بنية الأرض: الطبقات الداخلية والانقطاعات الزلزالية (موهو، غوتنبرغ، ليمان) — 3 ثانوي علوم تجريبية

ملخص الدرس: لا يستطيع الإنسان أن يحفر نحو باطن الأرض؛ فأعمق بئر بلغه لا يتجاوز 12 كم في حين يبلغ نصف قطر الأرض 6371 كم، أي بالكاد خدش على سطح كرة ضخمة. لذلك كانت دراسة الطبقات الداخلية غير مباشرة، تعتمد أساسًا على الموجات الزلزالية: موجات P طولية انضغاطية تنتشر في الصلب والسائل والغاز وهي الأسرع، وموجات S عرضية قصّية لا تنتشر إلا في الصلب وهي الأبطأ. بتتبّع وصول هذه الموجات أو غيابها في شبكة عالمية من محطات الرصد نستدلّ على الانقطاعات الثلاثة: موهو (القشرة/البرنس العلوي)، وغوتنبرغ عند عمق 2900 كم حيث تختفي موجات S فتُثبت أن النواة الخارجية سائلة، وليمان عند عمق 5100 كم الذي يليه وسط صلب هو النواة الداخلية (البذرة). نميّز بعد ذلك النموذج الكيميائي (قشرة/برنس/نواة بحسب التركيب) والنموذج الحركي (الغلاف الصخري الليتوسفير مقابل الغلاف اللدن الأستينوسفير حيث تنشأ تيارات الحمل الحراري)، مع جدول قياسي للانقطاعات وتمارين محلولة بتحقيق مستقل وأخطاء شائعة يجب تفاديها.

1. دراسة باطن الأرض: وسيلة غير مباشرة

لم يحفر الإنسان قط نحو مركز الأرض: أعمق بئر بلغه لا يتجاوز 12 كم، في حين يبلغ نصف قطر الأرض 6371 كم. وبتأمّل هذين الرقمين نجد أن ما بلغته الحفرات لا يمثّل سوى خدشٍ على سطح كرة ضخمة؛ فالمعلومات المباشرة (العيّنات الصخرية التي نجمعها) لا تأتينا إلا من القشرة الرقيقة، ولا تخبرنا شيئًا عن الأعماق الكبرى: ما طبيعة المادة التي تحت البرنس؟ وهل هي صلبة أم سائلة؟

الجواب لا يأتي من الحفر بل من الإصغاء: الزلازل تطلق في باطن الأرض موجات زلزالية — اهتزازات تعبر الكرة الأرضية بأكملها — وشبكة عالمية من محطات الرصد الزلزالي تسجّل وصولها إلى المحطات أو غيابها. والسيسموغرام لا يخبرنا وحده بوقت الوصول، بل يخبرنا أيضًا عمّا لم يصل؛ وغياب موجة معينة عند مسافة معينة هو في ذاته معلومة بنيوية، بل هو أقوى الأدلة على الإطلاق، كما يظهر تمامًا عند انقطاع غوتنبرغ.

وتقوم الطريقة المعتمدة في المقرر على ثلاث خطوات متكاملة: قراءة السيسموغرام ومنحنى السرعة/المسافة (الهودوكرون)، ثم استنتاج طبيعة الوسط من سلوك الموجات (سرعة، انكسار، اختفاء)، وأخيرًا ربط سرعة P بطبيعة الصخر وكثافته. إننا إذًا لا نرى باطن الأرض، بل نكشفه بالموجات كما يكشف الطبيبُ الصدرَ بالموجات فوق الصوتية دون أن يفتحه. (أما النمذجة الرياضية لانتشار الموجات فغير واردة في البرنامج؛ المطلوب قراءة السلوك واستنتاج البنية منه).

2. الموجات الزلزالية P وS: مسبارانا إلى الأعماق

عند وقوع زلزال تنطلق من البؤرة موجات جوفية تنتشر في جميع الاتجاهات، وأهم نوعين في كشف بنية الأرض هما:

1. الموجات الأولية P (طولية/انضغاطية): تهتزّ فيها جسيمات الوسط في نفس اتجاه الانتشار بتناوب بين الانضغاط والتخلخل، شأنها شأن الصوت في الهواء. تنتقل في الصلب والسائل والغاز جميعًا، وهي الأسرع فتصل أولًا إلى المحطات؛ ومن هنا اسمها «أولية».
2. الموجات الثانوية S (عرضية/قصّية): تهتزّ فيها الجسيمات في اتجاه عمودي على اتجاه الانتشار؛ فهي موجات قصّ تحتاج إلى وسط يقاوم تشوّه القصّ. لا تنتقل إلا في الصلب فقط وتنعدم في السوائل والغازات، وهي أبطأ من P فتصل ثانيًا؛ ومن هنا اسمها «ثانوية».

عليه تُبنى الاستدلالات البنيوية كلها: حيثما سجّلت محطةٌ P دون S عند المسار نفسه كان التفسير الوحيد أن مسار S مرّ بـوسط سائل. وتبيّن قياسات الهودوكرون من جهة أخرى أن سرعة P ليست ثابتة، بل تتغيّر بتغيّر طبيعة الصخر وكثافته؛ فكلما ازدادت كثافة الوسط وصلابته ارتفعت السرعة فيه، والقفزات المفاجئة في هذه السرعة هي ما يكشف الأسطح الفاصلة بين الطبقات، أي الانقطاعات.

3. انقطاع موهو والنموذج الكيميائي: قشرة وبرنس ونواة

يُعرَّف النموذج الكيميائي بتقسيم طبقات الأرض بحسب تركيبها: قشرة ثم برنس (وشاح) ثم نواة. وأدقّ حدود هذا التقسيم وأدناه هو انقطاع موهووفيتش (Moho) الفاصل بين القشرة والبرنس العلوي، وبيان الطبقات الثلاث:

• القشرة القارية (SIAL): تركيبها غرانيتي، غنية بالسيليكون والألومنيوم (ومن هنا الاسم Si-Al)، سمكها 30-70 كم تحت القارات.
• القشرة المحيطية (SIMA): تركيبها بازلتي (غابرو في الأعماق)، أغنى بالسيليكون والمغنيسيوم (Si-Ma)، رقيقة نسبيًا سمكها 5-10 كم تحت قيعان المحيطات.
• البرنس العلوي أسفل موهو: صخور البيريدوتيت الغنية بالحديد والمغنيسيوم، وهي المادة المرجعية لتمثيل البرنس العلوي.
• النواة: غنية بالحديد والنيكل (Fe-Ni)، وهي أثقل مكوّنات الأرض: خارجية سائلة وداخلية صلبة.

نلحظ هنا أمرين: القشرة ليست طبقة واحدة بل نوعان مختلفا التركيب والسمك (قاري غرانيتي سميك / محيطي بازلتي رقيق)؛ وأن تغيّر الصخر عند موهو يترجَم على السيسموغرام بتغيّر مفاجئ في سرعة الموجات — فالانقطاع سطحٌ تقفز عنده السرعة، لا صخرٌ نراه بالعين. ويؤيد هذا الربطَ بين سرعة P وكثافة الصخر، ومقارنةَ تركيب النواة بما يُعرف عن النيازك الغنية بالحديد.

4. انقطاع غوتنبرغ (2900 كم): البرهان على سلاسة النواة الخارجية

أهمّ استنتاج في الدرس وأكثره ورودًا في البكالوريا هو الاستدلال على سلاسة النواة الخارجية. عند عمق 2900 كم من سطح الأرض يرصد انقطاع غوتنبرغ الذي يفصل بين البرنس السفلي الصلب والنواة الخارجية السائلة، والدليل ظاهرتمان موجيتان:

1. اختفاء تام لموجات S: المحطات التي يمرّ مسار موجاتها بالعمق 2900 كم فما أسفل لا تسجّل أي موجة S إطلاقًا.
2. منطقة ظل P بين 103° و142°: مجال المسافات الزاوية المقاسة من البؤرة الذي لا تصل إليه موجات P، لأنها تنكسر بشدة عند دخولها الوسط الجديد المختلف الكثافة فتُنحى عنه.

سلسلة الاستدلال (نحفظها منطقًا لا نتيجة): (1) موجات S لا تنتشر إلا في الصلب — خاصية فيزيائية ثابتة. (2) الموجات التي يجب أن تعبر العمق 2900 كم تنعدم كلها عند المحطات. (3) إذن الوسط أسفل هذا العمق ليس صلبًا. (4) وموجات P تعبره لكنها تنكسر على حدّه انكسارًا حادًا يُنتج منطقة الظل، أي أننا أمام وسط مختلف الكثافة كثيرًا عن البرنس. والنتيجة الإلزامية: اختفاء موجات S عند غوتنبرغ يبرهن على أن النواة الخارجية سائلة، ومنطقة الظل دليل مستقل مرافق ناتج من انكسار P على هذا الحدّ السائل. وبما أن السرعة تتغيّر عند الحدّ فقد تقفزت الكثافة، فالسائل الحديدي الكثيف (Fe-Ni) هو التفسير الأنسب.

5. انقطاع ليمان (5100 كم): النواة الداخلية الصلبة — البذرة

لو توقّف الأمر عند غوتنبرغ لقلنا إن جوف الأرض سائل كله، لكن رصدًا أدقّ أظهر أن موجات P المارة بأقصى الأعماق تزداد سرعتها فجأة عند عمق 5100 كم من سطح الأرض: هذا هو انقطاع ليمان الفاصل بين النواة الخارجية السائلة والنواة الداخلية الصلبة التي تسمّى البذرة. والزيادة المفاجئة في سرعة P هي الدليل على الانتقال من سائل إلى صلب، فالوسط الأصلب ينقل الموجات أسرع. وبذلك تكتمل البنية: قشرة، فبرنس علوي فسفلي صلب، فنواة خارجية سائلة (Fe-Ni)، فبذرة داخلية صلبة (Fe-Ni).

6. النموذج الحركي: الغلاف الصخري (الليتوسفير) والغلاف اللدن (الأستينوسفير)

التقسيم الكيميائي وحده لا يفسّر حركة الصفائح؛ لذلك يعتمد المقرر إلى جانبه نموذجًا حركيًا يقسّم الجزء الخارجي من الأرض بحسب السلوك الميكانيكي (صلب أم لدن) لا بحسب التركيب:

1. الغلاف الصخري (الليتوسفير): يضمّ القشرة + الجزء العلوي الصلب من البرنس العلوي؛ فهو غلاف صلب هشّ يتجزّأ إلى صفائح تكتونية تطفو وتتحرّك.
2. الأستينوسفير: الجزء اللدن المطاطي من البرنس العلوي، يقع مباشرة أسفل الليتوسفير؛ فيه تنشأ تيارات الحمل الحراري، وعليه تتحرّك الصفائح.

والليتوسفير إذًا أشمل من القشرة: يجمع جزءًا من القشرة وجزءًا صلبًا من البرنس العلوي، في مقابل أن الأستينوسفير كلّه من البرنس لكنه ليس طبقة تركيبية جديدة بل سلوك ميكانيكي مختلف لصخور قريبة التركيب. وهذا عينه سبب الإلحاح على التفريق بين القشرة والليتوسفير: الأولى وحدة كيميائية والثانية وحدة حركية.

7. جدول مقارنة الانقطاعات الثلاثة

جدول الانقطاعات أكثر ما يُطلب صراحةً في الامتحان، وصياغته المعيارية للحفظ هي:

قاعدة ترتيب ذكية: العمقان الكبيران مقيسان من سطح الأرض لا من مركزها، وكلاهما أصغر من نصف القطر 6371 كم؛ والترتيب التصاعدي يواكب منطق البنية: موهو (عشرات الكيلومترات)، ثم غوتنبرغ (2900 كم: سائلٌ تحته)، ثم ليمان (5100 كم: صلبٌ تحته).

8. تمارين محلولة مع تحقّق مستقل

التمرين 1: عند تحليل سيسموغرام زلزال، تبيّن أن موجات S تنعدم تمامًا في المحطات التي يمرّ مسارها بالعمق 2900 كم فما أسفله، بينما تواصل موجات P انتشارها — بعد انكسار — إلى ما بعد 142°. (أ) أي الموجتين لا تعبر النواة الخارجية؟ (ب) ماذا يثبت هذا الاختفاء على طبيعة هذه الطبقة؟ (ج) اذكر الدليل المساعد وفسّر سبب تكوينه.

الحلّ 1: (أ) موجات S؛ لأنها عرضية (قصّية) لا تنتشر إلا في الصلب. (ب) اختفاؤها التام يثبت أن النواة الخارجية سائلة. (ج) الدليل المساعد: منطقة ظل P بين 103° و142°؛ تتكوّن لأن P تنكسر بشدة عند دخولها السائل المختلف الكثافة عند غوتنبرغ فتنحى عن هذا المجال الزاوي.

التحقّق المستقل: نعيد بناء الاستدلال من مقدّمات مستقلة عن النتيجة: خاصية S (تنتشر في الصلب فقط) + الرصد (انعدام S عند اجتياز 2900 كم) يوجبان وسطًا غير صلب؛ وعبورُ P له — بمنحًى منكسر — يستبعد الفراغ، فيبقى السائل وحده احتمالًا. النتيجة مطابقة لسطر غوتنبرغ في جدول القسم 7، ولصريح المصدرين: «اختفاء S = نواة خارجية سائلة» و«غوتنبرغ عند 2900 كم: البرنس السفلي الصلب / النواة الخارجية السائلة حيث تختفي S». ✓

التمرين 2: رصدت ثلاث محطات زلزالًا واحدًا: المحطة أ على بعد 60° من البؤرة سجّلت P وS معًا؛ المحطة ب على بعد 120° لم تسجّل واحدة منهما؛ المحطة ج على بعد 160° سجّلت P متأخرة ومنكسرة دون أي S في المسار النافذ عبر الجوف. استنتج ما تكشفه هذه البيانات عن باطن الأرض.

الحلّ 2: المحطة أ (60°): خارج منطقة الظل وبقي المسار ضمن البرنس الصلب، فوصل النوعان. المحطة ب (120°): تقع ضمن منطقة الظل 103°-142°؛ غابت P لانكسارها على الحدّ السائل عند غوتنبرغ، وغابت S لأنها لا تعبر السائل أصلًا. المحطة ج (160°): عادت P للظهور بعد نفاذها في النواة الخارجية منكسرة، وبقيت S غائبة لامتصاصها في السائل. الاستنتاج: على عمق 2900 كم حدٌّ فاصل بين صلب فوقه وسائل تحته هو النواة الخارجية — وهذا هو انقطاع غوتنبرغ.

التحقّق المستقل: نختبر مواقع المحطات بمقارنتها بحدّي الظل لا بالحفظ: 60° < 103° ← خارج الظل ← وصول النوعين ✓؛ 103° < 120° < 142° ← داخل الظل ← غياب النوعين ✓ (غياب P بالانكسار، وغياب S لانعدام الوسط الصلب)؛ 160° > 142° ← خارج الظل ← عودة P دون S ✓. اختبار عكسي: لو كانت النواة الخارجية صلبة لوصلت S إلى المحطتين ب وج؛ ولو كانت غازية رقيقة لما تكوّنت منطقة ظل بهذا الاتساع ولا لقفزت سرعة P. وكل النتائج مطابقة للجدول 7 وللمصدرين ✓.

التمرين 3: وصّل كل انقطاع بعمقه وبالطبقتين اللتين يفصل بينهما: (١) موهو — (٢) غوتنبرغ — (٣) ليمان. (أ) 5100 كم: نواة خارجية سائلة فوقها ونواة داخلية صلبة (البذرة) تحتها. (ب) 30-70 كم تحت القارات و5-10 كم تحت المحيطات: قشرة فوقها وبرنس علوي (بيريدوتيت) تحتها. (ج) 2900 كم: برنس سفلي صلب فوقها ونواة خارجية سائلة تحتها. ثم تحقّق من وصلك بإعادة اشتقاقه من جدول الانقطاعات.

الحلّ 3: (١)-(ب)، (٢)-(ج)، (٣)-(أ).

التحقّق المستقل: نعيد الاشتقاق من جدول القسم 7 سطرًا سطرًا: سطر موهو يذكر القشرة فوقها والبرنس العلوي البيريدوتيتي تحتها وأرقام 30-70/5-10 ← فموهو يقابل (ب) ✓. سطر غوتنبرغ يذكر 2900 كم والبرنس السفلي الصلب فوقها والنواة الخارجية السائلة تحتها ← فغوتنبرغ يقابل (ج) ✓. سطر ليمان يذكر 5100 كم والنواة الخارجية فوقها والبذرة الصلبة تحتها ← فليمان يقابل (أ) ✓. ثم اختبار اتساق عددي: 2900 < 5100، وكلاهما أصغر من نصف القطر 6371 كم، والسائل يقع بين الصلبين في ترتيب الطبقات نفسه — التسلسل متسق ولا وصلَ غيره ممكن ✓.

9. أخطاء شائعة يجب تفاديها في البكالوريا

• الخلط بين القشرة والليتوسفير: القشرة طبقة كيميائية تنتهي عند موهو، أما الليتوسفير فيضمّ القشرة مع الجزء العلوي الصلب من البرنس العلوي — فهو أشمل منها. لا تقل أبدًا «الصفائح التكتونية جزء من القشرة».
• نسيان أن P تعبر السوائل وS لا تعبرها: هذه خاصية الاستدلال كلها؛ ومن سقط فيها عكس النتيجة فادّعى صلابة النواة الخارجية. الصواب: P طولية تسري في الأوساط الثلاثة وهي الأسرع، وS عرضية في الصلب فقط وهي الأبطأ.
• اعتبار 2900 كم و5100 كم مسافتين من مركز الأرض: صياغة المقرر «عند عمق 2900 كم» و«عند عمق 5100 كم»، أي أن العمقين مقيسان من سطح الأرض نحو الأسفل كما ورد في المصدرين؛ حسابهما من المركز يقلب البنية رأسًا على عقب.
• تفسير منطقة الظل (103°-142°) بامتصاص الطاقة: الظل ظاهرة انكسار لموجات P على الحدّ السائل لا مجرد إضعاف، والدليل عودتها بعد 142°؛ أما S فغائبة في المسارات النافذة عبر الجوف لسبب مستقل: انعدام الوسط الصلب.
• تعميم أن باطن الأرض سائل: السائل هو النواة الخارجية وحدها؛ فالبرنس السفلي صلب فوق 2900 كم، والبذرة صلبة تحت 5100 كم بدليل تزايد سرعة P عند ليمان.

10. خلاصة تركيبية في نقاط

• لا حفر ولا رؤية مباشرة للباطن: أعمق بئر 12 كم مقابل نصف قطر 6371 كم؛ والوسيلة الأساسية هي الموجات الزلزالية المسجَّلة في شبكة عالمية من محطات الرصد.
• P طولية انضغاطية تنتشر في الصلب والسائل والغاز وهي الأسرع؛ S عرضية قصّية في الصلب فقط وهي الأبطأ؛ وسرعة P مرتبطة بكثافة الصخر.
• موهو: القشرة (قارية غرانيتية SIAL بسمك 30-70 كم / محيطية بازلتية SIMA بسمك 5-10 كم) فوق البرنس العلوي البيريدوتيتي.
• غوتنبرغ (2900 كم من السطح): اختفاء S ومنطقة ظل P بين 103° و142° ⟹ النواة الخارجية سائلة (Fe-Ni) فوقها برنس سفلي صلب.
• ليمان (5100 كم من السطح): تزايد مفاجئ في سرعة P ⟹ النواة الداخلية صلبة (البذرة).
• النموذج الحركي: ليتوسفير صلب (قشرة + جزء علوي صلب من البرنس) متجزّئ إلى صفائح تكتونية، يطفو على أستينوسفير لدن تنشأ فيه تيارات الحمل الحراري.

اختبر فهمك؟ اختبر معلوماتك: 13 سؤولا مع التصحيح المختصر — بنية الأرض: الطبقات الداخلية (3AS) (اختبار تفاعلي بتصحيح فوري بعد كل إجابة).

المصادر والمراجع

• بنية الكرة الأرضية — تمارين محلولة ودرس (علوم الطبيعة والحياة، باك) · Oustad — oustad.app: ما يطلبه البرنامج (الموجات P/S، الانقطاعات Moho وGutenberg≈2900 كم وLehmann≈5100 كم، القشرة SIAL/SIMA، البرنس البيريدوتيتي، النواة Fe-Ni خارجية سائلة وداخلية صلبة، منطقة الظل 103-142°)، ومنهجية الطريقة، والأخطاء الشائعة.
• ملخص شامل للتركيب الضوئي والتنفس والتخمر والجيولوجيا للسنة الثالثة ثانوي | الفهرس للدراسة — elfahras.com (فريق التعليم بالفهرس)، محدّث 04 نوفمبر 2026: الانقطاعات الزلزالية وطبقات الكرة الأرضية بأرقامها (موهو: قارية 30-70 كم/محيطية 5-10 كم؛ غوتنبرغ 2900 كم؛ ليمان 5100 كم)، والليتوسفير والأستينوسفير ومصدر تيارات الحمل الحراري.
• المخطط السنوي الرسمي لتدرّج التعلمات — مادة علوم الطبيعة والحياة، شعبة العلوم التجريبية، السنة الثالثة ثانوي: المجال الثالث «التكتونية العامة»، الوحدة 02 «بنية الأرض (الطبقات الداخلية)».
• الكتاب المدرسي الرسمي: علوم الطبيعة والحياة، السنة الثالثة ثانوي — المجال الثالث: التكتونية العامة، الوحدة 02.

آخر تحديث: 08 نوفمبر 2026 — إعداد فريق DZ علوم التربوي.

عن الكاتب: فريق DZ علوم التربوي — فريق من أساتذة علوم الطبيعة والحياة الجزائريين، يعدّ دروسًا وملخصات واختبارات تفاعلية مطابقة للمنهاج الرسمي لوزارة التربية الوطنية، بخبرة ميدانية في تحضير تلاميذ البكالوريا لشعب العلوم التجريبية والرياضيات والتقني رياضي.