اشتق الاسم من الكلمة من الصينية «كاولنج» ومعناها التل العالي وهي اسم تل في منطقة كيانجي في جنوب شرق الصين حيث ينتج الكاولينيت لصناعة الصيني الفاخر .
والكاولينيت من المعادن الطينية الواسعة الانتشار وهو المعدن الأساسي في مجموعة الكاولينيت ، والتي تضم بجانب الكاولينيت الناكريت والدكيت والهاليوسيت .
والمعدن يتركب من سليكات الألومنيوم المائية ورمزه الكيميائي Al2SiO5 (OH)4 وتبلغ نسبة السيليكا SiO2 (46.54%) ، Al2O3 (39.5%) ، H2O (13.96%) يتبلور المعدن في فصيلة الميل الواحد نظام المنشور .
ويوجد غالباً في هيئة كتلية طينية تتفاوت في درجة تماسكها (شكل 1 ، وشكل 2 ) ، كما يوجد في هيئة قشور دقيقة صغيرة جداً (معينية أو سداسية الشكل) اللون أبيض إلا أنه قد يختلف من الأصفر إلى الأحمر حسب نوع الشوائب.
البريق أرضي معتم والصفائح بريقها لؤلؤي. الصلادة = 2-2.5 الانفصام قاعدي كامل ، الوزن النوعي يتراوح بين 2.6-2.63 .
ومن الصعب تفرقة المعدن عن الأنواع الأخرى من المعادن الطينية إلا باستخدام الأشعة السينية والوسائل البصرية المعروفة. ويتكون الكاولينيت من صفيحة واحدة من السيليكا الرباعية الأوجه وصفيحة ألومينا ثمانية الأوجه.
وتنضم الوحدتان لتكونا طبقة واحدة تتألف من أطراف صفيحة السيليكا الرباعية الأوجه، وطبقة واحدة من الصفائح ثمانية الأوجه الهرمية.
وفي هذا التركيب البنائي للبنية الهيكلية في الطبقة العادية يصبح ثلثا ذراتها أكسجين بدلاً من أيون الهيدروكسيل (OH) لأن السليكون والألومنيوم يتقاسمانها.
بينما تحتل ذرات الألومنيوم ثلثي الأماكن الممكنة فقط في صفيحة ثماني الأوجه الهرمية، وتتوزع سداسياً في سطح واحد في منتصف الصفيحة.
كما أن كل الشحنات متوازية في داخل الوحدة وترتبط الصفائح بواسطة روابط فان درفال الضعيفة، وأي إحلال في الشبيكة يكون على نطاق صغير جداً.
والوحدات الصفائحية لمعادن الكاولينيت مستمرة في كلا الاتجاهين البلورين (أ)، (ب) وهي مرصوصة واحدة فوق الأخرى في اتجاه المحور البلوري الرأسي ح مع تراكم مستويات الأكسجين مع مستوى أيون الهيدروكسيل (OH) في الوحدات المتلاصقة.
وترتبط هذه الوحدات بعضها مع بعض بوساطة رباط الهيدروجين القوي. وتسمى الكاولينيت والمعادن الأخرى (داكيت – ناكريت – هاليوسيت) التي لها نفس البنية بالسيليكات الصفائحية . (شكل 3 )
حبيبات معدن الدكيت متبلورة جيداً ولها حدود سداسية واضحة ، وتختلف عن حبيبات الكاولينيت في أنها أكبر كثيراً ويمكن دراستها في بعض الأحيان بواسطة الميكروسكوب الضوئي ، بينما حبيبات الناكريت متعرجة نوعاً ما ومستديرة وبعضها يظهر حدوداً سداسية ضعيفة .
وللكاولينيت عدة خصائص منها قدرته المنخفضة على تبادل الكاتيون (الايون الموجب) وذلك بسبب الروابط المكسورة حول حواف وحدات السيليكا والألومينا .
كما أن قدرته منخفضة على تبادل الأيون السالب (الانيون) إلا عند تبديل الهيدروكسيل أو امتصاص الأيون السالب وسرعة التفاعل الكيميائي للتبادل سريعة جداً وتزداد القدرة على التبادل عندما يصغر حجم الحبيبات ، وذلك بسبب الروابط المكسورة حول حواف وحدات السليكا والالومينا .
ولا يحتوي الكاولينيت على جزيئات ماء بين الطبقات مثل معدن الهاليوسيت ، ولكن له قدرة كبيرة على امتصاص الماء حيث يصبح في تلك الحالة لدناً وسهل التشكيل .
وهذا الماء الممتص له هيئة محددة ويسمى الماء غير السائل . وعندما يسخن الكاولينيت يبدأ في فقدان الماء (الأكسجين والإيدروجين) الموجود في الهيكل البنائي عند درجة 400 درجة سيليزية وتكتمل عملية نزع الماء عند 550 إلى 600 درجة سيليزية.
وتختلف درجة حرارة نزع الماء من التركيب البنائي حسب أنواع الكاولينيت المختلفة. ويعزى ذلك إلى اختلاف حجم الجزيئات وطرق التبلور وفقدان الماء من الكاولينيت رديء التبلور يصاحبه فقدان كامل للبنية.
ويحدث تفاعل شديد طارد للحرارة عند درجة 950 درجة سيليزية في الكاولينيت رديء التبلور ، ويعزى ذلك إلى تكون أكسيد الألومنيوم أو إلى بداية تكون معدن المولايت وهو معدن قيم مقاوم للحرارة والانصهار .
ويتكون مدن الكاولينيت تحت ظروف حمضية عند درجات منخفضة من الحرارة والضغط.
وهو معدن ثانوي النشأة دائماً حيث ينتج من تحلل السيليكات الحاملة للألومنيوم خاصة الفلسبارات والبلاجيوكليز ، فتجوية معدن الاورثوكليز مثلاً تحدث بسبب التفاعل الكيميائي التالي .
كما قد يتكون تحت الظروف الحرمائية أو من خلال تغير بعض المعادن الطينية ، وقد يتكون الكاولينيت من أي مكونات إذا أزيلت العناصر القلوية أو الأرضية القلوية بسرعة كما هو الحال عند التحرر من الصخر الأم، أو إذا كانت البيئة حمضية ودرجة الحرارة معتدلة.
ومعدن الكاولينيت من المكونات الرئيسية للتربة اللاتيريتية. ويتأخر تكون الكاولينيت عندما يوجد عنصر الكالسيوم في البيئة.
ولا يتكون الكاولينيت أبداً في البيئة البحرية. ووجود رواسب بحرية كاولينيتية يدل على وجود منطقة قريبة كمصدر لهذا الكاولينيت، لعدم تكون هذا المعدن في البحار كما أنها تدل نسبياً على سرعة تراكم هذه المواد .
ويوجد الكاولينيت في مناطق كثيرة من العالم . ففي الولايات المتحدة الأمريكية يوجد بكميات كبيرة مع المعادن الطينية الأخرى في الحزام الطيني الذي يغطي جيورجيا وجنوب كارولينا، كما يوجد في عدة ولايات أخرى .
كذلك يوجد الكاولينيت في الاتحاد السوفيتي (سابقاً) والمكسيك والأرجنتين والبرازيل وغيانا وشيلي وكولومبيا وفنزويلا .
أما في أوروبا فيوجد على نطاق صغير في ألمانيا وفرنسا وتشيكوسلوفاكيا والنمسا وبلغاريا والدنمرك واليونان وإيطاليا وأسبانيا ويوجد في أفريقيا بكميات قليلة في بعض البلدان العربية وجنوب أفريقيا ويوجد في آسيا بالهند وأندونيسيا وإيران وكوريا وماليزيا والصين.
حيث يستخدم في صناعة الصيني الفاخر . كما يوجد في الجزيرة العربية في بعض مناطق الدرع العربي والمنطقة الوسطى .
والكاولين غالباً ما يتكون من الكاولينيت وله عدة استعمالات صناعية . وهو معدن صناعي فريد من نوعه حيث أنه خامل كيميائياً وأبيض اللون.
وله قدرة على التغطية والإخفاء عندما يستعمل كصبغة أو طلاء، وهو أملس عندما يستعمل كمادة مالئة كما أن توصيله الحراري والكهربائي ضعيف ، ولذلك يستعمل في العوازل الحرارية والكهربائية ، إذ إن تكلفته أقل من المواد الأخرى التي تنافسه في الاستعمال .
وأهم الصناعات التي يستعمل فيها هي صناعة الورق والطلاء والمطاط والبلاستيك والخزف. والورق يحتوي على 30% من وزنه كاولين ويستعمل 50% من إنتاج الكاولين لهذه الصناعة، فهو يملأ الفراغات ويغطي السطح.
كما يدخل في صناعة المطاط الطبيعي والصناعي لتحسين الخواص مثل المتانة ومقاومة الاحتكاك والقساوة وتخفيض تكاليف الإنتاج.
وفي صناعة الطلاء حيث أنه خامل كيميائياً وله قوة تغطية، ويعطي خواص سريان مرغوبة، كما أنه قليل التكاليف وأبيض، ويبقى معلقاً في المحلول، كما أنه ذو أحجام مختلفة تساعد في إنتاج أنواع مختلفة من الطلاء.
كما يستعمل كمادة مالئة في البلاستيك للتغطية لإنتاج سطوح ناعمة جذابة ومقاومة للتحلل الكيميائي.
وتاريخياً يستعمل الكاولين في الخزف وبلاط الجدران والعوازل الكهربائية والعواكس الحرارية وطوب الواجهات وفي عمل القوالب والحشوات.
كما أنه يدخل في عدة صناعات أخرى مثل الحبر ، الصمغ ، المبيدات الحشرية ، الأدوية، الاسمنت، الاسمدة ، مستحضرات التجميل ، الكيماويات ، قصر الألوان ، أقلام الرصاص ، المنظفات ، تغطية الصيني ، وغيرها .
معدن نادر الوجود ينتمي إلى مجموعة معادن الفلسباثويدات.
وتركيبه الكيميائي Na3CaAl3Si3O12(CO3) (OH2)، وتتكون تلك المجموعة من الكانكرينيت (وهو المعدن المشتمل على مجموعة الكربونات).
والفيشنيت (وهو المعدن المشتمل على مجموعة الكبريتات) والدافين (المعدن المشتمل على مجموعة الكلوريد) .
يتبع هذا المعدن نظام السداسي المنشور . ويوجد بشكل كتلي عادة بينما بتكون البلورات نادرة . لون المعدن يتراوح بين الأصفر، البني، الأحمر، الأخضر ، الأبيض .
وقد يكون شفافاً، البريق لؤلؤي، الصلادة = 5-6، ينفصم المعدن انفصاماً منشورياً كاملاً {0101} ، المكسر غير مستو ، ووزنه النوعي = 2.45 .
يتكون هذا المعدن نتيجة لتغير معدن النيفيلين، وهو أحد المعادن الأولية التي توجد في مراحل تصلد الصخور النارية الجوفية ، والتي تتميز بظروف نقص السيليكا وكثرة العناصر القلوية كما هو الحال في صخر السيانيت النيفيليني.
ويصاحب المعدن معادن : نيفيلين ، صوداليت ، بيوتيت ، سفين ، فلسبار ، وهو مشابه النيفيلين في طبيعة المعادن المصاحبة له .
يوجد هذا المعدن في السويد وفنلندا وكندا وليس للمعدن قيمة تجارية إلا إنه ام من الناحية العلمية.
قشرة صلبة من التكوينات الكلسية تتكون فوق سطح الأرض في المناطق الصحراوية وشبه الصحراوية، وقد تغطيها بعض الإرسابات الهوائية الرقيقة الأحدث.
وتتكون هذه القصرة نتيجة عودة مياه الأمطار المتسربة في جوف الأرض بوساطة الخاصة الشعرية إلى أعلى في صورة محاليل ملحية وكلسية مركزة يغلب عليها كربونات الكالسيوم، وأحياناً نترات الصوديوم.
ويبدو أثر هذه القصرة واضحاً في أراضي الرق التي تكسوها الحصى والأحجار الصغيرة، حيث تعمل تلك القصرة على شدة تماسك تلك المكونات الحصوية، فتصبح بمثابة المادة اللاحمة لها، مما يساعد على نشأة ما يعرف بالدروع أو المرتصفات الصحراوية (Desert pavement) ويتراوح سمك القصرات الكلسية بين بضعة سنتيمترات وأكثر من أربعة أمتار .
ويستخدم المصطلح بعدة معاني للدلالة على :
– صخر أو تربة أو رواسب وديان ملتصقة بأملاح ذائبة للصوديوم في رواسب النترات بصحراء أتاكاما بشمال شيلي وبيرو وتحتوي هذه الرواسب على 14-25% نترات صوديوم و 2-3% نترات بوتاسيوم وحوالي 1% أيودات الصوديوم إضافة إلى كلوريد وكبريتات وبورات الصوديوم المختلفة مع مواد رملية وطينية مهشمة وذلك على شكل طبقات تصل في السمك إلى مترين.
والمعادن المكونة لها هي النيتر الصوديومي إضافة إلى الفلوريت والأنهيدريت والجبس والبوليهاليت والهاليت والجلوبيريت والدارابسكيت.
يتكون الكاليش عن طريق انتزاع إخراجات الطيور أو بتثبيت النيتروجين بالبكتريا من التوفا البركانية أو عن طريق جفاف البحيرات الضحلة .
– طبقة رقيقة من التربة الطينية تعلو عرقاً حاوياً للذهب (بيرو)، أو طين أبيض عند حروف العروق (شيلي)، أو فلسبار، وطين أبيض وحجر جيري متماسك (المكسيك)، أو عرق معدني حديث الاكتشاف، طبقة مكونة من الطين والرمل والحصى في رواسب الوديان الخاضعة للتعدين (كولومبيا).
ولقد اتسع استخدام المصطلح عند بعض الباحثين ليشتمل على الكوارتزيت والكاولينيت .
– أما في جنوب غرب الولايات المتحدة (خاصة في أريزونا) فيستخدم المصطلح وبصورة واسعة ليعبر عن مادة جيرية ذات لون بني محمر إلى لحمي إلى أبيض، والتي تكونت بطريقة تراكمية ثانوية وتوجد في أغلب الأحيان على شكل طبقات سطحية أو قريبة من السطح للتربة الحجرية بالمناطق الجافة إلى شبه الجافة.
كما توجد أيضاً على هيئة تربة تحت سطحية في ظروف المناخ تحت الرطب.
تتكون هذه الرواسب في غالبيتها من قشرة من أملاح الكالسيوم الذائبة إضافة إلى بعض المواد الأخرى مثل الحصى والرمل والغرين والطين.
هذا وقد يوجد على شكل نطاق رقيق مسامي وهش داخل التربة أو في أغلب الأحيان ما تكون شديدة القساوة وغير منفذة، وتتراوح في السمك من عدة سنتيمترات إلى متر أو أكثر.
وتكون المادة اللاصقة أساساً من كربونات الكالسيوم، وقد تحتوي أيضاً على كربونات المغنسيوم أو السليكا أو الجبس. كما استخدم المصطلح أيضاً للتعبير عن المادة اللاصقة نفسها والمكونة من كربونات الكالسيوم.
يتركب هذا المعدن من كبريتيد النحاس ورمزه (Cu2S) وتبلغ نسبة النحاس في المعدن 79.8% ونسبة الكبريت 20.2%.
يتبلور المعدن في نظام المعيني القائم، الهرم المنعكس (mm2) (تحت درجة 15° س). وبلوراته عادة غير كاملة النمو أو مشوهة. وعادة يكون كتلياً.
كما أنه قد يتشكل في شكل سداسي توأمي. اللون رصاصي غامق، البريق فلزي لامع على السطح الحديث مطفأ على السطح المتصدىء ، المخدش أسود ، الصلادة = 2.5 – 3، يمكن قطعه بالسكين، المكسر محاري ، الانفصام منشوري ضعيف، الوزن النوعي يتراوح بين 5.5 -5.7.
يكثر وجود الكالكوسيت نتيجة عملية نزول السوائل المؤكسدة الناتجة من كبريتيدات النحاس والحديد بالقرب من السطح.
كما يظهر على هيئة عروق مع رواسب معادن النحاس الأخرى. ويعتبر الكالكوسيت من أهم خامات النحاس.
يوجد في بريطانيا وأمريكا وفرنسا. كما يوجد في بعض المناطق الصحراوية في مصر.
اشتق اسم المعدن من كلمة يونانية تعني النحاس الأصفر (brass) وكلمة بيريت (pyrite) إشارة إلى لون المعدن.
المعدن فلزي ، تركيبه الكيميائي كبريتيد الحديد والنحاس (CuFeS2). حيث نسبة Cu = 34.6%، Fe = 30.4%، S = 35%. يحتوي المعدن أحياناً على كميات قليلة جداً من الذهب والفضة والزرنيخ والسيلينيوم والثاليوم .
يتبلور المعدن في فصيلة الرباعي – نظام الوتد المنعكس(شكل 1 ) (قانون التماثل 4-2-م) . البلورات نادرة ويغلب وجود المعدن في هيئة كتلية .
أما من حيث البلوري فإنه مشتق من التركيب البنائي لمعدن سفاليريت حيث حل النحاس محل نصف الزنك والحديد محل النصف الآخر .
لون المعدن أصفر نحاسي ولكنه غالباً ما يكون مغطى بصدأ برونزي متموج الألوان والبريق فلزي (شكل 2 )، المخدش أسود مائل إلى الخضرة، الصلادة = 3.5 – 4، المكسر غير مستو والوزن النوعي يتراوح بين 4.1 و 4.3 والمعدن هش قابل للكسر.
يتميز عن المعادن الأخرى بلونه الأصفر النحاسي، ومخدشه الأسود المائل إلى الخضرة وصلادته المنخفضة نسبياً. ويتميز عن الذهب بمخدشه وبأنه هش قابل للكسر.
يعتبر معدن كالكوبيريت من معادن النحاس الشائعة، وواحد من أهم خامات النحاس، يوجد منتشراً في العروق المائية الحارة، مصاحباً معادن البيريت – بيروتيت –سفاليريت. جالينا – كوارتز – كالسيت – سيديريت ومعادن نحاسية أخرى.
يوجد الكالكوبيريت في الطبيعية في حالته الأولية، ويتحلل بعوامل التجوية الكيميائية المختلفة، خصوصاً بالقرب من السطح وينتج عنه كثير من المعادن النحاسية الثانوية مثل أكاسيد وكربونات وكبريتات النحاس.
كما يوجد كمعدن أصلي في الصخور النارية، وفي عروق البجماتيت، وفي الصخور المتحولة بالحرارة أو الضغط والحرارة مثل الشيست.
يوجد الكالكوبيريت في كثير من الدول ويستغل كخام لفلز النحاس، ومن هذه الدول انجلترا (منطقة كورنوول) – اسبانيا (ريوتنتو) – ألمانيا (ساكسونيا وبوهيميا) – السويد (فالون) – تشيكوسلوفاكيا (شمينتر) – جنوب أفريقيا – تركيا – وبعض الولايات الأمريكية.
الزاج الأزرق (Blue virteol) ، سَيانوزَيْت (Cyanosite) اشتق الاسم كالْكانْتَثْيت من كلمتين يونانيتين هما: (Chalcos) وتعني نحاس و (Anthe) وتعني أزهار ، فجاء الاسم بمعنى «أزهار النحاس» أو «الزاج الأزرق» .
يتركب هذا المعدن من كبريتات النحاس المائية CuSO4. 5H2O، حيث نسبة أكسيد النحاس (II) = (31.8%) وثالث أكسيد الكبريت = (32.1%)، والماء = (36.1%)، مع شوائب من الحديد وأحياناً من الخارصين والمغنيسيوم.
يتبلور المعدن في فصيلة ثلاثي الميل، نظام المسطوح على هيئة بلورات لوحية (صفائحية)، كذلك يوجد المعدن على هيئة كتلية أو عروق ليفية أو على هيئة هوابط، أو على هيئة كلوية، وقد يوجد على هيئة إبرية .
لون المعدن أزرق داكن، البريق زجاجي المخدش أبيض، شفاف أو شبه شفاف، الصلادة = 2.5، المكسر محاري، الوزن النوعي = 2.12 – 2.3 والمعدن هش جداً وله طعم يثير الغثيان .
يتميز المعدن بلونه الأزرق وذوبانة في الماء وتميؤه في الهواء الجاف إلى مسحوق أبيض يميل إلى الأخضرار، والمعدن لا ينصهر.
وإذا سخِّن مع كربونات الصوديوم على مكعب الفحم فإنه يعطي كرة صغيرة من النحاس، ويعطي محلول المعدن الحمضي (به HCI مخفف) مع كلوريد الباريوم راسباً أبيض من كبريتات الباريوم، وإذا سخن المعدن في الانبوبة المقفلة، فإنه يعطي ماء ويتحول إلى كتلة بيضاء اللون .
يعتبر معدن كالْكانْتَثْيت من المعادن النادرة، ويوجد فقط في المناطق الصحراوية الجافة كمعدن ثانوي بالقرب من السطح في الأماكن التي بها عروق نحاسية.
ويتكون المعدن في هذه الأماكن نتيجة لأكسدة معادن الكبريتيدات النحاسية الأصلية، ويرافقه عادة معادن الجبس، ومِيْلانْتِرَيْت (Melanterite) وبْرُوكَنْتَثْيت (Brochanthite)، وغيرها من المعادن الكبريتية التي توجد في رواسب النحاس وكبريتيد الحديد.
كما يوجد المعدن على هيئة هوابط على جدران المناجم المهجورة وعديمة التهوية والتي حفرت بالنطاقات المؤكسَدة من رواسب النحاس .
ينتشر معدن كالْكانثَيْت بكثرة في الولايات الأمريكية الغربية، وفي المكسيك وفي رواسب النحاس الشِّيلية ويوجد بنسبة أقل في روسيا في جبال الأورال الشمالية وفي ترانزكوكازيا (Transcaucasia) وغيرها .
وعلى الرغم من وجود رواسب معدن كالْكانْثَيْت بكميات تجارية في المناطق الجافة، إلا أن هذه الرواسب لا تعتبر بوجه عام مصدراً هاماً لخام النحاس.
ولكن مركبها الكيميائي يستعمل في كثير من الأغراض الصناعية مثل المبيدات الحشرية، والبطاريات الكهربائية والصباغة الكيميائية والطباعة وغيرها .
نوع من الكوارتز (SiO2) خفي التبلور، يتكون من ألياف دقيقة جداً لا يمكن رؤيتها إلا بالمجهر.
ولقد أمكن باستخدام الأشعة السينية والمجهر الالكتروني – التعرف على البناء الداخلي للكالسيدوني فوجد أنه يتكون من شبكة من بلورات الكوارتز الدقيقة جداً تضم بينها العديد من الثقوب المجهرية بالإضافة إلى مادة السليكا (SiO2) في صورة غير مبتلرة .
يتكون الكالسيدوني في الطبيعة بالترسيب من المحاليل المائية حيث يوجد مالئاً للشقوق والفجوات في الصخور على هيئة قشور ذات أسطح عنقودية أو كثيرة النتوءات. ويعتبر الكالسيدوني من المكونات الأساسية لصخر الشيرت .
اللون أبيض أو رمادي أو بني أو أسود. ويعزي تعدد الألوان هذا إلى ما يحتويه الكالسيدوني من شوائب وبخاصة أكاسيد الحديد والنيكل والمنجنيز.
وعند فحص قطاع رقيق شفاف من الكالسيدوني تحت المجهر يظهر القطاع باللون الأصفر، كما أن معامل انكسار الضوء المار فيه يكون منخفضاً.
ويعزى ذلك إلى تشتت الضوء من خلال الثقوب المجهرية الموجودة في المعدن، البريق شمعي، المخدش أبيض، الصلادة 6.5 – 7، المكسر محاري، المعدن شفاف أو نصف شفاف، الوزن النوعي 2.57 – 2.64.
وبناء على اختلاف اللون والنسيج في الكالسيدوني فقد قسم إلى أنواع مختلفة أهمها:
1- أجيت (العقيق) :
نوع من الكالسيدوني يتميز بلونه المرتب في صفوف أو طبقات قد تكون مستقيمة أو متموجة أو دائرية أو حتى غير منتظمة (انظر الشكل) وقد يكون لون هذه الصفوف أبيض أو بنياً أو أحمر وقد نتج ذلك عن الترسيب المتلاحق.
2- كارنيليان:
(عقيق أحمر) عبارة عن كالسيدوني نصف شفاف أحمر اللون.
3- كرايزوبريز (Chrysoprase):
كالسيدوني ذو لون أخضر تفاحي – ويرجع اللون إلى وجود أكسيد النيكل.
4- أونكس (العقيق اليماني) Onyx
وهو نوع من العقيق ذو لون أسود. وهناك نوع من العقيق تظهر فيه الألوان في هيئة شجيرية متفرعة.
وتستخدم الأنواع الملونة الشفافة أو نصف الشفافة من الكالسيدوني كأحجار كريمة رخيصة الثمن.
الكالديرة أو الكلديرة هي فوهة بركانية عملاقة تتكون بعد أن يفرغ البركان كميات هائلة من المواد المصهورة.
والواقع أن ثوران بركان جبلي القديسة هيلينز (Mount St. Helens) في جنوب ولاية واشنطن في 18 مايو/ 1980.
قد قذف 6 – كيلومتر مكعب من الصهير (الماجما –magma) وترك فوهة قطرها كيلومتران، وقد وصف هذا الحدث بحق بأنه حدث مثير.
فكيف إذاً يمكن وصف الثوران البركان الذي حدث على بعد 950 كيلومتر شرقي جبل القديسة هيلينز قبل نحو 600 ألف سنة؟
لقد أفرغ البركان 1000 كليومتر مكعب من الخفاف (pumice) والرماد البركاني وترك كلديرة (caldera) – أو فوهة بركانية هائلة – متطاولة بلغ أطول أبعادها 70 كيلومتراً.
ولقد جعلت تأثيرات التمويه، الذي نتج من وجود الغطاء النباتي والجليديات، أمر تعرُّف آثار هذا الثوران صعباً لكن أكثر الآثار وضوحاً هو ذلك الينبوع الفوار (geyser) المعهود الذي يقع في متنزه يلوستون (Yellowstone) القومي.
وعلى الرغم من ذلك فإن يلوستون هو نتاج عمليات بركانية تحدث بأكبر المقاييس: فهو كلديرة منبعثة (resurgent caldera) تقببت أرضيتها ببطء عبر آلاف السنين منذ ثوران البركان .
وتُعَدُّ الكلديرات المنبعثة أكبر الكالديرات الموجودة على سطح الأرض. لذلك فإن الثورانات البركانية ، كتلك التي أدت إلى تشكل يلوستون، يجب أن تدرج ضمن أعظم الكوارث التي حصلت في الطبيعة ، ولربما أمكن مقارنتها بارتطام كويكبة (asteroid) بالأرض .
ومن حسن الحظ ، فإن الكالديرات نادرة الحدوث. إذ لم تحدث أي منها عبر بضعة آلاف السنين من التاريخ المدون .
ولم يعرف في الولايات المتحدة غير ثلاث منها حدثت أثناء المليون سنة الماضية . فبالإضافة إلى الثوران الحاصل في يلوستون ، حدث ثوران قبل 70 ألف سنة شكَّل كلديرة الوادي الطويل (Long Valley) في كاليفورنيا.
كما شكل ثوران آخر قبل مليون سنة كلديرة ڨالز (Valles) في نيومكسيكو (أصبحت كلديرة الوادي الطويل ذات أهمية خاصة هذه الأيام بسبب حدوث سلسلة من الزلازل الصغيرة في المنطقة) .
وهناك كلديرات مماثلة في العمر يمكن في النهاية إثبات حدوثها في أماكن أخرى من العالم، ومع هذا يحتمل أن يتبين أنه لم يحصل في المليون سنة الماضية أكثر من عشر منها في العالم بأسره.
ومن الناحية الأخرى أوضح المسح التفصيلي لجبال سان جوان في كولورادو، الذي قام به ت. أ. ستيڨن (Thomas A. Steven) و پ. و. ليپمان . (Peter W. Lipman) من هيئة المسح الجيولوجي الأميركية ، وجود ما يقارب 18 كلديرة حدثت قبل 20 إلى 30 مليون سنة.
كما أن كثيراً من مثيلاتها في العمر وجدت في مناطق أخرى مثل نيومكسيكو الجنوبية وأريزونا ونيفادا لقد أحرز علماء البراكين في العقد المنصر تقدماً كبيراً في فهم أصل تكون الكلديرات المنبعثة العملاقة والثورانات المدمرة التي تشكلها .
إن الآلية المبدئية لتشكل الكلديرة واضحة . فالقذف الفجائي لحجوم كبيرة من الصهير الواردة من حجرة الصهير (magma chamber) الواقعة على بعد بضعة كيلومترات تحت سطح الأرض يزيل فجأة دعامة سقف الحرة فينهار ذلك مخلفاً كلديرة على سطح الأرض .
إن الدراسة التقليدية المتعلقة بجيولوجية البراكين في اسكتلندا ، التي نشرها في عام 1909 الباحثون س. ت. كلاف (C. T. Glough) و هـ. ب. موفي (H. B. Maufe) و إ. ب. بيلي (E. B. Bailey) قد وفرت أول توضيح لهذه العملية التي أسموها هبوط المرجل (caudron subsidence) وهذه العلمية تحدث بمقاييس واسعة النطاق مخلفة كلديرات تتراوح أقطارها ما بين بضعة كيلومترات إلى 50 كيلومتراً أو أكثر .
وبصرف النظر عن الحجم الحقيقي فإن المظهر المميز للكلديرة المنبعثة يكمن في الارتفاع البطيء لقاعها الذي ينتج في الغالب من اندساس صهير جديد في حجرة الصهير التي كونت الكلديرة الأولى .
ومقدار الارتفاع الرأسي يمكن أن يزيد على كيلومتر واحد . لذا فإن الكلديرة تختلف عن البركان العادي في انها منخفض واسع ذو كتلة صخرية مركزية.
وأول من لاحظ ظاهرة الانبعاث هو الجيولوجي الهولندي(ر.و. ڨان بيملين) (R. W. van Bemmelen) في عام 1939 أثناء دراسته الكلديرة (طوبا) (Toba) في شمال سومطرا.
وقد قدر أن أرضية الكلديرة قد هبطت بمقدار كيلومترين اثنين مؤدية إلى تشكل بحيرة عميقة ، ثم ارتفعت الأرضية من جديد بضع مئات من الأمتار لتشكل الجزيرة المعروفة باسم جزيرة ساموسير (Samosir) في وسط البحيرة .
واليوم تمثل طوبا أكبر كلديرة منبعثة معروفة ، إذ يبلغ أطول أبعادها مئة كيلومتر تقريباً . ومع ذلك فإن طوبا لم تأخذ حقها من البحث نسبيًّا كما أن تفاصيل الانبعاث قد درست على نطاق واسع من قبل جيولوجيي هيئة المسح الجيولوجي الأميركية الذين درسو كلديرات جنوب غرب أميركا .
وبالفعل فإن أول من أدخل مصطلح الكلديرة المنبعثة هما ر. ل. سميث (Robert L. Smith) ور. س. بيلي (R. S. Bailey) عام 1962 من هيئة، المسح الجيولوجي الأميركية.
هناك صفة أخرى للكلديرات المنبعثة يمكن تتبعها للوصول إلى طبيعة العمليات البركانية . ففي اي ثوران بركاني يمكن أن يندفع الصهير الذي يصل إلى سطح الأرض ، في ثلاثة أشكال : اللابة (lava) والمواد المتساقطة من الهواء (air- fall material) والتدفق الحطامي – الناري ، (pyroclasic folw) .
أما اللابة فهي ببساطة الصهير الذي يصل إلى السطح ثم ينتشر على شكل سائل وتتصلب في صخور نارية تتبلور بشكل ناعم أو تصبح زجاجية .
وبحسب تركيب الصهير، فإن الصخور تشغل نطاقاً يمتد من البازلت الذي هو مادة رمادية داكنة فقيرة بالسليكا (SiO2) ، إلى صخور الأنديزيت (andesite) والداسيت (dacite) وحتى الريوليت (rhyolite) الذي هو مادة رمادية فاتحة غنية بالسليكا .
تتألف المواد المتساقطة من الهواء من الخفاف (مادة زجاجية رغوية) ومن جسيمات أدق من الرماد والغبار. (تطلق كلمة غبار على الجسيمات التي يقل قطرها عن 4 ميكرومترات . وتدعى الجسيمات التي يتراوح قطرها بين 4 و 63 ميكرومتراً بالرماد الناعم) .
وتنشأ هذه المواد عندما تُحْمَل أجزاء الصهير المتصلبة نحو الأعلى إلى الجو بواسطة غازات الحمل الحارة جدًّا .
يتألف التدفق الحطامي – الناري أيضاً من الخفاف والرماد والغبار. غير أن المادة البركانية هنا تشكل سحابة أرضية متوهجة تتحرك على سطح الأرض بسرعة تصل إلى 100 متر في الثانية ، تطفو نحو الأعلى وتتميع بفعل الغاز الحار. وفي الغالب ترسب السحابة حطاماً من الخفاف وأجزاء منه على بعد عشرات الكيلومترات من مركز الثوران .
إن معظم الثورانات البركانية تُنْتِج لابة ورماداً متساقطاً ، أما التدفق الحطامي – الناري فهو أقل شيوعاً، ومع ذلك ففي الثورانات التي تكوّن الكلديرات المنبعثة فإن االتدفق الحطامي – الناري يمثل الجزء الاكبر من المقذوفات.
وفي الحقيقة فإن التدفق الحطامي – الناري غالباً ما يتجمع في كلديرة حديثة التكوين بسمك يزيد على 1000 متر، وفي أسفل هذا الركام تلين الحطاميات الخفافية ويلتحم بعضها مع بعض منتجة صخراً مميزاً واضحاً.
وقد أطلق عليه پ. مارشال (P. Marshall) أثناء دراسته الصخور الناتجة من التدفقات الحطامية – النارية في نيوزيلندا عام 1932، اسم اكنمبريت (ignimbrite) أو صخر الغيوم الملتهبة.
ويطلق هذا الاسم الآن على الترسبات الناتجة من التدفق الحطامي – الناري الخفافي سواء أكان الحطام ملتحماً أم لا، ويعد وجود سماكات كبيرة من الاكنمبريت الملتحم دليلاً ممتازاً على وجود كلديرات قديمة .
إن الكلديرات المنبعثة كبيرة ، كما أن المواد المقذوفة التي تنتج منها أثناء الثورانات ذات حجوم هائلة، ومع ذلك فإنه ليس من السهل تمييزها لأن حجمها الكبير يموه معالمها في كثير من الأحيان.
وقبل سنوات قليلة قام ب. فرانسيس، و. س. و. بيكر (M. C. W. Baker) بالحبث عن الكلديرات في سلاسل الأنديز في أميركا الجنوبية مستعينين بصور التقطتها الأقمار الصناعية لاندسات.
وقد اعتمد البحث على الميزات الأعظم التي يتفوق بها التصوير الفضائي على التصوير الجوي التقليدي، إذ أن ارتفاع المركبة الفضائية (إلى علو 900 كيلومتر) يعطي منظراً شموليًّا للبنى الضخمة على سطح الأرض لا يمكن الحصول عليه بطرق أخرى. وقد تمكنا من تمييز كلديرتين أساسيتين كانتا سابقاً غير مكتشفتين بالمسوحات الجيولوجية .
إن الكلديرة الأكثر لفتاً للنظر من بينهما هي كلديرة سيروكالان (Cerro Galan) في شمال الأرجنتين التي يبلغ قطرها 34 كيلومتراً والتي يحيط بها شريط أخاذ من صخور الاكنمبريت الممتدة إلى مسافة تتجاوز 70 كيلو متراً من حافة الكلديرة نفسها.
وقد تبين فيما بعد أن هذه الكلديرة قد لوحظت من قبل فريدمان (J. D. Friedman) من هيئة المسح الجيولوجي الأميركية. هيكن (Grant H. Hciken) من مركز جونسون الفضائي بواسطة الصور التي التقطتها مركبة الفضاء سكاي لاب (Skylab 4) في عام 1974.
إن الكلديرة كانت صغيرة العمر (26 مليون سنة) وواضحة البنية بحيث لم يبق شك في ماهيتها.
أما الكلديرة الثانية فكانت أقل وضوحاً، فقد دلت صور لاندسات أن صخور جبال كاري كاري (Kari Kari) في بوليڨيا، التي ترتفع خمسة كيلومترات؛ تمثل على ما يبدو مركز كلديرة منبعثة قديمة وكبيرة.
ومع هذا فقد أوضح المسح السابق لجبال كاري كاري بأن الكتلة كانت باثوليتا أي كتلة ضخمة من الصخور النارية الخشنة التبلور تصلبت في قشرة الأرض ثم تكشفت لاحقاً بواسطة الحت.
وسرعان ما أكدت الأعمال الحلقية في الموقع صحة ذلك، فالنسيج الملتحم لصخر الكتلة بيَّن بشكل مقنع أن الصخر هو اكنمبريت.
إن مركز الانبعاث هو الدليل المتبقي من كلديرة كان أطول أبعادها في البداية يقدر بنحو 36 كليومتراً وعمرها يقارب 20 مليون سنة .
الحلقية في الموقع صحة ذلك، فالنسيج الملتحم لصخر الكتلة بيَّن بشكل مقنع أن الصخر هو اكنمبريت. إن مركز الانبعاث هو الدليل المتبقي من كلديرة كان أطول أبعادها في البداية يقدر بنحو 36 كليومتراً وعمرها يقارب 20 مليون سنة .
يمكن أن يعتقد المرء، لأول وهلة، بأن المكان الأفضل لحدوث الاندفاع الذي يشكل كلديرة منبعثة هو نطاق الغوص (subduction zone)، وهو الحد الواقع على سطح الأرض الذي تنزلق عنده صفيحة ذات قشرة محيطية تحت صفيحة قارية وتغوص في الوشاح الواقع تحتها.
وعدا ذلك فإن نطق الغوص هي مواقع نشاط بركاني وزلزالي شديد. وفي مثل هذا الموقع توجد كلديرة طوبا في سومطرا. غير أن الوضع الجيولوجي في معظم الحالات هو أقل وضوحاً.
فأغلبية الكلديرات الأصغر سناً في الولايات المتحدة، على سبيل المثال، تقع على بعد مئات الكيلومترات من أي نطاق من نُطُق الغوص الحديثة.
ومع ذلك فالكدلديرات المنبعثة لا تتوزع بشكل عشوائي على سطح الأرض . فصخور الاكنمبريت ، التي تميزها، نتنتج من اندفاع صهير الداسيتي والريوليتي ، وهو مواد لزجة غنية بالسليكا تنتج عادة في المناطق ذات القشرة القارية السميكة .
لهذا فإن الكلديرات المنبعثة يمكن أن تتشكل في مناطق القشرة القارية المميزة حيث العلامة الحرارية (بقعة ساخنة hot spot) في (وشاح) الأرض كبيرة ومستمرة بشكل كاف لصهر حجوم هائلة من الصخر.
ولا تصهر هذه البقعة القشرة القارية مباشرة، بل تصهر جزءاً من الوشاح لتكوِّن صهير بازلتي ثم يرتفع إلى أعلى فيصهر الصخور الموجودة في المحتويات القليلة العمق.
لنأخذ بعض كلديرات محددة. فكلديرة يلوستون في الولايات المتحدة تقع عند النهاية الشمالية الشرقية لمسلك بركاني نشط يبدأ في ولاية ايداهو (Idaho) بالصخور البازلتية لسهل نهر الثعبان (Snake River).
لقد تحركت بؤرة النشاط البركاني خلال الـ 15 مليون سنة الأخيرة على طول المسلك البركاني إلى موضعها الحالي في وايومنك (Whoming) ربما استجابة لحركة الصفيحة التي تتضمن قشرة أميركا الشمالية القارية فوق علامة حرارية ثابتة في الوشاح.
وقد وُجِد عدد آخر من الكلديرات التي لا يزيد عمرها على بضعة عشرات من ملايين السنين في نطاق يتجاوز عرضه عدة مئات من الكيلومترات في نيفادا وأريزونا ويوتا ونيومكسيكو.
وتقع أصغر الكلديرات عمرا في هذه المجموعة على جوانب انهدام ريوكراند (Roi Grande Rift) الذي يمتد مئات الكيلومترات شمالاً عبر نيومكسيكو وحتى كولورادو.
ويُعتقد بأن القشرة الأرضية في منطقة انهدام ريوكراند قد ترققت مما أدى إلى حدوث الانهدام نفسه. كما يعتقد أن حادثة مماثلة قد سببت حدوث انهدامات في القشرة المحيطية قرب العديد من أقواس الجزر في المحيط الهادي.
وفي مثال انهدام ريوكراند يمكن أن تكون رقة قشرة الأرض قد سمح للحرارة المنبعثة من الوشاح أن تعمل بفعالية شدية .
ومن الممكن أن تكون هناك مواضع أخرى . ففي الأرجنتين وبوليڨيا لم تتشكل كلديرات منبعثة على طول السلاسل الجبلية البركانية للأنديز فحسب بل أيضاً في سلسلة جبلية ثانية تقع على بعد أكثر من 200 كيلومتر إلى الداخل.
وهنا لا نجد دليلاً واضحاً على ترقق القشرة بل على العكس فإن سماكة القشرة القارية قد تزيد على 40 أو 50 كيلومتراً تحت كلديرتي سيرو كالان وكاري كاري.
ويعتقد بأن قنوات إيصال الصهير إلى سطح السلسلة الجبلية الداخلية قد تطورت بفعل إجهادات شد محلية، أي بفعل تشققات القشرة الناتجة من ضغط الصهير المتحركة نحو الأعلى بسبب طفوها.
يمكن تعرُّفُ عدد من الأحداث التي تحصل أثناء تطور الكلديرة النموذجية: التقبب السابق لتَكَوُّن الكلديرة فانهيار الكلديرة فاندفاع المواد المتساقطة هوائيا والتدفقات الحطامية – النارية فالانبعاث اللاحق للكلديرة وأخيراً الاندفاع المتأخر للابة.
إن التقبب السابق للكلديرة هو ارتفاع سطح الأرض الذي يسبق اندفاعاً ضخماً. ويحدث ذلك عندما يندس حجم هائل من الصهير على عمق ضحل في قشرة قارية، منتجاً پلوتونا أو حجرة صهير، بحيث يمكن أن يتوضع سقفها على عمق السطح.
ويولِّد التقبب حقل إجهادات شد موضعية في صخور السطح، وهذه الإجهادات مهمة للحدث التالي من التطور وهو انهيار الكلديرة.
ومع ذلك فهناك غموض في الأمر. فهل يسبب ضغط حجرة الصهير إلى أعلى عجزاً في الصخر الذي يكون سقف الحرة سامحاً للصهير بالإنفلات إلى السطح على طول كسر (fracture) كبير حلقي الشكل ينشأ فوق محيط الحجرة؟
ولكن انفلات الصهير سيفتح حيزاً تحت سطح الأرض يُمْكِن الحجرة في الصهير ويفتح أثناء ذلك الكسر الحلقي الشكل الذي تندفع الصهير على طوله؟
لقد دلل ت. هـ. درويت (Druitt T. H.) و ر. س. ج. سباركس (R. S. J. Sparks) من جامعة كامبردج بأنه سواء أكان الهبوط هو سبب الاندفاع أم نتيجة له، فإن الكسر الحلقي الذي سيصبح جداراً للكلديرة يجب أن يكون عمودياً أو أن يكون جرسي الشكل إلى الخارج مع ازدياد العمق وذلك ليستوعب معدل الاندفاع والسقوط الشبيه بحركة المكبس الذي يحث للسقف.
تكون درجة حرارة الصهير في أعلى حجرة الصهارة بين 700 إلى 1000 درجة وتكون غنية بالغازات الذائبة التي يحتل بخار الماء المقام الأول بينها.
يرتفع الصهير نحو السطح على طول الكسر الحلقي المنفتح حديثاً، إذا وصلت إلى عمق يقارب الكيلومتر الواحد تحررت الغازات من المحلول بقوة.
وهكذا فالغازات لا تخرج بشكل فقاعات فحسب، بل إنها بدلاً من ذلك تدفع الصهير جانباً. إن العملية الحقيقية معقدة، أما النتيجة فهي بسيطة.
فالصهير المنفلت من الحجرة باتجاه السطح يتحول إلى خفاف ويتجزأ بشكل انفجاري إلى قطع صلبة متوهجة تتراوح حجومها بين الميكرومترات والأمتار.
يكمن مفتاح فهم تأثير الثوران الضخم المشكل للكلديرة في عمل الخليط المتوهج المكون من الغبار والرماد والخفان والغازات المتحررة عندما تنفِّس (vent) على السطح.
ولقد تم تحليل حركة التنفيس من مجموعة علماء بينوا أنه عندما تكون سرعة الثوران كبيرة وتكون الفتحة صغيراً نسبيًّا (قد يكون قطرها 50 مترا) فإنه يتشكل عمود ثوران يتطور ليرتفع عشرات الكيلومترات في الجو. (وقد وصل عمود ثوران جبل سانت هيلين إلى ارتفاع 20 كيلومتراً تقريباً).
ولا بد من التأكيد على أن الخفاف في العمود لا يكون مدفوعاً من الفوهة إلى الأعلى بشكل بسيط كالرصاصة المنطلقة من البندقية. فالطاقة في العمود مباشرة فوق الفوهة هي إلى حد كبير طاقة حركية. والسرعات إلى أعلى تصل إلى مئات المتار في الثانية.
وكلما ارتفع الخفاف فإنه يأخذ بالتباطؤ السريع. ولا يبتاطأ بفعل الجاذبية فحسب بل بسبب الكبح الايرودينامي أيضاً.
وتبدأ عقب ذلك عملية ثانية لتسهم في إعطاء الطاقة. فالمجموعة المتباطئة المكونة من خفاف متوهج ورماد وغاز تُحمل معاً وتسخن الهواء حول العمود.
ونتيجة لذلك تصبح المواد المتجمعة طافية ثم تبدأ بعدها بالارتفاع بالحمل كما يمكن أن تتسارع أعلى مرة أخرى.
إن أعمدة الثوران المرتفع بطريقة الحمل هي أساس ما اصطلح على تسميته ثوران پليني، نسبة إلى پليني الأب (Pliny the Elder) الذي كان وصفه لبركان فيزوف (Vesuvius) عام 1979 أو مثال موثق. ويمكن للحمل أن يدفع عمود پليني إلى ارتفاعات تصل إلى 50 كيلومتراً.
إن أعمدة پليني الضخمة يمكن أن تشير إلى بدء الانهيار المدمر الذي يشكل الكلديرة، ومع استمرار الثوران فإن أعمدة پليني تفسح المجال بشكل نموذجي للتدفقات الحطامية – النارية التي تشكل الجزء الأعظم من حجم المقذوفات. وأسباب ذلك متعددة.
إذ يمكن أن يتسع حجم الفوهة بانفجار الاندفاع الأول أو بسبب انهيار أرضية الكلديرة. كما قد تقل كمية الغازات في الصهارة تبعاً لانسداد المستويات السفلى من حجرة الصهيرة وفي هذه الظروف يصعب على عمود پليني أن يبقى قائماً ذاتياً، فيصبح أكثر كثافة من الهواء المحيط ولا يلبث أن ينهار.
وما زال من الممكن أن تصل إلى ارتفاع 10 كيلومترات تقريباً، غير أنها بدون تيارات الحمل التي تسندها تتراجع لتسقط حول الفوهة.
تبدأ الآن التدفقات الحطامية – النارية بالتطور. وهي تتألف من المواد المتساقطة التي تندفع بعيداً عن مكان وصولها الأرض.
وتكون حركتها غير عادية. وقد تبين من توزع الاكنمبريت الذي ترسبه بأنها تستطيع أن تندفع فوق تلال يصل ارتفاعها لأكثر من كيلومتر واحد، وتقطع مسافات تصل إلى 150 كيلومتراً.
وعلى الرغم من أنه لم تتم دراسة أي تتدفقات حطامية – نارية بمقياس كبير أثناء حصولها، فإن قدرتها على تسلق الجبال تلمح إلى أن سرعتها هي من مرتبة 100 متر في الثانية. وقد بلغت سرعة التدفقات الأصغر في المراحل المتأخرة من ثوران جبل سانت هيلين 30 متراً في الثانية.
لقد أصبح تفسير التحركية (mobility) الآن معروفاً بشكل جيد إلى حد ما. فالتدفقات تجري في حالة سيولة جزئية. بمعنى أن الغازات التي تستمر في الانطلاق من جسيمات الخفان الحارة تنضم إلى الغاز الجوي المقطور في جبهة التدفق وتجري نحو الأعلى بين الجسيمات حاملة معها الحبيبات الأكثر نعومة.
كما تعمل الحبيبات الناعمة كوسط ليِّن تتوزع فيه الحطاميات الأكبر حجماً. وتبعاً لذلك يغدو التدفق ذات كثافة منخفضة ولزوجة أقل مما يمكن أن يكون للتجمعات غير السائلة من الخفان والغبار. ويستعمل بكفاءة عالية الطاقة الحركية الناتجة من سقوطه العمودي من ارتفاع عدة كيلومترات.
يكوِّن الراسب الرئيسي للتدفق الحطامي – الناري الضخم عطاءٌ من الخفاف والجسيمات الأصغر حجماً بسماكة عدة أمتار ولمسافة 50 كيلومتراً من الفوهة البركانية.
وبالإضافة إلى ذلك، تشكل الجسيمات المقطورة بالتدفق، بشكل نموذجي، سحابةً ثانوية من الرماد ترتفع عدة كيلومترات بفعل تيارات الحمل.
إن التساقط التالي للجسيمات من السحابة يمكن أن يرسب طبقة رقيقة من الرماد على منطقة أكثر اتساعاً من تلك المغطاة باكنمبريت التدفق الحطامي – الناري نفسه.
وفي الحقيقة فإن الطبقة المسماة الرماد المرافق للاكنمبريت، يمكن أن تقدر بأكثر من ثلث الحجم الكلي للاكنمبريت.
لماذا تكون الثورانات البركانية التي تشكل كلديرات منبعثة ثورانات صهارة داسيتية وريوليتية حصراً؟ هناك عاملان متداخلان مسؤولان عن ذلك.
أولهما: أنه بسبب اللزوجة الأقل للصهير البازلتي تستطيع الغازات المنطلقة من محاليل الصهير البازلتي الانفلات بسهولة لذا لا يكون الثوران انفجارياً مدمراً كما يكون إنتاج الخفاف والرماد الناعم ممتنعاً.
وثانيهما: أنه بسبب ازدياد ندرة الرماد الناعم الناتج من الثوران البازلتي، يتضاءل نقل الحرارة من عمود الثوران إلى الجو، ومن ثم يصعب على ثوران الصهير البازلتي أن يولد تيارات الحمل في الجو وأن يصبح «عمود پليني».
إن «النوافير النارية» التي تشاهد على براكين جزر هاواي النشطة لهي خير مثال على ذلك. ففي النوافير النارية تنتشر حجوم كبيرة من اللابة مرتفعة في الهواء، لكن اللابة البازلتية تطفو على شكل كتل يبلغ قطرها متراً واحداً أو أكثر أحياناً من الصعب أن يثور أي رماد ناعم.
وحيث أن الكتل لا تنقل الحرارة بسهولة إلى الجو فليست هناك أية فرصة لتكون أعمدة حمل، وعوضاً عن ذلك يخلِّف الثوران البركاني لابةً مبعثرة على الأرض حول الفوهة. وبما أن اللابة تحتفظ بجميع حرارتها الأصلية تقريباً، فإن التدفقات الثانوية للابة أمر شائع .
ثمة أشياء عدة تحدث بعد الثوران. فعادة ما تمتلئ الكلديرة بالماء مكونة بحيرة ثم يصيب الحت جدران الكلديرة وتتجمع الرواسب في قاع البحيرة. ويبدأ انبعاث أرضية الكلديرة ولكن بسرعة أبطأ.
وبشكل عام فإن ارتفاع الأرضية (والاكنمبريت الذي يغطيها) على طول الكسر الحلقي ليس عملية رفع بسيطة كحركة المكبس.
فقد دل مسح الاكنمبريت في كلديرة سيرو كالان وغيرها أن الأرضية قد مالت بالنسبة لنفطة مركزية محددة تماماً بزاوية تزيد على 45 درجة وهذا يوجي بأن الانبعاث هو ظاهرة محلية.
ويبدو بأن الارتفاع يحصل فوق پلوتون (pluton) صغير اندس حديثاً داخل الپلوتون الذي سبب الثوران. وفي بعض الحالات. كما في يلوستون، يوجد مركزان منفصلان لانبعاثين في الكلديرة نفسها.
تأتي المشاهد الأخيرة في تطور الكلديرة بعد الانبعاث: مشاهد الاندفاع الهادئ نسبياً للابة الداسيتية أو الريوليتية من الفتحات المحيطة بالكسر الحلقي.
إن حجم المادة المتحررة يكون صغيراً بشكل نموذجي. غير أن الاندفاع الهادئ يستمر بصورة متقطعة لمدة طويلة بعد الثوران المدمر المشكل للكلديرة. ففي الوادي الطويل حصلت مشاهد متميزة قبل 500.000 و 300.000، 100.000 سنة.
ومن المناسب الاستنتاج بأن الأحداث البركانية المرافقة لتشكل الكلديرة يمكن أن تستمر بنشاط ضئيل يمتد إلى مليون سنة.
أما الينابيع الحارة والفوارات، الي تمثل مياها تم تسخينها بالحرارة الأرضية ووجدت طريقها إلى السطح، فيمكن أن تستمر زمناً أطول من ذلك.
إن المخاطر على حياة الإنسان، الناجمة عن الثوران المكون للكلديرة، لم يسبق تحليلها بشكل مفصل. إنها بالتأكيد صعبة المنال. ويتوقف الكثير منها على الحجم الكلي للثوران وعلى تناسب الرماد المتساقط.
إن أخطر عواقب الثوران على المدى القصير سينجم على الأغلب عن سقوط الرماد المصاحب للاكنمبريت الذي سيتم بطريقة تمليها الرياح السائدة وحجم توزع الجسيمات.
فالجسيمات التي يزيد قطرها كثيراً على 80 ميكرومتراً تبقى في الهواء لفترة عدة ساعات على الأكثر. أما الجسيمات الأصغر فتبقى معلقة لمدة أكبر.
ويكون للجسيمات التي يقل قطرها عن 10 ميكرومترات سرعة ترسب في الجو لا تزيد على السرعات النموذجية، لذا فإنها يمكن أن تبقى معلقة مدة تصل إلى 100 يوم، وبذلك يمكنها أن تقطع مسافات شاسعة.
وينزع الرماد المصاحب للاكنمبريت لأن يكون دقيقاً جدًّا وعليه فإنه سيتوزع على الأغلب على مساحات تقدر بعدة ملايين من الكيلومترات المربعة.
تعتبر الثورانات التي تشكل كلديرات منبعثة نادرة الوقوع، الأمر الذي قد يكون في النهاية مفيداً للإنسان.
فالكلديرة الواقعة فوق حجرة الصهير تدل على شذوذ حراري في القشرة يمكن أن يكشف عن نفسه على شكل ينابيع حارة لمليونين أو لثلاثة ملايين سنة بعد حدوث الثوران.
فبالإضافة إلى المنظر الأخاذ للنوافير الحارة، فإن المياه الساخنة والبخار هي مصادر كامنة ومفيدة للطاقة، شأنها في ذلك شأن الصخور الحارة الواقعة فوق حجرة الصهيرة نفسها .
من الواضح أن المصادر العميقة للحرارة التي أوجدت الكلديرات قادرة على دفع الجريان المائي – الحراري لمدة طويلة، وواضح أيضاً أن النشاط المائي الحراري يمكن أن يؤدي إلى تفاعلات كيميائية معقدة تسمح بترسيب التوضعات المعدنية.
وقد يمضي بعض الوقت قبل أن نفهم حقيقة ما يجري بالتفصيل. ونحن مدينون لهذه الكلديرات لما تزود به البشرية من طاقة حرارية ورواسب معدنية ثمينة، ولولا ذلك لبدت الكلديرات المنبعثة وكأنها كوارث خالصة .
اشتق اسم المعدن من كلمة يونانية بمعنى قصدير (tin) نسبة إلى التركيب الكيميائي للمعدن.
وهو معدن تركيبة الكيميائي ثاني أكسيد القصدير (SnO2). (Sn = 78.6%، O2 = 21.4%) . قد يحتوي المعدن على كميات قليلة من الحديد .
يتبلور المعدن في فصيلة الرباعي – نظام الهرم المنعكس الرباعي المزدوج (قانون التماثل ) .
الأشكال البلورية الشائعة هي المنشورات والأهرامات المنعكسة من الرتبة الأولى والثانية ، كما يكثر وجود البلورات التوأمية في شكل كوع .
يوجد المعدن عادة في هيئة كتلية حبيبية ومجموعات كلوية ذات بلورات إبرية شعاعية (الشكل 2).
المعدن عادة بني أو أسود (لاحتوائه على كمية قليلة من الحديد)، وأحياناً يكون أصفر أو أبيض اللون، البريق ماسي إلى نصف فلزي أو معتم.
والمخدش أبيض عادة، وبني باهت أحياناً والمعدن نصف شفاف والصلادة تتراوح بين 6 – 7، الانفصام غير واضح والمكسر غير مستو، الوزن النوعي يتراوح بين 6.8 و 7.1.
الكاسيتريت لا ينصهر ولا يذوب في الأحماض ، ولكن إذا صهر مسحوقه على مكعب الفحم مع مادة مختزلة ، يعطي كرات صغيرة من القصدير تغطيها طبقة رقيقة من أكسيد القصدير الأبيض .
يوجد المعدن في أماكن كثيرة من العالم ، ولكن بكميات قليلة ، إذ يوجد كمعدن أصلي في صخور الجرانيت والبجماتيت ، وبكميات أكثر في عروق الكوارتز القاطعة أو القريبة من الجرانيت ، مصاحباً للعديد من المعادن مثل التورمالين والتوباز والفلوريت والاباتيت والولفراميت.
ونظراً لمقاومة معدن الكاسيتريت لعوامل التجوية فإنه يوجد في هيئة حبيبات مستديرة في الرواسب النهرية ورواسب التجمعات .
يوجد الكاسيتريت بكميات تجارية في كل من شبه جزيرة الملايو وبوليفيا وأندونيسيا وزائير وغانا ونيجيريا وسيام والصين، حيث يحصل العالم على معظم حاجته من القصدير من هذه الدول .
كما يوجد بكميات أقل في بعض الولايات المتحدة الأمريكية ، ومنطقة كورنوول بإنجلترا، وأستراليا وتسمانيا والبرازيل . يستعمل المعدن كخام الفلز القصدير الذي يستخدم في أغراض صناعية كثيرة .
معدن ، سمي بهذا الاسم نسبة إلى مهندس المناجم الفرنسي ماري أدولف كارنوت (1839 – 1920)، ويتركب المعدن كيميائياً من فاندات اليورانيوم البوتاسي المائي K2(UO2)2 (VO4)2. nH2O ، ويتبلور المعدن في فصيلة أحادي الميل
ويوجد عادة على شكل مسحوق أو على شكل تجمعات متبلورة متناثرة في الصخور . ويتبع المعدن المجموعة الفراغية (P2/a) ، وأبعاد الخلية بالانجستروم هي: أ= 10.47، ب = 8.41، حـ = 6.91 والزاوية بيتا = 40/103°.
ويتكون البناء الذري لمعدن الكارنوتيت من نموذج طبقي، تكون نتيجة للروابط القوية بين مجموعات أكسيد الفاناديوم (VO4) وأكسيد اليورانيوم متعدد الأوجه ، وهذه الطبقات ذات التركيب (UO4)2 (VO4)2 تكون مرتبطة بروابط الهيدروجين والهيدروكسيل إلى جزئيات الماء ، وكذلك بواسطة أيونات البوتاسيوم والكلسيوم والباريوم بين هذه الطبقات.
ويتميز المعدن بلونه الأصفر البراق أو الأصفر المخضر أو الليموني، كما أنه لا يتفلر عنه تعرضه للأشعة فوق البنفسجية بعكس معادن اليورانيوم الأخرى..
ولكن عند وضع خرزة الصودا مع محلول المعدن يمكن أن تعطي ظاهرة التفلر. البريق أرضي، المخدش أصفر، الصلادة منخفضة تبلغ حوالي 2، الانفصام كامل {001}.
وتبلغ نسبة الأكاسيد والماء في الكارنوتيت ما يلي:
أكسيد بوتاسيوم (K2O) حوال 10.4%
أكسيد يورانيوم (UO2) حوالي 63.4%
أكسيد فاناديوم (VO4) حوالي 20.2%
ماء (H2O) حوالي 6.0%
ولا ينصهر المعدن ولكن عندما يوضع في محلول حمض النيتريك الدافئ ، فإنه يتفكك ويتحول إلى محلول أخضر اللون.
وتوجد نسب ضئيلة من عناصر الكلسيوم والباريوم والمغنسيوم والحديد والصوديوم في تركيب المعدن.
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
) ..jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)