مقدمة في علم الأرض (الجيولوجيا) وشرح المعادن والتبلور ورحلة بين الصخور.

مؤمن محمد عبد الستار الخميس، 18 يوليو 2019

احملوا الأمتعة وشدوا الوثاق، فنحن ذاهبون في رحلة عبر الصحراء. سأذهب اليوم مع عمي -الذي يعمل جيولوجيًّا- في رحلة عبر حقول الصخور، اليوم إجازة من عمله، فعرض عليَّ أن يأخذني في هذه الجولة فوافقت على الفور! طالما كنت أريد أن أعلم أكثر عن هذا العلم الشيق، علم الأرض، واليوم أنا ذاهب لأرى الصخور والمعادن بنفسي في الحقل، فما أجمل هذا اليوم!

ما علم الجيولوجيا؟

وها نحن فجرًا تناولنا الفطور، ثم خرج وركبت السيارة مع عمي، فبدأنا التحرك وكلي شوق لما سأراه، وإذ بنا نسير في الطريق، فأردته أن يحدثني أكثر عن علم الجيولوجيا، فسألته: "ولكن ما علم الجيولوجيا يا عمي؟"
ابتسم ورد قائلًا: "علم الجيولوجيا هو علم يدرس كل ما له علاقة بالأرض، جوفها وسطحها، صخورها ومعادنها، تربتها ورمالها، أنهارها وبحارها، جبالها ووديانها، وكل تغيير قد يطرأ على سطحها، وكل تغيير قد يطرأ على جوفها، وكل الظواهر التي تحدث عليها من براكين وزلازل وغيرها، ولسنا ندرس الأرض في الحاضر فقط، بل ندرس ما كانت عليه في الماضي وندرس الحالة التي كانت عليها الصخور قبل سنين بناء على أدلة نراها في الحاضر.
في علم الجيولوجيا نستخدم الأساليب العلمية المختلفة من فيزياء وكيمياء وأحياء ورياضيات وفلك- من أجل حل المعضلات الجيولوجية وتفسير ظواهرها والتنبؤ بمستقبلها، فهو علم تكاملي يشمل تطبيق كل العلوم الأخرى على دراسة الأرض، فنستخدم الفيزياء مثلًا لدراسة القوى والحركة التي تنتجها الأرض، ونستخدم الكيمياء لتحديد مكوناتها وتحليلها، وهكذا سر، فنحن نطبق كل العلوم ونستفيد منها في دراسة كوكب الأرض."

-"شوقتني أكثر لهذا العلم الجميل، ولكن هلا قلت لي لماذا علينا أن ندرس الأرض؟"

="سؤال جميل، والإجابة بكل بساطة لأن الأرض هي بيتنا. نحن نعتمد على الأرض في كل شيء، نشرب من مائها، نتنفس هواءها، نزرع على تربتها، ونستخرج منها مواردنا وحُليَّنا، لذلك إذا كنا نريد تحقيق أكبر استفادة من كوكبنا فعلينا أن ندرسه بالتفصيل، فندرس التربة وأنواعها وتفسير تكونها، وندرس الصخور والمعادن وما تحويان من موارد وفلزات وثروات."

-"وماذا أيضًا؟"
="ونحن نبني على الأرض مساكننا، فإن لم نتنبأ باستقرار القاعدة التي نبني عليها واحتمال وقوع الزلازل فيها فكيف نبني؟ فالعديد من الحوادث تقع بسبب التقدير الجيولوجي الخاطئ، فيحدث انهدام تام لمبنى ما بسبب التقدير الجيولوجي الهندسي الخاطئ للقاعدة، أو ربما يقفل طريق بسبب سقوط الصخور الضخمة الكثيرة من جبل مجاور للطريق، أو ربما ينشق الطريق انشقاقًا ضخمًا جراء قوى تكتونية، مما يؤدي لفشل الطريق وانعدام الأمان أثناء السير فيه، تحدث مثل هذه الحوادث وتسمى Geotechnical failures، وتسبب خسائر مالية فادحة وأحيانا تسبب خسائر في الأرواح."
-"صار الأمر واضحًا الآن."
="أضيف أيضا أننا نحتاج لدراسة ماضي الأرض وآلية تكون الجبال والأنهار وتفسير ظواهرها الماضية حتى نتمكن من التنبؤ بأحداث جيولوجية مستقبلية، ونحتاج أن نتعلم التغيير المناخي الذي حدث في الماضي وسببه حتى نتمكن من تجنب حدوث المزيد من التغيير مستقبلًا، فمن أجل التنبؤ بالمستقبل كان ضروريا أن ندرس الحاضر والماضي."
-"مع كل كلمة تشوقني أكثر يا عمي، لا أطيق الانتظار حتى أصل للحقل!"

صرت أنظر من نافذة السيارة وأنا أنظر إلى الصخور والجبال المختلفة، وأتخيل وأخمن كيف كانت في الماضي، وكيف ستصير مستقبلًا، وصرت هكذا أتخيل حتى وصلنا الحقل الذي سنستكشفه، عندها توقفنا بالسيارة، فأردت الخروج بسرعة،فأوقفني عمي قائلًا: "مهلًا مهلًا يا بني، كنت أريد أن أشرح لك بعض الأشياء قبل أن ننزل."
-"وما تلك الأشياء يا عمي؟"

التبلور والمعادن

أخذ عمي حقيبته من المقعد الخلفي، وأخرج كتابًا، وأخرج صخرة شبه شفافة لها حواف مكعبة، ثم نظر لي وقال: "أريد أن أحدثك عن التبلور."
="يا بني، أنت تعلم المغناطيس بالطبع وتعلم أن الأقطاب المتشابهة تتنافر وأن الأقطاب المتشابهة تتجاذب. تخيل أننا صنعنا صفًّا من المغناطيسات المتتالية بحيث تتقابل الأقطاب المتشابهة، إلى أي مدى يمكننا أن نمد هذا الصف من المغناطيسات؟"

رددت قائلًا: "نستطيع مد هذا الصف إلى أي مدى نشاء، فكل مغناطيس يستطيع جذب مغناطيس آخر، وذلك الآخر يجذب مغناطيسًا آخر، وهكذا إلى اللا نهاية!"
="ممتاز! عندما تتكرر وحدةٌ ما -وهي المغناطيس في المثال- فإننا نسمي هذا التجمع بلورة، فالبلورة هي وحدة يمكن أن تكرر باستمرار إلى اللا نهاية.
دعني أعرفك بأبسط البلورات على الإطلاق، وهي بلورة الهاليت، الهاليت هو الصخر الوحيد الذي نأكله، إنه ملح الطعام أو كلوريد الصوديوم.

صورة بلورة كلوريد الصوديوم (الهاليت)
By Benjah-bmm27 (talk · contribs) - Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=702423

فتح الكتاب ثم قال لي: "أنظر إلى هذه الصورة، ملح الطعام هو كلوريد الصوديوم كما تعلم، الكرات الخضراء تمثل الكلور، وهي تحمل شحنة سالبة، والكرات البنفسجية تمثل الصوديوم، وهي تحمل شحنة موجبة، ولأن الشحنتان مختلفتان فإنهما يتجاذبان.

عند بداية تكون البلورة، فإن أيون صوديوم موجب يجذب إليه أيونات الكلور السالبة من كل النواحي، فيبدأ تكون البلورة، فتجذب أيونات الكلور السالبة (التي في الخارج) المزيد من أيونات الصوديوم الموجبة إلى البلورة، فتجذب أيونات الصوديوم الموجبة (التي في الخارج) المزيد من أيونات الكلور السالبة إلى البلورة، وهكذا تستمر العملية وتنمو البلورة وتكبر، وتتخذ البلورة شكلًا مكعبًا كما في الصورة.
نظرت إلى الصخرة شبه الشفافة التي كان قد أخرجها من حقيبته وقلت له: "وهل هذا هو معدن الهاليت؟"

صورة معدن الهاليتمصدر الصورة

="تخمين رائع! هذا بالفعل هو معدن الهاليت، أو كلوريد الصوديوم."
-"ولكن لماذا يتخذ المعدن أشكالًا مكعبة عند أطرافه؟ أعلم أن البلورة مكعبة، ولكن هل تحتفظ بشكلها المكعب حتى تكبر وتنمو إلى هذا الحجم؟!"
="سؤال جميل! بالطبع ليس واردًا أن تحتفظ البلورة بشكلها المكعب إلى أن تصل إلى هذا الحجم الضخم، لكن ما يعطي المعدن أطرافًا مكعبة هو خاصية أخرى تسمى الانفصام."
-"وما الانفصام؟"
="تخيل أنك تريد أن تكسر عودًا من الخشب من منتصفه، وهذا العود شبه مكسور عند نقطة ما، أين سينكسر العود."
-"سينكسر العود عند تلك النقطة الهشة بالتأكيد."
="جميل! تخيل الآن أنك تريد أن تشق جزرة إلى نصفين، وتلك الجزرة شبه مشقوقة عند نقطة ما."
-"ستنشق الجزرة عند النقطة الضعيفة، أمر بديهي."
="بالطبع، فالأشياء عمومًا عندما تعرضها للضغط والقوة تميل للانكسار عند أضعف نقاطها، وهذا ما يفسر الأشكال المكعبة التي تظهر على الهاليت."
-"وكيف ذلك؟"
جعل يبحث في كتابه بسرعة ثم أتى لي بصورة وقال لي: "انظر لهذه الصورة، هي أيضًا بلورة الهاليت، تخيل أننا سنكسر البلورة على المستوى الأول، فذلك يؤدي لكسر الروابط الأفقية بين الكلور والصوديوم مع بقاء الروابط الرأسية سليمة، أما إذا كسرنا البلورة على المستوى الثاني (المستوى المائل) فإننا سنكسر كلا الروابط الأفقية الرأسية."

-"أها.. فهمت! ذلك يجعل كسر البلورة على المستوى الأول أسهل من كسرها على المستوى الثاني."
="ممتاز! لذا فإن معدن الهاليت عند تعرضه للضغط فإنه لا ينكسر بشكل مائل على صفوف البلورة، لأن هذا المستوى للكسر يكون قويا ومتينا، لذلك ينكسر بشكل مواز لصفوف الكلور والصوديوم، إما أن ينكسر أفقيا تماما، أو أن ينكسر رأسيا تماما، لأن تلك المستويات هي أضعف وأهش المستويات."
-"إذا لن ينكسر بشكل مائل على البلورة إطلاقًا، وسينكسر موازيًا لصفوف الكلور والصوديوم، ولأن الصفوف تصنع شكل المكعب فإن ناتج الانكسار سيكون شكلًا مكعبًا، أليس كذلك؟"

المعدن -عند تعرضه للضغط- ينكسر بشكل مواز لصفوف الكلور والصوديوم، مما يعطيه شكلًا مكعبًا.

="بالضبط! وهذا ما نسميه في الجيولوجيا الانفصام المكعبي، الانفصام هو انشقاق المعدن على طول مستويات ضعيفة نسبيًّا عند تعرضه للضغط، وعند تكون شكل المكعب نسميه الانفصام المكعبي، وليس الهاليت الوحيد الذي يعطي انفصامًا مكعبيًّا، بل إن البيريت مثلا -وهو معدن آخر- يعطي نفس الشكل عند انفصامه."
ثم أخرج صخرة أخرى من حقيبته وقال: "وهذا هو معدن البيريت."

صورة معدن البيريت
By CarlesMillan - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20844289

="ولكن عليك أن تنتبه، فليست كل المعادن تتخذ أشكالها بسبب الانفصام، فأحيانا يتخذ البيريت شكله المكعب بسبب خاصية أخرى تسمى العادة البلورية، فالبلورة تنمو من البداية على شكل مكعب وولا دخل للانفصام في شكلها، ولا أريد أن أشتتك بالعديد من الخواص البلورية."
-"لقد ارتبكت بالفعل بصراحة، إذًا بعد ذلك كله، ما المعدن؟"

="لا داعي للارتباك، المعدن هو مادة طبيعية صلبة متبلورة تتكون على الأرض بمفردها دون تدخل الإنسان، فأهم صفة للمعدن هي التبلور."
-"وما الصخرة؟"
="الصخرة هي مجموعة من المعادن المختلطة معًا، فالمعادن لا توجد غالبًا بمفردها بل تكون مختلطة بمعادن أخرى، وعند اختلاط تلك المعادن فإنا نسمي المزيج صخرًة، لذا فإن الصخرة مكونة من بلورات مختلفة ممزوجة معًا. الآن اخرج من السيارة، ولنر الصخور في الحقل."

أمثلة للصخور

خرجت من السيارة وإذ بي أذهل بالمنظر البديع للحقل، نظرت إلى أحد الصخور وأثارت فضولي، فسألت عمي: "ما هذا الصخر يا عمي؟"
="هذا هو الجابرو، أحد أشهر الصخور النارية، وقد قلت لك أن الصخور تتكون من معادن مختلطة، وهذا الصخر يتكون من معدنين: البلاجيوكليز والبيروكسين."

صورة صخر الجابرو

-"ولكن ما الصخور النارية؟"
="الصخور النارية هي تلك الصخور التي تتكون عندما تبرد وتتجمد الصهارة، والصهارة هي صخور منصهرة، تصعد على سطح الأرض على شكل حِمم بركانية، وعند تجمدها تصنع لنا الصخور النارية."
-"وهل من أنواع أخرى للصخور؟"

="بالطبع." انحنى وجلب صخرًا من تحت قدمه وقال لي: "هذا هو الحجر الرملي، وهو من الصخور الرسوبية، تنتج الصخور الرسوبية بسبب تفتيت أنواع أخرى من الصخور، وذلك بعوامل التعرية كالرياح والأمطار وغيرها، وعند ترسب تلك الرواسب وتجمعها وتلاحم الفتات معا تنتج صخرة رسوبية."

صورة الحجر الرملي

-"وهل من نوع آخر؟"
="أجل، هناك الصخور المتحولة، وهي تنتج بسبب تعرض صخور آخرى -سواء رسوبية أن نارية- إلى عوامل شديدة من الحرارة والضغط، أو الحرارة دون الضغط، فتتحول تلك الصخور كيميائيا إلى نوع آخر من الصخور وهي الصخور المتحولة، ومن أمثلته صخر الكوارتيزيت. صخر الكوارتيزيت ينتج عن تحول صخور رسوبية أو نارية حاوية على معدن يسمى الكوارتز."

صورة صخر الكوارتيزيت

-"وهل من نوع آخر؟"
="هه كلا، الصخور ثلاثة أنواع فحسب."

وبعد أن تعلمت الكثير عن الصخور والمعادن، بدأت أجول في الحقل، وصرت أجلب الصخور مرارا وتكرارا حتى أعلم نوعها واسمها والمعادن التي تكونها. لقد تعلمت الكثير عن الأرض اليوم، وأنا سعيد للغاية بهذا اليوم.

—————

ملاحظات المؤلف

هذا مرجع يمكن الاستعانة به للمزيد من المعلومات.