تکتونیک صفحه‌ای، زلزله و آتشفشان

در تاریخ علم شاهد هستیم که همواره وجود برخی شباهت‌های ظاهری که معمولاً افراد عادی به راحتی و بدون اهمیت دادن به آنها از کنار آنها می‌گذرند باعث ایجاد جرقه‌های اندیشه در دانشمندان کنجکاوی شده است که هیچ نشانه‌ای را کوچک و بی‌اهمیت نمی‌بینند. و همین جرقه‌ها، درگیریِ آتشِ یک کشف بزرگ توسط آنها را باعث شده است. مثلاً مشابهت بین موجودات زنده‌ی مختلف روی زمین به ویژه در گونه‌های نزدیک هم منجر به شکل گیری نظریه‌ی تکامل زیستی و تبدیل انواع گردید. یا مشابهت بین گردباد و گرداب منجر به پی بردن به علت گردباد از روی مکانیسم دردسترس‌تر گرداب شد. مشابهت ظاهری دیگری نیز وجود دارد که منجر به پدید آمدن نظریه‌ی تکتونیک صفحه‌ای زمین شد، نظریه‌ای که امروزه به صورت امری مسلم و پدیده‌ای علمی که شکی در آن نمی‌توان کرد درآمده است. یک نگاه ساده و اولیه به نقشه‌ی زمین کافی است که ما را متوجه شباهت‌های زیادی که مرزهای غربی قاره‌های آفریقا و اروپا با مرزهای شرقی قاره‌های امریکای جنوبی و شمالی دارند بنماید. اما غالباً به آن اهمیت نمی‌دهیم. اما در اوایل قرن بیستم یک زمین شناس کنجکاو آلمانی به نام آلفرد وِگنر به این مشاهده‌ی ساده اهمیت داد. او با کپی برداری از نقشه‌ی قسمت‌های مختلف خشکی‌های زمین و جور کردن آنها با یک دیگر متوجه مشابهت‌های بیشتری در کناره‌های دور از هم افتاده‌ی برخی از قطعات خشکی شد که البته مانند مورد مربوط به افریقا و امریکا کاملاً رو به روی هم نبودند و گویا تا حدودی چرخیده بودند. برای او این سؤال مطرح شد که چگونه این ساحل‌ها با وجود هزاران کیلومتر فاصله از یک دیگر دارای آرایش‌های مشابهی هستند. توجیه این مسأله برای او در آن زمان به کمک نظریه‌های رایجِ زمین شناسی مورد قبول در آن زمان، مشکل بود، زیرا این نظریه‌ها بر این باور بودند که پوسته‌ی زمین به طور یک‌دست و محکم و ثابت بر روی قسمت‌های مذاب داخل زمین قرار گرفته است. آنها اعتقاد داشتند این پوسته درواقع روزی سطح بالایی زمینِ مذاب بوده است که به تدریج سرد و سخت شده است و در حین سرد شدن با از دست دادن گرما چروک خورده و کوه‌ها و دره‌ها را به وجود آورده است و پس از این تغییرات دیگر ثابت مانده است. باور به این نظریات برای وگنر برای توجیه مشابهت‌های بین ساحل‌ها که نظر او را به خود جلب کرده بود مشکل بود و نمی‌توانست با آنها ذهن کنجکاو خود را راضی کند. بدین خاطر مجبور شد نظریه‌ای انقلابی در مقابل نظریات مرسوم زمین شناسی ارائه دهد که به نظریه‌ی انشقاق قاره‌ای معروف گردید. کتاب او به عنوان ایجاد اقیانوس‌ها و قاره‌ها که در آن به توضیح این نظریه‌اش پرداخته بود در سال 1912 منتشر شد. او بر اساس این نظریه‌اش، اعتقاد داشت که قاره‌ها و کف اقیانوس‌ها مثل کشتی بر روی قسمت مذاب داخل زمین شناورند و محرک آنها در حرکت بر سطح مذاب، حرکت‌های مربوط به گردش زمین حول محور خودش می‌باشد. این نظریه در آن زمان در مقابله با عقاید مستحکم و قدیمی زمین شناسی چندان انقلابی بود که هر چند توجه زیادی را به خود جلب کرد انتقادها و تمسخرهای فراوانی را نیز علیه او و نظریه‌اش که ناشی از خیال‌بافی‌های انسانی منزوی تلقی شد برانگیخت. همین امر باعث شد به زودی این نظریه به فراموشی سپرده شود و ده‌ها سال به آن اهمیتی داده نشود. بالاخره تنها در اواخر قرن بیستم بود که اندازه‌گیری‌های زمین شناسی به کمک ابزارهای پیش‌رفته‌ی علمی، جابجایی قاره‌ها و دور شدن آنها از یک‌دیگر (یا نزدیک شدنشان به یک‌دیگر) را به صورت کمی نشان داد و مجدداً این بار به گونه‌ای مثبت نظرها به نظریه‌ی وِگنر معطوف شد.

اکنون ما می‌دانیم پوسته‌ی زمین از قطعات کوچک و بزرگ متعددی (در حدود بیست عدد) تشکیل شده است و این قطعات مرتباً در حال تغییر مکان می‌باشند. این دانسته‌ها اکنون در نظریه‌ی تکتونیک صفحه‌ای تدوین شده‌اند. بر اساس این نظریه، قطعات مذکور هرکدام ضخامتی بین شصت تا صد کیلومتر دارند و بر روی مواد مذاب درون زمین شناورند. حرکت‌های مختلف مداری و گردشی زمین و نیز کشندهای جاذبه‌ای ماه و خورشید عوامل دخیل در حرکت‌های مختلف این تکه‌های شناور می‌باشند. آن‌چه که به این نظریه مقبولیت علمی زیادی داد این بود که این نظریه توانست به گونه‌ای هم‌زمان، پدیده‌ی زلزله را نیز توجیه کند. چند ده سال است که پایگاه‌های لرزه‌نگاری مختلفی در جای جای زمین با استفاده از پیشرفته‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری به ثبت مکان و شدت زلزله‌های مختلف واقع بر روی زمین می‌پردازند. جالب این جاست که مشابهت دیگری از نوعی که در ابتدای مقاله گفته شد در مکان‌ها و نقاط زلزله‌خیز رخ می‌نماید. نگاهی به نقشه‌ی زمین که بر روی آن مراکز زلزله‌های ثبت شده‌ی واقع بر روی زمین نقطه‌گذاری شده است نشان دهنده‌ی خطوطی است که برخی از آنها به موازات همان ساحل‌های دور از هم افتاده که در ابتدا به آنها اشاره کردیم می‌باشد. بقیه نیز خطوط تمرکزی کاملاً روشنی را نشان می‌دهند و به هیچ وجه دارای پراکندگی یک‌نواختی نمی‌باشند. همین امر، زمین شناسان را متقاعد کرد که این خطوط درواقع همان مرزهای مشترک صفحات شناور می‌باشند. آنها باید چنین ایده‌ای را آزمایش نیز می‌نمودند. لذا با استفاده از ابزارهای بسیار حساس اندازه گیری، که بعضاً در آنها از فاصله یاب‌های لیزری استفاده می‌شد، و تعبیه‌ی آنها در دو سوی گسل‌های واقع در برخی از این مرزهای مشترک قادر شدند به طور عینی و دقیق، سرعت و جهت جا به جایی برخی از این صفحات را اندازه‌گیری نمایند. پس نتیجه‌ی بدیهی این بود که پدیده‌ی زمین لرزه چیزی جز اصطکاک بین این صفحات در حرکتشان بر روی مذاب داخل زمین نمی‌باشد.

اما با توجه به این که این صفحاتِ مجزا در عین حال کل سطح زمین را می‌پوشانند و در هیچ قسمتی از زمین ما شاهد دریایی از ماده‌ی مذابِ داخل زمین نیستیم این پرسش مطرح می‌شود که این صفحات چگونه در حالی که فضای خالی‌ای بین آنها وجود ندارد می‌توانند نسبت به یک دیگر جا به جا شوند. به عبارت دیگر به نظر می‌رسد این قطعات باید هم‌چون پازل‌هایی که در هم کیپ شده اند موقعیتشان نسبت به یک دیگر تغییر ننماید. بررسی آتشفشان‌های واقع بر پوسته‌ی زمین به ویژه در بستر اقیانوس‌ها به حل این معما کمک کرد. پراکندگی نقاط آتشفشانی تطابقی معنادار با قسمتی از مرزهای صفحات تکتونیک دارد. در یک پدیده‌ی آتشفشانی مواد مذاب داخل زمین فرصت پیدا می‌کنند که از شکاف ایجاد شده‌ای در پوسته‌ی زمین به خارج فوران کنند. اگر فرض کنیم داخل زمین پر از مواد مذاب سیال است که پوسته‌ی جامد سوراخ‌داری روی آن را گرفته است تنها هنگامی فوران شدید این سیال از برخی از این سوراخ‌ها توجیه‌پذیر است که قبول کنیم که از طریق دیگر سوراخ‌ها از بیرون (به طور ناگهانی) به این سیال به طرف داخل فشار آورده می‌شود. درست شبیه به وقتی که با دمیدن به داخل یک ظرف بسته‌ی مملو از آب از داخل یک روزنِ موجود بر روی آن ظرف، باعث شویم که آب از روزنه‌ی موجود در قسمت دیگری بر بالای ظرف فوران کند. اما در مورد زمین چه فشار خارجی اعمال شده‌ای بر مذاب داخل زمین می‌توان درنظر گرفت که باعث فوران مذاب از روزنه‌های دیگر شود؟ این فشار تنها می‌تواند با فرو رفتن پوسته‌ی یک صفحه در درون مذاب ایجاد شود. پس این نظریه می‌تواند مشکل قفل شدگی پازلی فوق‌الذکر را حل نماید. صفحات، روی سیال مذابِ داخل زمین حرکت می‌کنند و در برخوردهای شاخ به شاخ با یک‌دیگر حد اقل یکی از صفحات، مغلوب‌تر شده و به زیر به داخل سیال مذابِ درون زمین رانده می‌شود و با این کار، تلاطم و فشاری را در این مذاب باعث می‌شود که باعث فوران‌های آتشفشانی حتی از روزنه‌های اتفاقی تکی بین صفحه‌ای می‌شود. البته روشن است که بیشتر این فوران‌ها در امتداد مرز مقابل این مرز فرورونده از صفحه، جایی که مواد مذاب بیرون می‌آیند تا کسریِ حجم فرو شده‌ی صفحه را جبران کنند، واقع می‌شود. درست از همین روست که شاهدیم گسل آتشفشانی بسیار فعالی در کف اقیانوس درست در فاصله‌ی بین افریقا و امریکا و درست به موازات مرز مشابه رو به روی همِ این دو قاره وجود دارد که بررسی‌های زمین شناسی نشان می‌دهد که مواد مذاب سخت شده‌ی ناشی از آتشفشانی‌های مرتب آن، هم به طرف افریقا و هم به طرف امریکا رو به گسترش است و به عبارت دیگر دو صفحه‌ی افریقا و امریکا با این زایش‌های آتشفشانی مواد مذاب از درون زمین، هم‌چنان از هم دور می‌شوند. طبیعی است که این صفحات در آن سوی خود باید در حال فرو رفتن به داخل مذاب درون زمین باشند. وضعیت، مانند غلیان مذاب درون زمین است که با جوش و خروش خود سمتی از پوسته‌ی روی خود را به بالا هل می‌دهد و سمت دیگر را به درون می‌کشد تا نهایتاً پوسته کاملاً درون کشیده شود و پوسته‌های نوی از مواد مذاب سرد شده تشکیل شود.

این نوع حرکات صفحات پوسته‌ای زمین مستلزم برخوردها یا اصطکاک‌های صفحات با یک‌دیگر است. در جاهایی که برخوردها شاخ به شاخ باشند و پوسته‌ای به زیر کشیده شود تنش‌های ناشی از برخورد، زلزله‌های شدیدی را باعث می‌شود. حرکت صفحات در جاهایی ممکن است به موازات یک دیگر و به صورت خراشان باشد که در این حال تنش‌ها و لرزش‌های ضعیف‌تری ایجاد می‌شود. چروک خوردگی‌های سطح زمین و فرایندهای کوه‌زایی که عمدتاً در مرزهای صفحات رخ می‌دهد در راستای همین زیرورو شدن صفحات توجیه می‌شود.
معروف‌ترین مرز صفحه‌ای، گُسل سَن آندریاس در ساحل غربی قاره‌ی امریکای شمالی است که در آن، صفحه‌ی اقیانوس آرام تقریباً به صورت متقابل با صفحه‌ی امریکای شمالی دارای خط تماسی هزار و صد کیلومتری است. همین تماس مرگبار تاکنون باعث چندین زلزله‌ی مهیب در طول این خط تماس شده است که از جمله‌ی آنها زلزله‌های شدید رخ داده در سانفرانسیسکو می‌باشد. سالانه بیش از یک میلیون بار زمین می‌لرزد که نشاندهنده‌ی تلاطم و برخورد و اصطکاک مداوم صفحات است. تنها کم‌تر از یک درصد از این زلزله‌ها شدید می‌باشند. این امر نشان می‌دهد که در صورتی که مانع عمده‌ای وجود نداشته باشد حرکت صفحات بر روی سیال مذاب درون زمین به آرامی صورت می‌پذیرد و حتی روال فرو رفتن یا سر برآوردن صفحات نیز در حالت عادی می‌تواند به آرامی صورت گیرد. زلزله‌های شدید هنگامی رخ می‌دهند که چیزی مانع حرکت آرام توده‌های سنگین صفحه‌ای شود. این چیز همانا ناصاف و بعضاً دندانه‌ای بودن کناره‌های صفحات است که باعث قفل شدن موقتی آنها در یکدیگر می‌شود و هنگامی که حرکت کلی کل صفحات روی زمین زیر پای دو صفحه‌ی گیر افتاده در هم را خالی می‌کند ناگهان قفل آنها شکسته یا رها می‌شود و صفحات به گونه‌ای مهیب درواقع فرو ریزش می‌کنند و زلزله‌ها و گسل‌ها و جابجا شدگی‌های بزرگ ناگهانی‌ای را باعث می‌شوند.