الهضبة الوسطى في جنوب أفريقيا.

نمذجة الرفع القاري والتآكل

بناءً على دراستهم التي تربط بين ثورات الماس والتفكك القاري، نُشرت العام الماضي في طبيعةاستخدم الفريق نماذج كمبيوترية متقدمة وأساليب إحصائية لدراسة كيفية استجابة سطح الأرض لتفكك الصفائح القارية عبر الزمن.

اكتشفوا أنه عندما تنقسم القارات، فإن تمدد القشرة القارية يسبب حركات تحريكية في وشاح الأرض (الطبقة الضخمة بين القشرة والنواة).

وقال البروفيسور ساشا برون، الذي يقود قسم النمذجة الجيوديناميكية في مركز جي إف زد بوتسدام: “يمكن مقارنة هذه العملية بحركة كاسحة تتحرك نحو القارات وتزعج أساساتها العميقة”.

أجرى البروفيسور برون والدكتورة آن غليروم، اللذان يعملان أيضاً في بوتسدام، محاكاة للتحقيق في كيفية تطور هذه العملية. ولاحظ الفريق نمطاً مثيراً للاهتمام: سرعة “موجات” الوشاح التي تتحرك تحت القارات في محاكاتهما تتطابق بشكل وثيق مع سرعة أحداث التآكل الكبرى التي اجتاحت المناظر الطبيعية في جنوب أفريقيا في أعقاب تفكك القارة العملاقة القديمة جندوانا.

وقد جمع العلماء أدلة تشير إلى أن المنحدرات العظيمة نشأت عند حواف وديان الصدع القديمة، تماماً مثل الجدران شديدة الانحدار التي نراها اليوم على هوامش الصدع في شرق أفريقيا. وفي الوقت نفسه، تسبب حدث الصدع أيضاً في ظهور “موجة وشاح عميقة” تنتقل على طول قاعدة القارة بسرعة تتراوح بين 15 و20 كيلومتراً لكل مليون سنة.

ويعتقدون أن هذه الموجة تعمل على إزالة طبقات الصخور من جذور القارات بفعل الحمل الحراري.

قال البروفيسور برون: “مثلما تفقد البالونات الهوائية وزنها لترتفع إلى أعلى، فإن فقدان المواد القارية يتسبب في ارتفاع القارات – وهي عملية تسمى التساوي في الارتفاع”.

وبناءً على ذلك، وضع الفريق نموذجًا لكيفية استجابة المناظر الطبيعية لهذا الارتفاع الناتج عن الوشاح. ووجدوا أن عدم استقرار الوشاح المهاجر يؤدي إلى موجة من تآكل السطح تستمر لعشرات الملايين من السنين وتتحرك عبر القارة بسرعة مماثلة. ويؤدي هذا التآكل الشديد إلى إزالة وزن هائل من الصخور مما يتسبب في ارتفاع سطح الأرض بشكل أكبر، مما يؤدي إلى تكوين هضاب مرتفعة.

“أوضح جان براون، أستاذ نمذجة عمليات سطح الأرض في مركز جي إف زد بوتسدام، ومقره أيضًا في جامعة بوتسدام، أن “نماذج تطور المناظر الطبيعية لدينا تظهر كيف يمكن لسلسلة من الأحداث المرتبطة بالتصدع أن تؤدي إلى جرف بالإضافة إلى هضبة مستقرة ومسطحة، على الرغم من تآكل طبقة من عدة آلاف من الأمتار من الصخور”.

وتقدم دراسة الفريق تفسيرا جديدا للحركات الرأسية المحيرة للقارات البعيدة عن حواف القارات، حيث يكون الرفع أكثر شيوعا.

وأضاف الدكتور ستيف جونز، الأستاذ المشارك في أنظمة الأرض بجامعة برمنجهام: “ما لدينا هنا هو حجة مقنعة مفادها أن التصدع يمكن، في ظل ظروف معينة، أن يولّد بشكل مباشر خلايا الحمل الحراري طويلة العمر في الوشاح العلوي، وهذه الأنظمة الحملية الناجمة عن التصدع لها تأثير عميق على تضاريس سطح الأرض والتآكل والترسيب وتوزيع الموارد الطبيعية”.

الخاتمة والتوجهات المستقبلية

وخلص الفريق إلى أن نفس سلسلة اضطرابات الوشاح التي تحفز ظهور الماس بسرعة من أعماق باطن الأرض تشكل أيضًا بشكل أساسي المناظر الطبيعية القارية، مما يؤثر على مجموعة من العوامل من المناخ الإقليمي والتنوع البيولوجي إلى أنماط الاستيطان البشري.

وأوضح البروفيسور جيرنون، الذي حصل على منحة خيرية كبيرة من مؤسسة WoodNext، التي تديرها مؤسسة مجتمع هيوستن الكبرى، لدراسة التبريد العالمي، أن التفكك القاري لا يزعج الطبقات العميقة من الأرض فحسب، بل له أيضًا تأثيرات تتردد صداها عبر سطح القارات، والتي كان يُعتقد سابقًا أنها مستقرة.

واختتم البروفيسور جيرنون حديثه قائلاً: “لا بد أن زعزعة استقرار نوى القارات أثرت على المناخات القديمة أيضًا”.

مرجع: “التطور المشترك لحواف وداخل القارات أثناء الانفصال القاري” بقلم توماس م. جيرنون، وتيا ك. هينكس، وساشا برون، وجين براون، وستيفن م. جونز، وديريك كير، وأليس كانينجهام، وآني جليروم، 7 أغسطس 2024، طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-024-07717-1