تقرير [جاهز] عن التجوية الكيميائية جيولوجيا عاشر ف2 للصف العاشر

المقدمة:

إذا كانت الجبال هى النتيجة المباشرة للعمليات الداخلية فإن هناك أيضا عمليات خارجية تؤدى دورا مكملا للعمليات الداخلية فى تكوين معالم وظواهر سطح الأرض .
ولعل الدور الأكبر الذى تؤديه تلك العمليات الخارجية هى إزالة تلك الجبال وجعلها حطاما ونقل هذا الحطام من أماكنه الأصلية إلى أماكن أخرى ثم ترسبيه إياه .
ويطلق على هذه العمليات أسم شامل لها وهو التعرية Denudation وتشمل كلا من التجوية weathering والنقل Transportation والترسيب Deposition ولكل منها عوامله ووظائفه ونتائجه .

الموضوع:

التجـــوية :
التجوية هى أولى مراحل تلك العمليات الثلاث والتى تنتهى بالترسيب مع الأخذ فى الاعتبار أنه لا يوجد فاصل بين عملية وأخرى بل إن العمليات الثلاث تتداخل فيما بينهما فى معظم الأحيان .
والتجوية ـ من ناحية أخرى ـ ليست ظاهرة جيومورفولوجية فحسب بل أنها من أكثر الظواهر الجيولوجية أهمية لحياة الإنسان لسبب بسيط للغاية وهو أن التربة الزراعية التى لا يستقيم للنبات الحياة بدونها إنما هى من حصيلة التجوية ونتائجها . كما أن بعض نواتج التجوية هى فى الحقيقة الأمر تمثل تجمعاً معدنيا له قيمة اقتصادية فى الحياة البشر .
وهو ما سوف نفصله فيما بعد وتنقسم التجوية إلى قسمين : ـ

أ) تجوية فيزيائية ( ميكانيكية ) Physical Weathering ( Mechanical ) :
ويقصد بهذا النوع من التجوية ، العمليات الطبيعية التى تؤدى إلى تحطيم الصخر وتفككه إلى فئات وحطام صخرى دون المساس بالتركيب الكيميائى ويرادف التجوية الفيزيائية مصطلح التفكك ( التفتت ) Disintegration .

ب) التجوية الكيمائية :
وتنشأ عادة من تفاعل الماء ومكونات الهواء الغازية مع المعادن المكونة للصخور فتحول بعض المعادن إلى معادن أخرى.

ويرادف التجوية الكيميائية مصطلح التحلل Decomposition والتجوية الميكانيكيــة ( التفكك) والتجوية الكيميائية ( التحلل ) تعملان معا فى الغالب وربما سادت أحداهما على الأخرى حسب الظروف المناخية وعلى سبيل المثال فإن التحلل يسود فى المناطق الرطبة والدافئة بينما يسود التفكك فى المناطق الصحراوية الجافة .
وفيما يلى عرض لأهم عوامل التجوية الميكانيكية : ـ
1 – التمدد والانكماش الحرارى Thermal Expansion and Contraction :
تعتبر الصخور بصفة عامة من المواد الرديئة التوصيل الحرارة و لما كان الصخر ـ أى صخر ـ يتكون من عدة
معادن وأن لكل معدن خصائصه الحرارية الخاصة به سواء أكانت هذه الخصائص تتعلق بمعامل التمدد أو الحرارة النوعية . فإن تأثير درجات الحرارة يظهر واضحا على الصخور مع البعد الزمنى الكبير .

فاختلاف درجات الحرارة وهو اختلاف كبير فى المناطق الصحراوية بين الليل والنهار الذى قد يصل فى بعض الأحيان إلى 35مْ فى اليوم الواحد وهناك أيضا الفروق الموسمية بين الفصول المختلفة . كل هذا يؤدى إلى تكرار عملية تمدد المعادن وانكماشها وبالنظر إلى اختلاف معاملات التمدد الحرارى للمعادن فإنها تعمل بمرور الزمن على التفكك من بعضها البعض من خلال الضغوط الناتجة من تمدد المعادن بالحرارة مما يؤدى إلى إجهاد Stress الصخـر وبالتـالى خلخـلة المستويـات العليا من الصخر وكونا غطاء من الفتات الصخرى . وتعرف هذه العلمية باسم التقشر Exfoliation . وعندما يزال هذا الغطاء بفعل الرياح أو المياه الجارية فإن الصخر يصبح معرضا لتكرار نفس التأثير … وهكذا .

2 – أثر تجمد المياه Frost Wedging :
كثيرا ما تحتوى الصخور على شقوق وفواصل ومسام صخرية وعندما يتغلغل فيها الماء وبتأثير الحرارة المنخفضة التى تصل إلى ما دون الصفر التي يتجمد فيها الماء .
وينتج عن تجمد الماء وتحوله إلى جليد زيادة نسبيا فى الحجم تصل إلى 10% وتسبب هذه الزيادة ضغطا على الشقوق والفواصل والمسام الأمر الذى يؤدى إلى اتساعها وبتكرار عملية التجمد يتفكك الصخر إلى حطام صخرى .
ويتضح تأثير تجمد المياه فى المناطق الباردة ومنحدرات الجبال حيث تكثر بها الفواصل وتعرف نواتج هذا التأثير بالتالوس Talus وهى رواسب من الفئات الصخرى غير منتظم الأجزاء ويتميز بزواياه الحادة والمتراكم حول سفوح التلال والجروف .

3 – إزالة الحمل Unloading :
من المعروف أن الصخور فى حالة إتزان مع بعضها البعض بمعنى أن الطبقات السفلى من الصخور فى حالة إتزان ـ من حيث الضغط ـ مع الطبقات التى تعلوها لأن الضغط هنا متجانس فى جميع الاتجاهات . فإذا حدث ترسيب بعد ذلك فإن الضغط يزداد على الطبقات السفلى . ولا يحدث لهذه الطبقات أى تشوه ما لم يتعد الضغط الواقع عليها حد المرونة . وكل ما هناك أنه سوف يحدث تغير فى الحجم بحيث تنضغط الطبقات السفلى بتأثير الضغط الناتج من زيادة الحمل .
فإذا أزيل هذا الحمل بسبب عمليات التعرية فإنه سوف يحدث إختلال فى حالة الاتزان القائمة والتى سادت ما بين الضغط الخارجى ( من طبقات الصخور العلوية ) والضغط الداخلى المضاد لاتجاه الضغط الخارجى ( من طبقات الصخور السفلية) .
وكرد فعل لهذا الاختلال فى الإتزان فإن الضغط الداخلى سوف يعمل على إعادة الطبقات السفلية ـ التى تقلص حجمها ـ إلى حجمها الأصلى الذى كانت عليه قبل زيادة الحمل مما يؤدى إلى تكوين مجموعة من الشقوق والفواصل موازية للسطح الخارجى للطبقات الصخرية مما يؤدى إلى عملية التقشر ويختلف سمك هذه القشور أو الصفائح Sheets من عدة سنتيمترات قرب السطح إلى عدة أمتار فى الأعماق .

4 – تأثير الغلاف الحيوى Biosphere effect :
ويتلخص تأثير الغلاف الحيوى فى كل من فعل النبات والحيوان والإنسان .وفيما يلى تفصيل لتأثير كل منهما : ـ
أ ) النبات :
عندما يمد النبات جذوره فى التربة أو الشقوق والفواصل الصخرية فإنه الحقيقة يزيد من اتساع تلك الشقوق والفواصل كما أن نمو الجذور يؤدى إلى نشوء قوى ضغط شديدة على الصخور فتعمل على تحطيمها .
ب) الحيوان :
إن الكثير من الحيوانات التى تتخذ من أديم الأرض مأوى لها تساهم إلى حد كبير فى عمليات التجوية الميكانيكية . فالحيوانات الحافرة Burrowing مثل ديدان الأرض والحيوانات القارضة Rodents كالأرانب والفئران وكذلك النمل الأبيض Termites تعمل على تفتيت المواد الصخرية وجعلها حطاما وفتاتا من السهل بعد ذلك نقلها بفعل عوامل المختلفة .

ج) الإنسان :
إن النشاط الإنسانى قد ساهم إلى حد كبير فى التجوية الميكانيكية فبناء المدن والمجتمعات السكانية وما يتبعها من شق الطرق قد أدى إلى إزالة ما يعترضه من تلال . كما أن أعمال المناجم والمحاجر وحفر الاتفاق قد أدى بالتبعية إلى إزالة الغطاء الصخرى فى سبيل الوصول إلى مواضع الطبقات الحاملة للخدمات .
ولاشك أيضا أن اقتطاعه أحجار البناء قد أدى إلى تعريض أجزاء جديدة من الصخور لتأثير التجوية بشقيها الميكانيكى والكيمائى .
ولا يجب أن نغفل أثر النشاط البشرى فى تبديد الموارد الطبيعية كالترب والتحكم فى الجريان الطبيعى للأنهار بإقامته السدود الذى ينتج عنها بالتالى إختلاف معدل النحت والترسيب على طول أجزاء المجرى النهرى .

( ب) التجوية الكيميائية Chemical Weathering :
ومهمتها الأساسية التغيير الكيميائى للمحتوى المعدنى لصخور ولا سيما المعادن القابلة للتغيير والتجوية الكيميائية أنشط ما تكون فى المناطق الرطبة الدافئة
ومن أهم عوامل التجوية الكيميائية : ـ

1- الذوبان Dissolution :
على الرغم من قلة المعادن القابلة للذوبان فى الماء إلا أن تأثير الذوبان يكون ذا أهمية خاصة فى المناطق التى تحوى رواسب وصخورا ملحية ( مثل الملح الصخرى Rock Salt ) . غير أن الماء تزداد فاعليته وتأثيره على الصخور إذا اتحد بغاز ثانى أكسيد الكربون مكونا حمض الكربونيك الذى يؤثر على الصخور الجيرية التى تتكون أساسا من معدن الكالسيت ( لاتذوب فى الماء ) إلى بيكربونات كالسيوم Ca(HCO3)2 ( تذوب فى الماء ) ومعنى هذا انتقال المادة الصخرية إلى محلول مائى تاركه مكانها فراغات وفجوات وقد تكون باستمرار عملية الذوبان مجارى وذوبان وكهوف ومغارات .

2- التميؤ Hydrolysis :
وهى عملية من شأنها اتحاد الماء مع بعض المعادن التى تتكون منها الصخور وينتج عنها ظهور معادن جديدة ذات صفات وخصائص جديدة تماما .
ومن أشهر الأمثلة الدالة على التميؤ معادن الفلسبار التى ينتج عن اتحادها بالماء تكون معادن طينية Clay Minerals ، وبطبيعة الحالة فإن عملية التميؤ التى تحدث للمعادن تكون أنشط ما يكون فى المناطق الرطبة والاستوائية حيث يقوم الماء بالدور الأساسى فيها .

3- الأكسدة Oxidation :
وهى عملية من شأنها تحويل بعض المعادن إلى معادن أخرى عن طريق اتحاد الأكسجين مع بعض العناصر السريعة الاتحاد به مثل عنصر الحديد وذلك فى وجود الماء كعامل مساعدة . مثل تأكسد معدن البيريت إلى الليمونيت .
وعلى هذا الأساس فإن مركبات الحديدوز فى معظم الصخور النارية تتحول إلى مركبات حديديك حيث تنكسر جزئيات السيليكات المعقدة .

4- التكربن Carbonation :
من المعروف أن غاز ثانى أكسيد الكربون قابل للإتحاد بالماء حيث يكونان معا حمضا ضعيفا هو حمض الكربونيك .
ويتفاعل حمض الكربونيك بدوره مع الصخور الجيرية مكونا بيكربونات الكالسيوم وهى مادة ذائبة . حيث ينشأ عن هذا التكون ظهور الفجوات والكهوف والمغارات فى الصخور الجيرية .

أسباب اختلاف التجوية :

تختلف التجوية ـ كما وكيفا ـ أى من حيث النوع والمقدار باختلاف عاملين أساسيين على النحو التالى :

أولاَ : اختلاف التضاريس :

1 – المناسيب العالية :
تتميز الجبال العالية بوجود الجليد على قممها مما يعطى الفرصة الأكبر لاتساع الشقوق والفواصل بسبب تمدد الجليد .

2 – المنحدرات الشديدة :
إن الميول الحادة للتلال والجبال تهئ الفرصة لنواتج التجوية من الحطام والفتات الصخرى إلى سقوط أسفل هذه التلال والجبال بفعل الجاذبية وبذلك تتعرض أسطح جديدة للتجوية .

3 – السهول والمناسب المنخفضة :
إن الغطاء النباتى الذى يغطى السهول والمناسيب المنخفضة هو غطاء يقى التربة من تأثير عوامل التجوية وإن كان هذا لا يمنع من أن النبات يساهم إلى حد ما فى توسيع الشقوق والفواصل عن طريق تغلغل الجذور فى التربة . لذا فإن التجوية ذات أثر محدود فى هذه المناطق .

ثانيا : اختلاف نوعية الصخور :
ليست التجوية على حد سواء فى الصخور إذ يختلف تأثيرها حسب المحتوى المعدنى للصخور فالمعادن يتفاوت تأثير التجوية عليها باختلاف خصائصها الفيزيائية والكيميائية .
ولأن المعادن جمعيها تختلف فى سرعة استجابتها للتجوية الكيميائية ( التحلل ) فقد تمكن الباحثون فى هذا المجال من وضع دليل لقياس سرعة التجوية Weathering Potential Index بالنسبة لمعادن السيليكات ويمثل هذا الدليل المقاومة النسبية للتجوية بدءا من معدن الكوارتز الذى أعطى الرقم (1) وهو أكثر المعادن مقاومة للتجوية بينما تعتبر المعادن التى تمتلك رقم أعلى من (1) قابلة للتجوية . ( الكوارتز ـ الأرثوكليز ـ المسكوفيت ـ البلاجيوكليز ـ البيوتيت ـ الهيورنبلند ـ البيروكس ـ الأوليفين) . إذن فالكوارتز هو أكثرها مقاومة بينما الأوليفين هو أقلها فى المقاومة .

وفيما يلى أمثلة لتجوية أنواع الصخور : ـ

1- تجوية الصخور النارية :
على الرغم من أن مكونات الصخور النارية من المعادن الأساسية لا تتعدى ـ فى مجموعها ـ ستة أنواع من المعادن إلا أنه يوجد تفاوت نسبى فى تجوية كل من الصخور النارية الحمضية والصخور النارية القاعدية . فالصخور النارية الحمضية والتى من أشهرها الجرانيت تتكون من الكوراتز ـ الفلسبار( أرثوكليز وبلاجيوكليز ) ميكا ( مسكوفيت ـ بيتوييت) .
فالكواتز يبقى على حالة دون تحلل ليكون فيما بعد حبيبات من الرمل .
أما الفلسبار فتتحلل مكونة سيليكات الومنيوم مائية ( معادن طينية ) بالاضافة إلى أكاسيد البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم وهى مواد قابلة للذوبان على هيئة كربونات وكلوريدات .
أما الميكا ولا سيما البيوتيت والمسكوفيت من أشد المعادن مقاومة للتحلل فتبقى على حالها كرقائق وقشور بينما يستجيب معدن البيوتيت للتحلل مكونا بدوره سيليكات ألومنيوم مائية وأكاسيد مغنسيوم وحديد وهى مواد قابلة للذوبان على هيئة كربونات وكلوريدات . وفى حالة الصخور النارية القاعدية والتى يمثلها الجابرو والذى يتكون من البلاجيوكليز والبيروكسين فإن التحلل المائى يتسبب فى تحطيم هذين المعدنين إلى سيليكات ألومنيوم مائية ( معادن طينية ) وأكاسيد صوديوم وكالسيوم ومغنسيوم وحديد وهى مواد قابلة للذوبان على هيئة كربونات وكلوريدات .
2- تجوية الصخور الجيرية :
تتكون الصخور الجيرية أساسا من معدن الكاليست وقد تحتوى أحيانا على الكوارتز ( التى قد يكون أحيانا على هيئة سيليكات غير متبلورة ) ومعدن البيريت ومن خلال عملية التكربن فإن الكالسيت الذى يتكون من الكربونات الكالسيوم يتحول إلى بيكربونات الكالسيوم التى تذوب فى الماء أى أنه يتم إزالة الكالسيوم على شكل أيونات ذائبة فى الماء . بينا يتراكم الكوارتز على هيئة حبيبات رملية . أما البيريت فيتأكسد إلى ليمونيت وكبريت وقد يتحول هذا الكبريت إلى حمض الكبريتيك الذى يتفاعل مع الكالسيت ليكون معدن الجبس CaSO4 .2H2O.

3 – تجوية الصخور الرملية :
من المعروف أن الصخور الرملية تتكون أساسا من حبيبات رملية تتماسك مع بعضها البعض بوسطها مادة الحمة مثل الكالسيت أو أكاسيد الحديد . ولأن حبيبات الرمل ( ثانى أكسيد السيليكون ) من أشد المواد مقاومة للتجوية فتبقى على حالها دون تأثر بيما ينصب تأثير التجوية على المواد اللاحمة فقط .

نواتج التجوية :

ليست التجوية بنوعيها الفيزيائى والكيمائى ظاهرة جيولوجية فحسب بل أنها ذات أهمية قصوى للحياة البشرية إقتصاديا وحياتيا فلو ظلت الصخور منذ نشأتها على حالها كما هى لما كونت التربة ولما صلحت للزراعة وكانت أقرب ما تكون إلى صخور القمر والمريخ .. ومن أهم نواتج التجوية نذكر .. التربة – اللاتيريت والبوكسيت – ركام السفوح – حقول الجلاميد : ـ

1- التربة Soil :
على الرغم من أن التربة مصطلح عام يقصد به الطبقة السطحية من أديم الأرض والناتج من حصيلة عمليات التجوية إلا أنه فى نفس الوقت هناك أكثر من تعريف لها ومن تلك التعريفات أنها الطبقة السطحية المفككة التى تمثل الوشاح الصخرى ولا يتعدى سمكها عدة مترات وتتكون من خليط من معادن مختلفة قد نتجت من تجوية المكونات الصخرية بالإضافة إلى الدبال Humus وهو المواد العضوية المتراكمة نتيجة الأنشطة الزراعية .
ومهما كان من أمر تعدد التعريفات بشأن التربة فإن من المتفق عليه أنه توجد خمسة عوامل تتحكم فى تكونها وهذه العوامل هى : ـ

1 – الصخر الأم :
وخاصة فيما يتعلق بالمحتوى المعدنى والعناصر الداخلة فى هذا المحتوى ومن الثابت أن التربة تدين ببعض خصائصها إلى الصخر الأم الذى اشتقت منه مكونات التربة وعلى سبيل المثال فهناك تربة جيرية وتربة رملية وتربة حصوية … الخ .

2 – المناخ :
وهو من أهم عوامل تكوين التربة باعتبار أنه يتحكم فى نوع وشدة عمليات التجوية المختلفة . كما يؤثر على نوع وكمية الكائنات العضوية فى التربة وبالتالى يتحكم فى سرعة تحللها . ليس هذا فحسب بل قد ثبت وجود علاقة بين تكوين بعض المعادن الطينية والظروف المناخية فى الأقاليم المختلفة فعلى سبيل المثال فإن كميات أكاسيد الحديد والألومنيوم المائية تزداد فى وجود الأمطار الغزيرة التى تعمل على إزالة السيليكا من التربة الأمر الذى يؤدى إلى تكوين التربة الحمراء لوجود كميات كبيرة من أكاسيد الحديد .

3 – الكائنات الحية :
وتشمل كلا من الغطاء النباتى والمواد العضوية مثل الدبال Humus والبكتريا Bacteria والأحماض العضويةAcids Organic ويعتقد الكثيرون من علماء التربة أن عمليات تكون التربة لا تبدأ إلا عندما يتدخل النشاط العضوى بين الصخر الأم والبيئة المحيطة به . وتتحكم نوعية النباتات فى سمك المواد العضوية وعلى سبيل المثال فإن الأقاليم الاستوائية التى تتميز بالغابات الكثيفة تكون تربتها ذات سمك قليل من المواد العضوية الدبالية على عكس المناطق العشبية التى تتميز بسمك كبير من المواد العضوية هذا العضوية هذا الإضافة إلى تدخل النشاط البشرى سواء فى إزالة الغابات أو إضافة أراضى زراعية جديدة .

4 – الوضع الطبوغرافى :
يتحكم الوضع الطبوغرافى للتربة إلى حد كبير فى خصائصها فالسفوح الشديدة الانحدار لا تصل التربة فيها إلى مرحلة النضج لأن عوامل النقل المختلفة تزيل مخلفات التجوية أولا بأول فتتكون فى هذه الحالة تربة ناقصة قد أزيل منها نطاق أو نطاقين علويين . كما يؤثر الوضع الطبوغرافى أيضا على درجة التصريف وموضع وشكل مستوى المياه الباطنية . وللدلالة على أهمية الوضع الطبوغرافى فإن السهول والمناطق القليلة الانحدار تتميز بوجود تربة سميكة إذ أن الميل البسيط لهذه المناطق يجعلها تستقبل الرسوبيات والفتات الصخرى المنقول الذى سبق تجويته .

5 – الزمن :
والمقصود به هنا الفترة الزمنية التى استغرقها عمليات تكوين التربة . وبطبيعة الحال فإن الزمن يتحكم فى سمك ودرجة نضج نطاقات التربة باعتبار أن عمليات التجوية ترتبط ارتباطا وثيقا بالزمن .

نطاقات التربة :

يتألف القطاع الرأسى فى التربة من ثلاث نطاقات رئيسية موازية فى اتجاهاتها لسطح التربة فى الغالب وقد استخدمت الحروف A,B,C لرمز الدلالة على هذه النطاقات .

النطاق A : وهو الجزء السطحى من التربة Topsoil وهو خليط من الدبال والرمل والسلت Silt والمعادن الطينية والمواد العضوية المتحللة بفعل البكتريا وأيضا المواد العضوية غير المتحللة وهو النطاق المستغل فى الزراعة .
النطاق B: ويعرف أحيانا بنطاق تحت التربة Subsoil وهو نطاق انتقالى بين النطاق A والصخر الأم الذى تمت تجويته Weathered Parent rock الذى يقع فى أسفل هذا النطاق ، وقد تمتد إلى هذا النطاق جذور الأشجار كما توجد به أيضا المواد العضوية .