مقدمة إلى جيولوجيا كارلسباد سيفرنز

إن متنزه كارلسباد سيفرنز الوطني، الواقع في جبال غوادالوب في جنوب شرق نيو مكسيكو، هو أحد أهم نظم الكهوف الجيولوجية في العالم، ويحمي المتنزه أكثر من 119 كهفا معروفا، بما في ذلك عمليات كارلسباد Cavern الشهير، التي شكلت من خلال مزيج من بناء الشعاب القديمة، والتفكك الكيميائي، والتدهور المائي المستمر للمناظر الطبيعية،

وقاعدة الحديقة هي حجر الجير في المقام الأول، ولكن المنطقة تحتوي أيضا على الدومليت والرمل وودائع الجوز التي تسجل مئات الملايين من السنين من التغير البيئي، وتجلس الحديقة فوق الشعاب الكابيتان، وهي هيكل شعاب أحفوري واسع النطاق من فترة بيرميان، وترتبط الجيولوجيا هنا ارتباطا وثيقا بتركيب الجيل الأكبر من التكتون وتاريخ الترسبات في منطقة المحيط السفلي.

بالنسبة لأي شخص مهتم بعلوم الأرض، فإن (كارلسباد سيفرنز) مختبر حي، والمتنزه يحتوي على بعض أكبر غرف الكهف في القارة، وبقايا نادرة، وأدلة للبحار القديمة التي كانت تغطي المنطقة، وتستكشف هذه المادة تكوين الكهوف، والمناظر الطبيعية، والمعالم الجيولوجية الرئيسية التي تجعل هذه الحديقة وجهة يجب أن تُلقي نظرة على الجيولوجيين والمناطق الخارجية على حد سواء.

الشكل الجيولوجي للمقابس

ولم تشكل الكهوف في كارلسباد من خلال فسخ بسيط للجير من قبل حمض الكربون، وهو العملية التي تخلق معظم كهوف الحجر الجيري، بل إنها تدين بوجود تفاعل كيميائي أكثر تعقيداً يشمل الكبريت الهيدروجيني، وخلل المستودعات النفطية في حوض بيرميان الغازي الكهرمغناري الذي أُطلق من خلال الكهوف الكهفية التي تُعد في الصخرة والمختلطة.

The Capitan Reef and the Permian Basin

قبل ما يقرب من 250 إلى 280 مليون سنة، خلال الفترة الفارمية، المنطقة التي يشغلها الآن (كارلسباد سيفرنز) كانت مغطاة بحر ضحل، ودفء، وطوال هوامش هذا البحر، نما نظام شعاب ضخم، يتألف أساسا من الطحالب الكهروائية، والأوعية، والكائنات البحرية الأخرى، وهذه الشعاب المعروفة الآن باسم شعاب كابيتان، مدفونة بعد مئات الأميال.

إنّ "كابيتان ريف" أحد أفضل أنظمة الشعاب القديمة في العالم، هيكلها الضخم لـ"ليمستون" يوفر الصخرة المضيفة للكهوف، و سماحها الأصليّة المياه الجوفية بتعميم وتسوية الصخرة على طول طائرات الفراش و الكسور، ويدرس الجيولوجيون الشعاب لفهم كل من إيكولوجيا الشعاب وعمليات التشخيص التي تحوّل مسارات الرسوب إلى صخرة.

Dissolution and Acidic Groundwater

وكانت الآلية الرئيسية لتكوين الكهوف في كارلسباد هي رد الفعل بين حجر الجير وحامض السلفوريك، وعندما أحدثت سلفيد الهيدروجين من خزانات النفط العميقة التي تُسمَّى في المياه الجوفية الضحلة، ينتج حامض الكبريت، وقد حل هذا الحمض حجر الجير أكثر عدائية من حمض الكربون، مما أدى إلى خلق كسور كبير وممرات غير منتظمة.

ويمكن ملاحظة دليل على هذا الحل الحمضي في جدران الكهف، التي تظهر في كثير من الأحيان منحدرات وكبوزات كبيرة وغير نظامية بدلا من السطح السلس الذي يُستخدم في التصفيق المتدفق من الكهوف الوبائية، ولا يزال توقيت هذا الحل محل نقاش، ولكن معظم الباحثين يوافقون على أن المرحلة الرئيسية من تشكيل الكهف قد حدثت قبل 4 و 12 مليون سنة، عندما كانت المنطقة ترتفع وتسقط منضبة الماء.

دور سلفيد الهيدروجين

إن سلفيد الهيدروجين هو غاز سام وتآكلي ينتج عن نشاط مجهري في خزانات النفط والغاز، وفي حوض المحيط، كانت الرواسب النفطية العميقة مصدراً من مصادر سلفيد الهيدروجين لملايين السنين، وقد انتقل هذا الغاز إلى ارتفاع معدّل بالأخطاء والكسرات إلى منطقة المياه الجوفية الدوارة.

كما أن وجود كبريتيد الهيدروجين يفسر تشكيل غرف كبيرة شبيهة بالكاتدرائية ذات خصائص كارلسباد، لأن الأحماض كانت تولد في الموقع بدلا من أن تنقل في مجاري سطحية، فإن الحل حدث بطريقة موزعة على جميع أنحاء كتلة الصخور، بدلا من أن يكون على امتداد قناة واحدة من قنوات التيار، مما أدى إلى إنشاء شبكة من الكائنات الحية ذات الصنفين العالميين التي تدرس في نفس النوع.

التضاريس السطحية والقطع الأرضية

إن سطح متنزه كارلسباد الوطني هو مشهد ممزق وشديد التناقض مع البيئة الرطبة والثرية بالمعادن في الكهوف تحته، ويشمل هذا المتنزه حوالي 000 46 فدان من جبال غوادالوب، حيث تتراوح ارتفاعاتها بين 600 3 قدم بالقرب من مركز الزوار إلى أكثر من 300 6 قدم في أعلى مرتفعات، وتشمل التضاريس النسيجات الوعية.

Desert and Scrub Ecosystem

والمناخ السطحي ساخن وجاف، حيث يبلغ متوسط الأمطار السنوية نحو 12 بوصة، ومعظم الأمطار تسقط خلال موسم الريح الصيفي، وغالبا ما تكون في عواصف رعدية شديدة تسبب في الفيضانات الومياء في عروق، كما أن الغطاء النباتي يجسد محدودية توافر المياه، ولكن المنتزه يدعم تنوعا مفاجئا في أنواع النباتات المكيفة مع الظروف القاسية، ومن بينها عدة أنواع من اليوشكا، وبوة من النبات.

وعلى الرغم من الظروف القاحلة، فإن المشهد السطحي نشط جيولوجياً، فالتآكل بالرياح والمياه يرتدى ببطء في جسور الحجر الجيري، بينما يؤدي فسخ السوسوم وغيره من المهور إلى إحداث ثقوب في البواليع وإلى اكتئاب ضحل، وتربة المنتزه رقيقة وروكية، مع وجود مناطق كبيرة من الصخور المعرضة، وهذا الافتقار إلى غطاء التربة يعني أن الأمطار تنهار بسرعة في بيئة صخرية.

الخصائص الإيروسية

وقد حفرت جبال غوادالوب في سلسلة من المطاعم والتجسس التي تعكس الجيولوجيا الأساسية، وتشكل الحجر الجيري المقاوم أعلى المستويات، بينما تُستحوذ على أحجار الرمال والشلالات ليخلقوا واديا ومنحدرات، وقد أدى تآكل الرياح إلى حدوث تهوية وهوامات مخففة في بعض المناطق.

أبرز سمة تآكل على السطح هي تصاعد الحافة في منطقة كابيتان نفسها، حيث يمتد هذا الخط من الشمال إلى الجنوب تقريباً عبر الحديقة ويصادف حافة الشعاب القديمة، ويمكن للزوار الذين يقودون محرك وولنت كانيون السينيك أن يشاهدوا النسيج بالقرب من السطح، حيث تظهر وجوهه الحادة و المنحدرات من حجر الأساس.

حفريات وصور كارت

وتتميز طبوغرافيا الكارتست بالثقوب المغرقة، والتدفقات المختفية، والصرف تحت الأرض، ومتنزه كارلسباد سيفرنز الوطني مثال كلاسيكي، حيث تنهار الحفريات الجوفية، وتخلق الكساد على السطح، وبعض فتحات البواليع في المنتزه كبيرة جدا، مثل حفرة التزلج في المدخل الطبيعي، التي تشكلت عندما تنهار سطح الكهف الرئيسي.

أما الثقب المغرقي الآخر في الحديقة فهو أقل وضوحاً، ولكنه لا يزال سمات هامة لمشهد الكارست، وكثيراً ما يجمع الرواسب والمواد العضوية، ويخلق رقعة منعزلة من التربة الأعمق تدعم المجتمعات المحلية النباتية الفريدة، ويرسم الجيولوجيون هذه الحفر لفهم مدى التجويفات الجوفية واتجاه تدفق المياه الجوفية، كما يشير وجود فتحات البواليع إلى أن نظام الكهف لا يزال يتطور، مع استمرار الانهيار والهيار في تعديل السطح وشبه.

أهم الرسوم الجيولوجية

ويمكن تقسيم السمات الجيولوجية لمتنزه كارلسباد سيفرنز الوطني إلى فئتين عامتين: تلك التي تشكل جزءا من الشعاب المرجانية والروكة، وتلك التي تشكل داخل الكهوف نفسها، وتقدم الفئتان معا نظرة ثاقبة على العمليات التي شكلت المنطقة على مدى مئات الملايين من السنوات.

"كابيتان ريف"

إن شعب الكابيتان الشعاب هو السمة الجيولوجية الأساسية للمتنزه، وهو حجر حجر حجري ضخم وهيكلة مهيمنة تمتد عبر معظم جبال غوادالوب، وتتألف الشعاب من بقايا الكائنات البحرية التي تعيش في البحر الفارسي، بما في ذلك السبائك والرسيمون والألمغا، ولا يزال إطار الشعاب مرئيا في أماكن عديدة، مع تقسيم هياكلها إلى هياكل محمية أحفورية.

الزائرون يمكنهم رؤية الشعاب الكابيتية على طول المتنزه السطحي وعلى طريق (والنت كانيون) السينيكى تظهر التعرض للشعابه

الحياة البحرية المحفورة

وتحتوي صخور كارلسباد على سجل أحفوري غني للحياة البحرية في بيرمي، وتشمل الأحفوريات المشتركة البخاريات البخارية (الكائنات الحية المطلية بالأشعة المقطعية) والبراشيوبود، والكثبان، ومختلف أنواع البونج، ويؤكد وجود هذه الأحفوريات أن المنطقة كانت يوما ما سطحية، بحرا دافئا، مع وجود مشاهد مصورة لا تُسمح بها.

كما أن التكوين الأحفوري يساعد الجيولوجيين على تأريخ الصخور وربطها بقطع فارمية أخرى حول العالم، ويعتبر الشعاب الكابيتان جزءا مرجعيا عالميا للفترة الفارمية، وقد درسه علماء النخيل دراسة مستفيضة، كما أن الأحفوريات توفر أيضا أدلة عن البيئة المتناقلة، بما في ذلك عمق المياه ودرجتها وشتتها.

Speleothems

والملابس هي الودائع المعدنية التي تشكل داخل الكهوف، كما أن كارلسباد سيفرنز يحتوي على مجموعة متنوعة غير عادية من هذه الأنواع، وأكثرها شيوعا هي القطع البهللية التي تُعلق من السقف، والسكاتيلات، التي تنبع من الأرض، وعندما تنمو القطع المعدنية وتتكون الأعمدة المعدنية، وتشمل أنواعا أخرى من الكهوف الزهرية والزجاجات، والزهريات.

المُتَوَجِّل في (كارلسباد) يُكوّنُ في المقام الأول من الكالسيتات، التي تَتَسَرعُ عندما تَفْقدُ الماءَ البيركربونيَةَ بينما يَدْخلُ الكهفَ، عناصر مثل الحديدِ، المنغنيز، والنحاس يُمَعُ أَنْ يَتَخْطَّرَبُ بِرَةَةُ في غرفةِفِ

كما أن السائل المسيل للثدييات يعمل كمحفوظات غير متجانسة، فالأصحاب في حدود التلال يسجلون تغيرات في سقوط الأمطار ودرجات الحرارة والنباتات على مدى آلاف السنين، وقد استخلص العلماء النواة من التلال في كارلسباد سيفرنز لدراسة التغير المناخي في الولايات المتحدة الجنوبية الغربية، وقد كشفت هذه الدراسات عن فترات تغير المناخ الميجد والتحولات المناخية.

حفرة

وكما سبقت الإشارة، فإن فتحات البواليع هي تعبير سطحي رئيسي عن التضاريس الكارستية، حيث أن أكبر وأيسر فتحة في المتنزه هو المدخل الطبيعي الذي يقيس حوالي 300 قدم في عمق 200 قدم، وهذا الثقب المغرق الذي شكل عندما ينهار سطح الكهف، مما يخلق مظلة عمودية تربط السطح بالممرات الأساسية، وتشمل حفر الثلج الأخرى في الحديقة الإيسيبرغ كل عام.

كما توفر الثقوب المظلمة إمكانية الوصول إلى الموائل الجوفية للأنواع الفريدة، حيث يسكن الغاب في المضيق الطبيعي مستعمرة كبيرة من الخفافيش المكسيكية ذات الصبغة الحرة، التي تظهر كل مساء في رحلة مذهلة، وتستخدم الخفافيش الحفرة المغرقة كمسار، وتوفر غوانوها مغذيات للكائنات الحية التي تسكن الكهوف، كما تصطاد الكولات المائية والحطام العضوي من السطح.

نظم ودوائر المقايضة

ويحمي كارلسباد سيفرنز الوطني أكثر من 119 كهف، ولكن الأكثر شهرة هو كارلسباد سيفرن نفسه، الذي يشمل الغرفة الكبيرة، والمرور الطبيعي، والعديد من الممرات الجانبية، ومن الكهوف البارزة الأخرى في المنتزه ليشوغيلا كاف، التي هي أحد أعمق وأعمق الكهوف البائس في الولايات المتحدة، وجيولوجيا سبايدر كافيولوجيا التي تقدم قدرا أكبر من التحدي.

الغرفة الكبيرة

الغرفة الكبيرة، المعروفة أيضاً بغرفة الجينتس، هي أكبر حجرة كهف في الحديقة وواحدة من أكبر الغرف في أمريكا الشمالية، وهي تقاس على طول 200 1 قدم و 600 قدم و 250 قدماً في أقصى حدودها، وطابق الغرفة الكبيرة مسطح نسبياً، ولكن السقف يرتفع ويسقط في سلسلة من الدوافع والأكواب، وتُلغى الغرفة بمواد واسعة النطاق من المسامير، بما في ذلك السقف الضخمة.

حجم الغرفة الكبيرة هو نتيجة مباشرة لعملية حل حمض الكبريتيك لأن الحمض كان مُولداً من أسفله بدلاً من إدخاله من المجاري السطحية،

Entrance and Bat Cave

إن المدخل الطبيعي هو المدخل الأصلي لكارلسباد سيفرن والطريق الذي يستخدمه المستكشفون والزوار المبكرون، وينحدر نحو 750 قدما من خلال سلسلة من المفاتيح والمسارات، يمرون عبر كهف بات، ويأتي مقهى الخفافيش حجرة كبيرة بالقرب من المدخل الذي يشغله موسم الخفافيش المكسيكية ذات الطوابق الحرة.

إن جيولوجيا طريق الدخول الطبيعي توفر جزءا من نظام الكهف، مع وجود أخطاء واضحة ومفاصل وملامح حل، كما أن مدخلها نفسه هو حفرة مغرقة شكلها انهيار، وتظهر الجدران السمية المتطورة غير القانونية للحل الناقص، وتتغير درجة الحرارة والرطوبة بشكل ملحوظ مع زوارين ينحدرون من الكهف الصحراوي الجاف عند السطح إلى الهاوية العميقة.

Lechuguilla Cave

إن مقهى ليشوغيلا ليس مفتوحا أمام عامة الناس، ولكنه أحد أهم الكهوف العلمية في العالم، إذ تم اكتشافه في عام 1986، ويمتد ليشوغيلا أكثر من 150 ميلا ويصل إلى عمق يزيد على 600 1 قدم، ويُعرف عن مواصفاتها غير العادية، بما في ذلك ميكانيكيات غبوم، والأبر المسيلية، والتشكيلات المصغرة الحساسة.

إن جيولوجيا ليشوغيلا مماثلة لجيولوجيات كارلسباد كفيرن، ولكن الكهف كان أقل تأثرا بالنشاط الإنساني، وهو يحتوي على سجل أكثر وضوحا للعمليات الجيولوجية، وقد استخدم الباحثون ليشوغيلا لدراسة دور الميكروبات في تكوين الكهوف، وكيمياء الترسيب السليلوي، وعمر ممرات الكهف، ولم يتم بعد استكشاف الكهف بشكل كامل، ولم تدار غرف وكهيدرات جديدة.

العمليات الجيولوجية التي لا تزال في العمل

إن جيولوجيا كارسباد سيفرنز ليست ثابتة، وعلى الرغم من أن المرحلة الرئيسية من تشكيل الكهف قد حدثت قبل ملايين السنين، فإن العديد من العمليات الجيولوجية ما زالت تشكل الحديقة اليوم، وتشمل هذه العمليات استمرار نمو البلازما، والتآكل الميكانيكي للسطح، وتباطؤ حل الحجر الجيري بالمياه الجوفية الحديثة.

النمو الحديث في سبيلوثيم

ولا تزال معدلات الترسيب الحراري تنمو في أجزاء كثيرة من نظام الكهف، وإن كانت بمعدلات غير قابلة للتأثر بالإنسان تقريبا، وتتفاوت معدلات الترسيب المحسوبة من أقل من مليمتر في القرن إلى عدة مليمترات في السنة في المناطق التي توجد فيها مياه دهنية نشطة، ويتوقف معدل النمو على كمية المياه التي تدخل الكهف، وتركيز كربون الكالسيوم المذاب، ودرجة حرارة الهواء المزروعة.

إن استمرار نمو السفيلث يجعل الكهف بيئة دينامية، إذ أن المواد المطوّلة، والسكاتيلات ترتفع، وثبات الزهرة تتراكم في طبقات، كما أن كيمياء الماء القافز يسجل أيضاً تغيرات موسمية وسنوية في المناخ، وبالتالي فإن البلازما توفر محفوظات مستمرة لتغير البيئة، ويقوم الباحثون عادة بجمع العينات من معاجم النمو النشط لدراسة إشارات المناخ الحديثة.

التآكل والرطوبة

وعلى السطح، لا يزال التحات يزول في جبال غوادالوب، إذ إن معدل التحات بطيء، يقدر بنحو 1 إلى 2 بوصة في الألف سنة، ولكن على مدى ملايين السنين، له أثر كبير، كما أن تهوية الحجر الجيري عن طريق الأمطار والريح والدرجات الحرارية تنتج الكارين والسيلينكارين وغيرها من سمات التفكك الصغيرة على سطح الصخور المعرضة.

وقد أدى النشاط البشري إلى ضغوط تآكل جديدة، حيث أدى تآكل التربة، وحركة المركبات، وبناء المباني والطرق إلى تعجيل التآكل المحلي في بعض المناطق، وتدير دائرة الحدائق الوطنية هذه الآثار من خلال صيانة الأثر، وتدابير مكافحة التحات، وتعليم الزوار، ويساعد فهم معدلات التحات الطبيعية مديري الحدائق على وضع الحدود المناسبة للتنمية والاستجمام.

الخبرة الزائرة والجيولوجيا

وبالنسبة للزوار المهتمين بالجيولوجيا، فإن حديقة كارلسباد سيفرنز الوطنية تقدم مجموعة من الخبرات التي تربط المناظر السطحية وشبه السطحية، وتتيح الجولات ذات التوجه الذاتي للغرفة الكبيرة والمدخل الطبيعي للزوار رؤية البنفسج وتركيب الكهف بالقرب من مكانه، بينما تتيح الجولات المصحوبة بمرشدين إمكانية الوصول إلى أجزاء أقل من النظافة، كما توفر الحديقة برنامجاً صغيراً ومحافل تعليمية تغطي الجيولوجيا.

المقطورات ونقاط اليقظة

ممرات سطح الحديقة مثل محرك (والنت) للسيون (السينك) و (راتلسنيك) و (كانيون) و (غوادالوب ريدج) و (غودج) يوفر فرصاً ممتازة لمراقبة الشعاب المرجانية و المشهد التحاتي و العلامات التفسيرية لهيكل الشعاب المرجانية و الأحفوريات و تكوين العصي

مركز الزائر الرئيسي يتضمن معرض جيولوجيا مع عينات من الصخور، وعروض الأحفورية، ونموذج ثلاثي الأبعاد لنظام الكهف، كما يقدم الحراس محادثات يومية ويسيرون بصحبة السير الجيولوجي للمتنزه، وبالنسبة لمن يريدون الغوص العميق، فإن مكتبة المنتزه تحمل عدة دفاتر إرشادية ومنشورات علمية عن جيولوجيا المنطقة.

البرامج التعليمية

(الخدمة الوطنية للمتنزهات) و(((الجولة الافتراضية))((Carlsbad Caverns National Park website() تعرض ثروة من الموارد التعليمية، بما في ذلك خطط الدروس للمعلمين والجولات الافتراضية وملخصات البحوث.

للزوار الذين يريدون رؤية المزيد من الجيولوجيا السطحية، فإن هذه المنتزهات توفر معاً نظرة شاملة على أحد أفضل نظم الشعاب القديمة في العالم.

خاتمة

"كارلسباد سيفرنز" هو كنز جيولوجي يقدم للزوار نافذة فريدة من نوعها في تاريخ الأرض العميق، من "كابيتان ريف" القديم إلى النمو المستمر للملابس الجيولوجية في الحديقة،

جيولوجيا (كارلسباد) ليست فقط حول الماضي، بل حول الحاضر والمستقبل أيضاً، كهوف الحديقة ما زالت تتطور، وسطحها مستمر في التضاؤل، وخلق مشهد دينامي يتغيّر على كلا النطاقين البشري والجيولوجي، وبحماية هذه البيئة الفريدة، تكفل دائرة الحدائق الوطنية للأجيال المقبلة مواصلة دراسة وتقدير العمليات الجيولوجية التي جعلت هذا المكان ما هو عليه.