ما هي التغيرات التركيبية الكيميائية للأكاسيد الرئيسية في العمليات المهلية؟

تتألف المادة الأولية لدراسات تغيرات التركيب الكيميائي الذي تظهره المهل من عمليات تحليل الصخور البركانية؛ وذلك لأنه يمكن اعتبارها على أنها قريبة للتراكيب السائلة والتي يمكن أن تختلف عنها بشكل رئيسي بمحتى المكونات الغازية الطيارة مثل: بخار الماء وغاز ثاني أكسيد الكربون، والتي من الممكن أن يتم فقدها أثناء القذف المهلي.

إن الصخور الاندساسية لا يمكن لها دائماً أن تعطي مؤشر جيداً للتركيب السائلي؛ وذلك بسبب الدور الذي تلعبه عمليات التراكم البلوري، يعبر عن التحاليل الكيميائية للصخور بالنسبة المئوية الوزنية لأكاسيد العناصر الرئيسية وهي عنصر الألمنيوم وعنصر المغنيسيوم وعنصر الكالسوم والبوتاسيوم والصوديوم والحديد بالإضافة إلى السيليكا والتيتانيوم، وبجزء من المليون بالنسبة لعناصر الأثر (trace elements).

إن التحليل الكيميائي للعناصر الرئيسية يتم بالنسبة للشوارد الموجبة، ويتم افتراض بأن العناصر ما عدا عنصر الحديد مصحوبة بكمية مكافئة من الأوكسجين، والتحليل سوف يجمع إلى 100% تقريباً وتكون الحالة العامة للأكسدة في الصخر (مهما كان حالة تواجد أكسيد الحديد).

ولذلك تكون الناحية العملية مؤلفة من إجراء التحليل الكامل لعنصر الحديد وأكسيد الحديد منفصلين، وهكذا فإنه يمكن اشتقاق عنصر الحديد بالحساب، ويتم أحياناً تحليل بعض الشوارد السالبة مثل الكالسيوم والفلور والكبريت.

وإن المكونات الرئيسية المتبقية لأغلب التحاليل تكون عبارة عن بخار الماء؛ أي الماء التركيبي داخل الصخر (مثل مكونات الأمفيبول أو الفلزات المائية)، والماء الآخر الذي يمكن أن يوجد هو الماء الخارجي الذي يتعلق ببودرة الصخر، والذي يعبر عنه ببخار الماء الصاعد وفي بعض التحاليل يتم التعبير عنه بمجموع محتوى المواد الطيارة بفاقد الحرق.

مقارنات العناصر في العمليات المهلية:

تظهر الصخور البركانية مدى كبير للتغيير لأكثر العناصر الرئيسية، إلا أن هذا التغير هو بعيد عن العشوائية، حيث تظهر السلسلة من النماذج النسبية، لقد استعملت أكثر التحاليل للصخور البركانية ما عدا اللافا فوق البوتاسية؛ وذلك لأسباب معددة.

إن أكثر المعاملات الكيميائية فائدة وأهمية للدراسة هي السيليكا (أي السيليكا والقلويات مثل K2O وNa2O)، ويتم رسم مخطط لمجموع القلويات بالنسبة للسيلكا، حيث يكون المخطط له القدرة على تحديد بشكل دقيق وواضح الحقول التي تشغلها الأغلبية العظمى للصخور البركانية.

وعمل الجيولوجيين على وضع اسماء الصخور النوعية في مخطط مجموع القلويات، ولقد وجد بشكل فعلي أن كل الصخور ذات الاسم الواحد تقع في الحقل المحدد الخاص بها، وهكذا فإن محتوى السيليكا ومجموع القلويات يكون قادراً على إعطاء كثير من المعلومات حول الصخر أكثر مما كان يعتقد سابقاً.

وعليه فإنه من الممكن استعمال محتوى السيليكا ومحتوى القلويات لتسمية الصخر، وكذلك أيضاً في التنبؤ بالمظاهر الرئيسية الكيميائية الباقية، وبالنسبة لموضوع التسمية فإنه يوجد عدة مظاهر وأولى هذه المظاهر أنه من الضروري والهام إضافة حدود للحقول المتنوعة؛ كي تشير إلى المساحات التقريبية لكل منها، لذلك يمكن إسقاط أنواع الصخور التابعة لها في تلك المساحات.

كما يوجد علاقة بين كل من المعغنيسيوم والكالسيوم والحديد، فالصخور التي تشترك بنسبة أقل من السيليكا مع قيمة منخفضة لمجموعة من القلويات، حيث تكون غنية في هذه المكونات الثلاثة (المغنيسيوم والصوديوم والحديد).

وعلى العكس فإن الصخور التي تظهر غنى بالسيليكا، وغنى بالـ k2o فهي فقيرة بالمكونات الثلاث؛ أي أن مفهوم درجة المايز والتفاضل يعبر عنه هنا بنسبة المحتوى الأعظم من المكون وإلى الحد الأدنى منه، أي أن العناصر القلوية والسيليكا له تأثير كبير على محتوى الفلزات المغنيزية الحديدية (الفلزات العائمة) المتواجدة في الصخر بعد التصلب.

وهي لذلك عبارة عن تعبير كيميائي عن أحد أقدم المفاهيم في التصنيف الفلزي وهو القرنية اللونية، ومثال ذلك النسبة المئوية الحجمية للسيليكا المكونة من مثل الأوليفين والبيروكسين والأمفيبول والبيوتيت، وفيما يلي أشهر العلاقات بين العناصر البركانية:

1. العلاقة بالنسبة لعنصر الألمنيوم: بالمقابلة مع التغيرات المعتبرة التي تبينها مجموعة الأكاسيد، فإن محتوى AL2O3 للصخور البركانية تكون تقريباً متماثلة، وإن أكثرها يحتوي بين 12 إلى 20%، وتوجد القيم العالية في صخور الفونوليت، بينما تكون القيم محدودة في الصخور الأساسية الفقيرة بالقلويات (البازلت) والتي تظهر قيماً منخفضة أقل من 10%.

ومن هذا فإن الألومينا تظهر مقارنة إيجابية مع المجموع القلوي، ولكنها ليست مقارنة قوية، ففي الصخور الأغنى بالقلويات يتم استخدام تسميات مختلفة عادة للصخور البوتاسية بالمقابل للأنواع العادية.

2. العلاقات بين عنصر الصوديوم وعنصر البوتاسيوم: كان من المقنع وحتى هذه المرحلة أن نعتبر دراسة القلويات كمجموع الصوديوم والبوتاسيوم معاً، بأنهما متشابهان في كثير من سلوكهما الجيوكيميائي، وكمثال على ذلك فإن كلاهما يعتبران مكونان أساسيان في الفلسبار القلوي.

وبشكل عام فإنهما يقارنان إيجابياً مع بعضهما، حيث إن أكثر الصخور التي تحتوي على K2O وNA2O بنسبة أكبر من 5% تحتوي على كمية معتبرة ناتجة عن الاختلافات في أنصاف الأقطار، ولذلك فإن الكثير من الفلزات الهامة المشكلة للصخور سوف تتضمن على عنصر من هذين العنصرين (الصوديوم أو البوتاسيوم) بشكل منفصل عن الآخر، فعلى سبيل المثال فإن البلاجيوكليز يحتوي على كمية كبيرة من الصوديوم أكثر من البوتاسيوم، بينما يكون العكس عن ذلك في معدن البيوتيت.

كيف يتم تكوين الرواسب المعدنية من الماجما؟

تتكون الرواسب المعدنية لأن بعض الوسط يعمل كعامل تركيز ونقل للمعادن الخام، وتتسبب بعض العمليات لاحقًا في قيام عامل النقل بترسيب المعادن أو ترسبها، ومن أمثلة عوامل التركيز والنقل المياه الجوفية ومياه البحر والصهارة.

ومن الأمثلة على عمليات الترسيب الغليان (كما في الينابيع الساخنة) وتبريد المحلول الساخن وتبلور الصهارة والتفاعل الكيميائي بين المحلول والصخور التي يتدفق خلالها، تشارك نفس أنواع عامل التركيز والنقل ونفس أنواع عملية الترسيب في تكوين رواسب لكل من المعادن الوفيرة جيوكيميائياً والندرة جيوكيميائياً.

كما أن هناك ستة عوامل تركيز ونقل رئيسية للمعادن وفيما يلي ذكر أهمها:

1. تركيز الصخور المنصهرة: الصهارة عبارة عن صخور منصهرة، مع أي حبيبات معدنية معلقة وغازات مذابة، تتشكل عندما ترتفع درجات الحرارة ويحدث الذوبان في الوشاح أو القشرة، عندما ترتفع الصهارة إلى سطح الأرض من خلال الشقوق والفتحات البركانية (يطلق عليها اسم الحمم البركانية) تبرد الحمم وتتبلور بسرعة، بحيث تميل الصخور النارية المتكونة من الحمم البركانية إلى تكوين حبيبات معدنية صغيرة (في بعض الأحيان، يمكن أن يكون التبريد سريعاً جداً، بحيث لا يمكن أن تتشكل حبيبات معدنية وينتج عن الزجاج).

من ناحية أخرى، تبرد الصهارة الجوفية وتتبلور ببطء، وتميل الصخور النارية الناتجة إلى احتواء حبيبات معدنية على الأقل نصف سنتيمتر (حوالي واحد وربع بوصة) في القطر.

2. رواسب البغماتيت: تُعد تبلور الصهارة عملية معقدة؛ لأن الصهارة مادة معقدة تحتوي بعض الصهارة مثل: تلك التي تشكل الجرانيت على نسبة قليلة من الماء المذاب فيها، وعندما تبرد الصهارة الجرانيتية تميل المعادن الأولى التي تتبلور إلى أن تكون لا مائية (على سبيل المثال الفلسبار)، لذلك تبقى بقايا غنية بالمياه بشكل متزايد.

تتركز بعض العناصر الكيميائية النادرة مثل الليثيوم والبريليوم والنيوبيوم التي لا تدخل بسهولة في الاستبدال الذري في معادن الجرانيت الرئيسية (الفلسبار والكوارتز والميكا) في الصهارة المتبقية الغنية بالمياه، وإذا حدثت عملية التبلور على عمق حوالي خمسة كيلومترات أو أكثر، فإن الصهارة المتبقية الغنية بالمياه قد تهاجر وتشكل أجسامًا صغيرة من الصخور النارية من الأقمار الصناعية إلى الكتلة الجرانيتية الرئيسية والتي تكون غنية بالعناصر النادرة.

هذه الأجسام النارية الصغيرة التي تسمى البغماتيت المعدني النادر تكون أحيانًا ذات حبيبات خشنة للغاية مع حبيبات فردية من الميكا والفلسبار والبريل يصل عرضها إلى متر واحد، كما تم اكتشاف البغماتيت في جميع القارات مما يوفر جزءاً مهماً من الليثيوم والبريليوم والسيزيوم والنيوبيوم والتنتالوم في العالم، البغماتيت هي أيضاً المصدر الرئيسي للميكا الصفيحية ومصادر مهمة للأحجار الكريمة وخاصة التورمالين وأشكال الأحجار الكريمة من البريل (الزبرجد والزمرد).

3. رواسب الكربوناتيت: الكربوناتيت هي صخور نارية تتكون إلى حد كبير من معادن كربونات الكالسيت والدولوميت تحتوي أيضًا في بعض الأحيان على معادن خام الأرض النادرة مثل الباستنيسيت، البارسيت، والمونازيت، خام النيوبيوم البيركلور المعدني، ومعادن خام كبريتيد النحاس.

تحدث معظم الكربونات بالقرب من تداخل الصخور النارية القلوية (تلك الغنية بالبوتاسيوم أو الصوديوم بالنسبة لمحتوياتها من السيليكا) أو الصخور النارية فوق المافية (الصخور التي يقل وزنها عن 50 بالمائة تقريباً) المعروفة باسم الكمبرلايت ولامبرويتس، تشير هذه الارتباطات إلى اشتقاق مشترك، لكن تفاصيل الطريقة التي قد تركز بها صهارة الكربوناتيت المعادن النادرة جيوكيميائياً تظل تخمينية.

وقد تم العثور على الكربوناتيت في جميع القارات، كما أنها تتراوح على نطاق واسع في العمر من الرواسب في الوادي المتصدع في شرق إفريقيا، والتي تشكلت خلال العصر الجيولوجي الحالي إلى رواسب جنوب إفريقيا، والتي تعود إلى أوائل العصر البروتيروزويك (2.5 مليار إلى 543 مليون سنة مضت)، حيث يتم استخراج العديد من الكربونات أو تحتوي على احتياطيات كبيرة بحيث يتم تعدينها يوماً ما.