فرو رانش: وقتی سنگهای کف اقیانوس ناپدید میشوند!
زمین؛ پازلهای متحرک
برای درک فرو رانش، اول باید با ساختار زمین آشنا شویم. زمین مانند یک پیاز لایهلایه است. سه لایهٔ اصلی آن از بیرون به درون عبارتند از: پوسته (لایهٔ نازک و سخت بیرونی)، گوشته (لایهای ضخیم، داغ و خمیری شکل) و هسته. پوسته، یک تکه واحد نیست، بلکه به چندین قطعهٔ عظیم شکسته شده که به آنها ورقههای زمینساختی۵ میگویند. این ورقهها بر روی گوشتهٔ نیمهمذاب شناورند و به آرامی حرکت میکنند—به آهستگی رشد ناخنهایتان!
دو نوع اصلی ورقه وجود دارد: ورقهٔ قارهای که خشکیها روی آن قرار دارند و از سنگهایی مثل گرانیت تشکیل شده که چگالی کمتری دارند، و ورقهٔ اقیانوسی که زیر اقیانوسها قرار دارد و از سنگهای سنگینی مثل بازالت ساخته شده است.
| ویژگی | ورقهٔ قارهای | ورقهٔ اقیانوسی |
|---|---|---|
| جنس اصلی سنگ | گرانیت (سبکتر) | بازالت (سنگینتر) |
| ضخامت متوسط | 35 تا 40 کیلومتر | 7 تا 10 کیلومتر |
| محل قرارگیری | قارهها و فلات قاره | بستر اقیانوسها |
| سن | خیلی قدیمی (میلیاردها سال) | جوان (کمتر از 200 میلیون سال) |
| نقش در فرو رانش | معمولاً روی ورقهٔ دیگر میرود | معمولاً زیر ورقهٔ دیگر میرود |
نحوهٔ وقوع فرو رانش: یک برخورد نابرابر
وقتی دو ورقه به هم نزدیک میشوند، سه حالت کلی پیش میآید: از هم دور شوند، کنار هم بلغزند، یا به هم برخورد کنند. فرو رانش در حالت سوم و زمانی رخ میدهد که یکی از ورقههای در حال برخورد، اقیانوسی باشد. چرا؟ چون ورقهٔ اقیانوسی سنگینتر (چگالتر) و نازکتر است. در این برخورد، مثل این میماند که یک قطعه چوب سنگین (ورقه اقیانوسی) با یک قطعه یونولیت سبک (ورقه قارهای) برخورد کند. طبیعتاً چوب سنگین زیر یونولیت فرو میرود.
نقطهٔ برخورد این دو ورقه را درازگودال اقیانوسی۶ مینامند که عمیقترین نقاط کف اقیانوسها هستند. ورقهٔ اقیانوسی از این نقطه شروع به خم شدن و فرورفتن به داخل گوشته میکند. زاویهٔ فرورفتن میتواند متفاوت باشد، اما نتیجهٔ نهایی یکی است: بخشی از پوستهٔ زمین دوباره به اعماق گوشته بازمیگردد تا ذوب شود و چرخهٔ سنگها تکمیل گردد.
پیامدهای شگفتانگیز: از کوهزایی تا آتشفشان
فرو رانش فقط یک فرورفتن ساده نیست. این فرآیند، مانند یک موتور قدرتمند، چهرهٔ زمین را میسازد و تغییر میدهد. مهمترین نتایج آن اینها هستند:
۱. ایجاد کوههای بلند: وقتی ورقهٔ اقیانوسی به زیر میرود، لبهٔ جلویی ورقهٔ قارهای فشرده و چینخورده میشود. تصور کنید یک فرش را از دو طرف به هم فشار دهید؛ در وسط چینهایی بلند ایجاد میشود. کوههای عظیم آند در آمریکای جنوبی دقیقاً به همین دلیل و در اثر فرورانش ورقهٔ اقیانوسی نازکا به زیر قارهٔ آمریکا به وجود آمدهاند.
۲. فعالسازی کمربند آتشفشانی: با فرورفتن ورقهٔ اقیانوسی به عمق 80-100 کیلومتری، گرما و فشار بالا باعث میشود آب و مواد معدنی داخل سنگهای آن آزاد شوند. این مواد، نقطهٔ ذوب سنگهای گوشتهٔ بالایی را پایین میآورند و سنگهای مذاب (ماگما)۷ تشکیل میشود. ماگما که سبکتر از سنگهای اطراف است، به سمت بالا حرکت میکند و با رسیدن به سطح، آتشفشانهای انفجاری و مخروطی شکل میسازد. حلقهٔ آتش پیرامون اقیانوس آرام، معروفترین نتیجهٔ این فرآیند است.
۳. وقوع زمینلرزههای بزرگ: حرکت دو ورقه به سمت هم و اصطکاک بین آنها باعث تجمع انرژی الاستیک در سنگها میشود. وقتی این انرژی ناگهان آزاد گردد، زمینلرزه رخ میدهد. عمق کانون این زمینلرزهها میتواند از کم (نزدیک درازگودال) تا بسیار عمیق (در امتداد صفحهٔ فرو رونده) باشد.
| منطقه | ورقهٔ فرو رونده (اقیانوسی) | ورقهٔ رویی (قارهای) | پیامد آشکار |
|---|---|---|---|
| ساحل غربی آمریکای جنوبی | نازکا | آمریکای جنوبی | کوههای آند، آتشفشانهای اکوادور و شیلی |
| ژاپن | اقیانوس آرام | اوراسیا | مجمعالجزایر آتشفشانی، زمینلرزههای شدید |
| اندونزی | هند-استرالیا | اوراسیا | آتشفشان کراکاتوا، سونامی 2004 |
| ساحل غربی آمریکای شمالی (کاسکادیا) | خوان ده فوکا | آمریکای شمالی | کوههای کاسکید، خطر زمینلرزهٔ بزرگ |
شبیهسازی یک فرورانش در خانه!
میخواهید ببینید فرو رانش چگونه کار میکند؟ یک آزمایش ساده در خانه انجام دهید. به یک تشت آب، یک ورق پلاستیک نازک و سنگین (مثلاً یک قطعه از لفاف پلاستیکی ضخیم) و یک تکه یونولیت یا کارتن پلاستوفوم سبک نیاز دارید.
- تشت را پر از آب کنید (این نمادی از گوشتهٔ نرم است).
- ورق پلاستیکی سنگین را که نماد ورقهٔ اقیانوسی است، به آرامی از یک سمت به داخل آب فشار دهید تا زیر سطح آب برود و کمی کج شود.
- حالا تکه یونولیت سبک را که نماد ورقهٔ قارهای است، از سمت مقابل به آرامی به سمت ورق پلاستیکی هل دهید.
- چه میبینید؟ ورق پلاستیکی سنگین به زیر یونولیت میلغزد و یونولیت روی آن را میپوشاند و ممکن است کمی هم بالا بیاید (شبیه به تشکیل کوه). این یک مدل بسیار ساده از فرآیند فرو رانش است!
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر، همیشه آتشفشان سطحی تشکیل نمیشود. شرط اصلی برای ایجاد آتشفشان، وجود آب و مواد فرار در ورقهٔ فرورونده است که باعث ذوب شدن سنگهای گوشته شود. اگر ورقهٔ فرورونده خیلی خشک باشد یا زاویهٔ فرورفتن متفاوت باشد، ممکن است ماگمای کافی برای رسیدن به سطح تشکیل نشود.
پاسخ: به شکل معمول و سادهٔ آن خیر. چون هر دو ورقه از سنگهای سبک گرانیتی ساخته شدهاند و چگالی مشابهی دارند، هیچکدام تمایلی به فرورفتن زیر دیگری ندارند. در عوض، در برخورد دو قاره، لبههای هر دو فشرده و چینخورده میشوند و یک رشتهکوه عظیم درست در محل برخورد تشکیل میدهند. کوههای هیمالیا نتیجهٔ برخورد ورقهٔ هند (که زمانی یک جزیره بود) با ورقهٔ اوراسیا است، نه یک فرورانش کلاسیک.
پاسخ: سرعت حرکت ورقهها و فرورانش بسیار کند است، معمولاً بین 2 تا 8 سانتیمتر در سال—تقریباً به سرعت رشد ناخنهای شما! ما این حرکت آرام را مستقیم احساس نمیکنیم. اما نتیجهٔ ناگهانی آن، یعنی زمینلرزهها و فوران آتشفشانها را به وضوح حس میکنیم و میبینیم. این حوادث نشان میدهند که فرآیندهای کند اما قدرتمندی در اعماق زمین در جریان است.
پاورقی
- ورقه (Plate): به قطعات بزرگ و شکستهٔ پوستهٔ سنگکرهٔ زمین گفته میشود که بر روی بخش نرمتر گوشته حرکت میکنند.
- فرو رانش (Subduction): فرآیند فرورفتن یک ورقهٔ زمینساختی به زیر ورقهای دیگر در مرزهای همگرا.
- ورقه/پوستهٔ اقیانوسی (Oceanic Plate/Crust): بخشی از پوستهٔ زمین که زیر اقیانوسها قرار دارد و عمدتاً از سنگ بازالتِ سنگین تشکیل شده است.
- ورقه/پوستهٔ قارهای (Continental Plate/Crust): بخشی از پوستهٔ زمین که قارهها را تشکیل میدهد و عمدتاً از سنگ گرانیتِ سبکتر ساخته شده است.
- ورقههای زمینساختی (Tectonic Plates): همان ورقههای اصلی پوستهٔ زمین.
- درازگودال اقیانوسی (Oceanic Trench): گودالهای عمیق و طویل در کف اقیانوس که در محل شروع فرورانش تشکیل میشوند.
- ماگما (Magma): سنگ مذاب و داغ موجود در زیر پوستهٔ زمین که در صورت رسیدن به سطح، گدازه نامیده میشود.
