ما هي طبقات الأرض

طبقات الأرض حسب الميكانيكة

تم تصنيف طبقات الأرض ودراستها وفقاً لخصائصها الميكانيكية أو الفيزيائيّة مثل المتانة، والصلابة، والحالة الفيزيائية لكل طبقة من الطبقات، ولهذا فقد تم تقسيم طبقات الأرض إلى خمسة طبقات مُختلفة وهي كالآتي:^[١][٢]

الغلاف الصخري

يُعتبر الغلاف الصخري (بالإنجليزية: Lithosphere) الطبقة الأولى من طبقات الأرض، وهو عبارة عن السطح الخارجي الصلب الذي تعيش عليه جميع الكائنات الحيّة بما فيها البشر، ويُشكل الغلاف الصخري ما يُعرف بالصفائح التكتونية (بالإنجليزية: Tectonic plates) للأرض والتي تتحرك نسبة إلى بعضها البعض، ومن اسمه فإن معظم الغلاف الصخري يتكون من صخور صلبة فيما عدا نسبة قليلة من الصهارة الموجودة أسفل البراكين أو في أماكن يحدث فيها تدفُق لهذه الصهارة، ولا تتجاوز تلك النسبة 0.1% من حجم كامل الغلاف الصخري للأرض، كما يتكون الغلاف الصخري من جزئين رئيسيين وهما القشرة (بالإنجليزية: Crust) التي تُعتبر الجزء العلوي من الغلاف الصخري، والسِتار (بالإنجليزية: Mantle) الذي يُشكل الجزء السفلي من الغلاف الصخري، ويُشكل هذان الجزئين مع بعضهما البعض طبقة صلبة بشكل نسبيّ ومُمتدة عبر أرجاء الأرض كاملة طبقة الغلاف الصخري،^[٣]إذ يمتد لمسافة تبدأ من الصفر على سطح الأرض إلى 100كم تقريباً على امتداد باطنها.^[٢]

الغلاف المائع

يقع الغلاف المائع أوغلاف مَوْرِي (بالإنجليزية: Asthenosphere ) أسفل الغلاف الصخري، إذ تمتد هذه الطبقة من 100كم إلى 350كم تقريباً باتجاه باطن الأرض، وتمتاز طبقة الغلاف المائع بأنها طبقة ضعيفة نسبياً، إذ تسلك هذه الطبقة سلوك المواد اللادنة -مواد ذات القابلية العالية للتشكيل دون أن تنكسر- أكثر من سلوك المواد الصلبة التي يسلكها الغلاف الصخري، وبذلك فهي تتشابه بشكل تقريبيّ مع الخصائص الكيميائيّة لما يُعرف بسِتار الغلاف الصخري فيما عدا أن الغلاف المائع يمتاز بالليونة، ويعود ذلك إلى قربه من درجات الحرارة المُرتفعة التي قد تصل إلى درجة كافية لانصهار الصخور الموجود فيه، كما أن وجود الصخور المُنصهرة بين معادن الغلاف المائع تجعله يكتسب طبيعته المائعة على عكس الغلاف الصخري الذي يحتوي على معادن صلبة كلياً تجعل صخوره صلبة ومُترابطة مع بعضها البعض على الرغم من انصهار جزئيّ للصخور الموجودة فيه.^[٢]

يُعد الغلاف المائع مصدراً رئيسياً لمعظم الصهارة أو الماغما، ويعود ذلك إلى قُرب حرارة ذلك الغلاف من نقطة الانصهار (بالإنجليزية: Melting point) كما أن أغلب الأماكن المُكونة له قد تحتوي على صخور مُنصهرة بشكل جزئي، وللغلاف المائع علاقة وثيقة في تنشيط تكوُن البراكين على حدود الصفائح التكتونية، حيث تضغط تلك الصفائح على الغلاف المائع أو إنها تدفع الماء باتجاهه الأمر الذي يؤدي إلى اندفاع الصهارة الموجودة فيه إلى سطح القشرة الأرضية الموجودة على حدود الصفائح التكتونية مكونة البراكين في تلك المناطق، وما تجدر الإشارة إليه أنّ الغلاف المائع يتدفق بمعدلات جيولوجية تصل إلى بضعة سنتيمترات كل سنة.^[٣]

الغلاف الأوسط

تمتد طبقة الغلاف المُتوسط أو الميزوسفير أو الوشاح (بالإنجليزية: Mesosphere) على عمق يتراوح بين 350كم إلى 2900كم باتجاه باطن الأرض وأسفل الغلاف المائع، وينقسم الغلاف المتوسط إلى طبقتين رئيسيين وهما: الطبقة الوسطى العلويّة أو الميزوسفير العلوي (بالإنجليزية: Upper mesosphere) والطبقة الوسطى السفليّة أو الميزوسفير السفلي (بالإنجليزية: Lower mesosphere)؛ إذ تزاد كثافة الصخور بازياد العمق خلال الطبقة العلوية استجابة ً لازدياد الضغط الصخري، ولهذا يطلق عليها المنطقة الانتقاليّة، وتمتاز هذه الطبقة بصلابة صخورها بفعل تعرّضها للحرارة والضغط مما يمنع حدوث أي انكسار أو تكسّر فيها، لذا فلا تتسبب هذه الطبقة بحدوث الزلازل على سطح الأرض، ومع استمرار التقدُم في طبقات الأرض والوصول لغلاف الطبقة الوسطى السفليّة فإن كثافة الصخور تزداد بشكل بشكل كبير جداً ومُفاجئ، وذلك نتيجة تعرُض البنيّة البلوريّة الخاصة بمعظم المعادن الموجودة في صخور تلك الطبقة إلى تغييرات تزيد من كثافتها، لكن هذه الكثافة تبقى ثابتة تقريباً على طول امتداد الغلاف المُتوسط السُفلي الذي يبدأ من عُمق 660كم ليصل إلى حدود اللب الخارجي للأرض على عمق 2900كم تقريباً.^[٢][٣]

اللُبُّ الخارجي

تقع طبقة اللُبّ الخارجي (بالإنجليزية: Outer Core) أسفل الطبقة الوسطى أو الوشاح أو طبقة الميزوسفير، إذ تمتاز هذه الطبقة بوجودها بالحالة السائلة فقط، وذلك لاحتواءها على عناصر ومعادن بالحالة السائلة مثل الحديد والنيكل وغيرها من العناصر، فهي بذلك مسؤولة عن نشوء المجال المغناطيسي لكوكب الأرض، وما تجدر الإشارة إليه أن هذه الطبقة تم اعتمادها في التصنيفين الكيميائيّ والميكانيكيّ لطبقات الأرض.^[٢]

اللُبُّ الداخلي

تتعرض طبقة اللب الداخلي (بالإنجليزية: Inner core) لضغطٍ عالٍ أكثر من الطبقات الأخرى مما يجعلها ذات طبيعة صلبة، وما يجدر ذكره أن هذه الطبقة تتشابه مع طبقة اللب الخارجي بالتركيب المعدنيّ الذي يحتوي على كميّات كبيرة من عنصر الحديد، بالإضافة إلى تشابه درجات الحرارة بالطبقتين إلى حدٍ ما مع ارتفاعها بعض الشيء في طبقة اللب الداخليّ.^[٣]

طبقات الأرض حسب الكيميائية

تم تقسيم طبقات الأرض وفقاً للخصائص الكيميائية للطبقات إلى ثلاثة طبقات رئيسية؛ وهي القشرة، والوشاح أو الستار بطبقتيه العلويّة والسفليّة، بالإضافة إلى طبقة اللُبُّ التي تُقسّم إلى لُبّ داخلي وخارجي.^[١]

القشرة

تعد طبقة القشرة (بالإنجليزية: The Crust) أقل الطبقات الأرضيّة سمكاً، حيث يبلغ سُمكها حوالي 8كم تحت المحيطات ويُطلق عليها القشرة المحيطيّة، بينما تصل إلى 32كم تحت القارات بمُسمى القشرة القاريّة، وتتناسب درجات الحرارة بالقشرة الأرضية تناسباً طردياً مع زيادة العمق، حيث تزداد لتصل إلى ما يُقارب 870 درجة مئوية في أعماق هذه الطبقة، وتُعتبر هذه الحرارة كافية لبدء صهر الصخور الموجودة في تلك الأعماق، وتتكون القشرة الأرضيّة بشكل رئيسي من نوعين من أنواع الصخور، وهما الصخور البازلتية التي تُكوّن القشرة الموجودة أسفل المُحيطات، والصخور الجرانيتية التي تُكوّن القشرة الموجودة أسفل القارات، وتكون الصخور البازلتية ذات كثافة أكبر ووزناً أثقل من الصخور الجرانيتية التي تُشكل قشرة القارات الأرضية، وتتوزع القشرة عبر ألواح أرضية تُدعى بالصفائح التي تطفو على طبقة مائعة تُعرف بالوشاح، وتتحرك هذه الصفائح بشكل مُريح ولكنّها قد تصطدم ببعضها البعض في أماكن مُعينة الأمرالذي قد يؤدي إلى حدوث الزلازل نتيجة لهذا التصادُم.^[٤]

الوشاح

تتكون طبقة الوشاح أو الستار (بالإنجليزية: Mantle) بشكل رئيسي من الحديد، والمغنيسيوم، والألومنيوم والأكسجين، والسيليكون، إذ ينقسم الستار إلى طبقتين رئيستين ألا وهما الوشاح العلوي (بالإنجليزية: Upper Mantle) الذي يصل إلى مسافة 670كم تقريباً تحت سطح الأرض أو القشرة الأرضيّة، والوشاح السفلي (بالإنجليزية: Lower Mantle) الذي يترواح عمقه من 670كم إلى 2,890 كم تقريباً تحت سطح الأرض ، وتختلف خصائص وطبيعة كل منهما، فالوشاح السفلي يتكون من صخور صلبة تبقى كذلك على الرغم من أنها تتعرض لدرجات حرارة تزيد عن 3,000 درجة مئوية؛ ويعود السبب في احتفاظ تلك الصخور بحالتها الصلبة نتيجة للضغط الكبير الواقع عليها، أما الوشاح العلوي فهو يحتوي على درجات حرارة تتراوح بين 1,400 إلى 3,000 درجة مئوية، فالجزء العلوي من هذه الطبقة تتكون من صخور صلبة، بينما الجزء السفلي يحتوي على صخور مُنصهرة وأُخرى صلبة.^[٥]

اللُبّ

يتساوى قطر لُبّ الكرة الأرضيّة بشكل تقريبي مع قطر كوكب المريخ، والتي تمتد من أسفل طبقة الوشاح إلى مركز الأرض، وتتكون هذه الطبقة بشكل رئيسيّ من عنصريّ النيكل والحديد، إذ تُعد مصدراً للمجال المغناطيسي الخاص بكوكب الأرض، ويُشكل لُبّ الأرض ما يُقارب ثلث إجمالي كتلتها، وتصل درجات الحرارة فيه إلى مستويات عالية جداً تتراوح بين 2,200 إلى 5,000 درجة مئوية تقريباً، وتنقسم طبقة اللُبّ إلى قسمين وهما اللبّ الخارجي (بالإنجليزية: Outer core) السائل، واللبّ الداخلي (بالإنجليزية: Inner core) الصّلب، وتختلف الخصائص الكيميائية لكل من هذين القسمين للُبّ الأرض.^[٦][٢]

مقارنة بين طبقات الأرض

الطبقات الميكانيكية

تختلف الطبقات الأرضيّة التي تمّ تصنيفها وفقاً لخصائصها الميكانيكية من حيث طبيعة حالتها المادية الفيزيائية ومن حيث سُمكها عبر باطن الأرض، وكالآتي:^[٣]

اسم الطبقة	حالتها الفيزيائية	سُمك الطبقة بالكيلو متر
الغلاف الصخري	طبقة صلبة ولكنها هشة على أعماق قليلة.	يتراوح ما بين (5 – 200)كم.
الغلاف المائع	طبقة لدِنة ومائعة.	يتراوح ما بين (100-300)كم.
الغلاف المُتوسط العلوي	صلبة وغير هشة، وتزداد كثافة صخورها بسرعة مع ازدياد عمقها.	يتراوح ما بين (300-400)كم.
الغلاف المُتوسط السفلي	ذات كثافة وصلابة أكثر من طبقة الغلاف المُتوسط العلوي.	2300كم.
اللب الخارجي	طبقة سائلة.	2300كم تقريباً.
اللب الداخلي	طبقة صلبة وغير هشة.	1200كم تقريباً.

الطبقات الكيميائية

تختلف الطبقات الأرضية التي تمّ تصنيفها وفقاً لخصائصها الكيميائية من حيث طبيعتها الكيميائية ومن حيث سماكتها عبر باطن الأرض، وكالآتي:^[٣]

اسم الطبقة	مكوناتها الكيميائية	سُمك الطبقة بالكيلومتر
القشرة	تتكون من مستويات عالية السيليكون الألمنيوم والأكسجين.	يتراوح ما بين (5-70) كم.
الوشاح	تتكون من مستويات مرتفعة من المغنيسيوم والحديد بالإضافة إلى كميات مُعتدلة من السيليكون.	2900 كم تقريباً.
اللُبّ	تتكون من الحديد والنيكل.	3500كم تقريباً.

طُرق دراسة طبقات الأرض

تَوصّل العلماء إلى معرفة طبقات الأرض بعِدّة طرق، منها:^[٧]

• الأدلة المغناطيسية والجاذبية: توصّل العلماء إلى أن اللُب سائل بسبب وجود المجال المغناطيسي، حيث لا يُمكن وجود مغناطيس دائم داخل درجات حرارة مرتفعة، أي أنه ناتج عن مواد متأينة تتحرّك داخل سائل في باطن الأرض، كما استنتج العلماء أن اللُب يتكوّن من فلز، كما أنه أكثر كثافة من القشرة عن طريق قياسات الجاذبية مع كتلة الأرض.
• التجارب على الصخور والمعادن: ساعدت أعمال الحفر في الحصول على صخور من أعماق مختلفة من باطن الأرض، حيث درس العلماء تركيبها، وتم تعريضها للحرارة والضغط لمعرفة كيف تتصرّف في ظروف تحت القشرة.
• دراسة الموجات الزلزالية: يوجد نوعين من الموجات الزلزالية، أحدها سريعة وتنتقل خلال المواد الصلبة والسائلة وهي موجات الضغط (P)، والأُخرى تمر عبر المواد الصلبة فقط وهي موجات القص (S)، حيث ساهمت دراسة هذه الموجات وحساب الوقت المُستغرق لانتقالها في معرفة خصائص المواد التي عبرت من خلالها،^[٧] وقد استنتج العلماء أن اللب الخارجي أقل صلابة من الستار لأن موجات (P) أصبحت بطئية في الحدود بين الستار واللب، أما موجات القص (S) اختفت عند هذه الحدود، فعرف العلماء أن اللُب الخارجي سائل، ومن البيانات التي توصّل لها العلماء من دراسة الموجات الزلزالية:^[٨]
  • سمك القشرة.
  • الحد الفاصل بين الستار العلوي والسفلي.
  • الحد الفاصل بين الستار واللُب.
  • مكونات اللُب الداخلي.

نظرة عامة عن طبقات الأرض

يُعتبر سطح الكرة الأرضيّة موطناً للبشر، إذ يمارسون جميع أنشطة حياتهم المُختلفة عليه، ومع ذلك فلا يرِد على ذهن غالبيّة البشر التفكير بما تحتويه الأرض في باطنها وما يوجد أسفل سطحها، إذ يتكون كوكب الأرض من طبقات مُختلفة التركيب والخصائص موزعة عبر مسافة مقدّرة 6,370 كم من سطح الأرض إلى مركزها، وتزداد درجات حرارة الطبقات الداخلية للأرض بشكل أكبر بكثير من تلك السائدة على سطحها، حيث يُمكن أن تصل الحرارة في بعض هذه الطبقات لدرجات حرارة مساوية لحرارة الشمس،^[٢] وقد استطاع العلماء دراسة العديد من الخصائص لطبقات الأرض الداخليّة كدرجة الحرارة، والكثافة، والتركيب وغيرها من الخصائص بطرق غير مُباشرة، حيث أن استخدام الطرق المُباشرة كجمع العيّنات لمعرفة خصائص الطبقات ودراستها تنحصر على ما يستطيع الإنسان الوصول إليه مُباشرة عبر باطن الأرض من خلال الحفر، فعمليات الحفر لا تستطيع الوصول إلى أكثر من نسبة 0.2% من عمق باطن الأرض أي بما لا يزيد عن مسافة 12كم،^[٩]ويُمكن توضيح بُنية طبقات الأرض من خلال الخصائص الميكانيكية الخاصة بهذه الطبقات أو من خلال خصائصها الكيميائية.^[١]

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت} Matt Williams (7-12-2015), “What are the Earth’s layers?”، phys.org, Retrieved 15-1-2020. Edited.
2. ^ ^{أ ب ت ث ج ح خ} “The Structure of the Earth”, www.e-education.psu.edu, Retrieved 15-1-2020. Edited.
3. ^ ^{أ ب ت ث ج ح} Ralph L. Dawes, Cheryl D. Dawes (9-11-2013)، ” Earth’s Interior”، commons.wvc.edu, Retrieved 15-1-2020. Edited.
4. ↑ “The Four Layers”, volcano.oregonstate.edu, Retrieved 15-1-2020. Edited.
5. ↑ ” STRUCTURE OF THE EARTH”, www.natgeokids.com, Retrieved 28-1-2020. Edited.
6. ↑ “What are the layers of the Earth?”, thomas.k12.ga.us, Retrieved 15-1-2020. Edited.
7. ^ ^{أ ب} Kimberly Yavorski (23-04-2018), “How Do Scientists Know the Structure of the Earth’s Interior?”، www.sciencing.com, Retrieved 17-02-2020. Edited.
8. ↑ “Reading: Studying the Earth’s Interior”, www.courses.lumenlearning.com, Retrieved 17-02-2020. Edited.
9. ↑ “Earth, interior structure”, www.encyclopedia.com,31-12-2019، Retrieved 15-1-2020. Edited.