کشف ردپای آتشفشان‌های باستانی در شمال‌غرب ایران

کوه‌ها و سنگ‌های امروزی گاهی روایتگر رویدادهایی هستند که ده‌ها میلیون سال پیش در اعماق زمین رخ داده‌اند؛ رویدادهایی که آثارشان زیر فشار حرکات زمین‌ساختی، فرسایش و انباشت رسوبات پنهان شده است. شناسایی این آثار می‌تواند بخش‌های ناشناخته‌ای از تاریخ زمین را آشکار کند و به دانشمندان در بازسازی چگونگی شکل‌گیری قاره‌ها و رشته‌کوه‌ها کمک کند.

در پژوهشی که نتایج آن در مجله علمی «Geoscience Frontiers» منتشر شده است، گروهی بین‌المللی از پژوهشگران به سرپرستی دانشگاه فنی استانبول، شواهدی از یک کمان ماگمایی قاره‌ای متعلق به حدود ۱۰۱ تا ۹۷ میلیون سال پیش در شمال‌غرب ایران شناسایی کرده‌اند. پژوهشگران این ساختار را «کمان ماگمایی قاره‌ای آذربایجان» نامیده‌اند؛ سامانه‌ای که پیش‌تر به‌عنوان ساختاری مستقل در تاریخ زمین‌شناسی منطقه به‌طور کامل شناخته نشده بود.

این یافته نشان می‌دهد که تاریخ زمین‌شناسی شمال‌غرب ایران پیچیده‌تر از آن چیزی است که پیش‌تر تصور می‌شد. شواهد این سامانه باستانی زیر تأثیر فرسایش، جابه‌جایی و تغییرشکل سنگ‌ها و فعالیت‌های ماگمایی جدیدتر تا حدی پنهان شده بود. شناسایی آن می‌تواند به درک بهتر فرایندهای زمین‌ساختی مرتبط با اقیانوس باستانی نئوتتیس و تکامل زمین‌شناختی ایران کمک کند.

لازم به ذکر است که این مطالعه همچنین با همکاری پژرهشگرانی از موسسه تحقیقات فلات تبت و موسسه بوم‌شناسی و جغرافیای سین کیانگ، آکادمی علوم چین؛ ETH زوریخ، سوئیس؛ دانشگاه فنی کارادنیز، ترکیه و دانشگاه دامغان ایران انجام شد.

خبرنگار «آگاهتک» با دکتر «علی محمدی»، نویسنده مسئول این پژوهش و استادیار دانشگاه فنی استانبول (موسسه علوم زمین اوراسیا)، درباره چگونگی شناسایی این ساختار باستانی، شواهد علمی این کشف و اهمیت آن برای شناخت تاریخ زمین‌شناختی ایران گفت‌وگو کرده‌ است که شرح آن را در ادامه می‌خوانید.

اگر می‌توانستید به حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش سفر کنید و در جایی بایستید که امروز شمال‌غرب ایران نام دارد، چه چیزی می‌دیدید؟ این منطقه در آن زمان چه شکلی بود و چه اتفاقی در آن رخ می‌داد؟

اگر می‌توانستیم به حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش سفر کنیم، شمال‌غرب ایران با امروز بسیار متفاوت بود. این منطقه بخشی از جهانی زمین‌شناختی و بسیار پویاتر بود که اقیانوس نئوتتیس، اقیانوسی باستانی میان مناطق عربستان و اوراسیا، آن را شکل می‌داد.

در زیر سطح زمین، یک صفحه اقیانوسی به زیر حاشیه قاره‌ای فرو می‌رفت. این فرایند که «فرورانش» نام دارد، در اعماق زمین گرما و ماگما تولید می‌کرد. بخشی از این ماگما به سمت سطح بالا می‌آمد و فعالیت‌های آتشفشانی را به وجود می‌آورد، درحالی‌که بخشی دیگر در زیر زمین سرد می‌شد و توده‌های بزرگی از سنگ‌های آذرین را تشکیل می‌داد.

پژوهش ما نشان می‌دهد که حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش، یک کمان ماگمایی که پیش‌تر شناسایی نشده بود، در این منطقه وجود داشت.نمی‌توانیم چشم‌انداز دقیق آن زمان یا تعداد آتشفشان‌هایی را که احتمالا قابل مشاهده بودند، بازسازی کنیم؛ اما اکنون شواهد زمین‌شناختی محکمی در اختیار داریم که نشان می‌دهد این منطقه، پهنه‌ای فعال برای تولید ماگما در ارتباط با فرورانش این اقیانوس باستانی بوده است.

به بیان دیگر، کوه‌ها و سنگ‌هایی که امروز می‌بینیم، نشانه‌هایی از جهانی بسیار فعال‌تر و کاملً متفاوت را در خود حفظ کرده‌اند؛ جهانی که مدت‌ها پیش از ظهور انسان وجود داشت.

برای خوانندگانی که زمین‌شناس نیستند، اصطلاح «کمان ماگمایی» را چگونه توضیح می‌دهید؟ فرورانش چگونه به شکل‌گیری آتشفشان‌ها منجر می‌شود؟

کمان ماگمایی کمربندی از آتشفشان‌ها و سنگ‌های آذرین مرتبط با آن‌هاست که در بالای محلی شکل می‌گیرد که یک صفحه زمین‌ساختی (تکنوتیکی) به زیر صفحه‌ای دیگر فرو می‌رود. رشته‌کوه آتشفشانی آند در آمریکای جنوبی، نمونه‌ای آشنای امروزی از این فرایند است.

دو قطعه عظیم از پوسته بیرونی زمین را تصور کنید که به سمت یکدیگر حرکت می‌کنند. یکی از این صفحات که معمولا صفحه اقیانوسیِ چگال‌تر است، به زیر صفحه دیگر فرو می‌رود و به درون زمین پایین می‌رود. با فرورفتن آن، آب و دیگر سیالات را به سنگ‌های داغ بالای خود آزاد می‌کند.این سیالات به ذوب‌شدن گوشته اطراف کمک می‌کنند و در نتیجه ماگما تولید می‌شود.

از آنجا که چگالی ماگما از سنگ جامد اطرافش کمتر است، می‌تواند به سمت سطح بالا بیاید. اگر به سطح برسد، ممکن است به شکل گدازه و خاکستر آتشفشانی فوران کند. اما اگر در زیر زمین باقی بماند، به‌آرامی سرد می‌شود و سنگ‌هایی مانند گابرو و گرانودیوریت را تشکیل می‌دهد.

این فرایندها می‌توانند طی میلیون‌ها سال، کمربندی گسترده از سنگ‌های آتشفشانی و نفوذی ایجاد کنند. منظور ما از کمان ماگمایی همین است.

در پژوهش ما، کشف مهم این است که شمال‌غرب ایران شواهدی از یک کمان ماگمایی قاره‌ای متعلق به دوره کرتاسه پسین، یعنی حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش، در خود حفظ کرده است؛ کمانی که پیش‌تر به‌طور کامل به‌عنوان سامانه‌ای مستقل شناسایی نشده بود.

چرا چنین سامانه آتشفشانی گسترده‌ای تا امروز شناسایی نشده بود؟ گذشت زمان، فرسایش، مدفون‌شدن و فعالیت‌های ماگمایی بعدی دقیقا چه تأثیری بر آن گذاشتند؟

دلیل اصلی این است که سامانه‌های زمین‌شناختی طی میلیون‌ها سال بدون تغییر باقی نمی‌مانند. این سامانه‌ها پیوسته بر اثر حرکات زمین‌ساختی، فرسایش، رسوب‌گذاری و دوره‌های بعدی فعالیت‌های ماگمایی دگرگون می‌شوند.

در شمال‌غرب ایران، چند فرایند تشخیص این کمان باستانی را دشوار کردند. تغییرشکل‌های زمین‌ساختی، سنگ‌ها را جابه‌جا کردند، شکستند و آرایش آن‌ها را تغییر دادند؛ در نتیجه، تشخیص ارتباطات زمین‌شناختی اولیه آن‌ها دشوارتر شد. فرسایش به‌تدریج بخش‌هایی از سامانه آتشفشانی باستانی را از بین برد؛ از جمله سنگ‌هایی که ممکن است زمانی در سطح زمین نمایان بوده باشند.

مدفون‌شدن نیز برخی از سنگ‌های قدیمی‌تر را زیر رسوبات جوان‌تر پوشاند و آن‌ها را از دید پنهان کرد. فعالیت‌های ماگمایی بعدی، به‌ویژه در دوره ائوسن، یعنی حدود ۴۰ میلیون سال پیش، ماگمای جدیدی را وارد منطقه کرد و سنگ‌های آذرین جوان‌تری به وجود آورد که تا حدی آثار زمین‌شناختی قدیمی‌تر را پوشاندند و تغییر دادند.

کتابی قدیمی را تصور کنید که صفحاتش پاره شده، زیر خاک مدفون شده، ترتیب صفحاتش به هم خورده و نوشته‌های جدید بخشی از آن را پوشانده‌اند. اطلاعات هنوز وجود دارد، اما بازسازی داستان اصلی بسیار دشوارتر شده است. آنچه در این منطقه رخ داد، اساسا همین بود.

این کمان باستانی لزوما از بین نرفته بود؛ بلکه شواهد زمین‌شناختی آن پراکنده و پنهان شده بود. ما با ترکیب انواع مختلف شواهد توانستیم الگویی را شناسایی کنیم که هنگام بررسی جداگانه سنگ‌ها، به‌سختی قابل مشاهده بود.

چه چیزی شما را به این احتمال رساند که بخشی از تاریخ زمین‌شناسی این منطقه ناشناخته مانده است؟ بلورهای زیرکن چگونه مانند «شناسنامه» یک سنگ عمل می‌کنند و درباره سن و منشأ این سنگ‌ها چه اطلاعاتی به شما دادند؟

نقطه شروع ما این مشاهده بود که تاریخ زمین‌شناسی شمال‌غرب ایران را نمی‌توان به‌طور کامل با سامانه‌های ماگمایی و رسوبی‌ای توضیح داد که پیش‌تر در این منطقه شناسایی شده بودند. برخی سنگ‌ها ویژگی‌هایی داشتند که نشان می‌داد بر اثر فعالیت‌های ماگمایی مرتبط با فرورانش شکل گرفته‌اند؛ اما سن، موقعیت و ترکیب شیمیایی آن‌ها پرسش‌هایی را درباره جایگاهشان در تصویر زمین‌شناختی موجود ایجاد می‌کرد.

به همین علت، چندین خط شواهد مستقل را با یکدیگر ترکیب کردیم؛ از جمله مشاهدات میدانی، شیمی سنگ‌ها، سن‌سنجی زیرکن و تجزیه و تحلیل ایزوتوپ‌های هافنیم.

زیرکن کانی بسیار کوچکی است که می‌تواند اطلاعاتی درباره شرایط شکل‌گیری یک سنگ حفظ کند. هنگامی که زیرکن از ماگما متبلور می‌شود، اورانیوم را در ساختار بلوری خود جای می‌دهد. با گذشت زمان، اورانیوم با سرعتی مشخص واپاشی می‌کند و به سرب تبدیل می‌شود. با اندازه‌گیری مقدار اورانیوم و سرب در یک بلور زیرکن، می‌توان زمان تبلور آن را محاسبه کرد.

به این ترتیب، زیرکن تا حدی مانند شناسنامه زمین‌شناختی عمل می‌کند: این کانی می‌تواند به ما بگوید یک مرحله مشخص از رشد بلور چه زمانی رخ داده است. زیرکن همچنین می‌تواند در برابر فرایندهای زمین‌شناختی بعدی دوام بیاورد؛ بنابراین ممکن است سابقه رویدادهایی را حفظ کند که بر سنگ‌های اطراف آن تأثیر گذاشته‌اند.

در پژوهش ما، سن‌سنجی زیرکن وجود یک دوره فعالیت ماگمایی در حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش را در سنگ‌های نفوذی بررسی‌شده مشخص کرد. همچنین ایزوتوپ‌های هافنیم موجود در بلورهای زیرکن را بررسی کردیم. این ایزوتوپ‌ها سرنخ‌هایی درباره منشأ ماگما به دست می‌دهند و نشان می‌دهند که آیا در شکل‌گیری آن، مواد نسبتا جدید منشأگرفته از گوشته، پوسته قاره‌ای قدیمی‌تر یا ترکیبی از هر دو نقش داشته‌اند.

نتایج نشان داد که ماگماها منشأ ترکیبی داشته‌اند و هم مواد منشأگرفته از گوشته و هم پوسته قدیمی‌تر در شکل‌گیری آن‌ها مشارکت داشته‌اند. هنگامی که این شواهد را با ویژگی‌های شیمیایی سنگ‌ها و پراکندگی منطقه‌ای آن‌ها ترکیب کردیم، به الگویی منسجم رسیدیم که به وجود یک کمان ماگمایی قاره‌ایِ پیش‌تر شناسایی‌نشده اشاره داشت.

مهم‌ترین نکته‌ای که داده‌ها آشکار کردند چه بود؟ چرا اطمینان دارید که این کمان، سامانه‌ای مستقل است و بخشی از کمان‌های شناخته‌شده سنندج–سیرجان یا ارومیه–دختر نیست؟

مهم‌ترین یافته این بود که شمال‌غرب ایران شواهدی از یک سامانه ماگمایی متمایز متعلق به دوره کرتاسه پسین را در خود حفظ کرده است؛ سامانه‌ای که ما آن را کمان ماگمایی قاره‌ای آذربایجان نامیدیم. نتیجه‌گیری ما بر یک اندازه‌گیری منفرد از سن یا وجود یک سنگ غیرمعمول استوار نیست، بلکه از هم‌خوانی چند نوع شواهد مستقل به دست آمده است.

نخست، سن‌سنجی زیرکن زمان یک دوره مهم فعالیت ماگمایی را در سنگ‌های نفوذی بررسی‌شده، حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش، مشخص کرد. دوم، ترکیب شیمیایی سنگ‌ها نشان می‌دهد که ماگماهای آن‌ها در محیطی مرتبط با فرورانش تولید شده‌اند. سوم، داده‌های ایزوتوپی هافنیم از مشارکت هر دو منبع، یعنی گوشته و پوسته قاره‌ای، حکایت دارند. در نهایت، پراکندگی سنگ‌ها و ارتباط آن‌ها با ساختارهای زمین‌شناختی منطقه، تفسیر ما درباره وجود یک سامانه ماگمایی متمایز را تقویت می‌کند.

کمان‌های ماگمایی ارومیه–دختر و سنندج–سیرجان از بخش‌های شناخته‌شده تاریخ زمین‌شناسی ایران هستند. بااین‌حال، سنگ‌هایی که بررسی کردیم را نمی‌توان صرفا با قرار دادن آن‌ها در یکی از این دو کمربند توضیح داد. سن، ویژگی‌های ژئوشیمیایی و محیط زمین‌شناختی این سنگ‌ها در کنار یکدیگر به وجود مرحله‌ای جداگانه از شکل‌گیری کمان ماگمایی اشاره می‌کنند.

این موضوع به معنای آن نیست که کمان‌های مختلف کاملا جدا از یکدیگر تکامل یافته‌اند. همه آن‌ها بخشی از تکامل زمین‌ساختی گسترده‌تری بودند که با اقیانوس نئوتتیس ارتباط داشت. یافته ما این است که شمال‌غرب ایران فصل دیگری از این تاریخ را در خود داشته که پیش‌تر کمتر مورد توجه قرار گرفته بود.

این یافته چگونه درک ما را از بسته‌شدن اقیانوس نئوتتیس و تکامل زمین‌شناختی ایران و منطقه گسترده‌تر تغییر می‌دهد؟ کدام بخش‌های این تفسیر همچنان نامطمئن هستند؟

یافته ما بخش مهمی را به تاریخ زمین‌شناسی ایران اضافه می‌کند که پیش‌تر در تصویر کلی این تاریخ جای خالی آن احساس می‌شد.

اقیانوس نئوتتیس به‌تدریج و با حرکت صفحات زمین‌ساختی (تکنوتیکی) به سوی یکدیگر بسته شد و در نهایت، به برخورد عربستان و اوراسیا کمک کرد. اما این فرایند ساده نبود؛ به این معنا که اقیانوس یکباره بسته نشده و بلافاصله پس از آن یک کمربند کوهستانی شکل نگرفته است. فرورانش، تولید ماگما، تغییرشکل و جابه‌جایی بلوک‌های زمین طی دوره‌های طولانی رخ داده‌اند و از مکانی به مکان دیگر تفاوت داشته‌اند.

نتایج ما نشان می‌دهد که یک کمان ماگمایی قاره‌ای متمایز، در دوره کرتاسه پسین و حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش، در شمال‌غرب ایران فعال بوده است. این یافته حاکی از آن است که منطقه مرحله مهمی از فعالیت‌های ماگمایی مرتبط با فرورانش را تجربه کرده که در بازسازی‌های پیشین به اندازه کافی بازتاب نیافته بود.

داده‌های شیمیایی و ایزوتوپی همچنین نشان می‌دهند که این سامانه ماگمایی در گذر زمان تکامل یافته است. ماگماهای اولیه نشانه قوی‌تری از مواد نسبتا جدید منشأگرفته از گوشته داشتند، درحالی‌که ماگماهای متأخر سهم بیشتری از پوسته قاره‌ای قدیمی‌تر را نشان می‌دهند. ما این موضوع را نشانه‌ای از تکامل یک سامانه ماگمایی تفسیر می‌کنیم که ممکن است تغییرات در هندسه و حرکت صفحه فرورونده بر آن تأثیر گذاشته باشند.

بااین‌حال، برخی پرسش‌ها همچنان بی‌پاسخ مانده‌اند. هنوز باید گستره اولیه کمان، هندسه دقیق آن و ارتباطش با پهنه‌های زمین‌ساختی مجاور را بهتر مشخص کنیم.

نقش پیشنهادی «پس‌روی صفحه فرورونده» ــ یعنی عقب‌نشینی صفحه‌ای که به درون زمین فرو می‌رود ــ و این تفسیر که سامانه گسلی منطقه در گذشته مرزی میان پهنه‌های زمین‌ساختی بوده است، نیز به بررسی‌های بیشتری نیاز دارند.

بنابراین، پژوهش ما به همه پرسش‌های مربوط به بسته‌شدن اقیانوس نئوتتیس پاسخ نمی‌دهد. در عوض، شواهد تازه‌ای ارائه می‌کند که به ما کمک می‌کنند تصویری کامل‌تر و واقع‌بینانه‌تر از چگونگی تکامل این منطقه بسازیم.

این کشف، در صورت داشتن هرگونه پیامد، چه معنایی برای ساکنان شمال‌غرب ایران دارد؟ گام بعدی پژوهش شما چیست؟

مهم‌ترین اهمیت فوری این کشف، علمی است. این یافته به ما کمک می‌کند بفهمیم سرزمینی که امروز در زیر شمال‌غرب ایران قرار دارد، چگونه شکل گرفته و این منطقه طی ده‌ها میلیون سال چگونه تکامل یافته است.

برای مردمی که امروز در این منطقه زندگی می‌کنند، این کشف به معنای آن نیست که سامانه آتشفشانی باستانی قرار است دوباره فعال شود. فعالیت ماگمایی مورد بررسی ما حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش رخ داده است. این سنگ‌ها شواهدی از فرایندهای زمین‌شناختی باستانی هستند و به‌خودی‌خود نشانه‌ای از وجود خطر آتشفشانی در زمان حاضر به شمار نمی‌روند.

در بلندمدت، شناخت تاریخ زمین‌شناختی منطقه ممکن است به پژوهشگران کمک کند منابع معدنی آن را نیز بررسی کنند. سامانه‌های ماگمایی گاهی می‌توانند موجب تمرکز عناصر دارای اهمیت اقتصادی شوند؛ هرچند پژوهش ما ثابت نمی‌کند که این کشف خاص به شناسایی ذخایر معدنی جدید منجر خواهد شد.

گام بعدی، گسترش بررسی‌ها به خارج از مناطقی است که تاکنون مطالعه کرده‌ایم. برای مشخص‌کردن گستره امتداد کمان و چگونگی تکامل آن در گذر زمان، به نقشه‌برداری زمین‌شناختی بیشتر، اندازه‌گیری‌های تکمیلی سن و تحلیل‌های ژئوشیمیایی و ایزوتوپی بیشتری نیاز داریم.

همچنین می‌خواهیم بهتر درک کنیم که حرکات تکتونیکی بعدی و فعالیت‌های ماگمایی دوره ائوسن، که بخشی از شواهد زمین‌شناختی اولیه را پوشانده‌اند، چه تأثیری بر این کمان گذاشته‌اند.

در نهایت، هدف ما این است که تاریخ این سامانه باستانی را با جزئیات بیشتری بازسازی کنیم و دریابیم که چگونه در تکامل گسترده‌تر اقیانوس نئوتتیس و پهنه برخورد عربستان و اوراسیا جای می‌گیرد.

از نظر من، یکی از هیجان‌انگیزترین جنبه‌های این پژوهش آن است که سابقه زمین‌شناختی زمین همچنان اطلاعات مهمی را در خود حفظ کرده که هنوز آن‌ها را به‌طور کامل شناسایی نکرده‌ایم. گاهی چالش اصلی صرفا کشف سنگ‌های جدید نیست، بلکه یادگیری چگونگی خواندن شواهدی است که در سنگ‌های موجود در اطراف ما، از مدت‌ها پیش حفظ شده‌اند.

انتهای خبر/284589/