15الصخور والمعادن

ينحني سامي فوق سطح المطبخ وفي يده عدسة مكبرة. والحجر المصقول، الذي يبدو رماديًا من بعيد، يتحول إلى حشد من النقاط: نقاط وردية، وأخرى بيضاء، وأخرى رمادية زجاجية، ونقاط سوداء صغيرة تلمع حين يقع عليها الضوء. ولكل نقطة وجوه مسطحة لامعة، والنقاط متداخلة بعضها في بعض كقطع لعبة التركيب. فما هي؟

ما تعرفه من قبل

الصخور هي المادة الصلبة لقشرة الأرض: يمكن أن تتكسر حجارةً، وأن تدحرجها الأنهار فتصير حصًى، وأن تُطحن فتصير رملًا (الفصل 5). والماء والجليد والريح تُبلي الصخور (التجوية)، وتحمل قطعها بعيدًا (التعرية)، ثم تلقيها في مكان أبعد (الترسيب) (الفصل 10). وعند البركان، يخرج الصخر المنصهر حممًا (الفصل 8).

15.1 الصخر مكوَّن من معادن

نقاط سطح المطبخ معادن، والحجر غرانيت.

تعريف 15.1 (المعدن)

المعدن مادة صلبة طبيعية، لا تصنعها الكائنات الحية، تركيبها ثابت لا يتغير، وذراتها مرتبة ترتيبًا منتظمًا. والصخر يتكون من معدن واحد، أو في أكثر الأحيان من عدة معادن ملتصقة بعضها ببعض.

يتكون الغرانيت أساسًا من ثلاثة معادن: الفلسبار (وردي أو أبيض)، والكوارتز (رمادي زجاجي) والميكا (سوداء أو فضية، في رقائق رقيقة لامعة). وتتكون صخور أخرى من معدن واحد: فالحجر الجيري، مثلًا، يكاد يتكون من الكالسيت وحده.

15.2 البلورات

تحت العدسة، تُظهر كثير من حبيبات المعادن وجوهًا مسطحة لامعة وحوافَّ مستقيمة. وحيث يجد المعدن متسعًا لينمو بحرية، في تجويف داخل الصخر، فإنه يكوّن بلورة: جسمًا صلبًا شكله منتظم تحده وجوه مسطحة. ويأتي شكلها من الترتيب المنتظم لذراتها، وهو ما تدرسه كتب الكيمياء. فبلورة الكوارتز، مثلًا، عمود له ستة أوجه ينتهي برأس مدبب؛ وبلورة الميكا تنفلق صفائح أرق من الورق.

في الغرانيت، نمت الحبيبات وهي مضغوطة بعضها على بعض، فلم تتخذ أشكالًا منتظمة: إنها متداخلة كقطع لعبة التركيب. وحجمها يروي حكاية. فالغرانيت يتكون في أعماق الأرض، حيث يبرد الصخر المنصهر ببطء شديد: فتجد حبيباته وقتًا لتكبر حتى تُرى بالعين. أما الصخر المنصهر الذي يبرد بسرعة على السطح، حممًا، فيعطي صخورًا حبيباتها أصغر من أن تُرى.

15.3 عائلات الصخور الثلاث

يصنّف الجيولوجيون الصخور في ثلاث عائلات، لا بحسب لونها، بل بحسب الطريقة التي تكونت بها.

تعريف 15.2 (عائلات الصخور الثلاث)

الصخر الناري يتكون حين يبرد الصخر المنصهر ويتصلب: الغرانيت في أعماق الأرض، والبازلت من الحمم. والصخر الرسوبي يتكون على سطح الأرض من حبيبات الرمل والوحل، أو من أصداف الكائنات الحية، التي تترسب في طبقات ثم تتصلب: الحجر الرملي، والسجّيل، والحجر الجيري. والصخر المتحول صخر تحوّل، دون أن ينصهر، بفعل الحرارة والضغط في أعماق الأرض: الرخام (من الحجر الجيري)، والأردواز (من السجّيل).

وتسمية النارية مأخوذة من النار، وكذلك اسمها في اللغات الأوروبية، المشتق من الكلمة اللاتينية الدالة على النار. وكثيرًا ما تُظهر الصخور الرسوبية طبقات، بعضها فوق بعض، كصفحات كتاب. والصخور المتحولة كثيرًا ما تكون مضغوطة مطوية؛ وبعضها، مثل الأردواز، ينفلق صفائح مسطحة.

كثير من الصخور الرسوبية مكوَّن من الحبيبات التي فرزتها بحسب حجمها في الفصل 5: الحصى والحصباء، والرمل، والوحل. وحين تُدفن الحبيبات، تفقد ماءها ويلصقها بعضها ببعض ملاط طبيعي. وحجم الحبيبات هو الذي يعطي الصخر اسمه.

في الميدان — قراءة حجارة المدينة

المدن مجموعات صخور في الهواء الطلق. امشِ مع شخص بالغ بمحاذاة الأسوار القديمة، والدرج، والتماثيل، وواجهات الكنائس، والأرصفة، وانظر عن قرب، دون أن تخدش شيئًا أو تكسره. بعض حواف الأرصفة والدرجات من الغرانيت: ابحث فيه عن الكوارتز الزجاجي والميكا اللامعة. وكثير من الأسوار والواجهات القديمة من الحجر الجيري أو الحجر الرملي: ابحث عن الأصداف، أو امسح بطرف إصبعك فتاتة ساقطة من الحجر الرملي لتحس بالرمل. وقد تكون السقوف من الأردواز، منفلقة صفائح رقيقة. دوّن في دفتر مكان كل حجر، ولونه، وحبيباته، والعائلة التي تظن أنه ينتمي إليها؛ والصورة الفوتوغرافية تساعد على المقارنة لاحقًا بجدول هذا الفصل.

15.4 دورة الصخور

الصخور ليست خالدة. فجبل الغرانيت تتلفه التجوية ببطء؛ وتحمل الأنهار حبيباته إلى البحر فتترسب هناك في طبقات؛ وكلما دُفنت الطبقات أعمق فأعمق تصلبت حتى صارت حجرًا رمليًا. وإذا حُمل الحجر الرملي إلى أعماق أبعد، حوّلته الحرارة والضغط إلى صخر متحول؛ وفي أعماق أبعد أيضًا، قد ينصهر، فيصنع الصخر المنصهر حين يبرد صخرًا ناريًا جديدًا. وشيئًا فشيئًا، على مدى ملايين السنين، تظل مادة الصخور تدور وتدور.

تعريف 15.3 (دورة الصخور)

دورة الصخور هي الرحلة التي لا تنتهي، والتي تتحول بها صخور كل عائلة ببطء إلى صخور العائلتين الأخريين: بالتجوية والتعرية على السطح، وبالدفن والتصلب، وبالحرارة والضغط، وبالانصهار والتبرد.

15.5 التعرف على الصخور الشائعة

إليك سبعة صخور كثيرًا ما نصادفها في المباني والأرصفة والمناظر الطبيعية.

السلامة

لا يُجري اختبارَ الحمض إلا شخص بالغ، بنظارات واقية وقفازين، وبحمض مخفف جدًا. لا تتذوق أبدًا صخرًا أو مسحوقًا، ولا تكسر الصخور أبدًا بأداة: فالنظر من خلال عدسة مكبرة يخبرنا بالكثير.

المفتاح قائمة من الأسئلة، لكل منها جوابان، تقود خطوة بعد خطوة إلى اسم الصخر.

الصلادة. وهناك دليل آخر يساعد على التعرف على المعدن: مدى سهولة خدشه.

تعريف 15.4 (الصلادة وسلم موس)

صلادة المعدن هي مدى مقاومته للخدش: فالمعدن يخدش كل معدن أطرى منه، ويخدشه كل معدن أصلد منه. وسلم موس يرتّب الصلادة من 1 إلى 10 بعشرة معادن مرجعية، من التلك (1)، وهو أطراها، إلى الماس (10)، وهو أصلدها.

طريقة 15.5 (اختبار الخدش)

1. حاول أن تخدش المعدن بظفرك، ثم بقطعة نقود نحاسية. (أما الزجاج والفولاذ فلا يستعملهما إلا شخص بالغ.)
2. امسح الأثر بإصبعك: الخدش الحقيقي يبقى، أما أثر المسحوق المتخلف عن أداة الاختبار فيزول.
3. تقع الصلادة بين صلادة أصلد أداة لا تخدشه وصلادة أطرى أداة تخدشه.

مثال 15.6 (كوارتز أم كالسيت؟)

معدنان أبيضان متشابهان. الأول تخدشه قطعة نقود نحاسية: صلادته أقل من 3.5؛ إنه الكالسيت (3). والثاني لا يخدشه مسمار فولاذي ويخدش الزجاج: صلادته أكثر من 6.5؛ ومن بين المعادن المرجعية، إنه الكوارتز (7).

15.6 تمارين

تمرين 15.1 ★

إلى أي عائلة ينتمي كل صخر من هذه الصخور: الغرانيت، والحجر الرملي، والرخام، والبازلت، والحجر الجيري، والأردواز؟

حل

حل التمرين 15.1.

الغرانيت: ناري. الحجر الرملي: رسوبي. الرخام: متحول. البازلت: ناري. الحجر الجيري: رسوبي. الأردواز: متحول.

تمرين 15.2 ★

هل الكوارتز معدن أم صخر؟ والغرانيت؟ اشرح الفرق في جملة واحدة.

حل

حل التمرين 15.2.

الكوارتز معدن؛ والغرانيت صخر. فالمعدن مادة طبيعية واحدة ذراتها مرتبة ترتيبًا منتظمًا؛ أما الصخر فيتكون من معدن واحد أو من عدة معادن ملتصقة بعضها ببعض (الغرانيت: فلسبار وكوارتز وميكا).

تمرين 15.3 ★

رتّب هذه المعادن من الأطرى إلى الأصلد: الكوارتز، والتلك، والماس، والكالسيت. أيها يستطيع أن يخدشها كلها؟

حل

حل التمرين 15.3.

التلك (1)، الكالسيت (3)، الكوارتز (7)، الماس (10). والماس، وهو الأصلد، يخدشها كلها.

تمرين 15.4 ★

انقل وأكمل بالكلمات التبرد، الحرارة والضغط، التجوية: «يصير الصخر المنصهر صخرًا ناريًا عن طريق … ويصير الحجر الجيري رخامًا عن طريق … ويتحول الغرانيت إلى حبيبات رمل عن طريق …»

حل

حل التمرين 15.4.

«يصير الصخر المنصهر صخرًا ناريًا عن طريق التبرد. ويصير الحجر الجيري رخامًا عن طريق الحرارة والضغط. ويتحول الغرانيت إلى حبيبات رمل عن طريق التجوية.»

تمرين 15.5 ★★

استعمل المفتاح. (أ) صخر لا يُحدث فورانًا تحت الحمض؛ وهو داكن، حبيباته أصغر من أن تُرى، وفيه ثقوب صغيرة مستديرة. (ب) صخر يُحدث فورانًا تحت الحمض ومكوَّن من بلورات لامعة تتلألأ كالسكر. (ج) صخر لا يُحدث فورانًا؛ وهو خشن كورق الصنفرة. سمِّ كل صخر.

حل

حل التمرين 15.5.

(أ) البازلت. (ب) الرخام. (ج) الحجر الرملي.

تمرين 15.6 ★★

معدن تخدشه قطعة نقود نحاسية ولا يخدشه الظفر. بين أي قيمتين من قيم الصلادة يقع؟ وأي معدن مرجعي من معادن سلم موس يمكن أن يكون؟

حل

حل التمرين 15.6.

صلادته أكبر من صلادة الظفر (نحو 2.5) وأقل من صلادة قطعة النقود النحاسية (نحو 3.5). قد يكون الكالسيت (3).

تمرين 15.7 ★★

في رسم الغرانيت في هذا الفصل 60 حبيبة: 33 من الفلسبار، و21 من الكوارتز، و6 من الميكا. ما النسبة المئوية لحبيبات الكوارتز؟ والفلسبار؟ والميكا؟ تحقق من أن مجموع النسب المئوية الثلاث يساوي 100 %.

حل

حل التمرين 15.7.

الكوارتز: $21 \div 60 = 0.35$، أي 35 %. الفلسبار: $33 \div 60 = 0.55$، أي 55 %. الميكا: $6 \div 60 = 0.10$، أي 10 %. التحقق: $35 + 55 + 10 = 100$.

تمرين 15.8 ★★

الغرانيت والبازلت كلاهما صخر ناري. لماذا نستطيع أن نرى حبيبات الغرانيت بأعيننا، ولا نستطيع أن نرى حبيبات البازلت؟

حل

حل التمرين 15.8.

يبرد الغرانيت ببطء شديد، في أعماق الأرض: فتجد حبيباته وقتًا طويلًا لتنمو، فتصير كبيرة. أما البازلت فيأتي من الحمم، التي تبرد بسرعة على السطح: فلا تجد حبيباته وقتًا لتنمو، وتبقى أصغر من أن تُرى.

تمرين 15.9 ★★

يتكوّن الرخام من الحجر الجيري. (أ) إلى أي عائلة ينتمي كل منهما؟ (ب) ماذا حدث للحجر الجيري حتى تحول إلى رخام؟ (ج) لماذا يُحدث كلاهما فورانًا تحت الحمض؟

حل

حل التمرين 15.9.

(أ) الحجر الجيري رسوبي؛ والرخام متحول. (ب) في أعماق الأرض، حوّلته الحرارة والضغط دون أن يصهراه: فنما الكالسيت الذي فيه بلوراتٍ لامعة متداخلة. (ج) كلاهما مكوَّن من المعدن نفسه، الكالسيت، والكالسيت هو الذي يُحدث فورانًا تحت الحمض.

تمرين 15.10 ★★

باستعمال سلم موس: (أ) هل يستطيع الكوارتز أن يخدش قنينة زجاجية؟ (ب) وهل يستطيع الفلوريت ذلك؟ (ج) هل يستطيع مسمار فولاذي أن يخدش الفلسبار؟

حل

حل التمرين 15.10.

(أ) نعم: الكوارتز (7) أصلد من الزجاج (نحو 5.5). (ب) لا: الفلوريت (4) أطرى من الزجاج. (ج) نعم: المسمار الفولاذي (نحو 6.5) أصلد من الفلسبار (6).

تمرين 15.11 ★★★

احكِ رحلة حبيبة كوارتز، في خمس خطوات، من جبل غرانيتي إلى صخر متحول. سمِّ العملية في كل خطوة، وعائلة الصخر في البداية وفي النهاية.

حل

حل التمرين 15.11.

مثلًا: (1) تفتت التجوية غرانيت الجبل (وهو صخر ناري)، فتتحرر حبيبات الكوارتز التي فيه؛ (2) يحملها نهر بعيدًا: إنها التعرية؛ (3) تترسب الحبيبات في طبقات في قاع البحر: إنه الترسيب؛ (4) تُدفن تحت طبقات أخرى، فتنضغط وتلتحم حتى تصير حجرًا رمليًا: إنه التصلب (والصخر الآن رسوبي)؛ (5) يُحمل الحجر الرملي إلى أعماق الأرض، فتحوّله الحرارة والضغط إلى صخر متحول.

تمرين 15.12 ★★★

معدن رمادي زجاجي لا يخدشه مسمار فولاذي، ويخدش الزجاج، ويخدشه التوباز. (أ) ما صلادته على سلم موس؟ سمِّه. (ب) تتدحرج حبيبات الرمل سنوات طويلة بفعل الأمواج والأنهار. اشرح، مستعينًا بصلادة هذا المعدن، لماذا تبقى حبيباته مدة أطول بكثير من حبيبات الكالسيت أو الميكا.

حل

حل التمرين 15.12.

(أ) لا يخدشه الفولاذ (نحو 6.5) ويستطيع أن يخدش الزجاج: فهو أصلد من 6.5. ويخدشه التوباز (8): فهو أطرى من 8. صلادته 7: إنه الكوارتز. (ب) الكوارتز أصلد من كل ما يحتك به تقريبًا (الحبيبات الأخرى، والحصى): فلا يكاد يبلى. أما الكالسيت (3) والميكا (من 2 إلى 3) فأطرى منه بكثير: فالاحتكاك يطحنهما قطعًا دقيقة جدًا يحملها الماء بعيدًا.

15.7 مسألة: حجارة ساحة البلدة

مسألة 15.1

مسألة نهاية الأسبوع — صخور ساحة البلدة، وأصلد معدن فيها، وكم عائلة من عائلات الصخور موجودة فيها

في رحلة مدرسية، يتأمل التلاميذ حجارة ساحة البلدة القديمة (تأمُّلًا فقط: لا أحد يكسر النُّصُب أو يخدشها). وقد أحضر المعلم قطعًا مفككة من الحجارة نفسها من ورشة النحّات، من أجل اختبارات الصلادة.

النافورة: في حوضها حبيبات كبيرة، وردية وبيضاء، ورمادية زجاجية، وسوداء لامعة. البلاط: ألواح فاتحة اللون نرى فيها أصدافًا متحجرة صغيرة؛ وقطرة من حمض مخفف، يضعها المعلم على قطعة مفككة، تُحدث فورانًا. سقف دار البلدية: صفائح رقيقة مسطحة رمادية من حجر ناعم الحبيبات جدًا. التمثال: حجر أبيض مكوَّن من بلورات لامعة تتلألأ كالسكر؛ ويُحدث فورانًا هو أيضًا.

الجزء الأول — النافورة والبلاط والسقف.

1. سمِّ صخر النافورة وعائلته. وسمِّ معادنه الثلاثة.
2. سمِّ صخر البلاط وعائلته. ماذا كانت الأصداف قبل أن تصير في الحجر؟
3. سمِّ صخر السقف وعائلته. ومن أي صخر تكوّن؟
4. سمِّ صخر التمثال وعائلته. ومن أي صخر تكوّن؟

الجزء الثاني — اختبار الصلادة.

5. يحاول المعلم أن يخدش حبيبة رمادية زجاجية من النافورة بمسمار فولاذي: لا خدش. والحبيبة تخدش الزجاج. ما هذا المعدن، وما صلادته؟
6. الحبيبات الوردية يخدشها المسمار الفولاذي ولا يخدشها الزجاج. بين أي قيمتين تقع صلادتها؟ وأي معدن من معادن سلم موس هو؟
7. الرقائق السوداء يكاد الظفر يخدشها. أي معدن هي؟
8. هل تستطيع قطعة نقود نحاسية أن تخدش البلاط؟ اشرح مستعينًا بصلادة الكالسيت.

الجزء الثالث — دورة الصخور.

9. بعد قرون من المطر، فقد التمثال تفاصيله الدقيقة. أي عملية من عمليات دورة الصخور تعمل هنا؟
10. جاء غرانيت النافورة من جبل. على مدى ملايين السنين، ماذا يمكن أن يحدث لحبيبات الكوارتز في ذلك الجبل، وفي أي صخر يمكن أن ينتهي بها المطاف؟
11. كم عائلة من عائلات الصخور الثلاث موجودة في الساحة؟ سمِّ صخر كل عائلة أو صخورها.
12. ما صلادة موس لأصلد معدن نجده في حجارة الساحة؟

حل

حل المسألة 15.1.

1. الغرانيت، وهو صخر ناري؛ ومعادنه الفلسبار (وردي أو أبيض)، والكوارتز (رمادي، زجاجي)، والميكا (سوداء، لامعة).

2. الحجر الجيري، وهو صخر رسوبي. كانت الأصداف لحيوانات عاشت في البحر؛ وقد ترسبت بقاياها ثم تصلبت فصارت جزءًا من الصخر.

3. الأردواز، وهو صخر متحول، تكوّن من السجّيل.

4. الرخام، وهو صخر متحول، تكوّن من الحجر الجيري.

5. الكوارتز: لا يخدشه الفولاذ (نحو 6.5)، وهو يخدش الزجاج (نحو 5.5)؛ صلادته 7.

6. يخدشها الفولاذ (نحو 6.5) ولا يخدشها الزجاج (نحو 5.5): صلادتها بين 5.5 و6.5. إنه الفلسبار (الأورثوكلاز، 6).

7. الميكا (صلادتها من 2 إلى 3).

8. نعم: البلاط من الحجر الجيري، المكوَّن من الكالسيت (3)، وهو أطرى من قطعة النقود النحاسية (نحو 3.5).

9. التجوية: المطر يُبلي سطح الحجر ببطء شديد.

10. تتلف التجوية الجبل؛ فتحمل الأنهار حبيبات الكوارتز التي فيه وترسّبها في طبقات، في قاع بحيرة أو بحر؛ وحين تُدفن وتتصلب، يمكن أن تصير حجرًا رمليًا، وهو صخر رسوبي.

11. العائلات الثلاث كلها موجودة: النارية (غرانيت النافورة)، والرسوبية (الحجر الجيري للبلاط)، والمتحولة (أردواز السقف ورخام التمثال).

12. أصلد معدن هو كوارتز الغرانيت: صلادته على سلم موس 7.