علوم الأرض والجيولوجيا

نبذة تعريفية عن “علم الجيوكيمياء”

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الرابع

KFAS

علم الجيوكيمياء علوم الأرض والجيولوجيا

العلم الذي يختص بدراسة العناصر المكونة للأرض من حيث وفرتها وتوزيعها، وكذلك نتاج تفاعلاتها الكيميائية.

ويهدف هذا العلم إلى تحديد التركيب الكيميائي للمكونات الرئيسية للأرض والتي تشمل الغلاف الجوي والقشرة الأرضية (بنوعيها القارية والمحيطية)، والمياه الجوفية والمياه السطحية ووشاح الأرض.

ويمكن التوصل إلى ذلك من خلال تحديد التركيب الكيميائي للعناصر المكونة لتلك المكونات، وذلك باستخدام أجهزة تحليل دقيقة وغاية في التطور بحيث يمكن تحديد مكونات دقيقة جداً من المعدن يصل قطرها على ميكرون.

 

والواقع أن ما نحصل عليه اليوم من نتائج التحليل الكيميائية للعناصر المكونة للأرض، يعكس فقط التوزيع الحالي لتلك العناصر دون التعبير عما كان عليه هذا التوزيع في الأزمنة السابقة.

ويرجع ذلك إلى أن توزيع العناصر يتغير بصورة مستمرة بفعل العديد من العمليات الجيولوجية؛ مثل عوامل التجوية وتأثير الحمم المنبثقة على سطح الأرض والصهير المندفع من باطن الأرض… الخ.

ولقد استفاد علم الجيوكيمياء من فروع العلوم الأخرى خاصة علم الديناميكا الحرارية التجريبي في دراسة أطوار أو منحنيات الاتزان (Phase equilibrium)، وذلك من أجل التوصل إلى نتائج كيميائية دقيقة حول تركيب الأرض.

 

كذلك أمكن من خلال الجيوكيمياء التجريبية إعداد نماذج دقيقة ومفصلة لمنحنيات الاتزان داخل المختبرات، مع الأخذ بعين الاعتبار الفروق الجوهرية الرئيسة بين ما يتم من تجارب في المختبر.

وما يتم داخل الأرض أو حتى على سطحها (ظروف الضغط والحرارة وأثر المواد المتطايرة وغير المتطايرة والتراكيب الموجودة– وجود الماء أو عدمه… الخ) وبخاصة ما يتعلق بعامل الزمن، فالعملية التي قد تحدث في الأرض في ملايين السنين تتم في المختبر خلال ساعات أو أيام.

وتشمل الظروف التجريبية (الجيوكيمياء التجريبية) مدى كبيراً من الضغوط يتراوح بين الضغط الجوي وأكثر من 1.000000 ضغط جوي (1.01325 × 1011)، ومدى حرارياً يتراوح بين درجة حرارة سطح الأرض وآلاف عديدة من درجات الحرارة.

 

وتحاول التجارب التي يتم إجراؤها تحت ظروف الضغط العالي ما بين 20 كيلويار ومليون كيلويار أن تشكل بديلاً مماثلاً لما يحدث تحت ظروف وشاح الأرض.

وعادة ما يتم إجراء التجارب عند ضغوط تماثل ضغوط القشرة الأرضية، وفي وجود الماء حتى يمكن دفع عجلة التفاعلات.

ولقد تبين أن مجموعة الأطوار التي تتكون، تتماثل مع الظروف التي تحدث في الطبيعة.

 

ولقد تم التعرف على الكثير من التفاعلات الهامة التي توضح علاقات معادن السيليكات المكونة للصخور وكذلك تشخيص أغلب عمليات تبلور الصهير وتكون البجماتيت وتفاعلات التحول (Metamorphism).

وقدمت النتائج على هيئة رسوم بيانية للأطوار (Phases) مبينة العلاقة بين التغير في التركيب الكيميائي مع التغير في الضغط ودرجة الحرارة.

 

ولقد اتسعت دائرة علم الجيوكيمياء وظهرت له فروع مثل الجيوكيمياء العضوية (Organic Geochemistry) وتعتبر المواد العضوية هي حجر الأساس لهذا الفرع من الجيوكيمياء، وتعني الجيوكيمياء العضوية بقسمين رئيسيين هما:

أ‌- كيمياء النفط– الأسفلت– الفحم– الأحماض الدبالية بالإضافة إلى مكونات عضوية أخرى توجد غالباً في الصخور الرسوبية.

ب‌- دور العمليات العضوية والكائنات الحية في تثبيت العناصر غير العضوية. ويطلق على هذا النوع من الدراسة أحياناً الجيوكيمياء الحيوية.

 

كذلك تتآلف الجيوكيمياء مع فروع العلوم الأخرى كالرياضيات والفيزياء والإحصاء.

وأصبحت ذا اتجاه كمي في السنوات الأخيرة، ولهذا السبب يطلب من الدارسين لهذا العلم ضرورة الإلمام بنواحي المعرفة في الإحصاء والديناميكا الحرارية ونظرية الكم.

فالديناميكا الحرارية مثلاً تعتبر الآن بمثابة العمود الفقري للجيوكيمياء التجريبية، وهي مرجع هام لحدود التفاعلات التي تحدث في الأرض، وتستخدم الديناميكا الحرارية الاتزانية في التنبؤ بمجرى التفاعلات الكيميائية التي تحدث بين المعادن.

 

أما بالنسبة للإحصاء فإنه يمكن وصف التركيب الكيميائي لمجموعات كبيرة من الوحدات الأرضية للقشرة حتى تداخلات الصخور النارية بمعدلات إحصائية، ومعظم هذه الحسابات تتطلب استخدام حاسبات آلية كبيرة ومتطورة.

كما استفاد علم الجيوكيمياء من الطرائق الحديثة في تحديد خواص المواد الصلبة، ويمكن تقسيم هذه الطرائق عموماً إلى طرائق التحاليل الكيميائية وطرائق التحاليل التركيبية. والأخيرة تشتمل على الأسلوب التقني الذي يمتد إلى تفهم طبيعة الروابط الكيميائية.

وتعتمد الطرائق الكيميائية القديمة في تحليل المعادن والصخور على استخدام الأحماض وغيرها من الكيماويات بهدف تحديد نسبة العناصر الرئيسة (Major elements).

 

ولقد حدث تطور هائل في هذا المجال حيث يعتبر استخدام جهاز الانبثاق المطيافي للأشعة السينية طريقة بديلة لتحليل العناصر الرئيسة والنادرة (Major and trace elements).

وظهرت طرق حديثة تستخدم أجهزة عالية التقنية يمكن بواسطتها تحديد كمية العناصر إلى مستوى جزء من المليون، وحتى جزء من البليون (طريقة التحليل بالامتصاص الذري Atomic absorption spectroscopy وطريقة التحليل بتنشيط النيوترونات (Neutron activation analysis).

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
Loading cart ⌛️ ...
إغلاق
إغلاق