---
title: "الصخور المتحولة"
book: "علوم الأرض والفضاء في المرحلة الثانوية"
subject: earth
language: ar
chapter: 21
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/21-metamorphic-rocks
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Earth and Space Sciences Book, One Course (one-course.com)"
---

# الفصل 21 — الصخور المتحولة

تستقر طبقة من الوحل على قاع بحر وتتصلب فتصير سجيلًا. ادفنها بضعة كيلومترات واعصرها، فتصير أردوازًا، وهو صخر ينشق إلى الصفائح الرقيقة المستوية التي تُسقف بها البيوت. وادفنها أعمق وأسخن، فتنمو رقائقها الدقيقة إلى ميكا لامعة، تنتفخ بينها حبات العقيق الحمراء: إنه الشيست. وأعمق وأسخن من ذلك أيضًا، تتمايز معادنها في أشرطة فاتحة وداكنة: إنه النيس. ولم ينصهر شيء على طول الطريق. فالوحل نفسه، بالعناصر الكيميائية نفسها، أعاد ببساطة بناء معادنه لتلائم المكان الذي كان فيه. وإذا قُرئ الأمر في الاتجاه المعاكس، فإن معادن الصخر المتحول تسجّل مدى عمق ذلك المكان ومدى سخونته، وهذا الفصل يتعلم قراءتها.

**ما تعرفه من قبل.**

تنقسم الصخور ثلاث عائلات — نارية، ورسوبية، ومتحولة — ودورة الصخور تحوّل إحداها إلى أخرى؛ فالرخام يُصنع من الحجر الجيري والأردواز من السجيل، دون انصهار (الكتاب 1، الصف 6). والمعدن مادة صلبة طبيعية لها تركيب كيميائي محدد وترتيب منتظم للذرات؛ ومعظم معادن القشرة [سيليكات](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/16-minerals#def-g11-minerals-silicate) ([الفصل 16](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/16-minerals#ch-g11-minerals)). [والمنحنى الحراري الأرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm) هو منحنى درجة الحرارة بدلالة العمق تحت مكان ما؛ وقرب السطح ترتفع درجة الحرارة بمقدار 25 إلى $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل كيلومتر ([الفصل 12](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#ch-g11-lithosphere-asthenosphere)). وفي [نطاق الاندساس](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-subduction)، تتحول [القشرة المحيطية](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/14-ocean-ridges-and-the-oceanic-lithosphere#def-g11-ocean-ridges-oceanic-lithosphere) التي تُحمل إلى الأسفل وهي باقية باردة إلى [شيست أزرق](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-eclogite)، ثم إلى [إكلوجيت](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-eclogite) ([الفصل 15](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#ch-g11-subduction-zones)). والضغط قوة مقسومة على المساحة التي تضغط عليها؛ ويُقاس بالباسكال، $1\,\mathrm{Pa}$ = $1\,\mathrm{N}/\mathrm{m}^{2}$.

## 21.1 تحول في الحالة الصلبة

**تعريف 21.1 (التحول).**

*التحول* هو تغير معادن الصخر [ونسيجه](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/17-igneous-rocks#def-g11-igneous-rocks-texture)، في الحالة الصلبة، حين يُنقل إلى درجة حرارة وضغط مختلفين عن اللذين تكوّن فيهما. والصخر الذي يصير إليه صخر متحول.

الصخر الذي يبدأ منه [التحول](#def-g12-metamorphic-rocks-metamorphism) هو صخره الأم، وهي العبارة نفسها المستعملة للصخر الذي تحت التربة ([الفصل 7](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/7-soil-a-slow-forming-resource#ch-g10-soil-formation)). ويبدأ [التحول](#def-g12-metamorphic-rocks-metamorphism) عند نحو $200\,{}^{\circ}\mathrm{C}$؛ وتحت ذلك، تنتمي التغيرات البطيئة للراسب المدفون إلى تصلبه وصيرورته صخرًا. وينتهي حيث يبدأ الصخر بالانصهار: ومنذئذ يكون ما يحدث ناريًا. وبين هذين الحدين، لا يكون كل معدن مستقرًا إلا في مدى معين من درجة الحرارة والضغط. فمعظم [المعادن الطينية](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/7-soil-a-slow-forming-resource#def-g10-soil-formation-clay)، مثلًا، لا تدوم إلا حتى نحو 150 أو $200\,{}^{\circ}\mathrm{C}$؛ وفوق ذلك تتحول إلى ميكا. وحين تتغير الظروف، تعيد ذرات المعادن غير المستقرة ترتيب نفسها، حبةً حبةً، في معادن مستقرة في الظروف الجديدة.

أربعة أمور تتحكم في النتيجة. **[الصخر الأم](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/7-soil-a-slow-forming-resource#def-g10-soil-formation-weathering-profile)** يوفّر العناصر الكيميائية: فالحجر الجيري المكوّن من الكالسيت وحده لا يصير إلا رخامًا مكوّنًا من الكالسيت. و**درجة الحرارة** و**الضغط** يحددان أي المعادن مستقرة. و**الماء**، الموجود بكميات صغيرة بين الحبيبات، ينقل الأيونات الذائبة من حبة إلى أخرى ويسرّع التفاعلات. [والتحول](#def-g12-metamorphic-rocks-metamorphism) بطيء: فالمعادن الجديدة تنمو بنحو مليمتر في مليون سنة. والأحداث التكتونية التي تدفن الصخور بطيئة أيضًا، فيكون للتفاعلات عادةً متسع من الوقت لتكتمل.

### 21.1.1 وزن الصخور التي فوقه

الصخر المدفون على عمق $z$ يحمل وزن كل الصخور التي فوقه.

**تعريف 21.2 (الضغط الصخري).**

*الضغط الصخري* عند عمق $z$ هو الضغط الذي يؤثر به على الصخر وزنُ عمود الصخور الذي فوقه. وهو متساوٍ في كل الاتجاهات.

**قضية 21.3 (الضغط الصخري).**

تحت عمود من الصخر كثافته منتظمة $\rho$، يكون [الضغط الصخري](#def-g12-metamorphic-rocks-lithostatic) عند العمق $z$

$$
P = \rho g z ,
$$

حيث $g$ تسارع الجاذبية؛ ويُهمَل ضغط الغلاف الجوي، نحو $0.1\,\mathrm{MPa}$.

**برهان.** خذ عمودًا رأسيًا من الصخر مقطعه الأفقي $A$، من السطح نزولًا إلى العمق $z$. حجمه $Az$، وكتلته $\rho A z$، ووزنه $\rho A z g$. وهذا الوزن يستقر على المساحة $A$ في أسفل العمود، فيكون الضغط هناك $P = \rho A z g / A = \rho g z$. ∎

مع متوسط كثافة [القشرة القارية](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/19-the-continental-crust#def-g12-continental-crust-continental-crust)، $\rho = 2830\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$، و$g = 9.81\,\mathrm{m}/\mathrm{s}^{2}$، يرتفع الضغط بمقدار $\rho g = 2830 \times 9.81
\approx 27\,800\,\mathrm{Pa}$ لكل متر، أي نحو $27.8\,\mathrm{MPa}$ لكل كيلومتر. وعند قاعدة قشرة سمكها $35\,\mathrm{km}$ يبلغ

$$
P = 2830 \times 9.81 \times 35\,000 \approx 9.7 \times 10^{8}\,\mathrm{Pa} \approx
  0.97\,\mathrm{GPa},
$$

أي نحو $1\,\mathrm{GPa}$: ما يقارب عشرة آلاف ضعف ضغط الغلاف الجوي عند مستوى سطح البحر. وكثيرًا ما تُقرأ الضغوط في الاتجاه المعاكس، أعماقًا: فالضغط $1\,\mathrm{GPa}$ يُبلغ على عمق $10^{9}/(2830 \times 9.81) \approx 36\,\mathrm{km}$ تحت السطح.

وزن الصخور يضغط بالتساوي من كل الجهات. وفي الحزام الجبلي، تضيف الصفائح دفعًا في اتجاه واحد: فيُعصر الصخر من الجانبين بشدة أكبر منها من الأعلى. وهذا الضغط *الموجَّه* لا يغيّر أي المعادن مستقرة، لكنه يغيّر كيفية ترتيبها، كما يُظهر [القسم 21.3](#sec-21-3).

## 21.2 المعادن الدليلية ودرجة التحول

### 21.2.1 ثلاثة معادن بصيغة واحدة

**تعريف 21.4 (متعدد الأشكال).**

يكون معدنان *متعددَي أشكال* حين يكون لهما التركيب الكيميائي نفسه وبنيتان بلوريتان مختلفتان: الذرات نفسها، مرتبةً ترتيبًا مختلفًا.

ثلاثة معادن تشترك في الصيغة $\ce{Al2SiO5}$: الكيانيت والأندالوسيت والسيليمانيت. وكل منها مستقر في مداه الخاص من درجة الحرارة والضغط، وقد قيس هذا المدى في المختبر بإبقاء بلورات عند درجة حرارة وضغط مختارين ومراقبة أي [متعدد أشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph) ينمو على حساب الآخر. والكيانيت أكثف الثلاثة، $3.61\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ مقابل $3.24\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ للسيليمانيت و$3.15\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ للأندالوسيت: فذراته أشد تراصًا، وهو الذي تحابيه الضغوط العالية.

![حقول متعددات الأشكال الثلاثة للصيغة Al2SiO5، والضغط يتزايد نحو الأسفل كالعمق (المقياس على اليمين، لقشرة كثافتها 2830\, kg/ m3). الخطوط السوداء: الحدود المقيسة في المختبر؛ وتلتقي الثلاثة عند النقطة الثلاثية (النقطة السوداء)، 504\, C و0.375\, GPa. والخطوط المتقطعة: ثلاثة منحنيات حرارية أرضية، تبدأ من 10\, C عند السطح؛ والدوائر تحدد مواضع عبورها لحد.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-metamorphic-rocks/fig-f37b7221c672.svg)

*حقول [متعددات الأشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph) الثلاثة للصيغة $\ce{Al2SiO5}$، والضغط يتزايد نحو الأسفل كالعمق (المقياس على اليمين، لقشرة كثافتها $2830\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$). الخطوط السوداء: الحدود المقيسة في المختبر؛ وتلتقي الثلاثة عند النقطة الثلاثية (النقطة السوداء)، $504\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و$0.375\,\mathrm{GPa}$. والخطوط المتقطعة: ثلاثة منحنيات حرارية أرضية، تبدأ من $10\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند السطح؛ والدوائر تحدد مواضع عبورها لحد.*

المخطط خريطة للاستقرار. فكل نقطة درجة حرارة وضغط؛ وكل حقل هو [متعدد الأشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph) المستقر هناك. فالكيانيت يشغل الضغوط العالية، والأندالوسيت الضغوط المنخفضة ودرجات الحرارة المعتدلة، والسيليمانيت درجات الحرارة العالية. وعلى امتداد الحد، يتساوى [متعددا أشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph) في الاستقرار، وعند النقطة الثلاثية، تتساوى الثلاثة. والحدود غير معروفة بدقة: فالنقطة الثلاثية غير مؤكدة بنحو $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و$0.025\,\mathrm{GPa}$، وآثار الحديد في البلورات تزيح خط الأندالوسيت–السيليمانيت بما يصل إلى $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$.

**طريقة 21.5 (قراءة مخطط الضغط–درجة الحرارة).**

1. ضع نقطة الصخر: درجة حرارته على المحور الأفقي، وضغطه على الرأسي.
2. اقرأ الحقل الذي تقع فيه: المعدن المستقر هناك.
3. حوّل الضغط إلى عمق بالعلاقة $z = P/(\rho g)$ ، أو اقرأه على مقياس العمق.
4. لمعدن موجود في صخر، اقرأ في الاتجاه المعاكس: كان الصخر في حقل ذلك المعدن حين تبلور. ومعدنان تكوّنا معًا، أو معدن غائب، يضيّقان المدى أكثر.

**مثال 21.6 (حد الكيانيت–السيليمانيت).**

عند $0.6\,\mathrm{GPa}$، يتحول الكيانيت إلى سيليمانيت عند نحو $611\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. ويُبلغ ذلك الضغط عند $z = 0.6 \times 10^{9} / (2830
\times 9.81) \approx 21.6\,\mathrm{km}$. وبين 600 و$700\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ يرتفع الحد بمقدار $0.209\,\mathrm{GPa}$، أي $0.209/0.0278 \approx
7.5\,\mathrm{km}$ من العمق: فالصخر الأعمق بمقدار $7.5\,\mathrm{km}$ يجب أن يكون أسخن بنحو $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ليتحول إلى سيليمانيت. إذن الشيست الذي يحوي الكيانيت ولا يحوي السيليمانيت وقد تبلور على عمق $21.6\,\mathrm{km}$ كان أبرد من نحو $611\,{}^{\circ}\mathrm{C}$.

### 21.2.2 المعادن الدليلية وخطوط تساوي الدرجة

في حزام من صخور بدأت كلها من الوحل نفسه، تتغير المعادن من مكان إلى آخر، لأن الصخور لم تُدفن كلها إلى العمق نفسه ولم تُسخَّن بالقدر نفسه.

**تعريف 21.7 (المعدن الدليلي؛ خط تساوي الدرجة؛ درجة التحول).**

*درجة التحول* للصخر هي شدة [التحول](#def-g12-metamorphic-rocks-metamorphism) الذي مرّ به، وتحددها درجة الحرارة والضغط اللذان بلغهما. و*المعدن الدليلي* معدن يدل ظهوره الأول، في صخور ذات تركيب أم واحد، على درجة معينة. و*خط تساوي الدرجة* هو الخط على الخريطة (وهو سطح في الأرض) الذي يصل الأماكن التي يظهر فيها معدن دليلي لأول مرة: وعلى امتداده، تكون الصخور قد بلغت الدرجة نفسها.

الصخور المصنوعة من الوحل، الغنية بالألومنيوم، تُظهر أوضح تتابع. فمع ارتفاع الدرجة، تظهر [المعادن الدليلية](#def-g12-metamorphic-rocks-index-mineral) بالترتيب: الكلوريت، فالبيوتيت، فالعقيق، فالستوروليت، فالكيانيت، فالسيليمانيت، والأرض التي تقسمها تُسمّى نطاق الكلوريت، ونطاق البيوتيت، وهكذا. وترتفع درجة الحرارة والضغط كلاهما على امتداد هذا التتابع، كما يحدث في قشرة مُسمَّكة تحت حزام جبلي.

![خريطة تخطيطية لنطاقات التحول في صخور مصنوعة من الوحل: كل خط تساوي درجة (خط أسود) يحدد الظهور الأول لمعدن دليلي، والدرجة ترتفع نحو لبّ الحزام، حيث دُفنت الصخور أعمق ما يكون وسُخّنت أكثر ما يكون. والنطاقات الحقيقية منثنية تقطعها الطيات والصدوع؛ وعروضها هنا اعتباطية.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-metamorphic-rocks/fig-df45a38d7aec.svg)

*خريطة تخطيطية لنطاقات [التحول](#def-g12-metamorphic-rocks-metamorphism) في صخور مصنوعة من الوحل: كل خط تساوي درجة (خط أسود) يحدد الظهور الأول [لمعدن دليلي](#def-g12-metamorphic-rocks-index-mineral)، والدرجة ترتفع نحو لبّ الحزام، حيث دُفنت الصخور أعمق ما يكون وسُخّنت أكثر ما يكون. والنطاقات الحقيقية منثنية تقطعها [الطيات](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/20-building-mountains#def-g12-mountain-building-fold) والصدوع؛ وعروضها هنا اعتباطية.*

**لمحة تاريخية — نطاقات بارو.**

في تسعينيات القرن التاسع عشر، رسم الجيولوجي جورج بارو خريطة الشيست والنيس في مرتفعات اسكتلندا، ولاحظ أن معادنها تتغير عبر البلاد بترتيب منتظم. وكان أول من قسّم منطقة إلى نطاقات بحسب المعادن التي تحويها صخورها. وقد بقي اسمه على هذا التتابع: فالصخور التي تتبعه يقال إنها تُظهر تحولًا *بارويًا*.

يمكن أيضًا تقدير الدرجة تقديرًا تقريبيًا من درجة الحرارة وحدها. فالصخور التي سُخّنت إلى ما بين 150 و$300\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ درجتها منخفضة جدًا، ومن 300 إلى $450\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ منخفضة، ومن 450 إلى $550\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ متوسطة، وفوق $550\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ عالية. وفي الدرجة المنخفضة تكون الصخور غنية بمعادن تحمل الماء في بنيتها، [كالمعادن الطينية](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/7-soil-a-slow-forming-resource#def-g10-soil-formation-clay) والكلوريت؛ وكلما ارتفعت الدرجة فقدت ذلك الماء.

## 21.3 التورق

المعادن التي تُعصر وهي تنمو لا تنمو في كل الاتجاهات. فالحبيبات المسطحة كالميكا، والطويلة كالأمفيبولات، تتبلور وأوجهها المسطحة أو محاورها الطويلة متعامدة على اتجاه الدفع؛ والحبيبات الموجودة من قبل تتسطح على النحو نفسه.

**تعريف 21.8 (التورق؛ الشستوزية).**

*التورق* مجموعة من المستويات المتوازية في صخر متحول، يصنعها اصطفاف معادنه المسطحة أو المستطيلة؛ وينشق الصخر على امتدادها بأكبر سهولة. و*الشستوزية* هي تورق الشيست، الذي تكون فيه بلورات الميكا المصطفة كبيرة بما يكفي لتُرى.

![تكوّن التورق. في اليسار: وحل فيه رقائق طينية (بالأسود) وحبيبات كوارتز (بالأبيض) مستلقية في كل الاتجاهات. في اليمين: إذ يُعصر من الجانبين وهو يُسخَّن، تنمو في الصخر رقائق ميكا متعامدة على الدفع، وتتسطح حبيباته: فهو الآن ينشق على امتداد مستويات رأسية.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-metamorphic-rocks/fig-aff155f02cc6.svg)

*تكوّن [التورق](#def-g12-metamorphic-rocks-foliation). في اليسار: وحل فيه رقائق طينية (بالأسود) وحبيبات كوارتز (بالأبيض) مستلقية في كل الاتجاهات. في اليمين: إذ يُعصر من الجانبين وهو يُسخَّن، تنمو في الصخر رقائق ميكا متعامدة على الدفع، وتتسطح حبيباته: فهو الآن ينشق على امتداد مستويات رأسية.*

الوحل، الغني برقائق الطين المسطحة، يُظهر التتابع على أفضل وجه. فمع ارتفاع الدرجة يصير، على التوالي:

- **أردوازًا** ، رقائق الطين والميكا المصطفة فيه أصغر من أن تُرى؛ وينشق إلى صفائح مستوية؛
- **فيليتًا** ، نمت فيه الميكا بما يكفي لتعطيه لمعانًا حريريًا؛
- **شيستًا** ، تُرى فيه الميكا، ومعها كثيرًا ما توجد بلورات أكبر من العقيق أو الكيانيت أو الستوروليت؛
- **نيسًا** ، انفصلت فيه المعادن إلى أشرطة فاتحة (كوارتز، فلسبار) وأشرطة داكنة، وهو لا يحوي من الميكا إلا القليل أو لا شيء، إذ هو أسخن من أن تدوم فيه.

![في الأعلى يمينًا: أردواز تحت المجهر (الشريط الأصفر طوله 500\, µ m): رقائق الميكا فيه كلها في اتجاه واحد. في الأعلى يسارًا: شيست ميكا بالعقيق في جزيرة سيروس؛ وقطر القطعة النقدية 23\, mm. في الأسفل يمينًا: شيست فيه نصال زرقاء من الكيانيت. في الأسفل يسارًا: نيس بأشرطة من الكوارتز (فاتحة) ومن ميكا البيوتيت (داكنة). الصور: جيولوشي (CC0)، وغريم تشرتشارد (CC BY 2.0) وجيمس سانت جون (CC BY 2.0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-metamorphic-rocks/img-0d5fd3b5f2c3.jpg)

![في الأعلى يمينًا: أردواز تحت المجهر (الشريط الأصفر طوله 500\, µ m): رقائق الميكا فيه كلها في اتجاه واحد. في الأعلى يسارًا: شيست ميكا بالعقيق في جزيرة سيروس؛ وقطر القطعة النقدية 23\, mm. في الأسفل يمينًا: شيست فيه نصال زرقاء من الكيانيت. في الأسفل يسارًا: نيس بأشرطة من الكوارتز (فاتحة) ومن ميكا البيوتيت (داكنة). الصور: جيولوشي (CC0)، وغريم تشرتشارد (CC BY 2.0) وجيمس سانت جون (CC BY 2.0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-metamorphic-rocks/img-30a028966a33.jpg)

![في الأعلى يمينًا: أردواز تحت المجهر (الشريط الأصفر طوله 500\, µ m): رقائق الميكا فيه كلها في اتجاه واحد. في الأعلى يسارًا: شيست ميكا بالعقيق في جزيرة سيروس؛ وقطر القطعة النقدية 23\, mm. في الأسفل يمينًا: شيست فيه نصال زرقاء من الكيانيت. في الأسفل يسارًا: نيس بأشرطة من الكوارتز (فاتحة) ومن ميكا البيوتيت (داكنة). الصور: جيولوشي (CC0)، وغريم تشرتشارد (CC BY 2.0) وجيمس سانت جون (CC BY 2.0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-metamorphic-rocks/img-3594340caef2.jpg)

![في الأعلى يمينًا: أردواز تحت المجهر (الشريط الأصفر طوله 500\, µ m): رقائق الميكا فيه كلها في اتجاه واحد. في الأعلى يسارًا: شيست ميكا بالعقيق في جزيرة سيروس؛ وقطر القطعة النقدية 23\, mm. في الأسفل يمينًا: شيست فيه نصال زرقاء من الكيانيت. في الأسفل يسارًا: نيس بأشرطة من الكوارتز (فاتحة) ومن ميكا البيوتيت (داكنة). الصور: جيولوشي (CC0)، وغريم تشرتشارد (CC BY 2.0) وجيمس سانت جون (CC BY 2.0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-metamorphic-rocks/img-9ec3e40f8106.jpg)

*في الأعلى يمينًا: أردواز تحت المجهر (الشريط الأصفر طوله $500\,\text{µ}\mathrm{m}$): رقائق الميكا فيه كلها في اتجاه واحد. في الأعلى يسارًا: شيست ميكا بالعقيق في جزيرة سيروس؛ وقطر القطعة النقدية $23\,\mathrm{mm}$. في الأسفل يمينًا: شيست فيه نصال زرقاء من الكيانيت. في الأسفل يسارًا: نيس بأشرطة من الكوارتز (فاتحة) ومن ميكا البيوتيت (داكنة). الصور: جيولوشي (CC0)، وغريم تشرتشارد (CC BY 2.0) وجيمس سانت جون (CC BY 2.0).*

على امتداد [منحنى حراري أرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm) نموذجي، يتكوّن الأردواز بين نحو 5 و$10\,\mathrm{km}$ تحت السطح، والفيليت بين 10 و15، والشيست بين 15 و20، والنيس بين 20 و$25\,\mathrm{km}$؛ وأعمق من ذلك، يبدأ الصخر بالانصهار في بعض المواضع. [والتورق](#def-g12-metamorphic-rocks-foliation) يسجّل اتجاه العصر: فهو يتكوّن متعامدًا على [التقصير](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/20-building-mountains#def-g12-mountain-building-shortening) الذي يبني الجبال ([الفصل 20](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/20-building-mountains#ch-g12-mountain-building))، وقد يظل التطبق الأصلي للوحل مرئيًا يقطعه بزاوية.

الصخور التي ليس فيها معادن مسطحة أو طويلة لا تُظهر تورقًا حتى حين تُعصر. فالحجر الجيري يصير **رخامًا**، مكوّنًا من بلورات أكبر من الكالسيت مُحيت فيها الأحافير؛ والحجر الرملي يصير **كوارتزيتًا**، تداخلت حبيبات الكوارتز فيه بعضها في بعض؛ والوحل الذي يُسخَّن دون أن يُعصر يصير صخرًا صلبًا دقيق الحبيبات بلا [تورق](#def-g12-metamorphic-rocks-foliation)، هو **الهورنفلس**.

## 21.4 التحول التماسي والتحول الإقليمي

**تعريف 21.9 (التحول التماسي؛ التحول الإقليمي؛ هالة التحول).**

*التحول التماسي* هو تحول الصخور التي سخّنها جسم من الصهارة تداخل فيها؛ وهو محصور في نطاق حول [الجسم المتداخل](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/17-igneous-rocks#def-g11-igneous-rocks-intrusion)، هو *هالة التحول*، التي ترتفع فيها الدرجة نحو التماس. و*التحول الإقليمي* يصيب صخورًا دُفنت عميقًا في مناطق واسعة، عادةً حيث تتقارب الصفائح؛ فتُعصر الصخور كما تُسخَّن، وتكون متورقة في كل الحالات تقريبًا.

### 21.4.1 حول جسم من الصهارة

جسم من الصهارة عند نحو $1000\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ يصعد في القشرة العليا الباردة يسخّن الصخور المحيطة به. فقد تبلغ درجة حرارتها من 300 إلى أكثر من $800\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، تحت الضغوط المنخفضة للأعماق الضحلة. [وهالة التحول](#def-g12-metamorphic-rocks-contact-regional) ضيقة: بضعة سنتيمترات حول صفيحة رقيقة من الصهارة، وما يصل إلى عدة عشرات من الأمتار حول جسم كبير. وصخورها تُسخَّن دون أن تُعصر، فلا تكون متورقة: فالوحل يصير هورنفلسًا، والحجر الجيري رخامًا، والحجر الرملي كوارتزيتًا. والجسم من الصهارة الذي يستقر عميقًا في صخور هي ساخنة أصلًا لا يكاد يصنع هالة تحول.

![التحول التماسي، في مقطع عرضي: جسم من الصهارة صعد في صخور رسوبية متطبقة وسخّن حوله هالة تحول ضيقة (بالأحمر)، تتبلور صخورها من جديد دون أن تُعصر. رسم تخطيطي: هالات التحول الحقيقية يتراوح عرضها بين سنتيمترات وعشرات الأمتار.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-metamorphic-rocks/fig-a92756f35495.svg)

*[التحول التماسي](#def-g12-metamorphic-rocks-contact-regional)، في مقطع عرضي: جسم من الصهارة صعد في صخور رسوبية متطبقة وسخّن حوله هالة تحول ضيقة (بالأحمر)، تتبلور صخورها من جديد دون أن تُعصر. رسم تخطيطي: هالات [التحول](#def-g12-metamorphic-rocks-metamorphism) الحقيقية يتراوح عرضها بين سنتيمترات وعشرات الأمتار.*

### 21.4.2 تحت حزام جبلي

يحتاج [التحول الإقليمي](#def-g12-metamorphic-rocks-contact-regional) إلى دفن حتى 10 أو $20\,\mathrm{km}$، فهو يصيب آلاف الكيلومترات المربعة دفعة واحدة. وأرجح مكان له هو [جذر](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/19-the-continental-crust#def-g12-continental-crust-root) الحزام الجبلي، حيث يُسمّك الاصطدام القشرة ويدفع صخورها إلى الأسفل ([الفصل 20](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/20-building-mountains#ch-g12-mountain-building)). ففي حزام قديم رُسمت خرائط نطاقاته، سُخّنت صخور نطاق السيليمانيت فوق $700\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ودُفنت على عمق 20 إلى $25\,\mathrm{km}$، في حين أن صخور نطاق الكلوريت الخارجي ربما لم تُدفن قط أعمق من نحو $5\,\mathrm{km}$. ثم بُليت الجبال التي فوقها على مدى عشرات ملايين السنين؛ وكلما أُزيل الحمل، ارتفعت القشرة السميكة من جديد، فصارت النطاقات التي كانت عميقة تقع الآن على السطح ([الفصل 23](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/23-the-destruction-of-mountains#ch-g12-destruction-of-mountains)).

### 21.4.3 ثلاثة منحنيات حرارية أرضية

تُظهر [متعددات الأشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph) بنظرة واحدة أن العمق نفسه لا يعني الصخر نفسه في كل مكان: فذلك يتوقف على [المنحنى الحراري الأرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm). ومخطط [متعددات الأشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph) يحمل ثلاثة منها.

- [منحنى حراري أرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm) **نموذجي** ، نحو $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل كيلومتر: تبلغ درجة الحرارة نحو $300\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ على عمق $10\,\mathrm{km}$ . وهو يمر تحت النقطة الثلاثية، فيفسح الكيانيت المجال مباشرة للسيليمانيت، عند نحو $574\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و $18.8\,\mathrm{km}$ .
- [منحنى حراري أرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm) في **منطقة بركانية** ، من 40 إلى $50\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل كيلومتر، تزيد انحداره حرارة الصهارة الصاعدة: فالصخور تبلغ درجات حرارة عالية على أعماق ضحلة. وعند $50\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل كيلومتر، يظهر الأندالوسيت على عمق نحو $6.6\,\mathrm{km}$ ثم يفسح المجال للسيليمانيت على عمق نحو $10.9\,\mathrm{km}$ ، عند $553\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .
- [المنحنى الحراري الأرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm) في **[نطاق اندساس](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-subduction)** ، دون $10\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل كيلومتر: [فالقشرة المحيطية](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/14-ocean-ridges-and-the-oceanic-lithosphere#def-g11-ocean-ridges-oceanic-lithosphere) المحمولة إلى الأسفل تبقى أبرد بعدة مئات من الدرجات من الوشاح المحيط بها. وعلى عمق $36\,\mathrm{km}$ لا تزيد درجة حرارتها على نحو $370\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ، في عمق حقل الكيانيت. وهذا هو المسار البارد العالي الضغط الذي يصير فيه البازلت شيستًا أزرق، ثم إكلوجيتًا، على عمق نحو $35\,\mathrm{km}$ .

وهكذا يحمل كل صخر متحول سجلًا [للمنحنى الحراري الأرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm) الذي تكوّن تحته، وللبيئة الصفائحية التي وراءه: فالأندالوسيت والهورنفلس يشيران إلى حرارة على أعماق ضحلة، حول أجسام من الصهارة؛ وشيست الكيانيت والسيليمانيت ونيسهما إلى [الجذور العميقة](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/19-the-continental-crust#def-g12-continental-crust-root) للأحزمة الجبلية؛ [والشيست الأزرق](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-eclogite) [والإكلوجيت](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-eclogite) إلى نطاقات [الاندساس](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-subduction). ومعظم هذه الصخور ما كان ليُرى إلا لأنها عادت إلى السطح دون أن تتحول عكسيًا. فهي إذ تصعد وتبرد، تتباطأ تفاعلاتها، والماء الذي تحتاج إليه التفاعلات العكسية كان قد أفلت في طريق النزول.

## 21.5 تمارين

**تمرين 21.1 ★.**

اذكر المصطلح: (أ) معادن لها التركيب نفسه وبنى بلورية مختلفة؛ (ب) الخط على الخريطة حيث يظهر [معدن دليلي](#def-g12-metamorphic-rocks-index-mineral) لأول مرة؛ (ج) نطاق الصخور المسخّنة حول جسم من الصهارة؛ (د) المستويات المتوازية التي تصنعها المعادن المسطحة المصطفة؛ (ه) الضغط الناتج عن وزن الصخور التي فوق.

**حل التمرين 21.1.**

(أ) [متعددات الأشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph)؛ (ب) [خط تساوي الدرجة](#def-g12-metamorphic-rocks-index-mineral)؛ (ج) [هالة التحول](#def-g12-metamorphic-rocks-contact-regional)؛ (د) [التورق](#def-g12-metamorphic-rocks-foliation)؛ (ه) [الضغط الصخري](#def-g12-metamorphic-rocks-lithostatic).

**تمرين 21.2 ★.**

سمّ الصخر المتحول الذي يصير إليه كل [صخر أم](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/7-soil-a-slow-forming-resource#def-g10-soil-formation-weathering-profile): (1) حجر جيري؛ (2) حجر رملي؛ (3) وحل، في درجة منخفضة تحت العصر؛ (4) وحل، في درجة عالية؛ (5) وحل، سخّنه جسم من الصهارة دون أن يُعصر.

**حل التمرين 21.2.**

(1) الرخام؛ (2) الكوارتزيت؛ (3) الأردواز؛ (4) النيس؛ (5) الهورنفلس.

**تمرين 21.3 ★.**

مع $\rho = 2830\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ و$g = 9.81\,\mathrm{m}/\mathrm{s}^{2}$، احسب [الضغط الصخري](#def-g12-metamorphic-rocks-lithostatic)، بوحدة $\mathrm{GPa}$، على عمق $10\,\mathrm{km}$ وعلى عمق $20\,\mathrm{km}$.

**حل التمرين 21.3.**

$P = \rho g z$: على عمق $10\,\mathrm{km}$، $2830 \times 9.81 \times 10\,000 \approx
2.78 \times 10^{8}\,\mathrm{Pa} = 0.278\,\mathrm{GPa}$؛ وعلى عمق $20\,\mathrm{km}$، ضعف ذلك، $0.555\,\mathrm{GPa}$.

**تمرين 21.4 ★.**

على مخطط [متعددات أشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph) $\ce{Al2SiO5}$، أي معدن يكون مستقرًا (1) عند $400\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و$0.6\,\mathrm{GPa}$؛ (2) عند $500\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و$0.2\,\mathrm{GPa}$؛ (3) عند $750\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و$0.3\,\mathrm{GPa}$؟

**حل التمرين 21.4.**

(1) الكيانيت (فخط الكيانيت–الأندالوسيت قريب من $0.25\,\mathrm{GPa}$ عند $400\,{}^{\circ}\mathrm{C}$). (2) الأندالوسيت. (3) السيليمانيت.

**تمرين 21.5 ★.**

(1) رتّب بحسب ارتفاع الدرجة: الشيست، والأردواز، والنيس، والفيليت. (2) في أيها يمكن رؤية الميكا بالعين المجردة؟ (3) أيها يُظهر أشرطة فاتحة وداكنة؟

**حل التمرين 21.5.**

(1) الأردواز، فالفيليت، فالشيست، فالنيس. (2) في الشيست. (3) النيس.

**تمرين 21.6 ★★.**

(1) احسب [الضغط الصخري](#def-g12-metamorphic-rocks-lithostatic) عند قاعدة قشرة سمكها $35\,\mathrm{km}$ ($\rho = 2830\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$) وعبّر عنه بالضغط الجوي ($1\,\mathrm{atm} = 101\,325\,\mathrm{Pa}$). (2) احسب الضغط على قاع محيط عمقه $4\,\mathrm{km}$، بماء بحر كثافته $1025\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. (3) كم مرة يفوق الأول الثاني؟

**حل التمرين 21.6.**

(1) $2830 \times 9.81 \times 35\,000 \approx 9.72 \times 10^{8}\,\mathrm{Pa}$، أي $9.72 \times 10^{8}/101325 \approx 9600$ ضغط جوي. (2) $1025 \times 9.81
\times 4000 \approx 4.02 \times 10^{7}\,\mathrm{Pa} = 40.2\,\mathrm{MPa}$. (3) $972/40.2
\approx 24$ مرة.

**تمرين 21.7 ★★.**

تقع النقطة الثلاثية للصيغة $\ce{Al2SiO5}$ عند $504\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و$0.375\,\mathrm{GPa}$. (1) على أي عمق يُبلغ ذلك الضغط ($\rho =
2830\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$)؟ (2) أي [تدرج حراري أرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm)، يبدأ من $10\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند السطح، يمر بها تمامًا؟ (3) هل يُرجَّح أن يكون الصخر الذي يحوي [متعددات الأشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph) الثلاثة شائعًا؟

**حل التمرين 21.7.**

(1) $z = 0.375 \times 10^{9}/(2830 \times 9.81) \approx 13.5\,\mathrm{km}$. (2) $(504 - 10)/13.5 \approx 36.6\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل كيلومتر. (3) لا: فالصخر يجب أن يقع تمامًا عند نقطة واحدة من المخطط؛ ومثل هذه الصخور نادرة.

**تمرين 21.8 ★★.**

في صورة شيست العقيق من سيروس، يبلغ قطر أكبر حبات العقيق نحو ثلث قطر القطعة النقدية، وهو $23\,\mathrm{mm}$. (1) قدّر قطرها. (2) إذا كان قطر حبة العقيق يزداد بنحو $1\,\mathrm{mm}$ في مليون سنة، فكم استغرق نموها؟ (3) ماذا يخبرك ذلك عن الزمن الذي يقضيه الصخر في العمق؟

**حل التمرين 21.8.**

(1) $23/3 \approx 8\,\mathrm{mm}$. (2) نحو 8 ملايين سنة. (3) بقي الصخر في العمق، عند درجة حرارة عالية، ملايين السنين.

**تمرين 21.9 ★★.**

يسير جيولوجي $24\,\mathrm{km}$ نحو الغرب عبر حزام جبلي قديم، ويسجّل صخورًا مصنوعة من الوحل. في البداية لا تحوي إلا الكلوريت والبيوتيت؛ ويظهر أول عقيق بعد $6\,\mathrm{km}$، وأول ستوروليت بعد $11\,\mathrm{km}$، وأول كيانيت بعد $15\,\mathrm{km}$، وأول سيليمانيت بعد $20\,\mathrm{km}$. (1) كم خط تساوي درجة عبر؟ سمّها بالترتيب. (2) في أي اتجاه ترتفع الدرجة؟ (3) أين دُفنت الصخور أعمق ما يكون، وما مقدار السخونة التي بلغتها هناك تقريبًا؟

**حل التمرين 21.9.**

(1) أربعة: [خطوط تساوي درجة](#def-g12-metamorphic-rocks-index-mineral) العقيق والستوروليت والكيانيت والسيليمانيت، بهذا الترتيب. (2) نحو الغرب. (3) عند الطرف الغربي، في نطاق السيليمانيت. فقد عبرت صخوره خط الكيانيت–السيليمانيت: وإذ دُفنت على عمق نحو $20\,\mathrm{km}$ ($0.56\,\mathrm{GPa}$)، كانت أسخن من نحو $590\,{}^{\circ}\mathrm{C}$.

**تمرين 21.10 ★★.**

يصعد جسم من الصهارة في طبقات من الوحل والحجر الجيري والحجر الرملي قرب السطح. (1) سمّ الصخر الذي تصير إليه كل طبقة بجواره. (2) لماذا لا تكون هذه الصخور متورقة؟ (3) يستقر جسم ثانٍ من الصهارة على عمق $20\,\mathrm{km}$، في صخور قريبة أصلًا من $500\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. فلماذا لا يكاد يصنع هالة تحول؟

**حل التمرين 21.10.**

(1) الوحل يصير هورنفلسًا، والحجر الجيري رخامًا، والحجر الرملي كوارتزيتًا. (2) لقد سُخّنت دون أن تُعصر: فلم يرتب ضغط موجَّه معادنها. (3) الصخور المحيطة به ساخنة أصلًا، فلا تزيدها الصهارة إلا قليلًا من الحرارة.

**تمرين 21.11 ★★.**

تُعصر طبقة من الوحل من الشرق والغرب خلال اصطدام، وتنمو فيها الميكا وهي تُسخَّن. (1) كيف تستلقي الميكا: هل أوجهها المسطحة مواجهة للشرق والغرب أم للشمال والجنوب؟ (2) هل [التورق](#def-g12-metamorphic-rocks-foliation) الذي يتكوّن أفقي أم رأسي؟ (3) رخام وكوارتزيت عُصرا على النحو نفسه لا يُظهران أي [تورق](#def-g12-metamorphic-rocks-foliation). لماذا؟

**حل التمرين 21.11.**

(1) متعامدة على الدفع: أوجهها المسطحة تواجه الشرق والغرب، فتقف الرقائق في مستويات شمالية–جنوبية. (2) رأسي، يمتد من الشمال إلى الجنوب. (3) حبيبات الكالسيت والكوارتز ليست مسطحة ولا طويلة، فحتى حين تتبلور من جديد تحت العصر لا يوجد ما يصطف.

**تمرين 21.12 ★★★.**

بين 500 و$700\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، يقترب حد الكيانيت–السيليمانيت من الخط المستقيم $P = 0.577 + 0.00209\,(T - 600)$، حيث $P$ بوحدة $\mathrm{GPa}$ و$T$ بوحدة ${}^{\circ}\mathrm{C}$. [والمنحنى الحراري الأرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm) النموذجي هو $T = 10 + 30z$ ($z$ بوحدة $\mathrm{km}$)، و$P = 0.0278\,z$. (1) اكتب [المنحنى الحراري الأرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm) بحيث يكون $P$ دالة في $T$. (2) جد أين يعبر الحد: درجة الحرارة، والضغط، والعمق. (3) على امتداد هذا المنحنى، أي [متعدد أشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph) يكون مستقرًا فوق ذلك العمق مباشرة، وأيها تحته مباشرة؟

**حل التمرين 21.12.**

(1) $z = (T - 10)/30$، إذن $P = 0.0278\,(T - 10)/30 \approx
0.000927\,(T - 10)$. (2) $0.000927\,(T - 10) = 0.577 + 0.00209\,(T - 600)$ تعطي $0.001163\,T \approx 0.668$، إذن $T \approx 574\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، و$P
\approx 0.000927 \times 564 \approx 0.523\,\mathrm{GPa}$ و$z = (574 - 10)/30
\approx 18.8\,\mathrm{km}$. (3) الكيانيت فوق ذلك العمق، والسيليمانيت تحته.

**تمرين 21.13 ★★★.**

(1) على امتداد [منحنى حراري أرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm) [لنطاق اندساس](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-subduction) قدره $10\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل كيلومتر، يبدأ من $10\,{}^{\circ}\mathrm{C}$، ما درجة الحرارة على عمق $35\,\mathrm{km}$، حيث يتكوّن [الإكلوجيت](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-eclogite)؟ (2) وما هي على امتداد [منحنى حراري أرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm) نموذجي قدره $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل كيلومتر؟ (3) ضع النقطتين على مخطط [متعددات الأشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph): أي [متعدد أشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph) يكون مستقرًا عند الأولى؟ (4) لماذا يتكوّن [الشيست الأزرق](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-eclogite) [والإكلوجيت](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-eclogite) في نطاقات [الاندساس](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-subduction) ولا يكادان يتكوّنان في أي مكان آخر؟

**حل التمرين 21.13.**

(1) $10 + 10 \times 35 = 360\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. (2) $10 + 30 \times 35 =
1060\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. (3) الضغط على عمق $35\,\mathrm{km}$ نحو $0.97\,\mathrm{GPa}$؛ وعند $360\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ تقع تلك النقطة في عمق حقل الكيانيت. أما النقطة الثانية فتقع بعيدًا إلى يمين المخطط، في حقل السيليمانيت، عند درجات حرارة تبدأ فيها صخور القشرة بالانصهار. (4) يحتاجان إلى ضغط عالٍ عند درجة حرارة منخفضة، وهذا اجتماع لا توفره إلا القشرة الباردة المحمولة إلى الأسفل في [نطاق اندساس](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-subduction).

**تمرين 21.14 ★★★.**

كثافات الكيانيت والسيليمانيت والأندالوسيت هي $3.61$ و$3.24$ و$3.15\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$. (1) احسب حجم $1\,\mathrm{kg}$ من كل منها، بوحدة $\mathrm{cm}^{3}$. (2) بأي نسبة مئوية يصغر حجم الكيانيت عن الأندالوسيت المساوي له كتلةً؟ (3) فسّر، بفكرة أن الضغط العالي يحابي الترتيب الذي يشغل أقل حيز، لماذا يشغل الكيانيت حقل الضغط العالي في المخطط.

**حل التمرين 21.14.**

(1) الكيانيت $1000/3.61 \approx 277\,\mathrm{cm}^{3}$؛ والسيليمانيت $1000/3.24
\approx 309\,\mathrm{cm}^{3}$؛ والأندالوسيت $1000/3.15 \approx 317\,\mathrm{cm}^{3}$. (2) $(317 - 277)/317 \approx 0.127$، أي نحو $13\,\%$. (3) تحت الضغط العالي يُحابى الترتيب الأكثر تراصًا للذرات؛ والكيانيت يرصّ الذرات نفسها في أقل حيز.

**تمرين 21.15 ★★★.**

في حزام جبلي قديم، سُخّنت صخور نطاق السيليمانيت فوق $700\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ودُفنت على عمق 20 إلى $25\,\mathrm{km}$. (1) احسب الضغط على عمق 20 و$25\,\mathrm{km}$. (2) باستعمال خط التمرين 12، جد أدنى درجة حرارة يكون عندها السيليمانيت مستقرًا عند كل من هذين الضغطين. وهل تتفق $700\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ مع السيليمانيت؟ (3) ما التدرجات الحرارية الأرضية، بدءًا من $10\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند السطح، التي تقتضيها $700\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ على عمق 20 و$25\,\mathrm{km}$؟ (4) تكشفت الصخور على السطح بعد نحو 40 مليون سنة. فبأي معدل متوسط أُزيلت الصخور التي فوقها، بوحدة $\mathrm{mm}$ في السنة؟

**حل التمرين 21.15.**

(1) $0.555\,\mathrm{GPa}$ على عمق $20\,\mathrm{km}$، و$0.694\,\mathrm{GPa}$ على عمق $25\,\mathrm{km}$. (2) $T = 600 + (P - 0.577)/0.00209$: نحو $590\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند $0.555\,\mathrm{GPa}$ و$656\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند $0.694\,\mathrm{GPa}$. وعند $700\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ كانت الصخور أسخن من كلتيهما، في حقل السيليمانيت: فهذا متفق. (3) $(700 - 10)/20 \approx 34.5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و$(700 - 10)/25 \approx 27.6\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل كيلومتر، وهما قريبان من التدرج النموذجي. (4) من $20\,\mathrm{km}$ إلى $25\,\mathrm{km}$ في 40 مليون سنة: من 0.50 إلى $0.63\,\mathrm{km}$ في كل مليون سنة، أي من 0.50 إلى $0.63\,\mathrm{mm}$ في السنة.

**مسألة 21.1.**

مسألة نهاية الأسبوع — تاريخ شيست كيانيت

شيست جُمع من لبّ حزام جبلي قديم يحوي المسكوفيت والبيوتيت والكوارتز وحبات عقيق يصل قطرها إلى $8\,\mathrm{mm}$، ونصالًا زرقاء من الكيانيت؛ ولا يحوي سيليمانيت ولا أندالوسيت. وتحاليل المختبر لعقيقه وبيوتيته تعطي الظروف التي تبلور فيها: نحو $600\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و$0.70\,\mathrm{GPa}$. خذ $\rho =
2830\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$، و$g = 9.81\,\mathrm{m}/\mathrm{s}^{2}$، و$10\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند السطح، وخط الكيانيت–السيليمانيت في التمرين 12، $P = 0.577 +
0.00209\,(T - 600)$.

**الجزء الأول — المعادن.**

1. لماذا يُسمّى الصخر شيستًا؟ وأي معادنه تصنع [الشستوزية](#def-g12-metamorphic-rocks-foliation) ؟
2. الكيانيت والأندالوسيت والسيليمانيت تشترك في صيغة واحدة. اكتبها، واذكر المصطلح الدال على مثل هذه المعادن.
3. كثافتا الكيانيت والأندالوسيت $3.61$ و $3.15\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ . فبأي نسبة مئوية يصغر حجم كيلوغرام من الكيانيت؟ وأيهما يحابيه الضغط؟
4. في تتابع [المعادن الدليلية](#def-g12-metamorphic-rocks-index-mineral) لصخور الوحل، إلى أي نطاق ينتمي الصخر؟ وأي [خطوط تساوي الدرجة](#def-g12-metamorphic-rocks-index-mineral) عبر في طريق نزوله؟
5. إذا كان قطر حبات العقيق يزداد بنحو $1\,\mathrm{mm}$ في مليون سنة، فكم استغرق نمو أكبرها؟

**الجزء الثاني — الضغط ودرجة الحرارة.**

6. عند $600\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ، فوق أي ضغط يكون الكيانيت مستقرًا بدلًا من السيليمانيت؟
7. تحقق من أن النقطة ( $600\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ، $0.70\,\mathrm{GPa}$ ) تقع في حقل الكيانيت.
8. غياب السيليمانيت يعطي أدنى ضغط عند $600\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . فما هو؟
9. لو سُخّن الصخر أكثر عند $0.70\,\mathrm{GPa}$ ، فعند أي درجة حرارة كان كيانيته سيتحول إلى سيليمانيت؟
10. عبّر عن $0.70\,\mathrm{GPa}$ بالكيلوبار ( $1\,\mathrm{kbar} =  10^{8}\,\mathrm{Pa}$ ) وبالضغط الجوي ( $1\,\mathrm{atm} = 101\,325\,\mathrm{Pa}$ ).

**الجزء الثالث — عمق الدفن.**

11. بكم ميغاباسكال يرتفع [الضغط الصخري](#def-g12-metamorphic-rocks-lithostatic) لكل كيلومتر؟
12. على أي عمق كان الشيست حين تبلور؟
13. ما أصغر عمق يسمح به غياب السيليمانيت (السؤال 8)؟
14. أعد السؤال 12 بكثافة قدرها $2700\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ للصخور التي فوقه. بأي نسبة مئوية يتغير العمق؟
15. سمك [القشرة القارية](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/19-the-continental-crust#def-g12-continental-crust-continental-crust) عادةً من 35 إلى $40\,\mathrm{km}$ ، ومن 50 إلى $70\,\mathrm{km}$ تحت الأحزمة الجبلية. فهل تبلور الشيست في القشرة أم في الوشاح؟

**الجزء الرابع — المنحنى الحراري الأرضي، وطريق العودة صعودًا.**

16. ما متوسط [التدرج الحراري الأرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm) الذي تقتضيه $600\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ عند ذلك العمق؟
17. قارنه بتدرجات [نطاق الاندساس](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-subduction) والقشرة النموذجية والمنطقة البركانية. فأي نوع من [التحول](#def-g12-metamorphic-rocks-metamorphism) صنع الصخر؟
18. على امتداد [منحنى حراري أرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm) نموذجي قدره $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل كيلومتر، كم تكون درجة الحرارة عند عمق السؤال 12؟ وأي [متعدد أشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph) يكون عندئذ مستقرًا عند $0.70\,\mathrm{GPa}$ ؟
19. لإعادة الشيست إلى السطح، كان لا بد من إزالة كل الصخور التي فوقه. فبمعدل متوسط قدره $0.5\,\mathrm{mm}$ في السنة، كم استغرق ذلك؟
20. لماذا لم يتحول الكيانيت عائدًا إلى أندالوسيت في طريق الصعود؟
21. لخّص: على أي عمق تبلور شيست الكيانيت هذا؟

**حل المسألة 21.1.**

**1.** إنه متورق، والميكا فيه كبيرة بما يكفي لتُرى. والميكا، المسكوفيت والبيوتيت، هي التي تصنع [الشستوزية](#def-g12-metamorphic-rocks-foliation).

**2.** $\ce{Al2SiO5}$؛ إنها [متعددات أشكال](#def-g12-metamorphic-rocks-polymorph).

**3.** حجما الكيلوغرام في النسبة $3.15/3.61 \approx
0.873$: فالكيانيت أصغر بنحو $13\,\%$. والضغط يحابي الكيانيت.

**4.** نطاق الكيانيت. وقد عبر في طريق نزوله [خطوط تساوي درجة](#def-g12-metamorphic-rocks-index-mineral) البيوتيت، والعقيق، والستوروليت، والكيانيت.

**5.** نحو 8 ملايين سنة.

**6.** $P = 0.577 + 0.00209 \times 0 = 0.577\,\mathrm{GPa}$.

**7.** $0.70\,\mathrm{GPa}$ فوق $0.577\,\mathrm{GPa}$، في جانب الكيانيت من خط الكيانيت–السيليمانيت؛ وهي أيضًا أعلى بكثير من حقل الأندالوسيت، الذي يقع عند $600\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ تحت نحو $0.23\,\mathrm{GPa}$.

**8.** $0.577\,\mathrm{GPa}$.

**9.** $0.70 = 0.577 + 0.00209\,(T - 600)$، إذن $T = 600 +
0.123/0.00209 \approx 659\,{}^{\circ}\mathrm{C}$.

**10.** $7.0\,\mathrm{kbar}$؛ و$7.0 \times 10^{8}/101325 \approx 6900$ ضغط جوي.

**11.** $\rho g = 2830 \times 9.81 \approx 27\,800\,\mathrm{Pa}$ لكل متر، أي $27.8\,\mathrm{MPa}$ لكل كيلومتر.

**12.** $z = 0.70 \times 10^{9}/27\,762 \approx 25\,200\,\mathrm{m}$، أي نحو $25.2\,\mathrm{km}$.

**13.** $0.577 \times 10^{9}/27\,762 \approx 20.8\,\mathrm{km}$.

**14.** $0.70 \times 10^{9}/(2700 \times 9.81) \approx 26.4\,\mathrm{km}$، أي أعمق بنحو $5\,\%$ ($26.4/25.2 \approx 1.048$).

**15.** في القشرة: فالعمق $25\,\mathrm{km}$ أقل حتى من سمك القشرة العادي.

**16.** $(600 - 10)/25.2 \approx 23.4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل كيلومتر.

**17.** إنه أدفأ بكثير من [نطاق الاندساس](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/15-subduction-zones#def-g11-subduction-zones-subduction) (دون $10\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ لكل كيلومتر) وأبرد قليلًا من القشرة النموذجية ($30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$)، وبعيد عن المنطقة البركانية (من 40 إلى $50\,{}^{\circ}\mathrm{C}$): إنه صخر دُفن عميقًا في القشرة المُسمَّكة لحزام جبلي، [بالتحول الإقليمي](#def-g12-metamorphic-rocks-contact-regional).

**18.** $10 + 30 \times 25.2 \approx 766\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. وخط الكيانيت–السيليمانيت، إذا مُدّ، يقع عند $0.577 + 0.00209 \times 166
\approx 0.92\,\mathrm{GPa}$ عند تلك الدرجة؛ و$0.70\,\mathrm{GPa}$ تحته، في حقل السيليمانيت. [فالمنحنى الحراري الأرضي](https://one-course.com/books/earth/2/ar/chapter/12-lithosphere-and-asthenosphere#def-g11-lithosphere-asthenosphere-geotherm) النموذجي كان سيصنع السيليمانيت.

**19.** $25.2\,\mathrm{km} = 2.52 \times 10^{7}\,\mathrm{mm}$؛ وبمعدل $0.5\,\mathrm{mm}$ في السنة، نحو 50 مليون سنة.

**20.** كلما صعد الصخر برد، فتباطأت تفاعلاته، والماء الذي تحتاج إليه التفاعلات العكسية كان قد طُرد في طريق النزول.

**21.** تبلور شيست الكيانيت على عمق نحو **$25\,\mathrm{km}$ تحت السطح**، عند نحو $600\,{}^{\circ}\mathrm{C}$.