تعريف التوازن الايزوستاتيكي

تعد نظرية التوازن الأيزوستاتيكي واحدة من أهم موضوعات علم الجيولوجيا، حيث تفسر كيفية توازن القشرة الأرضية رغم تعرض الجبال والمرتفعات والقارات لعمليات التآكل .

تعريف التوازن الايزوستاتيكي

التوازن الايزوستاتيكي الخاص بجميع الأجزاء كبيرة الحجم الموجودة في الغلاف الصخري للأرض ، وهذه الكتل التي تطفو على الطبقة الأساسية ذات الكثافة الأعلى للغلاف الصخري ، طبقة الأثينوسفير هي الطبقة العلوية من الوشاح ، وتتكون من الصخر البلاستيكي الضعيف ، ويقع على بعد 110 كيلو متر تحت سطح الأرض .

يتم التحكم في التوازن الايزوستاتيكي في المرتفعات الإقليمية الموجودة في جميع القارات، والتي توجد في المحيطات والبحار أيضًا، بناءً على الكثافة الخاصة لطبقات الصخور الموجودة في الأسفل .

يرغب الكثيرون في الاعتقاد بأن الأعمدة الافتراضية الموجودة في منطقة معينة متساوية في الوزن في جميع أجزاء الأرض، رغم اختلاف تكوين هذه الأعمدة وارتفاع سطح الأرض في تلك المنطقة .

يعني ذلك أن الزيادة في الكتلة المفترضة الموجودة فوق مستوى سطح البحر، مثل الجبال والتضاريس الجبلية، ترجع إلى و وجود جذور منخفضة الكثافة تحت سطح البحر، وبالتالي فإن الجبال العالية لديها جذور منخفضة الكثافة تتواجد في طبقة الوشاح .

فكرة التوازن الايزوستاتيكي هي أساس راسخ لتطوير نظرية الصفائح التكتونية. في عام 1735، أفادت بعض البعثات التي قامت بقياس سحب الجاذبية الأفقية لجبال الأنديز بأنها لا تشكل تضاريس صخرية على طبقة صلبة. ولو كانت كذلك، فسينحرف الخط الرأسي بنسبة متناسبة مع جاذبية سلسلة الجبال، ولكن معدل الانحراف كان أقل من التوقعات العلمية .

– بعد مرور ما يقارب قرن من الزمان، لاحظ وجود اختلافات شبيهة بتلك الموجودة في جنوب جبال الهيمالايا في الهند، وهذا يشير إلى وجود عملية تعويضية من خلال الكتل الموجودة تحت سلاسل الجبال .

نظرية التوازن الايزوستاتيكي

تشير نظرية التوازن الايزوستاتيكي إلى أن الكتلة الموجودة فوق سطح البحر تدعم الكتلة الموجودة تحت سطح البحر. لذلك، يوجد عمق معين يتساوى فيه الوزن الكلي لكل وحدة مساحة في جميع أجزاء الأرض. يعرف هذا العمق بـ “عمق التعويض”، وقد حدده هايفورد بوي بأنه يبلغ 113 كيلومترا، استنادا إلى التغيرات المستمرة في البيئات التكتونية. ويفسر ذلك ندرة حدوث التوازن الايزوستاتيكي واقترابه إلى حد كبير في معظم الأحيان. يحدث هذا التوازن الكامل في المرتفعات العالية والأخاديد المائية في معظم الأوقات .

الفرضية الرئيسية لنظرية التوازن الإيزوستاتيكي هي فرضية جورج إيري التي تشير إلى أن القشرة الأرضية هي طبقة صلبة أكثر من الطبقة التي تقع تحتها، وأن القشرة الأرضية تطفو على طبقة سائلة، كما فرض جورج إيري أن كثافة القشرة الأرضية تكون موحدة دائما .

على الرغم من ذلك، يُعتبر سمك قشرة الأرض غير متجانس، حيث تغوص الأجزاء ذات السماكة الأعلى في الطبقة التحتية على عمق أكبر من الأجزاء ذات الكثافة الأقل .

استنادًا إلى هذه الافتراضات، يمتلك الجبال جذورًا تحت سطح الأرض أكبر بكثير مما يبدو عليه على سطح الأرض، وهذا يشبه الجبال الجليدية، حيث يكون الجزء الموجود تحت سطح الماء أكبر بكثير من الجزء الموجود فوق سطح الماء .

هذا بالإضافة إلى الفرضية التي طورها برات ، والتي تُفيد بأن القشرة الأرضية تمتلك سمك ثابت ، وموحد تحت سطح البحر ، كما أن قاعدة القشرة الأرضية لها أوزانًا متساوية لكل وحدة مساحة في عمق التعويض ، وهذا يُشير بشكل أساسي إلى المناطق الأرضية التي تمتلك الكثافة الأقل كالسلاسل الجبلية على سبيل المثال ، وتفوق مستوى سطح البحر في المناطق التي تمتلك الكثافة الأعلى .

يمكن تفسير ذلك بأن الجبال تشكلت بفعل التوسع المتصاعد للمواد الحارة في منطقة ما من القشرة الأرضية، والتي تميزت بالحجم الكبير والكثافة القليلة بعد التبريد .

من أشهر إسهامات العلماء التي تخص نظرية التوازن الايزوستاتيكي هي إسهامات هيسكانين الذي قدم الفرضية التي تُعد فرضية وسيطة بين الفرضيتين السابق ذكرهما ، وتُفيد بأن حوالي ثلثي الطبوغرافيا تُعوض من خلال تكون الجذر ، وأن الثلث الباقي بالقشرة الأرضية يتواجد أعلى الحدود الفاصلة بين القشرة الأرضية ، والطبقة السفلية .

نتائج جيولوجية للتوازن الايزوستاتيكي

تسري فاعلية قوانين الطفو على القارات بنفس فاعليتها التي تعمل بها في الجبال ، والجبال الجليدية ؛ فالجبل الجليدي يُمكنه الارتفاع بمستوى أعلى من سطح الماء في حالة ذوبان الجزء العلوي منه ، وهذا الجزء الطواف ثم يبقى غارقًا في الأعماق ، وخاصةً عند وجود المزيد من الأحمال ، وبالرغم من ذلك يكون وقت التوازن الأيزوستاتيكي الخاص بالقارات بطيء مقارنة بالوقت الخاص بالجبال ؛ وذلك نظرًا للزوجة طبقة الأثينوسفير ، وهي الطبقة العلوية من الوشاح ، كما ينتج عن ذلك مجموعة من العمليات الجيولوجية ديناميكية الحركة .

فمن الممكن أن يكون تكوين الصفائح الجليدية سببًا واضحًا في غرق جزء من سطح الأرض ، ومن أبرز الأمثلة على ذلك ما حدث في العصر الجليدي الأخير في المناطق التي تحتوي على صفائح جليدية ، أما في وقتنا الحالي فإن تعود ، وترتد تدريجيًا باتجاه الأعلى منذ لحظات الذوبان الأولى للجليد الثقيل ؛ مما يُقلل الحمل على طبقة الأثينوسفير .

من بين الأدلة الرئيسية المتعلقة بالحركات الديناميكية الجيولوجية والتوازن الايزوستاتيكي تتضمن المنحدرات البحرية والأمواج ذات الارتفاع العالي الذي يصل إلى مئات الأمتار فوق سطح البحر. يمكننا رؤية ذلك في الوقت الحالي، بالإضافة إلى إمكانية قياس هذا الارتفاع في كندا وبحر البلطيق. يلعب بطء حركة التوازن الايزوستاتيكي دورا هاما في استمرار ارتفاع العديد من أجزاء القشرة الأرضية .

عملية ارتفاع الأراضي الايزوستاتيكية تعمل على تعويض التآكل في الجبال. عند نقل المواد المتآكلة من الجبال إلى منطقة بعيدة، يحدث ارتفاع في الأرض لتعويض هذا التآكل وتحقيق التوازن. تظهر عملية التآكل والتعويض والتوازن بوضوح في حواف الهضاب. قد تحدث عملية التوازن الايزوستاتيكي في حواف الهضاب ارتفاعا أعلى من ارتفاعها الأصلي. وهذا يشرح تكون العديد من قمم التلال بارتفاعات أكبر بكثير من الهضاب المحيطة بها. يظهر هذه العملية بشكل واضح في المناطق التي تحتوي على سلاسل جبلية تحيط بالهضاب، مثل سلسلة جبال الهيمالايا وسلسلة جبال كونلو المحاطة بـ هضبة التبت .

يمكن زيادة كثافة جذور القشرة السميكة الموجودة تحت الجبال، ويتم ذلك عن طريق الحمل الحراري للغلاف الجوي أوبواسطة التفريغ، وعندما تتم إزالة هذا الجذر، ترتفع طبقة الأثينوسفير وتعيد التوازن، مما يؤدي إلى زيادة كتلة الجبال وارتفاعها .