زمین – دریا شناسی

دو سوم سطح زمین بر سیستم گسترده‌ای از كافت‌های آتش‌فشانی زیر دریایی به نام پشته میان – اقیانوسی بنا شده است. زمین دریا شناسان طی دهه اخیر با برخورداری از پیشرفت‌های فنی در زمینه‌های دریانوردی، تجهیزات، و نقشه برداری از بستر دریاها، در شناخت فرایندهای پیچیده و به هم پیوسته آتش‌فشانی، زمین ساختی و هیدروگرمایی در شكل‌گیری پوسته جدید اقیانوسی موفقیت‌های چشم‌گیری داشته‌اند. از جمله معروف‌ترین دستاوردهای این بررسی‌ها كشف سیستم‌های آب گردانی هیدروگرمایی بستر دریا با اجتماعات زیستی منحصر به فرد آن‌ها و نهشت‌های كانی سولفیدی وابسته بوده است. این فعالیت‌های هیدروگرمایی ناشی از وجود سنگ‌های داغ مذاب در ترازهای نسبتاً كم عمق پوسته در مخازنی به نام اتاقك‌های ماگما است. با اینكه در اهمیت این اتاقك‌های ماگمای پوسته‌ای در شكل گیری پوسته اقیانوسی جدید توافق كلی وجود دارد، ولی شكل، دوام، و تنوع این اتاقك‌ها در امتداد محورخیز هنوز در جامعه زمین شناسان مسئله‌ای است بحث‌انگیز.
در طی چند سال گذشته، با استفاده از مشاهدات مربوط به تغییرات عمق در طول ستیغ خیز و نیز آزمون‌های تجربی روی شاره‌های همرفتی، یك مدل كلی برای فرایندهای آتش فشانی در پشته‌های میان – اقیانوسی ارائه شده است. اساس این مدل، كه اولین بار توسط هان‌شوتن و همكارانش از مؤسسه اقیانوس شناسی وودزهول پیشنهاد شد، این است كه سنگ‌های ذوب شده، كه در جبه شكل می‌گیرند، به صورت قطعات جدا از هم در سرتاسر پشته بالا می‌آیند و نه به صورت یك برگه پیوسته. این نفوذ به سمت بالا، مواد مذاب را به اتاقك ماگمایی پوسته تزریق می‌كند، و سپس مواد مذاب در طول پشته به طور جانبی شارش می‌یابد و فوران‌های كافتی نظیر آنچه كه در ایسلند دیده می‌شود – ایجاد می‌كند. مركزهای تزریق وابسته به برآمدگی‌های توپوگرافیك با طول موج بلند به فاصله‌های 50 تا 100 كیلومتر است. این مدل جالب اخیراً با دو آزمایش مهم محك زده شده است.
ویژگی‌های اتاقك‌های ماگما در مراكز گسترش اقیانوس را می‌توان به طور غیر مستقیم از تركیب گدازه‌هایی كه از بستر دریا فوران می‌كنند استنباط كرد. اگر این مدل درست باشد، دمای فوران كدازه‌ها باید با دور شدن از فرازه ژرفا سنجشی كه در آن مواد مذاب در آغاز به اتاقك ماگما تزریق می‌شوند. به طور منظم كاهش یابد. سال پیش گروهی از پژوهشگران زیر نظر چارلز لانگمو بر از آزمایشگاه زمین شناسی لاموند – دوهرتی به بررسی گسترش سریع (cm6 در سال) تیغه شرقی اقیانوس آرام، نزدیك به سواحل غربی مكزیكو پرداختند تا این فرضیه را آزمایش كنند. آن‌ها به طور منظم تقریباً km1000 از ستیغ پشته را لایروبی كردند. این نوع نمونه برداری با این فاصله‌های نزدیك به هم تا آن زمان صورت نگرفته بود. آن‌ها متوجه شدند كه گدازه‌ها از نظر ژئوشیمیایی تنوع شگفت انگیزی دارند و به صورت واحدهای فورانی متمایزی در مقیاسی ده بار كوچك‌تر از طول موج بلند تغییرات تو پو گرافیك در طول محور پشته وجود دارند. نتایج بررسی‌های آن‌ها نشان می‌دهد كه این پدیده یا باید از مناطق چند گانه زیر پوسته ناشی شده باشد و یا از اتاقك ماگمایی كه از نظر فیزیكی در مقیاسی به مراتب كوچك‌تر از آنچه تصور می‌شد ناپیوسته است.
فرضیه دوم را پژوهشگران از لامونت، موسسه اقیانوس شناسی اسكریپس، دانشگاه ردایلند و سازمان زمین شناسی ایالات متحده با دو كشتی و با استفاده از روش لرزه‌ای چند كانالی در طول همان پشته آزمایش كردند. در این آزمایش معلوم شد كه سرعت موج‌های صوتی در درون گدازه مذاب در اتاقك ماگمای پوسته‌ای به مراتب كمتر از سرعت موج‌های عبور از سنگ‌های همجوار آن است. نتیجه اینكه سقف اتاقك به صورت یك بازتابنده قوی انرژی لرزه‌ای عمل می‌كند. با استفاده از همین روش‌ها كه در صنعت برای نگاشت ساختارهای زمین ساختی زیر سطحی واقع در لگن‌های ته نشستی توسعه یافته است، این پژوهشگران توانستند نگاشتی از بازتاب‌های سقف یك اتاقك ماگمای پوسته‌ای واقع در 1 تا 2 كیلومتری زیر بستر دریا را در امتداد پشته اقیانوس آرام شرقی به دست آوردند. آن‌ها متوجه شدند كه این اتاقك ماگما به طور شگفت‌انگیزی باریك (با پهنای كمتر از 3 تا 4 كیلومتر) است، ولی از لحاظ فیزیكی به صورت پیوسته‌ای در طول محور پشته حداقل 40 تا 50 كیلومتر (حتی در موردی تا 90 كیلومتر) ادامه دارد. ناسازگاری این اندازه‌گیری‌ها با گونه‌گونی ژئوشیمیایی گدازه‌های فورانی حاكی از آن است كه مواد مذاب درون اتاقك باید بیش از آنچه قبلاً تصور می‌شد ناهمگن و از نظر آمیختگی ناقص باشد.
نتایج حاصل از این دو آزمایش منجر به بررسی مجدد مدل‌های فعلی ژئوفیزیكی و زمین شناختی پشته‌های میان – اقیانوسی شده است. پژوهش‌های متنوع و دراز مدتی نیز در بخش‌های دیگر سیستم پشته میان – اقیانوسی در جریان است؛ یكی در مركز اقیانوس اطلس شمالی نزدیك به زن شكستگی كن در طول پشته یوآن دوفوكا در حاشیه غربی آمریكای شمالی، و دیگری در بخش پشته اقیانوس آرام شرقی در شمال جزیره ایستر (كه این پشته اخیر گسترش سریعی هم دارد). این پژوهش‌ها نوید می‌دهد كه تا چند سال آینده شناخت ما از فرایندهای زمین شناختی در شكل گیری پوسته اقیانوسی به طور عمده‌ای افزایش یابد.