إن تاريخ الأرض مكتوب على ألواح الصفائح التكتونية العظيمة.
شكلت حركات الصفائح الكتل الأرضية، وشكلت المحيطات، وخلقت المناخات والموائل المتنوعة التي مهدت الطريق للتطور وتنوع الحياة.
لكن هذه الدراما الكبرى تبدأ بغموض عميق: متى بدأت الصفائح القارية والمحيطية في الانجراف؟ هل بدأ الغلاف الصخري في التحرك بعد وقت قصير من تكوين الأرض قبل 4.5 مليار سنة أم فقط في المليار سنة الأخيرة؟
أظهرت دراسة جديدة أجراها علماء الجيولوجيا بجامعة هارفارد، أقدم دليل مباشر حتى الآن على حركة الصفائح منذ حوالي 3.5 مليار سنة. وفي دراسة نُشرت مؤخرًا في مجلة Science، أظهر الفريق أن حركات الصفائح – وإن لم تكن بالضرورة من النوع الحديث – شكلت التاريخ المبكر لكوكبنا.
وقال المؤلف الرئيسي أليك برينر، دكتوراه: “لقد كانت هناك مجموعة كبيرة من الأعمار المقترحة للتوقيت”. ’24، الذي أجرى البحث في قسم علوم الأرض والكواكب في كلية كينيث سي جريفين للدراسات العليا للفنون والعلوم. “من خلال هذه الدراسة، يمكننا القول أنه منذ 3.5 مليار سنة، كان بإمكاننا رؤية الصفائح تتحرك على سطح الأرض.”
وجاءت الاكتشافات الجديدة من بعض أقدم الصخور المحفوظة جيدًا في العالم، وهي Pilbara Craton في غرب أستراليا، والتي تحتوي على تكوينات من الدهر الأركي، وهي فترة من 4 إلى 2.5 مليار سنة مضت عندما كانت الأرض تستضيف الحياة الميكروبية المبكرة وتحت قصف الأجسام الفلكية. تحتوي منطقة بيلبارا على أدلة على بعض أقدم أشكال الحياة المعروفة، مثل الستروماتوليت والصخور الميكروبية التي ترسبتها كائنات وحيدة الخلية مثل البكتيريا الزرقاء.
يجري فريق بقيادة أستاذ علوم الأرض والكواكب روجر فو بحثًا في شرق بيلبارا منذ عام 2017. ويتخصص فو في المغناطيسية القديمة، وهو فرع من الجيوفيزياء يدرس التغيرات في المجالات المغناطيسية للأرض لإعادة بناء التاريخ المبكر للكوكب. وفي العام الماضي، نشر الفريق بحثًا عن اصطدام نيزك قديم بالموقع نفسه.
بالإضافة إلى الكشف عن خصائص المجال المغناطيسي للأرض، يمكن أيضًا استخدام المغناطيسية القديمة لتتبع حركات الصفائح. من خلال تحليل الإشارات المغناطيسية للحبيبات المعدنية القديمة، يمكن للباحثين استنتاج اتجاه وعرض الصخور في وقت التكوين، وبالتالي استخدام العينات القديمة مثل وحدات نظام تحديد المواقع باليو.
“تقريبًا كل شيء فريد حول الأرض له علاقة بتكتونية الصفائح عند مستوى ما.”
روجر فو
قال فو: “كل شيء فريد تقريبًا في الأرض له علاقة بتكتونية الصفائح عند مستوى ما”. “في مرحلة ما، تحولت الأرض من شيء غير مميز، مجرد كوكب آخر في النظام الشمسي يحتوي على مواد مماثلة، إلى شيء خاص للغاية. وهناك شك قوي للغاية في أن تكتونية الصفائح هي التي دفعت الأرض إلى السير في هذا المسار المتباين.”
وفي الدراسة الجديدة، قام الباحثون بتحليل أكثر من 900 عينة صخرية تم جمعها من أكثر من 100 موقع منتشرة عبر منطقة تسمى قبة القطب الشمالي.
لقد استخرجوا عينات أسطوانية، أو “نوى”، باستخدام مثقاب كهربائي ذو لقمة مجوفة وأسنان ماسية، يتم الحفاظ عليها باردة بواسطة رشاش الحديقة الذي يعمل بمضخة يدوية. بعد ذلك تم تسجيل موضع العينة بدقة باستخدام أداة تم إدخالها في الفتحة تحتوي على بوصلة ومقياس الزوايا (جهاز لقياس الزوايا).
بالعودة إلى جامعة هارفارد، تم تقطيع النوى إلى أقسام مثل ملفات تعريف الارتباط، وترتيبها على صواني، ووضعها في مقياس المغناطيسية، وهي آلة يمكنها قياس الإشارات المغناطيسية أضعف 100 ألف مرة من إبرة البوصلة. تم قياس العينات بشكل متكرر أثناء تسخينها إلى درجات حرارة أكثر سخونة بشكل تدريجي تصل إلى 590 درجة مئوية حتى فقدت معادن الماجنتيت مغنطتها. يتيح التسخين التدريجي للباحثين عزل الإشارات المغناطيسية من فترات مختلفة في تاريخ الصخور. أخيرًا، استغرق التحليل حوالي عامين.
قال برينر، وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة ييل: “لقد قمنا بمقامرة كبيرة حقًا”. “تستغرق عملية إزالة المغناطيسية لآلاف النوى سنوات. وقد أتى ذلك بثماره! لقد كانت هذه النتائج أبعد من أعنف أحلامنا.”
في المعادن المغناطيسية الحديدية، يكون اتجاه الإلكترونات بمثابة إبرة بوصلة تشير نحو القطب المغناطيسي. يوفر اتجاه الإلكترون أيضًا تلميحات حول الموقع على الكرة الأرضية ثلاثية الأبعاد بالنسبة للقطب المغناطيسي عند تشكل الصخرة، مما يوفر مؤشرًا لخط العرض.
قام فو بحفر عينة من البازلت الذي يبلغ عمره 3.5 مليار عام.
تصوير أليك برينر، جامعة هارفارد/جامعة ييل
فو (يسار) وبرينر يقومان بمسح صخور عمرها 3.5 مليار سنة في بيلبارا كراتون، غرب أستراليا.
تصوير سالتي دافنبورت
من خلال تحليل سلسلة من الصخور تمتد على مدى 30 مليون سنة بعد 3.5 مليار سنة مضت، وجدوا أن جزءًا من تكوين شرق بيلبارا تحول في خط العرض من 53 درجة إلى 77 درجة – انجراف عشرات السنتيمترات سنويًا على مدى عدة ملايين من السنين – ودور في اتجاه عقارب الساعة بأكثر من 90 درجة. وفي غضون حوالي 10 ملايين سنة، تباطأت الحركة، تلتها فترة من الحركة البسيطة.
ولمقارنة هذه الحركة مع المواقع الأثرية في أماكن أخرى، قام الباحثون بفحص موقع معاصر في جنوب أفريقيا، وهو حزام باربرتون جرينستون. وأظهرت الدراسات المغناطيسية القديمة السابقة أن الأخير كان يقع بالقرب من خط الاستواء وكان ثابتًا تقريبًا خلال نفس الفترة الزمنية. من الواضح أن المنطقتين البعيدتين كان لهما أنماط مختلفة من الانجراف.
في العالم الحديث، تتحرك صفائح أمريكا الشمالية وأوراسيا بعيدًا عن بعضها البعض بحوالي 2.5 سم، أو 1 بوصة، سنويًا.
الأغطية و”حركة الدينامو” والمزيد
ويظل السؤال مفتوحًا متى وكيف اتخذت الأرض شكلها الحالي من الصفائح التكتونية، والتي يسميها الجيوفيزيائيون “الغطاء النشط”. تفترض نظريات مختلفة أن الأرض المبكرة كان لها “غطاء راكد” (صفيحة عالمية واحدة غير مكسورة)، أو “غطاء بطيء” (صفائح تتحرك ببطء)، أو “غطاء عرضي” (صفائح تتحرك بشكل متقطع). تستبعد الدراسة الجديدة وجود غطاء راكد، لكنها لا تستطيع التمييز بين نموذج حركة اللوحة الأكثر احتمالاً؛ ويتابع فريق فو دراسات إضافية للإجابة على هذا السؤال.
قال برينر: “إننا نشهد حركة الصفائح التكتونية، الأمر الذي يتطلب وجود حدود بين تلك الصفائح، وأن الغلاف الصخري لم يكن عبارة عن قشرة كبيرة غير مكسورة في جميع أنحاء العالم، كما جادل الكثير من الناس من قبل”. “بدلاً من ذلك، تم تقسيمها إلى قطع مختلفة يمكن أن تتحرك بالنسبة لبعضها البعض.”
اكتشف الفريق أيضًا أقدم حالة معروفة للانعكاس المغناطيسي الأرضي، وهي ظاهرة ينقلب فيها المجال المغناطيسي للكوكب أحيانًا. وبعد الانعكاس، تشير إبرة البوصلة إلى الجنوب بدلاً من الشمال.
ويعتقد أن هذه الظاهرة يحكمها “عمل الدينامو” الذي يتضمن الحمل الحراري للحديد المنصهر في قلب الأرض الذي ينتج تيارات كهربائية ومجالات مغناطيسية. حدث الانعكاس الأخير منذ حوالي 780.000 سنة.
وقال فو إن الأدلة الجديدة تشير إلى أنه قبل 3.5 مليار سنة، حدثت الانقلابات بشكل أقل تكرارا مما حدث في التاريخ الحديث. “إنها ليست قاطعة في حد ذاتها، ولكنها تشير إلى أنه ربما كان الدينامو في وضع مختلف قليلاً عما هو عليه اليوم.”
