书籍暂未推出简体中文版——当前显示 العربية 版。
علوم الأرض والفضاء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · 1–9 年级
21الرواسب والأحافير
يبلغ عمق الغراند كانيون، في أريزونا (الولايات المتحدة)، في المتوسط. وجدرانه مكوَّنة من طبقات من الصخر، بعضها فوق بعض، حمراء وبنية ورمادية وكريمية اللون. وفي الطبقة العليا، حجر كايباب الجيري، يشير الحراس إلى أصداف: أصداف عضديات الأرجل، وهي حيوانات عاشت في قاع بحر. فهذا الصخر تكوَّن في قاع محيط، وهو اليوم يشكّل حافة الوادي، عاليًا فوق مستوى البحر.
كيف تصير كومة من الرمل والوحل المفككين صخرًا صلبًا؟ وكيف يمكن لصدفة أن تدوم زمنًا طويلًا حتى ينتهي بها المطاف داخل جرف؟ وماذا تخبرنا الطبقات والأحافير عن الأماكن كما كانت منذ زمن بعيد؟
ما تعرفه من قبل
تتكسر الصخور ببطء إلى قطع على السطح (التجوية)؛ ويحمل الماء والريح والجليد القطع بعيدًا (التعرية) ويضعها حيث تتباطأ وتتوقف (الترسيب): الأثقل أولًا، والوحل الدقيق حيث يكاد الماء يسكن فقط (الفصل 10). والصخر الرسوبي يتكون على السطح من حبيبات الرمل والوحل، أو من الأصداف، التي تترسب في طبقات ثم تتصلب: الحجر الرملي، والسجّيل، والحجر الجيري. ودورة الصخور تحوّل صخور كل عائلة، ببطء، إلى صخور العائلتين الأخريين (الفصل 15).
21.1 الرواسب تترسب في طبقات
حيثما ألقى الماء أو الريح أو الجليد ما كان يحمله، تتراكم رواسب مفككة: حصباء ورمل في قاع نهر، ووحل في قاع بحيرة، ورمل على شاطئ أو في كثيب، وأصداف في قاع البحر.
تعريف 21.1 (الرواسب)
الرواسب مواد مفككة يضعها الماء أو الريح أو الجليد: حصباء، ورمل، ووحل، أو أصداف الكائنات الحية وهياكلها. وهي تتجمع في قيعان الأنهار والبحيرات والبحار، وعلى اليابسة حيث تلقيها الريح أو الجليد.
تترسب الرواسب بترتيب معين. فحين يتباطأ ماء موحل، تغوص أكبر الحبيبات وأثقلها أولًا، وأصغرها وأخفها أخيرًا. وكلما تغير الماء — فيضان يجلب الرمل، ثم أسابيع هادئة لا يبلغ فيها القاع إلا الوحل الدقيق — تغيرت الحبيبات التي تترسب أيضًا، وبدأت طبقة جديدة. وشيئًا فشيئًا، يُغطى قاع البحيرة أو البحر بكومة من الطبقات، أقدمها في أسفل الكومة.
تعريف 21.2 (الطبقة الرسوبية)
الطبقة الرسوبية، أو الطبقة الصخرية (وجمعها طبقات صخرية)، صفيحة من الرواسب، أو من الصخر الذي صارت إليه، وُضعت في وقت واحد. ولها قاعدة وسطح، وهي تختلف عن الطبقتين اللتين فوقها وتحتها في حجم حبيباتها أو في المادة التي تتكون منها.
تترسب الرواسب من الماء أو الهواء، ولذلك توضع مستوية، كصفحات كتاب ملقى على طاولة. وحين نجد طبقات مائلة أو مطوية، فذلك لأن شيئًا حرّكها بعد أن تكونت. والتطبق أوضح علامات الصخر الرسوبي: وقد رأيته في جدران الغراند كانيون.
في المختبر — طبقات في وعاء زجاجي (في القسم، مع المعلم)
ضع حفنة من الحصباء، وحفنتين من الرمل، وبضع ملاعق من التراب في وعاء زجاجي طويل؛ واملأه بالماء، وأغلقه بإحكام ثم رجّه. ضعه وراقبه بضع دقائق: تبلغ الحصباء القاع على الفور، والرمل بعدها بقليل، ويبقي الوحل الدقيق الماء عكرًا ساعات. وفي اليوم التالي، أضف قليلًا من التراب والرمل، ورجّه برفق، واتركه يترسب من جديد. كم طبقة تستطيع أن تعدّ؟ وأي الحبيبات في أسفل كل طبقة منها؟
21.2 من الرواسب إلى الصخر
لا تبقى الطبقة في الأعلى زمنًا طويلًا. فطبقات أخرى تترسب فوقها، ثم غيرها، فتُدفن أعمق فأعمق. وتحت ثقل الطبقات التي فوقها، تنضغط الحبيبات بعضها إلى بعض ويُعصر الماء الذي بينها إلى الخارج. والماء المتسرب عبر الكومة يترك بين الحبيبات معادن، هي إسمنت طبيعي يلصقها بعضها ببعض. ومع مرور زمن طويل، وتراكم مزيد من الطبقات، وتغيرات كيميائية بطيئة، تصير الرواسب المفككة في أسفل الكومة صخرًا.
ولكل نوع من الرواسب صخره الخاص.
| الرواسب | الصخر الذي تصير إليه |
|---|---|
| الحصباء والحصى | الرصيص |
| الرمل | الحجر الرملي |
| الوحل | الحجر الطيني، أو السجّيل حين ينفلق إلى صفائح رقيقة |
| الأصداف والهياكل | الحجر الجيري |
| بقايا النباتات، مدفونة في مستنقع | الفحم |
معظم الصخور التي تستطيع أن تراها على سطح الأرض صخور رسوبية. وكومة الطبقات التي تشكّلها هي كتاب تاريخ المكان: كل طبقة صفحة، وأقدم الصفحات في الأسفل.
21.3 كيف تتكون الأحفورة
تعريف 21.3 (الأحفورة)
الأحفورة بقايا كائن حي من زمن بعيد، أو أثره، محفوظة في الصخر. فبعض الأحافير أجزاء صلبة من الجسم — صدفة، أو عظم، أو سن، أو خشب — تحولت إلى حجر. وبعضها لا يحفظ إلا شكلًا: القالب هو الطبعة المجوفة التي تبقى في الصخر حيث ذابت صدفة أو عظم؛ والمصبوبة هي النسخة التي تتكون حين يمتلئ القالب بمادة معدنية جديدة أو برواسب. والأحفورة الأثرية علامة على ما فعله حيوان — أثر قدم، أو جحر، أو مسار — وليست جزءًا من جسمه.
تبدأ الأحفورة حياتها حيوانًا أو نباتًا ميتًا في قاع بحر أو بحيرة. فإن بقي مكشوفًا، حللته البكتيريا وأذاب الماء ببطء ما يبقى منه. ولا تكون له فرصة إلا إذا دُفن بسرعة، تحت رواسب تترسب فوقه وتعزله. ثم، بينما تتحول الرواسب إلى صخر، يجلب الماء المتسرب عبر الطبقات معادن تملأ كل ثقب دقيق في الصدفة أو العظم: فيتحول إلى حجر. وبعد ذلك بزمن طويل، قد تتآكل الطبقات التي فوقه، فتظهر الأحفورة على السطح.
معظم الكائنات الحية لا تترك أي أحفورة. فالأجسام الطرية تتعفن قبل أن تُدفن؛ وحتى الأصداف والعظام تنكسر أو تذوب إذا بقيت مكشوفة زمنًا طويلًا. وأفضل مكان لتصير الكائنات أحافير هو قاع بحر أو بحيرة هادئين، حيث يترسب الوحل الدقيق فوق البقايا ويحميها. ولهذا فإن الأحافير التي توجد في الصخور هي في معظمها أصداف، وأصداف دقيقة وبقايا نباتات وحيوانات مجهرية؛ أما الديناصورات، أشهر الأحافير، فليست إلا جزءًا صغيرًا جدًا منها.


أحيانًا لا تدوم الصدفة نفسها. فإذا دُفنت في الرمل، أذابها ببطء الماء المتسرب بين الحبيبات، ولا يبقى إلا تجويف، شكل الصدفة مطبوع على جدرانه: إنه القالب. فإذا ترسبت فيه معادن لاحقًا وملأته، صنعت نسخة من الصدفة: إنها المصبوبة.
تترك الحيوانات أيضًا أحافير لما فعلته. فالحيوان الذي يمشي على الوحل الطري المبلل لضفة نهر أو لشاطئ يترك آثار أقدام. ومعظمها تمحوه الموجة التالية أو الفيضان التالي. لكن إذا غطاها الرمل قبل أن تُمحى، امتلأ أثر القدم، ثم صار الرمل حجرًا رمليًا، وحين ينفلق الصخر على طول الطبقة، يظهر أثر القدم، وعلى الوجه الآخر مصبوبته.
يستعمل علم الأحياء الأحافير لتتبع التاريخ الطويل للكائنات الحية. أما في هذا الكتاب، فالأحافير أدلة من نوع آخر: إنها تخبرنا كيف كان المكان حين عاش فيه الحيوان.
21.4 الطبقات والأحافير، سجل للماضي
تحفظ كل طبقة علامات المكان الذي وُضعت فيه. فالشعاب المرجانية تنمو اليوم في بحار دافئة صافية ضحلة؛ وعلامات التموج تتكون على الرمل في المياه الضحلة، على حافة بحيرة أو نهر أو بحر؛ والفحم تكوَّن من نباتات غابات ومستنقعات قديمة؛ وعضديات الأرجل وزنبقيات البحر وثلاثيات الفصوص لم تعش إلا في البحر. وحين نجد الأدلة نفسها في طبقة قديمة، فالأرجح أن المكان كان كذلك حين تكونت الطبقة.
| الدليل في الطبقة | المكان حين تكونت الطبقة |
|---|---|
| المرجان | بحر دافئ ضحل صافٍ |
| أصداف حيوانات بحرية (عضديات الأرجل، زنبقيات البحر، ثلاثيات الفصوص) | بحر |
| علامات تموج على سطح طبقة | مياه ضحلة، على حافة بحيرة أو نهر أو بحر |
| آثار أقدام | وحل أو رمل طري مبلل، كثيرًا ما يكون على شاطئ أو ضفة نهر |
| الفحم | غابة مستنقعية أو مستنقع |
| أوراق نبات وأجنحة يعاسيب | يابسة، تنمو عليها نباتات |
طريقة 21.4 (قراءة طبقة)
مثال 21.5 (قمة الغراند كانيون)
حجر كايباب الجيري، الطبقة العليا في الغراند كانيون، مليء بأصداف عضديات الأرجل وبقطع سيقان زنبقيات البحر، وكلاهما من حيوانات البحر. فقد تكوَّن في قاع بحر. واليوم تقع الطبقة نفسها على ارتفاع يبلغ نحو ( قدم) فوق مستوى البحر: فمنذ تكوّنها، ارتفعت المنطقة كلها.
يمكن رسم كومة من الطبقات على شكل عمود: الطبقات مكدسة بالترتيب الذي تكونت به، وسماكاتها بمقياس رسم، وأدلتها مدوَّنة على الجانب. وعمود تلال فاردن، المنطقة المُتخيَّلة لتمارين هذه السلسلة، معروض أدناه.
ملاحظة 21.6 (انظر، وصوّر، واتركها)
في أماكن محمية كثيرة، يُمنع أخذ الأحافير: ففي الغراند كانيون مثلًا، يحظر القانون حفر أي أحفورة أو تحريكها أو أخذها. والزائر الذي يجد واحدة يصوّرها أو يرسمها، ويتركها في مكانها ليراها الآخرون ويدرسها العلماء، ويخبر أحد الحراس.
في الميدان — رواسب تترسب اليوم
على شاطئ، أو حافة بحيرة، أو ضفة جدول، ومع شخص بالغ، انظر إلى الرمل تحت الماء الضحل: فالماء المتحرك يشكّله تموجات، مثل تلك المحفوظة في الحجر الرملي القديم. اترك أثر قدم في الرمل المبلل قرب حافة الماء وراقب ما تفعله به الأمواج التالية. وبعد يوم ماطر، انظر إلى بركة صغيرة جفّت: كثيرًا ما تغطي الرملَ في قاعها قشرةٌ رقيقة من الوحل الدقيق — فأدق الحبيبات ترسبت أخيرًا، حين كان الماء ساكنًا. ارسم ما تراه، ودوّن أين ومتى.
21.5 تمارين
تمرين 21.1 ★
صِل كل كلمة بمعناها: الرواسب؛ الطبقة الصخرية؛ الأحفورة؛ القالب؛ المصبوبة؛ الأحفورة الأثرية. (أ) تجويف يبقى في صخر حيث ذابت صدفة. (ب) أثر قدم أو جحر محفوظ في صخر. (ج) مواد مفككة يضعها الماء أو الريح أو الجليد. (د) نسخة حجرية تتكون حين يمتلئ تجويف بالمعادن. (ه) صفيحة من الرواسب وُضعت في وقت واحد. (و) بقايا كائن حي من زمن بعيد أو أثره، محفوظة في صخر.
حل
حل التمرين 21.1.
(أ) القالب؛ (ب) الأحفورة الأثرية؛ (ج) الرواسب؛ (د) المصبوبة؛ (ه) الطبقة الصخرية؛ (و) الأحفورة.
تمرين 21.2 ★
رتّب هذه المراحل، لتحكي كيف تصير صدفة أحفورة على السطح: (أ) تبري التعرية الطبقات التي فوقها؛ (ب) يموت الحيوان في قاع البحر؛ (ج) تتراكم طبقات جديدة وتتحول الصدفة إلى حجر؛ (د) يغطي الوحل الصدفة بسرعة.
تمرين 21.3 ★
استعمل جدول الأدلة. أين تكونت كل طبقة؟ (أ) حجر جيري مليء بالمرجان. (ب) حجر رملي يُظهر سطحه علامات تموج. (ج) طبقة داكنة من الفحم. (د) سجّيل فيه طبعات أوراق نبات وجناح يعسوب.
تمرين 21.4 ★
صواب أم خطأ؟ صحّح العبارات الخاطئة. (أ) كل حيوان يموت يصير أحفورة يومًا ما. (ب) يمكن أن يكون أثر القدم أحفورة. (ج) حين يتباطأ ماء موحل، يترسب الوحل الدقيق أولًا. (د) توضع الرواسب مستوية.
حل
حل التمرين 21.4.
(أ) خطأ: معظم الكائنات الحية لا تترك أي أحفورة؛ فهي تتعفن أو تذوب قبل أن تُدفن. (ب) صواب: إنه أحفورة أثرية. (ج) خطأ: أكبر الحبيبات وأثقلها تترسب أولًا، والوحل الدقيق أخيرًا. (د) صواب.
تمرين 21.5 ★★
استعمل عمود تلال فاردن. (أ) أعطِ سماكة الحجر الرملي والحجر الجيري والسجّيل. (ب) ما سماكتها الكلية؟ (ج) ما النسبة المئوية للحجر الجيري من هذا المجموع؟ قرّب إلى أقرب عدد صحيح. (د) لماذا لا يعطي العمود أي سماكة للطباشير؟
حل
حل التمرين 21.5.
(أ) الحجر الرملي ، والحجر الجيري ، والسجّيل . (ب) . (ج) : 45 %. (د) لأن سطحه تآكل بفعل التعرية: فما بقي منه ليس الطبقة كلها، ومقدار ما بقي يتغير من مكان إلى آخر.
تمرين 21.6 ★★
ترجّ تلميذة وعاءً فيه ماء وحصباء ورمل ووحل، ثم تتركه يترسب. (أ) ارسم الوعاء في اليوم التالي، وسمِّ الطبقات. (ب) لماذا يبقى الماء عكرًا بعد ساعة؟ (ج) تضيف الرمل والوحل من جديد وتتركه يترسب. ماذا ترى في القاع الآن؟ (د) أي طبقات الوعاء تكونت أولًا؟
تمرين 21.7 ★★
أي هذه لديه أفضل فرصة ليصير أحفورة، وأيها أقل فرصة؟ اشرح. (أ) قنديل بحر قذفته الأمواج على شاطئ صخري. (ب) صدفة حلزون مدفونة في وحل بحيرة هادئة. (ج) عظم ملقى سنوات على سهل جاف. (د) صدفة محار غطاها الرمل في فيضان نهر.
تمرين 21.8 ★★
دُفنت صدفة في رمل صار حجرًا رمليًا. ويذيب الماء المتسرب عبر الصخر الصدفة تمامًا. (أ) ماذا يبقى في الصخر؟ (ب) لاحقًا، تملأ معادن هذا التجويف. ماذا يتكون؟ (ج) هل الصدفة نفسها لا تزال هناك؟ (د) لماذا توجد القوالب والمصبوبات في الحجر الرملي أكثر مما توجد في السجّيل؟ (فكّر في سهولة مرور الماء بين الحبيبات.)
تمرين 21.9 ★★
يبلغ عمق الغراند كانيون في المتوسط. (أ) اكتب هذا العمق بالأمتار. (ب) افترض أن جدران الوادي مكوَّنة من طبقات سماكة كل منها : كم طبقة تتسع من الحافة إلى القاع؟ (ج) طبقة سماكتها تمثل أي نسبة مئوية من العمق؟
حل
حل التمرين 21.9.
(أ) . (ب) طبقة. (ج) : 10 %.
تمرين 21.10 ★★
توجد آثار أقدام ديناصورات في حجر رملي. (أ) هل كانت الديناصورات تمشي على صخر صلب؟ اشرح. (ب) لماذا تختفي معظم آثار الأقدام المتروكة على شاطئ موحل؟ (ج) ماذا كان يجب أن يحدث بعد مرور الديناصورات بقليل لكي تُحفظ الآثار؟ (د) هل أثر القدم أحفورة جسمية أم أحفورة أثرية؟
تمرين 21.11 ★★★
في بحيرة، يترك كل فيضان طبقة من الرمل سماكتها نحو ، وتترك الأسابيع الهادئة التي تليه طبقة من الوحل سماكتها نحو (معطيات تمرين). (أ) ما سماكة زوج واحد من الطبقات، بالمليمترات؟ (ب) جزرة حفر أُخذت من قاع البحيرة طولها ، ولا تتكون إلا من أزواج كهذه. كم فيضانًا تسجل؟ (ج) قرب مصب النهر تكون طبقات الرمل أسمك، وبعيدًا عنه تكون أرق. اشرح لماذا. (د) لماذا يكون الوحل أكثر من الرمل بعيدًا عن المصب؟
تمرين 21.12 ★★★
الأحافير التي توجد في الصخور هي في معظمها أصداف وبقايا دقيقة؛ أما أحافير الحيوانات الطرية فنادرة، وليست الديناصورات إلا جزءًا صغيرًا جدًا من كل الأحافير. (أ) اشرح لماذا الأصداف شائعة إلى هذا الحد. (ب) اشرح لماذا الحيوانات الطرية نادرة. (ج) يريد عالم أن يعرف كل الحيوانات التي عاشت في بحر قديم. هل تستطيع الأحافير أن تعطي القائمة الكاملة؟ اشرح.
حل
حل التمرين 21.12.
(أ) الأصداف صلبة: فهي تدوم زمنًا يكفي لتُدفن، وحيوانات كثيرة ذات أصداف عاشت في قاع البحر، حيث يترسب الوحل فوقها. (ب) الأجسام الطرية تتعفن قبل أن تُدفن. (ج) لا: فالحيوانات الطرية لا تكاد تترك أحافير أبدًا، ولذلك فإن القائمة المستمدة من الأحافير ناقصة؛ إنها تُظهر في الغالب الحيوانات ذات الأصداف أو العظام.
21.6 مسألة: عمود تلال فاردن
مسألة 21.1
مسألة نهاية الأسبوع — تُقرأ طبقات تلال فاردن واحدة بعد أخرى، وتخبر أحافيرها أين تكونت، ويُحسب الزمن اللازم لتراكم الحجر الجيري
استعمل عمود تلال فاردن في هذا الفصل. يُظهر حجره الرملي علامات تموج وآثار أقدام؛ ويحوي حجره الجيري مرجانًا وأصدافًا؛ ويتكون سجّيله من حبيبات دقيقة جدًا، وفيه أمونيت؛ أما الطباشير في الأعلى فقد تآكل جزء منه.
الجزء الأول — قراءة الطبقات.
- اذكر الطبقات الأربع، من أولاها ترسبًا إلى آخرها.
- أعطِ سماكة الحجر الرملي والحجر الجيري والسجّيل، ومجموعها.
- ما النسبة المئوية للحجر الجيري من هذا المجموع؟
- لماذا لا يستطيع أحد أن يقول كم كانت سماكة الطباشير حين تكوّن؟
الجزء الثاني — الأحافير التي فيها.
- أين تكوّن الحجر الرملي؟ أعطِ دليلين.
- أين تكوّن الحجر الجيري؟ أعطِ الدليل.
- يتكون السجّيل من حبيبات دقيقة جدًا. هل كان الماء هادئًا أم متحركًا حين ترسب؟ اشرح.
- احكِ قصة المكان في ثلاث جمل، من الحجر الرملي إلى السجّيل.
الجزء الثالث — كم استغرق ذلك.
- اكتب سماكة الحجر الجيري بالسنتيمترات.
- افترض أن الحجر الرملي تراكم بمعدل كل 20 سنة. فكم سنة استغرقت سماكته البالغة ؟
- افترض أن الحجر الجيري تراكم بمعدل كل 100 سنة. فكم سنة استغرق من الحجر الجيري؟
- كم سنة استغرقت من الحجر الجيري؟ وكم مرة يزيد ذلك على زمن الحجر الرملي؟
حل
حل المسألة 21.1.
1. الحجر الرملي، فالحجر الجيري، فالسجّيل، فالطباشير (الأول في أسفل العمود).
2. و و؛ والمجموع .
3. : 45 %.
4. لأن سطحه تآكل: فالجزء العلوي من الطبقة زال، ولا يستطيع أحد أن يقيس ما لم يعد موجودًا.
5. في مياه ضحلة على حافة بحيرة أو نهر أو بحر: فعلامات التموج تتكون على الرمل في المياه الضحلة، وآثار الأقدام تُترك في رمل أو وحل طري مبلل، كثيرًا ما يكون على شاطئ.
6. في بحر دافئ ضحل صافٍ: الدليل هو المرجان.
7. هادئًا: فالوحل الدقيق لا يترسب إلا حيث يكاد الماء يسكن.
8. في البداية كان المكان شاطئًا، فيه مياه ضحلة ورمل طري مشت عليه حيوانات. ثم غطاه البحر: بحر دافئ ضحل نما فيه المرجان وتراكمت الأصداف. وبعد ذلك صار الماء أهدأ، وربما أعمق، فلم يعد يترسب إلا الوحل الدقيق، مع أصداف الأمونيت، وهي حيوانات من أقارب الحبّار والأخطبوط.
9. سنتيمتر.
10. سنتيمتر، و سنة.
11. سنتيمتر، و سنة.
12. : نحو 1 800 000 سنة، أي قرابة مليوني سنة. وهذا يعادل مرة زمن الحجر الرملي.