زلازل غامضة تحت سييرا نيفادا تكشف أسرار الأرض

كانت عالمة الزلازل ديبورا كيلب تتصفح سجلات الزلازل في كاليفورنيا من العقود الأربعة الماضية عندما لاحظت شيئًا غريبًا - سلسلة من الزلازل العميقة التي حدثت تحت سييرا نيفادا على عمق تكون فيه القشرة الأرضية عادةً ساخنة جدًا وذات ضغط مرتفع جدًا للنشاط الزلزالي.

"في شمال كاليفورنيا عادةً ما تنخفض بيانات (الزلازل) إلى حوالي 10 كيلومترات (6 أميال). وفي جنوب كاليفورنيا، تنزل إلى عمق أعمق قليلاً إلى 18 كيلومتراً (11 ميلاً)"، قالت كيلب، الباحثة في معهد سكريبس لعلوم المحيطات في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو، في إشارة إلى الأعماق التي تحدث فيها الزلازل عادةً في تلك المناطق.

لكن الهزات الأرضية التي وجدتها تحدث بالقرب من المنطقة الوسطى من سلسلة الجبال كانت على عمق يصل إلى ضعف هذا العمق - ويبدو أنها مستمرة.

وقالت كيلب: "حقيقة أننا نرى بعض الزلازل التي تقع على عمق أقل من 20 كيلومترًا (12.4 ميلًا) - مثل 20 كيلومترًا إلى 40 كيلومترًا (25 ميلًا) - أمر غريب للغاية". "إنه ليس شيئًا قد تراه عادةً في الزلازل القشرية."

قامت كيلب بإبلاغ البيانات إلى فيرا شولت-بيلكوم، وهي عالمة أبحاث في المعهد التعاوني للبحوث في العلوم البيئية وأستاذة أبحاث مشاركة في العلوم الجيولوجية في جامعة كولورادو بولدر. كانت شولت-بيلكوم تدرس بالفعل البصمة الصخرية الغريبة في سييرا نيفادا، والتي أظهرت تشوهات صخرية عميقة داخل نفس المنطقة.

وباستخدام البيانات المكتشفة حديثاً، قام الباحثون بتصوير سييرا نيفادا من خلال تقنية تُعرف باسم تحليل دالة المستقبل، والتي تستخدم الموجات الزلزالية لرسم خريطة للبنية الداخلية للأرض. ووجد العلماء أنه في المنطقة الوسطى من سلسلة الجبال، تتقشر القشرة الأرضية حاليًا، وهي عملية تُعرف علميًا باسم "تقشر الغلاف الصخري". أبلغت كيلب وشولت-بيلكوم عن النتائج التي توصلا إليها في ديسمبر في مجلة رسائل البحوث الجيوفيزيائية.

تتوافق هذه الفرضية مع تكهنات سابقة بأن المنطقة قد خضعت لعملية تأسيس الغلاف الصخري، والتي تحدث عندما تغرق الطبقة الخارجية للأرض في الطبقة السفلى من الوشاح. والآن، يعتقد مؤلفو الدراسة أن العملية مستمرة وتتقدم حاليًا إلى شمال سلسلة الجبال، وفقًا للدراسة.

وقالت شولت-بيلكوم: "قارنا الملاحظات وأدركنا أن إشارات النسيج الصخري الغريب (ترتيب الصخور) وإشاراتها الغريبة من الزلازل العميقة كانت في نفس المنطقة". "لذا قررنا بعد ذلك أن ننظر إليها عن كثب، ووجدنا هذه القصة بأكملها."

وقالت شولت-بيلكوم إن ما يحدث تحت سييرا نيفادا يمكن أن يقدم نظرة ثاقبة نادرة حول كيفية تشكل القارات. وأضافت أن هذا الاكتشاف يمكن أن يساعد العلماء أيضًا في تحديد المزيد من المناطق التي تحدث فيها هذه العملية، بالإضافة إلى توفير فهم أفضل للزلازل وكيفية عمل كوكبنا.

كيف تشكلت القارات

تتكون الطبقة العلوية للأرض، الغلاف الصخري، من القشرة الصلبة والجزء العلوي من الوشاح، الذي يكون في حالة أكثر كثافة ولكن أكثر سيولة. وتحتوي هذه الطبقة أيضًا على القشرة المحيطية للأرض - وهي طبقة أرق وأكثر كثافة تحت المحيطات - والقشرة القارية التي تقع فوق هذه الطبقة. ولكن كيف تمكنت هذه الطبقات الفرعية من الوجود في هذه الحالة المثالية، مع وجود القارات في الأعلى، هو شيء غامض، كما قالت شولت-بيلكوم.

وقالت شولت-بيلكوم: "تصادف أن القارات كانت عالقة فوق مستوى سطح البحر الحالي، لحسن حظنا، لأنها... مصنوعة من معادن أقل كثافة في المتوسط". "لجعلها تجلس أعلى (في المقام الأول)، عليك أن تتخلص من بعض الأشياء الكثيفة."

إن عملية التأسس في الغلاف الصخري هي عملية سحب المواد الأكثر كثافة إلى الأسفل، بينما تظهر المواد الأقل كثافة في الأعلى، مما يؤدي إلى خلق اليابسة. وأوضحت قائلة: "إنها عملية إلقاء بعض من هذه المواد الأكثر كثافة في طبقة الوشاح الصلبة اللزجة في الأسفل، وفصلها بشكل أساسي بحيث تتوقف عن سحب المواد الأقل كثافة في الأعلى".

وضمن تصوير الأرض أسفل سييرا نيفادا، وجد الباحثون طبقة متميزة داخل الوشاح على عمق حوالي 40 إلى 70 كيلومترًا (25 إلى 43 ميلًا). وأظهرت البيانات أن هذه الطبقة لها بصمات محددة تتغير تدريجياً باتجاه الشمال.

وقالت شولت-بيلكوم إنه إذا كان لدى المرء كتلة من الطين تحتوي على بقع من الطين الملون المختلف في جميع أنحائها، وعصر الطين بين يديه، ستبدأ البقع بالتحول إلى خطوط - وهذا مشابه لكيفية ظهور تشوهات الصخور.

في سييرا الجنوبية، كانت الصخور الكثيفة هي الأقوى في الخطوط المتأصلة وقد تبيّن أنها قد انقطعت بالفعل عن القشرة، بينما في المنطقة الوسطى يبدو أن هذه العملية لا تزال مستمرة. أما في سييرا الشمالية، فلا توجد حاليًا أي علامات على حدوث تشوه. قد تفسر هذه الطبقة المتميزة داخل الوشاح أيضًا الزلازل العميقة التي وجدتها كيلب، حيث أن القشرة في المنطقة الوسطى سميكة بشكل غير عادي من الانجذاب إلى الأسفل وهي أيضًا أبرد من مادة الوشاح الساخنة الموجودة عادةً في تلك الأعماق.

قالت: "تستغرق الصخور وقتاً طويلاً جداً لتسخن أو تبرد. لذا إذا قمت بتحريك بعض الأشياء، كما تعلم، عن طريق سحبها إلى أسفل أو دفعها إلى أعلى، فإن الأمر يستغرق بعض الوقت حتى تعدل درجة حرارتها".

كان من الصعب الحصول على أدلة على هذه العملية. فهي غير مرئية من فوق سطح الأرض، وهي عملية بطيئة للغاية. ويفترض العلماء أن سييرا الجنوبية قد أنهت عملية تأسيس الغلاف الصخري منذ حوالي 4 ملايين إلى 3 ملايين سنة، وفقاً للدراسة.

وقالت شولت-بيلكوم إنه يبدو أن هذه الأحداث الطبيعية تحدث من حين لآخر في جميع أنحاء العالم. "من الناحية الجيولوجية، هذه عملية سريعة جدًا مع وجود فترات طويلة من الاستقرار بينهما. ... من المحتمل أن يكون هذا (تأسيس الغلاف الصخري) قد بدأ يحدث منذ فترة طويلة عندما بدأنا في بناء القارات، وقد كبرت (القارات) بمرور الوقت. لذا فهو مجرد نوع من هذا الشيء الموضعي المتقطع".

نقاش مستمر

كانت سييرا نيفادا موضوع جدل مستمر منذ عقود في مجتمع الجيولوجيا بسبب شذوذ موجود داخل الوشاح الموجود تحت الوادي العظيم.

وفي حين يعتقد بعض العلماء أن الغلاف الصخري هو السبب في هذه السمة، يعتقد علماء آخرون أنها قد تكون ناجمة عن الاندساس، وهو عندما تغوص صفيحة محيطية تحت صفيحة أقل كثافة، مثل القشرة القارية، وتغير المشهد، كما قال ميتشل ماكميلان، وهو جيولوجي باحث وزميل ما بعد الدكتوراه في جامعة جورجيا للتكنولوجيا، والذي لم يشارك في الدراسة.

قال: "هناك حقًا فرضيتان متنافستان لشرح كل هذه البيانات، ولا تحصل على ذلك كثيرًا في الجيولوجيا. ... لذا فإن هذه الورقة البحثية ستضيف إلى هذه المناقشة بأكملها بطريقة رائعة حقًا".

يمكن أن تساعد الدراسة الإضافية في هذا المجال أيضًا العلماء على فهم أفضل لكيفية تطور الأرض على نطاقات زمنية طويلة. وقال مكميلان إنه إذا استمر الغلاف الصخري تحت سلسلة الجبال، يمكن للمرء أن يتكهن بأن الأرض ستستمر في التمدد عموديًا، مما يغير من شكل المناظر الطبيعية الآن، كما قال ماكميلان. وأضاف أن ذلك قد يستغرق ما بين عدة مئات الآلاف إلى بضعة ملايين من السنين.

وبشكل عام، فإن الأحزمة الجبلية الكبيرة، أو في أي مكان يوجد فيه صخور الباثوليث، هو المكان الذي تتوقع أن تجد فيه هذه الأحداث، كما قال ماكميلان. وأضاف أن جبال الأنديز، وهي سلسلة جبال طويلة في أمريكا الجنوبية، هي مثال آخر على مكان آخر يتوقع العلماء أن يحدث فيه تحطم الغلاف الصخري ذات يوم، ويمكن أن يكون لا يزال يحدث حتى اليوم.

وقال ماكميلان: "أعتقد أن هذه الدراسة على وجه الخصوص (تسلط الضوء) على أهمية الربط بين مجموعات البيانات المختلفة هذه".

وقال ماكميلان إنه من خلال فهم هذه العملية بشكل أفضل، يمكن للعلماء معرفة المزيد عن وظائف الكوكب وما يحدث تحت سطحه، بما في ذلك حدوث الزلازل التي تم ربطها بهذه العملية. وقال إن كوكب الزهرة، الذي لا يحتوي على تكتونية صفائحية مثل الأرض، لديه أدلة على أحداث الغلاف الصخري هذه، ومن خلال فهم العملية على الأرض، يمكننا البدء في تطبيقها على كوكب الزهرة.

"إنه لأمر رائع حقًا أن تفكر كيف يمكنك أن تكون... تتنزه في سييرا أو في سفوح التلال، أو حتى في أي مكان آخر في القارة. وكما تعلمون، هناك أشياء تجري في أعماقك لا ندركها." كما قالت شولت-بيلكوم

وأضافت: "نحن مدينون بوجودنا على اليابسة لهذه العمليات. لو لم تُكوّن الأرض القارات، لكنا مخلوقات مختلفة تمامًا... لقد تطورنا لأن الكوكب تطور بهذه الطريقة. لذا، أعتقد أن فهم النظام بأكمله الذي أنت جزء منه له قيمة تتجاوز مجرد تقليل الأضرار المادية وتقليل التأثير البشري أثناء وقوع زلزال مثلًا".