ما هي الصخور الأرضية بشكل عام؟

إن الصخور في الجيولوجيا هي عبارة عن كتلة (مجاميع) متماسكة طبيعية ومتماسكة من معدن واحد أو أكثر، وتشكل هذه المجاميع الوحدة الأساسية التي تتكون منها الأرض الصلبة وتشكل عادةً أحجاماً يمكن التعرف عليها وتخطيطها، كما تنقسم الصخور عادة إلى ثلاث فئات رئيسية وفقاً للعمليات التي أدت إلى تكوينها.

وهذه الفئات هي: الصخور النارية التي تجمدت من مادة منصهرة تسمى الصهارة، الصخور الرسوبية التي تتكون من شظايا مشتقة من صخور موجودة مسبقاً أو من مواد مترسبة من المحاليل، وأخيراً الصخور المتحولة والتي تم اشتقاقها من الصخور البركانية أو الرسوبية في ظل ظروف تسببت في تغيرات في التركيب المعدني والملمس والبنية الداخلية، كما تنقسم هذه الفئات الثلاث بدورها إلى مجموعات وأنواع عديدة على أساس عوامل مختلفة أهمها الخصائص الكيميائية والمعدنية والتركيبية.

أنواع الصخور في العلم الجيولوجي (جيولوجية الأرض):

أول هذه الأنواع الصخور النارية هي تلك التي تتصلب من الصهارة، وهي عبارة عن خليط منصهر من المعادن المكونة للصخور وفي العادة تكون متطايرة مثل الغازات والبخار، ونظراً لتبلور المعادن المكونة لها من المواد المنصهرة تتشكل الصخور النارية عند درجات حرارة عالية، لقد نشأت من عمليات عميقة داخل الأرض (عادة على أعماق تتراوح بين 50 و200 كيلو متر أي 30 إلى 120 ميل) في منتصف القشرة السفلية أو في الوشاح العلوي.

كما أن الصخور النارية تنقسم إلى قسمين وهما: صخور نارية تدخلية (تتواجد في القشرة) وصخور نارية صخرية (مقذوفة على سطح الأرض أو قاع المحيط)، وفي هذه الحالة تسمى المادة المنصهرة المبردة بالحمم البركانية.

أما الصخور الرسوبية هي تلك التي تترسب وتتجمد (مضغوطة ومثبتة معاً) على سطح الأرض، بمساعدة المياه الجارية أو الرياح أو الجليد أو الكائنات الحية، ويترسب معظمها من سطح الأرض إلى قيعان البحيرات والأنهار والمحيطات، وعادة ما تكون الصخور الرسوبية طبقية (أي لها طبقات)، حيث يمكن تمييز الطبقات باختلاف اللون أو حجم الحبيبات أو نوع الأسمنت أو الترتيب الداخلي.

أما الصخور المتحولة هي تلك التي تكونت عن طريق التغيرات في الصخور الموجودة مسبقاً، تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة والضغط والمحاليل النشطة كيميائياً، يمكن أن تكون التغييرات كيميائية (تركيبية) وفيزيائية (تركيبية) في الطابع.

وغالباً ما تتشكل الصخور المتحولة من خلال عمليات عميقة داخل الأرض تنتج معادن وأنسجة وهياكل بلورية جديدة، وتتم إعادة التبلور بشكل أساسي في الحالة الصلبة، وبدلاً من إعادة الصهر بالكامل ويمكن مساعدتها عن طريق تشوه الدكتايل ووجود السوائل الخلالية مثل الماء.

وغالباً ما ينتج عن التحول طبقات أو نطاقات ظاهرة بسبب فصل المعادن في نطاقات منفصلة، ويمكن أن تحدث العمليات المتحولة أيضاً على سطح الأرض بسبب أحداث تأثير النيزك والتشكيل الحراري الذي يحدث بالقرب من طبقات الفحم المحترقة التي تشتعلها ضربات الصواعق.

ما المقصود بدورة الصخور الجيولوجية؟

إن المواد الجيولوجية (البلورات المعدنية وأنواع الصخور المضيفة) يتم تدويرها من خلال أشكال مختلفة، وتعتمد العملية على درجة الحرارة والضغط والوقت والتغيرات في الظروف البيئية في قشرة الأرض وعلى سطحها، كما تعكس دورة الصخور الموضحة في الشكل العلاقات الأساسية بين الصخور النارية والمتحولة والرسوبية.

يشمل التآكل التجوية (التحلل الفيزيائي والكيميائي للمعادن) والنقل إلى موقع الترسيب، التكاثر هو عبارة عن عملية تكوين الصخور الرسوبية عن طريق الضغط والتثبيت الطبيعي للحبوب أو التبلور من الماء أو المحاليل أو إعادة التبلور، ويُطلق على تحويل الرواسب إلى الصخور اسم التحجيم.

أهم مميزات تسهل معرفة الصخور:

1. النسيج الصخري: وهو قوام الصخر هو حجم وشكل وترتيب الحبيبات (للصخور الرسوبية) أو البلورات (للصخور النارية والمتحولة)، ومن الأهمية بمكان أيضاً مدى تجانس الصخور (أي توحيد التركيب بالكامل) ودرجة التباين، هذا الأخير هو مدى تماثل التركيب والتكوين في جميع الاتجاهات في الصخر.

ويمكن أن ينتج عن تحليل النسيج معلومات حول مادة مصدر الصخور وظروف وبيئة الترسيب (للصخور الرسوبية) أو التبلور وإعادة التبلور (للصخور النارية والمتحولة على التوالي) والتاريخ الجيولوجي اللاحق والتغيير.

2. التصنيف حسب حجم الحبوب أو البلورة: يتم اشتقاق فئات حجم الجسيمات من مقياس Udden) Wentworth) المطور للرواسب، أما بالنسبة للصخور النارية والصخور المتحولة تُستخدم المصطلحات عموماً كمعدلات فعلى سبيل المثال الجرانيت متوسط ​​الحبيبات، (Aphanitic) هو مصطلح وصفي للبلورات الصغيرة و (phaneritic للبلورات الأكبر، البلورات الخشنة جداً (تلك التي يزيد حجمها عن 3 سم أو 1.2 بوصة) تسمى البغماتية.

وبالنسبة للصخور الرسوبية تكون الفئات العريضة لحجم الرواسب خشنة (أكبر من 2 ملم أو 0.08 بوصة) ومتوسطة (بين 2 و 1/16 ملم) ودقيقة (أقل من 1/16 ملم)، يشمل الأخير الطمي والطين، وكلاهما له حجم لا يمكن تمييزه بالعين البشرية ويسمى أيضاً الغبار.

تحتوي معظم الصخور (النسخة الحجرية من الطين) على بعض الطمي، الصخور البيروكلاستيكية هي تلك التي تكونت من مادة clastic (من الكلمة اليونانية المكسورة) مقذوفة من البراكين، الكتل عبارة عن شظايا مكسورة من الصخور الصلبة بينما تتحلل القنابل عند إخراجها.

3. مسامية الصخور: يشير مصطلح الصخور إلى الحجم الأكبر للمادة بما في ذلك الحبيبات أو البلورات بالإضافة إلى الفراغ الموجود، يُطلق على الجزء الحجمي من الصخور السائبة التي لا تشغلها الحبوب أو البلورات أو مادة التدعيم الطبيعية اسم المسامية، وهذا يعني أن المسامية هي نسبة حجم الفراغ إلى الحجم الأكبر (الحبوب بالإضافة إلى الفراغ).

يتكون هذا الفراغ الفارغ من مساحة مسامية بين الحبيبات أو البلورات بالإضافة إلى مساحة الشقوق، وفي الصخور الرسوبية تعتمد مساحة المسام على درجة انضغاط الرواسب (مع زيادة الضغط بشكل عام مع عمق الدفن) وعلى ترتيب التعبئة وشكل الحبوب وعلى كمية التثبيت وعلى درجة الفرز، والأسمنت النموذجي عبارة عن معادن سيليسية أو كلسية أو كربونية أو معادن حاملة للحديد.

الفرز هو ميل الصخور الرسوبية إلى الحصول على حبيبات بنفس الحجم (أي أن يكون لها نطاق ضيق من الأحجام)، وتعرض الرواسب المصنفة بشكل سيئ مجموعة واسعة من أحجام الحبوب وبالتالي قللت المسامية، يشير الفرز الجيد إلى توزيع حجم الحبوب المنتظم إلى حد ما، واعتماداً على نوع التعبئة القريبة للحبوب يمكن أن تكون المسامية كبيرة.

ما هي الخصائص الفيزيائية للصخور؟

تعتبر الخصائص الفيزيائية للصخور ذات أهمية وفائدة في العديد من مجالات العمل بما في ذلك الجيولوجيا والبتروفيزياء والجيوفيزياء وعلوم المواد والكيمياء الجيولوجية والهندسة الجيو تقنية، ونطاق التحقيق يتراوح من الجزيئية والبلورية إلى الدراسات الأرضية للأرض والأجسام الكوكبية الأخرى.

يهتم الجيولوجيون بالتأريخ العمراني المشع للصخور لإعادة بناء منشأ الرواسب المعدنية لذلك يقوم علماء الزلازل بصياغة تنبؤات الزلازل المحتملة باستخدام التغييرات الفيزيائية أو الكيميائية السابقة، يدرس عازفو البلورات تركيب المعادن ذات الخصائص البصرية أو الفيزيائية الخاصة، ويقوم علماء جيوفيزياء الاستكشاف بالتحقيق في تباين الخصائص الفيزيائية للصخور الجوفية؛ لإتاحة الكشف عن الموارد الطبيعية مثل النفط والغاز والطاقة الحرارية الأرضية وخامات المعادن.

كما يقوم المهندسون الجيوتقنيون بفحص طبيعة وسلوك المواد التي سيتم تشييد هياكل مثل المباني والسدود والأنفاق والجسور وأقبية التخزين تحت الأرض عليها أو فيها، ويدرس فيزيائيو الحالة الصلبة الخواص المغناطيسية والكهربائية والميكانيكية للمواد للأجهزة الإلكترونية أو مكونات الكمبيوتر أو السيراميك عالي الأداء، ومهندسي مكامن البترول يحللون الاستجابة المقاسة في سجلات الآبار أو في عمليات الحفر العميق عند درجات حرارة وضغط مرتفعين.

وتجدر الإشارة إلى أنه في الاستخدام الهندسي (على سبيل المثال الهندسة الجيو تقنية أو الهندسة المدنية) تتم صياغة المصطلحات بشكل معاكس ويشار إليها باسم التصنيف، فالرواسب جيدة التصنيف هي رواسب سيئة التصنيف (جيولوجياً) والرواسب سيئة التصنيف هي رواسب جيدة التصنيف.

ونظراً لأن الصخور عبارة عن مجاميع من حبيبات معدنية أو بلورات يتم تحديد خصائصها إلى حد كبير من خلال خصائص المعادن المكونة لها، ويتم تحديد هذه الخصائص العامة في الصخور عن طريق حساب متوسط ​​الخصائص النسبية وأحياناً اتجاهات مختلف الحبوب أو البلورات، نتيجة لذلك فإن بعض الخصائص التي تكون متباينة الخواص (أي تختلف مع الاتجاه) على مقياس دون ميكروسكوب أو بلوري متناحي الخواص إلى حد ما لحجم كتلة كبير من الصخور.

تعتمد العديد من الخصائص أيضاً على حجم الحبيبات أو البلورات والشكل وترتيب التعبئة وكمية المساحة الفارغة وتوزيعها ووجود الأسمنت الطبيعي في الصخور الرسوبية ودرجة الحرارة والضغط ونوع وكمية السوائل الموجودة (على سبيل المثال الماء والبترول والغازات).

يمكن أن تختلف بعض الخصائص بشكل كبير اعتماداً على ما إذا تم قياسها في الموقع (في مكانها تحت السطح) أو في المختبر في ظل ظروف محاكاة، والمقاومة الكهربائية على سبيل المثال تعتمد بشكل كبير على محتوى السائل في الصخور في الموقع وحالة درجة الحرارة عند العمق المحدد.