تعريف التوازن الايزوستاتيكي

يُعد تعريف التوازن الايزوستاتيكي من أهم الموضوعات التي يتناولها علم الجيولوجيا ؛ وذلك من خلال دراسة نظرية التوازن الأيزوستاتيكي التي تُفسر كيفية توازن القشرة الأرضية بالرغم من تعرض الجبال ، والمرتفعات ، والقارات لعمليات التآكل .

التوازن الايزوستاتيكي الخاص بجميع الأجزاء كبيرة الحجم الموجودة في الغلاف الصخري للأرض ، وهذه الكتل التي تطفو على الطبقة الأساسية ذات الكثافة الأعلى للغلاف الصخري ، طبقة الأثينوسفير هي الطبقة العلوية من الوشاح ، وتتكون من الصخر البلاستيكي الضعيف ، ويقع على بعد 110 كيلو متر تحت سطح الأرض .يتحكم التوازن الايزوستاتيكي في المرتفعات الإقليمية التابعة لجميع القارات ، والمرتفعات التي توجد في المحيطات ، والبحار أيضًا ، وذلك استنادًا إلى الكثافة الخاصة بطبقات الصخور التي تتواجد في الأسفل .يفترض الكثيرون أن الأعمدة الافتراضية التي تتواجد في منطقة مستعرضة متساوية ؛ فهي تمتد من طبقة الأثينوسفير إلى سطح الأرض تمتلك أوزان متساوية في جميع أجزاء الأرض ، وذلك باختلاف المواد التي تتكون منها ، وأيضًا اختلاف ارتفاعات سطحها العلوي .مما يعني أن الإفراط في كتلة المواد المفترض تواجدها فوق مستوى سطح البحر مثل النظم الجبلية تعود إلى الجذور منخفضة الكثافة الموجودة تحت مستوى سطح البحر ؛ مما يعني أن الجبال العالية تمتلك جذورًا منخفضة الكثافة تتواجد في طبقة الوشاح .مفهوم  التوازن الايزوستاتيكي يُعد أساسًا صلبًا لتطور نظرية الصفائح التكتونية ، كما أنه في عام 1735 أفادت بعض البعثات التي اختصت بقياس سحب الجاذبية الأفقية لجبال الأنديز بأن جبال الأنديز لا تُشكل نتوءًا صخريًا على طبقة صلبة ، وأنه لو كان كذلك فإن الخط الرأسي لها سوف ينجرف بنسبة ملائمة للجاذبية الخاصة بسلسلة الجبال ، ولكن معدل الانحراف كان أقل من المعدل الذي توقعه العلماء .بعد مرور ما يقرب من قرن لوحظ وجود اختلافات تتشابه مع هذه الاختلافات في جنوب جبال الهيمالايا في الهند ؛ الأمر الذي يدل على وجود عملية تعويضية من خلال الكتل الموجودة تحت سلاسل الجبال .[1]

نظرية التوازن الايزوستاتيكي

تُفيد النظرية التوازن الايزوستاتيكي بأن الكتلة التي تتواجد فوق مستوى سطح البحر تُدعم تحت مستوى سطح البحر ؛ ولهذا السبب يوجد عمق محدد به يتساوى الوزن الكلي الخاص بكل وحدة مساحة في جميع أجزاء الأرض ، ويشتهر هذا العمق باسم ” عمق التعويض ” ، كما حدد هايفورد بوي في مفهومه بأن  عمق التعويض يكون 113 كيلو متر ؛ وذلك استنادًا إلى التغيرات التي تحدث في البيئات التكتونية بشكل دائم ؛ وهذا يُفسر ندرة حدوث التوازن الايزوستاتيكي ، والاقتراب منه إلى درجة كبيرة  في أغلب الأحيان ، فيحدث هذا التوازن الكامل في الهضاب العالية ، والخنادق المائية في أغلب الأوقات .المفهوم الرئيسي لنظرية التوازن الايزوستاتيكي هي فرضية العالم جورج إيري التي تُفيد بأن القشرة الأرضية هي طبقة أكثر صلابة من الطبقة الموجودة بأسفلها ، وأن القشرة الأرضية تطفو على طبقة سائلة ، كما أن جورج إيري افترض أن قشرة الأرض كثافتها موحدة دائمًا .وبالرغم من ذلك فإنه يرى أن سمك طبقة قشرة الأرض لا يُعد سمكًا متجانسًا ، وعلى هذا فإن الأجزاء ذات السماكة الأعلى في طبقة القشرة الأرضية تغوص في الطبقة التحتية على عمق أكبر من الأجزاء ذات الكثافة الأقل .استنادًا إلى هذه الافتراضات فإن الجبال تمتلك جذورًا تحت سطح الأرض أكبر بكثير مما تبدو عليه على سطح الأرض ، وهذا أشبه بالجبال الجليدية ؛ حيث يكون الجزء الموجود تحت سطح الماء أكبر بكثير من الجزء الموجود فوق سطح الماء .هذا بالإضافة إلى الفرضية التي طورها برات ، والتي تُفيد بأن القشرة الأرضية تمتلك سمك ثابت ، وموحد تحت سطح البحر ، كما أن قاعدة القشرة الأرضية لها أوزانًا متساوية لكل وحدة مساحة في عمق التعويض ، وهذا يُشير بشكل أساسي إلى المناطق الأرضية التي تمتلك الكثافة الأقل كالسلاسل الجبلية على سبيل المثال ، وتفوق مستوى سطح البحر في المناطق التي تمتلك الكثافة الأعلى .ويُفسر ذلك بأن الجبال في الأصل هي نتيجة للتوسع المتصاعد الحادث للمواد الحارة في منطقة ما في القشرة الأرضية ، والتي تميزت بالحجم الكبير ، والكثافة القليلة بعد التبريد .من أشهر إسهامات العلماء التي تخص نظرية التوازن الايزوستاتيكي هي إسهامات هيسكانين الذي قدم الفرضية التي تُعد فرضية وسيطة بين الفرضيتين السابق ذكرهما ، وتُفيد بأن حوالي ثلثي الطبوغرافيا تُعوض من خلال تكون الجذر ، وأن الثلث الباقي بالقشرة الأرضية يتواجد أعلى الحدود الفاصلة بين القشرة الأرضية ، والطبقة السفلية .[1]

نتائج جيولوجية للتوازن الايزوستاتيكي

تسري فاعلية قوانين الطفو على القارات بنفس فاعليتها التي تعمل بها في الجبال ، والجبال الجليدية ؛ فالجبل الجليدي يُمكنه الارتفاع بمستوى أعلى من سطح الماء في حالة ذوبان الجزء العلوي منه ، وهذا الجزء الطواف ثم يبقى غارقًا في الأعماق ، وخاصةً عند وجود المزيد من الأحمال ، وبالرغم من ذلك يكون وقت التوازن الأيزوستاتيكي الخاص بالقارات بطيء مقارنة بالوقت الخاص بالجبال ؛ وذلك نظرًا للزوجة طبقة الأثينوسفير ، وهي الطبقة العلوية من الوشاح ، كما ينتج عن ذلك مجموعة من العمليات الجيولوجية ديناميكية الحركة .فمن الممكن أن يكون تكوين الصفائح الجليدية سببًا واضحًا في غرق جزء من سطح الأرض ، ومن أبرز الأمثلة على ذلك ما حدث في العصر الجليدي الأخير في المناطق التي تحتوي على صفائح جليدية ، أما في وقتنا الحالي فإن تعود ، وترتد تدريجيًا باتجاه الأعلى منذ لحظات الذوبان الأولى للجليد الثقيل ؛ مما يُقلل الحمل على طبقة الأثينوسفير .من أبرز الأدلة الخاصة بالحركات الديناميكية الجيولوجية التي تخص التوازن الايزوستاتيكي هي المنحدرات البحرية ، والأمواج التي تتواجد على ارتفاع عالٍ يصل إلى ” مئات الأمتار ” فوق مستوى سطح البحر ، ويُمكننا ملاحظة ذلك في وقتنا الحالي ، هذا بالإضافة إلى إمكانية قياس نسبة هذا الارتفاع في كندا ، وفي بحر البلطيق أيضًا ، ويلعب بطء حركة التوازن الايزوستاتيكي دورًا هامًا في استمرار ارتفاع الكثير من أجزاء القشرة الأرضية .كما تعمل عملية ارتفاع الأراضي الايزوستاتيكية على تعويض عملية التآكل التي تحدث في الجبال ؛ ففي حالة نقل المواد المتآكلة من الجبال في منطقة ما بعيدة ؛ فإن الأرض سترتفع إلى الأعلى حتى تُعوض هذا التآكل ، وتُحقق التوازن ، وتظهر عمليات التآكل ، والتعويض ، والتوازن بشكل أوضح في مناطق حواف الهضاب ؛ فيُمكن أن تتبب عملية التوازن الأيزوستاتيكي في ارتفاع الحواف لدرجة أعلى من الارتفاع التي وصلت إليه الحواف من قبل ؛ الأمر الذي يُفسر تكون الكثير من قمم التلال على ارتفاعات أكبر بصورة كبيرة من ارتفاعات الهضاب التي تُحيط بها ، وتظهر هذه العملية بشكل واضح في المناطق التي تضم سلاسل جبلية تُحيط بالهضاب ، ومن أبرز الأمثلة على ذلك هضبة التبت التي تُحيط بها سلسلة جبال الهيمالايا ، وسلسلة جبال كونلون .يُمكن أن تزيد كثافة جذور القشرة السميكة الموجودة تحت الجبال ، وتتم إزالتها من خلال الحمل الحراري للغلاف ، أو بواسطة التفريغ ؛ فبعد انفصال هذا الجذر ترتفع طبقة الأثينوسفير ، وتتم إعادة التوازن ، ويترتب عليها زيادة الكتلة الجبلية الموجودة ، وارتفاع الجبال .[2]