علم الصخور الأرضية وتطورها في الجيولوجيا

ما هو علم الصخور منذ الجيولوجيا القديمة؟

علم الصخور هو دراسة الصخور، ولأن معظم الصخور تتكون من معادن، فإن علم البترول يعتمد بشدة على علم المعادن، في كثير من النواحي يشترك علم المعادن وعلم البترول في نفس المشاكل، على سبيل المثال إن الظروف الفيزيائية السائدة هي الضغط ودرجة الحرارة والوقت ووجود الماء أو غيابه عند تكوين معادن معينة أو تجمعات معدنية، على الرغم من أن علم الصخور يهتم من حيث المبدأ بالصخور في جميع أنحاء القشرة، وكذلك تلك الموجودة في الأعماق الداخلية للأرض، إلا أن الانضباط يتعامل بشكل أساسي مع تلك التي يمكن الوصول إليها في الجزء الخارجي من قشرة الأرض.

إن عينات الصخور المأخوذة من سطح القمر ومن الكواكب الأخرى هي أيضاً اعتبارات مناسبة لعلم الصخور، تتوافق مجالات التخصص في علم الصخور مع أنواع الصخور الرئيسية الثلاثة (الصخور النارية والرسوبية والمتحولة).

علم الصخور النارية في الجيولوجيا منذ القدم:

تهتم علم الصخور النارية بتحديد وتصنيف وأصل وتطور وعمليات تكوين وتبلور الصخور النارية، تأتي معظم الصخور المتاحة للدراسة من قشرة الأرض، لكن القليل منها مثل (eclogites) مشتق من الوشاح، إن نطاق علم الصخور النارية كبير جداً؛ لأن الصخور النارية تشكل الجزء الأكبر من القشور القارية والمحيطية والأحزمة الجبلية في العالم، والتي تتراوح في العمر من العصر الأركيولوجي المبكر إلى النيوجين، كما أنها تشمل أيضاً الصخور البركانية عالية المستوى وخاصة الصخور الجوفية التي تشكلت في عمق القشرة.

تعتبر الكيمياء الجيولوجية ذات أهمية قصوى بالنسبة للبحوث البترولية، والتي تهتم بالتكوين الرئيسي والعناصر النزرة للصخور النارية بالإضافة إلى الصهارة التي نشأت منها، بعض المشاكل الرئيسية في نطاق علم الصخور النارية هي:

• شكل وهيكل الأجسام النارية سواء كانت تدفقات الحمم البركانية أو اقتحام الجرانيت وعلاقاتها بالصخور المحيطة (هذه مشاكل تمت دراستها في الميدان).

• تاريخ تبلور المعادن التي تتكون منها الصخور النارية (يتم تحديد ذلك بواسطة مجهر الاستقطاب الصخري).

• تصنيف الصخور على أساس السمات التركيبية وحجم الحبيبات ووفرة وتركيب المعادن المكونة.

• تجزئة الصهارة الأم من خلال عملية التمايز الصهاري، والتي قد تؤدي إلى تسلسل تطوري للمنتجات النارية ذات الصلة وراثياً.

• آلية توليد الصهارة عن طريق الذوبان الجزئي للقشرة القارية السفلية والوشاح تحت المحيط وشبه القاري والألواح المندفعة للغلاف الصخري المحيطي.

• تاريخ تكوين وتكوين القشرة المحيطية الحالية المحددة على أساس البيانات من البرنامج المتكامل لحفر المحيطات (IODP).

• تطور الصخور النارية عبر الزمن الجيولوجي.

• تكوين الوشاح من دراسات الصخور والكيمياء المعدنية (eclogites) التي تم إحضارها إلى السطح في أنابيب الكمبرلايت.

• ظروف الضغط ودرجة الحرارة التي تتشكل فيها الصهارة المختلفة، والتي تتبلور فيها منتجاتها النارية (تحدد من علم الصخور التجريبية عالية الضغط).

الأداة الأساسية لعلم الصخور النارية هي مجهر الاستقطاب الصخري، لكن غالبية الأدوات المستخدمة اليوم لها علاقة بتحديد الصخور والكيمياء المعدنية، وتشمل مطياف الأشعة السينية ومعدات لتحليل التنشيط النيوتروني ومقياس طيف البلازما المقترن بالحث والمسبار الدقيق الإلكتروني والمسبار الأيوني ومقياس الطيف الكتلي، إن هذه الأدوات محوسبة للغاية وتلقائية وتنتج تحليلات بسرعة توفر المختبرات التجريبية المعقدة عالية الضغط أيضاً بيانات حيوية.

مع وجود مجموعة واسعة من الأدوات المتطورة المتاحة يستطيع عالم البترول البركاني الإجابة على العديد من الأسئلة الأساسية، تم الجمع بين دراسة قاع المحيط والتحقيق في معقدات الأفيوليت، والتي يتم تفسيرها على أنها ألواح من قاع المحيط تم دفعها إلى الحواف القارية المجاورة، يوفر الأفيوليت قسماً أعمق بكثير عبر قاع المحيط مما هو متاح من عينات الحفر الضحلة وعينات النعرات من قاع المحيط الموجود.

أظهرت هذه الدراسات أن الطبقة البركانية العلوية تتكون من البازلت الثوليتي أو بازلت وسط المحيط الذي تبلور عند صدع أو تلال في وسط المحيط، مزيج من الكيمياء المعدنية لمعادن البازلت وعلم الصخور التجريبي لمثل هذه المراحل يسمح للباحثين بحساب عمق ودرجة حرارة غرف الصهارة على طول حافة منتصف المحيط، تقترب الأعماق من ستة كيلومترات وتتراوح درجات الحرارة بين 1150 درجة مئوية و1279 درجة مئوية.

علم الصخور الرسوبية في الجيولوجيا منذ القدم:

يهتم مجال علم الصخور الرسوبية بوصف وتصنيف الصخور الرسوبية وتفسير عمليات النقل وترسيب المواد الرسوبية المكونة للصخور والبيئة التي كانت سائدة في وقت ترسب الرواسب والتغيير (الضغط والتدعيم والتعديل الكيميائي والمعدني) للرواسب بعد الترسيب.

هناك نوعان من الفروع الرئيسية للصخور الرسوبية، يتعامل أحد الفروع مع صخور الكربونات وهي الحجر الجيري والدولوميت وتتكون أساساً من كربونات الكالسيوم (الكالسيت) وكربونات الكالسيوم والمغنيسيوم (الدولوميت)، ينبع الكثير من التعقيد في تصنيف صخور الكربونات جزئياً من حقيقة أن العديد من الأحجار الجيرية والدولوميت قد تشكلت بشكل مباشر أو غير مباشر من خلال تأثير الكائنات الحية، بما في ذلك البكتيريا والطحالب التي تفرز الجير والعديد من الكائنات الحية المقشرة (مثل الرخويات وذوات الأرجل) وعن طريق الشعاب المرجانية.

في الحجر الجيري والدولوميت التي ترسبت في ظل الظروف البحرية عادة في البحار الدافئة الضحلة يتكون الكثير من المواد التي تشكلت الصخر في البداية من هياكل عظمية لكائنات تفرز الجير، في العديد من الأمثلة يتم الحفاظ على هذه المادة الهيكلية كأحفاف، تتعلق بعض المشاكل الرئيسية لبتروولوجيا الكربونات بالظروف الفيزيائية والبيولوجية للبيئات التي ترسبت فيها مادة الكربونات، بما في ذلك عمق المياه ودرجة الحرارة ودرجة الإضاءة بأشعة الشمس والحركة بواسطة الأمواج والتيارات والملوحة والجوانب الكيميائية الأخرى من الماء الذي حدث فيه الترسب.

علم الصخور المتحولة في الجيولوجيا منذ القدم:

التحول يعني التغيير في الشكل، يستخدم المصطلح في الجيولوجيا للإشارة إلى إعادة بلورة الحالة الصلبة للصخور النارية أو الرسوبية أو المتحولة في وقت سابق، هناك نوعان رئيسيان من التحول، وهما:

• التحول التلامسي، حيث يتم تحديد التغييرات التي تحدث بشكل كبير عن طريق زيادة درجة الحرارة عند ملامسات الاختراقات النارية.

• التحول الإقليمي، حيث تسببت زيادة الضغط ودرجة الحرارة في إعادة التبلور على مناطق واسعة في الأحزمة الجبلية.

تشمل الأنواع الأخرى من التحول التأثيرات المحلية الناتجة عن التشوه في مناطق الصدع وحرق الصخر الزيتي ومركبات الأفيوليت المدفوع، إعادة التبلور على نطاق واسع بسبب ارتفاع تدفق الحرارة في التلال وسط المحيط والصدمة المتحولة الناجم عن تأثيرات الضغط العالي للنيازك في الحفر على الأرض والقمر.

يهتم علم الصخور المتحولة بالعلاقات الميدانية والبيئات التكتونية المحلية وصف وتصنيف الصخور المتحولة من حيث قوامها وكيميائيتها، مما يوفر معلومات عن طبيعة المواد سابقة التشكل، مثل دراسة المعادن وتراكيبها (التجمعات المعدنية وتفاعلاتها المحتملة)، مما ينتج عنه بيانات عن درجات الحرارة والضغوط التي تتبلور عندها الصخور ودراسة الأقمشة وعلاقات نمو المعادن بمراحل التشوه والهياكل الرئيسية، والتي توفر معلومات حول الظروف التكتونية التي تشكلت بموجبها الصخور المتحولة الإقليمية.

مكمل التحول الصخري هو (metasomatism): إدخال وطرد السوائل والعناصر من خلال الصخور أثناء إعادة التبلور، عندما تتشكل قشرة جديدة وتتحول إلى تلال وسط المحيط تخترق مياه البحر القشرة لعدة كيلومترات وتحمل معها الكثير من الصوديوم، أثناء تكوين الهالة المتحولة التلامسية حول اختراق الجرانيت تمر السوائل الحرارية المائية التي تحمل عناصر مثل الحديد والبورون والفلور من الجرانيت إلى صخور الجدار.

عندما تتكاثف القشرة القارية قد يعاني الجزء السفلي منها من الجفاف وتشكل حبيبات، السوائل المطرودة التي تحمل عناصر منتجة للحرارة مثل الروبيديوم واليورانيوم والثوريوم تهاجر صعوداً إلى القشرة العلوية، يهتم الكثير من الأبحاث الصخرية بتحديد كمية وتركيب السوائل التي مرت عبر الصخور خلال هذه العمليات المتحولة.