المعرفة

الوشاح العلوي

الوشاح العلوي (إنگليزية: upper mantle)، هو طبقة شديدة السمك من الصخر داخل كوكب الأرض، وتبدأ مباشرة تحت القشرة (عند عمق يناهز 10 كم تحت المحيطات وعلى عمق يناهز 35 كم تحت القارات) وينتهي عند أعلى الوشاح السفلي على عمق 670 كم. تتراوح درجات الحرارة بين 500 كلڤن تقريباً عند الحدود العليا مع القشرة إلى 1200 كلڤن عند الحدود مع الوشاح السفلي. تتكون مادة الوشاح العلوي التي ظهرت على السطح من حوالي 55% من الأوليڤين، 35٪ من الپيروكسين، و5-10٪ من معادن أكسيد الكالسيوم وأكسيد الألومنيوم مثل الپلاگيوكلاز، الإسپينل ، أو الگارنت، حسب العمق.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

البنية الزلزالية

 
1 = القشرة القارية، 2 = القشرة المحيطية، 3 = الوشاح العلوي، 4 = الوشاح السفلي، 5+6 = اللب، A = حدود القشرة-الوشاح (انقطاع موهوروڤتشيتش)

يُحدد تعريف الكثافة عبر الأرض من خلال تسارع الموجات الزلزالية. تزداد الكثافة تدريجياً في كل طبقة، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى ضغط الصخور في الأعماق المتزايدة. تحدث تغيرات مفاجئة في الكثافة حيث يتغير تكوين المادة.[1]

يبدأ الوشاح العلوي أسفل القشرة مباشرةً وينتهي في الجزء العلوي من الوشاح السفلي. يتسبب الوشاح العلوي في تحرك الصفائح التكتونية.

تتميز القشرة والوشاح بحسب التركيب، بينما يتم تعريف الغلاف الصخري والموري من خلال تغير الخصائص الميكانيكية.[2]

يتحدد الجزء العلوي من الوشاح من خلال الزيادة المفاجئة في تسارع الموجات الزلزالية، والتي لاحظها أندريا موهوروڤتشيتش لأول مرة عام 1909؛ يشار إلى هذه الحدود الآن باسم انقطاع موهوروڤتشيتش أو "انقطاع موهو".[3]

يحدد انقطاع موهو قاعدة القشرة ويتراوح من 10 كم إلى 70 كم تحت سطح الأرض. القشرة المحيطية أرق من القشرة القارية وعموماً أقل من 10 كم. يبلغ سمك القشرة القارية حوالي 35 كيلومترًا، ولكن يبلغ سمك الجذر القشري الكبير تحت هضبة التبت حوالي 70 كيلومترًا.[4]

يبلغ سمك الوشاح العلوي حوالي 640 كم. يبلغ سمك الوشاح بأكمله حوالي 2900 كم مما يعني أن الوشاح العلوي لا يزيد إلا عن 20٪ من إجمالي سماكة الوشاح.[4]

 
مقطع عرضي للأرض يوضح مسارات لبموجات الزلزالية. المسارات منحنية لأن أنواع الصخور المختلفة الموجودة على أعماق مختلفة تغير سرعة الموجات. موجات S لا تنتقل عبر اللب.

الحد الفاصل بين الوشاح العلوي والسفلي هو 670 كم انقطاع.[2] الزلازل على الأعماق الضحلة ناتجة عن الصدع الانزلاقي؛ ومع ذلك، تحت حوالي 50 كم، تمنع الظروف الساخنة والضغط العالي حدوث المزيد من الزلازل. الوشاح لزج وغير قادر على التصدع. ومع ذلك، في مناطق الاندساس، لوحظت الزلازل على أعماق تصل إلى 670 كم.[1]


انقطاع ليمان

انقطاع ليمان هو زيادة مفاجئة في تسارع الموجة إس والموجة پي على عمق 220 كم[5] (لاحظ أن "انقطاع ليمان" هذا مختلف عن ذلك الموجود بين اللب الداخلي والخارجي للأرض المسمى في الصورة على اليمين.)

المنطقة الانتقالية

تقع المنطقة الانتقالية بين الوشاح العلوي والوشاح السفلي على عمق يتراوح بين 410 و670 كم.

يعتقد أن هذا يحدث نتيجة لإعادة ترتيب الحبيبات في الأوليڤين لتشكيل بنية بلورية أكثر كثافة كنتيجة لزيادة الضغط بزيادة العمق.[6] تحت عمق 670 كم، بسبب تغيرات الضغط، تتغير معادن الرينگووديت إلى مرحلتين جديدتين أكثر كثافة، البريدجمانيت والپريكلاز. يمكن ملاحظة ذلك باستخدام موجة الجسم لزلازل، والتي يتم تحويلها أو انعكاسها أو انكسارها عند الحدود، والتنبؤ بها بواسطة فيزياء المعادن، باعتماد تغيرات الطور على درجة الحرارة والكثافة وبالتالي تعتمد على العمق.[6]

الانقطاع على عمق 410 كم

تُرى ذروة واحدة في جميع البيانات الزلزالية عند 410 كم، والتي تم التنبؤ بها من خلال الانتقال الفردي من α- إلى β- Mg2SiO4 (الأوليڤين إلى الوادسلي‌آيت). من منحدر کلاپیرون من المتوقع أن يكون هذا الانقطاع ضحلًا في المناطق الباردة، مثل اندساس الألواح، وأعمق في المناطق الأكثر دفئًا، مثل أعمدة الوشاح.[6]

الانقطاع على عمق 670 كم

هذا هو الانقطاع الأكثر تعقيدًا ويحدد الحدود بين الوشاح العلوي والسفلي. يظهر في سلائف PP (موجة تنعكس من الانقطاع مرة واحدة) فقط في مناطق معينة ولكنها تظهر دائمًا في سلائفSS.[6] يُنظر إليه على أنه انعكاسات مفردة ومزدوجة في وظائف المستقبِل لتحويلات P إلى S على نطاق واسع من الأعماق (640-720 كم). يتنبأ منحدر كلاپيرون بانقطاع أعمق في المناطق الأكثر برودة وانقطاعًا ضحلًا في المناطق الأكثر حرارة.[6] يرتبط هذا الانقطاع عمومًا بالانتقال من الرينگوودايت إلى البريدجمانايت والپريكلاز.[7] يعتبر هذا تفاعل ماص للحرارة ويحدث قفزة في اللزوجة. كلتا الخاصيتين تسبب انتقال هذه المرحلة للعب دور مهم في النماذج الجيوديناميكية.[8]

انقطاعات أخرى

هناك انتقال طور رئيسي آخر متوقع عند 520 كم لانتقال الأوليڤين (إلى γ) والگارنت في وشاح الپيرولايت.[9] لوحظ هذا بشكل متقطع فقط في البيانات الزلزالية.[10]

اقترحت انتقالات طور غير عالمية أخرى في مجموعة من الأعماق.[6][11]

درجة الحرارة والضغط

تتراوح درجات الحرارة من حوالي 500 كلڤن عند الحد العلوي مع القشرة إلى حوالي 4200 كلفن عند حدود اللب-الوشاح.[12] أعلى درجة حرارة للوشاح العلوي هي 1200 كلفن.[13] على الرغم من أن درجة الحرارة المرتفعة تتجاوز بكثير نقطة الانصهار في صخور الوشاح السطحية، فإن الوشاح يكون صلبًا بشكل حصري تقريبًا.[14]

الضغط الصخري الهائل الذي يضغط على الوشاح يمنع الذوبان لأن درجة الحرارة التي يبدأ عندها الذوبان (منحنى التصلد) تزداد مع الضغط.[15] يزداد الضغط مع زيادة العمق لأن المادة الموجودة تحتها يجب أن تتحمل وزن كل المواد الموجودة فوقها. يُعتقد أن الوشاح بأكمله يتشوه مثل السائل على نطاقات زمنية طويلة، مع تشوه لدائني دائم.

أعلى ضغط للوشاح العلوي هو 24.0 ج.ب.[13] مقارنة بقاع الوشاح، حيث يصل الضغط إلى 135 ج.ب.[12][16]

تتراوح تقديرات لزوجة الوشاح العلوي بين 1019 و1024 ب.ث.، بحسب العمق،[17] درجة الحرارة، التكوين، حالة الإجهاد، العديد من العوامل الأخرى. يمكن أن يتدفق الوشاح العلوي ببطء شديد. ومع ذلك، عند تطبيق قوى كبيرة على الوشاح العلوي، يمكن أن تصبح أضعف، ويُعتقد أن هذا التأثير مهم في السماح بتشكيل حدود الصفيحة التكتونية.[17]

الحركة

بسبب اختلاف درجة الحرارة بين سطح الأرض واللب الخارجي وقدرة الصخور البلورية عند الضغط العالي ودرجة الحرارة على الخضوع للتشوه البطيء والزحف والتلزج على مدى ملايين السنين، هناك مادة حمل تنتقل عبر الوشاح.[3]

تكون المواد الساخنة صاعدة، بينما المواد الأكثر برودة (والأثقل) تغرق إلى أسفل. تحدث الحركة الهبوطية للمادة عند حدود الصفائح المتقاربة المسماة بمناطق الاندساس. من المتوقع أن تحتوي المواقع الموجودة على السطح التي تقع فوق أعمدة على ارتفاع عالي (بسبب طفو العمود الأكثر سخونة والأقل كثافة تحته) وأن تظهر نشاط بركاني في النقاط الساخنة.

التركيب المعدني

البيانات السيزمية ليست كافية لتحديد تكوين الوشاح. تكشف ملاحظات الصخور المكشوفة على السطح والأدلة الأخرى أن الوشاح العلوي يحتوي المعدنيين المافيين الأوليڤين والپيروكسين، وتبلغ كثافتها حوالي 3.33 جم/سم³[1]

تتكون مادة الوشاح العلوي التي ظهرت على السطح من حوالي 55% من الأوليڤين و35% من الپيروكسين، و5 إلى 10% من أكسيد الكالسيوم وأكسيد الألومنيوم.[1] يتكون الوشاح العلوي بشكل رئيسي من الپريدوتيت، ويتألف أساسًا من نسب متغيرة من معادن الأوليڤين، الكلينوپروكسين، الأورثوپيروكسين، وطور شبي.[1] المرحلة الألومينية هي الپلاگيوكلاز في الوشاح العلوي، ثم الإسپنيل، ثم الگارنت تحت حوالي 100 كم.[1] تدريجيًا من خلال الوشاح العلوي، تصبح الپيروكسينات أقل استقرارًا وتتحول إلى گارنت ماجوريتي.

تُظهر التجارب على الأوليڤين والپيروكسين أن هذه المعادن تغير التركيب مع زيادة الضغط على عمق أكبر، وهو ما يفسر سبب عدم تجانس منحنيات الكثافة تمامًا. عندما يكون هناك تحول إلى هيكل معدني أكثر كثافة، فإن السرعة الزلزالية ترتفع بشكل مفاجئ وتخلق انقطاعًا.[1]

في الجزء العلوي من المنطقة الانتقالية، يخضع الأوليڤين لتحولات طور متساوي كيميائي إلى الوادسلي‌آيت والرينگوودايت. على عكس الأوليڤين اللامائي اسميًا، فإن هذه الأشكال متعددة الأشكال من الأوليڤين ذات الضغط العالي لديها قدرة كبيرة على تخزين المياه في هيكلها البلوري. وقد أدى ذلك إلى فرضية أن المنطقة الانتقالية قد تستضيف كمية كبيرة من المياه.[18]

في باطن الأرض، يوجد الأوليڤين في الوشاح العلوي على أعماق أقل من 410 كم، ويستدل على الرينگووديت داخل المنطقة الانتقالية على عمق 520-670 كم تقريباً. الانقطاعات السيزمية في النشاط عند عمق حوالي 410 كم، 520 كم، و670 كم، تُعزى إلى تغير الطور الذي يشمل الأوليڤين وتعدد الأشكال.

عند قاعدة المنطقة الانتقالية، يتحلل الرينوودايت إلى بريدجمانيت (كان يُسمى سابقًا پيروڤسكايت سيليكات المغنيسيوم)، والفيروپيريكلاز. كما يصبح الگارنت غير مستقر عند قاعدة المنطقة الانتقالية أو أسفلها قليلاً.

ينفجر الكيمبرلايت من باطن الأرض ويحمل أحيانًا شظايا صخرية. بعض شظايا الصخور الدخيلة، هي الماس، لا يمكن أن يأتي إلا من الضغوط الأعلى تحت القشرة. والصخور التي تأتي مع هذا هي عقيدات فوق مافية وپريدوتيت.[1]

التركيب الكيميائي

يبدو أن التكوين مشابه جدًا للقشرة. يتمثل أحد الاختلافات في أن الصخور والمعادن في الوشاح تميل إلى احتواء المزيد من المغنسيوم وأقل من السيليكون والألمنيوم مقارنة بالقشرة. العناصر الأربعة الأولى الأكثر وفرة في الوشاح العلوي هي الأكسجين والمغنسيوم والسيليكون والحديد.

تركيب الوشاح العلوي للأرض (MORB مستنفد)[19][20]
المركب نسبة الكتلة
SiO2 44.71
MgO 38.73
FeO 8.18
Al2O3 3.98
CaO 3.17
Cr2O3 0.57
NiO 0.24
MnO 0.13
Na2O 0.13
TiO2 0.13
P2O5 0.019
K2O 0.006

الاستكشاف

 
سفينة الحفر تشي‌كو.

يستكشف الوشاح بشكل عام في قاع البحر وليس على اليابسة بسبب النحافة النسبية للقشرة المحيطية مقارنة بالقشرة القارية الأكثر سمكًا بشكل ملحوظ.

تم التخلي عن المحاولة الأولى لاستكشاف الوشاح، والمعروفة باسم مشروع موهول، عام 1966 بعد الفشل المتكرر وتجاوز التكاليف. كان الاختراق الأعمق حوالي 180 مترًا. عام 2005، وصل بئر المحيط إلى عمق 1416 مترًا تحت قاع البحر من سفينة حفر المحيطات "جيودس رزوليوشن".

في 5 مارس 2007، شرع فريق من العلماء على متن السفينة جيمس كوك في رحلة إلى منطقة بقاع المحيط الأطلسي حيث يقع الوشاح مكشوفًا دون أي غطاء قشرة، في منتصف الطريق بين جزر الرأس الأخضر والبحر الكاريبي. يقع الموقع المكشوف على بعد حوالي 3 كم تحت سطح المحيط ويغطي آلاف الكيلومترات المربعة.[21][22] [23]

حاولت المهمة تشي‌كو هاكن استخدام السفينة اليابانية "تشي‌كو" للحفر حتى 7000 متر تحت قاع البحر. في 27 أبريل 2012، حفرت تشي‌كو على عمق 7740 مترًا تحت مستوى سطح البحر، مسجلة رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا للحفر في أعماق البحار. ومنذ ذلك الحين، تم تجاوز هذا الرقم القياسي من خلال وحدة الحفر البحرية المتنقلة المشؤومة "ديپ‌واتر هورايزون"، والتي تعمل في حقل مسيسيپي كانيون، في خليج المكسيك بالولايات المتحدة، عندما حققت رقمًا قياسيًا عالميًا الطول الإجمالي لسلسلة الحفر العمودية 10.062 متراً.[24] الرقم القياسي السابق ححقته السفينة الأمريكية "گلومار تشالنجر"، عام 1978 حيث حفرت إلى عمق 70.495 مترًا تحت مستوى سطح البحر في خندق ماريانا.[25] في 6 سبتمبر 2012، سجلت سفينة الحفر العلمية في أعماق البحار "تشي‌كو" رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا من خلال الحفر والحصول على عينات صخرية على عمق 2.111 متر أسفل قاع البحر قبالة شبه جزيرة شيموكيتا في اليابان، شمال غرب المحيط الهادئ.

اقترحت طريقة جديدة لاستكشاف أعلى بضع مئات من الكيلومترات من الأرض عام 2005، وتتألف من مسبار صغير كثيف ومولِّد للحرارة يذوب طريقه لأسفل عبر القشرة والعباءة بينما يتم تتبع موقعه وتقدمه عن طريق الإشارات الصوتية المتولدة في الصخور.[26] يتكون المسبار من كرة خارجية يبلغ قطرها حوالي 1 متر وتستخدم كوبالت-60 كمصدر حراري مشع. يجب أن يستغرق هذا نصف عام للوصول إلى موهو المحيطي.[27]

يمكن أيضًا مساعدة الاستكشاف من خلال المحاكاة الحاسوبية لتطور الوشاح. عام 2009، قدم تطبيق حاسوب عملاق نظرة ثاقبة جديدة على توزيع الرواسب المعدنية، وخاصة نظائر الحديد، منذ تطور الوشاح قبل 4.5 بليون سنة.[28]


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المصادر

  1. ^ أ ب ت ث ج ح خ د Langmuir, Charles H.; Broecker, Wally (2012-07-22). How to Build a Habitable Planet: The Story of Earth from the Big Bang to Humankind. pp. 179–183. ISBN 9780691140063.
  2. ^ أ ب Rothery, David A.; Gilmour, Iain; Sephton, Mark A. (March 2018). An Introduction to Astrobiology. p. 56. ISBN 9781108430838.
  3. ^ أ ب Alden, Andrew (2007). "Today's Mantle: a guided tour". About.com. Retrieved 2007-12-25.
  4. ^ أ ب "Istria on the Internet – Prominent Istrians – Andrija Mohorovicic". 2007. Retrieved 2007-12-25.
  5. ^ William Lowrie (1997). Fundamentals of geophysics. Cambridge University Press. p. 158. ISBN 0-521-46728-4.
  6. ^ أ ب ت ث ج ح Fowler, C. M. R.; Fowler, Connie May (2005). The Solid Earth: An Introduction to Global Geophysics. ISBN 978-0521893077.
  7. ^ Ito, E; Takahashi, E (1989). "Postspinel transformations in the system Mg2SiO4-Fe2SiO4 and some geophysical implications". Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 94 (B8): 10637–10646. Bibcode:1989JGR....9410637I. doi:10.1029/jb094ib08p10637.
  8. ^ Fukao, Y.; Obayashi, M. (2013). "Subducted slabs stagnant above, penetrating through, and trapped below the 660 km discontinuity". Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 118 (11): 5920–5938. Bibcode:2013JGRB..118.5920F. doi:10.1002/2013jb010466. S2CID 129872709.
  9. ^ Deuss, Arwen; Woodhouse, John (2001-10-12). "Seismic Observations of Splitting of the Mid-Transition Zone Discontinuity in Earth's Mantle". Science (in الإنجليزية). 294 (5541): 354–357. Bibcode:2001Sci...294..354D. doi:10.1126/science.1063524. ISSN 0036-8075. PMID 11598296. S2CID 28563140.
  10. ^ Egorkin, A. V. (1997-01-01). "Evidence for 520-Km Discontinuity". In Fuchs, Karl (ed.). Upper Mantle Heterogeneities from Active and Passive Seismology. NATO ASI Series (in الإنجليزية). Springer Netherlands. pp. 51–61. doi:10.1007/978-94-015-8979-6_4. ISBN 9789048149667.
  11. ^ Khan, Amir; Deschamps, Frédéric (2015-04-28). The Earth's Heterogeneous Mantle: A Geophysical, Geodynamical, and Geochemical Perspective (in الإنجليزية). Springer. ISBN 9783319156279.
  12. ^ أ ب Lodders, Katharina (1998). The planetary scientist's companion. Fegley, Bruce. New York: Oxford University Press. ISBN 978-1423759836. OCLC 65171709.
  13. ^ أ ب "What Are Three Differences Between the Upper & Lower Mantle?". Sciencing. Retrieved 14 June 2019.
  14. ^ Louie, J. (1996). "Earth's Interior". University of Nevada, Reno. Archived from the original on 2011-07-20. Retrieved 2007-12-24.
  15. ^ Turcotte, DL; Schubert, G (2002). "4". Geodynamics (2nd ed.). Cambridge, England, UK: Cambridge University Press. pp. 136–7. ISBN 978-0-521-66624-4.
  16. ^ Burns, Roger George (1993). Mineralogical Applications of Crystal Field Theory. Cambridge University Press. p. 354. ISBN 978-0-521-43077-7. Retrieved 2007-12-26.
  17. ^ أ ب Walzer, Uwe. "Mantle Viscosity and the Thickness of the Convective Downwellings". Archived from the original on 2007-06-11.
  18. ^ Bercovici, David; Karato, Shun-ichiro (September 2003). "Whole-mantle convection and the transition-zone water filter". Nature (in الإنجليزية). 425 (6953): 39–44. Bibcode:2003Natur.425...39B. doi:10.1038/nature01918. ISSN 0028-0836. PMID 12955133. S2CID 4428456.
  19. ^ Workman, Rhea K.; Hart, Stanley R. (February 2005). "Major and trace element composition of the depleted MORB mantle (DMM)". Earth and Planetary Science Letters. 231 (1–2): 53–72. Bibcode:2005E&PSL.231...53W. doi:10.1016/j.epsl.2004.12.005. ISSN 0012-821X.
  20. ^ Anderson, D.L. (2007). New Theory of the Earth. Cambridge University Press. p. 301. ISBN 9780521849593.
  21. ^ Than, Ker (2007-03-01). "Scientists to study gash on Atlantic seafloor". NBC News. Retrieved 2008-03-16. A team of scientists will embark on a voyage next week to study an "open wound" on the Atlantic seafloor where the Earth's deep interior lies exposed without any crust covering.
  22. ^ "Earth's Crust Missing In Mid-Atlantic". Science Daily. 2007-03-02. Retrieved 2008-03-16. Cardiff University scientists will shortly set sail (March 5) to investigate a startling discovery in the depths of the Atlantic.
  23. ^ "Japan hopes to predict 'Big One' with journey to center of Earth". PhysOrg.com. 2005-12-15. Archived from the original on 2005-12-19. Retrieved 2008-03-16. An ambitious Japanese-led project to dig deeper into the Earth's surface than ever before will be a breakthrough in detecting earthquakes including Tokyo's dreaded "Big One," officials said Thursday.
  24. ^ "- - Explore Records - Guinness World Records". Archived from the original on 2011-10-17.
  25. ^ "Japan deep-sea drilling probe sets world record". The Kansas City Star. Associated Press. 28 أبريل 2012. Archived from the original on 28 أبريل 2012. Retrieved 28 أبريل 2012.
  26. ^ Ojovan M.I., Gibb F.G.F., Poluektov P.P., Emets E.P. 2005. Probing of the interior layers of the Earth with self-sinking capsules. Atomic Energy, 99, 556–562
  27. ^ Ojovan M.I., Gibb F.G.F. "Exploring the Earth’s Crust and Mantle Using Self-Descending, Radiation-Heated, Probes and Acoustic Emission Monitoring". Chapter 7. In: Nuclear Waste Research: Siting, Technology and Treatment, ISBN 978-1-60456-184-5, Editor: Arnold P. Lattefer, Nova Science Publishers, Inc. 2008
  28. ^ University of California – Davis (2009-06-15). Super-computer Provides First Glimpse Of Earth's Early Magma Interior. ScienceDaily. Retrieved on 2009-06-16.
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=الوشاح_العلوي&oldid=2958817"