بنية الأرض والمواد المكونة للقشرة الأرضية

1. تعريف الأرض:

الأرض عبارة عن كرة صخرية تتكون من عدة أغلفة ترتكز على نواة باطنية. وتشكل القشرة الغلاف الخارجي للأرض، وهي تتألف من أنواع مختلفة من الصخور يعلوها في الغالب غطاء من المفتتات يدعى التربة.

2. بنية الأرض:

يصعب التعرف مباشرة على البنية الداخلية للأرض، فأعمق التنقيبات التي أجريت لم تتعد 13 كلم. وهذا ما جعل العلماء الجيولوجيين والجيوفيزيائيين يستعملون نظريات ومعطيات علوم أخرى لاستنباط بعض الحقائق عن التكوين الباطني للأرض أهمها : علم الزلازل والبراكين فقد بينت دراسة الموجات الزلزالية داخل الكرة الأرضية أنها مكونة من ثلاث طبقات متراكزة (concentrigues) هي النواة والمعطف والقشرة كما ساعدت على تحديد سمك هذه الطبقات، بينما مكنت دراسة البراكين من التعرف بشكل دقيق على التركيب المعدني للمنطقة السطحية من الكرة الأرضية.

1.2. تشكل النواة مركز الأرض

يعادل شعاع النواة 3400km وتتراوح كثافتها بين 8 و 12g/cm3 وهي تزداد تدريجيا في اتجاه المركز. ويسود الاعتقاد أن النواة تتكون من حديد ونيكل يوجدان في حالة سائلة في الجزء الخارجي منها وفي حالة صلبة في البدرة أي في الجزء الداخلي من النواة لشدة الضغط الواقع عليها.

2.2. يحيط المعطف بالنواة

يبلغ سمك المعطف حوالي 2900Km وتعادل كثافته المتوسطة g/cm 5 ويغلب الظن أنه يتكون من مواد فوق قاعدية (ultra-basique). ويمكن التمييز في الجزء الأعلى منه بين طبقتين هما :

– طبقة الأستينوسفير (Asthénosphere) يتراوح سمكها بين 500 و km 600. وهي تتكون من مواد لزجة تعتبر مصدرا للاثا التي تندفع من البراكين ويرجع وجود مواد لزجة في هذا المستوى إلى ارتفاع درجة الحرارة مع التعمق في باطن الأرض. ويبلغ معدل هذه الزيادة 30 في كل 100m. لكن هذا المعدل يتغير تبعا لطبيعة الصخور الباطنية ومدى توصيليتها (conductibilite) للحرارة.

3.2. المعطف القشرة الأرضية الطبقة العلوية من الكرة الأرضية: 

تتميز القشرة الأرضية بضآلة سمكها بالمقارنة مع شعاع الأرض، ويختلف هذا السمك من مكان لآخر كما يتم التمييز فيها بين القشرة المحيطية والقشرة القارية تبعا للمواد المكونة لهما.

• القشرة المحيطية وهي بازلتية التكوين، تتركب أساسا من السيليس والمانيزيوم لذا كانت تعرف بالسيما (SIMA).

• القشر, القارية: وتتكون أساسا من الكرانيت. وقد كانت تعرف بالسيال (SIAL) نسبة لمادتي السيليس والألمنيوم اللتان تدخلان في تركيبها.

وتكون القشرة الأرضية مع المعطف العلوي الغلاف الصخري أو الليتوسفير. ويتراوح سمكه بين 70 و km 150 .

3. الصخور

الصخور هي المواد المكونة للقشرة الأرضية، وتتكون في الغالب من عدة معادن قد تكون متماسكة فيما بينها كما هو الحال بالنسبة للكرانيت أو متفككة كالرمل أو سائلة كالبترول.

1.3. تتنوع الصخور حسب أصلها وطريقة تكوينها:

تنقسم الصخور تبعا لهذين العاملين إلى ثلالثة أقسام هي: الصخور الصهارية والصخور الرسوبية والصخور المتحولة.

1.1.3. تنقسم الصخور الصهارية إلى صخور بلوتونية وصخور بركانية

الصهارة عبارة عن مواد ذائبة جزئيا أو كليا توجد في أعماق مختلفة داخل الأرض. وينتج عن تصلبها أثناء صعودها نوعان من الصخور هما: الصخور البلوتونية والصخور البركانية وهي تتميز بانعدام التطبق وعدم وجود المستحاثات بها.

• الصخور البلوتونية : هي صخور كاملة التبلور تصلبت ببطء شديد داخل القشرة الأرضية ومن أهم أنواعها الكرانيت الذي يتكون في الأعماق ولا يظهر على السطح إلا بفعل التعرية أو نتيجة الحركات التكتونية. 

• الصخور البركانية: هي صخور صهارية ذات أصل باطني تندفع عبر الشقوق التي تتخلل القشرة الأرضية في اتجاه السطح حيث تتصلب بسرعة لا تسمح بالتبلور الكامل لهذه القشرة القارية الصخور. لذا فهي تتكون من بلورات مختلفة الحجم ومادة زجاجية لا بلورية.

ويمثل البازلت أهم أنواع الصخور البركانية فهو يظهر عندما يكون تبريد الصهارة على السطح بطيئا لشدة ميوعتها فتنتشر بذلك على مساحة كبيرة قبل تصلبها والبازلت صخرة داكنة اللون، ثقيلة الوزن تتخذ في الغالب شكل كتل متماسكة غير متطبقة.

2.1.3. تتكون الصخور الرسوبية نتيجة تراكم رواسب ذات أصول مختلفة

تمثل الصخور الرسوبية  5% فقط من حجم الغلاف الصخر للأرض إلا أنها تغطي %75 من المساحات البارزة من القشرة الأرضية.

• يرجع أصل الصخور الرسوبية إلى ثلاثة عوامل هي :

• تفتت الصخور بواسطة النحت. وهو العامل الرئيسي في تكوين الصخور الرسوبية، فإليه يعود أصل أكثر من % 80 من هذه الصخور مثل الحجر الرملي والطين، ويُعرف هذا النوع من الصخور بالصخور الرسوبية الفتاتية.

• ترسب المواد المعدنية الذائبة في الماء، الأمر الذي ينتج عنه تكوين الصخور الرسوبية الكيماوية مثل الملح والجبس.

• تراكم بقايا الحيوانات والنباتات مما يؤدي إلى تشكيل صخور رسوبية عضوية مثل الصخور الكاربوناتية كالفحم ذي الأصل النباتي أو الصخر المرجاني ذي الأصل الحيواني.

• تنقل الأنهار والرياح والجليد هذه المواد فترسبها على شكل طبقات متراكبة غالبا ما تكون متوازية. ويتم هذا الترسب إما في المنخفضات الداخلية أو في البحيرات والأنهار مكونا رواسب قاربة وإما في المحيطات والبحار مكونا رواسب بحرية.

• تتعرض الرواسب المتراكمة عبر أزمنة جيولوجية مختلفة إلى مجموعة من العمليات الفيزيائية والكيماوية التي تحول معظمها إلى صخور متماسكة. وهذا ما يعرف بالتصخر (diagtnese). ونادرا ما تظهر البلورات في الصخور الرسوبية إنما تتخللها مستحاثات مجهرية وأخرى كبيرة مثل قواقع الحيوانات البحرية تدل على الوسط الذي تم فيه الترسيب وعلى الفترة الزمنية التي حدث فيها.

3.1.3. تنتج الصخور المتحولة عن تحول مختلف أنواع الصخور الصلبة

تتعرض الصخور أيا كان نوعها (صهارية، رسوبية أو متحولة نفسها) داخل القشرة الأرضية، وهي في حالة الصلابة للتحول. ويحدث ذلك تحت تأثير عاملين أساسيين هما الحرارة والضغط، فكلاهما يرتفع مع ازدياد العمق. إلا أن قوة الضغط تقترن كذلك بمدي سمك الصخور التي تعلو المواد في باطن الأرض. ويضاف إلى هذين العاملين عامل الزمن والحركات الباطنية التي تحدث ضغطا قويا على صخور القشرة الأرضية. ونتيجة لذلك تتلاشى أو تختفي صفات الصخر القديمة.

ويتمثل التحول في حدوث تغيير في التركيب المعدني للصخور أو في بنيتها أو هما معا. ويشكل الشيست نموذجا لصخور متحولة تعرضت لتغيير في بنيتها وتركيبها المعدني بينما يقتصر التحول بالنسبة للكوارتزيت على حدوث تغيير في بنيته فقط .

وقد يتعرض الصخر الواحد لظروف بيئية متفاوتة الحرارة والضغط مما يجعله يجتاز مراحل مختلفة في تحوله ويتخذ صفات خاصة في كل مرحلة من هذه المراحل. فالطين مثلا يتحول إلى أردواز، وبازدياد شدة التحول تصبح الأردواز شيستا ثم مع تصاعد التحول يتحول الشيت إلى ميكاشيست وهذا الأخير إلى كنايس.

وتظهر معظم الصخور المتحولة على شكل طبقات متوازية قليلة السمك تتخللها بلورات. لذا فهي تعرف بالصخور البلورية – المُوَرَّقَة (cristallophytiennes) كما أنها تتميز بعدم وجود المستحاثات بها.

وإذا ما تعرضت الصخور المتحولة لظروف من الحرارة الرملي. والضغط أشد تأثيرا فإنها تنصهر وبصفة عامة فإن كل نوع من أنواع الصخور يمكن أن يتحول إلى نوع آخر تحت تأثير مجموعة من العوامل السطحية والباطنية في إطار ما يعرف بالدورة الصخرية.

1.3. تتميز الصخور بخصائص متنوعة

1.1.3. تتباين الصخور من حيث نفاذيتها وقابليتها للذوبان 

يتم التمييز في الصخور بين الصخور المنفذة وهي التي تسمح للمياه بالتسرب داخلها مثل الرمل والصخور غير المنفذة مثل الطين. كذلك يتم التمييز بين الصخور القابلة للذوبان مثل الملح والجبس والصخور غير القابلة للذوبان مثل الكرانيت والحجر الرملي.

2.1.3. تختلف الصخور حسب درجة صلابتها

يعد الكرانيت والكوارتز والكلس من بين الصخور الصلبة التي تستطيع مقاومة التعرية، بينما ينتمي كل من السجيل والطين إلى الصخور الهشة التي تتفتت بسهولة. لكن مقاومة الصخور لعوامل التعرية تختلف تبعا لعدة عوامل أهمها : المناخ ودرجة التجانس أي التشابه بين العناصر المكونة للصخر ودرجة التماسك ومدى وجود الشقوق في الصخر ومدى نفاذيته أو قابليته للذوبان.

وهكذا فإن الكرانيت مثلا يشكل صخرا متماسكا غير منفذ وغير قابل للذوبان. إلا أنه صخر غير متجانس يتكون من ثلاثة عناصر : الميكا والكوارتز والفلدسبات وتتخلله شبكة من الشقوق. لذا فإن مقاومته لعوامل التعرية تختلف حسب المناخ :

في المناطق المعتدلة يقاوم الكرانيت عوامل التعرية ويعطى تضاريس بارزة ومرتفعة في غالب الأحيان.

في المناطق الباردة يتعرض الكرانيت للتفكك الميكانيكي ؛ ذلك أن المياه المتسربة عبر شقوق الصخر تتجمد تحت تأثير في البرودة فيكبر حجمها وتحدث ضغطا قويا يكسر الصخر تبعا للاتجاه العمودي للشقوق.

في المناطق الصحراوية يتفكك الكرانيت بسبب التغيرات الحرارية، إذ تتعرض الطبقة الخارجية للصخر كل يوم لظاهرة التمدد بفعل ارتفاع الحرارة في النهار ولظاهرة الانكماش تحت تأثير الانخفاض الكبير للحرارة في الليل. وبتوالي هذه العملية يحدث التفكك الميكانيكي للكرانيت سيما وأنه صخر غير متجانس تختلف درجة تمدد عناصره وانكماشها.

في المناطق المدارية الرطبة يعرف الكرانيت تفككا كيماويا فيعطي تضاريس منخفضة في الغالب حيث يتحول الميكا والفلدسبات تحت تأثير الحرارة والأمطار إلى معادن طينية، أما بلورات الكوارتز المتفككة فتكون رملا خشنا يعرف بالرمل الكرانيتي (arine granitique).

ونادرا ما تظهر الصخور عارية على السطح، إذ تغطيها في معظم الحالات طبقة هشة مختلفة السمك تعرف بالتربة.

4. التربة:

التربة هي الطبقة السطحية من القشرة الأرضية، تتكون من خليط غير ثابت التركيب يحتوي على مواد مفككة معدنية وعضوية تعيش بها كائنات حية وتنمو فوقها النباتات فهي حي في تطور مستمر.

1.4. تتكون التربة من عنصرين أساسيين وتنتظم في شكل آفاق

1.1.4. تحتوي التربة على مكونات معدنية وعضوية.

• المواد المعدنية: ويمكن التمييز فيها بين مواد معدنية خشنة تفكك غير كامل للصخرة الأم بفعل عوامل التعرية مثل الحجارة والحصى والرمل الخشن، ومواد معدنية دقيقة ناتجة عن تفكك تام للصخرة الأم كالرمل الدقيق والطمي.

• المواد العضوية وتنتج عن تحول بقايا الحيوانات والنباتات إلى دبال، ويرجع هذا التحول إلى عمل الكائنات الحية التي تعيش في التربة مثل ديدان الأرض والفطريات والبكتيريا والطحالب.

2.1.4. تتكون التربة من ثلاثة آفاق متباينة

تنتظم المكونات المعدنية والعضوية للتربة في معظم أنواع التربات في ثلاثة آفاق رئيسية. يُعرف الأفق العلوي منها بالأفق (أ) وهو نطاق التربة المفتتة وغالبا ما يكون ذا لون قاتم لأنه غني بالمواد العضوية المتحللة (الدبال) لكنه يتعرض في الجزء الأسفل منه لعملية الغسل.

ويلي هذا الأفق إلى الأسفل الأفق «ب» وهو نطاق التراكم، ففيه تتجمع المواد العضوية التي تنتقل إليه من الأفق أو بواسطة المياه المتسربة داخل التربة. ويتميز عن سابقه بكونه أكثر تماسكا.

أما الأفق (ج) فيتكون عادة من قطع من الحجارة الخشنة المتفككة عن الصخرة الأم التي توجد مباشرة تحته.

2.4. يتوقف اكتساب التربة لخصائصها المتميزة على عدة عوامل

1.2.4. تتميز التربة بعدة خصائص:

 تختلف الخواص الطبيعية للتربة إلا أن أهمها بالنسبة للزراعة هي:

لون التربة : يؤثر التركيب الكيماوي للتربة في لونها ؛ ووجود الحديد يعطي تربة حمراء كما أن بعض الأملاح تعطي لونا مبيضا للتربة. وكلما ازداد سواد التربة دل ذلك على كثرة المواد العضوية بها.

• قوام التربة : la texture du sol) ويقصد به التركيب الحبيبي للتربة ويتم تصنيف حبيبات التربة حسب قطرها من الأكبر إلى الأصغر كالتالي : الحصى – الرمل – الطمي – الطين. ويؤثر القوام على قدرة التربة على الاحتفاظ بالماء ؛ وتكون قدرتها على الاحتفاظ به عالية عندما يكون حجم معظم الحبيبات متوسطا.

• بنية التربة la structure du sol) ويقصد بها الكيفية التي تتجمع بها حبيبات التربة. فقد تتجمع بشكل غير منظم فتكون بنية التربة مفككة لا تحتفظ بالماء. وقد تكون بنية الحبيبات متماسكة غير منفذة للماء والهواء تختنق فيها النباتات. لكن التربة الجيدة هي التي تتجمع فيها الحبيبات مع بعضها مكونة كتلا مستديرة تفصل بينها فجوات تسمح بمرور فائض الماء وبتهوية الجذور والكائنات الحية المتواجدة في التربة. وتسمى هذه الفجوات بالمسام. ويقصد بمسامية التربة عدد الفراغات الموجودة بين حبيباتها. وكلما كان عدد المسام مناسبا كانت تهوية التربة جيدة.
• سمك التربة: يتراوح سمك التربة بين بضعة سنتمترات و 2m. ويختلف تبعا لعدة عوامل منها طبيعة صخرة الام. ودرجة انحدار الأرض وطبيعة المناخ والغطاء النباتي الذي يعلو التربة وطول المدة التي نمت فيها.

• درجة حموضة التربة : يُعبر عن درجة حموضة التربة PH وتعتبر التربة حمضية إذا كانت ذات PH يقل عن 7 وقاعدية إذا كانت تتميز بـ PH أكبر من 7 وتكون التربة صالحة للزراعة إذا كانت ذات PH يتراوح بين 5 و9، إذ لا ينبغي أن تكون شديدة الحموضة ولا شديدة القاعدية.

• خصوبة التربة : يصعب تحديد خصوبة التربة باعتبار خاصية واحدة من خصائصها. فلكل نوع النباتات من احتياجاته الخاصة. ومع ذلك يمكن القول بأن التربة الخصبة هي التي تتوفر على قوام ومسامية مناسبين، وعلى نسبة مهمة من الدبال، ونسب كافية من العناصر المعدنية المخصبة كأملاح الحديد والفوسفاط والنترات وأملاح البوتاسيوم والكالسيوم، لا شديدة القاعدية ولا شديدة الحموضة.

2.2.4. تتعدد العوامل التي تؤثر في التربة

تأثير الصخرة الأم : تتحكم نوعية الصخرة الأم بقدر كبير في اكتساب التربة الخصائصها المتميزة، فهي التي تمدها بمكوناتها المعدنية. وبهذا فإن الصخور السيليسية مثلا تعطي تربة حمضية والصخور الكلسية تعطي تربة قاعدية.

ويكون تأثير الصخرة الأم أقوى في التربات الشابة الحديثة التكوين وفي التربات القليلة السمك.

الغطاء النباتي والمناخ : يزود الغطاء النباتي التربة بالجزء الأكبر من المواد العضوية المكونة لها، فدرجة كثافته تتحكم إلى حد كبير في خصوبة التربة، وتعتبر المروج أكثر أنواع النباتات إمدادا للتربة بالمواد العضوية.

ويلعب المناخ دورا أساسيا في تفكك الصخرة الأم وتحلل المواد العضوية. وتتم هاتان العمليتان بسرعة في المناطق الحارة والرطبة بينما تحدثان ببطء شديد في الصحاري الباردة والحارة إما لشدة البرودة أو لشدة الجفاف.

درجة انحدار السطح : يؤثر هذا العامل تأثيرا واضحا على تكوين التربة التي تكون عادة أقل سمكا في السفوح المنحدرة منها في السهول والهضاب، ذلك أن شدة الانحدار تؤدي إلى تحرك حبيبات التربة فتساعد على انجرافها أو تدفقها إذا كانت مشبعة بالماء.

عامل الزمن : يتطلب تكوين التربة واكتسابها لخصائصها المتميزة وقتا طويلا، فتكوين بضع سنتمترات من التربة قد يستغرق مئات أو آلاف السنين. وتختلف هذه المدة حسب الظروف المناخية ونوعية الغطاء النباتي وطبيعة الصخرة الأم وتبعا لأشكال تدخل الإنسان وتأثيره في طبيعة التربة.

أثر نشاط الانسان على التربة : التربة قابلة للتحول بفعل تدخل الإنسان، فهو يتسبب في كثير من جهات العالم بطريقة غير مباشرة في تفقير التربة وفي إتلافها. وذلك عن طريق الرعي الجائر والإفراط في قطع الأشجار لأغراض زراعية أو صناعية أو لسد حاجاته من الوقود، مع العلم أن جذور الأشجار تمسك التربة وأن الأوراق المتساقطة تساعد على تكوين نسبة مهمة من الدبال. أما الزراعة فهي تستهلك على الدوام نفس العناصر مثل الآزوت والفوسفور والبوتاسيوم، مما يجعل التربة تفتقر إلى هذه  المواد الأساسية وتفقد توازنها.

لكن تدخل الإنسان يكتسي أيضا مظاهر إيجابية شتى منها:

• عمليات الحرث التي تساعد على تهوية التربة ونقل المواد المخصبة الحديثة التكوين إلى السطح.
• عمليات الري التي تمكن من تعويض النقص في التساقطات أو تأخرها عن موعد الزراعة.
• التسميد أي تزويد التربة بالأسمدة لتعويض ما تفتقر إليه من مواد ضرورية.
• تصريف المياه الزائدة وإزالة الحصى الكبيرة وإعادة غرس الأشجار وبناء المدرجات على سفوح الجبال.

وإذا كانت الصخور تشكل مصدرا مهما لمعظم مصادر الطاقة والمعادن وركيزة أساسية لبعض الصناعات مثل صناعة الزجاج التي تستعمل البازلت وصناعة الإسمنت التي تستعمل الطين والرمل والحجر الرملي، فإن التربة تعد ضرورية لنمو النباتات والزراعة، فمنها يستمد الإنسان بطريقة مباشرة أو غير مباشرة معظم موارد طعامه مما يستوجب حمايتها والمحافظة على خصوبتها.

PH : هو درجة تركيز الهيدروجين في التربة ويعتمد لقياس درجة حموضة أو قاعدية التربة.