الدرس: 2 توسُّع قاع المحيط
استِكشاف قاع المحيط
ما التقنية التي استخدمتها العديد من الدول لدراسة واستكشاف قيعان المحيطات؟
يوضح الشكل الآتي؛ تقنية السَّبر الصّوتي بوساطة أجهزة السونار لدراسة واستكشاف قيعان المحيطات.
ما طريقة عمل جهاز السونار؟
الرّبط بالتكنولوجيا:
- يستعمل جهازُ السّونار (Sonar)الموجات الصّوتية لتحديد أعماق المُحيطات.
- يتم قياس الزمن الذي تستغرقه الموجات التي يتم إرسالها نحو قاع المحيط حتى ارتدادها عن القاع واستقبالها في السفينة.
- تحديد الزمن وسرعة الموجات الصّوتية في الماء والتي من خلالها يستطيع العلماء تحديدَ أعماق المُحيطات.
لماذا استخدمت العديد من الدول تقنية السبر الصوتي؟
- قياس عُمق المحيط.
- رسْمُ خريطة لتضاريسِ قاع المحيط.
ما الاكتشافات التي توصل إليها العلماء من خلال دراسة تضاريس قيعان المحيطات؟
- وجود سلسلة جبليّة ضخمة يتصل بعضها ببعض تمتد في جميع المُحيطات تُسمّى ظَهْرَ المحيط. يوجد في وسطها وادٍ عميق ضيّق يُسَمّى الواديَ المتصدِّع.
- وجود وِدْيانٍ عميقة ضيّقة تمتد طوليًّا في قيعان المُحيطات تُسمّى الأخاديدَ البحريّةَ. ومن أمثلتها أخدودُ ماريانا في المحيط الهادي الذي يُعَدُّ أعمقَ الأخاديد، حيث يبلغ عمقُه أكثرَ من (11km).
ما أهمية اكتشاف ظَهْر المحيط والأخاديد البحريّة؟
قاد اكتشافُ ظَهْر المحيط والأخاديد البحريّة العلماءَ إلى التفكير في كيفيّة تشكّلهما وما القُوى التي أدّت إلى ذلك.
فرَضيّة توسُّع قاع المحيط
ما الفرضية التي وضعها العالِم هاري هس؟
في بداية الستينيّات من القرن الماضي بناءً على بيانات تضاريس قيعان المُحيطات ومكوّناته، وضع العالم هاري هس فرضيّة توسُّع قاع المحيط.
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 المحيطيّة 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.
يوضح الشكل الآتي؛ توسّع قاع المحيط بشكل 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 لهما نفس العُمْر ويزداد عمرها كلما زادبعدها عن ظَهْر المحيط.
ماذا يؤدي انزلاق الحافّة البعيدة من القشرة المحيطية عن منطقة ظَهْر المحيط؟
يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها وانصهارها، وإنتاج ماغما ترتفع وتتصلّب، وتصبح جزءًا من القشرة القارّية.
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.تم ربطُ فرَضيّة توسُّع قاع المحيط 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؟
- استخدمت سفينة (غلومار شالنجر) منذ عام 1968 م لجمع عيّناتٍ صخريّةٍ تمثّل قاع المحيط، التقطت السفينة تلك العيّنات من صُخور جانِبَيْ ظَهْر المحيط. حيث أكّدت البيانات التي تم الحصول عليها بعد تحليل تلك العيّنات على صحّة فرَضيّة توسُّع قاع المحيط.
- 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 هي الأحدثَ عمرًا.
- عمرَ الصّخور يزداد كلّما ابتعَدنا عن منطقة وسط ظَهْر المحيط باتجاه حوافّ القارّات أو مناطق الأخاديد البحريّة وتتماثل أعمارُها على جانبَيْ ظَهْر المحيط.
- أكّدت الدّراسات أن أقدمَ عُمْرٍ لصُخور قشرة محيطيّة لا يزيد عن 180m.y تقريبًا، بينما يزيد أقدم عُمْرٍ لصُخور قشرة قارّية عن 4.4b.y .
يوضح الشكل الآتي؛ أن الصّخور الأقدمُ تقع بالقرب من حافّات القارّات، بينما 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.
- يفسّر 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.
يوضح الشكل الآتي؛ أنه 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.
- عندما 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 صغيرة ولا تتعدىm.y 180
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؟
- اصطلح العلماء على تسمية المجال المغناطيسيّ المحفوظ في الصّخور التي تتّجه فيها المعادن المغناطيسيّة باتجاه المجال المغناطيسيّ الحالي نفسه قطبيّة عادية Normal Polarity.
- 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.
كيف 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؟
- تكون على شكل أشرطة مغناطيسيّة ذات شِدّة مغناطيسيّة عالية، وأشرطة مغناطيسية ذات شِدّة مغناطيسيّة منخفضة بصورة متعاقِبة وموازية لظَهْر المحيط.
- كل شريطين متناظِرَين على جانِبَيْ ظَهْر المحيط لهما الشِدّة المغناطيسيّة نفسُها، والعمرُ نفسُه.
يوضح الشكل الآتي؛ 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 1.9m.y على جانِبَيْ ظَهْر المحيط من حيث الشِّدّة المغناطيسيّة ونوع القطبيّة المغناطيسيّة.
الإجابة:الصّخور التي عُمْرُها 1.9 m.y لها شدة مغناطيسيّة عالية وقطبية عادية.
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 ذو قطبيّة عادية تمتلك الأشرطةَ قطبية عادية، وإذا كان المجال المغناطيسيّ السائد ذو 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 مكوَّنة جميعُها 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 الصّخور البازلتيّة تظهر على شكل وسائدَ، وتوجد على امتداد ظَهْر المحيط تُسمّى لابَةً وسائدِيّةً.
- فسّر العلماء أن مثل هذه الصّخور يمكن أن تتكوّن فقط بسبب اندفاع الماغما على امتداد وسط ظَهْر المحيط، حيث تتصلّب الماغما المندفعة من الشقوق الموجودة في وسط ظَهْر المحيط بسرعة، بسبب ملامستها للماء.
- أظَهْرت دراسات صُخور قاع المحيط أن الماغما قد اندفعت بشكل متكرّر من تلك الشقوق ما يدل على تشابُه آليّة تشكُّل صخور قاع المحيط.
يوضح الشكل الآتي؛ 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.
- غوّاصة ألفين هي غوّاصة صغيرة بُنِيت لدراسة قيعان المُحيطات.
- بدأت غوّاصة ألفين رحلاتها الاستكشافيّة منذ عام 1964 م حيث تستطيع حَمْلَ عدد من العلماء في داخلها، وتستطيع تحمُّل ضغط الماء على عُمق يصل إلى 4km.
- أجرت غوّاصة ألفين 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:
- لا تتعدى أعمار صخور المحيط 180 m.y
- تناظر الأشرطة المغناطيسية على جانبي ظهر المحيط من حيث العمر، والعرض والقطبية العادية والمقلوبة.
- تكوّن صخور قيعان المحيطات جميعها من نفس نوع الصخر وهو البازلت.