تعرية

التعرية هي العملية الجيولوجية التي تعمل فيها المياه الجارية والجليد والرياح والأمواج على تآكل سطح الأرض، مما يؤدي إلى انخفاض في الارتفاع وتضاريس الأرض . على الرغم من استخدام مصطلحي التعرية والتآكل بشكل متبادل، فإن التعرية هي نقل التربة والصخور من مكان إلى آخر، ^{[ 1 ]} بينما التعرية هي مجموع العمليات، بما في ذلك التعرية، التي تؤدي إلى انخفاض سطح الأرض. ^{[ 2 ]} يمكن للعمليات الداخلية ، مثل البراكين والزلازل والرفع التكتوني ، أن تُعرّض القشرة القارية للعمليات الخارجية للتجوية والتعرية والانهيارات الأرضية . سُجّلت آثار التعرية منذ آلاف السنين، لكن الآليات الكامنة وراءها ظلت موضع نقاش على مدى المئتي عام الماضية، ولم يبدأ فهمها إلا في العقود القليلة الماضية. ^{[ 3 ]}

يشمل التعرية العمليات الميكانيكية والبيولوجية والكيميائية للتآكل والتجوية والانهيارات الأرضية. ويمكن أن تشمل إزالة كل من الجسيمات الصلبة والمواد المذابة. وتشمل هذه العمليات الفرعية التصدع الناتج عن التجمد ، والتجوية الشمسية، والتفتت ، والتجوية الملحية ، والاضطراب الحيوي ، والتأثيرات البشرية . ^{[ 4 ]}

تشمل العوامل المؤثرة على التعرية ما يلي:

• النشاط البشري، بما في ذلك الزراعة، وبناء السدود، والتعدين، وإزالة الغابات؛ ^{[ 5 ]}
• الغلاف الحيوي، من خلال الحيوانات والنباتات والكائنات الدقيقة التي تساهم في التجوية الكيميائية والفيزيائية ؛ ^{[ 6 ]}
• يؤثر المناخ بشكل مباشر من خلال التجوية الكيميائية الناتجة عن الأمطار، ولكن أيضاً لأن المناخ يحدد نوع التجوية التي تحدث؛ ^{[ 7 ]}
• علم الصخور أو نوع الصخر؛
• تضاريس السطح والتغيرات التي تطرأ عليها، مثل الانهيارات الأرضية والتآكل؛ ^{[ 8 ]} و
• النشاط التكتوني، مثل التشوه، وتغير الصخور بسبب الإجهاد الناجم أساسًا عن القوى التكتونية، ^{[ 8 ]} وتكوين الجبال ، وهي العملية التي تشكل الجبال.

كُتب عن آثار التعرية منذ القدم، على الرغم من استخدام مصطلحي "التعرية" و"التعرية" بشكل متبادل عبر معظم فترات التاريخ. ^{[ 3 ]} في عصر التنوير ، بدأ العلماء محاولاتهم لفهم كيفية حدوث التعرية والتعرية دون اللجوء إلى تفسيرات أسطورية أو دينية. طوال القرن الثامن عشر، افترض العلماء أن الوديان تتشكل بفعل الجداول التي تجري فيها، لا بفعل الفيضانات أو الكوارث الأخرى. ^{[ 9 ]} في عام 1785، اقترح الطبيب الاسكتلندي جيمس هاتون تاريخًا للأرض قائمًا على عمليات قابلة للملاحظة على مدى زمني غير محدود، ^{[ 10 ]} مما مثّل تحولًا من الافتراضات القائمة على الإيمان إلى التفكير القائم على المنطق والملاحظة. في عام 1802، نشر جون بلايفير ، صديق هاتون، بحثًا يوضح أفكار هاتون، ويشرح العملية الأساسية لتآكل سطح الأرض بفعل الماء، ويصف التعرية والتجوية الكيميائية. ^{[ 11 ]} بين عامي 1830 و1833، نشر تشارلز لايل ثلاثة مجلدات من كتاب "مبادئ الجيولوجيا" ، الذي يصف تشكيل سطح الأرض من خلال العمليات المستمرة، والذي أيد وأرسى نظرية التعرية التدريجية في الأوساط العلمية الأوسع. ^{[ 12 ]}

مع ازدياد الوعي العام بظاهرة التعرية، بدأت تظهر تساؤلات حول كيفية حدوثها ونتائجها. اقترح هاتون وبلايفير أنه بمرور الوقت، تتآكل المناظر الطبيعية تدريجيًا لتشكل سهولًا تآكلية عند مستوى سطح البحر أو بالقرب منه، ومن هنا جاء اسم "التسوية". ^{[ 9 ]} اقترح تشارلز لايل أن التسوية البحرية، والمحيطات، والبحار الضحلة القديمة هي القوة الدافعة الرئيسية وراء التعرية. ورغم أن هذا الأمر قد يبدو مفاجئًا بالنظر إلى قرون من رصد التعرية النهرية والمطرية، إلا أنه يصبح أكثر منطقية نظرًا لأن علم شكل الأرض المبكر قد تطور بشكل كبير في بريطانيا، حيث تكون آثار التعرية الساحلية أكثر وضوحًا وتلعب دورًا أكبر في العمليات الجيومورفولوجية. ^{[ 9 ]} كانت الأدلة ضد التسوية البحرية أكثر من الأدلة المؤيدة لها. وبحلول ستينيات القرن التاسع عشر، تراجعت شعبية التسوية البحرية بشكل كبير، وهي خطوة قادها أندرو رامزي ، أحد مؤيديها السابقين، الذي أقر بأن الأمطار والأنهار تلعب دورًا أكثر أهمية في التعرية. شهدت أمريكا الشمالية خلال منتصف القرن التاسع عشر تطورات في تحديد التعرية النهرية والمطرية والجليدية. وقد شكلت الأعمال التي أُجريت في جبال الأبلاش والغرب الأمريكي الأساس الذي استند إليه ويليام موريس ديفيس في وضع فرضية "التسوية السطحية"، على الرغم من أن هذه الظاهرة كانت متوافقة في جبال الأبلاش، إلا أنها لم تكن فعالة بنفس القدر في الغرب الأمريكي الأكثر نشاطًا. وتُعرف التسوية السطحية بأنها دورة تتشكل فيها مناظر طبيعية حديثة بفعل الرفع، ثم تُجرّد حتى مستوى سطح البحر، وهو المستوى الأساسي. وتُعاد هذه العملية عندما يرتفع المشهد الطبيعي القديم مرة أخرى أو عندما ينخفض ​​المستوى الأساسي، مما يُنتج مشهدًا طبيعيًا جديدًا وحديثًا. ^{[ 13 ]}

أدى نشر دورة ديفيس للتآكل إلى دفع العديد من الجيولوجيين للبحث عن أدلة على التسوية في أنحاء العالم. ونظرًا لعدم اقتناعهم بدورة ديفيس بسبب الأدلة المستقاة من غرب الولايات المتحدة، اقترح غروف كارل جيلبرت أن التآكل العكسي للمنحدرات يُشكل المناظر الطبيعية إلى سهول سفوحية ، ^{[ 14 ]} وأطلق دبليو جيه ماكجي على هذه المناظر الطبيعية اسم "السهول السفوحية". لاحقًا، أُطلق على هذا المفهوم اسم "التسوية السفوحية" عندما طبقه إل سي كينغ على نطاق عالمي. ^{[ 15 ]} أدى انتشار دورة ديفيس إلى ظهور العديد من النظريات لتفسير التسوية، مثل التآكل السطحي والتسوية الجليدية، إلا أن نظرية "التسوية بالحفر" وحدها هي التي صمدت أمام التدقيق والتمحيص لأنها استندت إلى ملاحظات وقياسات أُجريت في مناخات مختلفة حول العالم، كما أنها فسرت عدم انتظام المناظر الطبيعية. ^{[ 16 ]} فشلت غالبية هذه المفاهيم، ويعود ذلك جزئيًا إلى أن جوزيف جوكس، وهو جيولوجي وأستاذ جامعي شهير، فصل بين التعرية والرفع في منشور عام 1862 كان له أثر بالغ على علم شكل الأرض. ^{[ 17 ]} كما فشلت هذه المفاهيم أيضًا لأن الدورات، وخاصة دورة ديفيس، كانت تعميمات مبنية على ملاحظات عامة للتضاريس بدلًا من قياسات تفصيلية؛ وقد طُوِّرت العديد من هذه المفاهيم بناءً على عمليات محلية أو محددة، لا عمليات إقليمية، وافترضت فترات طويلة من استقرار القارات. ^{[ 9 ]}

عارض بعض العلماء دورة ديفيس؛ كان من بينهم غروف كارل جيلبرت ، الذي أدرك، استنادًا إلى قياسات عبر الزمن، أن التعرية عملية غير خطية؛ فبدأ بتطوير نظريات قائمة على ديناميكيات الموائع ومفاهيم التوازن. وكان من بينهم أيضًا والتر بنك ، الذي وضع نظرية أكثر تعقيدًا مفادها أن التعرية والرفع يحدثان في الوقت نفسه، وأن تكوين التضاريس يعتمد على النسبة بين معدلات التعرية والرفع. واقترحت نظريته أن علم شكل الأرض يعتمد على عمليات داخلية وخارجية. ^{[ 18 ]} وعلى الرغم من تجاهل نظرية بنك في نهاية المطاف، إلا أنها عادت إلى فرضية حدوث التعرية والرفع في آن واحد، واعتمادها على حركة القارات، حتى مع رفض بنك للانجراف القاري . وقد دار جدل حاد بين نموذجي ديفيس وبنك لعدة عقود، إلى أن تم تجاهل نموذج بنك، وتضاءل الدعم لنموذج ديفيس بعد وفاته مع ازدياد الانتقادات الموجهة إليه. وكان من بين المنتقدين جون ليغلي ، الذي ذكر أن الجيولوجيين لا يعرفون كيفية تشكل التضاريس، وبالتالي فإن نظرية ديفيس مبنية على أساس هش. ^{[ 19 ]}

بين عامي 1945 و1965، شهدت أبحاث الجيومورفولوجيا تحولاً من العمل الاستنتاجي في معظمه إلى تصميمات تجريبية مفصلة تستخدم تقنيات وأساليب محسّنة، إلا أن هذا التحول أدى إلى التركيز على تفاصيل النظريات الراسخة بدلاً من البحث في نظريات جديدة. وخلال الخمسينيات والستينيات، ومع التطورات التي طرأت على جيولوجيا المحيطات والجيوفيزياء ، بات من الواضح صحة نظرية فيجنر حول الانجراف القاري، وأن هناك حركة مستمرة لأجزاء ( الصفائح ) من سطح الأرض. كما شهدت الجيومورفولوجيا تطورات في تحديد أشكال المنحدرات وشبكات التصريف، وإيجاد علاقات بين الشكل والعملية، وحجم وتواتر العمليات الجيومورفولوجية. ^{[ 9 ]} جاءت الضربة القاضية لنظرية السهول شبه المستوية عام 1964 عندما نشر فريق بقيادة لونا ليوبولد كتاب " العمليات النهرية في الجيومورفولوجيا" ، الذي يربط بين التضاريس وعمليات جريان المياه السطحية القابلة للقياس، وخلص إلى عدم وجود سهول شبه مستوية على مساحات واسعة في العصر الحديث، وأن أي سهول شبه مستوية تاريخية يجب إثبات وجودها، بدلاً من استنتاجها من الجيولوجيا الحديثة. كما ذكروا أن المنحدرات الصخرية يمكن أن تتشكل عبر جميع أنواع الصخور والمناطق، وإن كان ذلك من خلال عمليات مختلفة. ^{[ 20 ]} من خلال هذه النتائج والتحسينات في الجيوفيزياء، تحولت دراسة التعرية من دراسة السهول شبه المستوية إلى دراسة العلاقات التي تؤثر على التعرية - بما في ذلك الرفع، والتوازن الأرضي، وعلم الصخور، والغطاء النباتي - وقياس معدلات التعرية حول العالم. ^{[ 9 ]}

يُقاس التعرية بتآكل سطح الأرض بالبوصات أو السنتيمترات لكل 1000 عام. ^{[ 21 ]} يُقصد بهذا المعدل أن يكون تقديريًا، وغالبًا ما يفترض تآكلًا منتظمًا، من بين أمور أخرى، لتبسيط الحسابات. عادةً ما تكون الافتراضات المُستخدمة صالحة فقط للمناطق الجغرافية قيد الدراسة. تُجرى قياسات التعرية على مساحات واسعة عن طريق حساب متوسط ​​معدلات التقسيمات الفرعية. في كثير من الأحيان، لا تُجرى أي تعديلات لتأثير الأنشطة البشرية، مما يؤدي إلى تضخيم القياسات. ^{[ 22 ]} تشير الحسابات إلى أن فقدان التربة حتى 0.5 متر (20 بوصة) الناتج عن النشاط البشري سيغير معدلات التعرية المحسوبة سابقًا بأقل من 30%. ^{[ 23 ]} 

عادةً ما تكون معدلات التعرية أقل بكثير من معدلات الرفع، وقد تصل معدلات تكوين الجبال إلى ثمانية أضعاف متوسط ​​التعرية الأقصى. ^{[ 24 ]} المناطق الوحيدة التي قد تتساوى فيها معدلات التعرية والرفع هي هوامش الصفائح النشطة التي تشهد فترة طويلة من التشوه المستمر. ^{[ 25 ]}

يُقاس التعرية على مستوى مستجمعات المياه، ويمكن استخدام قياسات أخرى للتآكل، والتي تُقسم عمومًا إلى طرق التأريخ والمسح. تشمل تقنيات قياس التآكل والتعرية قياس حمولة المجرى، والتأريخ بالتعرض الكوني والدفن، وتتبع التعرية، والقياسات الطبوغرافية، ومسح الترسبات في الخزانات، ورسم خرائط الانهيارات الأرضية، والبصمة الكيميائية، والتأريخ الحراري، وتحليل السجلات الرسوبية في مناطق الترسيب. ^{[ 26 ]} الطريقة الأكثر شيوعًا لقياس التعرية هي قياس حمولة المجرى في محطات القياس . ^{[ 21 ]} تشمل القياسات الحمولة العالقة ، وحمولة القاع ، والحمولة الذائبة . يُحوّل وزن الحمولة إلى وحدات حجمية، ويُقسم حجم الحمولة على مساحة مستجمع المياه فوق محطة القياس. ^{[ 21 ]} من عيوب هذه الطريقة في القياس التباين السنوي الكبير في التآكل النهري، والذي قد يصل إلى خمسة أضعاف بين السنوات المتتالية. ^{[ 27 ]} معادلة مهمة للتعرية هي قانون قوة التيار:${\displaystyle E=KA^{m}S^{n}}$حيث E هو معدل التعرية، وK هو ثابت قابلية التعرية، وA هي مساحة التصريف، وS هو انحدار القناة، وm وn دالتان تُحددان عادةً مسبقًا أو تُفترضان بناءً على الموقع. ^{[ 8 ]} تعتمد معظم قياسات التعرية على قياسات حمولة التيار وتحليل الرواسب أو التركيب الكيميائي للمياه.

تُعدّ تقنية تحليل النظائر الكونية من التقنيات الحديثة ، وتُستخدم بالتزامن مع قياسات حمولة الأنهار وتحليل الرواسب. تقيس هذه التقنية شدة التجوية الكيميائية عن طريق حساب التغيرات الكيميائية بنسب جزيئية. ^{[ 23 ]} أُجريت أبحاث أولية حول استخدام النظائر الكونية لقياس التجوية من خلال دراسة تجوية الفلسبار والزجاج البركاني ، اللذين يُشكلان معظم المواد الموجودة في القشرة الأرضية العليا. أكثر النظائر استخدامًا هي ^26Al و ¹⁰ Be؛ ومع ذلك، يُستخدم ^{10Be بشكل أكثر شيوعًا في هذه التحليلات. يُستخدم 10Be} نظرًا لوفرته، ورغم أنه غير مستقر، إلا أن عمر النصف له البالغ 1.39 مليون سنة يُعدّ مستقرًا نسبيًا مقارنةً بنطاق الألف أو المليون سنة الذي تُقاس به التعرية. يُستخدم ^26Al نظرًا لانخفاض نسبة الألومنيوم في الكوارتز، مما يُسهّل فصله، ولعدم وجود خطر تلوث بـ ^10Be الموجود في الغلاف الجوي . ^{[ 28 ]} طُوِّرت هذه التقنية لأن الدراسات السابقة لمعدل التعرية افترضت معدلات تآكل ثابتة، على الرغم من صعوبة التحقق من هذا التجانس ميدانيًا، واحتمالية عدم صحته في العديد من البيئات؛ لذا كان استخدامها مهمًا للمساعدة في قياس التعرية وتحديد التواريخ الجيولوجية للأحداث. ^{[ 29 ]} في المتوسط، يتناسب تركيز النظائر الكونية غير المضطربة في الرواسب الخارجة من حوض معين عكسيًا مع معدل تآكل ذلك الحوض. في حوض سريع التآكل، تتعرض معظم الصخور لعدد قليل فقط من الأشعة الكونية قبل التآكل والنقل خارج الحوض؛ ونتيجة لذلك، يكون تركيز النظائر منخفضًا. أما في حوض بطيء التآكل، فيكون التعرض المتكامل للأشعة الكونية أكبر بكثير، ويكون تركيز النظائر أعلى بكثير. ^{[ 23 ]} يصعب قياس خزانات النظائر في معظم المناطق باستخدام هذه التقنية، لذا يُفترض تجانس التآكل. كما يوجد تباين في القياسات من سنة إلى أخرى، قد يصل إلى ثلاثة أضعاف. ^{[ 30 ]}

تشمل مشاكل قياس التعرية كلاً من التقنية المستخدمة والبيئة. ^{[ 26 ]} يمكن أن تعيق الانهيارات الأرضية قياسات التعرية في المناطق الجبلية، وخاصة جبال الهيمالايا . ^{[ 31 ]} تتمثل المشكلتان الرئيسيتان في طرق التأريخ في عدم اليقين في القياسات، سواءً في المعدات المستخدمة أو في الافتراضات التي تُبنى أثناء القياس؛ والعلاقة بين الأعمار المقاسة وتاريخ العلامات. ^{[ 26 ]} يرتبط هذا بمشكلة وضع افتراضات بناءً على القياسات التي تُجرى والمنطقة التي تُقاس. تشمل العوامل البيئية درجة الحرارة، والضغط الجوي، والرطوبة، والارتفاع، والرياح، وسرعة الضوء في المرتفعات العالية عند استخدام الليزر أو قياسات زمن الطيران، وانحراف الجهاز، ^{[ 26 ]} والتآكل الكيميائي، وبالنسبة للنظائر الكونية، المناخ وغطاء الثلج أو الأنهار الجليدية. ^{[ 31 ]} عند دراسة التعرية، ينبغي مراعاة تأثير ستادلر ، الذي ينص على أن القياسات على مدى فترات زمنية قصيرة تُظهر معدلات تراكم أعلى من القياسات على مدى فترات زمنية أطول. ^{[ 32 ]} في دراسة أجراها جيمس جيلولي، أشارت البيانات المعروضة إلى أن معدل التعرية ظل ثابتًا تقريبًا طوال حقبة الحياة الحديثة استنادًا إلى الأدلة الجيولوجية؛ ^{[ 33 ]} ومع ذلك، بالنظر إلى تقديرات معدلات التعرية في وقت دراسة جيلولي وارتفاع الولايات المتحدة، سيستغرق الأمر من 11 إلى 12 مليون سنة لتعرية أمريكا الشمالية؛ ^{[ 27 ]} أي قبل 66 مليون سنة من حقبة الحياة الحديثة. ^{[ 34 ]}

تُجرى الأبحاث المتعلقة بالتعرية بشكل أساسي في أحواض الأنهار والمناطق الجبلية كجبال الهيمالايا، نظرًا لنشاطها الجيولوجي الكبير ^{[ 35 ]} ، مما يُتيح دراسة العلاقة بين الرفع والتعرية. كما تُجرى أبحاث حول تأثيرات التعرية على الكارست ، إذ لا تتجاوز نسبة التجوية الكيميائية بفعل الماء على السطح 30% ^{[ 36 ]} . وللتعرية تأثير كبير على الكارست وتطور المناظر الطبيعية، لأن أسرع التغيرات في المناظر الطبيعية تحدث عند حدوث تغيرات في البنى الجوفية ^{[ 36 ]} . وتشمل الأبحاث الأخرى دراسة تأثيرات التعرية على معدلاتها، حيث يركز هذا البحث بشكل أساسي على دراسة تأثير المناخ ^{[ 37 ]} والغطاء النباتي ^{[ 38 ]} عليها. كما تُجرى أبحاث أخرى لإيجاد العلاقة بين التعرية والتوازن الأرضي ؛ فكلما زادت التعرية، أصبحت القشرة الأرضية أخف في منطقة ما، مما يُتيح الرفع. ^{[ 39 ]} يهدف هذا العمل بشكل أساسي إلى تحديد نسبة بين التعرية والارتفاع لتحسين تقديرات التغيرات في البيئة. وفي عامي 2016 و2019، أُجريت أبحاثٌ سعت إلى تطبيق معدلات التعرية لتحسين قانون قوة التيار المائي، ما يُتيح استخدامه بفعالية أكبر. ^{[ 40 ] [ 41 ]}

يكشف التعرية عن تراكيب تحت بركانية عميقة على السطح الحالي للمنطقة التي شهدت نشاطًا بركانيًا في الماضي. وتُكشف هذه التراكيب، مثل السدود البركانية والحواجز ، بفعل التعرية.

• 
  طريق جبلي في لاداخ تظهر عليه علامات الانهيارات الأرضية والتآكل التي تؤدي إلى انكشاف الصخور الأساسية.
• 
  صور الأقمار الصناعية التي تُظهر التآكل الشديد في مصب نهر بيتسيبوكا في مدغشقر بسبب إزالة الغابات، مما يؤدي إلى التعرية السريعة وأحد أسرع الخطوط الساحلية تغيراً. ^{[ 43 ]}
• 
  منحدرات ساحلية في البرتغال تعرضت للتعرية بسبب التآكل والتجوية، وخاصة بفعل الماء والملح.

ومن الأمثلة الأخرى ما يلي:

• الزلازل التي تسبب الانهيارات الأرضية؛
• التآكل الملحي ، تراكم الملح في الشقوق في الصخور مما يؤدي إلى التعرية والتجوية؛ ^{[ 4 ]}
• يتراكم الجليد في شقوق الصخور؛ و
• الكائنات الدقيقة التي تساهم في التجوية من خلال التنفس الخلوي .