9 دقیقه
چه اتفاقی میافتد وقتی بخشی از پوسته قارهای که انتظار میرود شکننده و نازک باشد، از شکستن خودداری میکند؟ در شمال کنیا و جنوب اتیوپی، پژوهشگران مجموعههایی از گسله شرقی آفریقا را پیدا کردهاند که مانند یک صفحهٔ سخت و غیرقابل انعطاف رفتار میکنند، نه مادهٔ نازک و ضعیفی که زمینشناسان انتظار داشتند. این مسئله معمای امروز نیست؛ بلکه حافظهای است که در عمق سنگها نوشته شده است.
یک رویداد دیرینه با پیامدهای بلندمدت
مقصر این پدیده گرمایش باستانی و تغییرات شیمیایی است که حدوداً ۸۰ میلیون سال پیش رخ دادهاند. در جریان یک اپیزود حرارتی مهم، لایههای عمیق صفحهٔ آفریقا مقادیر زیادی از اجزای فرّار—آب و دیاکسید کربن—را از طریق ذوب و فعالیتهای آتشفشانی از دست دادند. این فرایندِ «خشکشدن» ساختارهای معدنی را دستخوش تغییر کرد، چگالی و صلبیت را افزایش داد و در نتیجه بخشهایی از پوسته که در گذشته کشیده و نازک شده بودند اکنون مانند یک بلاک سخت رفتار میکنند و تنشی را منحرف میکنند که در غیاب این تغییرات میتوانست باعث ریفت و آتشفشانزایی شود.
این پدیده صرفاً یک کنجکاوی محلی نیست. مطالعهای که توسط پژوهشگرانی از دانشگاه تولین رهبری شد و با همکاری دانشگاه مونتانا، امپریال کالج لندن، دانشگاه آدیسبآبا، دانشگاه نایروبی و دانشگاه ددان کیماتی انجام گرفت، نشان داد که چگونه تغییر شکل پوسته در اطراف نواحی خشکتر و با سرعت موج لرزهای بالاتر هدایت میشود. بهجای آنکه صفحه در نواحی از پیش نازک شده پاره شود، شکستها و مسیرهای مامیگما (مسیرهای نفوذ گدازه) ترجیحاً در جاهایی شکل میگیرند که لیتوسفر هنوز هیدراته و مکانیکی ضعیفتر باقی مانده است.
چگونه دانشمندان به زیر سطح نگاه کردند
برای نگاشت معماری پنهان صفحه، تیم تحقیقاتی رصد متمرکز زلزلهها را با اندازهگیریهای GPS بسیار دقیق ترکیب کرد. زلزلهها نقاطی را نشان میدهند که در حال حاضر پوسته در آنها لغزش دارد؛ حرکت آرام و پیوستهٔ GPS مشخص میکند که تنش در کجا تجمع مییابد. ادغام این رکوردها تصاویری سهبعدی از سرعت موجهای لرزهای (seismic velocity) و تغییرشکل تولید میکند که روشن میسازد کدام بخشهای پوسته حرکت را جذب میکنند و کدام بخشها این حرکت را منتقل یا دفع میکنند.
«تیم مهارتها و مجموعه دادههای متنوعی را برای مصورسازی ساختار صفحه و خواص آن گردآوری کرد و مدلسازیهای ما بهصورت نظاممند عوامل ممکن کنترلکنندهٔ محل آغاز ریتفت را حذف نمودند»، گفت سینتیا ابینگر، استاد زمینشناسی و علوم محیطی دانشگاه تولین. مدلهای آنان نشان میدهد که تغییرشکل فعال از ناحیهٔ قدیمیِ نازکشده و خشکشدهٔ لیتوسفر فاصله میگیرد—این نقطهچینی، وارونگی قابلتوجهی نسبت به انتظارات کلاسیک است که پوستهٔ نازکتر باید محل آغاز شکست و ریشدن باشد.
دریاچهٔ تورکانا، واقع در پسزمینهٔ درهٔ گسیختگی کنیا، در یکی از فعالترین نواحی تکتونیکی زمین قرار دارد. پژوهشگران دانشگاه تولین که این منطقه را بررسی کردند دریافتند برخی بخشهای پوسته در اینجا قویتر و مقاومتر نسبت به شکافتگی از آنچه پیش از این تصور میشد، هستند.
چرا خشکشدن سنگ را قویتر میکند
آب و CO2 در بخشهای عمیق پوسته و گوشتهٔ بالایی مانند یک روانکننده عمل میکنند: آنها نقطهٔ ذوب را پایین میآورند، پیوندهای مرزِ دانههای معدنی را ضعیف میسازند و اجازه میدهند سنگها در مقیاسهای زمانی زمینشناسی راحتتر تغییر شکل دهند. اگر این اجزای فرّار خارج شوند، رفتار مواد تغییر میکند: دانهها قفل میشوند، رئولوژی (رفتار جریانیابی) سفتتر میشود و امواج لرزهای سریعتر از میان آن ماده عبور میکنند—اینها همان نشانههایی هستند که تیم در سراسر فرونشست تورکانا مشاهده کرد. به زبان ساده: سنگ خشک کمتر خم میشود و کمتر میشکند.
این پارادوکس ظاهری—پوستهٔ نازکی که در برابر شکست مقاومت میکند—با زمانبندی و شیمی وقایع گذشته توضیح داده میشود. زمانی که آتشفشانگرایی مواد فرّار را از یک لایه میزداید، آن «خشکشدگی» میتواند برای دهها میلیون سال ماندگار باشد و عملاً مقاومت در برابر تنشهای تکتونیکی آینده را منتقل کند. بنابراین یک رِیفتِ ناکام در گذشته میتواند امروز به یک بلوک سخت و لَخت تبدیل شود که مانع از گسترش گسلهها و مسیرهای گدازه میگردد.
جزئیات معدنی و شیمیایی
در سطح میکروسکوپی، حضور آب و CO2 روی فازیهای معدنی مانند پلیمرفهای سیلیکاتی، فلدسپاتها و مینرالهای آبدار تأثیر میگذارد. حذف H2O میتواند موجب تشکیل فازهای متراکمتر و کاهش فضای بین دانهای شود؛ این روند موجب افزایش سرعت موج P و S و افزایش مقاومت کششی و برشی سنگها میگردد. آنالیزهای پتروگرافی و میکروژئوشیمیایی نمونههای سطحی و نیمهعمقی میتوانند شواهد مستقیمی از این خشکشدگی دیرینه را نشان دهند و این دادهها با نتایج لرزهنگاری منطبق شدهاند.
روشها: ترکیب دادههای لرزهای و ژئودزی
این مطالعه نمونهٔ خوبی است از چگونگی ترکیب تکنیکهای متعددی که بهصورت مکمل هم عمل میکنند. در عمل، تیم از شبکهای از شتابنگارها و شتابسنجهای سنتی و ایستگاههای شناسایی پسلرزهای استفاده کرد تا توزیع رخدادهای لرزهای را با تفکیک مکانی بالا ثبت کند. سپس با ایستگاههای GPS دائمی با دقت میلیمتری، نرخهای انتقال صفحه و الگوهای تجمع کرنش را محاسبه کردند.
تحلیل موجها (seismic tomography) اجازه داد تا نقشههایی از سرعت موج P و S در مقیاس عمقدار ساخته شود؛ نواحی با سرعت بالاتر معمولاً نشاندهندهٔ سنگهای سردتر، متراکمتر و خشکتر هستند، در حالی که سرعتهای پایینتر میتوانند به گرمایش محلی، وجود ماما یا هیدراسیون بیشتر اشاره کنند. این نقشهها، در کنار دادههای ژئودزی و توزیع گسلهها، امکان مدلسازی دینامیک لیتوسفر و تعیین مسیرهای ترجیحی تغییرشکل را فراهم آورد.
مدلسازی و حذف سناریوها
یکی از نقاط قوت مقاله مدلسازی سیستماتیک آنهاست: محققان سناریوهای مختلفِ کنترلکنندهٔ آغاز رِیفت—از جمله توزیع تنش صفحهای، ساختار دما-عمق، وجود کانالهای گدازهای و سطوح هیدراسیون—را با هم ترکیب و تست کردند. مدلها نشان دادند که هیچکدام از عوامل منفرد بهاندازهٔ خشکشدن دیرینه (dehydration) و بالا رفتن سرعت موجهای لرزهای توضیحدهنده نیستند. به بیان دیگر، نقایص هیدراتاسیون و افزایش صلبیت ناشی از از دست رفتن اجزای فرّار بهترین همبستگی را با مناطقی داشت که از تغییرشکل فعّال اجتناب میکنند.
پیامدها برای خطرات و منابع
این پژوهش نحوهٔ ارزیابی مکان بروز زلزله، فعالیت آتشفشانی و تشکیل حوضهها در سیستمهای رِیفت در حال تکامل را دگرگون میکند. اگر تغییرشکل ترجیحاً از پچهای خشک و صلب دوری کند، مدلهای خطر باید این زخمهای ساختاری نامرئی را در نظر بگیرند. در خوشههای شهری و زیرساختهای حساس این تفاوت میتواند منحرفکنندهٔ ترازهای ریسک و نیازمند بازنگری در برنامهریزی مدیریت خطر باشد.
بهطور مشابه، اکتشاف منابع معدنی و انرژی—اغلب در حوضههای رِیفت باستانی هدفگذاری میشوند—از دانستن اینکه کدام مناطق زمانی مواد فرّار را از دست دادهاند و کدامها آنها را حفظ کردهاند سود میبرد. هیدراسیون بیشتر میتواند با حضور کانالهای مگمایی فعالتر و ذخایر هیدروترمال مرتبط باشد، در حالی که نواحی خشک و صلب ممکن است ذخایر متفاوتی از نظر اقتصادی ارائه دهند.
مارتین موسیلا، که پایاننامهٔ دکترای خود در تولین این معمای تکتونیکی را بررسی کرد، مکانیزم را بهخلاصه چنین بیان نمود: در منطقهٔ تورکانا، آب و CO2 حدود ۸۰ میلیون سال پیش توسط فعالیتهای آتشفشانی بیرون کشیده شدند؛ این خشکشدگی بخشهایی از صفحه را قویتر و سرعت موجهای لرزهای را سریعتر میکند. آن تعامل شیمی و مکانیک، نخ ارتباطدهندهٔ رویدادهای گذشته با تکتونیک امروز است.
بینش کارشناسانه
«این مطالعه به ما یادآور میشود که صفحات تکتونیکی گذشتهٔ خود را به خاطر میآورند»، گفت دکتر النا وارگاس، متخصص تکتونیک و مروج علمی (شخصیتی نمایشی). «زمینشناسی فقط دربارهٔ موقعیت فعلی سنگها نیست—بلکه دربارهٔ فرایندهایی است که میلیونها سال پیش اثر انگشت خود را در ساختارهای معدنی باقی گذاشتهاند. آن اثرانگشتها راهنمای چگونگی تغییرشکل سیاره در امروز هستند.»
نگاه به جلو، رویکرد تیم—ترکیب تصویربرداری لرزهای با پایش پیوستهٔ تغییرشکل—قالبی برای بررسی سایر سیستمهای رِیفت در سراسر جهان ارائه میدهد. همچنین سوالات گستردهتری را مطرح میکند: چه تعداد از آنچه که به عنوان نواحی ضعیف تصور میشود در واقع بقایای گرمایش باستانیاند؟ و این زخمهای نامرئی چگونه فصل بعدی جدا شدن قارهها را هدایت خواهند کرد؟
پیام نهایی: گذشته بهعنوان یک دفترچهٔ راهنمای تکتونیکی
درک «حافظه»ی پوستهٔ زمین بیش از آنکه فقط نقشههای دانشگاهی را تغییر دهد، پیشبینیهای خطر، ارزیابی منابع و روایت بنیادین چگونگی فروپاشی قارهها را بازتنظیم میکند. گذشته مُرده نیست؛ بلکه دفترچهٔ راهنمای تکتونیکیای است نوشته شده در سنگ و منتظر خوانده شدن. شناخت بهتر این حافظه میتواند به ما کمک کند تا محلهای بالقوهٔ زلزله و آتشفشان را دقیقتر شناسایی کنیم، برنامههای توسعهٔ زیرساختی را هوشمندانهتر طراحی نماییم و استراتژیهای اکتشاف منابع را بهینه کنیم.
در پایان، این پژوهش نمونهای قانعکننده از این واقعیت است که تعامل بین شیمی معدنی، تغییرات حرارتی تاریخی و دینامیک صفحهای میتواند الگوهای بزرگمقیاس تکتونیکی را بازنویسی کند. فهم این تعامل برای مدلسازی آیندهٔ تکاملی لیتوسفر، شبیهسازی مخاطرات ژئوفیزیکی و هدایت اکتشافات زمینشناسی ضروری است.
منبع: scitechdaily
نظرات
مهدی
معقول بنظرم؛ این حافظهٔ سنگی میتونه تو پیشبینی زلزله و مدیریت خطر کمک کنه، اگر همه مفروضات مدل درست باشن
گشتوار
خیلی جذابه ولی یه کم اغراق به نظرم، کلی سوال باز مونده مخصوصا درباره پایداری خشکشدگی در گذر میلیونها سال... نه بد ولی
لابکور
ترکیب لرزه نگاری و GPS ایده و اثر خوبی داد، مدلها هم قوی بودن، با این حال همیشه پارامترهای ناشناخته هستن، مفید بود
توربوم
من تو یه پروژه دانشگاهی دیدم سنگای خشک رفتار متفاوت داشتن، دقیقا همینه، ولی کاش عکس میکروسکوپی هم میذاشتن 🙂
کوینپایل
ایا واقعاً خشک شدن ۸۰ میلیون سال قبل میتونه این همه تاثیر بذاره؟ شواهد کجاها قویتره؟؟ بعضی جاها رو روشن نکردن
رودایکس
وای، فکر نمیکردم یه حافظهٔ ۸۰ میلیونی تو سنگا باشه! عجب چیزیه، ذره ذره تاریخ تو عمق... شگفتزدهم
ارسال نظر