الرمل: تعريفه وأنواعه ومكوناته

2013 الرمل والسيليكون

دنيس ماكوان

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

علوم الأرض والجيولوجيا

يمثل الرمل أشياء مختلفة في نظر الناس، فهو، على الشاطئ أو في صندوق يعتبر مصدر متعة لا تنتهي للأولاد، وهو مثالي لتحميل أو جر أو بناء القلاع الرملية.

وفي نظر من يكون في عطلة، يكون رمل الشاطئ للجري والمشي أو التعرض للشمس.

أما بالنسبة إلى لاعب الغولف، فهو الشرك الرملي الذي تحط عليه الكرة بعد صدمة قفز تائهة.

وفي نظر العلمي والمهندس، يوفر الرمل نموذجاً مختلفاً من الصندوق الرملي، إنه المادة الأولية لعدد من المنتجات المفيدة.

ولعل ما يَمْثُل منها للعيان زجاج العبوات والنوافذ والخرسانة للتشييد والبناء والطرقات. ومع ذلك، فإن اكتشافات علوم القرن العشرين هي التي جعلت تطور وتعقيد منتجات الرمل تسير بمعدلات متسارعة.

ولما كان الرمل غزير الوفرة، فهو مادة مثالية، صندوق رمل جذاب، لبيان كيفية تطور تلك المنتجات بالاعتماد على اكتشافات علوم القرن العشرين.

 

يُعرَّف الرمل على أنه جسيمات حبيبية لصخر مسحول أو متفكك تتراوح حبيباته بين عُشْر ميليمتر وعدة ميليمترات. ويعتبر فلز الكوارتز أهم مكونات الرمل الذي يحتوي غالباً مواد أخرى بحيث يتغير تركيبه ولونه وفق منشأه (Greenberg 2008).

فهناك رمال هاواي (Hawaii) السوداء ورمال كاب كود (Cape Cod) البيضاء. وإلى جانب الكوارتز، تحتوي هذه الرمال بقايا الاندفاعات البركانية والقواقع البحرية المطحونة على التوالي.

كما يحتوي رمل صرح كثيب الرمل الوطني في كلورادو صخوراً مفتتة تتألف من سيليكات متنوعة إضافة إلى الكوارتز.

ويدرس الجيولوجيون حبات الرمل لفهم العمليات التي تتحكم بشكل سطح الأرض ولإعادة محاكاة الشروط التي تشكلت في ظلها الحجارة الرملية (Siever 1988 and Welland 2009).

تتألف القشرة الأرضية تقريباً من 25% من السيليكون و 50% من الأوكسحين وزناً.

 

ومن هنا، ليس غريباً أن يكون الكوارتز، الذي يتألف من ذرة سيليكون واحدة لكل ذرتين أوكسجين، واحداً من أكثر مكونات الرمل شيوعاً.

هناك عدد من الفلزات التي يتألف تركيبها من أوكسيد السيليكون ويطلق عليها الاسم العام السيليكا، وسيتم مناقشة بعضها في الفصول الأخيرة. سأستعمل عبر هذا الكتاب تعبير "رمل" للإشارة عموماً إلى كل أشكال السيليكا وخاصة الكوارتز.

يمتلك كل متحف تاريخ طبيعي أو مختبر صخور مجموعة من بلورات الكوارتز، وتتمثل القطعة المركزية في مجموعة متحف سميثسونيان (Smithsonian) الوطني للتاريخ الطبيعي في واشنطن العاصمة بأكبر كرة كوارتز كاملة في العالم (Warren) التي تزن 107 ليبرة (49 كيلوغرام) ويبلغ قطرها 12.9 بوصة (32.7 سنتيمتر).

وفي المتحف الأميركي للتاريخ الطبيعي في نيويورك، يوجد عرض لبلورات كوارتز في شبكة حلقات متمركزة.

وتتغير الألوان من البلورة الصخرية الفاتحة في المركز إلى تغير الألوان اللامنتهي ظاهرياً لفلزات الكوارتز المختلفة مثل الجمشت (Amethyst) والسيترين (citrine). (يتم مناقشة ألوان حجارة الكوارتز الثمينة في الفصل الرابع).

إذ تسحر بلورات الكوارتز الناظر لجمالها، فهي بالغة الأهمية في الصناعة. ويتواجد الرمل على شكل شرائح صغيرة في الهواتف النقالة والحواسيب والمحساسات المختلفة وساعات الكزارتز وقداحات السجائر.

ويقدر إنتاج وتركيب أجهزة بلورات الكوارتز في التجهيزات بحوالي 10 مليارات بلورة كل عام (إدارة المسح الجيولوجي الأميركية 2008 (U.S. Geologic Survey 2008)).

 

تستعمل هذه الأجهزة خاصة للكوارتز تدعى الكهرضغطية (Piezoelectricity)، كلمة إغريقية تعني ضَغَطَ مع كلمة الكهرباء.

بتعبير آخر، إنها الكهرباء الناتجة عن الضغط. ويستعمل المحوال (Transducer) فعل الكهرضغطية لتحويل الاهتزازات الميكانيكية إلى اهتزازات كهربائية أو بالعكس.

يتعلق ظهور الكهرضغطية بتناظر البلورة، وتعتبر أهمية التناظر وكيفية تأثر خواص البلورات بالتناظر واحداً من أكثر مواضيع الفيزياء أهمية في القرن العشرين.

يبين الشكل 1.1 مقارنة بلورة كوارتز مع ترسيم كتاب تعليمي يوضح تناظر الكوارتز.

 إذا دارت البلورة 120° و 240° حول المحور z أو 180° حول المحور x، فإنها ستظهر مماثلة للبلورة غير المدارة. ولا تسمح إلا بعض تراكيب أجهزة التناظر للبلورات بإظهار الكهرضغطية.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]