بحث عن المعادن والصخور
قشرة الكرة الأرضية مكونة من صخور مختلفة. الصخور هي التي تبني القشرة اليابسية والقشرة البحرية الموجودة في قعر المحيطات. هناك مناطق تكون فيها الصخور مكشوفة وهناك أماكن تكون فيها الصخور مكسوّة – قسم كبير من الصخور مكسو بالتربة أو الاعشاب أو المباني وغيرها؛ قسم من الصخور الموجودة في البحار تكون مكسوة برواسب مختلفة.
للصخور أهمية عظمى بالنسبة إلى الإنسان وهي تعتبر المورد الطبيعي التي يستخدمه لأهداف متنوعة. بالإضافة إلى أن دراسة الصخور تكشف لنا التاريخ الجيولوجي للكرة الأرضية.
الصخور مكونة من معادن - قسم منها من معدن واحد والقسم الآخر من عدد من المعادن.
المعدن هو مادة طبيعية غير عضوية (أي مصدرها ليس من عالم الحيوان أو النبات)، وهي متجانسة وصلبة. المعادن مكونة من عناصر كيماوية. العنصر الكيماوي هو وحدة المادة الطبيعة الصغرى المركبة من نوع واحد من الذرات. وهناك معادن مكونة من عنصرين أو أكثر (على سبيل المثال: ملح الطعام مركب من ذرات من الصوديوم ومن الكلور NaCl). التركيبة الكيماوية لكل عنصر هي تركيبة ثابتة. هناك في الطبيعة 8 عناصر كثيرة الانتشار ومنها تتركّب غالبية المعادن التي تتالف منها الصخور وهي: الأكسجين، السليكون، الألومنيوم، الحديد، الكالسيوم، الصوديوم، البوتاسيوم، والمغنيسيوم. العناصر التي تركب المعدن مرتّبة في مبنى ثابت يسمى البلورة. لكل معدة شكل بلورة خاص به على سبيل المثال بلورة ملح الطعام هي دائما على شكل مكعّب.
تختلف الصخور عن بعضها في صفاتها. صفات الصخور تنجم عن تركيبة معادنها وعن مبنى الصخرة، ويمكن تشخيصها بوسائل حسية وبوسائل تكنولوجية وكيماوية بسيطة: مكبّرة، مسمار، حامض الساليسيليك ومغناطيس. صفات الصخور التي يتم فحصها من أجل تشخيص الصخور هي: اللون، الصلابة، اللمعان، النسيج، رد فعلها على حامض الساليسيليك، المغناطيسية والتفتُّتيّة (القابلية للتفتّت)، الشفافية، الرائحة، المذاق. لكل صخرة مجموعة من الصفات تميّزها عن غيرها على سبيل المثال – للحجر الرملي مبنى حبيبي وهذه الحبيبات غير قابلة للجرش، ولونها ذهبيّ؛ أما البازلت فيمتاز بلونه الأسود الذي يصعب خدشه، ومسحوق الصخرة مغناطيسي؛ أما الحجر الجيري فهو فوار إذا ما تفاعل مع حامض الساليسيليك، ويمكن خدشه بواسطة مسمار؛ أما الصلصال فيمتاز بلدانته (مثل العجين) وهو غير فوار؛ ويمتاز الملح بمذاقه المالح، وببلوراته التي لها شكل المكعب.
أنواع الصخور
يميزون بين ثلاث مجموعات من الصخور والتي تم تحديدها بناء على عملية تكوّنها:
1. صخور الأساس– والتي تعرف باللغات الأجنبية باسم الصخور الماغماتية.
2. صخور رسوبية – والتي تسمّى باللغات الأجنبية بالصخور الساديمنتارية.
3. صخور متحوّلة – والتي تسمى في اللغات الأجنبية بالصخور الميتامورفية.
1.صخور الأساس أو الصخور الأم
صخور الأساس هي الصخور التي مصدرها هو الماغما التي تحت قشرة الكرة الأرضية. الصخور الأساس تنقسم إلى نوعين – صخور انفجارية وصخور باطنية، الفرق بين هذين النوعين من الصخور هو في طريقة برودة كل منهما وتبلوره (تكتُّله):
الصخور الانفجارية (أو باسمها الاجنبي الصخور الڤولكانية (فولكاني على اسم فولكان إله النار) البركانية تكونت مع تدفّق الماغما إلى سطح الكرة الأرضية، تبرد الماغما بعد خروجها من باطن الأرض بسرعة ثم تتبلور وتتحول إلى صخور. وتيرة برودة الصخور البركانية سريعة حتى انه لا يكون هناك وقت كافٍ لكي تكبر بلورات المعادن، لذلك تبقى المعادن صغيرة (ميكروسكوبية أي لا ترى بالعين المجردة). الصخرة الانفجارية (البركانية) الأكثر انتشارا هي صخرة البازَلت. في إسرائيل صخور البازلت منتشرة في شمال البلاد في جبال الكرمل وفي هضبة الجولان.
الصخور الباطنية/أو الجوفية (أو باسمها الاجنبي الصخور البلوتونية على اسم بلوتو أو بلوتون – وهو إله العالم السفلي عند الرومان) تتكون عندما تبرد الماغما وتتبلر ببطء في أعماق قشرة الكرة الأرضية. نتيجة لذلك تتبلَّر المعادن ببطء شديد (آلاف وربما ملايين السنين) إلى بلورات كبيرة نسبيا ترى بالعين المجردة. بعد ذلك وبفعل عوامل التبلية والإزاحة تتكشف الصخور الجوفية/الباطنية وتظهر على السطح. الصخرة الباطنية الأكثر انتشارا هي صخرة الغرانيت. في إسرائيل صخور الغرانيت منتشرة في في جنوب البلاد بالقرب من ايلات.
أحيانا الماغما التي بردت تتغلغل تحت الصخور أو إلى داخلها وتكوّن اجساما غريبة مختلفة تعرف باسم "أجسام اندساس"أو السد القاطع. أحد الصخور المشهورة منها هو الدايك – وهو سد قاطع دقيق من الماغما التي تغلغلت إلى الطبقات التي تتمكن التغلغل فيها.
2. صخور رسوبية
الصخور الرسوبية هي صخور تمونت من ترسّب وتراكم موادّ مختلفة في المحيطات أو على سطح الأرض. بعد ترسّب هذه المواد تعمل آليتان تحوّلان طبقة المواد المتراكمة والمترسّبة إلى صخور:
أ- آلية الكبس والتي تعمل بفعل ضغط المواد التي رسبت وتراكمت فوق بعضها، هذا الضغط يؤدي إلى كبس المادة – الذي يؤدي إلى تقليص حجمها وتفريغها من المياه.
ب- آلية السمنتة التي تعمل بواسطة تغلغل محاليل مختلفة بين بلورات أو حبيبات المادة المترسّبة وتكون بمثابة الاسمنت الذي يؤدي إلى تصلب المواد وتماسكها.
للصخور الرسوبية توجد صفتان متميّزتان:
1. الطبقية – جميع الصخور الرسوبية تتراكم فوق بعضها على شكل طبقات. سمك هذه الطبقات الصخرية يمكن أن تتراوح ما بين عدة ميليمترات وحتى مئات الامتار. في المرحلة الأولى جميع طبقات الصخور الرسوبية تترسب وتتراكم بشكل أفقيّ على قعر البحر أو على سطح اليابسة هذا هو مبدأ الأفقيّة الأصلية. في مرحلة متأخرة أكثر تمرّ أحيانًا الطبقات الأفقية بعملية تجعّد أو عملية انكسار. مبدأ إضافي له صلة بالطبقية هو مبدأ التداخل والذي بناء عليه الطبقات السفلى هي الطبقات الأقدم في حين أن الطبقات العليا الموضوعة فوقها هي الأحدث.
2. الأحافير - في داخل الصخور الرسوبية يمكن أن نجد أحافير. الأحافير هي بقايا أو علامات حفظت في الصخور والتي تدل على وجود حيوانات ونباتات قديمة – هياكل عظمية، أصداف، محارات، علامات آثار حيوانات، أجزاء نباتات وبذور وحبيبات لقاح لنباتات وإلى آخره.
كمية كبيرة بشكل خاصّ من الأحافير موجودة في الصخور المترسبة في البحار. البحر غنيّ بالحيوانات والنباتات التي ترسب بعد موتها في قعر البحر. الأجزاء اللينة من هذه الكائنات تمرّ بعملية تحلل بينما تتراكم الأجزاء الصلبة (الهيكل العظمي) من هذه الكائنات (والتي قدرتها على الصمود أمام التحلل أكبر) فوق بعضها في الأعماق تحت ترسبات البحر – وبعد ذلك بواسطة عملية كيماوية تستمر فترة طويلة تتحجر. هناك صخور رسوبية بحرية تتركب من الأحافير فقط على سبيل المثال صخور الطباشير.
الاحتفاظ بالبقايا الحيوانية أو النباتية كأحافير متعلق بمبنى ونوع الكائن الحي الذي تحجّر وبتركيبته وكذلك بنوع العمليات الكيماوية التي تحدث فيه خلال عملية التحجّر. هناك عدة أشكال يحتفظ بها بالمتحجرات داخل الصخور، على سبيل المثال:
1. متحجر "نواة" استبدال المادة العضوية للحيوان أو النبات (جسم الحيوان أو النبات) بمعادن غير عضوية مثل الصلصال أو الكالسيت، وتصلبها بعد ذلك.
2. متحجر "قالب"– قالب محارة/قوقعة (من جهتها الداخلية أو الخارجية)، أوراق نباتات، آثار أقدام، علامات زحف وما شابه والتي بقيت آثارها على الصخرة اللينة، والتي امتلأت بالوحل اللين وتحوّلت إلى جزء من الصخرة.
للأحافير أهمية كبيرة جدًّا فهي توفّر معلومات عن أنواع النباتات والحيوانات التي كانت موجودة في فترات مختلفة على امتداد التاريخ على الكرة الأرضية، على سبيل المثال يمكن أن نتعرف منها عن النشوء والارتقاء لدى الحيوانات والنباتات. تساعد الأحافير الباحثين على تحديد العمر النسبي للصخرة (انظر فيما يلي) وتمييز بيئة الترسب التي تكوّنت فيها الصخرة. كما يمكن بواسطتها الاهتداء إلى الأماكن التي من المفضل البحث فيها عن مناجم الثروات الطبيعية المختلفة.
هناك طريقتان بناء عليهما من المألوف تصنيف الصخور الرسوبية:
1. بحسب مصدر مادة الصخور الرسوبية:
أ- صخور حبيبيّة – وهي صخور مركبة من حبيبات مصدرها عمليات التبلية والتحلل في صخور غيرها. على سبيل المثال الحجر الرملي مركب في في معظم أجزائه من حبيبات المعدن كوارتز الذي مصدره تفتت الصخور الأساس – الغرانيت.
ب- صخور بيوجينية - صخور مصدرها الحيوانات والنباتات. قسم كبير من الصخور الرسوبية تتكوّن في البحار وفي المحيطات والمادة الأساس التي تتكون منها هو بقايا الحيوانات التي انتهى أجلها. بعد موتها ترسب الهياكل العظمية وقوقعات هذه الحيوانات وتتراكم في قعر البحر وتمرّ بعمليتي كبس وسمنتة.
ت- صخور تبخّر – وهي الصخور التي مصدرها ترسّب وتبلّر مواد نتيجة للتبخر الزائد في الأجسام المائية
2. بحسب مكان تكوّن الصخور:
الصخور الرسوبية ترسب سطح الكرة الأرضية في بيئات ترسّب مختلفة – على اليابسة، في مجمعات المياه، وفي المحيطات. في كل بيئة ترسّب توجد ظروف مختلفة لذلك ترسب في كل بيئة منها صخور مختلفة. إذا عرفنا بيئة الترسب للصخور الرسوبية المختلفة يمكننا أن نستعيد وأن نحصل على معلومات مهمة عن التاريخ الجيولوجي للمنطقة.
في الجدول التالي تعرض الصخور الرسوبية الأكثر انتشارا: تركيبها وبيئة الترسب التي تكوّنت فيها واستخدامات الإنسان لها.
تمتاز الصخور الرسوبية أيضًا بأنواع الوقود المتحجرة الموجودة بداخلها: هذا موضوع مهم جدًّا ومثير للاهتمام – حاولوا أن تركّزوا عليه مع افتتاحية أكثر دراماتيكية... وكذلك في التفاصيل أيضًا
الوقود المتحجر (وقود فوسيلي في اللغات الأجنبية) هو عبارة عن وقود مصدره بقايا حيوانات أو نباتات حبست داخل طبقات الصخور الرسوبية في بيئة خالية من الأكسجين. الوقود المتحجر يحتوي على كربون ويمكن إنتاج الطاقة منه عن طريق حرقه.
هناك 3 أنواع من الوقود المتحجر تستخدم لإنتاج الطاقة وهي – الفحم الحجري، النفط، والغاز الطبيعي.
الفحم الحجري – تكوّن خلال عملية طويلة فيها بقايا نباتات – غابات/أدغال كثيفة – دفنت تحت الصخور وتحجّرت. حاليا يستعمل في الغالب كمصدر للحرارة لتشغيل التوربينات (جمع تُّربينة - وهو محرّك ذو دولاب يُدار بقوة الماء أو البخار أو الهواء) التي تنتج الكهرباء في محطات توليد الكهرباء.
البترول – وهو مادة سائلة موجود داخل طبقات الصخور المسامية (نفّاذة). وقد تكوّن نتيجة تحلل كائنات بحرية في قعر البحر. بحكم كونه سائلا تحرك النفط من مكان تكوّنه الأصلي في أعماق الكرة الأرضية إلى طبقات الصخور المحصورة بواسطة طبقات كتيمة (غير نفّاذة) والتي لم تسمح لهم في متابعة الحركة والتنقل، وهكذا تمّ حصره في الأعماق داخل ما يعرف باسم "المصيدة البترولية". البترول هو مادة خام لكثير جدًّا من المنتجات: بالإضافة إلى استعمال البترول الخام (الكيروسين) يستعمل في الأساس البترول المكرَّر (البنزين على مختلف أنواعه) كمواد وقود لوسائل النقل كما يكررون منه غاز الطبخ كما تستخدم منتجات أخرى منه لإنتاج الشموع ومواد البلاستيك والنايلون على مختلف أنواعها وهناك إضافة إلى ذلك مئات المواد التي تستخرج من منه وتستخدم في الصناعات المختلفة.
الغاز الطبيعي – تكوّن الغاز الطبيعي أيضًا نتيجة لتحلل الحيوانات وهو يتجمع في الجيوب الموجودة تحت الصخور الكتيمة (غير النفّاذة). الغاز الطبيعي هو مادة وقود ممتازة تقريبا غير ملوّثة للبيئة يستخدم للتدفئة ولتشغيل محطاتة توليد الكهرباء.
3. الصخور المتحوّلة (الميتامورفية)
الصخور المتحولة هي صخور مرت بتغيير في شكل الصخرة ومبناها من المعادن ومبناها الكيماوي. الصخور التي مرت بمثل هذا التحول يمكن أن تكون من كل أنواع الصخور – صخور أساس، صخور رسوبية، وصخور متحوّلة مرت بعملية تحول إضافية. في الغالب يتم هذا التحوّل في درجات حرارة عالية أو في ضغط عال أو في كليهما معا (حرارة عالية وضغط عال). هذه الظروف متوفرة بشكل عام في المناطق التي تحدث فيها تصادمات بين الصفائح التكتونية. أمثلة على الصخور المتحولة: الصخور الرسوبية الصلصالية تتحول إلى شيست Schist (صخر متبلر: سجّيل) والذي يستخدم كقرميد لأسطح المنازل أو الصخور الجيرية التني تتحوّل إلى رخام صلب.
الماضي والعصور الجيولوجية
كيف نعرف ماذا حدث ذات مرة، في الماضي السحيق؟ إحدى الطرق هي أن نفحص ما الذي يحدث اليوم. الباحثون، علماء الجيولوجيا، متمسكون بالمبدأ القائل "الحاضر هو المفتاح للماضي". معنى ذلك أنه بناء على الحقائق الموجودة اليوم أمامنا يمكننا أن نتعرف على ما كان في الماضي وأن نسترجع التاريخ الجيولوجي. الخلفية التي تكمن خلف هذ الفرضية هي أن العمليات التي تكوّن المواد حاليا مماثلة للعمليات التي أنتجت الموادّ في الملضي. على سبيل المثال إذا شخصنا منطقة مع صخور بازلتية يمكننا أن نستخلص من ذلك انه في الماضي كانت في المنطقة نشاطات بركانية. مثال إضافي – إذا شخصنا صخرة جيرية مع متحجرات نستطيع أن نستنتج من ذلك أن هذه المنطقة كانت في الماضي مكسوة بمياه بحر ضحلة وبسبب عملية ارتفاع انكشفت المنطقة وأصبحت يابسة.
مدة العصر الجيولوجي طويلة بحيث يصعب علينا ادراكها فهي تقاس بملايين أو بملياردات السنوات. هنلك تقسيم مألوف وثابت للعصور الجيولوجية والذي يعتمد على أحداث بارزة بشكل خاصّ مثل تجعدات مهمة، تكون سلاسل جبال، انقراضات كبيرة للحيوانات (مثل الانقراض الكبير الذي أنهى وجود الديناصورات من العالم) وما شابة. يقسّم التاريخ الجيولوجي للكرة الأرضية إلى 4 عصور رئيسية والتي تحددت بحسب تطور الحيوانات:
حقبة ما قبل الكامبري- الحقبة الأقدم قبل تكون الحيوانات (بدأ قبل 4.6 مليار سنة واستمرّ حوالي 4000 مليون سنة).
حقبة الباليوزي- الحقبة التي كانت فيها الكائنات أحادية الخلية القديمة (بدأ قبل 5760 مليون سنة واستمرّ 320 مليون سنة).
الحقبة الوسطى أو حقبة الميزوزوي– الحقبة التي كانت فيها حشرات وزواحف كبيرة مثل الديناصورات (بدأ قبل 250 مليون سنة واستمر 185 مليون سنة).
حقبة السينوزوي أو حقبة الحياة الحديثة – الحقبة التي بدأت تتكون فيها التدييات (بدأ قبل 65 مليون سنة وهو ما زال مستمرا حتى يومنا هذا).
كيف يعرف العلماء عمر كل طبقة صخرية؟
هناك طريقتان أساسيتان: الأولى طريقة المتحجرات (الأحافير الموجِّهة) – حيوان من جنس معيّن كان ينتشر في مناطق واسعة من العالم، عاش لفترة قصيرة، ولمرة واحدة، ثم انقرض وتحول إلى أحفور يسمى أحفورا موجِّها. بواسطة أحفور من مثل هذا النوع يمكننا أن نحدد العمر النسبي للطبقة الصخرية. معنى ذلك انه يمكن أن نحدد إذا كانت الطبقة الصخرية التي تحتوي على أحفور موجِّه عاش في فترة معينة قديمة أو حديثة أكثر بالنسبة إلى الصخرة التي تحتوي على أحفور موجه آخر عاش في فترة أخرى. هذه الطريقة تستند على نظرية النشوء والارتقاء (تطوّر الأجناس) لداروين والتي بناء عليها الكائنات الحية تطوّرت عن كائنات حية بسيطة أكثر مخ خلال تغييرات تدريجية في صفاتها.
الطريقة الثانية لإيجاد عمر الصخور النسبي هي الطريقة الإشعاعية. على العكس من طريقة الأحافير الموجّهة التي تجد العمر النسبي للصخور فإنّ الطريق الاشعاعية تمكننا من إيجاد العمر المطلق لطبقة الصخور (قبل كم سنة تكوّنت). هذه الطريقة تستند على حقيقة وجود عناصر مركبة من ذرات غير مستقرّة ولذلك فهي تتحلّل إلى ذرات جديدة ومستقرّة. هذا التحلل هو تحلل إشعاعي (مثل هذا التحلل يرافقه إطلاق طاقة). حاليا معلوم وقت هذا التحلل ووتيرته، من المألوف التعبير عنه بالوقت "منتصف الحياة"– الفترة الزمنية التي يتحلل فيها نصف كمية معطاة من الذرات. وبما أن زمن تحلل الذرة معلوم فإنّه يمكننا أن نحسب عمر الصخرة. على سبيل المثال العنصر المسمى بوتاسيوم يتحلل ويتحول إلى العنصر الذي اسمه أرجون. عندما نمسك بصخرة ونفحص ما هي كمية البوتاسيوم التي فيها وما هير كمية الأرجون التي فيها يمكننا أن نحسب كم من الوقت مضى منذ تكوّنت الصخرة. الحسابات نفسها معقدة ولن ندخل في تفاصيلها ولكنه يعطينا العمر الدقيق للصخرة وليس عمرعا النسبي كما في طريقة الأحافير.
دورة الصخور في الطبيعة
في العالم الذي نعيش فيه توجد ظواهر دورية كثيرة، عالم الصخور يمتاز أيضًا بالدورية: لا تبقى أية صخرة كما كانت في الأصل، في أعقاب عمليات مختلفة ومتواصلة (نشاط بركاني، انصهار، تحوّل، ارتفاع، تبلية، جرف وترسّب) كل صخرة يمكن أن تتحوّل إلى صخرة مختلفة عما كانت عليه.
دورة مؤلّفة من ملايين السنين وحتى مئات ملايين السنين والتي فيها تتحول الصخرة إلى أشكال صخرية مختلفة تسمى دورة الصخور في الطبيعة. إليك وصف لدورة الصخور:
تنبثق الماغما من أعماق الأرض إلى سطحها كصخور انفجارية (بركانية) أو يتم انكشافها بعد فترة زمنية كصخور باطنية (جوفية) بعد ذلك هذه الصخور الانفجارية والجوفية تمرّ في عملية تبلية وعن طريق الجرف والنقل تنتقل هذه الصخور إلى منطقة أخرى تتمّ فيها عملية ترسّب (في بيئة بحرية أو برية) فتتكون الصخور الرسوبية. الصخور الأساس أو الرسوبية تترسب في أعماق الكرة الأرضية مع ترسب صفيحة تكتونية تحت صفيحة أخرى أو بسبب ضغط طبقات الصخور العليا والتي تضغط (تكبس) الطبقات السفلى إلى أسفل وفي نهاية المطاف تنصهر هذه الصخور وتعود لتصبح ماغما مرة أخرى وهكذا دواليك. في مراحل مختلفة من العملية يمكن للصخور أن تمرّ في عملية تحوّل في أعقاب ضغط وحرارة وتتابع التغيير في الدورة. .
من المهم أن نتذكر أن الصخرة في هذه العملية تمرّ بتغييرات في الشكل من صخرة إلى أخرى لكن كتلتها تبقى كما هي.
تعليقات
إرسال تعليق