الباب الثالث جيولوجيا
ارتبط الإنسان بالمعادن من خلال معيشته على الأرض وما يأخذه منها من مأكل وملبس ومسكن ولذا فإن لمكونات القشرة الأرضية أهمية خاصة ويجب التعرف عليها من أجل :-
1- الاستفادة من خيراتها على أحسن وجه .
2- اتقاء ما يحدث من كوارث مثل الزلازل والبراكين .
تتكون الارض من 3 أنواع من الصخور (نارية- رسوبية- متحولة)وليس من الضرورى أن يكون المعدن صلد ومتحجر (فالرملً والحصى غير المتماسك) يطلق عليه راسب غير متحجر
*تركيب الصخور:-
(1)- معدن واحد مثل الكالسيت(الحجر الجيري)0
(2)- من مجموعة من المعادن وتشترك المعادن المتماسكة مع بعضها البعض مع احتفاظ كل منها بخصائصة
عادة ما تشترك المعادن المكونة للصخر فى بعض الصفات
1-الصخر النارى تبلور من صهير يتكون من مجموعة من المعادن تبلورت عند انخفاض درجة الحرارة والضغط
الصخور الرسوبية المنقولة والمترسبة تشترك فى خواص متقاربة فى حجم الحبيبات ووزنها النوعى مثل رواسب السهل الفيضى للنيل يتكون من الغرين الذى يكون التربة الزراعية فى مصر
*المعادن:- (1)- عددها أكثر من(2000) والشائع منها وذو قيمة اقتصادية حوالى (200)
(2)- أكثر المعادن انتشارا في القشرة الأرضية (السيليكات - الكربونات - المعادن الاقتصادية من أكاسيد وكبريتيد) ومعادن عنصرية متنوعة
أهمية المعادن :- (عرف الإنسان المعادن منذ قديم الأزل ) ناقش هذه العبارة
1- إنسان العصر الحجري صنع السكاكين والحراب من معدن الصوان للصيد والدفاع عن النفس
2- استخدم الأصباغ المعدنية مثل المغرة الحمراء والمغرة الصفراء في الرسم على جدران الكهوف
3- عندما اكتشف الإنسان النار صنع الفخار من معادن الطين
4-. المصرى القديم أول من استخدم المعادن الزاهية الألوان في الزينة (مثل الفيروز والمالاكيت والزمرد والأميشت كأحجار كريمة) –وتعامل مع الذهب و النحاس لتلائم حياته.
** المعدن هو الوحدة الأساسية ( البنائية ) لتكوين الصخر .يختلف تعريف المعدن من شخص لآخر :-
1- الرجل العادي 2- الجيولوجي المتخصص في علم المعادن 3- الجيولوجي الذي يعمل في مجال الجيولوجيا الاقتصادية
المعدن هو - مادة ذات قيمة اقتصادية تستخرج من الأرض . المعدن هو مادة صلبة - غير عضوية- تكونت في الطبيعة ، لها تركيب كيميائي محدد ، لها شكل بلوري مميز لأن ذرات عناصره تترتب في هيكل بنائي . -يعتبر أن مواد الوقود من الفحم وبترول سائل من المعادن مع أنها من أصل عضوي.
مع انها لا تتفق مع شقين فى التعريف السابق للمعدن
س يعتبر الجليد الطبيعي من المعادن في حين أن البترول ليس معدناً ( علل ؟ )
لأن الجليد [مادة صلبة - غير عضوية- تكونت في الطبيعة ، لها تركيب كيميائي محدد ، لها شكل بلوري مميز
بينما البترول سائل وأصله عضوي - كما أن المواد المصنعة معملياً ليست من المعادن لأنها لم تتكون في الطبيعة .
البللورة هي جسم صلب يحده أسطح مستوية تنمو في محاور ثلاثة وظروف مناسبة .
الهيكل البنائي للمعدن :- ( ينتج من تراص وترتيب ذرات العناصر المكونة للمعدن وترابطها في صفوف متكررة منتظمة في ترتيب هندسي يعكس الأوجه البلورية التي تنتظم مع بعضها فتعطي الشكل المميز لها ( الشكل الخارجي للمعدن ) .
الشكل الخارجي للبللورة علل وضع الأوجه البللورية ( مهما اختلف حجمها تبعاً لدرجة نموها ) يكون ثابت؟ لأن البناء الداخلي للمعدن ثابت فان وضع الاوجه البلورية مع اختلاف حجمها تبعا لدرجة نمو البلورة يكون ثابت ويعبر ذلك عن ترتيب وضع الذرات في الهيكل الداخلي للمعدن .
تتميز البللورة بأن لها أسطح مستوية خارجية تعرف بالاوجةالبللورية:
ويتحدد وضعها تبعاً لطريقة ترتيب الذرات في الهيكل البنائي للمعدن .
الأشكال البلورية ( يتحدد الشكل الخارجي للبلورة تبعاً لدرجة نموها في الاتجاهات الثلاثة في الفراغ )
1- متساوية الأبعاد : تنمو الأوجه في الاتجاهات الثلاثة بنفس درجة النمو ( وتسمى المكعب أو البلورة الكروية )- لها درجة تكرار عالية .
2- عمدا نية وفيها تنمو في اتجاه واحد أكثر من الاتجاهين الآخرين .
3- أبريه وفيها تنمو في اتجاه واحد أكثر بكثير من الاتجاهين الآخرين( حالة الاستطالة ) .
4- قرصيه وفيها تنمو البلورة في اتجاهين أكثر من الاتجاه الثالث
5- صفائحية وفيها تنمو البللورة في اتجاهين أكثر من الاتجاه الثالث مع زيادة حالة التفلطح .
يرتبط الشكل الخارجي للبللورة بدرجة نموها في الاتجاهات الثلاثة وتختلف درجة التماثل البللوري من بللورة لأخرى فالبللورة المكعبة تحتوي على عدد أكبر من عناصر التماثل حيث أنها متساوية الأبعاد ومحاورها في الاتجاهات الثلاث متعامدة وتقل درجة التماثل البلوري مع اختلاف أطوال المحاور وتغير الزوايا بينها .
تكون المعدن تنقسم المعادن من حيث تركيبها وتكوينها إلى نوعين هما :-
أ – معادن عنصرية ب- معادن غير عنصرية
تتكون من عنصر واحد فقط : الذهب والكبريت والجرافيت والماس - من اتحاد عنصرين مثل الكوارتز والجالينا
- أو أكثر من عنصرين مثل الكالسيت والفلسبار = هذا النوع يمثل غالبية المعادن
2- هناك ثمانية عناصر تكون أكثر من 98 % بالوزن من صخور القشرة الأرضية وهي :-
أكسجين سيليكون ألومنيوم حديد كالسيوم صوديوم بوتاسيوم ماغنسيوم بقية العناصر
46.6% 27.7% 8.1% 5% 3.6% 2.8% 2.6% 2.1% 1.5%
3- يرتبط تكوين المعدن بنوع الصخر الذي يحتويه .كل المعادن غير العنصرية تنشأ من الاتحاد الكيميائي
للعناصر إما في الصهير الماجماني السائل - أو في المحلول الذي ترسب منه الصخر الرسوبي .
يمكن القول أن المعادن تتكون من ارتباط ذرات العناصر معا حسب القوانين الكيميائية الخاصة بالروابط وتساوي مجموع الشحنات الموجبة والسالبة .
4- قليل من المعادن له تركيب كيميائي ثابت لا يتغير مثل الكواتز ( المرو – SiO2 ) .
الخواص الفيزيائية للمعادن
من أهم واجبات ا لجيولوجي يتعرف الجيولوجى على المعادن فى أماكن تواجدها فأنة يستخدم أولا الخواص الظاهرة والتى يمكن ملاحظتها فى العينة اليدوية ليصل الى تعريف المعدن ثم يؤكد ذلك بالطرق المعملية والتي تتطلب أجهزة وتحاليل معقدة
ويمكن تصنيف الخواص الفيزيائية إلى :- خواص بصرية – تماسكية – مغناطيسية – حرارية وغيرها
أولاً : الخواص البصرية : تعتمد على تفاعل المعدن مع الضوء الساقط عليه والمنعكس منه
1- البربق 2- الشفافية 3- عرض الألوان
(هو درجة عكس المعدن للضوء) والمعادن إما أن تكون
أ- ذات بريق فلزي :-تعكس الضوء بدرجة كبيرة يكون المعدن ساطعا أو لامعا – له مظهر الفلزات
ب- ذات بريق لا فلزي يوصف بما يشابهه مثل زجاجي - ماسي -لؤلؤي - حريري
جـ-غير براقة أو مطفي
ترابي أو أرضي . غير براق (قدرة المعدن على إنفاذ الضوء من خلاله)
وهي إما أن تكون
أ- شفافة :يمكن الرؤية بوضوح من خلاله
ب- شبه شفافة يمكن رؤية صورة غير واضحة
جـ- معتمة :
لا ينفذ منها الضوء . (تغير اللون مع حركة المعدن أمام العين بحيث تشد الانتباه)
وتميز الأحجار الكريمة ونصف الكريمة المستعملة فى الزينة (عرض أو تلاعب الألوان)
أ- الماس يفرق الضوء نتيجة انكسارة إلى أحمر وبنفسجي فتعطى أوجهه بريقه عالياً فى كل الاتجاهات.
ب-معدن الأوبال الثمين يتميز بخاصية الألأة أو عين الهر تميز معدن الأوبال حيث يتموج بريق المعدن ذو النسيج الأليافي باختلاف النظر إليه
4- اللون 5- المخدش
(يعتمد لون المعدن على طول الموجة الضوئية المنعكسة منه وتعطي الإحساس باللون
يعتبر اللون أوضح صفات المعدن .ولكنه قليل الأهمية في التعرف على المعدن (علل؟) لأنه يتغير في معظم المعادن حسب نسبة الشوائب أو اختلاف تركيبها الكيميائي (في الحدود المسموح بها )
** بعض المعادن ألوانها ثابتة ويسمى اللون الحقيقي أو المتأصل للمعدن مثل الكبريت (أصفر)-المالاكيت (أخضر) يسمى الجنزارة أو كربونات النحاس المائية .
** بعض المعادن متغيرة اللون 1-معدن السفاليرايت (كبريتيد الزنكZnS ) لونه أصفر شفاف يتحول إلى بني بدخول بعض ذرات الحديد بدلا من الزنك .
2- الكواتز ( المرو ) متعدد الألوان
وردي أو أرجواني (الأميشت) بسبب شوائب من أكاسيد الحديد أو المنجنيز .
اللبني الأبيض ( لون الحليب ) : يحتوي على فقاعات غازية كثيرة .
المدخن المسود : بسبب كسر في بعض الروابط الشفاف يكون نقياً ويسمى البللور الصخري (لون مسحوق المعدن
وينتج من حك المعدن فوق قطعة خزف غير مصقول .)
لون المخدش ثابت لا يتغير في المعادن متغيرة الألوان بتغير نوع او كمية الشوائب
يمكن الاعتماد عليه في التعرف على المعدن
(أدق من اللون) علل ؟ لان لونه ثابت لون المعدن الحقيقى
ثانياً :- الخواص التماسكية:-
1-الصلادة ( الصلابة ) :- ( درجة مقاومة المعدن للخدش أو البري )
درجة نسبية فالمعدن الأكثر صلادة يخدش الأقل منه عند الاحتكاك به .
يمكن تعيين صلادة المعدن باستخدام مقياس قوة الصلادة .
تلك جبس كالسيت فلوريت أباتيت أورثوكليز كواتز توباز كوراندوم ماس
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ملحوظة:-
1-الفرق بين كل معدن والذي يليه درجة واحدة متساوية
فمعدن الجبس أصلد من التلك بنفس درجة صلادة الكواتز عن الأرثوكليز ما عدا الفرق بين الكوراندم والماس فهو كبير جداً .
2-أصلد المعادن هو الماس=-= لذلك يستخدم في قطع وتلميع المعادن (علل؟).
طرق تعيين صلادة معدن فى الحقل او المعمل :-
1- باستخدام أقلام الصلادة : عبارة عن سبائك ذات درجة صلادة محددة .
2- باستخدام أدوات شائعة الاستعمال معلومة الصلادة مثل :-
ظفر الإنسان نصل سكين أو قطعة زجاج لوح المخدش الخزفي مبرد صلب
2.5
يخدش التلك والجبس ولايخدش الكالسيت 5.5 6.5 7
المعادن الشائعة اغلبها ذات صلادة اقل من 6,5 فيسهل التعرف عليها
المعادن النفيسة أو الأحجار الكريمة الطبيعية درجة صلادتها أكبر من 7.5 أما أحجار الزينة المقلدة من مواد زجاجية أو أكسيد ألومونيوم فصلادتها أقل من 6 وذات ألوان زاهية
ويمكن التفرقة بينهما بالكوارتز أو مبرد صلب7
2- الانفصام :- ( قابلية المعدن للتشقق في مستويات ضعيفة الترابط نسبياً ينتج عنها سطوح ملساء عند كسر المعدن أو الضغط عليه ) .نراها ممثلة بخطوط منتظمة البعد والاتجاه على سطح ناعم للمعدن
أنواع الانفصام :-
أ- انفصام في إتجاة واحد مثل الجرافيت (قاعدي) والميكا (صفائحية) .
ب- انفصام في أكثر من مستوى مثل الهاليت (مكعبي) والكالسيت (معيني) .
جـ-بعض المعادن لا يحدث لها انفصام مثل الكوارتز وإنما تنكسر .
3- المكسر :- ( الشكل الناتج من كسر المعدن في مستوى غير مستوى الانفصام) ولا يتبع أي مستويات للتشقق وله عدة أشكال منها :-
أ – محاري مثل الكوارتز . ب- خشن غير منتظم السطح
جـ- مسنن فيه حواف مسننه مثل النحاس وغالبية المعادن في الطبيعة .
4- القابلية للسحب والطرق :-
سهولة وإمكانيات تشكيل المعدن إلى رقائق أو أسلاك عند الطرق أو السحب مثل الذهب والنحاس والفضه
ثالثاً : خواص أخرى :- مثل
1- الوزن النوعي ( ثقيل – متوسط – خفيف )
2- المغناطيسية ( جذب أو تنافر مع المغناطيس ) .
3- حرارية ( درجة انصهار المعادن ) .
خواص مساعدة- مثل :- 1- المذاق ( ملحي – مر ) . 2- الملمس . 3- الرائحة .
التركيب الكيميائي للمعادن:-
المعدن تركيبه الكيميائي المعدن تركيبه الكيميائي
الكوارتز(الرمل) ثاني أكسيد السليكون السفاليريت كبريتيد الزنك
الكالسيت-الرخام الحجر الجيرى كربونات كالسيوم الفلسبار ( سليكات ألومونيوم وبوتاسيوم أو صوديوم أو كالسيوم )
الأنهيدريت كبريتات كالسيوم لامائية المالاكيت كربونات النحاس المائية
الجبس
كبريتات كالسيوم مائية الفحم كربون
