أهداف التعلم

• تفسر أهمية الجيولوجيا وتعدد فروعها.
• تقارن بين مكونات كوكب الأرض.
• تميز بين التراكيب الجيولوجية الأولية والتكتونية، وتصف الطيات والفوالق والفواصل وأنواع عدم التوافق.
• تعرّف المعدن وتصف أنظمته البلورية وخواصه الفيزيائية.
• تقارن بين الصخور النارية والرسوبية والمتحولة وتصف دورة الصخور.

شرح الدرس

علم الجيولوجيا وفروعه

من فروعه: الجيولوجيا الطبيعية (العوامل الخارجية والداخلية وتأثيرها في الصخور)، والمعادن والبلورات، والمياه الجوفية، والجيولوجيا التركيبية (التراكيب الصخرية)، وعلم الطبقات، وعلم الأحافير (بقايا الكائنات في الصخور الرسوبية لتحديد عمر الصخور وبيئتها)، والجيوكيمياء، والجيولوجيا الهندسية (السدود والأنفاق والكباري)، وجيولوجيا البترول، والجيوفيزياء.

أهميته: التنقيب عن مصادر الطاقة (الفحم والبترول والغاز الطبيعي والمعادن المشعة) ومواد البناء والخامات المعدنية، وتخطيط المشروعات العمرانية بأمان، والبحث عن المواد الأولية للصناعات الكيميائية، والكشف عن المياه الجوفية لاستصلاح الأراضي.

مكونات كوكب الأرض

1. القشرة الأرضية: رقيقة، وتتكون من صخور نارية ورسوبية ومتحولة. القشرة المحيطية من صخور السيما البازلتية (سيليكا وماغنسيوم) وهي أكثف، والقارية من صخور السيال الجرانيتية (سيليكا وألومنيوم). ورغم اختلاف الكثافة فهما في توازن دائم.
2. الوشاح: يتكون من سيليكات الحديد والماغنسيوم. جزؤه العلوي الصلد مع القشرة يكوّن الغلاف الصخري، وتحته الأسينوسفير وهو صخور لدنة مائعة تسمح بتيارات حمل تساعد على حركة القارات، وجزؤه السفلي صلب.
3. النواة (اللب): مواد عالية الكثافة تحت ضغط هائل وحرارة مرتفعة. اللب الخارجي من حديد ونيكل منصهرين، واللب الداخلي من حديد ونيكل صلب. ودوران اللب الخارجي المنصهر حول الداخلي الصلب يفسر المجال المغناطيسي للأرض. وعرف العلماء ذلك من تحليل موجات الزلازل.

التراكيب الجيولوجية

تتعرض صخور القشرة لقوى داخلية وخارجية تغير أوضاعها وأشكالها، وتسمى هذه الأشكال التراكيب الجيولوجية:

• أولية: تتكون مع الصخر بتأثير عوامل مناخية وبيئية (كالجفاف والرياح والتيارات المائية) دون تدخل القوى التكتونية، مثل التطبق المتقاطع وعلامات النيم والتدرج الطبقي والتشققات الطينية.
• ثانوية (تكتونية): تنتج عن قوى باطن الأرض، وهي الطيات والفوالق والفواصل.

أولًا: الطيات: انثناء أو تجعد في صخور القشرة بفعل قوى ضغط. عناصرها: المستوى المحوري الذي يقسمها إلى نصفين متماثلين، وجناحا الطية على جانبيه، ومحور الطية وهو خط تقاطع المستوى المحوري مع سطح الطبقة. والطية المحدبة طبقاتها منحنية لأعلى وأقدمها في المركز، والطية المقعرة طبقاتها منحنية لأسفل وأحدثها في المركز. وأهميتها: تشكل مكامن للبترول والمياه الجوفية، وتحدد العلاقة الزمنية بين الصخور، وتدل على النشاط التكتوني، وتفيد في تصميم المشروعات الهندسية.

ثانيًا: الفوالق: كسور في الكتل الصخرية يصاحبها حركة نسبية للصخور على جانبي مستوى الفالق. صخور الحائط العلوي فوق المستوى، والحائط السفلي تحته. وأنواعها:

• عادي: ينشأ من الشد ويتحرك الحائط العلوي إلى أسفل.
• معكوس: ينشأ من الضغط ويتحرك الحائط العلوي إلى أعلى.
• دسر (زحفي): معكوس مستواه شبه أفقي.
• أفقي الحركة: تتحرك الصخور أفقيًا دون إزاحة رأسية.
• بارز (هورست): فالقان عاديان يتحدان في صخور الحائط السفلي.
• خندقي (جرابن): فالقان عاديان يتحدان في صخور الحائط العلوي.

وأهمية الفوالق: مصايد للبترول والغاز والمياه الجوفية، وأماكن تصاعد العيون الساخنة (كعيون حلوان والعين السخنة وحمام فرعون)، وترسب خامات اقتصادية كالكالسيت والمنجنيز والنحاس والقصدير من المياه المعدنية الصاعدة في الشقوق.

ثالثًا: الفواصل: كسور في الصخور النارية والرسوبية والمتحولة دون إزاحة، وتتراوح المسافة بينها من سنتيمترات إلى عشرات الأمتار. وقد استفاد المصري القديم منها في بناء المعابد والمقابر وعمل المسلات.

عدم التوافق: سطح تعرية أو عدم ترسيب يفصل مجموعتين صخريتين ويدل على غياب الترسيب فترة زمنية طويلة. شواهده: طبقة من الحصى المستدير (كونجلوميرات) فوق سطحه، وتغير مفاجئ في المحتوى الحفري، واختلاف ميل الطبقات على جانبيه، ووجود تراكيب أو اقتحامات نارية في مجموعة دون الأخرى. وأنواعه:

• المتباين: بين صخور رسوبية أحدث وصخور نارية أو متحولة.
• الزاوي: مجموعة أقدم مائلة وأحدث أفقية (أو مائلتان باتجاهين مختلفين).
• الانقطاعي: بين مجموعتين رسوبيتين شبه أفقيتين بسبب التعرية أو انقطاع الترسيب.

المعادن

المعدن مادة صلبة غير عضوية تتكون في الطبيعة ولها تركيب كيميائي محدد وشكل بلوري مميز. يتكون بعضها من عنصر واحد (الذهب والكبريت والنحاس، والجرافيت والماس من الكربون)، وأغلبها من اتحاد عنصرين أو أكثر (كالكوارتز من أكسيد السيليكون والكالسيت من كربونات الكالسيوم). وأكثر مجموعات المعادن في صخور القشرة السيليكات، تليها الكربونات ثم الأكاسيد والكبريتيدات والكبريتات، ثم المعادن العنصرية.

التركيب البلوري: ترتيب الذرات ترتيبًا منتظمًا يكوّن البلورة، وهي جسم هندسي مصمت أسطحه المستوية تسمى الأوجه البلورية؛ كمعدن الهاليت (كلوريد الصوديوم) على شكل مكعب. وتُدرس البلورات بعناصر: أطوال المحاور البلورية، والزوايا بينها، ومحور التماثل ومستوى التماثل. وتصنف إلى أنظمة، منها ما له ثلاثة محاور بلورية (مكعب، رباعي، معيني قائم، أحادي الميل، ثلاثي الميل) وما له أربعة محاور (سداسي، ثلاثي). فالنظام المكعب محاوره الثلاثة متساوية ومتعامدة وهو أكثرها تماثلًا، وثلاثي الميل محاوره مختلفة وغير متعامدة وليس له مستوى تماثل، ومعظم المعادن تنتمي إلى أحادي الميل.

الخواص الفيزيائية:

• البصرية: البريق (فلزي كالبيريت والجالينا والذهب، ولا فلزي كالزجاجي في الكوارتز واللؤلؤي في الفلسبار والترابي في الكاولينيت)، واللون (قليل الأهمية في التعرف لأنه يتغير بالشوائب كالكوارتز الوردي والبنفسجي والأبيض والعديم اللون المسمى البلور الصخري)، والمخدش وهو لون مسحوق المعدن على خزف غير مصقول وهو ثابت (الهيماتيت مخدشه أحمر، والبيريت أسود، والكوارتز أبيض)، وعرض الألوان (الماس واللألأة في الأوبال).
• التماسكية: الصلادة وهي مقاومة الخدش وتُقاس بمقياس موس من 1 إلى 10: التلك (1) الجبس (2) الكالسيت (3) الفلوريت (4) الأباتيت (5) الأرثوكلاز (6) الكوارتز (7) التوباز (8) الكوراندوم (9) الماس (10). والانفصام وهو التشقق على مستويات ضعيفة (صفائحي في الميكا، مكعبي في الهاليت والجالينا، معيني في الكالسيت، ولا انفصام في الكوارتز بل مكسر محاري). والقابلية للسحب والطرق كالذهب والفضة والنحاس.
• أخرى: الوزن النوعي (الجالينا والذهب ثقيلان) والخاصية المغناطيسية (الماجنيتيت).

الصخور

الصخر جسم طبيعي صلب يتكون غالبًا من عدة معادن وأحيانًا من معدن واحد (كالحجر الجيري من الكالسيت). تُقسم حسب نشأتها إلى ثلاثة:

الصخور النارية

أول صخور القشرة، تُسمى أم الصخور، وتكونت بتبريد وتبلور الصهير (الماجما تحت السطح، واللافا على السطح). وهو سائل لزج يتكون من العناصر الثمانية الرئيسية في السيليكات على هيئة أيونات مع غازات كبخار الماء. وبيّنت تجارب بوين أنه عند تبريد الماجما تتبلور أولًا المعادن الغنية بالحديد والماغنسيوم والكالسيوم، فيغنى الصهير المتبقي بالصوديوم والبوتاسيوم والسيليكون. وتتسلسل المعادن: الأوليفين أولًا ثم البيروكسين والأمفيبول، ثم الفلسبارات، ثم الميكا، ويتبلور الكوارتز آخرًا (متسلسلة تفاعلات بوين).

التقسيم حسب التركيب المعدني (نسبة السيليكا):

• فوق قاعدية: أقل من 45% سيليكا، غنية بالأوليفين والبيروكسين، لونها أسود غامق؛ مثل البيريدوتيت (جوفي) والكوماتيت (سطحي).
• قاعدية: نحو 45–55%، تتبلور عند حرارة تزيد على 1100°م، لونها أسود غامق؛ مثل الجابرو (جوفي) والدوليرايت (متداخل) والبازلت (بركاني، وهو أشهرها انتشارًا على سطح الأرض ويُستخدم في الرصف).
• متوسطة: نحو 55–66%، لونها بين الفاتح والغامق؛ مثل الديوريت والأنديزيت.
• حمضية: أكثر من 66%، فاتحة اللون وردية، تتبلور عند حرارة أقل من 800°م؛ مثل الجرانيت (جوفي خشن شائع في البناء) والرايوليت (بركاني دقيق التبلور) والأوبسيديان (زجاجي) والبيوميس (فقاعي خفيف الوزن).

التقسيم حسب مكان التبلور والنسيج:

• جوفية: تبرد ببطء في الباطن فتتكون بلورات قليلة كبيرة (نسيج خشن) كالجرانيت.
• متداخلة: يندفع الصهير ولا يصل إلى السطح فيتداخل في الصخور، وتتجاور بلورات كبيرة وأخرى صغيرة (نسيج بورفيري) كالدوليرايت والميكروجرانيت.
• بركانية (سطحية): تبرد بسرعة فينتج نسيج زجاجي أو دقيق التبلور أو فقاعي.
• مكافئة: صخور بالتركيب الكيميائي والمعدني نفسه وتختلف في المكان والنسيج، كالجرانيت والميكروجرانيت والرايوليت.

أشكالها في الطبيعة: تحت سطحية كالباثوليث (أكبر الكتل)، والقباب (لاكوليث محدب إذا كانت الماجما لزجة، ولوبوليث مقعر إذا كانت قليلة اللزوجة)، والعروق (قاطعة للصخور المحيطة) والجدد (موازية للطبقات). وسطحية كالطفوح البركانية، والمواد الفتاتية (البريشيا البركانية والرماد) والمقذوفات البركانية.

الصخور الرسوبية

تتكون من تفتيت صخور قديمة بالتجوية، ثم نقل الفتات وترسيبه في أحواض في طبقات متوازية ثم تماسكه. وهي تغطي نحو ثلاثة أرباع سطح الأرض لكنها طبقات رقيقة. وتضم الصخور الطينية التي يتكون فيها البترول والغاز، وصخورًا مسامية (رملية وجيرية) تخزن النفط والغاز والمياه الجوفية. وتسود منها الطينية والرملية والجيرية. وأقسامها:

1. فتاتية: تُقسم حسب حجم الحبيبات: كونجلوميرات (حصى مستدير) وبريشيا (حاد الحواف) وحجر رملي وصخور طينية، والطين الصفحي (الطفل) متورق.
2. كيميائية النشأة: من ترسب الأملاح الذائبة عند تبخر الماء: كربونات (الحجر الجيري والدولوميت)، وسيليكاتية (الصوان)، ومتبخرات (الجبس والأنهيدريت وملح الطعام الصخري الهاليت).
3. عضوية (بيوكيميائية): تبني الأحياء البحرية هياكلها من كربونات الكالسيوم فتتراكم مكونة الحجر الجيري الغني بالحفريات، وصخور الفوسفات.

مصادر الطاقة: الفحم يتكون بدفن بقايا نباتية بسرعة بعيدًا عن الهواء (في المستنقعات خلف دلتات الأنهار) حتى تفقد المواد الطيارة ويتركز الكربون. والنفط والغاز هيدروكربونات تتكون من تحلل بقايا نباتية وحيوانية بحرية دقيقة بعيدًا عن الهواء مع الصخور الطينية (صخور المصدر)، ثم تهاجر إلى صخور مسامية (صخور الخزان). والطفل النفطي صخر طيني غني بالكيروجين الذي يتحول إلى مواد نفطية بالتسخين.

الصخور المتحولة

صخور نارية أو رسوبية (أو متحولة) تأثرت بحرارة شديدة أو ضغط كبير أو بهما فتغيرت معادنها ونسيجها فتصبح أكثر تبلورًا أو تترتب بلوراتها عموديًا على اتجاه الضغط.

• كتلية: تنشأ بتأثير الحرارة عند ملامسة كتلة صهير، فتكبر البلورات ويتكون نسيج حبيبي: كوارتزايت من الحجر الرملي، ورخام من الحجر الجيري.
• متورقة: تنشأ بتأثير الحرارة والضغط فترتب البلورات في صفائح عمودية على الضغط: أردواز من الطفل (ضغط مرتفع وحرارة منخفضة نسبيًا)، وشيست ميكائي، ونيس من الجرانيت (بلورات في صفوف متوازية متقطعة).

دورة الصخور

ربط جيمس هاتون بين الأنواع الثلاثة والغلافين الجوي والمائي في دورة الصخور. مراحلها: التجوية (تفتيت وتحلل ميكانيكي وكيميائي)، ثم النقل، ثم الترسيب عندما يعجز عامل النقل عن حمل الفتات، ثم التحجر (تماسك الرواسب فتتكون رسوبية)، ثم التحول بالحرارة والضغط، ثم الانصهار فيتكون الصهير، ثم التبريد والتبلور فتتكون صخور نارية.

أسئلة للتدريب

1. قارن بين القشرة المحيطية والقشرة القارية.
2. قارن بين الفالق العادي والفالق المعكوس.
3. ما الخواص الفيزيائية التي تُستخدم في التعرف على المعادن؟
4. قارن بين الصخور النارية الجوفية والمتداخلة والبركانية.
5. صف مراحل دورة الصخور.