مقدمة

فالعمليات الجيولوجية هي الآليات الدينامية التي ترسم وتعيد تشكيل الأرض باستمرار، فمن بطء الانجراف في القارات إلى الاندلاع المفاجئ لبركان، تعمل هذه العمليات على نطاق واسع من الزمن، وتمتد من ثوان إلى ملايين السنين، وتكدس الجبال، والوادي، والسهول، والتربة التي تدعم الحياة، ولا يكتسي فهم هذه العمليات الأساسية أهمية أساسية بالنسبة للجيولوجيين فحسب، بل بالنسبة لأي شخص معني بالتغيير الطبيعي،

Plate Tectonics

إن التكتونية هي نظرية موحدة تفسر الحركة الواسعة النطاق للقصف الخارجي للأرض الجامد المعروف بالغطاء الليثيوبي هذا الغلاف الجوي مجزأ إلى سبعة لوحات رئيسية وعدة لوحات صغيرة تتدفق فوق الغلاف الجوي العلوي الناعم وشبه الفلوري، وحركة هذه اللوحات هي أساساً تحركات من طرف تيار زلزالي

أنواع الحدود

الحدود الدنيا

وتنشأ الحدود المتباعدة حيث يبتعد كل منها عن الآخر صفائح تكتونية، حيث يرتفع حجم الماجما من المعبد لسد الفجوة، مما يوطد تكوين قشرة محيطية جديدة، وهذه العملية، التي تسمى انتشار قاع البحر، مسؤولة عن تكوين أحواض شمسية في وسط المحيط مثل الحافة في منتصف المحيط الأطلسي، وفي القارات، تخلق الحدود المتباينة في القارة أفقية.

الحدود المشتركة

عند الحدود المتشابكة، تلتوى صفائحين، مما يؤدي إلى نشاط جيولوجي كبير، عندما يتجمع لوحات المحيط مع لوحة قارية،

حوائز التحويل

وتتم إزالة الحدود حيث تنزلق الصفائح من بعضها البعض أفقيا، فالاحتكاك بين اللوحات يمكن أن يجعلها تغلق مؤقتا، وتتراكم التوتر الذي يُطلق في نهاية المطاف كزلازل، وقصر سان أندرياس في كاليفورنيا مثال كلاسيكي على حد تحولي، وهو مسؤول عن النشاط السيزمي المتكرر، وخلافا للحدود المتباينة والمتقاربة، فإن التحول في الحدود لا يؤدي عادة إلى نشاط بركاني.

الأدلة والآثار

Theory of plate tectonics is supported by multiple lines of evidence, including paleomagnetic data that reveal historic shifts in Earth's magnetic field recorded in rocks, the geographical distribution of fossils and rock types across continents, and modern GPS measurements that track plate movements in real-time. Understanding plate tectonics is instrumental in predicting has-prone regions, volcanic hazards, more insight-building processes.

البراكين

إن البراكين هي العملية التي تصل من خلالها الماجما من داخل الأرض إلى السطح، وتشكل مختلف أشكال الأراضي البركانية، ويحدث النشاط البركاني أساساً في الحدود المتباينة، ومناطق التفرع الموحّدة، وحفر البؤر الساخنة، وطبيعة الانفجارات البركانية التي تنبع من تدفقات الحمم البركانية إلى التفجيرات الكاسحة، إلى حد كبير في مواجهة المغنطيسي.

أنواع البركان

فولكان الدروع

وتتميز البراكين الدروعية بصور واسعة النطاق ودقيقة من المتخلفات التي تشكلها الحمم البساليكي المنخفض التقلبات التي تتدفق بسهولة على مسافات كبيرة، وتميل ثوراتها إلى أن تكون فعالة بدلا من متفجرة، وتشكل ماونا لوا في هاواي أحد أكبر البركان على الأرض، المعروفة بتدفقاتها المتكررة والبرومة من الغالفايات التي تشكل الكثير من هذه الجزر.

ستراتوفولكان

كما أن البراكين المركبتين، وهما من البراكين، لديهما أشكالاً شديدة الحساسية وخرائية تتألف من طبقات متغيرة من تدفقات الحمم والرماد، وصخرة بركانية مجزأة، وعادة ما تثوران في مواجهة المغناطيس البولي، مما يؤدي إلى حدوث ثورات شديدة الانفجار يمكن أن تولد تدفقات مميتة من البركان، وسحب من اللافقار.

Cinder Cones and Calderas

إن مواسير القنادس صغيرة نسبيا، وبركانات ذات جانب حاد، تتألف أساسا من شظايا بركانية تُطرح أثناء الانفجارات، وكثيرا ما تكون موجودة حول مراكز بركانية أكبر أو كخصائص معزولة، فالكالديراس، على النقيض من ذلك، هي كساد كبير، شكلت على شكل عظمي عندما كانت حجرة بركانية، وانهيار سطحي.

الأخطار والفوائد البركانية

وتشكل الانفجارات البركانية مخاطر كبيرة مثل تدفقات الغلاف والرماد والكثافة البكترية واللافارات (تدفقات الطين الفولكانية) وإطلاق غازات سامة مثل ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكربون، ويمكن لهذه الأحداث أن تدمر النظم الإيكولوجية والزراعة والمستوطنات البشرية، غير أن المناطق البركانية توفر أيضاً فوائد: كثيراً ما تكون التربة البركانية مُسْدَّدة بدرجة عالية من حيث غنية بالمعادن.

التآكل

والتآكل هو العملية الطبيعية لإزالة التربة والصخر والرواسب من موقع واحد ونقلها إلى مكان آخر بواسطة عوامل مثل المياه والريح والجليد والجاذبية، وعلى مدى ملايين السنين، يغذي التحات سطح الأرض، ويخلق أشكالا مختلفة من الأرض تشمل الوديان والعصي والفيضانات والسواحل مثل الدلتا والمنحدرات.

الماء

فالماء هو أقوى عوامل التآكل وانتشارها، إذ يتسبب الرطوبة في تآكل التربة، وتفكك الجسيمات التربوية، بينما يزيل تدفق الغطاء السطحي طبقات رقيقة من التربة السطحية، وتقشر الأنهار والمجاري وديياتها العميقة، بما في ذلك أمثلة متحركة مثل نهر غراند كانيون، مما يكشف عن طبقات الصخر القديمة التي تشكل على مئات السنين من التحات.

التآكل الفائز

ويصبح تآكل الرياح فعالاً بوجه خاص في البيئات القاحلة وشبه القاحلة حيث يكون الغطاء النباتي جافاً وتجف التربة، ويمكن للريح أن ترفع وتنقل الجسيمات الغرامية عن طريق الانكماش، وتزيل المواد السطحية السائبة، وتهدر الرمل الذي يرتدى في أعماق الصخور، وتتكون هذه العملية من رصفات الصحراء - أسطح مشبعة بمقاب مكتظة - وتآكلة من قبور مائل مائل مائل -

التآكل الجليدي

فالأنهار الجليدية هي أجسام ضخمة من الجليد تتحرك ببطء تحت وزنها، فمع تقدم الجليد، تُخبط الصخرة الأساسية من خلال عمليات مثل التصفيق، حيث تُسحب قطع الصخور من مكانها، وتُسحب منها الأنقاض التي تُطحن في أحواض الجليد من أسطح الصخور.

غجر الجاذبية - الدرفين (إهدار الماس)

وتشير الهدر الجماعي إلى حركة الصخور والتربة والحطام المتخلفة عن الجاذبية، وتشمل هذه العملية الانهيالات الأرضية، والهزات، والأحياء الفقيرة، وزحف التربة، ويمكن أن تشكل التجارات طبيعية مثل الزلازل، أو الأمطار الغزيرة، أو النشاط البركاني - أو الإنسان - مثل إزالة الغابات والبناء، وفي حين أن الإهدار الجماعي هو جزء طبيعي وجوهري من تطور المناظر الطبيعية، فإنه يمكن أن يشكل أيضاً مخاطر خطيرة للمجتمعات البشرية، ولا سيما في الجبال.

الطقس

إن التخصيب هو الانهيار الموقعي للصخور والمعادن على سطح الأرض أو بالقرب منه، وعلى عكس التحات، لا ينطوي الطقس على الحركة بل يجهز المواد اللازمة للنقل بكسر الصخور إلى جزيئات أصغر، وهو سلالة حاسمة لتشكيل التربة ويؤثر على استقرار المناظر الطبيعية، ويحدث الطقس من خلال ثلاث آليات رئيسية هي: الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية.

الطقس الطبيعي

  • Frost wedging:] Water infiltrates cracks in rocks, freezes, expands by about 9%, and exerts pressure that widens fractures, eventually causing rock to break apart.
  • Thermal expansion and contraction:] Repeated heating and cooling cycles cause rocks to expand and contract, leading to stress and fracturing, especially in desert environments.
  • Exfoliation:] Pressure release from erosion of overlying rock causes underlying rock layers to peel off in sheets, common in granitic terrains.

ويسود الطقس الفيزيائي بصفة خاصة في البيئات الباردة والقاحلة التي يكون فيها الطقس الكيميائي محدودا.

الرش الكيميائي

  • Hydrolysis:] Water reacts with silicate minerals, breaking them down into secondary minerals like clays and soluble ions.
  • Oxidation:] Oxygen reacts with iron-bearing minerals to form iron oxides (rust), weakening rock structure.
  • Carbonation:] Carbon dioxide dissolved in water forms carbonic acid, which dissolves carbonate rocks like limestone, leading to karst landscapes with hydros and sinkholes.

إن طقس المواد الكيميائية هو الأكثر نشاطا في المناخات الدافئ الرطبة حيث يسهل الماء ودرجات الحرارة ردود الفعل، ويمكن أن يغير كثيرا من المعالم الطبيعية، وأحيانا يحل تشكيلات الصخور بأكملها بمرور الوقت.

الطقس البيولوجي

ويشتمل الطقس البيولوجي على أعمال الكائنات الحية التي تسهم في انهيار الصخور، ويمكن أن تنمو جذور النباتات إلى كسور، وممارسة الضغط الميكانيكي الذي يقسم الصخور، وتكشف الحيوانات البور عن الصخور الجديدة وأسطح التربة، بينما تنتج الكائنات المجهرية مثل الليكنة والموسى حمضات عضوية تتدهور كيميائيا، وكثيرا ما تعمل هذه العمليات البيولوجية على نحو متآزر مع الأحوال الجوية المادية والكيميائية للتعجيل بتفكك الصخر.

تكوين التربة

إن التربة هي نتاج الطقس إلى جانب تراكم المواد العضوية، وهي تشكل جلدا حيويا رقيقا على سطح الأرض يدعم النظم الإيكولوجية والزراعة الأرضية، وتشكيل التربة عملية معقدة تتأثر بخمسة عوامل رئيسية هي: المواد الأم، والمناخ، والكائنات، والطبوغرافيا، والزمن.

مواد

وتشير المواد الوالدية إلى الصخرة الأصلية أو الرواسب التي تتطور منها التربة، وتتأثر هذه المادة بشدة التركيبة المعدنية والمنسوجات وخصائص الصرف الصحي، وعلى سبيل المثال، تميل التربة المستمدة من الغرانيت إلى أن تكون رملية وحمضية، بينما تكون التربة التي تولدها الحجر الجيري أكثر خصبة وألكلين.

المناخ

ويتحكم المناخ، ولا سيما درجة الحرارة والارتحال، في معدل طقس المواد الكيميائية وتحلل المواد العضوية، ويعزز ظروف الحرب والرطوبة سرعة طقس التربة وتنميتها، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى تربات عميقة وواسعة الانتشار، وعلى العكس من ذلك، تبطئ المناخات الباردة والجافة هذه العمليات، مما يؤدي إلى تربات أقل رقعة وأقل تطورا.

الكائنات العضوية

وتؤدي الكائنات الحية، بما في ذلك النباتات والفطريات والبكتيريا والحيوانات، أدوارا أساسية في تكوين التربة، وتثبيت جذور النباتات التربة وتساهم في المادة العضوية، وتزيل الكائنات الدقيقة الحطام العضوي إلى الفحم، وتثري خصوبة التربة، وتغذي دودة الأرض والحشرات طبقة التربة ومزجتها، وتعزز التدوير المغذي وهيكل التربة.

التسلسل الجغرافي

ويؤثر شكل الأراضي ومساحها على تنمية التربة من خلال التأثير على الصرف والتحات، وغالبا ما تكون التربة على المنحدرات الشديدة الارتفاع رقيقة بسبب التحات المستمر، في حين يمكن للتربة في قاع الوادي أن تتراكم رواسب سميكة من المواد الخصبة، كما أن جانب المنحدرات من الجنوب في نصف الكرة الشمالي يلقى ظروفا أكثر شمسا، مما يؤدي إلى دفء التربة.

الوقت

إن تكوين التربة عملية بطيئة يمكن أن تستغرق مئات إلى آلاف السنين لتطوير عدد قليل من سمات التربة السطحية، وتشبه التربة الشابة بشكل وثيق موادها الأم، بينما تظهر التربة الناضجة أفقا أو طبقات متطورة جيدا، وتشمل الصورة النمطية للتربة الأفق العضوي الغنية، والأفق الفرعي للثروة المعدنية (الطمر)، والأفق الأفق المخفف نسبيا، والتراكم.

For an authoritative and detailed introduction to soil science, the Soil Science Society of America] offers extensive resources.

الأثر البشري على العمليات الجيولوجية

وقد أصبحت الأنشطة البشرية قوة جيولوجية رئيسية، وتسريع العمليات الطبيعية وإدخال أخطار جديدة، ويستخدم مصطلح " Anthropocene ] على نحو متزايد لوصف هذا الخردة الحالية التي يهيمن عليها التأثير البشري على جيولوجيا الأرض ونظمها الإيكولوجية.

استخدام الأراضي وإزالة الغابات

إن إزالة الغابات من أجل الزراعة أو قطع الأشجار أو التنمية الحضرية تعرض التربة للتحات عن طريق إزالة النباتات الواقية والنظم الجذرية، وبدون جذور تربة وريح وماء يمكن أن تزيل بسرعة التربة السطحية، مما يؤدي إلى تدهور وتصحر، وقد تسببت إزالة الغابات المدارية، ولا سيما في حوض الأمازون وجنوب شرق آسيا، في فقدان التربة بدرجة كبيرة، وفي انخفاض التنوع البيولوجي، وتغير الأنماط المناخية الإقليمية.

التعدين والصيد العرضي

أنشطة التعدين، السطحي والسطحي، والمناظر الطبيعية، التي تعاد تشكيلها بشكل كبير، وتزيل التعدين السطحي كميات كبيرة من الصخور والتربة، وتخلق حفرا مفتوحة وثباتات نفايات تعطل النظم الإيكولوجية، ويمكن أن يتسبب التعدين تحت سطح الأرض في التخريب، وتضر الهياكل الأساسية، وتتغير تدفق المياه الجوفية، وتحتوي المواد المتبقية من تجهيز الخامات في كثير من الأحيان على معادن ومواد كيميائية ضارة يمكن أن تلوث أجسام المياه وتطرحها.

التحضر

وتحل التنمية الحضرية محل أسطح الأراضي الطبيعية التي تحتوي على مواد غير قابلة للزراعة مثل الخرسانة والكمب، مما يقلل من تسلل المياه ويزيد من سرعة سطح الأرض ويزيد من مخاطر الفيضانات، كما أن أنشطة البناء تزعج التربة وتجعلها عرضة للتحات وتتسبب في الانهيالات الأرضية في المناطق الجبلية.

Climate Change

ويؤثر الاحترار العالمي على العمليات الجيولوجية في جميع أنحاء العالم، ويزيد من انتشار المنحدرات المسببة لزعزعة الاستقرار في المناطق القطبية والألبية، ويزيد من تواتر العواصف وكثرة من تعاظم التربة ونقل الرواسب، ويزيد ارتفاع مستويات سطح البحر من تآكل السواحل ويهدد المناطق المنخفضة، كما أن التغيرات في أنماط التهطال تؤدي إلى تعديل معدلات الطقس ونظم رطبة التربة، مما يؤثر على تطور المناظر الطبيعية والإنتاجية الزراعية.

الهندسة الجيولوجية والتخفيف من آثارها

واستجابة للآثار البشرية، تسعى جهود الهندسة الجيولوجية والتخفيف من آثارها إلى إدارة وتقليل الآثار الضارة على العمليات الجيولوجية، ومن الأمثلة على ذلك إعادة التحريج لتثبيت التربة، والخطوط الهندسية للحد من التحات على المنحدرات، وتصميم نظم مستدامة للتصريف الحضري لإدارة مياه الأمطار، بالإضافة إلى أن التقدم المحرز في تكنولوجيات الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية يتيح رصد المخاطر الجيولوجية والتغيرات في استخدام الأراضي على نحو أفضل، والمساعدة في التأهب للكوارث وحفظ البيئة.

ويعتبر فهم التفاعل المعقد بين العمليات الجيولوجية الطبيعية والأنشطة البشرية أمرا حيويا للإدارة المستدامة للموارد والحد من مخاطر الكوارث في الأنثروبوسكوين.