صفحة ٧٦
انظر إلى أهداف الدرس: أنت اليوم بصدد تفكيك مفهوم المعدن، ومعرفة كيف تتكون المعادن، ثم تصنيفها بناءً على خصائصها الفيزيائية والكيميائية. العنصر أمامك هو مادة نقية لا يمكن تفتيتها إلى مواد أبسط بطرائق فيزيائية أو كيميائية. اقرأ الآية الكريمة في سورة الحديد الآية 25، والتي تشير إلى إنزال الحديد لما فيه من بأس شديد ومنافع للناس، لتربط بين العلم والانتفاع بهذه المواد. انظر الآن إلى الشكل 1-3 الذي يعرض بلورات الكالسيت والبيريت، وتأمل كيف تعكس أشكال البلورات الترتيب الداخلي لذراتها. تخيل أن كل ذرة موضوعة بدقة هندسية تفرض هذا الشكل الخارجي الصلب وغير العضوي.
صفحة ٧٧
تابع القراءة لتعلم أن المجمّعات غير العضوية هي التي تخلو من مواد حية أو نشاط حيوي، ولهذا يُعد ملح الطعام معدناً لأنه مستخرج من البحر، بينما الفحم الحجري ليس معدناً لأنه تكون من مواد عضوية قبل ملايين السنين. تأمل الشكل 3-2 الذي يوضح قطعة من الكوارتز ببلورة مقطوعة ضمن كسر في الصخر. انظر إلى تعريف البناء البلوري المحدد، وهو يعني أن الذرات مرتبة في بناء هندسي منتظم ومتكرر. أما بالنسبة للمواد الصلبة ذات التراكيب المحددة، فلاحظ أن الكوارتز يتكون من صيغة كيميائية معينة هي حيث ترتبط كل ذرة سيليكون بذرتين من الأكسجين. وفي المقابل، تظهر في الشكل 3-3 أمثلة لمعادن مكونة من عنصر واحد كالكبريت والنحاس والفضة.
صفحة ٧٨
انظر إلى الشكل 3-4 الذي يوضح الفلسبار البلاغيوريزي، وكيف يتغير نطاق التركيب الكيميائي لبعض المعادن تبعاً للظروف التي تتكون عندها بلوراتها. لاحظ معدن الأنبورثيت الغني بالكالسيوم والذي يتكون في درجات حرارة مرتفعة، وعندما يتبلور في درجات حرارة متوسطة يدخل الصوديوم والكالسيوم معاً في البناء البلوري منتجين طبقات متبادلة تسمح للضوء بالانكسار والتشتت، كما في اللابرادوريت. انتقل الآن لعنوان صخور تتكون من معادن، وتذكر أنه رغم وجود ثلاثة آلاف معدن في القشرة الأرضية، فإن ثلاثين معدناً فقط هي الأكثر شيوعاً. ثمانية عناصر فقط تشكل معظم صخور القشرة الأرضية، وهي: الأكسجين، والسيليكون، والألومنيوم، والحديد، والكالسيوم، والصوديوم، والبوتاسيوم، والماغنسيوم. انظر إلى معادن تتبلور من الصهارة، واعلم أن المادة المصهورة تتكون وتتجمع تحت سطح الأرض، ولأن كثافتها أقل من الصخور الصلبة المحيطة بها، فإنها تصعد نحو طبقات الأرض العليا الباردة لتتبلور. إن بردت ببطء في الأعماق فلديها وقت كافٍ لتترتب الذرات وتتكون بلورات كبيرة الحجم كصخر الجرانين في الشكل 3-5، وإن بردت بسرعة تتكون بلورات صغيرة.
صفحة ٧٩
المعادن المتبلورة من المحاليل تذوب فيها الأملاح في مياه المحيطات مكونة محلولاً ملحياً، وعندما يصبح المحلول مشبعاً بمادة مذابة لا يمكنه إزابة المزيد منها، وإذا ذابت كمية أكبر يصبح فوق المشبع، وتبدأ الذرات المنفردة بالترابط لتكون بلورات المعادن. انظر إلى الشكل 3-6 الذي يوضح تكون المتبخرات الملحيّة في سبخة القصب في المملكة العربية السعودية نتيجة تبخر الماء المالح. انتقل إلى عنوان تعرف المعادن، وتأمل الشكل 3-7 الذي يوضح بلورات مكتملة بأشكال بلورية مميزة كالهاليت (ملح الطعام) الذي تكون بلوراته مكعبة الأوجه، وبلورات الكوارتز ذات النهايتين المدببتين والمحاطة بستة أوجه جانبية. تذكر أن البلورات المكتملة النمو نادرة الشكل، ولذا يعتمد الجيولوجيون على اختبارات عديدة للتعرف على المعادن تشمل الشكل البلوري، والبريق، والقساوة، والانفصام، والمكسر، والمخدش، والوزن النوعي.
صفحة ٨٠
البريق هو الكيفية التي يعكس بها المعدن الضوء الساقط على سطحه، وهو نوعان: فلزي ولافلزي. المعادن ذات البريق الفلزي لها سطوح لامعة تعكس الضوء كالسيارات المصنوعة من الكروم، بينما المعادن ذات البريق اللافلزي كالطلك والكالسيت والجبس لا تلمع كالفلزات بل توصف بأنها باهتة أو لؤلؤية أو شمعية أو حريرية أو أرضية (مطفية)، كما يظهر في الشكل 3-8 مقارنة بين مظهر الطلك والكاولينيت. انتقل إلى القساوة، وهي مقياس لقابلية المعدن للخدش، وقد طوّر الجيولوجي الألماني فريدريك موهس مقياساً يقارن قساوة المعادن المجهولة بعشر معادن معلومة القساوة، ممثلاً بالدرجة رقم 1 للطلك وحتى الرقم 10 للألماس. تأمل صندوق مهن مرتبطة بالمعادن لتعرف دور مهندس التعدين في تقييم جدوى مواقع استخراج المعادن وتحديد مدى الإفادة منها.
صفحة ٨١
انظر إلى الجدول 3-1 مقياس موهس للقساوة، وتأمل كيف ترتبط قساوة بعض المواد الشائعة بهذا المقياس؛ فظفر الإصبع قساوته 2.5، وقطعة نحاسية 3.5، ومسمار حديدي 4.5، والزجاج 5.5، ونصل السكين 6.5، وقطعة بورسلان 7. انتقل إلى الانفصام والمكسر؛ فالمعادن تنكسر بسهولة عند المستويات التي تكون الروايط الذرية عليها ضعيفة، ويقال للمعدن الذي ينقسم بسهولة وبشكل مستوٍ في اتجاه واحد أو أكثر إنه له انفصام، مثل المايحا الذي ينفصام إلى رقائق بسبب ضعف القوى. أما الكوارتز فيكسر بدون انتظام بحوان متعرجة بسبب الترابط الذري المحكم، ويقال عن المعادن التي تنكسر بحواف خشنة متعرجة إن لها مكسراً، كالمكسر المحاري الذي يشبه زحاريف أصداف المحار. بالنسبة للمخدش، فهو ترك المعدن الذي يُخدش بقطعة البورسلان مسحوقاً ملوناً على سطحها، ويُعد المخدش مفيداً جداً في تعرف المعادن اللافلزية، وقد لا يشبه مخدش المعدن الفلزي لونه الخارجي، كما في الهيماتيت الذي قد يكون لونه فضياً ومظهره صدئاً ولكن مخدشه أحمر إلى بني.
صفحة ٨٢
تأمل الشكل 3-11 الذي يوضح الهاليت وانفصامه المكعبي التام حيث ينكسر إلى قطع بزوايا 90 درجة، بينما معدن الكوارتز يمتنع عن الانفصام لقوة الروابط فيه ومكسره المحاري. انتقل إلى اللون، وهو من أقل الخصائص الملاحضة في المعدن لتعرفه لأنه ينتج أحياناً عن وجود بعض العناصر النادرة أو المركبات داخل المعدن؛ فعلى سبيل المثال يكون الكوارتز أبيض اللون كما في الشكل 2-3، ولكنه يوجد بألوان مختلفة كما في الشكل 13-3 بسبب وجود عناصر نادرة فيه. اقرأ خطوات تجربة "تعرف الانفصام والمكسر" في الجزء الأول والثاني، وتذكر المطلوب منك: احصل على عينات معادن، وصنفها في مجموعتين (الأولى لها انفصام والأخرى لا انفصام لها)، ورتب المعادن التي لها انفصام من مستوى الانفصام الأقل إلى الأكثر، ولاحظ عدد المستويات التي تظهرها كل عينة لتتعرف عليها إن استطعت.
صفحة ٨٣
انظر إلى الشكل 13-3 لتلاحظ تنوع ألوان عينات الكوارتز مثل الجاسبر الأحمر والجمشت والسترين والكوارتز الوردي. انتقل إلى الكثافة والوزن النوعي؛ فقد يكون لمعدنين أحياناً الحجم نفسه، إلا أن كليهما مختلفان بسبب اختلاف كثافتهما. فإذا كانت لديك عينتان من الذهب والبيريت لهما الحجم نفسه، فسوف تكون كتلة الذهب أكبر لأن كثافته أكبر. الكثافة هي الكتلة مقسومة على الحجم بالعلاقة حيث M الكتلة وV الحجم. ولأن الكثافة لا تعتمد على شكل أو حجم المعدن فإنها وسيلة ناجحة لتعرف المعادن، ويسمى مقياس الكثافة الأكثر استخداماً من قبل الجيولوجيين الوزن النوعي ، وهو النسبة بين كتلة المادة إلى كتلة حجمها من الماء في درجة حرارة . فمثلاً، الوزن النوعي للبيريت 5.2، والوزن النوعي للذهب النقي 19.3. انتقل إلى النسيج الذي يصف ملمس المعدن، ويُعد هذه الخاصية غير مميزة للمعادن بمفردها، ويمكن وصف النسيج بأنه ناعم أو خشن أو متعرج أو شحمي أو صابوني، مثل نسيج الفلوريت الناعم، بينما نسيج الطلك في الشكل 8-3 شحمي.
صفحة ٨٤
تأمل الشكل 14-3 الذي يوضح عينة الفلوريت بوصفها ناعمة، مع اختلاف الإحساس بالنسيج من شخص لآخر. انتقل إلى الجدول 2-3 "صفات خاصة ببعض المعادن" والذي يلخص الصفات الخاصة التي يمكن استعمالها في تعرف المعادن، ومنها: المغناطيسية التي تحدث بين المعادن المحتوية على الحديد مثل الماجنيتيت والبيروتيت، والانكسار المزدوج الذي يحدث عندما يمر شعاع ضوئي عبر معدن وينقسم إلى شعاعين مثل سبار أيسلند، وفوران الهيدروكلوريك مع الكالسيت لتصاعد الفقاعات معدثة صوتاً للفوران، وتعدد الألوان الذي يسبب انكسار الأشعة الضوئية كما في اللابرادوريت، والتضوع (الفلورة) التي تحدث عندما تتعرض بعض المعادن للأشعة فوق البنفسجية التي تجعلها تتوهج في الظلام مثل الفلوريت والكالسيت.
صفحة ٨٥
انظر إلى خلاصة الدرس في التقويم 1-3 لتتذكر أن المعدن مادة صلبة غير عضوية توجد في الطبيعة، ولها مكونات كيميائية محددة، وترتيب ذري منتظم، وأن البلورة مادة صلبة ترتب الذرات فيها وفق ترتيب معين بصورة متكررة، وتتكون المعادن من الصهارة أو من محاليل فوق مشبعة. انظر إلى أسئلة فهم الأفكار الرئيسة: اذكر سببين لعدم اعتبار النفط معدناً، وعرّف المقصود بأن المعادن تتشكل بصورة طبيعية، وقارن بين تكون المعادن من الصهارة ومن المحاليل، وميّز بين الخواص الأكثر مصداقية والأقل مصداقية للمعادن. انتقل إلى التفكير الناقد: وضح كيف يمكنك فحص قساوة معدن الفلسبار باستخدام كل مما يأتي: قطعة زجاج، عملة نحاسية، قطعة بورسلان. توقع مدى نجاح الفحص المخبري الذي يقوم به الطلاب لمقارنة المخدش واللون لكل من الفلوريت والكوارتز والفلسبار. أجب عن سؤال الرياضيات في الجيولوجيا: احسب حجم من الذهب النقي، إذا علمت أن كثافة أن كثافة الذهب هي .
