تعتمد شدة المغناطيسية المتبقية لأي صخر على مجموعة عوامل ، من أهمها شدة المجال الأرضي القديم الذي أدى إلى تمغنطها.
لذلك يمكن استنتاج شدة المجال القديم من مقارنة العزم المغناطيسي الناتج عن عينة ذات مغناطيسية متبقية بالعزم المغناطيسي الحالي .
يتطلب هذا تسخين العينة إلى درجة حرارة 670 °س ( درجة كوري لمعدن الهيماتيت) ، حيث تفقد مغناطيسيتها ، ثم تترك لتبرد وتتمغنط ثانية بالمجال المغناطيسي الأرضي الحالي لقياس عزمها المغناطيسي الجديد وإجراء المقارنة بين العزمين .
يجب الأخذ بعين الاعتبار أن معادن العينة أصيلة ولم يتم لها أي تحول خلال تاريخها ، وأن مغناطيسيتها المتبقية تمثل فعلاً المجال المغناطيسي القديم الذي يعود لعمرها الأصلي . ومن جهة أخرى يجب التنبه إلى أية تغيرات معدنية خلال عملية التسخين هذه.
لتلافي مثل هذه المشكلات يمكن إجراء التسخين تدريجياً ، وإجراء القياسات على مراحل . وفي حالة كون النسبة بين العزم المغناطيسي عند كل درجة قياس والعزم المتبقي ثابتة ، تكون هذه الإشكالات قد تم التغلب عليها .
نظراً لأن تمغنط الصخور ناتج بالدرجة الأولى عن المجال المغناطيسي الأرضي الحالي ، فإن معرفة هذا المجال بدقة هي متطلب أساسي في الدراسات المغناطيسية ، وهذا يتطلب معرفة التغييرات التي تطرأ على هذا المجال.
هناك تغييرات يومية تحدث كل يوم وفي كل مكان على سطح الأرض ، وتعتمد على الوقت خلال اليوم الواحد ، وكذلك على الموقع ( خط العرض بالذات) ، ولها علاقة مباشرة بدوران الشمس والقمر حول الأرض ، وقيمتها في المعدل حوالي 30 جاما وقد تزيد عن المائة بقليل .
كما أن هناك تغييرات شبه شهرية وتحصل في المعدل مرة كل 27 يوماً . وقد تزيد قيمتها عن 1000 جاما ولها علاقة توافقية مع النشاط الإشعاعي الشمسي وتسمى بالعواصف المغناطيسية .
تتجلى أهمية دراسة هذين المتغيرين في عمليات المسح المغناطيسي الاستكشافي حيث يتم تصحيح المعلومات المغناطيسية بالنسبة للتغييرات اليومية ؛ بينما يتوقف المسح الميداني في حالة حدوث العواصف المغناطيسية.
كما أن هناك تغيرات بطيئة ذات أهمية في دراسة مغناطيسية الصخور ، تحصل تدريجياً خلال عشرات أو مئات السنين ، وتؤكد ذلك القياسات التي أجريت لمعاملات المجال المغناطيسي الأرضي حلال عشرات من السنين خلت .
ففي عام 1925 تم تسجيل تغيير الانحراف المغناطيسي (Declination ) بمقدار 13 دقيقة على إحدى المحطات المغناطيسية في بريطانيا .
كما تؤكد قياسات المغناطيسية القديمة وجود ظاهرة التغييرات البطيئة هذه في المجال المغناطيسي الأرضي القديم.
ويبين الشكل (1) العلاقة بين التغيرات البطيئة هذه وخط العرض المغناطيسي القديم من دراسات أجريت لصخور تعود إلى العصر البرمي حيث تبدو أنها تقل بزيادة العرض المغناطيسي .
تدل التحليلات التوافقية التي أجريت للمجال المغناطيسي الأرضي ولفترات زمنية مختلفة منذ عام 1830، على أنه ذو قطبين ويمر بمركز الأرض (Geocentric Dipole) كما تدل على أن التوافقيات العالية تتغير بسرعة مقارنة بالعمود الجيولوجي، وأن هذه ذات فترات زمنية تقدر بمئات السنين.
وحيث أن الاقتران بين لب الأرض غير ثابت لكون اللب الخارجي ذا طبيعة سائلة (أنظر: التركيب الداخلي للأرض، علم الزلازل)، وأن كليهما يدور بسرعة تختلف عن الآخر.
فإن الدراسات النظرية توحيب أن التغييرات التي تطرأ على مركبات هذا المجال تتطلب فترات زمنية طويلة تقدر بآلاف السنين.
وتؤكد ذلك المشاهدات المدروسة للمغناطيسية القديمة لصخور العصرين الثلاثي والرباعي لجميع القارات، حيث أن حركة القارات بالنسبة للقطب المغناطيسي ليست كبيرة.
وتدل هذه الدراسات على أن معدل الانحراف المغناطيسي لا يتعدى الصفر، وأن المجال المغناطيسي محوري ذو قطبين وأن الميل المغناطيسي يحسب كما يلي:
حيثهي قيمة زاوية خط العرض للمنطقة المعنية.
وتنص نظرية انقلاب (انعكاس) المجال المغناطيسي الأرضي على أن هذا المجال قد عكس قطبيته خلال فترات زمنية مختلفة من الزمن الجيولوجي.
وقد بنيت هذه النظرية على أساس المشاهدات للمغناطيسية المتبقية للصخور، والتي ترى أن اتجاه المغناطيسية المتبقية لجميع الصخور ذات الأعمار التي تقل عن 30 مليون سنة إما أن يكون عادياً أو مقلوباً على النحور التالي:
1- عادي:
إذا كان موازياً لاتجاه المغناطيسي الأرضي الحالي أو يقطعه بزاوية لا تتعدى بضع عشرات من الدرجات.
2- مقلوب (معكوس):
إذا كان غير ذلك بمعنى أن وضع القطبين قد انعكس ويتطلب هذا أن تكون الصخور قد تكونت في وضع كان فيه المجال المغناطيسي الأرضي مقلوباً.
إن ظاهرة الانقلاب هذه عالمية، حيث وجدت في صخور جميع القارات ولجميع أنواع الصخور. هناك على الأقل انقلاب واحد موثق للعصر الحديث (البلايوستوسين) وقد تم تحديد وقت حدوثه بحوالي 0.85 + 0.15 مليون سنة.
ويظن أن معدل تكرار الانقلاب المغناطيسي في العصور الجيولوجية الحديثة هو في حدود مليون سنة.
كما أن زمن الانقلاب ربما لا يزيد عن 10.000 سنة. كما تم تحديد مجموعة انقلابات مغناطيسية تعود للعصر الثلاثي وغيرها ذات أعمار أقدم.
إنه لجدير بالذكر أن انقلابات مغناطيسية كهذه يمكن تفسيرها بأنها ناتجة عن خصائص شاذة لبعض معادن أكاسيد الحديد، أو نتيجة تغييرات كيميائية ربما حصلت مباشرة بعد تمغنط الصخر، أو كنتيجة لما يعرف بظاهرة الانقلاب المغناطيسي الذاتي للمعدن (Self – Reversal of Remanent Magnetization).
لقد تبين أن الصخور ذات العمر الواحد منها ما له مغناطيسية متبقية مقلوبة، ومنها ما تكون مغناطيسيته المتبقية عادية. وقد أثارت هذه القضية اهتمام الباحثين منذ ما يزيد عن الثلاثين عاماً.
وقد أجريت دراسات نظرية وتجريبية كثيرة في هذا الصدد، وتم اقتراح ظاهر الانقلاب المغناطيسي الذاتي لبعض المعادن، خاصة معادن أكاسيد الحديد، واقترحت عدة عوامل لتفسير هذه الظاهرة. من أهمها:
1- تنقلب المغناطيسية المتبقية للصخر نفسه نتيجة عوامل حرارية.
2– قد تنقلب هذه المغناطيسية في الصخر نتيجة إعادة ترتيب الأيونات وربما الاليكترونات.
3– وقد يكون السبب هو التفاعل المحتمل بين معادن المحلول الصخري.
ويبدو أن الشواهد العلمية ترجح أن يكون السبب هو انقلاب المجال المغناطيسي الأرضي نفسه خلال فترات زمنية تقدر بملايين السنين ومن أهم هذه الشواهد:
1- التوزيع العالمي للصخور ذات المجال المنقلب خاصة تلك الصخور التي تعود لعصر البلايوستوسين وغيرها.
2– وجود طبقات صخرية ذات مغناطيسية مبعثرة وضعيفة بين حقبتي انقلاب مغناطيسي متتاليتين كدليل على ذلك؛ وتفسر على أن الفترة هذه كانت فترة دوران وتغيير للمجال المغناطيسي.
3- تحصل ظاهرة الانقلاب المغناطيسي هذه في الصخور الرسوبية والنارية على حد سواء على الرغم من اختلاف ميكانيكية تمغنطهما وتركيبهما المعدني.
وهناك أمثلة كثيرة على ذلك من أهمها تلك الصخور الرسوبية المشوية (baked) نتيجة اختراق اللابة لها. وفي حالات كثيرة كهذه وجد أن كلا الصخرين لهما نفس المجال المغناطيسي المنقلب.
4- أظهرت دراسات التأريخ بطرق التحلل الإشعاعي على عينات صخرية عديدة أن الانقلاب المغناطيسي المسجل في هذه العينات كان نتيجة انقلاب المجال المغناطيسي الأرضي نفسه، حيث أن هناك مضاهاة جيدة بين أعمار الصخور وطبيعة تمغنطها عند المقارنة بينها على نطاق إقليمي.
5- يبدو أن ظاهرة الانقلاب المغناطيسي الذاتي مقصورة على أنواع معينة من المعادن، خاصة بعض معادن الأكاسيد الحديدية.
6- كما أن الدراسات على أعمدة رسوبيات قيعان المحيطات وأنظمة الشذوذ المغناطيسي (Magnetic Anomaly Patterns) الناتجة عن انتشار قيعان المحيطات، هي ذات نظام ثابت متكرر عمودياً (كما يتضح من الأعمدة الرسوبية) وأفقياً بعيداً عن سطح الانتشار المحيطي.
لقد أثبتت الدراسات التي أجريت على المغناطيسية المتبقية لعينات مؤرخة من مواد أثرية، ومن الطين الرقائقي الحولي وانبعاثات اللابة أن المجال المغناطيسي الأرضي.
قد عانى من تغييرات عالمية وسنوية مشابهة للتغييرات المعروفة من القياسات والدراسات التي تم إجراؤها خلال بضع مئات من السنين خلت.
ومن أهم تلك التغييرات ما يلي:
1- تناقص واضح في المجال بمقدار 5% في القرن الواحد.
2- يبدو أن المجال المغناطيسي ينحرف إلى الغرب 0.2 درجة/ السنة.
3- تغيير ظاهري للمحور المغناطيسي باتجاه الشمال، بحيث إذا استمر التغيير الحالي فإن المحور سينتقل من مركز الأرض إلى حدود منطقة اللب خلال 1500 عام.
لقد اكتسب الصخور الممغنطة مغناطيسيتها من المجال المغناطيسي الأرضي، باستثناء حالات نادرة يكون التمغنط فيها نتيجة البرق.
ويمكن تمثيل شدة التمغنط (ش) لصخر ما بالمعادلة التالية
حيث هي شدة التمغنط الطبيعي المتبقي (Natural Re-manent Magnetization) هي شدة التمغنط التأثيري (المحتث) (Induced Magnetization) وهذا يتحدد حسب المعادلة:
حيث أن «ق» هي شدة المجال المغناطيسي المؤثر (في هذه الحالة إجمالي شدة المجال المغناطيسي الأرضي الحالي الذي هو في المتوسط حوالي 0.5 اورستيد = 50.000 جاما، ويختلف من موقع لآخر على سطح الأرض في المدى 0.25 – 0.68 اورستيد تقريباً).
«ك» هي ثاتب التمغنط أو قابلية التمغنط لحجم الصخر وهي تساوي صفراً للمواد غير المغناطيسية، ولها قيمة موجبة للمواد متوازية المغناطيسية (Paramagnetic)، وهي عالية جداً في حالة المواد الحديدية (Ferromagnetic) كما أن قيمتها سالبة للمواد معكوسة التمغنط (Diamagnetic).
تتميز بعض الصخور بمغناطيسية متبقية لا علاقة لها بالمجال المغناطيسي الحالي، بل ذات علاقة بالمجال المغنطيسي الأرضي الذي كان سائداً وقت تكوين هذه الصخور.
فالصخور النارية بدأت باكتساب مغناطيسيتها فور هبوط درجة حرارة الصهير أو اللابة إلى ما تحت درجة كوري (Curie tempreture).
ويسمى هذا النوع بالمغناطيسية الحرارية المتبقية (Thermoremanent magnetization TRM).
كذلك الحال بالنسبة لبعض الصخور الرسوبية مثل الطين الرقائقي الحولي (Varved Clays)، أو بشكل عام تلك الرسوبيات التي ترسبت في مياه هادئة فإنه أثناء الترسيب تتجه حبيباتها المغناطيسية بعد تمغنطها بالتأثير (بالمجال المغناطيسي السائد عندئذٍ) في اتجاه ذلك المجال.
ويعرف هذا النوع بالمغناطيسية الترسيبية المتبقية (Depositional Remanent Magnetization – DRM)، كما أن بعض الصخور قد تحتفظ بمغناطيسية متبقية كيميائية (Chemical Remanent Magnetization).
وذلك في حالة الصخور التي تبلورت وتكونت بعد تفاعل كيميائي، كما هو الحال لبعض أنواع الصخور الرملية الحمراء نتيجة لنمو حبيبات الهيماتيت.
وفي جميع الأحوال فإن مغناطيسية أي صخر تعتمد على تركيبه المعدني بالدرجة الأولى وتاريخه، والعوامل التي أثرت عليه منذ تكوينه، خاصة في حالة تعرضه لدرجات حرارة عالية تفوق درجة كوري، حيث يفقد عندها مغناطيسيته.
وعندما يتمغنط الصخر فإن قابلية تمغنطه هي التي تحدد قيمة واتجاه مجاله المغناطيسي المكتسب بالتأثير (الحث).
إن أهم العوامل التي تتحكم في قابلية التمغنط لأي صخر هي:
1- نسبة معادن الحديد فيه، خاصة معادن مجموعتي الماجنيتيت (Fe3O4) الفوسبينل (Ulnospinel Fe2TiO4) والهيماتيت (Fe2O3) والإلمينيت (FeTiO3) ولعل أهم هذه المعادن هو الماجنيتيت.
2- حجم حبيبات هذه المعادن.
3- طريقة توزيع هذه الحبيبات في الصخر.
المغناطيسية الثانوية:
بالإضافة للمغناطيسية المتبقية الأصلية ذات الأنواع المذكوة آنفاً، فإنه غالباً ما يكون لبعض الصخور مغناطيسية متبقية ثانوية، تكون قد اكتسبتها خلال تاريخها الحديث نتيجة وجود حبيبات معادن أكاسيد حديدية غير مستقرة مغناطيسياً في الصخر عند تكوينه.
وقد تنتج مثل هذه المعادن في وقت لاحق بسبب عوامل التجوية مثلاً. وقد تكون هذه الحبيبات ناعمة جداً أو ذات تقسيم بنائي داخلي متشابك، ناتج عن نمو بلورات ذات تراكيب كيميائية مختلفة.
وفي مثل هذه الحالات يصعب على مثل هذه المعادن أن تحتفظ بمغناطيسيتها المتبقية فترة طويلة من الزمن.
وإذا ما عزلت هذه المعادن عن أي مجال مغناطيسي فإنها بمرور الوقت تفقد مغناطيسيتها تدريجياً وبطريقة لوغاريتمية، ومن المحتمل أيضاً أن الحبيبات هذه قد تتمغنط باتجاه مواز للمجال المؤثر عليها. وهذا ما يعرف بالتمغنط اللزج (Viscous Magnetization).
وتتفاوت قيم المغناطيسية الثانوية من صخر إلى آخر، وقد تختفي تماماً في بعض الصخور. وللتأكد من وجودها يتم فحص مجموعة عينات صخرية، فإذا كانت المغناطيسية المتبقية الأصلية لجميع العينات واحدة، فهي عديمة المغناطيسية الثانوية، وتحتوي عليهما جميعاً إذا كانت الاتجاهات مبعثرة.
في هذه الحالة يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار التصحيح لأية حركات أو تشوهات قد حدثت للصخور. كما يمكن في بعض الحالات إزالة المغناطيسية الثانوية بتسخين العينات الصخرية لبضع مئات من درجات الحرارة، وتبريدها بمعزل عن أي مجال مغناطيسي.
وتَنْبُعْ ضرورة إزالة المغناطيسية الثانيو من صعوبة تفسير اتجاهات المغناطيسية المتبقية الأصلية مع وجود المغناطيسية الثانوية وربما استحالتها.
ومعلوم أنه لدراسة المغناطيسية المتبقية هذه في بعض الصخور دوراً أساسياً في معرفة المجال المغناطيسي الأرضي القديم وفهمه، والاستدلال على شدته والتغيرات في اتجاهاته.
عند دراسة الصخور المتحولة يلجأ الجيولوجيون إلى أنواع محددة ومميزة من المعادن التي توجد في هذه الصخور.
إذ عن طريق هذه المعادن يمكن التعرف على السحنة المعدنية، وكذلك على الطريقة التي نشأت بها هذه الصخور، لذا سميت هذه المعادن بالمعادن المرشدة.
وكما أن الأحفورة المرشدة (Index Fossil) يستعان بها في معرفة التاريخ الجيولوجي للصخور الرسوبية – لتحديد موقع كل طبقة أو مجموعة من الطبقات في سلم الزمن الجيولوجي، والتعرف على بيئات الرسيب القديمة – فإن المعدن المرشد يستعان به في معرفة تاريخ الصخر المتحول، مثل كيفية نشأته والظروف التي كانت تحيط بهذه النشأة، كدرجة الحرارة ومعدن الضغط والتركيب المعدني للصخر الأصلي.
وبتشبيه مبسط يمكن القول إن المعدن المرشد هو الترمومتر الذي يمكن عن طريقه التعرف على معدلات الحرارة والضغط التي أدت إلى التحول، فكل معدن مرشد له مجال استقرار محدد وثابت يقع ضمن معدلات محددة من الضغط والحرارة لا يتكون المعدن إلا عندها.
لذا فإن معدن الكوارتز مثلاً لا يعتبر معدناً مرشداً لأنه يوجد في أنواع كثيرة من الصخور، تكونت عند معدلات مختلفة من الحرارة بعضها منخفض وأخرى معدلاتها مرتفعة.
وإذا وجدنا معدناً مرشداً في صخور متحول، فإنه يكون بالإمكان – عن طريق وجود هذا المعدن – التعرف على درجة الحرارة ومعدل الضغط الذين تمت بهما عملية التحول.
فوجود معدن جلوكوفين (glaucophane) مثلاً في صخر متحول، يدل على أن هذا الصخور قد تكون في ظروف من الضغط الشديد والحرارة المنخفضة نسبياً.
أما وجود معدن الجارنت المعروف باسم بيروب (pyrope)، فيدل على أن الصخر المتحول الذي يحتويه قد تكون بفعل الحرارة والضغط الشديدين معاً.
ومن تتابع وجود المعادن المرشدة المختلفة في الصخور المتحولة في منطقة ما يمكن التعرف والتمييز بين نطاقات التحول المختلفة في هذه المنطقة، وتحديد الحدود الفاصل بين هذه النطاقات.
وفي التحول المتدرج للصخور تبعاً لارتفاع درجة حرارة التحول، يكون تتابع المعادن المرشدة عادة النحو التالي: كلوريت – بيوتيت – المانديت – جارنت – شتورولايت – كيانيت – سيليمنيت.
تتأثر المعادن بتغيرات كبيرة وذلك نتيجة لعمليات مختلفة نذكر منها:
1- التجوية:
وهي عملية مهمة في تكوين معادن جديدة، فمثلاً تتكون كربونات النحاس وكربونات الخارصين وكربونات الرصاص من خامات أولية، بفعل تأثير المياه المحتوية على ثاني أكسيد الكربون.
وينتج عن عوامل التجوية في بعض المناطق المدارية خامات مهمة لكل من الحديد والألومنيوم والمنجنيز.
ومع تناوب حدوث الفصول الجافة والرطبة، فإنه يحدث إذابة لمعظم مكونات بعض الصخور ما عدا أكاسيد الحديد والألومنيوم.
إن ترسبات اللاتيريت في الهند هي من خامات الحديد، في حين نجد أيضاً بعض ترسبات أكاسيد المنجينز قد تكونت هي الأخرى بفعل هذه الطريقة.
ونتجت بعض الخامات الثانوية الغنية بالنحاس عندما تعرضت عروق تحتوي على كميات قليلة منه لفعل عمليات التجوية المستمرة.
تنقسم التجوية إلى قسمين هما: التجوية الفيزيائية والتجوية الكيميائية، وبفعل التجوية الفيزيائية فإن التغير في درجات الحرارة ينتج عنه تمدد وتقلص.
يؤثر على الصخور والمعادن كما أن تمدد بعد تجمدها في الشقوق، وكذلك فعل التحات الناتج عن المياه والرياح، يؤثر هذا وذلك على الصخور والمعادن محولاً إياها أو لأجزاء منها إلى دقائق صغيرة.
وأما فعل التجوية الكيميائية فيتمثل في تأثير المحاليل والأكسدة والاختزال والتميؤ والجفاف والتفحم.
2- التشكل الكاذب (الخداع الشكلي):
قد تؤدي بعض عمليات الجوية إلى ما يسمى التشكل الكاذب. فمثلاً قد يحدث تغير كيميائي لبلورة ما، ولكن يبقى شكلها الأصلي كما هو، ومثل هذا يحدث في بلورة البيريت المكعبة (FeS2) حيث تتحول إلى حبيبات دقيقة من معدن جيوثيت (HFeO2 geothite).
ومع ذلك يبقى لها شكلها المكعب دون تغيير. وقد يحدث أحياناً تغير كامل في التركيب الكيميائي مثل الكوارتز عن الفلوريت.
وفي المواد متعددة الشكل فإن البلورات لنوع معين يمكنها أن تتغير إلى أنواع آخر، مع احتفاظها بالشكل البلوري الأصلي، ومثل هذا يحدث لمعدن بروكيت الذي ينتج عنه معدن روتيل (TiO2).
وقد يحدث أيضاً أن بعض البلورات لمعدن ما تغلف بمعدن آخر وهذا يسمى التشكل الكاذب بالتلبيس بالقشرة.
3- التغير المعدني:
في العروق الحرمائية تترسب الجالينا، ونجد أنها قد حلت جزئياً محل الحجر الجيري مع الاحتفاظ بالنسيج الأصلي للصخر.
4- التغير الثانوي:
وهذا يحدث بصورة رئيسية في البيجماتيت حيث تتفاعل المعادن المتكونة أصلاً من سوائل البيجماتيت، لينتج عنها معادن جديدة تعرف بالمعادن الثانوية.
مجموعات المعادن:
عادة ما توجد المعادن في الصخور كمعادن أساسية أو ثانوية أو إضافية.
ويمكن القول إن المعادن البانية للصخور والتي تشكل معظم الصخور النارية والرسوبية والمتحولة، مثل معادن الكوارتز والفلسبار في صخر الجرانيت وهي معادن أساسية، تمييزاً لها عن بلورات البيريت والزركون والأباتيت، التي يمكن أن توجد في الجرانيت أيضاً، وتعرف باسم معادن إضافية، أما معادن الميكا والهورنبلند في صخور الجرانيت فهي معادن ثانوية.
أما المعادن الاقتصادية فإنها المعادن ذات القيمة الاقتصادية العالية، وتحتوي على العناصر الفلزية وغير الفلزية.
وتعرف المعادن بأنها ثابتة في حالة مقاومتها لعوامل التجوية الكيميائية، والفيزيائية حيث تمتاز بكونها عديمة الذوبان، وصلبة.
أما المعادن الثقيلة فهي تلك التي تتجمع في أماكن تكونها الأصلية، وعلى الشواطئ الرملية بسبب ثقل وزنها النوعي، وعادة يمكن فصلها في المختبر باستخدام طرق الجاذبية.
أما عن المعادن الفتاتية فهي مجزأة إلى صخرية صغيرة شريطة عدم تغيّر تركيبها. والمعادن الموضعية (مكانية النشأة) توجد في مكان نشأتها، دون أن تنقل منها.
في حين أن المعادن المنقولة هي التي تنتقل من أماكن تكونها الأصلية. إلى أماكن أخرى.
ويطلق مصطلح المعادن المترافقة (أو المصاحبة) على المعادن التي تكونت بطريقة متماثلة وتحت ظروف واحدة، ويدل التتابع في المعادن على تسلسل المترافقة والتي تكونت على فترات متتابعة.
تتكون المعادن نتيجة عدة عوامل وعمليات، قد تكون منفردة، وقد تتداخل معاً عند حدوثها في الطبيعية وتتلخص في الطرق الأربع التالية:
– طريقة التسامي:
وهي عموماً قليلة الحدوث، إذ يمكن أن تحدث عند الثورانات البركانية، إذ تتكون كميات قليلة من بعض المعادن من الغازات المتسربة من المداخن البركانية مثل معدن سالامونيت ومعدن الكبريت.
– المحاليل المائية:
وهي تشكل مصدراً مهماً لتكوين كثير من المعادن، حيث يمكن للمواد الذائبة فيها أن تترسب بعدة طرق منها:
1- تبخر السائل المذيب:
وكمثال على ذلك تبخر المياه بصورة متتالية وكبيرة من بعض الأجزاء المقتطعة من المحيطات أثناء الأزمنة الجيولوجية الماضية، مما نتج عنه ترسب كميات كبيرة من المواد الذائبة.
ومن هذه نذكر: الهاليت NaCl، والجبس CaSO4. 2H2O، وفي بعض الأحيان يستمر التبخر لمدة طويلة حيث ينتج عنه ترسب المعادن المحتوية على المغنسيوم والبوتاسيوم، وتعرف هذه المجموعة من المعادن بالمتبخرات.
وفي بعض المناطق الصحراوية حيث تتساقط الأمطار بصورة متفرقة، فإنه يحدث أن تتكون بعض البحيرات والخبرات الصغيرة المؤقتة، والتي ينتج عن تبخر مائها تكون الهاليت والجبس وكبريتات الصوديوم والكربونات ومعادن البورات وغيرها.
2- في الينابيع الحارة والفوارات:
حيث يعمل الماء الساخن مع وجود الضغط في الينابيع الحرة والفوارات على إذابة المواد من بعض الصخور، ويتم دفعها بعد ذلك إلى السطح.
وكمثال على ذلك تكوّن معدن الأوبال في منطقة حدائق يلوستون (yellowstone)، كما يترسب الترافرتين في بعض الينابيع الحارة.
3- فقدان ثاني أكسيد الكربون:
من المعلوم أن كربونات الكالسيوم لا تذوب في الماء. ولكنها يمكن أن تذوب بدرجة قليلة عندما يحتوي الماء على ثاني أكسيد الكربون كما توضحة المعادلة التالية:
كربونات كالسيوم + ماء + ثاني أكسيد الكربون ⇆ بيكربونات كلسيوم كالسيوم، وبيكربونات الكالسيوم الناتجة تذوب في الماء.
وبهذه الطريقة تكون العديد من الكهوف في الحجر الجيري في أنحاء مختلفة من العالم. وكما يظهر من المعادن السابقة، فإن هذا التفاعل هو تفاعل عكسي إذ أنه عندما يتم فقدان غاز ثاني أكسيد الكربون، فإن تتكون كربونات الكالسيوم علىش كل هوابط وصواعد وأشكال أخرى.
4- فعل بعض الكائنات الحية:
تقوم بعض الأحياء التي تعيش في البحار باستخلاص كربونات الكالسيوم وثاني أكسيد السليكون من مياهها، وذلك من أجل استخدامها في بناء الأجزاء الصلبة من أجسامها، وكمثال على ذلك: يقوم المرجان وبعض أنواع الرخويات والفورا منفرا باستخلاص كربونات الكالسيوم.
في حين تقوم الدياتومات والاسفنجيات والراديولاريا باستخلاص ثاني أكسيد السليكون. ومن المعروف أن ترسبات كبيرة من كربونات الكالسيوم والجير، وترسبات دياتومية (من ثاني أكسيد السليكون) قد تكونت بفعل هذه الكائنات الحية.
– التبلور من الصهير:
يحاول الصهير دائماً أن يأخذ طريقه إلى أعلى مندفعاً في ثنايا طبقات الصخور، فإذا وصل إلى السطح نتج عنه ثوران بركاني أو تدفق الحمم، وعندما يبرد الصهير فجأة ينتج عنه صخور سطحية ذات حبيبات صغيرة جداً، وهي ذات أهمية قليلة من الناحية المعدنية وتعرف بالصخور البركانية.
أما إذا لم يصل الصهير إلى السطح فجأة، فإنه يبرد ببطء أثناء عملية اندفاعه مما يتيح المجال لحدوث سلسلة من التفاعلات.
وأكثر هذه الأكاسيد وجوداً هو أكسيد السليكون. ويحتوي الصهير أيضاً على مواد غازية مثل بخار الماء، والكلور، والفلور، وثاني أكسيد الكربون، والبورون، ومركبات الكبريت، وهذه تعمل على زيادة سيولة الصهير ومع ذلك فهي لا تدخل في تكوين المعادن الأولى المتكونة من الصهير، بينما تبقى متركزة في محاليل مائية حارة تسمى بماء الصهير.
إن عمليات التبلور الحاصلة من الصهير ينتج عنها:
– صخور قاعدية (قليلة المحتوى من السيلكا): معادن الأوليفين، والبلاجيوكليز القاعدي، وأكاسيد وكبريتيدات بعض الفلزات مثل: الحديد، والنحاس، والنيكل، والكروم والبلاتين والتيتانيوم والماس.
– صخور متوسطة (وتحتوي على كمية متوسطة من السليكا) وتتكون من معادن الأمفيبول والأنديزين.
– صخور حمضية (وتحتوي على نسبة عالية من السيلكا) وتتكون أساساً من معادن الكوارتز والفلسبات المختلفة وصخور الجرانيت هي آخر الصخور التي تتبلور معادنها من الصهير.
ويكون ماء الصهير المتبقي حاراً وعالي التركيز، ويقع تحت ضغط عال، إلا أن لزوجته تكون أقل من لزوجة الصهير الأصلي.
وينتج عنه قواطع البيجماتيت، ويمكن أن يحتوي على كميات كبيرة من معدن الكوارتز، وبلورات واضحة من الميكروكلين، وصفائح الميكا، ومعادن يمكنها أن تحتوي على عناصر نادرة مثل: معدن البريل الذي يحتوي على عنصر البريليوم، ومعدن سبوديومين الذي يحتوي على عنصر الليثيوم، ومعدن يورانينيت الذي يحتوي على عنصر التنجستن، ومعدن كولومبيت الذي يحتوي على عنصر كولومبيوم ونيوبيوم.
والمرحلة الأخيرة للصهير هي مرحلة المحاليل المائية الحارة حيث تتكون معادن في عروق، وبعض منها خامات مهمة نذكر منها: خامات القصدير والتنجستن والموليبدينوم والذهب والنحاس والخارصين والزئبق.
إضافة إلى معادن مثل البيريت والمركزيت والكوارتز والكالسيت والفلوريت والباريت والأوبال.
– عمليات التحول التلامسي والديناميكي:
حيث يمكن للصخور الملامسة للصهير اثناء اندفاعه أن تتأثر بفعل الحرارة والمحاليل الكيميائية فتتكون معادن جديدة، وبخاصة عندما يتداخل الصهير مع كربونات كالسيوم غير النقية.
أما في حالة حدوث عمليات تحول ديناميكي، وتحت تأثير الحرارة والضغط ومع توافر ماء في الصخور، فإنه يحدث إعادة تبلر للمعادن، أو تكوّن معادن جديدة أخرى مثل تحول الحجر الجيري إلى رخام، وتحول الحجر الرملي الذي يحتوي على مادة سيليكية ماسكة إلى كوارتزيت.
وكذلك قد يحدث تكون الشيست الذي يحتوي على معادن صفائحية أو منشورية مثل: الميكا والتلك والكلوريت والهورنبلند
غالباً ما يكون للمعدن اسمان : اسم كيميائي وآخر معدني ، فمثلاً كبريتيد الرصاص يسمى «جالينا» ، وكلوريد الصوديوم يسمى «هاليت» ، غير أن هناك بعض الأسماء القديمة لبعض المعادن غير معروفة الأصل في تسميتها.
في حين أن أصل تسمية بعض المعادن يرجع إلى اللغة اللاتينية مثل معدن أوربمنت orpiment (من اللاتينية auripigment).
وبعض المعادن يرجع تسميتها إلى اللغة اليونانية ، مثل كالكوسيت ( من اليونانية chalcos وتعني النحاس الأصفر brass ) .
إن معظم أسماء المعادن الحديثة ينتهي بالمقطع «يت» (ite) . وقد تعني هذه الأسماء معادن مختلفة , فقد تكون ذات دلالة كيميائية معينة مثل معدن"موليبدينيت(MoS2) وزنكيت (ZnO) .
وقد تكون بعض أسماء المعادن ذات دلالة بلورية مثل : تيتراهدريت، وهميمورفيت ، أو ذات دلالة جغرافية مثل لابرادوريت ، وفيزوفينيت .
أو قد تكون الخصائص الفيزيائية هي الأساس في التسمية مثل : ماجنيتيت , وجرافيت ( تعني يكتب) , ورودونيت ( تعني لون وردي ) . وكريوليت ( حجر الجليد ) , وآزوريت.
كذلك فإن بعض المعادن سمي تخليداً لأسماء أشخاص مثل« شيليت» وسميثمستونيت ، وجوثيت ، وهناك بعض المعادن لها مسميات مختلفة للنوع الواحد مثل : اميثيست ، أجيت ، وجاسبر وكلها للكوارتز .
تصنيف المعادن :
تصنف المعادن اعتماداً على تركيبها الكيميائي ، وتصنف أيضاً وفقاً لتبلورها ضمن الفصائل البلورية .
وبصورة عامة فإن الأيون الموجب هو أقل دلالة من الأيون السلب في تصنيف المعادن ، ولهذا فإن معادن الحديد : بيروتيت (Fes ) ، وبيريت (FeS2 ) ، وهيماتيت (Fe2O3 ) وماجنيتيت (Fe+2Fe2+3O4 ) ، وسيدريت (FeCO3 ) ، كلها لا توضع ضمن مجموعة واحدة على الرغم من وجود الأيون الموجب للحديد فيها .
فمثلاً يصنف السيدريت (FeCO3 ) ضمن مجموعة الكربونات والتي تضم كلا من الكالسيت (CaCO3 ) ورودوكروزيت (MnCO3 ) .
ويصنف الهيماتيت (Fe2O3 ) مع الكوروندم (Al2O3 ) ، ويصنف الماجنيتيت (Fe+2Fe2+3O4 ) مع السبينل (MgAl2O4 ) .
وفيما يلي المجموعات الرئيسية للمعادن اعتماداً على الشق الحامضي لها :
المعدن هو مركب كيميائي غير عضوي صلب متجانس ، تكون بفعل عوامل طبيعية .
ويتميز المعدن بتركيب كيميائي محدد يعبر عنه بصيغة أو رمز كيميائي ثابت ، وللمعدن نظام بلوري مميز .
وتعتبر المعادن مصدراً من أهم المصادر الطبيعية للإنسان حيث أن معظم الفلزات والمواد الكيميائية غير العضوية، وبعض النواتج المعدنية الأخرى المهمة للإنسانية تستخلص من المعادن .
كما أن التربة الزراعية هي في الأصل رواسب معدنية تنمو فيها الأشجار والنباتات التي يستفيد منها الإنسان .
وجود المعادن :
توجد المعادن أحياناً على شكل بلورات منفردة ، وفي بعض الأحيان توجد ضمن مكونات الصخور ، كما أن بعضها يوجد في بعض الفتحات والفوهات الطبيعية ، أو بعض التجاويف الصخرية.
كما في حالة وجود الكوارتز في تجاويف الحجر الجيري ، ( المعادن المبطنة للتجاويف ) ، حيث تكون بلوراته واضحة وكبيرة .
كذلك فإن بعض المعادن توجد في شكل عروق في ثنايا الصخور ، وتتكون إما من معدن واحد أو عدة معادن ، وقد تكون هذه العروق على هيئة شرائط تدل على تتابع في الترسيب المسبب في تكوينها .
وأما المعادن الغث (الدخيلة) gangue) (minerals فإنها توجد مع المعادن والخامات واللفظ خام (ore) يدل على المعادن التي يمكن أن نحصل منها على الفلزات أو اللافلزات فقط .
ويدل لفظ «المعادن المنقولة» على معادن ثقيلة شديدة التحمل , تم نقلها وترسيبها من قبل مياه الأنهار عندما نقل سرعة جريانها . وقد تحتوي رمال الشواطىء على بعض من هذه المعادن الثقيلة .
.jpg)
.jpg)
.jpg)
هي قيمة زاوية خط العرض للمنطقة المعنية..jpg)
.jpg)
هي شدة التمغنط الطبيعي المتبقي (Natural Re-manent Magnetization) .jpg)
هي شدة التمغنط التأثيري (المحتث) (.jpg)
.jpg)