ما هي الحفر المحيطية؟
الحفر المحيطية هي عبارة عن جوف في قاع البحر تتشكل نتيجة لنشاط الصفائح التكتونية للأرض ، والتي يتم دفعها عند التقاء أحدها تحت الآخر.
هذه المنخفضات الطويلة والضيقة على شكل حرف V هي أعمق أجزاء من المحيط وتوجد في جميع أنحاء العالم تصل إلى أعماق حوالي 10 كيلومترات تحت مستوى سطح البحر.
في المحيط الهادئ هي أعمق الحفر وجزء من ما يسمى ب "حلقة النار" التي تشمل أيضا البراكين النشطة ومناطق الزلازل.
أعمق حفرة محيطية هي خندق ماريانا الذي يقع بالقرب من جزر ماريناس ويبلغ طوله أكثر من 1580 ميلًا أو 2،542 كيلومترًا ، أطول بـ5 أضعاف من جراند كانيون في كولورادو ، الولايات المتحدة وفي المتوسط 43 ميلًا فقط ( 69 كيلومترا) واسعة.
هناك ، تقع تحدي تشالنجر ، حيث يبلغ ارتفاعه 10.911 مترًا أعمق جزء من المحيط. وبالمثل ، يبلغ عمق مقابر تونغا والكوريل وكرماديك والفلبين أكثر من 10000 متر.
في المقابل ، يبلغ ارتفاع جبل إفرست 84848 مترًا فوق مستوى سطح البحر ، مما يعني أن خندق ماريانا في أعمق جزء منه يزيد عن 2000 متر.
تحتل الحفر المحيطية أعمق طبقة من المحيط. إن الضغط الشديد ونقص أشعة الشمس ودرجات الحرارة القاسية في هذا المكان تجعله أحد الموائل الفريدة على وجه الأرض.
كيف يتم تشكيل خنادق المحيط؟
تتشكل الحفر عن طريق الاندثار ، وهي عملية جيوفيزيائية تلتقي فيها لوحتان أو أكثر من الصفائح التكتونية للأرض ويتم دفع الأقدم والأكثر كثافة تحت الصفيحة الأخف وزادًا في قاع البحر والقشرة الخارجية (الغلاف الصخري) انها منحنيات وتشكيل المنحدر ، والاكتئاب على شكل V.
مناطق الاندماج
بمعنى آخر ، عندما تجتمع حافة الصفيحة التكتونية الكثيفة مع حافة الصفيحة التكتونية الأقل كثافة ، تنحني صفيحة الكثافة للأسفل. يُسمى هذا النوع من الحدود بين طبقات الغلاف الصخري المتقارب. يُطلق على المكان الذي يتم فيه وضع اللوحة الأكثر كثافة اسم منطقة الانتشار.
تجعل عملية الاندماج الحفر العناصر الجيولوجية الديناميكية ، مسؤولة عن جزء كبير من النشاط الزلزالي للأرض وغالبًا ما تكون مركز الزلازل الكبيرة ، بما في ذلك بعض أكبر الزلازل المسجلة.
تتشكل بعض الخنادق المحيطية عن طريق الاندماج بين صفيحة تحمل قشرة قارية وصفيحة تحمل قشرة محيطية. دائمًا ما تطفو القشرة القارية أكثر من القشرة المحيطية وسيتم طرحها دائمًا.
خنادق المحيط الأكثر شهرة هي نتيجة لهذا الحد بين الصفائح المتقاربة. يتكون خندق بيرو-شيلي على الساحل الغربي لأمريكا الجنوبية من القشرة المحيطية لصفيحة نازكا التي تغوص تحت القشرة القارية لصفيحة أمريكا الجنوبية.
يتشكل خندق ريوكيو ، الذي يمتد من جنوب اليابان ، بطريقة تغمر القشرة المحيطية للوحة الفلبينية تحت القشرة القارية للوحة الأوراسية.
نادراً ما تتشكل الحفر المحيطية عندما تلتقي صفحتان تحملان قشرة قارية. يتشكل خندق ماريانا ، في جنوب المحيط الهادئ ، عندما يتم إخضاع صفيحة المحيط الهادئ المهيبة تحت صفيحة أصغر وأقل كثافة في الفلبين.
في منطقة الاندساس ، عادة ما يتم رفع جزء من المادة المنصهرة ، التي كانت في السابق قاع البحر ، من خلال البراكين الموجودة بالقرب من الحفرة. غالبًا ما تخلق البراكين أقواسًا بركانية ، وهي جزيرة ذات سلسلة جبلية تقع موازية للحفرة.
يتكون خندق Aleutian حيث تنطلق صفيحة المحيط الهادئ تحت صفيحة أمريكا الشمالية في منطقة القطب الشمالي بين ولاية ألاسكا في الولايات المتحدة ومنطقة سيبيريا الروسية. تشكل جزر ألوتيان قوسًا بركانيًا يترك شبه جزيرة ألاسكا وشمال خندق أليوتيان مباشرةً.
ليست كل خنادق المحيط في المحيط الهادئ. خندق بورتوريكو هو عبارة عن اكتئاب تكتوني معقد يتكون جزئيًا من منطقة الانحدار في جزر الأنتيل الصغرى. هنا ، يتم وضع القشرة المحيطية للطبق الهائل لأمريكا الشمالية تحت القشرة المحيطية لأصغر صفيحة كاريبية.
لماذا تعتبر خنادق المحيط مهمة؟
معرفة خنادق المحيط محدودة بسبب عمقها وموقعها البعيد ، لكن العلماء يعرفون أنهم يلعبون دورًا مهمًا في حياتنا في البر الرئيسي.
يحدث الكثير من النشاط الزلزالي للأرض في مناطق التكاثر ، والتي يمكن أن يكون لها تأثير مدمر على المجتمعات الساحلية وحتى على الاقتصاد العالمي.
كانت الزلازل التي حدثت في قاع البحر والتي نتجت عن مناطق الاندساس مسؤولة عن تسونامي المحيط الهندي في عام 2004 وزلزال توهوكو وتسونامي في اليابان في عام 2011.
من خلال دراسة خنادق المحيط ، يمكن للعلماء فهم العملية الفيزيائية للاندثار وأسباب هذه الكوارث الطبيعية المدمرة.
كما تمنح دراسة الحفر الباحثين فهماً للأشكال الجديدة والمتنوعة من تكيف الكائنات الحية من أعماق البحر إلى بيئتهم ، والتي قد تكون مفتاح التقدم البيولوجي والبيولوجي الحيوي.
إن دراسة كيفية تكيف الكائنات الحية في أعماق البحار في بيئاتها القاسية يمكن أن تساعد في تطوير الفهم في العديد من مجالات البحث المختلفة ، بدءًا من علاجات السكري وحتى تحسين المنظفات.
لقد اكتشف الباحثون بالفعل الميكروبات التي تعيش في المخارج المائية الحرارية في الهاوية البحرية التي لها إمكانات كأشكال جديدة من المضادات الحيوية وأدوية السرطان.
قد تكون مثل هذه التكيفات هي المفتاح لفهم أصل الحياة في المحيط ، حيث يدرس العلماء الوراثة الخاصة بهذه الكائنات لتجميع لغز قصة كيف تتوسع الحياة بين النظم الإيكولوجية المعزولة وفي النهاية من خلال محيطات العالم.
كشفت الأبحاث الحديثة أيضًا عن وجود كميات كبيرة غير متوقعة من المواد الكربونية المتراكمة في الحفر ، مما قد يوحي بأن هذه المناطق تلعب دورًا مهمًا في مناخ الأرض.
تتم مصادرة هذا الكربون في عباءة الأرض من خلال الاندثار أو استهلاكها من قبل البكتيريا الموجودة في الحفرة.
يقدم هذا الاكتشاف فرصًا لمزيد من البحث في دور الحفر كمصدر (من خلال البراكين وغيرها من العمليات) وكخزان في دورة الكربون على كوكب الأرض يمكنه التأثير على الطريقة التي يفهم بها العلماء في النهاية ويتنبأون بها تأثير غازات الدفيئة الناتجة عن البشر وتغير المناخ.
إن تطوير تكنولوجيا جديدة من أعماق البحر ، من الغاطسة إلى الكاميرات وأجهزة الاستشعار وأخذ العينات ، سوف يوفر فرصًا رائعة للعلماء لاستكشاف النظم الإيكولوجية للحفر لفترات طويلة من الزمن.
هذا سيمنحنا في النهاية فهمًا أفضل للزلازل والعمليات الجيوفيزيائية ، ونستعرض كيف يفهم العلماء دورة الكربون العالمية ، ويوفرون سبلاً للبحوث الطبية الحيوية ويحتمل أن يساهموا في رؤى جديدة في تطور الحياة على الأرض.
هذه التطورات التكنولوجية نفسها ستخلق قدرات جديدة للعلماء لدراسة المحيط ككل ، من السواحل البعيدة إلى المحيط المتجمد الجليدي.
الحياة في خنادق المحيط
خنادق المحيط هي من بين الموائل الأكثر عدائية على الأرض. الضغط أكثر من 1000 مرة فيما يتعلق بالسطح ودرجة حرارة الماء أعلى بقليل من نقطة التجمد. ربما الأهم من ذلك ، أن ضوء الشمس لا يخترق خنادق المحيط الأعمق ، مما يجعل عملية التمثيل الضوئي مستحيلة.
تطورت الكائنات الحية التي تعيش في خنادق المحيطات مع تكيفات غير عادية لتتطور في هذه الأودية الباردة والمظلمة.
سلوكه هو اختبار لفرضية ما يسمى "فرضية التفاعل البصري" التي تقول إنه كلما زاد وضوح كائن حي ، زادت الطاقة التي يجب أن تنفقها لمطاردة الفرائس أو صد الحيوانات المفترسة. بشكل عام ، الحياة في خنادق المحيط المظلمة معزولة وفي حركة بطيئة.
الضغط
يبلغ الضغط في أسفل الهاوية تشالنجر ، أعمق مكان على الأرض ، 703 كيلوغرام لكل متر مربع (8 أطنان لكل بوصة مربعة). لا يمكن للحيوانات البحرية الكبيرة مثل أسماك القرش والحيتان العيش في هذا العمق الساحق.
العديد من الكائنات الحية التي تزدهر في هذه البيئات ذات الضغط العالي ليس لديها أعضاء تمتلئ بالغازات ، مثل الرئتين. هذه الكائنات الحية ، التي ترتبط بالكثير من نجم البحر أو قنديل البحر ، مصنوعة في الغالب من الماء والمواد الهلامية التي لا يمكن سحقها بسهولة مثل الرئتين أو العظام.
تتنقل العديد من هذه المخلوقات في الأعماق بشكلٍ كافٍ لإجراء عملية انتقال رأسي لأكثر من 1000 متر من أسفل الحفرة يوميًا.
حتى الأسماك الموجودة في الحفر العميقة تكون من الجيلاتين. تعيش أنواع كثيرة من أسماك القواقع برؤوس المصباح ، على سبيل المثال في قاع ماريانا. وتمت مقارنة أجسام هذه الأسماك بمنديل واحد يمكن التخلص منه.
الظلام والعميق
خنادق المحيط الضحلة لها ضغط أقل ، لكن لا يزال من الممكن أن تكون خارج منطقة ضوء الشمس ، حيث يخترق الماء الضوء.
تكيفت العديد من الأسماك مع الحياة في هذه المحيطات المظلمة. يستخدم البعض تلألؤ بيولوجي ، مما يعني أنهم ينتجون ضوءهم الخاص للعيش من أجل جذب فريستهم أو العثور على رفيق أو صد المفترس.
شبكات الغذاء
بدون عملية التمثيل الضوئي ، تعتمد المجتمعات البحرية بشكل أساسي على مصدرين غير اعتياديين من العناصر الغذائية.
الأول هو "ثلج البحر". ثلوج البحر هي السقوط المستمر للمواد العضوية من المرتفعات في عمود الماء. الثلج في البحر هو النفايات ، بما في ذلك البراز وبقايا الكائنات الميتة مثل الأسماك أو الأعشاب البحرية. هذا الثلج البحري الغني بالمغذيات يغذي الحيوانات مثل خيار البحر أو مصاصي الدماء الحبار.
مصدر آخر من العناصر الغذائية لشبكات الغذاء من خنادق المحيط لا يأتي من التمثيل الضوئي ولكن من التركيب الكيميائي. التخليق الكيميائي هو العملية التي تقوم فيها الكائنات الحية في خندق المحيط ، مثل البكتيريا ، بتحويل المركبات الكيميائية إلى مغذيات عضوية.
المركبات الكيميائية المستخدمة في التخليق الكيميائي هي الميثان أو ثاني أكسيد الكربون المطرودين من المخارج الحرارية المائية التي تطلق غازاتها والسوائل الساخنة والسامة في مياه المحيط المتجمدة. حيوان شائع يعتمد على بكتيريا التخليق الكيميائي للحصول على الغذاء هو دودة الأنبوب العملاقة.
استكشاف القبور
تظل الحفر المحيطية واحدة من الموائل البحرية الأكثر مراوغة وغير معروفة. حتى عام 1950 ، ظن العديد من علماء المحيطات أن هذه الحفر كانت بيئات غير متغيرة بالقرب من كونها بلا حياة. حتى اليوم ، يعتمد الكثير من البحث في خنادق المحيطات على عينات من قاع البحار والبعثات الفوتوغرافية.
هذا يتغير ببطء حيث يقوم المستكشفون بحفر عميق ، حرفيًا. تقع الهاوية Challenger ، في قاع خندق ماريانا ، في عمق المحيط الهادئ بالقرب من جزيرة غوام.
زار ثلاثة أشخاص فقط تشالنجر آبيز ، أعمق حفرة محيطية في العالم: طاقم فرنسي أمريكي مشترك (جاك بيكارد ودون والش) في عام 1960 وصل إلى عمق 101616 متر والمستكشف في مقر ناشيونال جيوغرافيك جيمس كاميرون في عام 2012 يصل إلى 10984 مترًا (استكشفت أيضًا رحلتان أخريان غير مأهولتين في تحدي تشالنجر)
تقدم هندسة الغواصات لاستكشاف خنادق المحيط مجموعة رائعة من التحديات الفريدة.
يجب أن تكون الغواصات قوية ومقاومة بشكل لا يصدق لمحاربة تيارات المحيط القوية ، وعدم وضوح الرؤية وضغط كبير من خندق ماريانا.
لا يزال تطوير الهندسة لنقل الناس بأمان ، وكذلك المعدات الدقيقة ، يمثل تحديًا كبيرًا. كانت الغواصة التي حملت بيكارد والش إلى الهاوية تشالنجر ، تريست الاستثنائية ، سفينة غير عادية تُعرف باسم باثيسكاف (غواصة لاستكشاف أعماق المحيط).
غاطسة كاميرون ، Deepsea Challenger ، نجحت في معالجة التحديات الهندسية بطرق مبتكرة. لمكافحة التيارات في أعماق البحار ، تم تصميم الغواصة لتدور ببطء أثناء هبوطها.
لم تكن المصابيح الموجودة في الغواصة عبارة عن لمبات متوهجة أو لمبات فلورسنت ، بل كانت ترتيبات لمصابيح LED صغيرة تضيء مساحة حوالي 30 مترًا.
ربما أكثر من المثير للدهشة ، تم تصميم Deepsea Challenger نفسه ليتم ضغطه. ابتكر كاميرون وفريقه رغوة مصنوعة من الزجاج الصناعي سمحت بضغط السيارة تحت ضغط المحيط. عاد أعماق البحار تشالنجر إلى السطح 7.6 سم أصغر من عندما كان ينحدر.
