اضغط «إظهار الإجابة» تحت كل سؤال للتحقق من إجابتك، ثم جرّب «اختبر نفسك» في النهاية.
١
الوحدة الأولى: الكون والأرض — الفصل الأول: مقدّمة في علم الأرض (الجيولوجيا) — الدرس 1: علم الأرض
صفحات 12–17اكتشف بنفسك: كيف يبدو شكل الأرض حول مدرستك؟
ما خطوات النشاط «كيف يبدو شكل الأرض حول مدرستك؟» (الأدوات: ورقة، بوصلة)
إظهار الإجابة
١) ارسم مربعًا على ورقة لتمثل مدرستك. ٢) اختر كلمة تصف نوع الأرض قرب مدرستك (أرض مستوية · ذات مرتفعات · متموجة) واكتبها بجانب المربع. ٣) استخدم البوصلة لتحدد جهة الشمال واعتمد نقطة الشمال على أن تكون أعلى ورقتك. ٤) إذا اتجهت بعيدًا عن مدرستك 1km شمالًا فما نوع الأرض؟ اختر كلمة تصف الأرض في تلك المنطقة واكتبها شمال المربع. ٥) كرّر الخطوة 4 لمناطق تبعد 1km شرق مدرستك وجنوبها وغربها. فكّر مليًّا (إنشاء تعريفات عملية): كيف تصف الأرض في منطقتك بجملة واحدة؟
مقدمة الفصل: على ماذا يعتمد الإنسان في تلبية حاجاته؟
إظهار الإجابة
يعتمد الإنسان على مواد الأرض الطبيعية ليلبّي حاجاته الأساسية، ومنها المعادن والصخور والوقود الأحفوري؛ وفي هذا الفصل سيتم عرض معلومات حول علم الأرض (الجيولوجيا).
1. علم الأرض (الجيولوجيا) Earth Science (Geology)
ما أصل كلمة «جيولوجيا»؟ وما تعريفها؟
إظهار الإجابة
كلمة إنجليزية أصلها لاتيني، مؤلفة من كلمتين: «Geo» وتعني الأرض، و«Logos» وتعني العلم. الجيولوجيا (علم الأرض) هو علم يبحث في كل ما يتعلق بالأرض من حيث نشأتها وعلاقتها بالأجرام السماوية وتركيبها والأحداث التي شهدتها والعوامل الداخلية والخارجية التي لا تزال تؤثر فيها.
لماذا تسبق دراسة الجيولوجيا الفيزيائية دراسة تاريخ الأرض؟
إظهار الإجابة
منطقيًّا تسبق دراسة الجيولوجيا الفيزيائية دراسة تاريخ الأرض، لأن علينا إدراك كيف تعمل الأرض أولًا قبل أن نحاول حل لغز الماضي. وينقسم كل من الجيولوجيا الفيزيائية والتاريخية إلى عدة مجالات من التخصصات.
عدّد المجالات المختلفة لعلم الأرض (جدول 1). وكم يمثّل كل فصل في الكتاب منها؟
إظهار الإجابة
كل فصل في الكتاب يمثل مجالًا أو أكثر من التخصصات في الجيولوجيا. المجالات: علم البلّورات Crystallography · علم الصخور Petrology · جيولوجيا النفط Petroleum Geology · علم الزلازل Seismology · جيولوجيا الآثار القديمة Archeological Geology · علم المحيطات Oceanography · الجيولوجيا التركيبية Structural Geology · جيولوجيا التعدين Mining Geology · جيولوجيا الكواكب Planetary Geology · علم الأحافير Paleontology · علم المناخ القديم Paleoclimatology · علم وصف الطبقات Stratigraphy · الجيولوجيا الاقتصادية Economic Geology · الجيومورفولوجي (علم شكل الأرض) Geomorphology · علم البراكين Volcanology · الجيوفيزياء Geophysics · الجيوكيمياء Geochemistry · جيولوجيا المياه Hydrogeology · علم الرسوبيات Sedimentology · علم المعادن Mineralogy.
ما الحديث الشريف الذي يتصل بتغيّر الأرض؟ وما دلالته الجيولوجية؟
إظهار الإجابة
قال أبو هريرة رضي الله عنه: إنّ رسول الله ﷺ قال: «لا تقوم الساعة حتى تعود أرض العرب مروجًا وأنهارًا» رواه مسلم. بحسب الحديث كانت المنطقة العربية مليئة بالأنهار والبساتين قبل انتهاء الحياة على الأرض. تُعتبر منطقة الرقة في دولة الكويت منطقة مليئة بالغابات وذلك بالاستناد إلى وجود بقايا الأشجار المتحجرة التي تمّ اكتشافها. وفي الماضي كان وادي الباطن الذي يقع على حدود الكويت الغربية نهرًا ضخمًا.
لماذا تُعدّ الأرض ديناميكية؟ (شكل 1)
إظهار الإجابة
إنّ الأرض دائمة التغيّر. فالبراكين التي تثور في مناطق عديدة تغيّر شكل سطح الأرض (شكل 1: صورة لجبل قبل البركان (أ) وبعده (ب)). والزلازل التي تحدث في قاع المحيطات تسبّب أمواج التسونامي وتغمر الأراضي بالمياه. وقد شهد كوكب الأرض عصورًا جليدية كثيرة كان آخرها منذ عشرة آلاف سنة. سؤال الكتاب: ماذا تتوقع أن يحدث لشكل سطح الأرض خلال السنين القادمة؟
لماذا يمثّل فهم الأرض تحديًّا كبيرًا؟ وما علاقة علم الأرض بالعلوم الأخرى (شكل 3)؟
إظهار الإجابة
لأن كوكبنا جسم ديناميكي ذو أجزاء تفاعلية عديدة وتاريخ معقد؛ والأرض منذ نشأتها في تغير دائم، وسوف تستمر في التغير، وغالبًا ما تحدث التغيرات ببطء شديد، بل تكاد تكون غير ملحوظة على مدى الحياة؛ وقد تكون أحيانًا سريعة وعنيفة كما يحدث أثناء الانزلاقات الأرضية وثورات البراكين. تتطلب الجيولوجيا فهمًا وتطبيقًا لمبادئ الفيزياء والكيمياء والأحياء. ويسعى علم الأرض إلى توسيع معرفتنا بالعالم الطبيعي وموقعنا فيه. تربطه الخريطة الذهنية (شكل 3) بعلوم: الفيزياء، الكيمياء، الفلك، الأحياء (والأحافير)، جيولوجيا الكواكب، علم البحار وغيرها.
2. مقتطفات تاريخية عن الجيولوجيا Historical Excerpts about Geology
ماذا تذكر المقتطفات التاريخية عن اهتمام الإنسان بالأرض وعن اليونانيين؟
إظهار الإجابة
كانت طبيعة الأرض —موادها وعملياتها— مركز اهتمام دراسة على قرون، وترجع الكتابات عن الأحافير والأحجار الكريمة والزلازل والبراكين إلى اليونانيين منذ أكثر من 2300 عام. لم تخلُ الكتابات والتفسيرات من الخرافات؛ فقالوا إن الأرض عبارة عن قرص مسطّح يحيط به الماء، وإن هذا الماء مصدر جميع المواد على الأرض. ثمّ اعتقد الجميع أن الأرض أسطوانية الشكل وأنّ كلّ الكائنات تطوّرت من الأسماك. ارتكز قسم كبير من العلوم الطبيعية عند اليونانيين على الفلسفة والرؤى.
ما دور العلماء العرب والمسلمين في علم الأرض؟ اذكر أمثلة
إظهار الإجابة
جاء العلماء العرب واقتبسوا العلوم منهم مضيفين معلومات كثيرة مبنية على تفسير الظواهر الطبيعية والبحث العلمي. أدّى العلماء العرب والمسلمون دورًا مهمًا في مجال علم الأرض: ١) إبراهيم الفزاري صنع أول جهاز استخدمه العرب لتحديد ارتفاع النجوم والكواكب. ٢) ابن سينا أول من درس المعادن والصخور دراسة علمية، وكانت له دراسات في علم البحار وكيفية تكوّن الصخور الرسوبية. ٣) جلال الدين السيوطي أعدّ سجلًّا خاصًّا بالزلازل موضحًا تاريخ حدوثها وأشكال الدمار المصاحبة لها وغيرهم.
نظرية الكوارث ومبدأ الوتيرة الواحدة
ما نظرية الكوارث Catastrophism؟
إظهار الإجابة
خلال القرنين السابع عشر والثامن عشر أثّرت نظرية الكوارث بشكل ملحوظ في فكر الناس حول الأرض. فقد تضمّنت هذه النظرية أن المواقع الطبيعية كالجبال والوديان قد تشكّلت في البداية بعد وقوع كوارث هائلة، وأنها نتجت عن عوامل لم يعرفها العلماء حينها.
من هو جيمس هاتون؟ وما مبدأ الوتيرة الواحدة (الانتظام المستديم)؟
إظهار الإجابة
في عام 1795 نشر الفيزيائي الاسكتلندي والمزارع جيمس هاتون (1726–1797) كتابًا بعنوان «نظرية الأرض Theory of Earth» ووضع فيه مبدأ الوتيرة الواحدة (الانتظام المستديم) Uniformitarianism الذي يُعدّ المبدأ الأساسي وركيزة الجيولوجيا الحديثة. ينصّ هذا المبدأ على أنّ القوانين الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية القائمة الآن كانت هي نفسها في الماضي الجيولوجي. وبمعنى آخر، كلّ ما نلاحظه من قوى وعمليات لتشكّل كوكبنا الآن لم يتغيّر منذ زمن طويل. لذلك ومن أجل فهم الصخور القديمة علينا أولًا أن نفهم العمليات الحالية ونتائجها، أي أنّ الحاضر هو مفتاح الماضي.
كيف قُدّر عمر الأرض؟
إظهار الإجابة
رغم أنّ هاتون وآخرين قد أدركوا أنّ الزمن الجيولوجي طويل جدًّا، إلا أنه لم تتوفر لديهم أي طريقة لتحديد عمر الأرض. وكانت أول محاولة لتحديد عمر الأرض عام 1905 باستخدام الطاقة الإشعاعية. فقد استطاع علماء الجيولوجيا تحديد الأزمنة الدقيقة لأحداث تاريخ الأرض بواسطة النظائر المشعّة والأجهزة العلمية الحديثة. وأصبحنا نعرف الآن أنّ الديناصورات قد انقرضت منذ حوالي 65 مليون سنة، وأنّ عمر الأرض الإجمالي يُقدّر بحوالي 4.5 مليار سنة.
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 1: ١) تنقسم الجيولوجيا إلى مجالين كبيرين. اذكر اسمي هذين المجالين وقارن بينهما.
إظهار الإجابة
الجيولوجيا الفيزيائية (تدرس المواد المكوّنة للأرض والعمليات تحت سطحها وعليه) والجيولوجيا التاريخية (تضع ترتيبًا زمنيًّا للتغيرات الفيزيائية والبيولوجية في الأزمنة الماضية). (حلّ نموذجي)
٢) اكتب بإيجاز دور اثنين من علماء العرب في علم الأرض (الجيولوجيا)؛ ٣) كيف ساهمت الاقتراحات المؤيدة لنظرية الكوارث في تفسير الأحداث الجيولوجية؟ ٤) صف مبدأ الانتظام المستديم، وكيف قدّر مؤيدو هذه الفكرة عمر الأرض؟ ٥) كم يبلغ عمر الأرض تقريبًا؟ حدّد الطريقة التي استخدمها العلماء لتحديد عمر الأرض.
إظهار الإجابة
٢) الفزاري (أول جهاز لتحديد ارتفاع النجوم) · ابن سينا (دراسة المعادن والصخور) · السيوطي (سجل الزلازل). ٣) فسّرت تشكّل الجبال والوديان بكوارث هائلة وقعت في البداية. ٤) القوانين والعمليات الجارية الآن هي نفسها التي كانت في الماضي (الحاضر مفتاح الماضي)؛ وأدركوا أن الزمن الجيولوجي طويل جدًّا لكن لم يملكوا طريقة لتقدير العمر. ٥) 4.5 مليار سنة، بالطاقة الإشعاعية (النظائر المشعة) منذ 1905. (حلّ نموذجي من نص الدرس)
٢
أسئلة مراجعة الفصل الأول
صفحة 19أولًا: أكمل العبارات: ١) المجالان الرئيسيان للجيولوجيا هما ... و ... ٢) يعتبر مبدأ ... ركيزة علم الأرض في العصر الحاضر.
إظهار الإجابة
١) الجيولوجيا الفيزيائية والجيولوجيا التاريخية. ٢) الوتيرة الواحدة (الانتظام المستديم).
ثانيًا: اختر: ١) تسعى الجيولوجيا ... إلى فهم العديد من العمليات التي تحدث تحت و/أو على سطح الأرض (الهندسية – الحيوية – التاريخية – الفيزيائية). ٢) ينادي مبدأ ... بأن القوانين الفيزيائية والبيولوجية والكيميائية القائمة الآن كانت هي نفسها قائمة في الماضي الجيولوجي (الكوارث – الانتظام المستديم – الانقراض الجماعي – الخلق الخاص).
إظهار الإجابة
١) الفيزيائية. ٢) الانتظام المستديم.
ثالثًا: اكتب المصطلح العلمي: ١) قسم من الجيولوجيا يتناول المواد المكوّنة للأرض. ٢) الكثير من الملامح والمظاهر للأرض تم تشكيلها بواسطة كوارث هائلة. ٣) المبدأ الذي ينادي بأن الحاضر هو مفتاح الماضي.
إظهار الإجابة
١) الجيولوجيا الفيزيائية. ٢) نظرية الكوارث. ٣) مبدأ الوتيرة الواحدة (الانتظام المستديم).
رابعًا: علّل: ١) يعتقد الكثيرون أن الأرض ثابتة الملامح وغير متغيرة. ٢) منطقيًّا يجب أن تدرس الجيولوجيا الفيزيائية قبل دراسة تاريخ الأرض.
إظهار الإجابة
١) لأن التغيرات تحدث ببطء شديد تكاد لا تُلحظ على مدى الحياة. ٢) لأن علينا إدراك كيف تعمل الأرض أولًا قبل أن نحاول حل لغز الماضي. (حلّ نموذجي من نص الدرس)
خامسًا: أسئلة مقالية: ١) ما هو الانتظام المستديم؟ ٢) ارسم خريطة ذهنية توضّح علاقة علم الأرض بعلوم أخرى بعلوم لم تذكر في الخريطة الذهنية السابقة.
إظهار الإجابة
١) مبدأ الوتيرة الواحدة: العمليات والقوانين الحالية هي نفسها التي كانت في الماضي (انظر الدرس). ٢) رسم ذهني: الأرض في المركز مرتبطة بعلوم مثل الجغرافيا والرياضيات والهندسة وعلم البيئة (إجابة مفتوحة).
٣
الفصل الثاني: نشأة الكون — الدرس 1: نشأة الكون
صفحات 20–24ما تعريف الكون؟ وما عمره وقطره المرئي؟
إظهار الإجابة
يُعرف الكون بأنه مجمل الوجود، بما في ذلك الكواكب والنجوم والمجرات ومحتويات الفضاء بين المجرات من مادة وطاقة. عمر الكون تقريبًا 13.7 مليار عام (بحسب تقدير الفيزيائيين)، وقطر الجزء المرئي من الكون يبلغ حوالي 93 مليار سنة ضوئية على الأقل فيما تزال المعلومات حول الجزء غير المرئي مهمة. فمقارنة حجم الأرض بالشمس هي تمامًا كمقارنة حصى صغيرة بكرة سلة.
ما الآيات التي ذكرت عظمة الكون واتساعه ونظامه في هذا الفصل؟
إظهار الإجابة
﴿لَا الشَّمْسُ يَنبَغِي لَهَا أَن تُدْرِكَ الْقَمَرَ وَلَا اللَّيْلُ سَابِقُ النَّهَارِ وَكُلٌّ فِي فَلَكٍ يَسْبَحُونَ﴾ (يس:40) · ﴿وَآيَةٌ لَّهُمُ الْأَرْضُ الْمَيْتَةُ أَحْيَيْنَاهَا﴾ (يس:33–34) · ﴿وَالسَّمَاءَ بَنَيْنَاهَا بِأَيْدٍ وَإِنَّا لَمُوسِعُونَ﴾ (الذاريات:47) · ﴿تَعْرُجُ الْمَلَائِكَةُ وَالرُّوحُ إِلَيْهِ فِي يَوْمٍ كَانَ مِقْدَارُهُ خَمْسِينَ أَلْفَ سَنَةٍ﴾ (المعارج:4) · ﴿وَالْقَمَرَ قَدَّرْنَاهُ مَنَازِلَ حَتَّىٰ عَادَ كَالْعُرْجُونِ الْقَدِيمِ﴾ (يس:39). قال تعالى في سورة الذاريات إن الله أكد في كتابه عظمة الكون وكبر حجمه.
نظرية الانفجار العظيم Big Bang
لماذا نسأل عن نشأة الكون؟ وما تصوّر جورج لو ميتر (Georges Le Maitre) عام 1927؟
إظهار الإجابة
كان للإنسان العديد من التصورات والنظريات في تفسير نشأة هذا الكون الهائل، بعضها يُعدّ أساطير وبعضها الآخر أصبح أفكارًا غير واقعية، وبعض نظرياته لم تثبت صحتها، إلى أن تحدّث عالم الفلك البلجيكي جورج لو ميتر "George Le Maitre" سنة 1927 عن تصور له نتيجة ملاحظاته الدقيقة للكون. فوجد أنّ الكون في بدء نشأته كان كتلة غازية عظيمة الكثافة واللمعان والحرارة وسمّاها البيضة الكونية Cosmic Egg.
كيف نشأت الكواكب والنجوم والمجرات وفق النظرية؟
إظهار الإجابة
حصل في الكتلة، بتأثير الضغط الهائل المنبثق من شدّة حرارتها، انفجار عظيم فتّتها وقذفها وأجزاءها في كل اتجاه فتكوّنت الكواكب والنجوم والمجرات مع مرور الوقت. وخلال الانفجار حدث تمدّد وتطوّر للغازات مبتعدة عن المركز بسبب الفارق الضغطي بين قوّة الجذب وتمدّد الغازات.
ما الأدلة على صحة نظرية الانفجار العظيم؟
إظهار الإجابة
١) إدوين هابل Edwin Hubble (1929): أعطى دليلًا رصديًّا؛ اكتشف أنّ المجرات تتباعد وتتراجع بعيدًا في جميع الاتجاهات، وهو ما عُرف لاحقًا باسم قانون هابل. استنادًا إلى هذه الظاهرة فإن الكون لا يملك اتجاهًا مفضلًا ولا مكانًا مفضلًا، لذلك كان استنتاج هابل أن الكون يتوسع بشكل معاكس تمامًا لنظرية أينشتاين عن كون ساكن Static Universe. ٢) القمر الصناعي COBE Explorer (شكل 6): أرسلت وكالة الفضاء الأمريكية NASA سنة 1989 هذا القمر، وبعد ثلاث سنوات من إرساله قدّم معلومات دقيقة تؤكد نظرية الانفجار العظيم؛ وسُمي هذا الاكتشاف باكتشاف القرن العشرين. ٣) من القرآن الكريم: ﴿أَوَلَمْ يَرَ الَّذِينَ كَفَرُوا أَنَّ السَّمَاوَاتِ وَالْأَرْضَ كَانَتَا رَتْقًا فَفَتَقْنَاهُمَا وَجَعَلْنَا مِنَ الْمَاءِ كُلَّ شَيْءٍ حَيٍّ أَفَلَا يُؤْمِنُونَ﴾ (الأنبياء:30).
اللبنات الأساسية للكون
مما يتألف الكون؟ وما أنواع السدم؟
إظهار الإجابة
أصبح لدى العلماء في الوقت الحاضر معرفة أفضل عن الكون، بفضل التقدم العلمي والتكنولوجي وتطور التلسكوبات البصرية والراديوية، فلقد أصبح من الممكن التعرف على أن الكون يتألف من ثلاث لبنات أساسية: اللبنة الأولى تتألف من السحب الغازية (السدم الغازية)، واللبنة الثانية تتكون من الغبار الكوني (السدم الغبارية)، واللبنة الثالثة والمهمة وهي النجوم.
عرّف السدم Nebulae. واذكر أمثلة على أشهرها
إظهار الإجابة
هي تجمعات من الغازات والأتربة بعضها قديم التكوين نشأ مع بداية نشأة الكون، ولذلك تحتوي على نسبة عالية من الهيدروجين والهيليوم ولا تحتوي على عناصر ثقيلة. والغالب منها عبارة عن بقايا انفجارات النجوم وما تخلفه من غازات وأتربة وتكون نسبة العناصر الثقيلة في هذه السدم عالية إذ تكونت هذه العناصر في المخلفات النجمية. أشهر أشكال السدم (شكل 7): سديم الحصان (رأس الفرس) Horsehead Nebula · سديم الجبار Orion Nebula · سديم السرطان Crab Nebula · سديم الوردة Rosette Nebula.
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 1: ١) ما المقصود بـ: البيضة الكونية؟ قانون هابل؟ اللبنات الأساسية للكون؟ ٢) عرّف السديم وميّز بين أشكاله. ٣) ما دليلك على اتساع الكون؟
إظهار الإجابة
١) البيضة الكونية: بؤرة صغيرة (الذرة الأم) اجتمعت فيها مادة الكون وطاقته بكثافة لانهائية وحرارة عظيمة قبل الانفجار؛ قانون هابل: المجرات تتباعد عنا في جميع الاتجاهات؛ اللبنات: السحب الغازية، الغبار الكوني، النجوم. ٢) السدم تجمعات من الغازات والأتربة؛ أشكالها: الحصان، الجبار، السرطان، الوردة. ٣) تباعد المجرات وانزياح أطيافها نحو الأحمر (هابل 1929) ورصد القمر COBE. (حلّ نموذجي من نص الدرس)
٤
الدرس 2: المجرّات ودورة حياة النجم
صفحات 25–271. المجرات Galaxies
ما المجرة؟ وما أنواعها؟
إظهار الإجابة
المجرات عبارة عن نظام كوني وحدته النجوم أو الحشود النجمية والسدم التي ترتبط معًا بقوى جذب كونية متبادلة، وهي ليس ثابتة في مكانها بل تدور ككتلة واحدة حول محور وهمي في مركز المجرة مع اختلاف حركة أجزائها الداخلية، وتتحرك في الوقت نفسه وتتحرك مبتعدة عن بعضها البعض (شكل 8). ويبلغ اتساع المجرات مئات السنين الضوئية وتختلف فيما بينها من حيث الحجم والكتلة وعدد النجوم التي تحويها. ولقد سُميت بحسب أشكالها تبعًا لتصنيفها الذي قام به العالم هابل Hubble (شكل 9): ١) المجرات الإهليلجية (بيضاوية) ٢) المجرات الحلزونية (لولبية) ٣) المجرات العدسية. (شكل 9: E: Elliptical بيضاوية · S: Spiral حلزونية · B: Barred قضيبية · S0: مجرات عدسية).
ما مجرة درب التبانة Milky Way Galaxy؟ وأين موقع الشمس منها؟
إظهار الإجابة
أهم مجرة لنا هي مجرة درب التبانة أو الطريق الحليبي والتي تعتبر الشمس أحد نجومها (شكل 10). وأقرب المجرات لنا هي مجرة المرأة المسلسلة ومجرة سحابتا ماجلان. تحوي أكثر من مائتي مليار نجم، ويقدّر العلماء قطرها بحوالي 100 ألف سنة ضوئية، وتحوي الكثير من التجمعات الضوئية بما فيها المجموعة الشمسية، والتي ينتمي إليها كوكبنا كوكب الأرض، وتقع المجموعة الشمسية في أحد أذرع المجرّة الذي يسمّى ذراع الجبار Orion Arm.
2. النجوم ودورة حياتها Stars and Star Cycle
ما النجم؟ وما مراحل دورة حياته؟
إظهار الإجابة
النجم هو جرم سماوي يشعّ ضوءًا وحرارة ذاتيًّا، تنتشر النجوم في المجرات، ومن أقرب الأمثلة لها الشمس. كما أن للإنسان دورة حياة تبدأ بميلاده وتنتهي بموته، فإن للنجوم أيضًا دورة حياة تبدأ بمولدها وتنتهي بموتها، وقد يستغرق الأمر ملايين السنين حتى يكمل النجم دورة حياته. يمر النجم أثناء دورة حياته أربع مراحل: مرحلة النجم الأوّلي (الولادة) ← مرحلة البلوغ ← مرحلة الشيخوخة (العملاق الأحمر) ← مرحلة الموت. وتتشابه النجوم في المراحل الثلاث الأولى في حين تعتمد مرحلة الموت على حجم النجم.
كيف تتكوّن مرحلة النجم الأولي (النجم الوليد)؟ وما معلومة أساسية عن طاقة النجم؟
إظهار الإجابة
معلومة أساسية: تنتج طاقة النجم الحرارية والإشعاعية عن اندماج ذرات وأيونات الهيدروجين لتكوّن ذرات أثقل هي الهيليوم، ويسمى هذا التفاعل الاندماج النووي. المرحلة الأولى: ينشأ النجم الأولي نتيجة انكماش سديم بارد جدًّا من الغازات والغبار المنتشر في الفضاء تحت تأثير الجذب الذاتي لهذه المكونات، بحيث يتكوّن في معظمه من غاز الهيدروجين وهو أخفّ العناصر. تبدأ هذه الكتلة بالدوران حول مركزها نحو مركز الكتلة، فتصطدم بعضها ببعض ما يؤدي إلى تسخينها لتصل إلى درجة حرارة عالية جدًّا. وعندما تصل درجة الحرارة إلى 15 مليون درجة مئوية يبدأ الاندماج النووي بين أنوية الهيدروجين فيتكوّن الهيليوم في مركز الكتلة، وتنطلق طاقة حرارية جبارة نتيجة التفاعل النووي تعمل على توهج الكتلة الغازية، وهذا ما يُسمّى بالنجم الأوّلي ويكون غالبًا مائلًا للاحمرار.
٥
تابع الدرس 2: مراحل حياة النجم (البلوغ · الشيخوخة · الموت)
صفحات 28–29ما مرحلة البلوغ (2.1.2)؟
إظهار الإجابة
سرعان ما تزداد كتلة النجم الأوّلي إذ تتجمع على مقدار ما في السدم، معتمدةً على المادة. ثم تستقر كتلة النجم ليصل إلى مرحلة البلوغ ويُسمى عندها النجم البالغ ويكون عادة أصفر اللون مثل شمسنا. أما إذا كانت كتلة النجم كبيرة فيعطي نوعًا آخر في البلوغ هو النجم الكثيف كما في الشكل (11).
ما مرحلة الشيخوخة (العملاق الأحمر) (3.1.2)؟
إظهار الإجابة
يستمر النجم بالتوهج مع استمرار التفاعلات النووية فتتغلب قوة الإشعاع على قوة الجذب نحو المركز فيتمدد نسبيًّا فيكبر في الحجم ويتحول إلى اللون الأحمر مكوّنًا العملاق الأحمر. وإذا كانت الكتلة الأصلية كثيفة فيكون العملاق الأحمر الضخم Red supergiant.
كيف يموت النجم (4.1.2)؟ وما النوفا والسوبر نوفا والقزم الأبيض والثقب الأسود؟
إظهار الإجابة
تستمر عملية التمدد نتيجة الإشعاع حتى تبلغ مداها فينفجر النجم (فيما يُسمى ظاهرة النوفا) (شكل 11) لتبرد أجزاؤه المتناثرة على شكل سديم تاركًا القلب المشع كنجم صغير أبيض يُسمى القزم الأبيض. يتميز النجم الكثيف بكتلة كبيرة جدًّا لذا يكون الانفجار مروعًا وهو ما يُسمى سوبر نوفا (شكل 12). الكتلة المتبقية تكون أكبر من الأقزام البيضاء حيث تتمركز المواد الثقيلة الناتجة من اندماج ذرات الهيليوم في مركز الكتلة مكونة كتلة ذات قوة جذب كبيرة تُسمى الثقوب السوداء؛ وتتميز الأخيرة بجاذبية عالية جدًّا لدرجة أنها قادرة على جذب فوتونات الضوء، لذا تبدو كمساحات غير مضيئة في الفضاء تجذب كل ما يقترب منها، فسمّاها البعض المكانس الفضائية.
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 2: ١) ما المقصود بـ: (أ) المجرة؟ (ب) النجم؟ (ج) السديم؟ (د) الثقوب السوداء؟ ٢) ما الفرق بين: (أ) المجرة والنجم؟ (ب) النوفا والسوبر نوفا؟ (ج) النجم الأصفر والنجم العملاق الأحمر؟ ٣) ارسم رسمًا تخطيطيًّا يوضح تقسيم هابل للمجرات. ٤) اشرح: (أ) دورة حياة النجم. (ب) مصدر طاقة النجم. (ج) عدم إصدار الثقوب السوداء للضوء. ٥) عندما يسخن النجم جدًّا، فإنه يتمدد بفعل الحرارة الزائدة. ماذا يحدث إذا توقفت طاقة الإشعاع والتمدد على معدل تكاثف الهيدروجين والهيليوم نحو مركز النجم؟
إظهار الإجابة
١) (أ) نظام كوني من النجوم والسدم مترابطة بقوى جذب (ب) جرم سماوي يشع ضوءًا وحرارة ذاتيًّا (ج) تجمعات من الغازات والأتربة (د) كتلة ذات جاذبية هائلة تجذب حتى الضوء. ٢) (أ) المجرة تضم مليارات النجوم والنجم جرم واحد (ب) النوفا انفجار نجم متوسط يترك قزمًا أبيض، والسوبر نوفا انفجار نجم كثيف أعنف يترك نجمًا نيوترونيًّا/ثقبًا أسود (ج) الأصفر مرحلة البلوغ، والعملاق الأحمر مرحلة الشيخوخة بعد تمدد النجم. ٣) بيضاوية E – حلزونية S – قضيبية SB – عدسية S0. ٤) (أ) ولادة ← بلوغ ← شيخوخة ← موت. (ب) الاندماج النووي (هيدروجين ← هيليوم). (ج) جاذبيتها تجذب فوتونات الضوء. ٥) تتغلب الجاذبية فينكمش النجم. (حلّ نموذجي من نص الدرس)
٦
الدرس 3: نشأة المجموعة الشمسية
صفحات 30–331. كيف تكوّنت المجموعة الشمسية؟
ما فرضية كويبر (نظرية السديم الشمسي) لنشأة المجموعة الشمسية؟
إظهار الإجابة
لا توجد نظرية ثابتة ومؤكدة تفسر تكون المجموعة الشمسية ولكن من استقراء الدلالات التي تُلاحظ في الكون يمكن تفسير كيفية تكوّن المجموعة الشمسية بشكل تقريبي. ومن بين الكثير من التصورات هو التصور الذي اقترحه الفلكي جيرارد كويبر Gerard Kuiper (شكل 16) والذي يوضّحه الشكل (15) أن المجموعة الشمسية تكوّنت من بين سحابات الغاز والغبار الكوني المتناثر في ذراع المجرة الأم (درب التبانة). وتم شرح النظرية التي سميت بنظرية الغبار كالتالي: ● تدور سحابة باردة غير منتظمة الشكل وهائلة الحجم من الغبار الكوني والغازات بحيث يمثل الهيدروجين والهيليوم الجزء الأكبر منها في حركة عشوائية. ● أدى الضغط الناتج عن أشعة النجوم المنتشرة في الكون حول السحابة إلى تحرك مكوناتها ببطء ودورانها في اتجاه واحد حول نفسها لتكون شكل قرص مفلطح. ● نتيجة لقوة تجاذب الجزيئات داخل القرص واختلاف سرعتها تكوّنت دوامات صغيرة وانكمشت كل دوامة مكونة نواة كوكب مستقل فيما بعد. ● الجزء الأكبر من مادة السحابة الضخمة انجذبت إلى مركزها مكونة شكل الشمس الأوّلي. ● أخذت أنوية الكواكب في تنظيم حركتها الداخلية وأخذت تنكمش بحيث أصبحت المواد الثقيلة تتجه إلى مركزها، وفي الوقت ذاته أدى الضغط الناتج عن تجاذب الجزيئات في نواة الشمس واصطدامها مع بعضها إلى توليد الحرارة داخلها مع ارتفاع درجة الحرارة تدريجيًّا. ● بدأت التفاعلات النووية في نواة الشمس، وبدأ الإشعاع في تنقية الأجواء المحيطة بأنوية الكواكب من الغازات الخفيفة بخاصة القريبة من الشمس. وهكذا تكونت المجموعة الشمسية.
2. تطور الأرض المبكر
كيف تطورت الأرض من كتلة صخرية إلى كوكب حي؟ وما التمايز Differentiation؟
إظهار الإجابة
حدث ذلك نتيجة عملية التمايز Differentiation وهي تحول الأرض من كتلة تتكون من مواد مختلطة مع بعضها البعض (متجانسة) إلى جسم مقسم من الداخل إلى أغلفة متحدة المركز تختلف عن بعضها فيزيائيًّا وكيميائيًّا. إن الأرض في بداية تكونها كانت باردة وصلبة ولا يوجد حولها غلاف غازي أو مائي، وبدأت بعدها الحرارة تزداد داخلها، ويعود ذلك إلى أسباب عديدة هي: ● تساقط الأجسام الصغيرة من سحابة الغبار على سطحها وارتطامها بشدة. ● تحلل العناصر المشعة في باطن الأرض وتحولها تلقائيًّا إلى عناصر أخرى تطلق كميات كبيرة من الجسيمات والطاقة الحرارية، مثل عناصر اليورانيوم والثوريوم اللذين يتحولان إلى رصاص. ● احتكاك مواد الأرض بعضها ببعض في أثناء دوران الأرض حول محورها. ● تكوّن الأكاسيد والتفاعلات الكيميائية المختلفة داخل الأرض.
3. تمايز مكوّنات الأرض
كيف تمايزت مكونات الأرض؟ وما الطبقات الناتجة (شكل 17)؟
إظهار الإجابة
بدأت الأرض بالانصهار نتيجة العوامل التي سبق ذكرها، كما بدأت عملية التمايز حيث صعدت المواد المنصهرة الأقل كثافة ناحية السطح مكونة القشرة الأرضية. هذه المواد غنية بالسيليكا والألمنيوم والصوديوم والبوتاسيوم (وما تزال الصخور الموجودة عند سطح الأرض غنية بتلك المواد). بينما غاصت المواد المنصهرة الأكثر كثافة مثل الحديد في مركز الأرض مكونة لب الأرض. تفصلهما طبقة أكبر سمكًا متوسطة الكثافة هي طبقة الوشاح، أي أن كثافة مواد الأرض تزداد كلما اتجهنا نحو مركز الأرض. الشكل 17 (القطاع الداخلي): القشرة Crust (سمكها 0–10 km حسب الشكل) · الوشاح Mantle حتى عمق 2,900 km · اللب الخارجي Outer core (سائل/منصهر) حتى 5,100 km · اللب الداخلي Inner core (صلب) حتى 6,378 km (مركز الأرض). الغلاف الصخري (الليثوسفير: القشرة مع الجزء العلوي الصلب من الوشاح) · الوشاح الحركي الأسينوسفير.
4. تطور الغلاف الغازي
كيف تطور الغلاف الغازي للأرض؟
إظهار الإجابة
تكوّن الغلاف الغازي الأوّلي للأرض نتيجة تصاعد الغازات والمواد الطيارة من تصدعات القشرة الأرضية وثوران البراكين، وكانت تشمل أساسًا بخار الماء، وثاني أكسيد الكربون، والميثان. يلي ذلك تكثف بخار الماء ليكون السحب، وبدأت الأمطار الغزيرة الجارفة تملأ المناطق المنخفضة مكونة المحيطات الأولية التي كانت مياهها عذبة وبدأت ملوحتها تزيد بالتدريج نتيجة إذابة الماء الجاري للأملاح والمعادن الموجودة في قشرة الأرض بعد تفككها في عمليات التجوية وصبها في المحيطات. ومنذ حوالي 3,5 مليار سنة بدأت البكتيريا الخضراء المزرقة Cyanobacteria بالقيام بعمليات البناء الضوئي ومن ثم إطلاق الأكسجين في الماء. بمجرد ازدياد عدد الكائنات المنتجة للأكسجين، بدأ الأكسجين بالتراكم في الغلاف الجوي.
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 3: ١) ما دور كل من أشعة النجوم المنتشرة في الكون والتجاذب في تكوين المجموعة الشمسية؟ ٢) اشرح تكوّن أغلفة الأرض. ٣) اشرح تطور الغلاف الغازي. ٤) اشرح زيادة الحرارة داخل الأرض بعد تكونها.
إظهار الإجابة
١) الضغط الناتج عن أشعة النجوم حرّك السحابة ببطء ودار مكوناتها في اتجاه واحد مكونًا قرصًا مفلطحًا، وبتجاذب الجزيئات تكونت دوامات صارت أنوية الكواكب. ٢) المواد الأقل كثافة صعدت (القشرة) والأكثر كثافة هبطت (اللب) وبينهما الوشاح. ٣) غازات البراكين ← تكثف الماء ← محيطات ← بكتيريا خضراء مزرقة (3.5 مليار سنة) تنتج الأكسجين فيتراكم. ٤) تساقط الأجسام، تحلل العناصر المشعة، الاحتكاك، التفاعلات الكيميائية. (حلّ نموذجي من نص الدرس)
٧
أسئلة مراجعة الفصل الثاني
صفحتان 34–35أولًا: اختر الإجابة المناسبة: ١) يمكن تصنيف شمسنا على أنها: (أ) كوكب (ب) مجرة (ج) سديم (د) نجم. ٢) السديم: (أ) هو كتلة غاز وغبار كوني (ب) يتكوّن من مجموعة نجوم (ج) هو جرم سماوي دائري (د) هو جسم صلب غير مشع. ٣) المجرة هي: (أ) جسم غازي مشع مثل شمسنا (ب) نظام كوني وحدته النجوم أو الحشود النجمية والسدم (ج) جسم غير مشع مكون من غازات وغبار كوني (د) أحد مكونات المجموعات الشمسية. ٤) النوفا أو السوبر نوفا مصطلح يعبر عن: (أ) دوران السديم حول نفسه (ب) دوران الكواكب حول الشمس (ج) انفجار كوكب (د) انفجار نجم. ٥) من 3,5 مليار سنة ساهمت البكتيريا في: (أ) إنتاج ثاني أكسيد كربون في الغلاف الغازي (ب) إنتاج أكسجين الغلاف الغازي والمائي (ج) تسميد صخور القشرة الأرضية (د) تجوية صخور القشرة الأرضية. ٦) أدى الانفجار العظيم إلى نشأة: (أ) السدم (ب) الكون (ج) النجوم (د) النجوم الحمراء العملاقة.
إظهار الإجابة
١) (د) نجم. ٢) (أ) هو كتلة غاز وغبار كوني. ٣) (ب). ٤) (د) انفجار نجم. ٥) (ب) إنتاج أكسجين الغلاف الغازي والمائي. ٦) (ب) الكون. (حلّ نموذجي من نص الدرس)
ثانيًا: فسّر: ١) تكون الغلاف الغازي للأرض. ٢) تكون الغلاف المائي للأرض. ٣) تكون الثقوب السوداء. ٤) حدوث ظاهرة النوفا. ثالثًا: اشرح: ١) تكوّن المجموعة الشمسية. ٢) الانفجار العظيم في تكوّن الكون.
إظهار الإجابة
١) تصاعد الغازات والمواد الطيارة من تصدعات القشرة وثوران البراكين (بخار الماء وCO₂ والميثان) ثم تراكم الأكسجين من البكتيريا الخضراء المزرقة. ٢) تكثف بخار الماء وسقوط الأمطار الغزيرة فملأت المناطق المنخفضة فتكونت المحيطات الأولية. ٣) انفجار نجم كثيف (سوبر نوفا) يترك كتلة ذات جاذبية هائلة. ٤) نجم ينتهي بالتمدد ثم الانفجار ويترك قزمًا أبيض. (٥ رابعًا: شكلان لإكمال بيانات دورة حياة النجم وتصنيف هابل للمجرات — رسوم تُكمل بالمصطلحات: سديم ← نجم متوسط/نجم كثيف ← عملاق أحمر ← نوفا/سوبر نوفا ← قزم أبيض/نجم نيوتروني/ثقب أسود، وتصنيف المجرات E–S–SB–S0.) (حلّ نموذجي من نص الدروس)
٨
الوحدة الثانية: مواد الأرض (I) — الفصل الأول: المعادن (مقدمة)
صفحات 36–37لماذا تُعدّ القشرة الأرضية والمحيطات مصدرًا للمعادن؟
إظهار الإجابة
تُعدّ القشرة الأرضية والمحيطات مصدرًا لتنوع كبير من المعادن المفيدة والأساسية. يستخدم معظم الناس العديد من المعادن الأساسية مثل الكوارتز في صناعة الساعات، والنحاس في الأسلاك الكهربائية والذهب والفضة في المجوهرات. إلا أنّ البعض لا يعلم أن قلم الرصاص يحتوي على معدن الجرافيت Graphite ذي الملمس الدهني، وأن مسحوقًا للجلد يُصنع من معدن التلك Talc. في الحقيقة، إن كلّ منتج مُصنَّع يحتوي على مواد تم استخراجها من المعادن. (صورتان: التلك والجرافيت)
٩
الدرس 1: المعادن Minerals — تكوين المعادن
صفحات 38–39كيف تُميّز بين الفحم الحجري والكوارتز في الشكلين (18) و(19)؟ ولماذا يُعدّ أحدهما معدنًا؟
إظهار الإجابة
انظر إلى الشكلين (18) و(19): ترى إلى اليمين عيّنة من الفحم الحجري (شكل 18) وإلى اليسار بلورات الكوارتز (شكل 19). المادّتان صلبتان وتشكّلتا تحت سطح الأرض، إلّا أن مادة واحدة فقط تُعتبر معدنًا. لتحديد أيّ من المادتين هي معدن، يجب أن تطلّع على خواص المعادن. (الكوارتز معدن؛ الفحم الحجري ليس معدنًا.)
الوحدات البنائية للقشرة الأرضية The Building Blocks of the Earth's Crust
ما خواص المعدن؟ (١ طبيعيًّا · ٢ صلب · ٣ ذات نظام بلّوري)
إظهار الإجابة
١) طبيعيًّا Naturally: يتكوّن المعدن من خلال عمليات جيولوجية طبيعية، وبالتالي لا يعتبر الماس Diamond أو الياقوت Ruby الصناعيان معدنًا، بالإضافة إلى أنواع متعددة من المواد المفيدة بمثابة معادن. ٢) صلبة Solid: لكي تعتبر المادة معدنًا يجب أن تكون صلبة عند درجات حرارة سطح الأرض. لذلك، يعتبر الثلج المتساقط Snow Crystal (شكل 23) معدنًا، خلافًا للماء السائل، علمًا أنّ البَرَد Hail (شكل 24) لا يُعتبر معدنًا. فسّر. ٣) ذات نظام بلّوري Crystal Structure: المعادن مواد بلّورية، وهذا يعني أنّ ذراتها مرتبة في شكل هندسي منتظم ومتكرّر في الأبعاد الثلاثة مكوّنًا الوحدة البنائية التي تُعرف بأنّها أصغر جزء في البلّورة ولها صفات البلّورة الكاملة نفسها. مثال: معدن الهاليت (ملح الطعام): ترتيب أيونات الصوديوم Na⁺ والكلور Cl⁻ في شكل وحدة بنائية أساسية ذات شكل مكعبي، يجعل البلّورات مكعبة منتظمة الشكل (شكل 25).
١٠
تابع الدرس 1: تعريف المعدن (التركيب الكيميائي · غير عضوي · أشباه المعادن)
صفحة 40٤) ذات تركيب كيميائي محدد Well-defined Chemical Composition: ماذا يعني؟
إظهار الإجابة
غالبية المعادن هي مركّبات كيميائية متكوّنة من عنصرين أو أكثر، وقد يكون القليل منها، مثل الذهب والفضة، من عنصر واحد. إن معدن الكوارتز الشائع يتكوّن دائمًا من ذرتين من الأكسجين (O) لكلّ ذرة سيليكون (Si) أي بتركيب كيميائي يعرف بالصيغة (SiO₂). على أي حال، من الشائع لأيونات العناصر التي لها الحجم نفسه والشحنات الكهربائية نفسها، أن يحلّ أحدها محلّ الآخر إحلالًا جزئيًّا. نتيجة لذلك، قد يختلف التركيب الكيميائيُّ لمعدن ما بين عينة وأخرى.
٥) غير عضوية Inorganic: ما المقصود؟ وما أشباه المعادن Mineraloids؟
إظهار الإجابة
تعتبر المواد الصلبة المُتبلورة غير العضوية، كمِلح الطعام (الهاليت) (شكل 25) مثلًا، والموجودة بشكل طبيعي في الأرض، من المعادن. من ناحية أخرى، لا تعتبر المركبات العضوية معادن. فالسُكّر مادة صلبة متبلّرة مثل الملح، ويُستخرج من قصب السكر أو الشمندر السكري، وهو مثال شائع للمركّب العضوي. أشباه المعادن Mineraloids: بعض المركّبات موجودة في الطبيعة ولكن لا ينطبق عليها تعريف المعدن فهي تفتقر إلى التركيب الكيميائي المحدّد أو الشكل البلّوري أو كليهما كالأوبال Opal (شكل 26) الذي له تركيب كيميائي ثابت ولكن غير متبلور.
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 1: ١) ضع قائمة بخمس خواص لمادة من مواد الأرض تعتبر معدنًا. ٢) لماذا يعتبر الثلج المتساقط معدنًا ولا يعتبر البَرَد معدنًا؟ ٣) علّل: لا يعتبر الألومنيوم معدنًا.
إظهار الإجابة
١) طبيعي · صلب · ذو نظام بلّوري · ذو تركيب كيميائي محدد · غير عضوي. ٢) الثلج المتساقط بلورات ثلج متبلّرة تتكوّن طبيعيًّا وهي صلبة (شكل 23)، بينما اعتبر الكتاب أن البَرَد (شكل 24) لا يُعتبر معدنًا — (الكتاب يطلب التفسير ولا يورد جوابه صراحة). ٣) لأن الألومنيوم المستخدم مصنّع (غير طبيعي)، والمعدن يجب أن يتكوّن بصورة طبيعية. (حلّ نموذجي)
١١
الدرس 2: الخواص الفيزيائية للمعادن Physical Properties of Minerals
صفحات 41–45لماذا لا يكفي التركيب الكيميائي لتعريف المعدن؟ (الألماس والجرافيت)
إظهار الإجابة
تملك بعض المعادن، كالألماس (شكل 27)، والجرافيت، التركيب الكيميائي نفسه. تتكوّن هذه المعادن من عنصر الكربون C لكنّها تختلف في كلّ الخواصّ الفيزيائية والبلّورية بالإضافة إلى الخواصّ الكيميائية لمعدن ما بين أنواع الخواص. لذلك، يجب دراسة الخواص الفيزيائية والبلّورية بالإضافة إلى الخواص الكيميائية لتعرّف المعدن بشكل دقيق. سؤال الكتاب (شكل 27): أيّ المعدنين جرافيت وأيّهما ألماس Diamond؟ جدول 2 (مجموعة من المعادن المتشابهة في التركيب الكيميائي): الكالسيت والأراجونيت CaCO₃ · البيريت والماركزيت FeS₂ · الكوارتز والكريستوباليت والتريديميت SiO₂ · الأرثوكليز والميكروكلين والسانيدين KAlSi₃O₈.
ما الخواص المعدنية Mineral Properties؟ وكيف نميّز المعادن؟
إظهار الإجابة
لكلّ معدن نظام بلّوري محدّد وتركيب كيميائي يُعطيانه مجموعة فريدة من الخواصّ الفيزيائية والكيميائية المشتركة بين كلّ عيّنات هذا المعدن. فعلى سبيل المثال، كلّ عيّنة من معدن الفلوريت Fluorite (شكل 28) لها الصلادة والكثافة نفسها وتتكسّر بالنمط نفسه. ولتعرّف أنواع المعادن يمكن استخدام الخواصّ الفيزيائية لمعدن ما، والتي يمكن تحديدُها من خلال الملاحظة أو بإجراء اختبار بسيط. ونعدّد منها: الخواصّ الفيزيائية، وهي الأكثر استخدامًا مثل الخواصّ البصرية، والخواصّ التماسكية، بالإضافة إلى خواصّ أخرى مثل الطعم والمغناطيسية.
1. الخواص البصرية Optical Properties
1.1 اللون Color: هل اللون دائمًا كافٍ لتمييز المعدن؟
إظهار الإجابة
بالرغم من أن اللون عامة هو أحد الخواص الأكثر وضوحًا لأيّ معدن، إلّا أنه يُعتبر خاصية مميزة للقليل من المعادن فقط مثل الكبريت والمالاكيت (الشكلان 29 و30). فبعضُ الشوائب الطفيفة في معدن الكوارتز الشائع، تعطيه على سبيل المثال درجات متعدّدة من الألوان. يحتوي معدن الكوارتز البنفسجي Amethyst مثلًا على أكاسيد المنجنيز، فيما يحتوي معدن الكوارتز الوردي Rose Quartz على أكاسيد الحديد والتيتانيوم (شكل 31). لذا استخدام اللون كوسيلة لتحديد المعادن عادةً ما يكون غير دقيق. هل تعلم؟ اسم «بلّورة» مشتقّ من اليونانية (Krystallos) ويعني «ثلج»؛ وتطبيقه على بلّورات الكوارتز: فقد اعتقد اليونانيون القدماء أن الكوارتز كان ماء وتبلور بسبب الضغط المرتفع في باطن الأرض.
2.1 المخدش Streak: ما هو؟ وكيف نحصل عليه؟
إظهار الإجابة
بالرغم من أن لونَ العينة لا يفيد دائمًا في تحديد المعادن، إلّا أن المخدش (لون مسحوق المعدن) غالبًا ما يُستخدم للتمييز بين المعادن. يمكن الحصولُ على المخدش من خلال حَكّ المعدن على قطعة من خزف صيني غير مصقول أو لوح المخدش Streak Plate، ثم ملاحظة لون مسحوق المعدن التي خلّفه وراءه (شكل 32). يمكن أن يتنوّع لون المعدن الواحد من عينة إلى أخرى، بخلاف المخدش الذي لا يتنوع. قد يُساعد المخدش أيضًا على التمييز بين المعادن ذات البريق الفِلِزِّيّ التي لها مخدش كثيف وداكن والمعادن ذات البريق اللافلزيّ التي لها مخدش باهت اللون. إذا كان المعدن صلبًا ولا يُخدش بلوح المخدش، يُطحَن طحنًا كاملًا لمعرفة لون المسحوق الذي ينتج عنه.
3.1 اللّمعان (البريق) Luster: ما أنواعه؟
إظهار الإجابة
تُعرف شدّة الضوء المُنعكس أو نوعيتُه عن سطح أيّ معدن "باللمعان" أي البريق. ١) البريق الفلزي Metalic Luster: المعادن التي لها مَظهرُ الفلزات Metals، بغَضِّ النظر عن اللون، تتّصف ببريق فلزي مثل الجالينا Galena (شكل 33). ٢) شبه فلزي Submetalic Luster: تكون بعض المعادن الفلزية مثل الهيماتيت Hematite (شكل 34) طبقةً خارجية باهتة أو تفقد اللمعان عند تعرّضها للهواء الجوي، وكونها لا تملك لمعان العينات ذات الأسطح حديثة الكسر، فهي تتصف ببريق شِبْه فِلِزّيّ. ٣) لا فلزي Non Metallic Luster: لمعظم المعادن بريق لافلزي مثل: الزجاجي Vitreous كالكوارتز والكلسيت · الألماسي Adamantine كالألماس · الأرضي (الترابي) Dull Earthy كالكاولينيت · اللؤلؤي Pearly كالتلك والميكا · الحريري Silky كالجبس الليفي · الصمغي Resinous (راتنجي) كالكبريت (شكل 35).
4.1 الشفافية Transparency: ما درجاتها؟
إظهار الإجابة
القدرة على إنفاذ الضوء هي خاصية بصرية أخرى تُستخدَم لتعرف المعادن. فعندما لا يَنفذ أي ضوء، يوصَف المعدن بأنه غير شفاف أو معتم Opaque مثل معدن التلك Talc (شكل 36). أمّا عندما ينفذ ضوء وترى صورة غير واضحة من خلال معدن، فيوصف بأنه نصف شفاف Translucent مثل معدني الجبس والميكا (شكل 37). وعند نفاذ الضوء ورؤية الصورة واضحة من خلال المعدن يوصف المعدن بأنه شفاف Transparent مثل بعض المعادن النقية كالكوارتز والكالسيت (شكل 38).
5.1 التضوّء Luminescence: ما هو؟ وما الفرق بين التفلّر والتفسّر؟
إظهار الإجابة
يوصف المعدن بأنه متضوئ (أي يصدر ضوءًا) عندما يحوّل أشكال الطاقة المختلفة، مثل الحرارة أو الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية، إلى ضوء يختلف عن لونه الأصلي (شكل 39). يختلف لون التضوّء عن لون المعدن الأصلي بحيث تكون ألوان التضوّء باهرة وساطعة دائمًا. يعطي معدن الكالسيت Calcite اللون الأحمر الباهر عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية، فيما يعطي معدن الويليميت Willemite (شكل 40) اللون الأخضر الساطع. تسمّى عملية إنتاج ألوان التضوّء أثناء التعرّض للمؤثّر التفلّر Fluorescence. وإذا استمرّ لون التضوّء بعد زوال المؤثر فتسمّى العملية التفسّر Phosphorescence. وقد لوحظت خاصية التفسّر عندما كانت تظهر بعض المعادن المعرّضة لأشعة الشمس بألوان جذابة بعد نقلها إلى غرفة مُعتمة. تساعد خاصّية التضوء على اكتشاف المعادن المتفلّرة داخل المناجم والكهوف، وذلك باستخدام مصابيح خاصّة.
2. الخواص التماسكية Cohesive Properties
ما الخواص التماسكية؟ وما المتانة Tenacity (1.2)؟
إظهار الإجابة
ترتبط سهولة تكسّر المعادن أو تشوّهها تحت تأثير الإجهاد بنوع الروابطِ الكيميائية التي تجمع الذرّات أو الأيونات معًا. لتعرّف الخواص التماسكية، يستخدم الجيولوجيون بعضها مثل: المتانة: يصف مصطلحُ متانة المعدن مقاومةَ المعدن للكسر أو التشوّه. فالمعادنُ ذات الروابط الأيونية Ionically Bonded مثل الفلوريت Fluorite والهاليت Halite، تميل إلى أن تكون هشّةً وتتكسّر فتتحوّل إلى قِطَع صغيرة عند الطرق. بالمقابل، المعادنُ ذات الروابط الفلزية Metallic Bonds مثل النحاس الخام Native Copper تكون لينة أو تُطرَق بسهولة فتتحول إلى أشكال مختلفة. ويمكن لبعض المعادن مثل الجبس Gypsum والتَلْك Talc أن تُقطَع إلى رَقاقات دقيقة توصَف بانها قابلة للقطع. ويكون البعضُ الآخر مثل الميكا Micas مرنًا، فيثني ثم يعود إلى شكله الأصلي بعد إزالة الضغط (الإجهاد) عنه.
ما الصلادة Hardness (2.2)؟ وما مقياس موهس؟
إظهار الإجابة
إحدى الخواصّ الأكثر تمييزًا وإفادة هي الصلادة، وهي مقياس مقاومة المعدن للتآكل أو الخدش. تُحدَّد هذه الخاصية بحكّ معدن غير معروف الصلادة بمعدن آخر معروف الصلادة أو العكس. ويمكن الحصولُ على رقم الصلادة باستخدام مقياس مُوهس للصلادة Mohs Scale، وهو عبارة عن ترتيب نسبي، أي سلّم يتكوّن من عَشَرة معادن مرتّبة من رقم 1 (الأقلّ صلادة) إلى رقم 10 (الأكثر صلادة). وتعتمد صلادة المعدن على نوع الروابط الكيميائية ووجود مجموعة الهيدروكسيل (OH) أو الماء (H₂O) في تركيب المعدن الكيميائي.
ما الانفصام (التشقّق) Cleavage (3.2)؟
إظهار الإجابة
هو قابلية المعدن للتشقّق والانفصام إلى مستويات محدّدة ومنتظمة عند تعرّضه لضغط معيّن، بحيث تكون اتجاهات الضغط متوازية أو على امتداد أسطح مستوية تُسمّى مستويات الانفصام أو مستويات الضعف في المعدن Planes of weakness (شكل 42). تختلف أنواع الانفصام وفقًا لقوّة تماسك جزيئات المعدن، بحيث يتناسب الانفصام عكسيًّا مع قوّة الرابطة الكيميائية. فكلّما كانت الرابطة قوية، كان الانفصام أقلّ والعكس صحيح. بعض المعادن، كالكوارتز، لا يحتوي على مستويات انفصام بسبب قوّة تماسك جزيئاته. (شكل 42: الصفائح الرقيقة المبيّنة أعلاه تم إنتاجها من خلال انفصام بلّورة الميكا بالاتجاه الموازي لسطح انفصامه التام.)
١٢
تابع الدرس 2: المكسر · الكثافة والوزن النوعي · خواص أخرى
صفحات 46–484.2 المكسر Fracture: ما هو؟ وما أنواعه؟
إظهار الإجابة
هو شكل السطح الذي ينتج عن كسر المعدن في اتّجاه غير أسطح الانفصام. عندما تتكسر المعادن، ينتج عنها أشكال مختلفة: محارِيّ المكسَر (شكل 43) مثل معدن الكوارتز، وغير مستوي مثل معدن البيريت، والمكسَر الليفي مثل معدن الأسبستوس (شكل 44) Asbestos.
5.2 الكثافة والوزن النوعي Density and Specific Gravity: ما الفرق بينهما؟
إظهار الإجابة
الكثافة خاصيّة هامة للمادة تُعرّف بأنها كتلة وحدة الحجم، ويتم التعبير عنها عادة بالجرامات لكل سنتيمتر مكعّب. يستخدم علماء المعادن مقياسًا مرتبطًا بها هو الوزن النوعي Specific Gravity لوصف كثافة المعادن. يُمثّل الوزن النوعي نسبة وزنِ المعدن إلى وزنِ حجم مساوٍ له من الماء عند درجة حرارة °4، وهو عدد بدون وحدات قياس. معظمُ المعادنِ الشائعة المكوّنة للصخور لها وزن نوعي يتراوح بين 2 و3. فعلى سبيل المثال، الكوارتز ذو وزن نوعي 2.65. بالمقابل، بعضُ المعادن مثل البيريت، والنُحاس، ذو وزن نوعي يزيد عن ضعف الوزن النوعي للكوارتز. يبلغ الوزن النوعي للجالينا، وهو أحد مصادر الرصاص، 7.5 تقريبًا.
3. ما الخواص الأخرى للمعادن؟
إظهار الإجابة
بالإضافة إلى الخواص التي ذُكرت، يمكن التعرّف على بعض المعادن عن طريق خواصّ مميزة أخرى. فعلى سبيل المثال، يمكن تمييز معدن الهاليت بسرعة عن طريق التذوّق (الطعم)، أمّا التلك والجرافيت فلهما مَلْمَسٌ مميَّز: فالتلك له مَلمَس صابوني، أمّا الجرافيت فله ملمس دهني. وإضافةً إلى ذلك، يتميز بعض المعادن برائحة مميزة عند حكّها، كرائحة الثوم من معدن الأرسينوبيريت ورائحة الكبريت من معدن البيريت. والقليل من المعادن مثل الماجنيتيت لها محتوى حديديّ عالٍ، ويمكن تأثّره بالمغناطيس. وبالإضافة إلى ذلك، فإن بعض المعادن ذو خواصّ بصريّة خاصة. وعلى سبيل المثال، عندما توضع قطعةٌ شفافة من الكالسيت على مادة مطبوعة، تظهر الحروف مرتين، وتعرف هذه الخاصة البصرية بالانكسار المزدوج Double Refraction (شكل 45). يملك بعض المعادن خواصّ كهربائية. فمعدن الكوارتز مثلًا، تتولّد بلّوراته شحنات كهربائية عند تعرضه للضغط، لذلك يُستخدم في صناعة الساعات. أمّا معدن التورمالين، فتتولّد على أطراف بلّوراته شحنات كهربائية عند تعرضه للحرارة، لذلك يستخدَم في قياس درجات الحرارة المرتفعة جدًّا.
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 2: ١) لماذا يصعب تحديد معدنٍ ما من خلال خاصيّة اللون؟ ٢) إذا وجدت معدنًا زجاجيّ المظهر أثناء البحث عن الصخور وتأمّلت أن يكون ماسًا، فما الاختبار البسيط الذي قد يُساعدك في تحديد نوعه؟
إظهار الإجابة
١) لأن الشوائب الطفيفة تغيّر لون المعدن الواحد (الكوارتز البنفسجي والوردي مثلًا) فهو خاصية مميّزة لقليل من المعادن فقط. ٢) اختبار الصلادة (الخدش): الألماس الأكثر صلادة (10 في مقياس موهس) فلا يخدشه الزجاج (5.5) ولا لوح المخدش (6.5). (حلّ نموذجي من نص الدرس)
١٣
الدرس 3: الخواص الكيميائية للمعادن Chemical Properties of Minerals
صفحات 49–51كم عدد المعادن المعروفة؟ وما المعادن المكوّنة للصخور والمعادن الاقتصادية؟
إظهار الإجابة
تمّت تسمية 4 000 معدن تقريبًا، ويتمُّ التعرّف على العديد من المعادن الجديدة كل عام. تدخل بعض المعادن في تركيب معظم الصخور المكوّنة للقشرة الأرضية، ويُشار إليها غالبًا بالمعادن المكوّنة للصخور Rock Forming Minerals. يُستخدم العديد من المعادن الأخرى على نطاق كبير في تصنيع المُنتَجات التي يستخدمها مجتمعنا الحديث، وتُسمّى «المعادن الاقتصادية» "Economic Minerals". تجدر الإشارة إلى أن المعادنَ المكوّنة للصخور والمعادنَ الاقتصادية ليستا مجموعتين منفصلتين. فعلى سبيل المثال، معدنُ الكالسيت Calcite الذي يُعتبر المكوّن الأساسي للحجر الجيري الرسوبي، له استخدامات متعدّدة بما فيها تصنيع الأسمنت Cement (شكل 46).
التركيب الكيميائي للمعادن Chemical Composition of Minerals
مما تتكوّن معادن القشرة الأرضية؟ وكيف تُصنَّف؟
إظهار الإجابة
تتكوّن معادن القشرة الأرضية من ثمانية عناصر بنسبة أكثر من 98% وفق الترتيب التنازلي التالي: الأكسجين O، السيليكون Si، الألومنيوم Al، الحديد Fe، الكالسيوم Ca، الصوديوم Na، البوتاسيوم K، المغنيسيوم Mg. تكوِّن هذه العناصر المعادن الأكثر انتشارًا في القشرة الأرضية، والتي صنِّفت في مجموعتين كبيرتين هما المعادن اللاسيليكاتية Non–Silicates والمعادن السيليكاتية Silicates.
1. المعادن اللاسيليكاتية Non-Silicates
كيف تُقسم المعادن وفق تركيبها الكيميائي؟ (جدول 4)
إظهار الإجابة
تُقسم المعادن وفق تركيبها الكيميائي إلى معادن عنصرية مثل الذهب والكبريت والجرافيت، ومعادن مركّبة مثل الكربونات والهاليدات والأكاسيد والكبريتيدات والكبريتات والفوسفات.
2. المعادن السيليكاتية Silicates
ما المعادن السيليكاتية؟ وما التركيب البنائي المشترك لها؟ (شكل 47)
إظهار الإجابة
المعادن السيليكاتية هي من أهمّ المجموعات المعدنية وأكثرها انتشارًا في الطبيعة، وهي تحتوي بشكل أساسي على عنصري الأكسجين والسيليكون (شكل 47) بالإضافة إلى عنصر أو أكثر من العناصر الأخرى الموجودة في القشرة الأرضية. الشكل 47: التركيب البنائي لجميع المعادن السيليكاتية: رباعي أوجه (هرم رباعي) من السيليكون في مركزه (Si) وأربع ذرات أكسجين (O) على رؤوسه.
١٤
أسئلة مراجعة الدرس 3 — الدرس 4: الشكل البلّوري للمعادن (المادة المتبلرة · البناء الداخلي)
صفحات 52–55مراجعة الدرس 3: ١) ما الفرق بين المعادن السيليكاتية والمعادن اللاسيليكاتية؟ ٢) لبناء مبنى ما يتمّ استخدام الإسمنت. ابحث عن مصدر هذه المادة. ٣) ارجع إلى الجدول ثم سمِّ المعادن اللاسيليكاتية المستخدمة في صناعة المخصّبات الزراعية وأقلام الرصاص. ٤) اذكر خمسة من العناصر المكوّنة لمعادن القشرة الأرضية.
إظهار الإجابة
١) السيليكاتية تحتوي أساسًا على الأكسجين والسيليكون (رباعي أوجه سيليكاتي)، واللاسيليكاتية معادن عنصرية أو مركّبة (كربونات، هاليدات، أكاسيد، كبريتيدات، كبريتات، فوسفات). ٢) الكالسيت (المكوّن للحجر الجيري) هو مصدر الإسمنت. ٣) المخصّبات: الكبريت والأباتيت والكالسيت/الهاليت والسيلفايت؛ أقلام الرصاص: الجرافيت. ٤) O، Si، Al، Fe، Ca (وكذلك Na وK وMg). (حلّ نموذجي من الجداول)
ما المادة المتبلّرة؟ وما الفرق بينها وبين غير المتبلّرة؟ (شكل 48–49)
إظهار الإجابة
عندما تتوفّر الظروف الملائمة لذرّات أو أيونات مادّة ما أثناء تكوّنها، بحيث ترتَّب في الأبعاد الثلاثة، ينتج عنها شكل هندسي منتظم. تُسمّى هذه الأخيرة المادّة المتبلِّرة (شكل 48). الشكل 49: المادة المتبلّرة: يوجد ترتيب هندسي للذرّات أو الأيونات ← يوجد تركيب شبكي ووحدة بنائية ← تتكوّن بلّورة (يوجد في معظمها انفصام ومكسر). المادة غير المتبلّرة: لا يوجد ترتيب هندسي للذرّات أو الأيونات ← لا يوجد تركيب شبكي أو وحدة بنائية ← لا تتكوّن بلّورة (لا يوجد مستوى انفصام لكن يوجد مكسر).
1. البناء الداخلي للبلّورات
ما الترتيب الفراغي (1.1)؟ وما الوحدة البنائية؟
إظهار الإجابة
يُعبر عنه بطريقة ترتيب الذرّات والأيونات التي تتكوّن منها بلّورات المعدن، وهي تعتمد على عوامل عديدة من أهمّها: ١.١ الترتيب الفراغي: يحدث الترتيب الفراغي للذرّات أو الأيونات أو المجموعات الأيونية في الأبعاد الثلاثة بطريقة تجعل كلّ ذرّة أو أيون في البلّورة لها الظروف نفسها المحيطة بالذرّات أو الأيونات الأخرى، ما يكوّن تركيب يُسمّى التركيب الشبكي الفراغي للذرّات أو الأيونات (شكل 50). يمثل هذا التركيب تكرارًا لوحدات صغيرة جدًّا تُعرف كلّ واحدة منها باسم الوحدة البنائية (أصغر جزء من البلّورة). تختلف الوحدات البنائية في بلّورات المعادن المختلفة وقد صنَّفها العالِم برافيه إلى 14 نمطًا. (شكل 50: التركيب الشبكي لمعدني الألماس والجرافيت.)
١.٢ ما طبيعة الروابط الكيميائية بين الذرات أو الأيونات وقوّتها؟
إظهار الإجابة
هذه الروابط تحدّد صفات المعادن الفيزيائية كما في الجدول (6):
١٥
الخواص الخارجية للبلّورات والتماثل البلّوري
صفحات 56–572. الخواص الخارجية للبلّورات
1.2 الأوجه البلّورية: ما هي؟
إظهار الإجابة
هي الأسطح أو المستويات التي تحدّ البلّورة من الخارج والتي تعيّن شكلها الهندسي المنتظم وتعبّر عن التركيب الذرّي الداخلي للبلّورة. وبما أنّ الترتيب الذرّي الداخلي في بلّورات المعدن الواحد ثابت، فلا بدّ أن تكون الأوجه البلّورية ثابتة ومميّزة لبلّورات هذا المعدن. وتتوقف طبيعة الأوجه البلّورية على الظروف الطبيعية والكيميائية السائدة أثناء نمو البلّورة.
2.2 حواف البلّورة (Edges)؟ 3.2 الزاوية بين الوجهين؟ 4.2 الزاوية المجسّمة؟
إظهار الإجابة
حواف البلّورة: تنتج عن تلاقي وجهين بلّوريين متجاورين (شكل 51). الزاوية بين الوجهين Interfacial angle: هي الزاوية المحصورة بين العمودين المقامين على وجهين بلّوريين متجاورين (شكل 52–أ) والتي تُقدَّر بقيمة الزاوية المكمّلة للزاوية المحصورة بين الوجهين المتجاورين (شكل 52–ب). ويمكن قياس قيمتها عن طريق جهاز جونيوميتر التماس (شكل 52–ج)، وتكون قيمة الزاوية بين الوجهية ثابتة في بلّورات المعدن الواحد مهما اختلفت أحجامها. الزاوية المجسّمة Solid angle: هي الزاوية الناتجة عن تلاقي أكثر من وجهين في البلّورة (شكل 51).
3. التماثل أو التناسق البلّوري
ما التماثل البلّوري؟ وما أهميته؟
إظهار الإجابة
التعريف: الترتيب المنظّم للأوجه والحواف والزوايا المجسّمة لبلّورة المعدن. تختلف درجة التماثل باختلاف المعادن لكنّها تبقى ثابتة في بلّورات المعدن الواحد. أهميته: تُستخدم درجة التماثل لتصنيف المعادن إلى فصائل بلّورية وفقًا لبناء البلّورات.
ما عناصر التماثل البلّوري؟
إظهار الإجابة
١) مركز التماثل: نقطة وهمية مركزية في البلّورة تترتّب حولها الأوجه البلّورية والحواف والزوايا في ازدواج، وفي أوضاع متماثلة في اتجاهين متضادّين، وعلى مسافتين متساويتين من هذه النقطة. ٢) مستوى التماثل: مستوى يقسم البلّورة إلى نصفين متساويين ومتشابهين بحيث يكون أحد النصفين صورة مرآة للنصف الآخر. للبلّورة المكعّبة (مثل الهاليت) 9 مستويات تماثل؛ وبلّورات ليس لها مستوى تماثل مثل معدن الألبيت ومعدن الأوكسينيت. ٣) محور التماثل الدوراني الرأسي: خطّ وهمي يمرّ بمركز البلّورة وتدور حوله البلّورة بشرط أن يتكرّر ظهور سطح أو حافّة أو زاوية مجسّمة مرّتين أو أكثر خلال دورة كاملة (360 درجة). أنواعه: ثنائي (تكرار الأوضاع المتشابهة مرّتين في الدورة الكاملة، كلّ 180 درجة) · ثلاثي (ثلاث مرّات، كلّ 120 درجة) · رباعي (أربع مرّات، كلّ 90 درجة) · سداسي (ستّ مرّات، كلّ 60 درجة).
١٦
تابع الدرس 4: مظهر البلّورة — الدرس 5: الأحجار الكريمة Gemstones
صفحات 58–623. مظهر البلّورة Crystal Habit
ما العوامل التي تتحكّم في حجم البلّورات وشكلها؟ وما أنواع مظهر البلورة؟
إظهار الإجابة
تختلف أحجام البلّورات وأشكالها بناءً على عدّة عوامل، منها: ١) نوع المحلول ٢) معدل التبريد ٣) مكان حدوث التبلّر ٤) درجة نقاوة المحلول. مظهر البلّورة: مفردة: تكتلات تأخذ أشكالًا مختلفة فبعضها يكون مجتمعًا على شكل ألياف أو أعمدة أو إبر أو عناقيد أو شجيرات أو درنات أو صفائح أو كرات. ويكون بعضها بطروخي أو كلوي أو شعاعي الشكل (شكل 53: بلّورة شعاعية الشكل، بلّورة ليفية الشكل) · البلّورات التوأمية يكون نمو البلّورات متداخل بشكل متوازي أو متوازي جزئيًّا (شكل 54). مجتمعة: المجموعة غير المتجانسة تكون البلّورات المجتمعة مختلفة في تركيبها الكيميائي · المجموعة المتجانسة تكون البلّورات المجتمعة ذات تركيب كيميائي واحد.
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 4: ١) ما الفرق بين الزاوية بين الوجهية والزاوية المجسّمة في البلّورة؟ ٢) ما المقصود ببلّورة المعدن؟ ٣) عدّد النظم البلّورية.
إظهار الإجابة
١) بين الوجهية: محصورة بين العمودين المقامين على وجهين متجاورين؛ المجسّمة: ناتجة عن تلاقي أكثر من وجهين. ٢) جسم صلب متجانس تحدّه أسطح مستوية تكوّنت بفعل عوامل طبيعية. ٣) المكعّبي · الرباعي · المعين القائم · السداسي · أحادي الميل · ثلاثي الميل. (حلّ نموذجي من نص الدرس)
ما اهتمام الحضارات القديمة بالأحجار الكريمة؟ وماذا ذكر القرآن الكريم والعرب عنها؟
إظهار الإجابة
اهتمّت الحضارات القديمة ببريق المعادن والأحجار الكريمة. وقد ازداد اهتمام الإنسان بالأحجار الكريمة منذ العصر الحجري حتى أيامنا هذه. على سبيل المثال، تُظهر الرسومات الباقية في معابد الفراعنة منذ 5000 سنة التقدّم في علم المعادن، فقد استخدموا الذهب والفيروز والأزورد (اللابيس لازولي) والمالاكيت في صناعة الحلي. وقد تمّ ذكر الأحجار الكريمة في القرآن الكريم بحيث شبّهت العين باليواقيت والمرجان: ﴿كَأَنَّهُنَّ الْيَاقُوتُ وَالْمَرْجَانُ﴾ — سورة الرحمن. وقد ميّز العرب بين الأنواع الخالصة والمقلّدة في هذا المجال، ومن بينهم يعقوب الكندي الذي يُعتبر من أقدم خبراء العرب في هذا المجال. وقد ألّف العرب ما يزيد عن خمسين كتابًا حول المجوهرات ومنافع الأحجار.
1. المعادن النفيسة والأحجار الكريمة Precious Minerals and Gemstones
كم عدد المعادن المعروفة؟ وكم منها أحجار كريمة؟ وبمَ تُقيَّم الأحجار الكريمة تجاريًّا؟
إظهار الإجابة
يوجد حوالي 3000 معدن في الطبيعة معترف بها علميًّا؛ منها 100 مُصنّفة كأحجار كريمة، و13 مُصنّفة كأحجار ثمينة تؤثّر بشكل كبير في اقتصاد بعض الدول. تُقيّم الأحجار الكريمة تجاريًّا على أساس أربعة مقاييس: الصفاء · اللون · القطع · القيراط. تكون صلادة هذه الأحجار عالية ومتينة بما يكفي لصقلها وقطعها إلى مجوهرات، لذلك لا بد من تعرّف خواص الحجر الكريم مثل مستويات التشقق ونوع المكسر حتى يتمّ قطعه بشكل مناسب. وعلى الرغم من أنّ الذهب والفضّة والبلاتين هي أيضًا معادن عالية القيمة مثل الأحجار الكريمة، إلّا أنها لا تُعتبر أحجار كريمة بل تُصنّف كمعادن نفيسة بسبب سهولة تشكيلها وصياغتها.
1.1 ما أنواع الأحجار الكريمة؟
إظهار الإجابة
١) أحجار ثمينة: وهي أغلى الأنواع تتميز بصلادة عالية، شديدة التحمّل، لها ألوان معيّنة جذّابة، ولها بريق متألّق جذّاب مثل الألماس Diamond والياقوت الأحمر Ruby والياقوت الأزرق Sapphire (شكل 56). ٢) أحجار شبه كريمة: هذه المعادن ليست بالقيمة التجارية لقلّة صلادتها أو لشفافيتها أو لوفرتها. تُستخدم هذه الأحجار للزينة والنحت والتصنيع ومنها الملاكيت Malachite والجيد Jade (شكل 57) والأزوريت Azurite والفلسبار والأباتيت. ٣) أحجار كريمة عضوية: هي نواتج عمليات عضوية مثل النباتات والحيوانات مثل الكهرمان Amber (مادة صمغية من إفرازات الأشجار الصنوبرية)، المرجان Coral (الهيكل الحجري للكائنات البحرية)، العاج Ivory (أسنان وأنياب بعض الحيوانات)، اللؤلؤ Pearls (شكل 58) (حبات من كربونات الكالسيوم تنتج من المحار)، الكهرمان الأسود Jet (أحد أنواع الفحم الحجري يولد شحنات كهربية عند حكّه). وعلى الرغم من أن تعريف المعدن لا ينطبق على هذه المجموعة من الأحجار بسبب أصلها العضوي، إلّا أنها تُعتبر من المجوهرات وذات قيمة اقتصادية. هل تعلم؟ يُستخدم القيراط كوحدة قياس لكتل الأحجار الكريمة والألماس واللؤلؤ؛ وتعني كلمة "قيراط" المشتقة من اليونانية ثمرة الخروب، وذلك لأن بذور الخروب كانت تُستخدم لقياس كتل الذهب والأشياء الثمينة. يساوي الجرام الواحد 5 قراريط.
2.1 الأحجار الكريمة الصناعية المقلّدة: كيف تُصنع؟ وكيف تُميَّز؟
إظهار الإجابة
تمّ تصنيع بعض الأحجار الكريمة في المصانع لها التركيب الكيميائي والتركيب البلّوري والخواص الفيزيائية للحجر الكريم نفسها بحيث لا يمكن التمييز بينها إلا بقياس شكلها ونوع الشوائب فيها واستخدام العدسات المكبّرة أو المجاهر لمشاهدة بعض الصفات الداخلية لها (معدن الكوراندوم الطبيعي يحتوي على خطوط نمو داخلية منحنية، لكن الكوراندوم المصنّع فالخطوط فيه مستقيمة). من الجدير بالذكر هنا أهمية النزاهة في تعريف البائع للأحجار الكريمة الصناعية المقلّدة للمستهلك وتجنّب الغش التجاري. طرق صناعة الأحجار الكريمة المقلّدة (إثراء علمي): ١) الالتحام باللهب: يُصنَع الياقوت الصناعي (شكل 59) بوضع البودرة الخام في الفرن. فتنصهر وهي تسقط من خلال لهب تبلغ حرارته أكثر من 2000 درجة مئوية. تلتحم هذه النقاط السائلة مع بعضها على قاعدة وتتبلور. وعند سحب القاعدة، تتكوّن بلّورة مستطيلة طويلة تُسمّى كرة، ثمّ يتمّ تقطيعها لأشكال متعدّدة. ٢) الإذابة والتدفّق: استخدمت لصناعة حجر الزمرّد، بحيث يتمّ إذابة مسحوق الزمرّد وخلطه مع مادة مذيبة عند درجة حرارة عالية جدًّا ولمدّة طويلة، ثمّ تُترك لتبرد ببطء شديد جدًّا (شكل 60). ٣) المجوهرات المقلّدة (المزيّفة): هي أحجار لها شكل الأحجار الكريمة الطبيعية ولكنّ تختلف في خواصّها الكيميائية والفيزيائية. ومن طرق صناعتها: التقليد: تُستخدم مادة الزجاج بدلًا من الأحجار الكريمة الطبيعية لتقليد المجوهرات، بحيث يقطع الزجاج ويُشكّل كالحجر الأصلي. ويتمّ تقليد الأوبال باستخدام مادة البوليسترين التي لها خاصّية تغيّر الألوان مثل الأوبال (شكل 61). أمّا لتقليد الألماس، فيتمّ استخدام المعادن مثل الزيركون والزفير (الياقوت الأزرق) والكوارتز حيث يُقطع بطريقة قطع الألماس نفسها ولكنّه يختلف في الصلادة واللمعان. ازدواج الحجر الكريم: تتمّ هذه العملية بعدّة طرق لجعل الحجر الكريم أكبر حجمًا وبالتالي أثمن. توضع طبقة رقيقة من الحجر الكريم على قطعة من الزجاج الشفّاف عديمة اللون (شكل 62) فيكسب الزجاج لون الحجر نفسه، أو تُلصَق قطعتان صغيرتان من الحجر الكريم الأصلي على مادة ملوّنة، وتُلصق إحداهما علوية أصلية والأخرى سفلية مُصنّعة، ثم تُقطع وتُصقل. التلوين: تتلوّن بعض المعادن باستخدام أشعة دقيقة أو عندما تتعرّض لحرارة شديدة. على سبيل المثال، عندما يتعرّض معدن الأوبال الشفّاف إلى إشعاع أو حرارة ما يتحوّل لونه إلى الأزرق مثل حجر الزبرجد المخضّر. ويُضاف إلى العقيق الذي يتميّز بمساميته أصباغ عالية (النص الأخير مقروء بدرجة وضوح محدودة).
كيف تُنظَّف الأحجار الكريمة والمعادن النفيسة؟
إظهار الإجابة
يتأثر بريق الحجر الكريم ولمعانه سلبًا بالأحماض وبالعوامل الخارجية مثل الغبار والرطوبة. لذلك، يجب تنظيفها باستمرار بالماء المقطّر ومسحها بقماش جافّ ناعم (يُفضَّل عدم استخدام الماء العادي لأنه يحتوي على نسبة من المعادن المذابة التي تسبّب ضررًا بالحجر الكريم).
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 5: ١) ما هي الصفات الطبيعية التي تجعل المعدن حجرًا كريمًا؟ ٢) قارن بين أنواع الأحجار الكريمة. ٣) كيف تميّز الأحجار الكريمة عن تلك المقلّدة صناعيًّا؟
إظهار الإجابة
١) صلادة عالية ومتانة، لون جذاب، بريق، صفاء، قابلية للقطع والصقل. ٢) ثمينة (ألماس، ياقوت) · شبه كريمة (ملاكيت، جيد، أزوريت) · عضوية (كهرمان، مرجان، عاج، لؤلؤ). ٣) بالمجهر/العدسة المكبّرة: شكل الشوائب وخطوط النمو الداخلية، وبالصلادة واللمعان. (حلّ نموذجي من نص الدرس)
١٧
أسئلة مراجعة الفصل الأول (المعادن)
صفحة 63أولًا: اختر: ١) إلى أي من المجموعات التالية تنتمي معظم المعادن في القشرة الأرضية؟ (أ) الأكسيدات (ب) الكربونات (ج) الكبريتيدات (د) السيليكات. ٢) عندما تتكسر معادن عديدة على طول مسطحات محاذية، يقال إنها ذات: (أ) كثافة نوعية (ب) انشقاق (ج) روابط تساهمية (د) مكسر. ٣) الوحدة البنائية الأساسية لجميع المعادن السيليكاتية هي: (أ) صفيحة سيليكاتية (ب) جزيء ثاني أكسيد السيليكون (ج) رباعي الأوجه السيليكوني (د) سلسلة مزدوجة سيليكاتية.
إظهار الإجابة
١) (د) السيليكات. ٢) (ب) انشقاق (انفصام). ٣) (ج) رباعي الأوجه السيليكوني.
ثانيًا: تحقق من فهمك: ١) لماذا يعتبر المعدن المحتوي على عنصر الألومنيوم بالضرورة خامًا للألومنيوم؟ ٢) الماس وقلم الرصاص (الجرافيت) يتكونان من مادة الكربون نفسها، فما الذي يتحكم بهذه الفروقات؟ ٣) الكهرمان «حجر» كريم يستخدم في صناعة المجوهرات يتكون عندما تتصلب المادة الصمغية السائلة لأشجار الصنوبر؛ هل يعتبر الكهرمان معدنًا؟ اشرح.
إظهار الإجابة
١) سؤال تفكير (إجابة الكتاب غير مذكورة؛ يلزم أن يكون الألومنيوم قابلًا للاستخراج اقتصاديًّا). ٢) الفرق في التركيب البلّوري/نوع الروابط والترتيب الذرّي (الألماس روابط تساهمية في شبكة ثلاثية الأبعاد صلبة جدًّا، الجرافيت صفائح ضعيفة الروابط بينها — انظر شكل 50 وجدول 6). ٣) لا؛ فهو عضوي المصدر (مادة صمغية) وغير متبلّر، والمعدن مادة غير عضوية. (حلّ نموذجي)
ثالثًا: تطبيق (صورة عينة معدن الولفينيت — موليبدات الرصاص): صلادة 3 تقريبًا وفق مقياس موهس وكثافة 6.8 g/cm³، يحتوي على الأكسجين وفلزّي الرصاص والموليبدنيوم. ١) الملاحظة: صف لون الولفينيت ولمعانه وشكل بلّوراته. ٢) الاستدلال: هل تكوّن ببطء أم بسرعة؟ ٣) الاستنتاج: هل هو صلب بدرجة تكفي لاستخدامه كحجر كريم؟ ٤) من التركيب الشبكي للهاليت: حدّد الوحدة البنائية له برسم حدودها. ٥) حدّد صفة فيزيائية واحدة لكل من: الهاليت، الكوارتز، الكالسيت.
إظهار الإجابة
١) برتقالي/أصفر لامع (بريق شبه ماسي/راتنجي) وبلّورات صفائحية. ٢) ببطء — البلّورات الكبيرة المنتظمة تدل على نمو بطيء. ٣) لا، صلادته 3 فقط (أقل من الكوارتز 7) فلا تتحمّل كحجر كريم. ٤) الوحدة البنائية للهاليت مكعب يتبادل في أركانه Na⁺ وCl⁻. ٥) الهاليت: طعم مالح/مكعبي الانفصام · الكوارتز: صلادة 7 ومكسر محاري · الكالسيت: انفصام في ثلاثة اتجاهات لا تساوي 90°. (حلّ نموذجي؛ وصف الصورة تقريبي)
١٨
الوحدة الثالثة: مواد الأرض (II) — مقدمة وتصنيف الصخور
صفحات 64–65رابعًا (مراجعة الفصل 1): الربط بين الرياضيات والجيولوجيا · خامسًا: قارن
إظهار الإجابة
الربط: وجد عالم جيولوجي معدنًا غير معروف أثناء العمل في منتزه وطني، ويحمل صندوقًا معدنيًّا يحتوي على مطرقة جيولوجية ومدية جيب وعدسة يدوية وقطعة من الخزف وقطعة نقود معدنية. صف في فقرة كيف يمكن استخدام هذه الأشياء لتحديد بعض خواص المعدن. (إجابة نموذجية: العدسة لفحص البلّورات والبريق، الخزف للمخدش، المدية والعملة لاختبار الصلادة، المطرقة لدراسة الانفصام والمكسر). قارن: املأ الجدول لوجه المقارنة «صفات المعدن التي ترتبط ذراته بهذه الرابطة» للروابط: الأيونية · التساهمية · الفلزية · فان ديرفال (انظر جدول 6 في الدرس 4).
اكتشف بنفسك — تصنيف الصخور Classification of Rocks: ما الهدف وما الخطوات؟
إظهار الإجابة
أيّ صخر، سواء أكان حصًى أم كتل على قمّة جبل، يروي قصّة معيّنة. فالصخور في مجتمعك مثلًا، تروي جزءًا من قصّة القشرة الأرضية. سوف تتعلم في هذا الفصل كيفيّة تشكّل ثلاثة أنواع من الصخور. الهدف: تعرُّف أسماء الصخور · وصف العيّنات وصفًا صحيحًا · تصنيف الصخور إلى أنواع وأقسام. حلّل واستنتج: افحص ثلاث عينات من صخور الرمل والجرانيت والنيس الموجودة في متحف المدرسة ثم قارن بينها: ١) اذكر عدد المعادن التي يتكوّن منها الصخر (أحادي المعدن أو عديد المعادن). ٢) أيّ صخر متبلّر وأيّه محبّب؟ ٣) أيّ الصخور يتوزّع فيها المعادن عشوائيًّا وأيّها ينتظم فيها المعادن في صفوف؟ ٤) أيّ الصخور يحتوي على مسام وأيّها مصمت؟
١٩
الفصل الأول: الصخور النارية — الدرس 1: تكوّن الصخور النارية Formation of Igneous Rock
صفحات 66–69ما نسبة الصخور النارية في الأرض؟ ولماذا ندرسها؟
إظهار الإجابة
تشكل الصخور النارية والصخور المتحولة المشتقة من أصل ناري حوالي 95% من القشرة الأرضية. كما يتكون الوشاح الذي يكون أكثر من 82% من حجم الأرض، من مادة صخرية نارية. لذا، يمكن وصف الغلاف الصخري على أنها كتلة ضخمة من الصخور النارية تغطيها طبقة خارجية رقيقة من الصخور الرسوبية. بالتالي، علينا أن نتعرف على الصخور النارية لكي نفهم تكوين كوكب الأرض وتركيبه.
1. كيفية تكوّن الصخور النارية Formation of Igneous Rocks
كيف تتكوّن الصخور النارية؟ وما الصهارة (Magma)؟
إظهار الإجابة
تتكوّن الصخور النارية Igneous Rocks عندما تبرد المادّة المنصهرة وتتصلب. وتسمى المادة الأم للصخور النارية الصهارة Magma، وتتكون عبر الانصهار الجزئي للصخور Rocks Partial Melting. يحدث الانصهار الجزئي عند مستويات مختلفة داخل القشرة الأرضية، والوشاح العلوي عند أعماق قد تصل إلى 250 كيلومترًا (حوالي 150 ميلًا). بمجرد تكوّنها، تتصاعد الصهارة نحو السطح كونها أقلّ كثافة من الصخور المحيطة بها. تندفع المواد المنصهرة من حين إلى آخر مسببة ثورانًا بركانيًا مذهلًا.
ما اللافا (الحمم البركانية)؟ وهل كل ثوران بركاني عنيف؟ (شكل 63)
إظهار الإجابة
الصهارة التي تصل إلى سطح الأرض تسمى «اللافا» Lava أو الحمم البركانية. يحدث قذف متفجر للصهارة من فوهة البركان أحيانًا، مسببًا ثورانًا بركانيًّا مدمّرًا. ومع ذلك، ليس كل ثوران بركاني عنيفًا؛ فبراكين عديدة تُطلق سيلًا من اللافا أو الحمم البركانية المائعة والهادئة (شكل 63: الحمم البركانية (اللافا) البازلتية السائلة المتدفقة على منحدرات بركان كيلاويا Kilauea في جزر هاواي). هل تعلم؟ أثناء الثوران المدمر لبركان فيزوفيوس Vesuvius في عام 79 بعد الميلاد، دُفنت مدينة بومبي (قرب نابولي، إيطاليا) بالكامل تحت أمتار عديدة من صخر البيوميس (الحجر الخفّاف) والرماد البركاني. مرت قرون، وظهرت مدن جديدة حول بركان فيزوفيوس. بعد العام 1595، وأثناء تنفيذ أحد المشاريع الإنشائية، ظهرت بقايا مدينة بومبي. اليوم، يجوب آلاف السائحين بين بقايا محلّ وحانات وفيلات مدينة بومبي الأثرية المكتشفة بالحفر.
كيف تُصنَّف الصخور النارية؟ (خارجية / جوفية)
إظهار الإجابة
تُصنف الصخور النارية التي تتكون عندما تتصلب المادّة المنصهرة عند السطح كصخور بركانية أو طفحية Extrusive or Volcanic Rocks. كما أنّ الصهارة التي تفقد القدرة على الحركة قبل بلوغها إلى السطح، تتبلور في الأعماق، وتسمّى صخورًا متداخلة أو جوفية Intrusive or Plutonic Rocks (نسبة إلى بلوتو، إله من آلهة الأساطير الكلاسيكية). لا يمكن رؤية الصخور النارية المتداخلة عند السطح إلّا عبر عوامل التعرية.
2. أشكال الصخور النارية في الطبيعة Shapes of Igneous Rocks in Nature
ما أشكال كتل الصخور النارية الجوفية؟ (شكل 64)
إظهار الإجابة
تتّخذ كتل الصخور النارية الجوفية أشكالًا مختلفة وفقًا للشكل الذي تصلّبت عليه في باطن الأرض أو على سطحها، نذكر منها: الباثوليت Batholiths · القواطع Dikes · السدّ Sill · اللاكوليث Laccoliths · الكتل التي تشبه اللوبوليث Lopoliths (شكل 64)، بالإضافة إلى انسيابات الحمم البركانية التي تتخذ أشكالًا مختلفة على سطح الأرض. شكل 64: عنق/قصبة البركان · لوبوليث · سدّ (Sill) · قاطع (Dike) · لاكوليث · باثوليت.
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 1: ١) ما هي الصهارة؟ ٢) كيف تختلف اللافا (الحمم البركانية) عن الصهارة؟
إظهار الإجابة
١) المادة الأم للصخور النارية، تتكوّن بالانصهار الجزئي للصخور. ٢) الصهارة داخل الأرض، واللافا هي الصهارة التي وصلت إلى سطح الأرض. (حلّ نموذجي من نص الدرس)
٢٠
الدرس 2: تركيب الصخور النارية Igneous Compositions (سلسلة بوين · السيليكات)
صفحات 70–711. سلسلة «باون» التفاعلية وتركيب الصخور النارية Bowen's Reaction Series
ما سلسلة «باون» التفاعلية؟ وماذا فسّرت؟
إظهار الإجابة
بعد إجراء سلسلة من التجارب المخبرية عام 1928، فسّر العالم «باون» وزملاؤه أنّ المعادن تميل إلى التبلور بحسب درجات تجمّد المادة المنصهرة مبيّنًا إمكانية الحصول على صخور فلسية ومافية من نوع واحد من الماجما الأم. يوضّح الشكل (65) تفاعلات «باون» التي تتبلور فيها المعادن من الصهارة وتتكون من جزئين.
2.1 ما التتابع التفاعلي المتواصل (السلسلة المتواصلة) والمنقطع (غير المتواصلة)؟
إظهار الإجابة
التتابع المتواصل Continuous Series: يُظهر هذا التتابع طريقة تكوّن معادن البلاجيوكليز مثل معدن البيتونايت Bytonite. تتشكل هذه المعادن الغنية بالكالسيوم في بداية السلسلة على درجات حرارة مرتفعة إلى أن تبلغ درجات حرارة منخفضة في نهاية السلسلة وتتكون معادن البلاجيوكليز الغنية بالصوديوم، ومنها معدن الألبيت Albite. التتابع المنقطع Discontinuous Series: يتضمّن هذا التتابع المعادن الغنية بعنصري الحديد والمغنيسيوم. يبدأ التفاعل بتبلور معدن الأوليفين Olivine، ثم تتكوّن معادن البيروكسين ومعادن الأمفيبول ويليها معدن الميكا (البيوتيت). تُسمّى هذه السلسلة سلسلة غير متواصلة بسبب اختلاف المعادن من حيث تركيبها الكيميائي والبلّوري وخواصّها الفيزيائية على عكس مجموعة التتابع التفاعلي المتواصل. أمّا ما يتبقّى من الصهير بعد تبلور معدني الألبيت والبيوتيت فيكون أغنى من المادّة المنصهرة الأمّ بالسيليكات، ما يؤدّي إلى تكوُّن معادن الفلسبار البوتاسي ثم المسكوفيت وأخيرًا الكوارتز. إذًا، تتدرّج الصخور الناتجة عن تبلور المعادن من الصخور فوق المافية الغنية بعنصري الحديد والمغنيسيوم إلى الصخور الفلسية الغنية بالمعادن السيليكاتية.
2. ما السيليكات الداكنة والسيليكات الفاتحة؟
إظهار الإجابة
عندما تبرد الصهارة وتتصلب، تتحد هذه العناصر بعضها البعض لتكوّن مجموعتين رئيستين من المعادن تميل بعضها لبعضها: السيليكات الداكنة Dark Silicates وهي السيليكات الغنية بالحديد و/أو الماغنسيوم ذات المحتوى الضئيل نسبيًّا من السيليكا. ومن المعادن السيليكاتية الداكنة الشائعة في القشرة الأرضية: الأوّليفين، البيروكسين، الأمفيبول، والميكا السوداء (البيوتيت). السيليكات الفاتحة Light Silicates وهي السيليكات الخالية من الحديد والمغنيسيوم وتحتوي على كميات كبيرة من البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم عوضًا عن الحديد والماغنسيوم. وهي مجموعة أغنى بالسيليكا من السيليكات الداكنة. تشمل السيليكات الفاتحة على الكوارتز، الميكا البيضاء (المسكوفيت)، والمجموعة المعدنية الأكثر وفرة، وهي الفلسبارات التي تكوّن أكثر من 40% من معظم الصخور النارية.
٢١
التراكيب الجرانيتية والبازلتية · المجموعات الأخرى · النسيج
صفحات 72–753. التراكيب الجرانيتية (الفلسية) مقابل التراكيب البازلتية (المافية)
ما الفرق بين التركيب الجرانيتي والتركيب البازلتي؟ (شكل 66)
إظهار الإجابة
الجرانيتي (الفلسي) Felsic: يوجد نوعان من الصخور (شكل 66)؛ أحد جانبيه تتكوّن بالكامل تقريبًا من المعادن السيليكاتية فاتحة اللون مثل الكوارتز والفلسبار. الصخور النارية التي يسود فيها هذه المعادن لها تركيب جرانيتي Granitic Composition. يصف الجيولوجيون أيضًا الصخور الجرانيتية بأنها فلسية Felsic. بالإضافة إلى الكوارتز والفلسبار، تحتوي معظم الصخور الجرانيتية على حوالي 10% من المعادن السيليكاتية داكنة اللون، وهي عادةً ما تكون البيوتيت والأمفيبول. والصخور الجرانيتية غنية بالسيليكا (حوالي 70%) وهي المكونات الرئيسية للقشرة القارية. البازلتي (المافي) Basaltic: إن الصخور التي تحتوي على وفرة من المعادن السيليكاتية داكنة اللون والفلسبار البلاجيوكليزي الغني بالكالسيوم لها تركيب بازلتي Basaltic Composition (شكل 66). يصف الجيولوجيون الصخور التي تحتوي على نسبة عالية من الحديد والمغنيسيوم بالصخور المافية Mafic (basaltic). الصخور المافية داكنة اللون بسبب احتوائها على الحديد، ذات كثافة أكبر من كثافة الصخور الجرانيتية. تكوّن الصخور البازلتية قاع المحيط وكذلك العديد من الجزر البركانية الواقعة داخل الأحواض. كما يكوّن البازلت سيولًا حممية بركانية (لافا) واسعة على القارات. مخطط شكل 66: تزايد السيليكا (SiO₂) من 40% إلى 75% · تزايد البوتاسيوم والصوديوم · تزايد الحديد والمغنيسيوم والكالسيوم · درجة الحرارة التي يبدأ عندها الانصهار من 700°C إلى 1200°C (فوق مافية ← مافية ← وسيطة ← فلسية).
4. المجموعات التركيبية الأخرى Other Composition Groups
ما التركيب الوسيط (الأنديزيتي)؟ وما مجموعة البريدوتيت؟ (شكل 67 · جدول 7)
إظهار الإجابة
إنّ تركيب الصخور الواقعة بين الصخور البازلتية والجرانيتية يجعلها وسيطة أو أنديزيتية، وقد عرفت بهذا الاسم نسبة إلى الصخور البركانية (الأنديزيت). تحتوي هذه الصخور الوسيطة (Intermediate / Andesitic) على 25% من المعادن السيليكاتية الداكنة على الأقل، وبصورة رئيسية الأمفيبول والبيروكسين والبيوتيت مع معادن غالبة من الفلسبارات البلاجيوكليزية. ترافق هذه المجموعة من الصخور النارية بالنشاط البركاني الذي ينحصر عند حواف القارات. تعد مجموعة البريدوتيت (الشكل 67) من الصخور النارية المهمة التي غالبًا ما تحتوي على الأوّليفين والبيروكسين. يتكون البريدوتيت من المعادن ذات الحديد والمغنيسيوم بصورة كاملة تقريبًا ويشار إلى تركيبها الكيميائي بالفوق مافي Ultramafic (جدول 7). على الرغم من ندرة الصخور فوق المافية على سطح الأرض، يعتبر البريدوتيت المكون الأساسي في طبقة الوشاح العلوي.
5. نسيج الصخور النارية Igneous Rocks Texture
ما نسيج الصخر الناري؟ وما العوامل المؤثرة في حجم البلّورات؟
إظهار الإجابة
يستخدم مصطلح النسيج Texture للصخر الناري في وصف المظهر العام للصخر بالاستناد إلى الحجم والشكل وترتيب بلّوراته المتشابكة. والنسيج خاصية مميزة مهمة لأنه يكشف تفاصيل كثيرة عن البيئة التي تكوّن فيها الصخر وعن مصدره. العوامل المؤثرة في حجم البلّورات 1.5: تساهم ثلاثة عوامل في تكوين أنسجة الصخور النارية: ١) معدل تبريد الصهارة ٢) كمية السيليكا الموجودة ٣) كمية الغازات الذائبة في الصهارة. إنّ معدل التبريد هو العامل السائد. فكلما فقدت كتلة الصهارة الحرارة إلى ما يحيط بها، فإن قدرة أيوناتها على الحركة تنخفض. إنّ كتلة الصهارة الضخمة المتواجدة عند عمق كبير سوف تبرد خلال فترة زمنية قد تصل إلى عشرات أو مئات الآلاف من السنين. في البداية، يتكوّن عدد صغير نسبيًّا من الأنوية البلورية. يسمح التبريد البطيء للأيونات بأن تنتقل دون قيود حتى ترتبط في النهاية بأحد التراكيب البلّورية المتواجدة، وبالتالي، يعزّز التبريد البطيء نمو بلّورات أكبر وبحجم أكبر. من ناحية أخرى، يحدث التبريد السريع عند تدفق الحمم البركانية (اللافا) الرقيقة فيعزّز نمو بلّورات أكثر وبحجم أصغر. عندما تتجمّد المواد المنصهرة بسرعة كبيرة جدًّا، قد لا يكون هناك وقتٌ كافٍ للأيونات كي تنتظم في شبكة بلّورية. عندئذ، يشار إليها بصخور الزجاج Glassy Rocks مثل الأوبسيديان (شكل 68). هل تعلم؟ لا يزال الناس يصنعون الزجاج بالطريقة نفسها تقريبًا منذ 2000 عام. تتضمن العملية انصهار مواد أرضية معينة وتبريد الصهير السائل بسرعة قبل أن يتاح الوقت للذرات لتكوين تركيب بلّوري منتظم. هذه هي الطريقة نفسها التي ينتج من خلالها الزجاج الطبيعي الذي يسمى الأوبسيديان، والمكون من اللافا (الحمم البركانية). ومعظم الزجاج التجاري ينتج من رمل الكوارتز وكميات قليلة من معادن الكربونات.
2.5 ما أنواع أنسجة الصخور النارية؟ (شكل 69)
إظهار الإجابة
(أ) النسيج دقيق التبلور (دقيق الحبيبات) Aphanitic: الصخور النارية التي تتكوّن على السطح أو ككتل صغيرة داخل القشرة السطحية حيث يكون التبريد سريعًا نسبيًّا، ينتج عنها نسيج دقيق جدًّا من الحبيبات يسمّى النسيج دقيق التبلور. بالتحديد فالبلورات التي تكوّن الصخور دقيقة التبلور صغيرة جدًّا بحيث يمكن تمييز المعادن الموجودة في الصخر فحسب بواسطة المجهر (شكل 69–3). أنواع أنسجة الصخور النارية (شكل 69): (1) خشن الحبيبات (خشن التبلور): تتكوّن الصخور النارية الخشنة الحبيبات عندما تتبلور الصهارة ببطء في عمق القشرة الأرضية. (2) بورفيري: ينتج النسيج البورفيري عن انتقال الصهارة المحتوية مسبقًا على بلّورات كبيرة إلى موقع جديد يزداد فيه معدل التبريد. ويتكوّن الصخر الناتج عن ذلك من بلورات كبيرة يحيط بها قالب من بلّورات صغيرة. (3) دقيق التبلور: الصخور النارية التي تتكوّن عند أو قرب سطح الأرض حيث تبرد بسرعة، وغالبًا ما تكون ذي نسيج دقيق الحبيبات. (4) إسفنجي (خفّاف / بيومس): أثناء الثوران البركاني الذي تقذف فيه الحمم البركانية الغنية بالسيليكا في الغلاف الجوي بسرعة وتحبس الغازات في داخلها، كما في بيومس (الخفاف). (5) الأوبسيديان: صخر ذو نسيج زجاجي يتكوّن نتيجة البرودة السريعة حيث لم تتشكّل بلّورات.
٢٢
تابع أنواع الأنسجة · محتوى السيليكا · اللون والوزن النوعي
صفحات 76–79(ب) النسيج خشن التبلّور (خشن الحبيبات) Phaneritic · (ج) النسيج البورفيري Porphyritic: ما هما؟
إظهار الإجابة
(ب) خشن التبلّور: تكون الصخور النارية ذات نسيج خشن الحبيبات، أي النسيج خشن التبلور Phaneritic texture، عندما تتصلب كتل كبيرة من الصهارة ببطء بعيدًا عن السطح. تتكون هذه الصخور خشنة الحبيبات من بلّورات كبيرة ومتساوية في الحجم تقريبًا، تسمح بالتعرف على المعادن بدون استخدام المجهر (شكل 69–1). تنشأ الصخور خشنة التبلور، كالجرانيت والجابرو (شكل 70)، عميقًا داخل القشرة الأرضية، ولا تظهر عند سطح الأرض إلا عندما تزيل عوامل التعرية الصخور التي تعلوها. (ج) البورفيري: قد تتطلب كتلة الصهارة الكبيرة العميقة جدًّا عشرات إلى مئات الألوف من الأعوام لكي تتصلب. إذا قامت الصهارة المحتوية على بعض البلّورات الكبيرة بالثوران عند السطح، فإن جزء اللافا السائل المتبقي سيبرد بسرعة نسبيًّا. لذا يتكون صخر يحتوي على بلّورات كبيرة تحيط بها بلورات صغيرة، وهذا هو النسيج البورفيري Porphyritic texture (شكل 69–2). يشار إلى البلّورات الكبيرة في هذا الصخر على أنها بلورات بارزة Phenocrysts، في حين تسمى البلورات الأصغر حجمًا الكتلة السفلية Groundmass. ويُسمّى الصخر ذو النسيج المثيل صخر بورفيري Porphyry.
(د) النسيج الزجاجي Glassy · (هـ) النسيج الإسفنجي والفقاعي Vesicular
إظهار الإجابة
(د) الزجاجي: خلال بعض الثورانات البركانية، تُقذَف الحمم إلى الغلاف الجوي حيث تبرد بسرعة، فيكوّن صخورًا ذات نسيج زجاجي Glassy Texture. الأوبسيديان، نوع شائع من الزجاج الطبيعي، مشابه في المظهر لقطعة من الزجاج الداكن المصنّع. وقد اعتبر الأوبسيديان مادة مهمة بفضل مكسره المحاري الممتاز ذي الحافة الحادة القاطعة الصلبة (شكل 71: الأوبسيديان زجاج طبيعي استخدمه الأمريكيون الأصليون (الهنود الحمر) لصنع رؤوس الأسهم والأدوات القاطعة). تتواجد في بعض الأماكن حمم بركانية (لافا) مكونة من الأوبسيديان يبلغ سمكها بضع مئات من الأقدام. بالتالي، فإن التبريد السريع ليس الآلية الوحيدة لتكوّن النسيج الزجاجي (ابحث — سؤال الكتاب). بشكل عام الصهارة ذات المحتوى العالي من السيليكا تميل إلى تكوين سلسلة تراكيب قبل أن يكتمل التبلور. بالتالي، تعيق هذه التراكيب النقل الأيوني وتزيد من لزوجة الصهارة. قد تطفح الصهارة الجرانيتية الغنية بالسيليكا ككتلة لزجة جدًّا وتتصلب في النهاية في صورة الأوبسيديان. بالمقابل، فإن الصهارة البازلتية ذات المحتوى المنخفض من السيليكا تكون صهارة سائلة للغاية، وهي عادة ما تولد بالتبريد صخورًا دقيقة الحبيبات. تولّد براكين هاواي أحيانًا ينابيع تقذف الحمم البركانية لعشرات الأمتار في الهواء، وقد يولد مثل هذا النشاط جدائل من الزجاج البركاني تسمى شعر بيلي Pele's Hair (شكل 72) نسبةً إلى آلهة لبراكين هاواي (شكل 72: ولد بركان كوكو Koko في هاواي شعر بيلي). (هـ) الإسفنجي والفقاعي Vesicular Texture: يتضح في العديد من الصخور دقيقة التبلور وجود فجوات خلّفتها الفقاعات الغازية التي تسربت مع تصلب اللافا. تتصف هذه الصخور بنسيج إسفنجي أو فقاعي Vesicular Texture وتتكون هذه الصخور في المنطقة العلوية للحمم البركانية المتدفقة (شكل 73: السكوريا Scoria والبيومس Pumice صخرتان بركانيتان يظهر فيهما النسيج الإسفنجي؛ الفجوات فراغات صغيرة حدثت عن طريق هروب الفقاعات الغازية). الجيولوجيا والطب: اليوم، تُستخدم المشارط المصنوعة من الأوبسيديان في إجراء العمليات الجراحية الدقيقة لأنه تُخلّف ندوبًا أقل بكثير من المشارط المصنوعة من الصلب.
(و) النسيج الفتاتي الناري Pyroclastic · (ز) النسيج البجماتيتي Pegmatitic
إظهار الإجابة
(و) الفتاتي: تتكوّن بعض الصخور البركانية من دمج وتصلّب الفتات الصخري الذي يقذفه الثوران البركاني الشديد. قد تكون الجسيمات المقذوفة عبارة عن رماد دقيق، نطاف منصهرة، أو كتل حجرية كبيرة ذات زوايا متنزعة من جدران فوهة البركان أثناء الثوران. الصخور النارية المتكوّنة من هذا الفتات الصخري ذات نسيج فتاتي Pyroclastic or Fragmental Texture (شكل 74). تسمّى أحد الأنواع الشائعة للصخور النارية الفتاتية "الطفة الملتحمة" Welded Tuff وغالبًا يبدو نسيجها شبيهًا بالصخور الرسوبية أكثر من الصخور النارية. (ز) البجماتيتي: قد تتكوّن استثنائيًّا صخورٌ خشنة الحبيبات تسمى البجماتيتات Pegmatites، من بلّورات متشابكة ذات قطر يزيد عن سنتيمتر واحد، وتتميز بنسيج بجماتيتي Pegmatitic Texture (شكل 75: صخرة البجماتيت). تتواجد معظم البجماتيتات عند حواف كتل الصخور الجوفية الكبيرة على صورة كتل صغيرة، أو عروق رقيقة تمتد إلى الصخر المجاور. تتكوّن الصخور البجماتيتية في المراحل المتأخرة من التبلور عندما يكوّن الماء والمواد المتطايرة الأخرى، مثل الكلور والفلور والكبريت، نسبة مئويّة عالية غير عادية من الصهير. لذا، فالبلورات الكبيرة غير الاعتيادية المتكونة في البجماتيتات هي نتيجة لوجود البيئة السائلة التي تعزز التبلور. تركيب معظم الصخور البجماتيتية مشابه لتركيب الجرانيت، لذا، تحتوي هذه الصخور على بلّورات كبيرة من الكوارتز والفلسبار والمسكوفيت. كما قد يحتوي بعضها على كميات كبيرة من المعادن القيمة والنادرة نسبيًّا.
6. محتوى السيليكا كمؤشر للتركيب الكيميائي
لماذا يُعدّ محتوى السيليكا مؤشرًا للتركيب؟
إظهار الإجابة
إن محتوى السيليكا SiO₂ هو إحدى السمات المهمة للتركيب الكيميائي في الصخور النارية. تذكر أن السيليكون والأكسجين هما العنصرين الأكثر وفرة في الصخور النارية. نموذجيًّا، يتراوح محتوى السيليكا في الصخور القشرية ما بين أقل من 45% في الصخور فوق المافية وأكثر من 70% في الصخور الجرانيتية (جدول 6)، وإذ تحتوي الصخور منخفضة السيليكا نسبيًّا على كميات كبيرة من الحديد والمغنيسيوم والكالسيوم. بالمقابل، تحتوي الصخور عالية السيليكا على كميات صغيرة جدًّا من تلك العناصر، ولكنها غنية بالصوديوم والبوتاسيوم. بالتالي، يمكن استنتاج التركيب الكيميائي لإحدى الصخور النارية مباشرة من خلال محتواها من السيليكا.
7. علاقة ألوان الصخور النارية بوزنها النوعي
ما علاقة لون الصخر الناري بوزنه النوعي؟ (شكل 76)
إظهار الإجابة
تُقسم الصخور النارية إلى مجموعتين هما مجموعة الفلسبار ومجموعة الأوجيت. تؤثر هاتان المجموعتان في اختلاف ألوان الصخور النارية. فصخور مجموعة الفلسبار تتميز بوفرة السيليكا وندرة المعادن التي تحتوي على الحديد والمغنيسيوم، ما يجعل وزنها النوعي خفيفًا ولونها فاتحًا. أمّا صخور مجموعة الأوجيت فتتميز بنسبة مرتفعة من المعادن الغنية بالحديد والمغنيسيوم وبندرة السيليكا، ما يجعلها داكنة اللون من حيث المظهر وثقيلة من حيث وزنها النوعي (شكل 76: تختلف صخرة البازلت Basalt داكنة اللون عن صخرة الريوليت Rhyolite فاتحة اللون).
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 2: ١) ما الفرق بين التركيب الجرانيتي والتركيب البازلتي في الصخور النارية؟ ٢) ما الذي يجعل بعض الصهارة الجرانيتية لزجة وبعضها الآخر أكثر سيولة؟ ٣) اذكر المفهوم الرئيسي الذي بيّنه «باون» وزملاؤه في المختبر. ٤) كيف يؤثر معدل التبريد في عملية التبلور؟ ٥) ما العاملان الآخران المؤثران في عملية التبلور إضافة إلى معدل التبريد؟ ٦) عدّد الفوارق بين النسيج دقيق التبلور والنسيج خشن التبلور. ٧) ما الذي يجعل للصخور النارية نسيجًا زجاجيًّا؟ ٨) لماذا تكون البلّورات في البجماتيتات كبيرة جدًّا؟
إظهار الإجابة
١) الجرانيتي فلسي غني بالسيليكا (~70%) فاتح اللون من الكوارتز والفلسبار؛ البازلتي مافي غني بالحديد والمغنيسيوم داكن أكثف. ٢) محتوى السيليكا (الغنية بالسيليكا لزجة جدًّا؛ البازلتية قليلة السيليكا سائلة). ٣) المعادن تتبلور بحسب درجات التجمّد (سلسلة تفاعل باون) فيمكن تكوّن صخور فلسية ومافية من ماجما أم واحدة. ٤) التبريد البطيء يعطي بلورات كبيرة والسريع يعطي صغيرة. ٥) كمية السيليكا وكمية الغازات الذائبة. ٦) دقيق التبلور: يتكوّن قرب السطح بتبريد سريع، بلورات لا ترى إلا بالمجهر؛ خشن التبلور: في العمق بتبريد بطيء، بلورات كبيرة تُرى بالعين. ٧) التبريد السريع جدًّا فلا تتبلور الأيونات (وعلو لزوجة الصهارة الغنية بالسيليكا). ٨) لأن الماء والمواد المتطايرة تشكل بيئة سائلة تعزز التبلور في المراحل المتأخرة. (حلّ نموذجي من نص الدرس)
٢٣
أسئلة مراجعة الفصل الأول (الصخور النارية)
صفحتان 80–81أولًا: اختر: ١) نسيج الصخر الناري هو وصف الحجم والشكل و... بلّوراته. (أ) اللون (ب) التركيب الكيميائي (ج) الكثافة (د) ترتيب. ٢) أول معدن يتبلور في الصهارة البازلتية هو: (أ) البيروكسين (ب) الأوّليفين (ج) الكوارتز (د) الميكا. ٣) تفتقر الصخور فوق المافية إلى: (أ) المعادن داكنة اللون (ب) حديد ومغنيسيوم (ج) الهورنبلند والأوجيت (د) المعادن فاتحة اللون.
إظهار الإجابة
١) (د) ترتيب. ٢) (ب) الأوّليفين. ٣) (د) المعادن فاتحة اللون.
ثانيًا: تحقق من فهمك: ١) قارن بين الأنسجة (البورفيري · الفقاعي · الزجاجي · الخشن) في جدول: كيفية التكوين، مثال، رسم تخطيطي. ٢) البيوميس صخر ناري يطفو فوق سطح الماء. فسّر سبب حدوث ذلك. ٣) استخدم الإنسان القديم في العصر الحجري الصخور كأدوات. اذكر اسم صخرٍ ناريّ استخدم كأداة وعلّل إجابتك. ٤) وضّح سبب استخدام الصخور النارية مثل الجرانيت والجابرو والبازلت في العديد من المباني القديمة.
إظهار الإجابة
١) بورفيري: انتقال صهارة فيها بلورات كبيرة إلى موضع يزداد فيه التبريد (بلورات كبيرة وسط صغيرة). فقاعي: هروب الغازات من اللافا فتترك فجوات (سكوريا، بيومس). زجاجي: تبريد سريع جدًّا (أوبسيديان). خشن: تبريد بطيء في العمق (جرانيت، جابرو). ٢) لاحتوائه على فجوات غازية كثيرة (نسيج إسفنجي) فكثافته قليلة. ٣) الأوبسيديان (مكسره محاري حاد القطع يصلح لرؤوس الأسهم والأدوات القاطعة). ٤) لصلابتها ومتانتها. (حلّ نموذجي من نص الدرس؛ ٤ تعليل عام)
ثالثًا: تطبيق المهارات: ماذا يحدث عموديًّا على صعيد التركيب كلما اتجه التبلور إلى أسفل في سلسلة تفاعل «باون»؟ — رابعًا: الربط بين الجيولوجيا والرياضيات (تحليل بيانات): الجرانيت خليط معدني من فلسبار (63%)، كوارتز (27%)، معادن داكنة (10%: ميكا، هورنبلند). ١) ما المعدن الأكثر وفرة في الجرانيت؟ وما النسبة المئوية للمعادن الداكنة؟ ٢) الحساب: إذا زادت نسبة الكوارتز عن 35% وبقيت كمية المعادن داكنة ذاتها، فما النسبة المئوية للفلسبار؟ ٣) التوقع: كيف سيتغير لون الجرانيت إذا كان يحتوي على فلسبار أقل من الميكا (البيوتيت) والهورنبلند؟ — وفي رسم بياني (سرعة التبريد/حجم البلّورات): حدّد اسم الصخر الممثّل بالنقطة (ص): بيوميس · جابرو · بازلت · أوبسيديان؟
إظهار الإجابة
ثالثًا: ينتقل التركيب من فوق المافي إلى المافي ثم الوسيط ثم الفلسي (تزداد السيليكا ويقلّ الحديد والمغنيسيوم). رابعًا: ١) الفلسبار 63% والداكنة 10%. ٢) 35% كوارتز + 10% داكنة = 45% ← الفلسبار = 55%. (حساب) ٣) يصبح أغمق. النقطة (ص): تقع على منحنى سرعة التبريد/حجم البلّورات في منطقة بلّورات متوسطة الصغر وتبريد معتدل — (الرسم غير واضح التفاصيل؛ الإجابة غير مؤكدة).
٢٤
الفصل الثاني: الصخور الرسوبية — الدرس 1: منشأ الصخور الرسوبية (الأنواع الثلاثة)
صفحات 82–85ما أصل الصخور الرسوبية؟
إظهار الإجابة
إن تجوية الصخور القديمة هي منشأ الصخور الرسوبية، بحيث تزيل الجاذبية وعوامل التعرية نواتج التجوية وتحملها إلى موقع جديد حيث ترسب. وغالبًا ما تتفتت الجسيمات أثناء مرحلة النقل. بعد الترسيب، تتحول هذه المادة التي تسمى الرواسب بعد تماسكها إلى صخر.
1. منشأ الصخور الرسوبية Origins of Sedimentary Rocks
كيف تتكوّن الصخور الرسوبية؟ (شكل 78)
إظهار الإجابة
١) تبدأ العملية بالتجوية، وهي تتضمن التفتت الفيزيائي والانحلال الكيميائي للصخور النارية، والمتحولة، والرسوبية الموجودة من قبل. تولد التجوية مجموعة متنوعة من المواد، تشمل الجسيمات الصلبة، ومتعددة الأشكال والأملاح الذائبة. هذه هي المواد الخام للصخور الرسوبية. ٢) تُنقل المكونات الذائبة والجسيمات الصلبة بعيدًا بفعل عوامل التعرية المختلفة. ٣) يحدث ترسيب الجسيمات الصلبة عندما تنخفض سرعة الرياح والتيارات المائية وينصهر الجليد. ٤) وترسّب المواد الذائبة من المحلول عندما تسبب التغيرات الكيميائية أو الحرارية تبلور المواد وترسُّبَها، أو عندما تمتص الكائنات الحيّة المواد الذائبة لتبني أصدافها. ٥) فيما يستمر الترسّب، تُدفن الرواسب القديمة تحت الطبقات الحديثة، وتتحول تدريجيًّا إلى صخر رسوبي (تحجّر) بفعل التراص والسمنتة Cementation. شكل 78: يلخص الشكل التخطيطي المتعلق بتكوّن الصخور الرسوبية؛ العمليات الأساسية المعنية هي: التجوية، والنقل، والترسيب. (التجوية الكيميائية والميكانيكية تفتّت الصخر ← عوامل التعرية (رياح · نهر جليدي · نهر) تنقل الرواسب ← يحدث الترسيب عندما تنفصل الجسيمات الصلبة أو الأملاح الذائبة عبر العمليات غير العضوية أو البيولوجية ← الطمر وتكوّن الصخر الرسوبي.)
1.1 ما أنواع الصخور الرسوبية الثلاثة؟
إظهار الإجابة
تُصنَّف الصخور الرسوبية إلى ثلاثة أنواع بحسب طرق تكوّنها. النوع الأول: المواد التي تنشأ ويتم نقلها كجسيمات صلبة ناجمة عن كلّ من التجوية الميكانيكية والكيميائية معًا. تُسمى هذه الرواسب «فتاتية»، وتسمى الصخور الرسوبية التي تتكوّن منها الصخور الرسوبية الميكانيكية (الفتاتية) Mechanical sedimentary rocks (Derital). النوع الثاني: المواد الذائبة الناتجة بكمية كبيرة عن التجوية الكيميائية، عندما تترسب هذه الأملاح من المحلول عن طريق أي من العمليات غير العضوية أو البيولوجية، يطلق على هذه المواد مصطلح «الرواسب الكيميائية»، وتسمى الصخور الرسوبية التي تتكوّن منها الصخور الرسوبية الكيميائية Chemical sedimentary rocks. النوع الثالث: الصخور الرسوبية العضوية Organic Sedimentary Rocks، والمثال الأساسي عنها هو الفحم الحجري. فهذا الصخر الأسود القابل للاشتعال يتكوّن من كربون عضوي ناتج عن بقايا النباتات التي ماتت وتجمعت عند قعر المستنقعات. أجزاء وقطع المواد النباتية غير المتحللة التي تكوّن «الرواسب» في الفحم الحجري لا تشبه نواتج التجوية التي تكوّن الصخور الرسوبية الفتاتية والكيميائية.
2. الصخور الرسوبية الميكانيكية (الفتاتية) Mechanical Sedimentary Rocks (Detrital)
ما المكونات الرئيسية للصخور الفتاتية؟ وما معيار تمييزها؟
إظهار الإجابة
على الرغم من التنوع الهائل للمعادن والفتات الصخري الموجود في الصخور الفتاتية، فالمكونان الرئيسان لمعظم الصخور الرسوبية من المنتج هما: المعادن الطينية والكوارتز. المعادن الطينية هي الأكثر وفرة إثر التجوية الكيميائية لمعادن السيليكات، بخاصة الفلسبار. والمعدن الآخر الشائع هو الكوارتز، هو متوفر بكثرة لأنه متين ومقاوم جدًّا للتجوية الكيميائية. المعادن الشائعة الأخرى في الصخور الفتاتية هي الفلسبارات والميكا. يشير وجودها في الصخور الرسوبية إلى أن التعرية والترسب كان سريعين بدرجة كافية لحفظ بعض المعادن الأولية من أن تتحلل إلى عناصرها الرئيسية. حجم الحبيبات هو المعيار الأوّلي للتمييز بين الصخور الرسوبية الفتاتية. يبيّن الجدول (7) الفئات المختلفة لحجم الحبيبات المكونة للصخور الفتاتية. فالتيارات المائية أو الهوائية تفرز الحبيبات بحسب الحجم، فكلما كان التيار أقوى، كان حجم الحبيبات التي ينقلها أكبر. فالحصى، على سبيل المثال، يتم نقله بفعل الأنهار الجارفة وبفعل الانزلاقات الأرضية والأنهر الجليدية. أما الرمل، فيتطلب نقله طاقة أقل. لذا يشيع وجود مثل تلك الرواسب في الكثبان الرملية التي تحركها الرياح وفي بعض الرواسب النهرية والشواطئ.
ما الصخور الرسوبية الفتاتية الشائعة؟ (جدول 8)
إظهار الإجابة
الصخور الرسوبية الفتاتية الشائعة، بحسب تزايد حجم الحبيبات، هي: الطين الصفحي، والحجر الرملي، والكونجلوميرات، والبريشيا. نشاط: ما الفرق بين الكونجلوميرات والبريشيا؟ إبحث.
٢٥
3. الصخور الرسوبية الكيميائية Chemical Sedimentary Rocks
صفحة 87كيف تتكوّن الصخور الرسوبية الكيميائية؟ وما الصخور الكربوناتية؟
إظهار الإجابة
تتكوّن الصخور الرسوبية الكيميائية نتيجة ترسّب المعادن المذابة في المحاليل الكيميائية بواسطة عمليات كيميائية مثل عملية التبخر والترسّب من المحاليل المُشبعة، ويكون المعدن الذي يترسب أوّلًا هو الأقلّ ذوبانًا. ونذكر من الصخور الكيميائية: 1.3 الصخور الكربوناتية Carbonate Rocks: تتكون الصخور الكربوناتية نتيجة ترسّب كربونات الكالسيوم من المحاليل الكلسية المحتوية على كربونات الكالسيوم الذائبة. يؤدّي هذا الترسُّب إلى تصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، فتترسّب كربونات الكالسيوم على شكل أراجونيت (Aragonite) لتتحوّل بعدها إلى الكالسيت (Calcite) الأكثر ثباتًا. ومن أهمّ أنواع هذه الصخور:
٢٦
تابع الصخور الكيميائية والعضوية · أسئلة مراجعة الدرس 1
صفحتان 88–892.3 المتبخرات Evaporites: ما هي؟ واذكر صخورها
إظهار الإجابة
تحتوي مياه البحار والبحيرات المالحة على كميات كبيرة من الأملاح الذائبة، حيث يزداد تركيزها نتيجة للتبخر فتترسب كما هو الحال على شواطئ الخليج في الكويت، ومن هذه الصخور: ● الجبس Gypsum (CaSO₄·2H₂O): كبريتات الكالسيوم المائية (شكل 83) هي الصخور الأولى التي تتكون من معادن الجبس. ● الأنهيدريت Anhydrite (CaSO₄): يلي الأنهيدريت صخر الجبس في التكوين والترسيب من مياه البحر وهو يشبه الجبس في التركيب الكيميائي (شكل 84). علّل قلّة صلادة الجبس عن الأنهيدريت. ● الملح Salt (NaCl): يوجد على شكل طبقات سميكة جدًّا وبلوراته واضحة وهو يلي الجبس والأنهيدريت في التبلور (شكل 85).
3.3 الصخور السيليسية Silicaceous Rocks · 4. الصخور الرسوبية العضوية
إظهار الإجابة
السيليسية: على الرغم من أن السيليكا تعتبر من المواد شحيحة الذوبان في الماء، إلا أنه ينتج صخور عن ترسيب السيليكا من المحاليل مثل: الفلنت Flint (الصوان) (شكل 86) والشيرت Chert يتكونان بصفة رئيسية من السيليكا عديمة التبلور، ويتواجدان على شكل عقد أو درنات أو طبقات. العضوية: تتألف هذه المجموعة من الصخور الناتجة عن تراكم بقايا الحيوانات والنباتات المختلفة، نذكر منها: ● الحجر الجيري العضوي Organic Limestone: يتكون بفعل نشاط الكائنات الحية وتراكم بقاياها كالعظام والقواقع (شكل 87). ● الحجر الجيري المرجاني Coral Limestone: ناتج عن تراكم هياكل المرجان (شكل 88). ● حجر الطباشير Chalk: صخر لين ناصع البياض قليل الصلادة وهو مكون من أجزاء دقيقة للغاية من هياكل حيوانات بحرية وحيدة الخلية (شكل 89). ● الكوكينا Coquina: يتكون من كسرات الأصداف التي تجمعت بواسطة مادة لاحمة (شكل 90). ● صخر الفوسفات Phosphatic Rock: ينتج عن تراكم هياكل وعظام الحيوانات الفقارية (شكل 91). ● الجوانو Guano: وهو صخر فوسفاتي ناتج عن تراكم بقايا روث الطيور البحرية.
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 1: ١) عدّد باختصار الفئات الثلاث للصخور الرسوبية وميّز بينها. ٢) ما المعادن الأكثر انتشارًا في الصخور الرسوبية الفتاتية؟ لماذا تتوافر هذه المعادن بكميات كبيرة؟ ٣) اذكر اسم صخرين رسوبيين كيميائيين.
إظهار الإجابة
١) فتاتية (ميكانيكية: جسيمات صلبة من التجوية) · كيميائية (ترسب أملاح ذائبة) · عضوية (بقايا كائنات كالفحم). ٢) المعادن الطينية والكوارتز؛ الطينية أوفر نواتج التجوية الكيميائية للسيليكات (الفلسبار) والكوارتز متين ومقاوم جدًّا للتجوية الكيميائية. ٣) الجبس · الملح (أو الحجر الجيري/الدولوميت). (حلّ نموذجي من نص الدرس)
٢٧
الدرس 2: التراكيب الأولية للصخور الرسوبية Primary Structures
صفحات 90–93ما التراكيب الرسوبية؟ وما الطبقة؟ (شكل 92)
إظهار الإجابة
بالإضافة إلى تنوّع حجم الحبيبات، والتركيب المعدني، والنسيج، تظهر الصخور الرسوبية تنوعًا في التراكيب. وتوفر التراكيب الرسوبية معلومات إضافية مهمة لتفسير تاريخ الأرض، وتعكس الظروف المختلفة التي ترسبت فيها كل طبقة (شكل 92). تكون الصخور الرسوبية على شكل طبقات فوق بعضها من الرواسب المتراكمة في بيئات ترسيبية متنوعة من الأقدم إلى الأحدث. تختلف هذه الطبقات عن بعضها بعضًا في التركيب الكيميائي والمعدني أو من حيث نسيجها أو درجة صلادتها وتماسكها. فتُعرف الطبقة بالسمك الصخري المتجانس الذي تتميز بسطحين محدّدين ومتوازيين تقريبًا. يتراوح سمك الطبقات ما بين مليمترات قليلة ومئات الأمتار.
1. مستويات التطبق Bedding Planes: ما هي؟ وما التطبق الكاذب والمتدرج؟
إظهار الإجابة
هي عبارة عن المستويات الفاصلة بين الطبقات، وقد يشكّل التغير في حجم الحبيبات أو تركيب الصخور المترسبة، مستويات التطبّق. وقد يؤدي أيضًا وقف الترسيب المؤقت إلى التطبق، لأن الفرص لتكوُّن المادة المترسبة نفسها من جديد تكون ضئيلة. يُمثّل كل مستوى تطبُّق نهاية حقبة الترسيب وبداية حقبة أخرى. (أ) التطبق الكاذب (المتقاطع) Cross-Bedding: في بعض حالات التطبق الكاذب تبدو الطبقات على شكل رقائق مائلة بالنسبة إلى مستويات التطبق الرئيسة بين الطبقات. علّل تواجد التطبق الكاذب في الكثبان الرملية (شكل 93). (ب) التطبق المتدرج Graded Beds: في حالة التطبق المتدرج يتغير حجم الحبيبات داخل الطبقة الرسوبية الواحدة تدريجيًّا من الخشن عند أسفل الطبقة إلى الدقيق الناعم في أعلاها. والطبقات المتدرجة هي أكثر ما يميز الترسيب السريع من الماء المحتوي على رواسب ذات أحجام متنوعة. عندما يفقد تيار الماء الطاقة بسرعة، تترسب الحبيبات الأكبر أولًا، وتتبعها الحبيبات الأصغر فالأكثر صغرًا، على التوالي (شكل 94).
2. علامات النِّيَم Ripple Marks: ما هي؟ وما أنواعها؟
إظهار الإجابة
هي عبارة عن تموجات صغيرة في الرمل الذي يظهر على سطح إحدى الطبقات الرسوبية بفعل حركة المياه أو الهواء. إذا تكونت علامات النيم بواسطة الهواء أو الماء المتحركين أساسًا باتجاه واحد فقط، يكون شكلها غير متماثل «علامات النيم التيارية» Current Ripple Marks (شكل 95). هذه ذات جوانب شديدة الانحدار باتجاه هبوط التيار، ومنحدرة تدريجيًّا باتجاه مصدر التيار. عندما تتواجد علامات نيم في صخر، فهي تستخدم لتحديد اتجاه حركة الرياح أو التيارات المائية القديمة. هناك علامات نيم أخرى لها شكل متماثل، وتسمى «علامات النيم التذبذبية» Oscillation Ripple Marks (شكل 95)، تنتج عن حركة الأمواج السطحية ذهابًا وإيابًا في بيئة ضحلة قريبة من الشاطئ.
3. التشققات الطينية Mud Cracks: كيف تتكوّن؟ (شكل 96)
إظهار الإجابة
تدل على أن الراسب الذي تكونت فيه كان مبتلًّا وجافًّا بصورة متناوبة. ولدى تعرضه للهواء، يجف الطين المبتل تمامًا وينكمش، منتجًا تشققات. تحدث التشققات الطينية في بيئة مثل البحيرات الضحلة والأحواض الصحراوية (شكل 96: تتكوّن التشققات الطينية عندما يجف الطين المبلل بالماء وينكمش).
2. الطغيان والانحسار (الارتداد) البحريين Marine Transgression and Regression
إظهار الإجابة
الطغيان Transgression: هو ارتفاع مستوى مياه البحر بحيث يُغطي الشاطئ وتصبح المنطقة الشاطئية ضمن الحوض الترسيبي البحري نتيجة حركة أرضية هابطة. الانحسار Regression: فهو انخفاض مستوى مياه البحر نتيجة حركة أرضية رافعة بحيث يُكشف جزء من قاع الرفّ القاري الذي يُضاف إلى المساحة الساحلية القارية. عندئذ، تتعرّض رواسب القاع للتعرية الكلية أو الجزئية وتصبح موقعًا لترسيب الرواسب القارية مثل الكونجلوميرات والرمل ورواسب الأنهار التي تنبع من الجبال المحيطة. عندما يرتفع مستوى مياه البحر، تُرسّب الرواسب البحرية الجديدة فوق التتابع الأقدم لتتخطّاه إلى المنطقة التي كانت شاطئية قارية. تُعرَف هذه الظاهرة بالتخطّي Overlap. أمّا عند انخفاض مستوى مياه البحر أو المحيط، يحدث العكس تمامًا؛ فتضيق مساحة المحيط وتزداد مساحة الكتلة القارّية المجاورة، ما قد يؤدّي إلى ترسّبها فوق الرواسب البحرية القديمة ورواسب قارّية أحدث. شكل 97 (ظاهرة طغيان البحر وانحساره): الطغيان: من الأسفل قارّي ← انتقالي ← بحري (طبقات بحرية فوق القارّية). الانحسار: من الأسفل بحري ← انتقالي ← قارّي.
٢٨
تابع الدرس 2: الجيودات · الدرس 3: بيئات الصخور الرسوبية واستخداماتها
صفحات 94–964. الجيودات Geodes: ما هي؟ (شكل 98)
إظهار الإجابة
الجيودات عبارة عن تكوينات صخرية جيولوجية تشكلت في الصخور الرسوبية وبعض الصخور البركانية (شكل 98). إنّها بصورة أساسية تجاويف صخرية ذات تكوينات بلّورية داخلية. الجزء الخارجي لمعظمها هو عامة حجر جيري، بينما يحتوي الجزء الداخلي على بلّورات معدنية. هناك جيودات أخرى ممتلئة بالكامل بالبلّورات ما يجعلها صلبة كلّيًّا. يُسمى هذا النوع من الجيودات العقيدات الصخرية Nodules.
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 2: ١) قارن بين التطبق المتقاطع والتطبق المتدرج. ٢) قارن بين أنواع علامات النيم. ٣) ما الفرق بين الانحسار البحري والطغيان البحري؟
إظهار الإجابة
١) المتقاطع: طبقات رقيقة مائلة على مستويات التطبق (كثبان رملية)؛ المتدرج: حبيبات من الخشن أسفل إلى الناعم أعلى (ترسيب سريع). ٢) التيارية غير متماثلة (اتجاه واحد)؛ التذبذبية متماثلة (أمواج ضحلة). ٣) الطغيان ارتفاع مستوى البحر وتغطيته الشاطئ (حركة هابطة)؛ الانحسار انخفاض مستواه وانكشاف قاع الرف (حركة رافعة). (حلّ نموذجي من نص الدرس)
1. صخور رسوبية: بيئات رسوبية متنوعة Sedimentary Rocks: Sedimentary Environments
ما بيئة الترسيب؟ وماذا تدلّ رواسب كل نوع؟ (شكل 99)
إظهار الإجابة
تعد الصخور الرسوبية مهمة للغاية في تفسير تاريخ الأرض، فمن خلال فهم الظروف التي تكونت فيها الصخور الرسوبية، يستطيع علماء الجيولوجيا استنتاج تاريخ صخر ما، بما في ذلك معلومات عن أصل الجسيمات التي تكونه، وطريقة نقل الراسب وطبيعة المكان الذي استقرّ فيه، أي بيئة الترسب. بيئة الترسيب Environment of Deposition أو البيئة الرسوبية Sedimentary Environment هي المكان حيث تتراكم الرواسب. تُصنَّف بيئة الترسيب إلى ثلاث فئات فتكون قارّية أو بحرية أو انتقالية (الخطّ الساحلي) ومن ثمّ المتبخّرات. ● الرواسب الفحمية (الفحم الحجري) تدلّ على بيئة مستنقعات استوائية. ● الرواسب الملحية تدلّ على بيئات ذات حرارة شديدة وبحار مغلقة ونسبة بخار شديد أو بيئة صحراوية. ● الرواسب الكربوناتية تدلّ على بيئة بحرية عميقة. ● الرواسب الطمية تدلّ على بيئة قارية نهرية. ● الرواسب الشاطئية (رمل وحصى) تدلّ على بيئة قارية شاطئية. ● الرواسب المرجانية تدلّ على بيئة بحرية ذات مياه ضحلة ودافئة. شكل 99: البيئة الرسوبية هي المكان الذي يتراكم فيه الراسب؛ تتميز كل بيئة بظروف فيزيائية وكيميائية وإحيائية معينة؛ فالصخور الرسوبية مهمة للغاية في تفسير تاريخ الأرض (البيئات القارية والانتقالية والبحرية المهمة: بحيرة في الصحراء، نهر جليدي، شاطئ، مسطح المد والجزر، ريف مرجاني، رصيف قارّي، حافة قارّية، قاع البحر، دلتا، نهر، صحراء، كثبان).
2. استخدامات الصخور الرسوبية Uses of Sedimentary Rocks
فيمَ تُستخدم الصخور الرسوبية؟ (شكل 100–101)
إظهار الإجابة
تفيد الصخور الرسوبية في الكثير من الصناعات. فالصخور الكلسية تُستخدم كثيرًا في البناء (شكل 100) وفي صناعة الجص والإسمنت. وتُستثمر الصخور الطينية في صناعة الفخار والقرميد وأحجار البناء، وصناعة الطابوق (شكل 101) والسيراميك. أمّا الصخور الملحية، كأملاح الصوديوم والبوتاسيوم، فتُستخدم في الكيمياء والزراعة. ويتمّ استخراج النفط والغاز الطبيعي والمياه الجوفية من مكامنها في الصخور الرسوبية.
مراجعة الدرس 3: ١) ما هي أنواع البيئة الرسوبية؟ ٢) ما أهمية الصخور الرسوبية في دراسة تاريخ الأرض؟
إظهار الإجابة
١) قارّية · بحرية · انتقالية (الخط الساحلي) · المتبخرات. ٢) تكشف ظروف تكوّن الصخر وأصل الجسيمات وطريقة النقل وبيئة الترسيب. (حلّ نموذجي من نص الدرس)
٢٩
أسئلة مراجعة الفصل الثاني (الصخور الرسوبية)
صفحة 97أولًا: عندما يتغير حجم الحبيبات داخل الطبقة الرسوبية الواحدة تدريجيًّا من الخشن عند قاعدة الطبقة إلى الدقيق عند قمتها، يشار إلى ذلك على أنه: (أ) تطبق متدرج (ب) مستويات تطبق (ج) طبقات (د) تطبق متقاطع.
إظهار الإجابة
(أ) تطبق متدرج.
ثانيًا: ١) فسّر سبب وجود الأحافير بشكل شائع في الطبقات الرسوبية. ٢) ما العملية التي تؤدي إلى تكوّن رواسب الملح الصخري؟ وإلى أي نوع من الصخور الرسوبية ينتمي الملح الصخري؟
إظهار الإجابة
١) لأن الطبقات الرسوبية تتكوّن بترسيب الجسيمات والبقايا ثم دفنها وتصلّبها، فتُحفظ بقايا الكائنات داخلها (بعكس الصخور النارية الحارة). (حلّ نموذجي) ٢) التبخر من مياه البحار والبحيرات المالحة (المتبخرات)؛ ينتمي إلى الصخور الرسوبية الكيميائية.
ثالثًا: صورة اللغز: تبيّن الصورة الفوتوغرافية سطح أحد الصخور الرسوبية. تمثّل الخطوط المناطق حيث يكون الصخر فيها أكثر صلابة من باقي الحُبيبات المتلاصقة. عدّد المظاهر الشائعة للصخور الرسوبية التي تراها في هذه الصورة. — رابعًا: التمثيل بالرسم: أثناء رحلة ميدانية إلى منطقة جال الزور في دولة الكويت، لاحظ تراكيب عديدة من الصخور الرسوبية ثم ارسم اثنين منها. — خامسًا: تنمية مهارة الاستنتاج: وجد جيولوجي منطقة فيها صخور تتكوّن من طبقات من الفحم الحجري والكونجلوميرات (شكل 102: طين صفائحي · فحم حجري · طين صفائحي · فحم حجري): ١) كيف تعرف ما هي بيئة الترسيب لهذه المنطقة؟ ٢) ارسم شكلًا تخطيطيًّا لبيئة ترسيب هذه الطبقات. ٣) حدّد بيئة الترسيب للجزر الكويتية.
إظهار الإجابة
ثالثًا: التطبق (الطبقات) وربما التطبق الكاذب/المتدرج (الصورة غير واضحة). رابعًا: رسم (مثل التطبق المتقاطع وعلامات النيم) — نشاط عملي. خامسًا: ١) الفحم الحجري يدل على بيئة مستنقعات استوائية، والكونجلوميرات على بيئة قارية نهرية/شاطئية. ٢) رسم تخطيطي. ٣) الجزر الكويتية: بيئة بحرية ضحلة/شاطئية (إجابة نموذجية غير منصوص عليها في الكتاب).
٣٠
الفصل الثالث: الصخور المتحولة — الدرس 1: التحوّل Metamorphism
صفحتان 98–99ما الصخور المتحوّلة؟ (مقدمة الفصل)
إظهار الإجابة
قد تنشأ بعض الصخور من تحوّل صخور سابقة التكوين، أي صخور نارية أو رسوبية أو متحولة، بعد تعرّضها لظروف قاسية كقوى ضغط هائلة ودرجات حرارة عالية أو محاليل كيميائية نشطة تؤدّي إلى إعادة بنائها على هيئة صخور جديدة من ناحية خواصها المعدنية والكيميائية والتركيبية. تُسمى هذه الأخيرة الصخور المتحولة وتكون نادرة جدًّا في صخور القشرة الأرضية.
ما التحوّل؟ وما الصخر الأصلي؟ (شكل 103–104)
إظهار الإجابة
يمكن أن تتغير الصخور النارية والرسوبية إلى صخور متحولة. يختلف نسيج الصخور الأصلية ولونها وتركيبها بدرجة كبيرة عن الصخور المتحولة التي تكونت كما في الشكل (103: يتحوّل الطفل الصفحي Shale إلى أردواز Slate بسبب عوامل معيّنة شهدها في الطبيعة). 1. الصخور المتحولة Metamorphic Rocks: التحول يعني تغير نوع من الصخور إلى نوع آخر. تنتُج الصخور المتحولة عن صخور كانت موجودة من قبل، سواء أكانت رسوبية أم نارية أو حتى صخورًا متحولة أخرى. من هنا ينشأ كل صخر متحول عن صخر يُسمّى الصخر الأصلي (شكل 104: دورة الصخر في الطبيعة — رواسب ← (تجوية ونقل وترسيب) ← صخور رسوبية ← (حرارة وضغط) ← صخور متحولة ← (انصهار) ← ماجما ← (تبريد/تبلور) ← صخور نارية، وكل نوع قابل للتحول أو التجوية).
٣١
تابع الدرس 1: ما الذي يؤدّي إلى التحوّل؟ (الحرارة · الضغط · السوائل)
صفحتان 100–101متى يحدث التحوّل؟ وماذا ينتج عنه؟
إظهار الإجابة
يحدث التحول عندما يتعرض الصخر الأصلي لتغيّر في درجة الحرارة، والضغط على الصخر، وتدخّل محاليل وسوائل نشطة كيميائيًّا. وينتج عنه تغيّر في المظهر والصفات، وهي عملية تؤدي إلى تغير في نسيج الصخر وفي التركيب المعدني والكيميائي للصخر. يستجيب الصخر للظروف الجديدة بالتغير التدريجي حتى بلوغ التوازن مع البيئة والظروف الجديدة. تحدُث معظم التغيرات الناتجة عن التحول عند درجات مرتفعة للحرارة السائدة في منطقة تحت سطح الأرض ببضع كيلومترات وحتى الوشاح العلوي.
2. ما الذي يؤدّي إلى التحول؟ (عوامل التحول: الحرارة · الضغط · السوائل النشطة)
إظهار الإجابة
تتعرّض الصخور لعوامل الحرارة والضغط والسوائل النشطة كيميائيًّا. يتعرض الصخر لهذه العوامل الثلاثة في الوقت نفسه خلال عملية التحول. لكن دور درجة التحول والذي يؤديه كل عامل يختلف من بيئة إلى أخرى. ١) الحرارة: تُعتبر الحرارة من أهم عوامل التحول (شكل 105)، لأنها مصدرُ الطاقة التي تحفز التفاعلات الكيميائية، فتعيد تبلور المعادن الموجودة. وقد تعمل أيضًا على تكوين معادن جديدة، فحرارة الأرض الداخلية تنشأ من الطاقة المنبعثة الناتجة عن التحلّل الإشعاعي والطاقة الحرارية المخزّنة داخل جوف الأرض. ٢) الضغط: بالإضافة إلى عامل الحرارة، فإنّ عامل الضغط مهم أيضًا. يزداد الضغط مع العمق بسبب تزايد سُمْك الصخور. تتعرض الصخور المدفونة في العمق إلى الضغط المحيط Confining Pressure بالتساوي من جميع الاتجاهات (شكل 106–أ). قد تتعرض الصخور لضغط مُوجَّه Directed Pressure، فتكون القوى التي تشوّه الصخر غير متساوية في مختلف الاتجاهات، وتسمّى الإجهاد التفاضلي Differential Stress (شكل 106–ب)، بحيث تزداد الصخور التي تتعرض للإجهاد التفاضلي قصرًا أو تنكمش باتجاه الإجهاد الأقوى (التفاضلي)، وتزيد في الطول وتتفلطح في الاتجاه المتعامد معه. نتيجةً لذلك، غالبًا ما تتعرض الصخور للطيّ، والتصدع، والانبساط. ٣) السوائل النشطة كيميائيًّا: أمّا العامل الثالث فهو عبارة عن سوائل نشطة كيميائيًّا. يُعتقد أن السوائل التي تتكوّن أساسًا من الماء وبعض المكونات المتطايرة والتي تشمل ثاني أكسيد الكربون، تؤدي دورًا مهمًّا في بعض أنواع التحول. فالسوائل المحيطة بالحبيبات المعدنية تعمل كمُحفِّزات لعمليات إعادة التبلور.
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 1: ١) ما معنى التحول؟ ٢) اذكر عوامل التحول. ٣) كيف تؤثر الحرارة في مواد الأرض؟ ٤) ما هو الضغط المحيط؟ كيف يؤثر في الصخور؟
إظهار الإجابة
١) تغيّر نوع صخر إلى نوع آخر بتأثير الحرارة والضغط والسوائل. ٢) الحرارة · الضغط · السوائل النشطة كيميائيًّا. ٣) مصدر طاقة يحفّز التفاعلات الكيميائية ويعيد تبلور المعادن ويكوّن معادن جديدة. ٤) الضغط المتساوي من جميع الاتجاهات على الصخور المدفونة في العمق ويزداد مع العمق ويضغط الصخر ويقلل حجمه. (حلّ نموذجي من نص الدرس)
٣٢
الدرس 2: أنسجة الصخور المتحوّلة Metamorphic Textures
صفحات 102–105ما الرخام الأبيض في الحرم المكي؟ (شكل 108) ولماذا درجة حرارته معتدلة؟
إظهار الإجابة
يتميّز الرخام الأبيض في الحرم المكي بلونه الباهي وشكله المتناسق ودرجة حرارته المعتدلة طوال اليوم. تعود خاصّية اعتدال الحرارة إلى نوع الرخام (تاسوس) الذي يمتصّ الرطوبة في الليل عبر مسام دقيقة ويُخرجها في النهار، ما يجعله دائم البرودة. لا يمكن إيجاد هذا الرخام الأبيض إلّا في اليونان، لذلك تمّ شراء الكمّية المناسبة لهذا الغرض. هل تعلم؟ أقامت وزارة الصحة المستشفيات والمراكز الصحية وأشرفت على بناء العديد من المراكز ومنها مركز الطب الإسلامي الذي يختصّ بالمعالجة بالنباتات الطبية. وقد قام بافتتاحه صاحب السمو أمير البلاد الراحل الشيخ جابر الأحمد الجابر الصباح — طيب الله ثراه — وذلك في 21 فبراير 1987 بمناسبة عيد الكويت الوطني السادس والعشرين. وافتتح المركز بعد أربع سنوات فكان صرحًا إسلاميًّا معماريًّا وعلميًّا. يتكوّن المركز من ثلاثة أدوار بمساحة بناء تقارب 6100 متر مربع، ومسجد يتكوّن من ثلاثة أدوار يتسع لألف وخمسمائة مصلٍّ بمساحة 2600 متر مربع، وتصل بين الاثنين ممرات ذات طابع إسلامي مغطّاة. وقد استخدم الرخام للأرضيات المنقوشة بنقشات إسلامية بمساحة 3650 مترًا مربعًا.
1. أنواع أنسجة الصخور المتحولة Types of Metamorphic Textures
ما نوعا أنسجة الصخور المتحولة؟ وما التورّق Foliation؟
إظهار الإجابة
تذكّر أن مصطلحَ نسيج يُستخدم لوصف حجم الحبيبات وشكلها وترتيبها داخل الصخر. وتنقسم أنسجة الصخور المتحولة إلى نوعين هما: الأنسجة المتورّقة Foliated Textures والأنسجة غير المتورّقة Nonfoliated Textures. 1.1 الأنسجة المتورقة: يُشير مصطلح التورق Foliation إلى أيّ ترتيب وفق مسطّحات (مُستوٍ تقريبًا) للحبيبات المعدنية أو للمظاهر التركيبية في الصخر. توجد أنواع مختلفة من التورّق (شكل 109)، تعتمد غالبًا على مستوى التحول والتكوّن المعدني للصخر الأم. نذكر منها: الانشقاق الصخري أو الأردوازي، والشيستوزية (الصفائحية)، والنسيج النيسوزي.
(أ) الانشقاق الصخري أو الأردوازي Rock or Slaty Cleavage: ما هو؟
إظهار الإجابة
يشير الانشقاق الصخري إلى الأسطح المستوية المتقاربة جدًّا والتي ينشقّ الصخر على طولها عند طَرْقه بمطرقة، ويحدث الانشقاق الصخري (شكل 110) في عدة صخور متحولة، ولكنه يظهر جيدًا في الأردواز الذي يتميز بخاصية انشقاق تسمى الانشقاق الأردوازي (شكل 111)، إذ تتكون الأردواز نتيجة عملية التحول للطين الصفحي. هل تعلم؟ ترتفع درجة حرارة القشرة الأرضية مع العمق، ويؤدي ذلك إلى مشاكل كثيرة على صعيد العمل في المناجم الجوفية أو تحت الأرضية. في المنجم الغربي العميق في أفريقيا الجنوبية، الذي يبلغ عمقه 2.5 ميلًا، تبلغ درجة حرارة الصخور درجة عالية بحيث أنها تحرق سطح جلد الإنسان. يعمل عمال المناجم ضمن مجموعات، مكونة من اثنين، أحد العمال يقوم بالتعدين، في حين يشغّل الآخر مروحة لتبريد الجو حولهما. وسبب ثقل النوعية الممتازة لطاولات البيليارد: يرجع إلى أسطحها المصنوعة من صفائح سميكة لصخر متحول هو الأردواز؛ ولأن الأردواز ينفصل بسهولة إلى صفائح، فقد ارتفع سعره لجودته في صنع أسطح طاولات البيليارد، بالإضافة إلى أغراض أخرى، مثل فرش الأرضيات والأسطح. (شكل 111: للأردواز استخدامات عديدة لأنه ينشق بسهولة إلى صفائح، ويستخدم لكسف المنزل.)
(ب) الشيستوزية (الصفائحية) Schistosity · (ج) النسيج النيسوزي Gneissic Texture
إظهار الإجابة
(ب) الشيستوزية: في ظل أنظمة الضغط ودرجات الحرارة المرتفعة، تنمو حبيبات الميكا والكلوريت الدقيقة في الأردواز إلى حجم أكبر بعدة مرات من الحجم الأصلي، بحيث تستطيع تمييزها بالعين المجردة. ويبدو الصخر متطبقًا أو مكوّنًا من تركيب طَبَقي. في هذه الحالة تسمّى خاصية تورّق الصخر بالشيستوزية (أو النسيج الشيستوزي)، والصخرُ الذي يتميز بهذا النسيج يسمى شيست Schist (شكل 112). إضافة إلى المعادن الصفائحية، قد يحوي الشيست حبيبات مشوهة من الكوارتز والفلسبار التي تظهر كحبيبات مسطحة أو عدسية الشكل مخبأة بين حبيبات الميكا. (ج) النسيج النيسوزي: تنفرز المعادن خلال عمليات التحول عالي المستوى كما هو مبين في الشكل (113). لاحظ أن بلّورات البيوتيت الداكنة والمعادن السيليكاتية الفاتحة (كوارتز وفلسبار) قد انفصلت عن بعضها، وأعطت الصخرَ مَظهرًا ذي أحزمة يسمّى النسيج النيسوزي. الصخر الذي يتميز بهذا النسيج يدعى نيس Gneiss. هل تعلم؟ يبلغ عمر صخور نيس أكاستا الظاهر عند سطح الأرض شرق بحيرة Slave lake العظمى في كندا 4.03 مليار سنة، بحسب قياس العمر بالطريقة الإشعاعية، وهي تعتبر من أقدم الصخور المعروفة في العالم.
2.1 الأنسجة غير المتورقة (الحبيبية)
إظهار الإجابة
تتألف هذه الصخور من حبيبات بلّورات معادنها متساوية الأبعاد متماثلة مثل الكوارتز والكالسيت وتتكون بفعل التحول الحراري. فيظهر نسيج الصخر على شكل حبيبات متبلّرة متساوية الحجم ومتراصّة كالرخام والكوارتزيت (شكل 114).
2. بيئات التحوّل Metamorphic Environment
1.2 التحوّل الحراري أو التلامسي Contact or Thermal Metamorphism: ما هو؟
إظهار الإجابة
يَحدُث التحول الحراري أو التلامسي عندما يكون الصخر محاطًا أو ملاصقًا لجسم ناريّ منصهر. تقع أجزاء الصخر التي تعرّضت للتغير في نطاق يسمى هالة متحولة Metamorphic Aureole (شكل 115)، والتي يتوقّف حجمها على عوامل عديدة: ● كتلة الجسم الناري وحرارته، فالتداخلات الصغيرة تُحدث هالات تُقاس سماكتها بالسنتيمترات في حين أنّ التداخلات الكبيرة مثل الباثوليث Batholith تمتدّ هالاتها المتحوّلة كيلومترات عديدة. ● التركيب المعدني للصخر المضيف مثل الحجر الجيري بحيث قد تصل سماكة نطاق التحول على 10km وغالبًا ما تكون هذه الكبيرة نطاق تحول متميز Zone of Metamorphism.
٣٣
تابع الدرس 2: بيئات التحوّل (حراري · محاليل حارة · دفن · إقليمي)
صفحات 106–108ما المعادن المميزة التي تتكون قرب الجسم الصهاري وبعيدًا عنه في التحول التلامسي؟ (شكل 116)
إظهار الإجابة
فبالقرب من الجسم الصهاري قد تتكوّن المعادن المميزة لدرجة الحرارة العالية مثل الجارنت، في حين تتكوّن المعادن المميزة لدرجة الحرارة المنخفضة، مثل الكلوريت بعيدًا عنه. (شكل 116: يتولّد الهورنفلس — صخور طينية دقيقة الحبيبات — عن التحول التلامسي للطفل (الطين الصفحي)، بينما يتولد الكوارتزيت والرخام على التوالي عن التحول التلامسي للحجر الرملي الكوارتزي والحجر الجيري؛ وتزداد درجة التحول باتجاه حجرة الصهارة.)
2.2 التحوّل بالمحاليل الحارة Hydrothermal Metamorphism: ما هو؟
إظهار الإجابة
عندما تمر المحاليل الحارة الغنية بالأيونات عبر شقوق الصخور، يَحدُث تغيّر كيميائيّ تسمى التحول بالمحاليل الحارة (شكل 117). يرتبط هذا النوعُ من التحول ارتباطًا وثيقًا بالأنشطة النارية، كون توفر الحرارة الضرورية لدورة هذه المحاليل الغنية. لهذا غالبًا ما يحدث التحول بالمحاليل الحارة بالتزامن مع التحول التلامسي في المناطق التي تمّ اختراقها بكتل نارية كبيرة. ولهذه المحاليل القدرة على تغيير التركيب الكيميائي للصخر المضيف. (شكل 117: انتشار المحاليل الحارة المصاحبة للصهير)
3.2 التحوّل بالدفن Burial Metamorphism: ما هو؟ (شكل 118)
إظهار الإجابة
يرافق التحول بالدفن تراكمٌ كثيف جدًّا لطبقات الصخور الرسوبية في حوض ترسيب هابط. في هذه الحالة، قد تتوفر ظروف مستوى التحول الضعيف للطبقات العميقة. فيتسبب الضغطُ المحيط والحرارةُ الجوفية الأرضية المتزايدة بإعادة تبلور المكونات المعدنية، ما يغير النسيج و/ أو التركيب المعدني للصخر من دون حدوث تشوّه ملحوظ.
شكل 118 (التحول بالدفن): قبل التحول: طفل (صخر رسوبي) لا يظهر سوى حبيبات ميكروسكوبية وتشقق وأسطح طبقات · تحول ضعيف (دفن ضحل): نمو صفائح ميكا ميكروسكوبية وتكوّن الأردواز بنسيجه ضعيف التصفّح · تحول شديد (دفن أعمق): الشيست — صفائح ميكا ترى بالعين المجردة وتكوّن النسيج الشيستوزي — ثم النيس: تكوّن معادن مافية وفلسبارية وتكوّن النسيج النيسوزي.
شكل 118 (التحول بالدفن): قبل التحول: طفل (صخر رسوبي) لا يظهر سوى حبيبات ميكروسكوبية وتشقق وأسطح طبقات · تحول ضعيف (دفن ضحل): نمو صفائح ميكا ميكروسكوبية وتكوّن الأردواز بنسيجه ضعيف التصفّح · تحول شديد (دفن أعمق): الشيست — صفائح ميكا ترى بالعين المجردة وتكوّن النسيج الشيستوزي — ثم النيس: تكوّن معادن مافية وفلسبارية وتكوّن النسيج النيسوزي.
4.2 التحوّل الإقليمي Regional Metamorphism: ما هو؟ (شكل 119)
إظهار الإجابة
يحدث هذا التحول في مناطق شاسعة تحت تأثير الضغط المرتفع الذي يصحبه ارتفاع في درجات الحرارة والذي ينتج عن حركات القشرة الأرضية البانية للجبال والقارّات، ما يؤدي إلى ترتيب المعادن للصخور الأصلية على شكل رقائق أو شرائح متوازية ومتعامدة على اتّجاه الضغط. (شكل 119: يحدث التحول الإقليمي عندما تضغط الصخور بين لوحين صخريين (ليثوسفير) متصادمين أثناء بناء الجبال؛ في الشكل: ترسيب الرواسب على الحواف القارية · حوض محيطي · ليثوسفير محيطي منغمس · نطاق الانسياب · منطقة تحول شديد · انصهار جزئي في القشرة الأرضية.)
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 2: ١) عرّف التورّق. ٢) ما الأنواع الثلاثة للنسيج المتورّق؟ ٣) كيف تتكون صخر النيس المتحول؟ ٤) اذكر أنواعًا مختلفة لبيئة التحول. ٥) ما نتيجة التحول الإقليمي؟
إظهار الإجابة
١) أي ترتيب وفق مسطّحات (شبه مستوية) للحبيبات المعدنية أو للمظاهر التركيبية في الصخر. ٢) الانشقاق الصخري (الأردوازي) · الشيستوزية · النسيج النيسوزي. ٣) تنفرز المعادن في التحول عالي المستوى فتنفصل البلورات الداكنة (البيوتيت) عن المعادن السيليكاتية الفاتحة (كوارتز وفلسبار)، فيظهر الصخر ذا أحزمة. ٤) التحول الحراري (التلامسي) · التحول بالمحاليل الحارة · التحول بالدفن · التحول الإقليمي. ٥) ترتيب معادن الصخور الأصلية على شكل رقائق أو شرائح متوازية ومتعامدة على اتجاه الضغط. (حلّ نموذجي من نص الدرس)
٣٤
أسئلة مراجعة الفصل الثالث (الصخور المتحولة)
صفحتان 109–110أولًا: اختر الإجابة المناسبة للعبارات التالية
١) في .......... تكون القوى التي تشوّه الصخور غير متساوية في الاتجاهات المختلفة. (أ) الضغط المحيط (ب) الجهد التفاضلي (ج) المحاليل النشطة كيميائيًّا (د) الطبقات المشوهة
إظهار الإجابة
(ب) الجهد (الإجهاد) التفاضلي.
٢) لصخر الأردواز خاصية مميزة تدعى .......... (أ) الانشقاق الأردوازي (ب) الانشقاق المُستوي (ج) النسيج الشيستوزي (د) المَظهر المتطبّق
إظهار الإجابة
(أ) الانشقاق الأردوازي.
٣) يُعرف التحول الحراري أيضًا بـ .......... (أ) التحول بالمحاليل الحارة (ب) التحول الصدمي (ج) التحول بالغور (د) التحول التلامسي
إظهار الإجابة
(د) التحول التلامسي.
٤) يتميز الرخام بـ .......... (أ) نسيج غير متورق (ب) نسيج شيستوزي (ج) نسيج أردوازي (د) نسيج نيسي
إظهار الإجابة
(أ) نسيج غير متورّق.
ثانيًا: تحقق من فهمك
١) اشرح لماذا تعتبر كلمة «متحول» مناسبة لهذا النوع من الصخور.
إظهار الإجابة
لأن الصخر الأصلي يتحول (يتغير) في نسيجه وتركيبه المعدني والكيميائي بتأثير الحرارة والضغط والسوائل النشطة، فيصبح صخرًا من نوع آخر. (حلّ نموذجي)
٢) قارن: ناقش الشبه ما بين تكوُّن الصخور النارية وتكوُّن الصخور المتحولة، وبمَ يختلفان؟
إظهار الإجابة
الشبه: كلاهما يتكوّن بتأثير الحرارة والضغط في باطن الأرض وتُعاد فيه بلورة المعادن. الاختلاف: الصخور النارية تتكوّن من تبلور صهارة منصهرة، أما المتحولة فتتكوّن من تغيّر صخر موجود (ناري أو رسوبي أو متحول) في حالة صلبة دون انصهار كلي. (حلّ نموذجي)
٣) أيهما أفضلُ لنحت قطع الشطرنج: الرخام أم الأردواز؟ فسّر إجابتك.
إظهار الإجابة
الرخام؛ لأنه ذو نسيج غير متورّق (حبيبات متساوية متراصّة) فلا ينشق إلى صفائح، بخلاف الأردواز الذي ينشقّ بسهولة. (حلّ نموذجي)
٤) توقّع: افترض أنك تبحث عن صخر متحول لمجموعتك الصخرية. أين يحتمل أن تجد عينات من الصخور المتورقة والصخور غير المتورقة على سطح الأرض؟
إظهار الإجابة
المتورقة: في مناطق التحول الإقليمي (سلاسل الجبال) حيث الإجهاد التفاضلي. غير المتورقة: قرب الأجسام النارية المتداخلة (التحول التلامسي). (حلّ نموذجي)
ثالثًا: نمِّ مهاراتك — استخدام البيانات (الرسم البياني)
يوضح الرسم البياني تأثير عمق المطر ودرجة الحرارة على الصخور المختلفة (محور الحرارة 0–800°C، ومحور العمق 0–56 كم؛ الخط المائل يمر بطين صفائحي ← أردواز ← شيست ← نيس ← غرانيت (تبلور بعد انصهار)). ١) ما مدى العمق ودرجة الحرارة لتواجد الصخور الرسوبية؟ ٢) ما مدى العمق ودرجة الحرارة لتواجد الصخور النارية؟ ٣) اذكر أسماء الصخور المتحولة الواردة في الرسم البياني. ما مدى العمق ودرجة الحرارة اللازمين لتكوّن هذه الصخور؟ ٤) ما العلاقة بين أنواع الصخور المتكونة والعمق ودرجة الحرارة؟
إظهار الإجابة
٣) الأردواز · الشيست · النيس (إضافة إلى الطين الصفائحي كصخر أصلي). ٤) كلما زاد العمق وارتفعت درجة الحرارة زادت شدة التحول: من الطين الصفحي إلى الأردواز ثم الشيست ثم النيس، وعند أعلى حرارة وعمق يحدث الانصهار فتتكوّن الصخور النارية (الغرانيت). (الأرقام الدقيقة للمدى تُقرأ من الرسم؛ أرقام ١ و٢ غير محسومة من الصورة)
٣٥
الوحدة الرابعة: العمليات التي تغيّر تضاريس الأرض (Changes in Landforms) — مدخل
صفحة 111ماذا ستتعلم في هذه الوحدة عن التحرك الكتلي Mass Wasting؟
إظهار الإجابة
سوف تتعلّم في هذه الوحدة كيف أن التحركات العميقة داخل الأرض تساعد في ولادة الجبال والظواهر السطحية الأخرى. فيما تقرأ هذه الوحدة، ستتعرّف أنواع التحرّك الكتلي وأسبابه.
اكتشف بنفسك: تمثيل التحرك الكتلي للأرض
ما الأدوات والخطوات في النشاط؟
إظهار الإجابة
الأدوات: 3 قطع صلصال متساوية الحجم · سكين بلاستيكي · قليل من الزيت. الخطوات: ● اقطع أجزاء صغيرة من قطعة الصلصال الأولى وامسح سطحها بالقليل من الزيت، ثم ضَع قطع الصلصال على قمّتها بالقرب من الحافة. ● اقطع الثانية بالسكين قطعًا مائلًا مستوي وبلّل سطحها بقليل من الزيت، ثمّ أرجع القطعة إلى مكانها. ● اقطع قطعة الصلصال الثالثة قطعًا منحنٍ وبلّل سطحها بقليل من الزيت، ثمّ أرجع القطعة إلى مكانها. ● ادفع كلّ قطعة برفق بالقرب من قمّتها كما ترى في الرسم أعلاه. ● اتّبع إرشادات الأمان والسلامة.
حلّل واستنتج
إظهار الإجابة
● صِف ما يحدث في كلّ حالة. ● أيّ من الحالات السابقة يحاكي التساقط؟ الانزلاق؟ الانزلاق مع الدوران؟ ● ما سبب تحرّك الكتلي إلى أسفل؟ (أسئلة نشاط؛ الإجابة تُلاحظ من التجربة)
٣٦
الفصل الأول: التحرّك الكتلي — الدرس 1: دور التحرّك الكتلي
صفحات 112–115ما فكرة مدخل الفصل الأول (التحرك الكتلي Mass Wasting)؟
إظهار الإجابة
على الرغم من أن معظم المنحدرات الأرضية تبدو كما لو كانت مستقرة وغير قابلة للتغيّر إلا أن قوة الجاذبية تُحرّك المواد. من جهة، قد تكون الحركة تدريجية بحيث لا يمكن ملاحظتها، ومن جهة أخرى، قد تكون من انجراف هادر للركام أو انهيار الصخور. تشكل الانزلاقات الأرضية خطرًا طبيعيًا على المستوى العالمي. عندما تؤدي هذه المخاطر الطبيعية إلى فقد الحياة والممتلكات، فإنها تغدو كوارث طبيعية. دروس الفصل: الدرس الأول: دور التحرك الكتلي · الدرس الثاني: العوامل والمحفزات المتحكمة بالتحرك الكتلي · الدرس الثالث: تصنيف عمليات التحرك الكتلي.
1. التحرّك الكتلي وتشكّل التضاريس الأرضية Mass Wasting and Landform Development
ما الانزلاقات الأرضية؟ وماذا يحدث في الشكل 120 و121؟
إظهار الإجابة
تمثّل الانزلاقاتُ الأرضية عملية جيولوجية شائعة تدعى التحرك الكتلي. يشير التحرك الكتلي إلى تحرك الصخور والركام والتربة نحو أسفل المنحدر تحت تأثير الجاذبية الأرضية (شكل 121). فهي ليست بحاجة إلى وسيط لينقلها كالماء أو الرياح أو الثلوج. (شكل 120: عام 2009، طمرت السيول في جدة عددًا كبيرًا من الممتلكات والأراضي. شكل 121: تحرّك الصخور والركام والتربة.)
1.1 دور التحرك الكتلي The Role of Mass Wasting: ما دوره في تشكيل تضاريس الأرض؟
إظهار الإجابة
لم يكن سطح الأرض يومًا مسطّحًا بالكامل بل توجد فيه منحدرات بعضها حاد وبعضها متوسط، وبعضها طويل وتدريجي، وبعضها الآخر قصير وحاد. وقد تكون المنحدرات متدثّرة بالتربة ومغطاة بالنباتات، في حين تكون أخرى عارية ومغطاة فقط بالركام الصخري. تعتبر المنحدرات كلها أحدَ عناصر التضاريس الأرضية الطبيعية. يعتبر التحرك الكتلي الخطوة الثانوية المهمة التي تلي التجوية في تكوين معظم المظاهر والتضاريس الأرضية Landform. لا تنتج التضاريس الأرضية عن التجوية بحد ذاتها بل هي تنشأ وتتطور عندما تتحرك نواتج التجوية وتزال من المكان الذي تكونت فيه. تتفتت الصخور، فينقل التحرك الكتلي الركام إلى أسفل المنحدر حيث تقوم الجداول والمجاري المائية بنقله بعيدًا وفي النهاية إلى البحر. يؤدي التأثير المشترك للتحرك الكتلي والمياه الجارية إلى تكوين وديان الجداول Stream Valleys التي تعتبر من أهم معالم التضاريس الأرضية الواضحة. لو كانت الجداول وحدها مسؤولة عن تكوين الوديان، لكانت هذه الوديان عبارة عن مَعالِمَ أرضية ضيقة. في الحقيقة، عندما تكون وديانُ الأنهار أكثر اتساعًا من عمقها، يعدّ ذلك دليلًا على قوة تأثير التحرك الكتلي على إمداد المجاري المائية. (شكل 122: تمتد جدران الأخدود العظيم (الجراند كانيون Grand Canyon) بعيدًا عن مجرى نهر كولورادو في ولاية أريزونا. ينتج هذا أساسًا عن نقل ركام التجوية وهبوط المنحدر نحو النهر وروافده.)
2.1 تغيّر المنحدرات مع الوقت Slopes Change through Time: كيف يحدث التحرك الكتلي؟
إظهار الإجابة
لكي يَحدُثَ تحركٌ كتلي يجب أن تتواجد منحدراتٌ تتحرك عليها الصخورُ والركام الصخري. فنشوء الجبال وأنشطة البراكين هي التي ولدت هذه المنحدرات عبر رفع الكتل الأرضية وقمر المحيط على دفعات. تحدث معظم التحركات الكتلية السريعة والمفاجئة في الجبال الوعرة حديثة التكوين، التي تتعرض للتعرية السريعة بواسطة الأنهار والأنهر الجليدية، فتظهر منحدرات شديدة وغير مستقرة. وتقوم عمليات التعرية والتحرك الكتلي بخفض ارتفاع الأرض. ومع الوقت، تتحول المنحدراتُ الوعرة والحادة إلى أراضٍ منخفضة قليلة الانحدار. لذلك، عندما يزداد عمر أرض ما، تتراجع قوة التحرك الكتلي السريع الشامل، فتقتصر على تحركات صغيرة غير خطيرة عند المنحدرات.
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 1: ١) ما هو التحرك الكتلي؟ ٢) كيف تتكوّن التضاريس الأرضية؟ ٣) أين تَحدُث الانزلاقاتُ الأرضية الكتلية المدمرة؟ لماذا؟
إظهار الإجابة
١) تحرك الصخور والركام والتربة نحو أسفل المنحدر تحت تأثير الجاذبية. ٢) تنشأ وتتطور عندما تتحرك نواتج التجوية وتُزال من مكانها (تجوية ← تحرك كتلي ← نقل بالمجاري المائية). ٣) في الجبال الوعرة حديثة التكوين ذات المنحدرات الشديدة غير المستقرة التي تتعرض للتعرية السريعة. (حلّ نموذجي من النص)
٣٧
الدرس 2: العوامل والمحفّزات المتحكّمة بالتحرّك الكتلي (الماء · المنحدرات الحادة · إزالة النبات)
صفحات 116–117ما قوة الجاذبية الأرضية؟ وما العوامل الأخرى التي تحفز التحرك؟
إظهار الإجابة
الجاذبية الأرضية Gravity هي القوة التي تتحكّم بالتحرك الكتلي. تؤدي عدةُ عوامل أخرى دورًا مهمًّا في تحفيز عمليات التحرك نحو أسفل المنحدرات. (شكل 123: التحرك الكتلي.)
1. العوامل المحفّزة لعمليات التحرك الكتلي Factors Triggering Mass Wasting
1.1 الماء Water: كيف يحفز التحرك الكتلي؟
إظهار الإجابة
يبدأ التحرك الكتلي أحيانًا عندما تتشبع المواد السطحية بالماء نتيجة هطول الأمطار الغزيرة أو نتيجة فترة ذوبان الجليد الطويلة (شكل 124). حدث مثل هذا في ديسمبر عام 2009، عندما وفرت الأمطار الغزيرة محفّزًا لتحرك مئات الانزلاقات الأرضية في جدة. فالسيول الطينية والفيضانات العارمة تسببت بأضرار بالغة في الممتلكات وخسائر فادحة في الأرواح، إذ فُقد 122 شخصًا.
شكل 124: (أ) تربة جافة – تماسك قوي: قد يكون تأثير الماء على التحرك الكتلي كبيرًا. عندما يكون الماء نادرًا أو معدومًا، يقوم تماسك حبيبات التربة الملاصقة للانحدار بتثبيتها في مكانها (منحدر مستقر). (ب) تربة مشبعة بالماء: عندما تشبع التربة بالماء، تُدفع الحبيبات بعيدًا عن بعضها البعض ويتلاشى تماسكها، مما يسمح للتربة بالانزلاق نحو أسفل المنحدر (منحدر غير مستقر).
شكل 124: (أ) تربة جافة – تماسك قوي: قد يكون تأثير الماء على التحرك الكتلي كبيرًا. عندما يكون الماء نادرًا أو معدومًا، يقوم تماسك حبيبات التربة الملاصقة للانحدار بتثبيتها في مكانها (منحدر مستقر). (ب) تربة مشبعة بالماء: عندما تشبع التربة بالماء، تُدفع الحبيبات بعيدًا عن بعضها البعض ويتلاشى تماسكها، مما يسمح للتربة بالانزلاق نحو أسفل المنحدر (منحدر غير مستقر).
2.1 الانحدارات بالغة الحدّة Oversteepened Slopes: ما هي؟ وما زاوية الاستقرار؟
إظهار الإجابة
تُعتبر الحدة البالغة للانحدارات أحدَ المحفّزات الأخرى للتحرك الكتلي. ومن الأمثلة المهمة لتكوّن انحدارات شديدة تعرية النهر لقاعدة جوانب الوادي واصطدام الأمواج بالجرْف الشاطئي وتعرية قاعدته. وغالبًا ما تؤدي أنشطة الإنسان إلى تكوّن انحدارات غير مستقرة بالغة الحدة. زاوية الاستقرار Angle of Repose: تسمى الزاوية التي تكون عندها الحبيبات ثابتة زاوية الاستقرار. تتراوح زاوية الاستقرار ما بين 25° و 40° استنادًا إلى شكل الحبيبات وحجمها. قد يؤدّي الانحدار بالغ الحدّة إلى تحريك مساحات كبيرة من الركام أو التربة المتماسكة أو حتى تحريك أجزاء من طبقات الجبل. وبعد فترة على حدوث عملية أو أكثر من عمليات التحرك الكتلي تنخفض حدة الانحدار فيستعيد استقراره.
3.1 إزالة النبات Removal of Vegetation: كيف تؤثر في التحرك الكتلي؟
إظهار الإجابة
يساعد النبات في مقاومة التعرية ويساهم في استقرار المنحدر، لأن الجذور تربط حبيبات التربة والطبقة السطحية المفككة ببعضها البعض. بالإضافة إلى ذلك، يعمل النبات كدرع يحمي التربة من التعرية الناتجة عن هطول الأمطار. يَزيد الافتقار للنبات من التحرك الكتلي وخاصة إذا كان المنحدر من النوع الشديد والمياه متوفرة. ينجم هذا الافتقار عن قطع الغابات لصناعة الأخشاب أو عن الحرائق. بالإضافة إلى نزع النبات المهم لتثبيت التربة، تسرّع الحرائق من التحرك الكتلي بطرق أخرى (شكل 125). عندما تجف الطبقة العليا من التربة وتتفكك نتيجة الحرائق والطقس الجاف، فإنها تميل إلى الانزلاق على المنحدرات الشديدة. علاوة على ذلك، يمكن أن تكوّن الحرائق طبقة طاردة غير منفذة للماء. يمنع هذا الحاجز غير المنفذ نفاذ الماء أو يبطئه ما يزيد من كمية المياه الجارية لدى هطول الأمطار فيتولّد سيل من الطين الزّرِج والركام الصخري. (شكل 125: خلال الصيف، تشبُّ عادة الحرائق في أماكن كثيرة فتحرق ملايين الكيلومترات سنويًّا. يؤدي فقدان النبات الذي يثبت التربة إلى تسريع التحرك الكتلي.)
٣٨
تابع الدرس 2: الزلازل · التحرك الكتلي من دون محفزات · مراجعة الدرس 2
صفحة 1184.1 الزلازل Earthquakes: كيف تحفّز التحرك الكتلي؟ وما التسييل Liquefaction؟
إظهار الإجابة
يُعتبر الزلازل من أهم هذه المحفزات لانها مع ما يتبعها من ارتدادات مباشرة تسمح بتخلخل كميات ضخمة من الصخور والمواد غير المتماسكة وباقتلاعها. يمكن للاهتزازات العنيفة أثناء الزلزال أن تجعل المواد السطحية المشبعة بالماء تفقد تماسكها، فتنساب على غرار السوائل، وهذا ما يُسمّى بالتسييل Liquefaction.
2. التحرك الكتلي من دون محفزات Mass wasting without Triggers: كيف يحدث؟
إظهار الإجابة
يحدث الكثير من التحركات الكتلية السريعة دون محفّز ظاهر. يضعف تماسك مواد المنحدر تدريجيًّا مع الوقت تحت تأثير التجوية لفترة طويلة وبسبب تسرُّب الماء وعدة عوامل طبيعية أخرى. وعندما ينخفض التماسك إلى ما دون المستوى اللازم لإبقائه مستقرة على المنحدر، يحدث التحرك الكتلي.
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 2: ١) كيف تؤدّي إزالةُ النبات إلى التحرك الكتلي؟ ٢) ما ارتباطُ الزلازل بالانزلاقات الأرضية؟ ٣) كيف يؤثر الماءُ في عمليات التحرك الكتلي؟ ٤) هل تحتاج حوادث التحرك الكتلي السريع إلى محفّز دائمًا؟ اشرح إجابتك.
إظهار الإجابة
١) الجذور تربط حبيبات التربة وتحميها من التعرية؛ فإذا أُزيل النبات (بالقطع أو الحرائق) ضعف تماسك التربة وزاد الانزلاق، وتكوّن بالحرائق طبقة غير منفذة تزيد الجريان. ٢) تسبب الاهتزازات والهزات الارتدادية تخلخل الصخور والمواد وتسييل المواد المشبعة بالماء فتنزلق. ٣) يشبع التربة فتتباعد الحبيبات ويتلاشى تماسكها فتنزلق، كما تحفز الأمطار الغزيرة وذوبان الجليد التحرك. ٤) لا؛ فقد يحدث دون محفز ظاهر بسبب ضعف التماسك التدريجي بالتجوية وتسرب الماء. (حلّ نموذجي من النص)
٣٩
الدرس 3: تصنيف عمليات التحرّك الكتلي (طبيعة المواد · معدل الحركة · نوع الحركة)
صفحات 119–123كيف حدث التدفق الطيني (شكل 126) في جنوب أستراليا؟ وما أسس تصنيف التحرك الكتلي؟
إظهار الإجابة
شكل 126 (تدفق طيني): أدّت أمطار غزيرة تساقطت في جنوب أستراليا إلى حدوث تدفق طيني. الأرض التي تقف عليها صلبة وقد تتحوّل في ظلّ ظروف محدّدة إلى طين كثيف. فعلى سبيل المثال، يبيّن الشكل (126) تدفقًا طينيًّا مدمّرًا سبّبته أمطار غزيرة. فجرى نهر من الطين على سفح الجبل وطمر المنازل والسيّارات، كما أدّى إلى وفاة الكثيرين. بخلال لحظات، نقل التدفق الطيني كميّة هائلة من التربة الممزوجة بالماء والصخر إلى أسفل المنحدر. توجد عدة أنواع من العمليات التي يسمّيها الجيولوجيون التحرك الكتلي. تصنّف الأنواع المختلفة عادة على أساس طبيعة المواد المتحركة وطريقة التحرك وسرعته.
1. طبيعة المواد Nature of Materials: على ماذا يعتمد التصنيف هنا؟
إظهار الإجابة
يعتمد تصنيفُ عمليات التحرك الكتلي على طبيعة المواد عند بداية التحرك، أي كونها مواد مفككة أو طبقة صخرية. إذا كانت التربة أو الغِطاء الصخري المفكَّك هو السائد.
2. معدّل التحرّك Rate of Movement: ما الانهيارات الصخرية Rock Avalanches؟
إظهار الإجابة
تحدث الانهيارات الصخرية Rock Avalanches عندما تندفع الصخور والركام إلى أسفل المنحدر بسرعة تتعدى 220km (125 ميلًا) في الساعة ما قد يتسبب بكوارث على الناس وعلى الممتلكات. فهناك الكثير من التحركات الكتلية البطيئة وغير المحسوسة حتى أن سرعة العملية الواحدة قد تتفاوت بشدة في موقع واحد.
3. نوع الحركة Type of Motion — 1.3 التساقط Fall: ما هو؟ (شكل 128)
إظهار الإجابة
بالإضافة إلى نوع المواد الخاضعة لعملية التحرك الكتلي، يُعتبر نمط تحرك المواد مهمًّا أيضًا فيوصف نوع الحركة عامّة بتساقط fall أو انزلاق slide أو انسياب flow. التساقط Fall: عندما تعني الحركة سقوطًا حرًّا لقطع إفرادية مهما كان حجمها، تدعى تساقطًا. التساقطُ شائع في المنحدرات الشديدة (شكل 128: التساقط من المنحدرات الشديدة).
2.3 الانزلاق Slide: ما هو؟ وما نوعاه؟
إظهار الإجابة
يُشير هذا المصطلحُ إلى التحرك الكتلي الذي يحدُث مع وجود نطاقٌ ضعيف يفصل ما بين الكتل المُنزلقة وما تحتها من مواد مستقرة. هناك نوعان أساسيان من الانزلاق: 1.2.3 الانزلاق الدوراني Rotational Slide: يكون فيه السطح الفاصل على شكل منحنٍ مقعّر إلى أعلى يشبه الملعقة، وحيث يكون اتجاه حركة المواد إلى أسفل مع استدارة للكتلة إلى الخارج (شكل 129). 2.2.3 الانزلاق الانتقالي Translation Slide: تكون فيه الحركة على سطح مُستوٍ كفاصل أو صَدْع أو سطح طبقة ولا يرافقها دوران (شكل 130).
3.3 الانسياب Flow: ما هو؟ وما الانسياب الركامي Debris Flow؟
إظهار الإجابة
يُعتبر ثالثُ نوع من الأنواع الشائعة للتحرك الكتلي وهو يَحدُث عندما تتحرك الكتلُ على المنحدر كسائل كثيف (مثل خليط إسمنتي). تكون معظمُ الانسيابات مشبعة بالماء وتتحرك على شكل لسان أو فص. 1.3.3 الانسياب الركامي Debris Flow: يعتبر الانسياب الركامي نوعًا سريعًا نسبيًّا من التحرك الكتلي الذي يتضمن انسيابَ التربة والغطاء الصخريّ المفكك مع كمية كبيرة من الماء. الانسيابُ الركامي الذي يدعى أيضًا الانسياب الطيني Mudflow، هو الأكثر شيوعًا في المناطق الجبلية المدارية، وعلى منحدرات بعض البراكين، ويتجمّع كرواسب مِرْوَحية الشكل عند فم الوادي (شكل 131).
2.3.3 الانسياب الأرضي Earthflow: ما هو؟ (شكل 132)
إظهار الإجابة
يحدث الانسيابُ الأرضي Earthflow عند جوانب التلال في المناطق الرُّطبة أثناء المطر الغزير أو ذوبان الجليد. عندما تتشبع التربة والغطاء الصخري المفكك بالماء، قد تتكسّر المواد وتُقتلع مخلفة ندوبًا على المنحدر، فتولّد كتلًا على شكل ألْسنة أو قطرات دموع تندفع لأسفل المنحدر (شكل 132). (شكل 132: يتخذ هذا الانسياب الأرضي شكل لسان صغير على منحدر بطول طريق سريع تم تعبيده حديثًا، وهو يتكون من المواد الغنية بالطين بعد فترة من المطر الغزير. لاحظ التدهور الصغير عند مقدمة الانسياب الأرضي.)
٤٠
تابع الدرس 3: التحركات البطيئة (الزحف) · مراجعة الدرس 3
صفحة 1244.3 التحركات البطيئة Slow Movements: ما الزحف Creep؟ (شكل 133 و134)
إظهار الإجابة
إن الانزلاقات الأرضية والانهيار الصخري هي من أهم التحركات الكتلية التي تسبّب الكوارث، وهي تعطينا انطباعًا كاذبًا على أنها عمليات قوية بسبب حجمها الكبير وطبيعتها المذهلة. والصحيح أن التحركات الفجائية مسؤولة عن نقل مواد أقل من تلك التي تنتقل بفعل التحركات البطيئة كالزحف. فالزحف Creep نوع من التحرك الكتلي (شكل 133)، الذي ينقل التربةَ والغطاءَ الصخري المفكك على المنحدر ببطء وبالتدريج. أحد العوامل التي تتسبّب بالزحف هي عملية تناوب التمدد والانكماش في المواد السطحية بفعل التجمد والذوبان أو الرطوبة والجفاف (شكل 134). يصعب ملاحظة الزحف بسبب التحركات الشديدة البطء، والظواهرُ التي تدل عليه، مثل التواء الأسوار وإزاحة الأعمدة. (شكل 134: تكرار التمدد والانكماش للمواد السطحية يسبب تحركًا للتربة وحبيبات الصخر وهي عملية تدعى الزحف؛ التمدد الذي يسببه التجمد · الانكماش أثناء الذوبان.)
الأنشطة والتقويم
مراجعة الدرس 3: ١) فرّق بين التساقط والانزلاق والانسياب. ٢) لماذا تتحرك الانهيارات الأرضية (الصخرية) بسرعة كبيرة؟ ٣) من أشكال التحرك الكتلي: الانزلاق الدوراني والانزلاق الانتقالي. ما أوجه الاختلاف بينهما؟ وضّح مستعينًا برسم مبسّط. ٤) قارن بين الانسياب الركامي والانسياب الأرضي. ٥) صِف آلية التحرك البطيء إلى أسفل المنحدر التي تدعى زحفًا.
إظهار الإجابة
١) التساقط: سقوط حر لقطع إفرادية · الانزلاق: حركة كتلة فوق نطاق ضعيف (سطح فاصل) · الانسياب: تحرك المواد كسائل كثيف مشبع بالماء على شكل لسان. ٢) لأنها تندفع بسرعة تتعدى 220km/h. ٣) الدوراني: السطح الفاصل منحنٍ مقعّر ومع استدارة الكتلة إلى الخارج · الانتقالي: على سطح مستوٍ (فاصل أو صدع أو سطح طبقة) دون دوران. ٤) الركامي: سريع نسبيًّا، تربة وغطاء صخري مع كمية كبيرة من الماء (طيني)، يشيع في المناطق الجبلية المدارية وبعض البراكين ويشكل مروحة عند فم الوادي · الأرضي: عند جوانب التلال في المناطق الرطبة أثناء المطر الغزير أو ذوبان الجليد، على شكل ألسنة أو قطرات دموع. ٥) تناوب التمدد والانكماش في المواد السطحية بفعل التجمد والذوبان أو الرطوبة والجفاف فتنتقل حبيبات التربة والصخر ببطء. (حلّ نموذجي من النص)
٤١
أسئلة مراجعة الفصل الأول (التحرك الكتلي)
صفحة 125أولًا: اختر الإجابة المناسبة
١) الانحدارات البالغة الحدة تتسبب بـ .......... (أ) الزحف (ب) الانزلاق الصخري (ج) التساقط (د) الانسياب الطيني
إظهار الإجابة
(ب) الانزلاق الصخري. (حلّ نموذجي؛ الإجابة غير محسومة من النص)
٢) الانسياب الركامي غالبًا ما يُسمّى .......... (أ) انسيابًا أرضيًا (ب) الانسياب الطيني (ج) تدهورًا (د) انزلاقًا صخريًا
إظهار الإجابة
(ب) الانسياب الطيني.
ثانيًا: تحقق من فهمك
١) افترضْ أنك ترغب في بناء منزل بجانب تل. ما الاحتياطات التي تضمن عدم تأثّر منزلك بالتحرك الكتلي؟ ٢) قارن: ما وجه الشبه بين الانسياب الطيني والانزلاق الصخري؟ وكيف يختلفان؟
إظهار الإجابة
١) تجنب المنحدرات الشديدة وقواعدها المقطوعة، والحفاظ على النبات الذي يثبت التربة، وتصريف مياه الأمطار لمنع تشبع التربة. ٢) الشبه: كلاهما تحرك كتلي بفعل الجاذبية نحو أسفل المنحدر. الاختلاف: الطيني انسياب مواد مشبعة بالماء كسائل كثيف، أما الانزلاق فكتلة تتحرك فوق سطح فاصل ضعيف. (حلّ نموذجي)
ثالثًا: تطبيق المهارات — استخدام الرسم البياني
وقع حدث مأساوي في 10 يناير عام 2005 عندما اكتسح انسياب ركامي سميك (انزلاق أرضي) مدينة لاكونشيتا La Cinchita الصغيرة في كاليفورنيا، وهي تقع على بعد 80km شمال غرب لوس أنجلوس. مستخدمًا المعلومات السابقة والرسم البياني المرفق (انزلاق أرضي في 10 يناير 2005؛ محور هطول المطر 0–10 سم؛ من 11/1/04 إلى 1/19/05) اشرح سبب الانزلاق الطيني الذي حدث.
إظهار الإجابة
الرسم يبين تراكم هطول مطري غزير ومتواصل في الأيام السابقة للانزلاق (ارتفاع الأعمدة قرب 10 يناير)، فتشبعت التربة بالماء وفقدت تماسكها فانزلقت. (حلّ نموذجي؛ قيم الرسم لم تُقرأ بدقة)
رابعًا: ربط الجيولوجيا بالعلوم الطبيعية
المواد: رمل، ماء، دلو متوسط الحجم، كيس بلاستيكي كبير، ورقة للرسم التخطيطي. الخطوات والأسئلة؟
إظهار الإجابة
١) املأ الدلو بالرمل. أضِف كمية من الماء تكفي لجعل الرمل يلتصق بعضه بعضًا. ٢) ضع وعاء الرمل لساعات قليلة في الثلاجة. ٣) ضع الرمل «المجمّد» في الكيس البلاستيكي. ٤) أرْسم محيط كتلة الرمل المتجمد. ٥) كرّر الخطوة 4 كل ساعات مدة أربع ساعات. الأسئلة: ما العملية الجيولوجية التي يوضّحها هذا المجسّم؟ كيف تؤثر الجاذبية الأرضية على المَظاهر الجيولوجية (الطوبوغرافية) لسطح الأرض؟
خامسًا: دراسة الأشكال
بعد تفحص الشكلين المرفقين (أ، ب: منحدران أحدهما سليم والآخر مع انزلاق): ١) حدّد نوع التحرك الكتلي في كل منها. ٢) حدد على الشكلين المكان الأفضل لبناء المنزل. ٣) ما هي إجراءات الأمن والسلامة التي يجب اتخاذها؟
إظهار الإجابة
أسئلة تحليل للشكلين (الإجابة تُستنتج من الصورة). (غير محسومة من الصورة)
٤٢
مصطلحات الكتاب (إنجليزي – عربي)
صفحات 126–128✎
اختبر نفسك
اختر الإجابة وسيظهر الصواب فورًاالنتيجة: 0 / 0
★ نصائح ليلة الاختبار
١) الأرقام: عمر الكون 13.7 مليار سنة · عمر الأرض 4.5 مليار سنة · انقراض الديناصورات 65 مليون سنة · بدء الاندماج النووي 15 مليون °C · البكتيريا الخضراء المزرقة منذ 3.5 مليار سنة · COBE سنة 1989 · هابل 1929 · لو ميتر 1927 · هاتون 1795 · باون 1928.
٢) مقياس موهس: تلك 1 · جبس 2 · كالسيت 3 · فلوريت 4 · أباتيت 5 · أرثوكلاز 6 · كوارتز 7 · توباز 8 · كوراندوم 9 · ماس 10. الظفر 2.5 · العملة 3.5 · السكين 4.5 · الزجاج 5.5 · لوح المخدش 6.5.
٣) تعريف المعدن: طبيعي · صلب · نظام بلوري · تركيب كيميائي محدد · غير عضوي (والبرَد والفحم والأوبال ليست معادن).
٤) السيليكات: رباعي أوجه Si–4O · منفردة (أوليفين) · حلقية (بيريل) · سلسلة (بيروكسين) · مزدوجة السلاسل (أمفيبول) · صفائحية (ميكا) · هيكلية (فلسبار وكوارتز).
٥) سلسلة باون: غير المتواصلة: أوليفين ← بيروكسين ← أمفيبول ← بيوتيت · المتواصلة: بلاجيوكليز من الكالسيوم إلى الصوديوم · وفي النهاية فلسبار بوتاسي ← مسكوفيت ← كوارتز.
٦) الأنسجة النارية: خشن (تبريد بطيء) · دقيق (سريع) · بورفيري (بلورات كبيرة وسط صغيرة) · زجاجي (أوبسيديان) · فقاعي (بيومس وسكوريا) · بجماتيتي (>1 سم) · فتاتي. فوق مافي <45% سيليكا · فلسي ~70%.
٧) الرسوبية: فتاتية (حجم الحبيبات) · كيميائية (جبس ← أنهيدريت ← ملح) · عضوية · تطبق متقاطع (كثبان) ومتدرج (خشن ← ناعم) · نيم تيارية غير متماثلة وتذبذبية متماثلة · طغيان وانحسار.
٨) المتحولة: الحرارة والضغط والسوائل · متورق (أردواز ← شيست ← نيس) وغير متورق (رخام وكوارتزيت) · تلامسي (هالة) · محاليل حارة · دفن · إقليمي. التحرك الكتلي: تساقط وانزلاق (دوراني/انتقالي) وانسياب (ركامي/أرضي) وزحف · زاوية الاستقرار 25–40° · الانهيار الصخري >220 كم/س.