الصخور النارية

تجربة استهلالية: تصنيف الصخور تتنوع الصخور في الطبيعة، وتختلف في ما بينها من حيث الخصائص مثل اللون وحجم الحبيبات، ولكنها تشترك معا في خصائص رئيسة استند إليها العلماء في عملية تصنيفها. المواد والأدوات: عينات صخرية متنوعة، أدوات تحديد القساوة، عدسة مكبرة، حمض الهيدروكلوريك (HCl) المخفف، مطرقة، قطارة. إرشادات السلامة: - الحذر في أثناء استعمال حمض الهيدروكلوريك المخفف، والمطرقة. - غسل اليدين جيدًا بالماء والصابون بعد الانتهاء من تنفيذ التجربة. خطوات العمل: 1- أرقم العينات الصخرية. 2- أتفحص خصائص العينات الصخريةِ بالعين المجردة، وباستعمال العدسة المكبرة، من مثل: الملمس، وحجم الحبيبات، ووجود بقايا كائنات حية (أحافير) فيها، واللون، والقساوة، واحتوائها على طبقات رقيقة، وتفاعلها مع حمض الهيدروكلوريك المخفف، ثم أدون ملاحظاتي. 3- أصنف العيّنات الصخرية بناء على ملاحظاتي، وأذكر المسوغ الذي اعتمدت عليه في عملية التصنيف، ثم أكتب النوع المقترح للصخر. التحليل والاستنتاج: 1- أقارن بين الأنواع المقترحة للصخور. ما أوجه التشابه والاختلاف بينها؟ تتنوع إجابات الطلبة، وتتعدد بناء على العينات المستخدمة، ولكن قد يجد الطلبة أن جميع العينات صلبة، وتتكون من معادن، وأن بعض الصخور تتشابه في ما بينها، وأن بعضها الآخر يختلف في الخصائص المدروسة، مثل: اللون، والملمس، والتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك المخفف. 2- أقارن تصنيفي للعينات الصخرية بتصنيفات زملائي. هل يوجد بينها تشابه أم اختلاف؟ تتنوع الإجابات وتتعدد بحسب تصنيفات كل مجموعة. 3- أحدد الخصائص الرئيسة التي يمكن تصنيف الصخور على أساسها. قد يحدد الطلبة بعض الخصائص (مثل وجود الأحافير في بعض الصخور أو النسيج) على أساس أنها من الخصائص الرئيسة التي تستخدم في التصنيف.

دورة الصخور Rock Cycle
استفاد الإنسان من الصخور ومكوناتها المعدنية على مر العصور،  إذ استخدمها في بناء مسكنه، وصنع أسلحته، واستخرجَ منْها عديدًا منَ العناصرِ، مثلَ: الحديدِ، والنحاسِ.
وقد اهتم العلماء قديما وحديثا بدراسة الصخور والمعادن، وبحثوا في خصائصها، وأماكن وجودها، وكيفية نشأتها. وزاد هذا الاهتمام في ظل التقدم العلمي.
صنف العلماء صخور القشرة الأرضية بحسب طريقة نشأتها وتكونها إلى ثلاثة أنواع رئيسة، هي:

- الصخور النارية Igneous Rocks

- الصخور الرسوبية Sedimentary Rocks 

- الصخور المتحولة Metamorphic Rocks

ترتبط هذه الأنواع الثلاثة بعلاقات متبادلة عن طريق العمليات الجيولوجية المختلفة؛ إذ يتغير كل نوع منها إلى الآخر في دورة تسمى دورة الصخور Rock Cycle.

أنظرُ الشكل الآتي الذي يمثل هذه الدورة.

سؤال الشكل (1): أُحدد: ما المرحلة التي يجب أن تمر بها الصخور جميعا لتُشكل الصخور النارية؟

يجب أن تمر الصخور بمرحلة الانصهار حتى تصبح صخورًا نارية بعد تبريدها وتبلورها مرة أخرى.

تنشأ بعض أنواع الصخور النارية في باطن الأرض من تبريد الماغما وتبلورها.

الماغما Magma: هي صُهير يتكون معظمه من السليكا، ومن غازات أهمها بخار الماء.

عندما تتعرض الصخور النارية المتكونة في باطن الأرض لعمليات جيولوجية تعمل على رفعها، فإنها تتكشف على سطح الأرض، وتحدث عليها عمليات التجوية والتعرية، أنظر الشكل الآتي:

 

ويؤدي ذلك  إلى تفتت الصخور، وتكون الفتات الصخري الذي قد ينقل بفعل الرياح أو الماء إلى أماكن أخرى تسمى أماكن الترسيب، فيستقر فيها، ويتراكم مشكلا الرسوبيات بعملية تسمى الترسيب. وحين تتراكم الرسوبيات، وتدفن، فإنها تتصخر مكونة الصخور الرسوبية.
عند تعرض الصخور الرسوبية المتكونة لضغط وحرارة عاليين دون درجة الانصهار، فإنها تصبح صخورا متحولةً. وقد تنصهر هذه الأنواع الثلاثة عند دفنها في أعماق كبيرة بباطن الأرض نتيجة الحرارةِ العاليةِ، فتتشكل الماغما مرة أخرى.

أتحقق: ما الفرق بين الفتات الصخري والرسوبيات؟

الفتات الصخري: نواتج عمليات التجوية والتعرية قبل وصولها إلى عمليات الترسيب وتراكمه.
الرسوبيات: تجمُّع الفتات الصخري، وتراكمه في أحواض الترسيب، بعد نقله عن طريق عوامل التعرية المختلفة.

تكون الصخور النارية Igneous Rocks Formation
كيف تنشأ الصخور النارية؟

من تبريد الماغما وتبلورها في باطن الأرض. 

تتراوح درجات حرارة الماغما بين $700° C - 1300° C$ . وعندما تخرج الماغما من باطن الأرض إلى سطحها، فإنها تسمى اللابة Lava وهي تمتاز عن الماغما بفقدانها كمية كبيرة من الغازات التي كانت ذائبة فيها.
تختلف أنواع الصخور النارية المتكونة باختلاف نوع الماغما المكونة لها، علما بأن أكثر العناصر الرئيسة شيوعًا في الماغما هيَ العناصر الشائعة نفسها في صخور القشرة الأرضية: الأكسجين، والسليكون، والألومنيوم، والحديد، والكالسيوم، والصوديوم، والبوتاسيوم، والمغنيسيوم. ونظرًا إلى وفرة عنصري السليكون والأكسجين في الماغما، فإن ثاني أكسيد السليكونِ SiO₂ هو أكثر المركبات المكونة للمعادن في الصخور النارية.
 

أفكر تتكوَّنُ الماغما والقشرة الأرضية من عناصر رئيسة كما في النص المجاور. أفكر ما العلاقة بين نسبة عنصري الأكسجين والسليكون في الماغما، ووفرة المعادن السليكاتية في صخور القشرة الأرضية؟ أُناقش معلمي وزملائي في النتائج التي أتوصل إليها. عنصري الأكسجين والسليكون يُمثِّلان نحو 73.7 % من نسبة العناصر في الماغما؛ لذا، فإنَّ معظم القشرة الأرضية تتكوَّن من معادن سليكاتية، تمثل 92 % تقريبًا من المعادن، علما بأنَّ أكثر المعادن السليكاتية وفرة في الأرض هي الفلسبار والكوارتز.

تُصنف الصخور النارية بحسب أماكن تبلورها إلى:

- الصخور النارية الجوفية Intrusive Igneous Rocks: هي الصخور التي تنشأ نتيجة تبريد الماغما وتبلورها ببطءٍ في باطن الأرض.ومن أمثلتها صخر الغرانيت.

- الصخور النارية السطحية Extrusive Igneous Rocks: هي الصخور التي تنشأ بفعل تبريد اللابة وتبلورها بصورة سريعة على سطح الأرض، أنظر الشكل الآتي الذي يمثل صخور نارية سطحية، ومن أمثلتها صخور البازلت.

تتكشَّف الصخور النارية الجوفية في جنوب الأردن، وبخاصة الصخور الغرانيتية. أمّا الصخور النارية السطحية، ولا سيما الصخور البازلتية، فتوجد في مناطق عدة من الأردن، مثل: المناطق الشمالية الشرقية، والمناطق الوسطى، أنظرُ الشكل الآتي والذي يمثل إحدى الصخور النارية السطحية المتكشفة في الأردن.

أتحقق: أُفسر سبب اختلاف اللّابة عن الماغما بالرغم من أنهما يمثلان صخورًا مصهورةً.

لأن الصخور المصهورة (الماغما) تفقد جزءًا من الغازات الذائبة فيها، وتقل درجة حرارتها عندما تخرج من باطن الأرض إلى سطح الأرض، في ما يُعرَف باللابة.

 

أشكال الصخور النارية Igneous Rocks Landforms
توجد الصخور النارية الجوفية بأشكال مختلفة في الطبيعة، مثل:

 الباثوليث Batholith: هو أكبر الأجسام الصخرية الجوفية، وقد يمتد إلى مئات الكيلومترات.

اللاكوليث Laccolith: هو أحد أشكال الصخور النارية الأصغر حجمًا من الباثوليث، ويوجد قرب سطح الأرض، ويكون مُدبب الشكل من الأعلى.

القواطع النارية Dykes: هي صخور نارية تتبلور في الشقوق الصخرية أو الصدوع، وتقطع الصخور بشكل عمودي أو مائل.

المُندسَّة النارية Sill: هي صخور نارية تتبلور في الشقوق الصخرية أو الصدوع، وتكون أفقية موازية للطبقات.

الصخور النارية السطحية، فتوجد في صورة:

براكين مختلفة الأنواع.

طفوح بركانية (حَرّات) Flood Basalts: وهي صخور تتصلب من اللابة المُتدفقة من الشقوق، وتمتد إلى مساحات واسعة.

أنظر الشكل الآتي الذي يبين أشكال الصخور النارية في الطبيعة.

سؤال الشكل (5): أُقارن بين الباثوليث واللاكوليث من حيث الحجم.

الباثوليث أكبر حجما من اللاكوليث.

التجربة 1: علاقة معدل التبريد بحجم البلورات تمتاز الصخور النارية الجوفية بكبرِ حجم بلّوراتها، خلافًا للصخور النارية السطحية التي تمتاز بصغر حجم بلّوراتها، اعتمادًا على سرعة تبريد الماغما أو اللابة. المواد والأدوات: كبريتات النحاس (CuSO4)، وماء ساخن، وخيط قطني، وقلم رصاص، ووعاءان زجاجيان سعة كل منهما (300ml)، وثلاجة أو حافظة حرارة، وعدسة مكبرة، وساعة توقيت، وميزان حرارة، ونظّارات واقية، وقفافيز حرارية، وملعقة فلزية. إرشادات السلامة: - ارتداء النظارة الواقية والقفازين قبل البدء بتنفيذ التجربة. - الحذر من انسكاب الماء الساخن على الجسم. - غسل اليدين جيدًا بالماء والصابون بعد استخدام مادة كبريتات النحاس. - الحذر عند استخدام الوعاءين الزجاجيين؛ خشية الإصابة بجروح في حال كسر أحدهما أو كليهما. خطوات العمل: 1- بالتعاون مع زملائي، أُحضر محلولا مشبعًا من كبريتات النحاس في الوعاءين باستخدام الماء الساخن. 2-أضع أولا في كل وعاء (100ml) من الماء الساخن، ثم أُضيف تدريجيا كميّات متساوية من كبريتات النحاس في الوعاءين. 3- أُحرك المحلول في الوعاءين بالملعقة حتى يصبح المحلول في الوعاءين مشبعًا. 4- أضع في كل وعاء خيطًا مربوطًا بقلم، وأجعل الخيط يتدلّى في الوعاء، بحيث ينغمر كلا الخيطين في المحلول المشبع، ثم أطلب إلى زميلي تدوين الوقت ودرجة الحرارة في غرفة المختبر. 5- أترك أحد الوعاءين يبرد في درجة حرارة الغرفة، وأضع الوعاء الآخر في الثلاجة ، أو في الحافظة الحرارية. 6- أُراقب تشكل البلّورات على جوانب الوعاءين، وعلى الخيط في كل منهما، ثم أدون الوقت الذي بدأت فيه البلورات تتشكل، وأحرص على مراقبة عملية تبريد الوعاءين في مدد محددة. 7- ألاحِظ المحلول الذي برد على نحو أسرع، ثم أدون نتائجي. 8- أرسم شكل البلّورات التي أشاهدها، ثم أكتب وصفا لها. التحليل والاستنتاج: 1. أقارِنُ بين حجم البلّورات في الوعاءين. حجم البلّورات في الوعاء الذي برد في درجة حرارة الغرفة أكبر من حجم البلّورات التي بردت في الثلاجة. 2. أحسب الوقت الذي استغرقه تبلور كبريتات النحاس في الوعاءين. ستتعدد الإجابات، ولكن تبلور كبريتات النحاس في الوعاء الموجود في درجة حرارة الغرفة سيستغرق وقتًا أكبرَ. 3. أستنتج العلاقة بين حجم البلّورات وسرعة التبلور. كلما زادت سرعة التبلور قلَّ حجم البلّورات الناتجة. 4. أُفسر: لماذا تمتاز البلّورات التي تبرد سريعًا بصغر حجمها؟ تكون البلّورات التي تبرد سريعًا صغيرة الحجم، لأنها لا تحصل على الوقت الكافي لنموها.

تصنيف الصخور النارية Classification of Igneous Rocks
تصنف الصخور النارية بحسب مكان تبريدها وتبلورها إلى:

- صخور نارية جوفية.

- صخور نارية سطحية.

ويصنف العلماء الصخور النارية أيضا بناء على خصائص أخرى، منها:
النسيج.

التركيب الكيميائي والمعدني.

أولا: النسيج Texture
يصف النسيج حجم البلّورات، وشكلها، وترتيبها في داخل الصخر. وهو يرتبط بسرعة تبريد الماغما الذي يعتمد على مكان تبلور الصخر الناري.

النسيج خشن الحبيبات Coarse Grained Texture: يوجد في الصخور النارية الجوفية والتي تمتاز عامة بكبر حجم بلّوراتها.

النسيج ناعم الحبيبات Fine Grained Texture: يوجد في الصخور النارية السطحية والتي تمتاز  ببلّورات صغيرة الحجم لا ترى بالعين المجردة.

أنظر الشكل الآتي:

سؤال الشكل (6): أُفسر: لماذا يعد نسيج الريوليت نسيجا ناعم الحبيبات؟

لأن بلّورات الريوليت صغيرة الحجم، ولا ترى بالعين المجردة.

 النسيج الزجاجي Glassy Texture: يتكون عند تعرض اللابة المنسابة على سطح الأرض لتبريد مفاجئ وسريع جدا، فإن البلورات لا تتكون فيها. وعوضا عن ذلك، ترتبط ذراتها بعضها ببعض عشوائيا، وتتصلب.

أنظر الشكل الآتي والذي يمثل النسيج الزجاجي في صخر الأوبسيديان.

النسيج السماقي (البورفيري) Porphyritic Texture: يكون النسيج على شكل بلورات كبيرة مرئية محاطة ببلورات صغيرة غير مرئية.
وقد عزا الجيولوجيون سبب تكون هذا النسيج إلى تبريد الماغما على مرحلتين:

- الأولى يحدث فيها تبريد بطيء للماغما في باطن الأرض، فتتشكل بلورات كبيرة الحجم.

- الثانية يحدث فيها تبريد سريع للماغما قرب سطح الأرض، أو تبريد سريع للابة على سطح الأرض، فتتبلور بلورات صغيرة تتجمع حول البلورات الكبيرة المتشكلة سابقا، أنظر الشكل الآتي:

النسيج الفقاعي Vesicular Texture : يتكون نتيجة لخروج الغازات من اللابة وهي على سطح الأرض، فتتكون مجموعة من الفجوات أو الثقوب التي تميز هذا النسيج، وهو ما يمكن أن نلحظه في صخر الخفاف، أنظر الشكل الآتي: 

أتحقق: كيف يتكون النسيج الزجاجي؟

عندما يحدث تبريد سريع جدًّا للابة، فإن الذرات المكونة لها لا تشكل بلّورات لعدم توافر الوقت الكافي لذلك؛ ما يؤدي إلى ارتباط الذرات بعضها ببعض عشوائيًّا، مكونة نسيجًا زجاجيًّا.

ثانيا: التركيب الكيميائي والمعدني Chemical and Mineral Composition
تصنف الصخور النارية بناء على نسبة السليكا والتركيب المعدني إلى أربعة أنواع رئيسة، هي:

- الصخور الفلسية Felsic Rocks

-الصخور المتوسطة Intermediate Rocks 

-الصخور المافية Mafic Rocks

- الصخور فوق المافية Ultramafic Rocks

أنظر الشكل الآتي الذي يبين العلاقة بين التركيب المعدني، ونوع الصخور، ومكان التبلور.

الصخور الفلسية: هي صخور نارية تحتوي على معادن غنية بالسليكا، مثل: الفلسبار البوتاسي، والمسكوفيت، والكوارتز. وهي تمتاز بألوانها الفاتحة، ومن أشهر صخورها: الغرانيت، والريوليت.

الصخور المتوسطة: هي صخور نارية تحتوي على معادن سليكاتية متوسطة الغنى بالسليكا، وتكون ألوانها بين الفاتح والغامق. وهي تتكون من معادن البلاجيوكليز الصودي، والبيوتيت، والأمفيبول. ومن الأمثلة على هذه الصخور: صخور الديوريت، وصخور الأنديزيت.

الصخور المافية: هي صخور غامقة اللون بسبب احتوائها على معادن غنية بالحديد والمغنيسيوم، مثل: معادن البيروكسين، والأمفيبول، ومعادن البلاجيوكليز الكلسي الصودي. ومن الأمثلة على هذه الصخور: صخور الغابرو، وصخور البازلت.

الصخور فوق المافية: هي صخور قاتمة تحتوي على نسبة منخفضة من السليكا، وتتكون في مجملها من معادن الأوليفين، والبيروكسين. ومن أشهر الأمثلة عليها: صخور
البيريدوتيت، وصخور الكوماتيت، أنظر الشكل الآتي الذي يمثل صخر البيريدوتيت.

أتحقق: أصنف صخر الديوريت بناء على تركيبه المعدني، مبينا المعادن المكونة له.

يُصنَّف صخر الديوريت بحسب تركيبه المعدني إلى صخور متوسطة، ويتكوَّن من معدني البلاجيوكليز والأمفيبول، وقد يحتوي على البيوتيت، أو البيروكسين، أو الكوارتز.