الجيوكيمياءGeochemistry
-----------------------------------------------------------------------------------------
تعريف علم الجيوكيمياء:
هو العلم المختص بدراسة التركيب الكيميائى للأرض (وبقية الأجرام السماوية) ومكوناتها ( معادن , صخور, تربة, ماء وهواء) لمعرفة العوامل التى تتحكم فى توزيع(Distribution) وإنتقال(Migration) العناصر الكيميائية والتغيرات التى تحدث لهذه العناصر بالنسبة للزمان و المكان.
الأهداف العامة لعلم الجيوكيمياء:
1) معرفة التركيب الكيميائى العام (Chemical composition) للأرض ومكوناتها.
2) معرفة الأسس والعوامل التى تتحكم فى توزيع(Distribution) وإنتقال(Migration) العناصر الكيميائية فى المكونات المختلفة للأرض.
3) تحديد طرق تكوين تجمع العناصر الكيميائية (Element association) ومعرفة السلوك الكيميائى العام لها.
4) تقديرالتغيرات التى تحدث للعناصر الكيميائية بالنسبة للزمان و المكان.
5) المساعدة فى حل الكثير من المعضلات الجيولوجية باستعمال الكيمياء.
التركيب الكيميائى العام للأرض ومكوناتها
Chemical composition of the earth and its components
تفترض جميع نظريات تكوين الأرض, إنفصالها عن الشمس أو من السحابة المحيطة بها وهي على درجة عالية جداً من الحرارة وفي حالة السيولة، وبفقدان حرارتها بالاشعاع إنفصلت الى ثلاثة أطوار:
أ) طور المصهور الفلزي Phase Metallic melt
ب) طور المصهور السليكاتي Silicate melt phase
ج) طور المصهور الغازيGas phase
ترتبت هذه الأطوار في أغلفة (نطاقات) متمركزة بفعل جاذبية الشمس فاحتل الطور الفلزي نواة الأرض ثم السليكاتي فالغازي. وباستمرار فقدان الحرارة والتجمد انفصل الغلاف السليكاتي الي غلافين احدهما أثقل من الثاني مكوناً طبفتى الهالة والقشرة (Mantle and Crust) وكذلك انفصل الطور الغازي الي جزئين هما الغلاف المائي والذى تكون بالتكاثف والغلاف الجوي. على هذا يكون توزيع العناصر في هذه الأغلفة علي النحو التالي:
1) النواة The core
تشمل نواة الأرض المنطقة الممتدة من انقطاع جوتنبيرج (Gutenberg Discontinuity) علي عمق حوالي 2900 كلم الي مركز الأرض في حوالى 6371 كلم. تنقسم النواة الي جزئين, الجزئ الداخلي يعرف بالنواة الداخلية وتتكون من مواد صلبة غامضة التركيب اما الجزئ الخارجي فيعرف بالنواة الخارجية وهى في حالة السيولة كما دلت عليها الموجات الزلزالية المستعرضة (S-Waves) وتتكون اساساً من مصهور العناصر الثقيلة مثل الحدديد والنيكل، ولهذا تسمي النواة الخارجية باسم NiFe مع توفر نسبة ضئيلة جداً من السليكون (Si) والكبريت (S) وهذين لا تتعدى نسبتيهما 20 %.
2) الهالة The Mantle
هى المنطقة التى تقع مباشرة تحت القشرة الأرضية من انقطاع موهوروفيسى (Moho Discontinuity ) علي بعد ينراوح بين 30- 40 كلم الي انفطاع جوتنبيرج (Gutenberg Discontinuity) علي عمق حوالي 2900 كلم. وتكّون الهالة حوالى 83 % من حجم الأرض وحوالى 68 % من وزنها.
تعتبر الهالة الأصل التى تكونت منه جميع أنواع الصخور المعروفة ومصدر الطاقة التى تؤدى الى حدوث الكثير من العمليات الأرضية وعليه هي مصدر العناصر الكيميائية. تتكون الهالة في معظمها من صخور قاعدية وفوق قاعدية والتي تتكون من معادن الأوليفين (Olivines)، البيروكسين (Pyroxenes) والفلسبارالكلسي (Ca-Feldspars) وهذه المعادن تتعتبر فقيرة جداً في السيلكا (SiO2) وغنية بعناصر الحديد (Fe)، الماغنيسيوم (Mg) والكالسيوم (Ca). عنصر الحديد هو الأعلي نسبة في صخور الهالة الداخلية وهو من الحديد المشابه لنوع الحديد الموجود في النيازك والمسمي با(Pallasite), كما وتحتوي علي نسبة من النيكل (Ni) والكروميوم (Cr) بالاضافة الي اللومونيوم (Al) الموجود في معدن البيروب 3(Mg3Al2(SiO3 المصحاب لصخور الأعماق السحيقة في الهالة (الصخور الفوق قاعدية).
3) االقشرة The Crust
الجزئ الخارجي من الأرض وهى المنطقة التى تمتد من سطح ألأرض مباشرة حتي انقطاع موهوروفيسى (Moho Discontinuity ) علي بعد يتراوح بين 30- 60 كلم. وتشكل القشرة حوالى 1 % من كتلة الأرض.
تعتبر القشرة الأصل التى درست فيه معظم أنواع الصخور المعروفة, حيث اثبتت الدراسات الجيولوجية أنها طبقة رقيقة غير متجانسة وتتكون في معظمها من صخور حمضية و قاعدية, وتنقسم القشرة بأنواعها الي قسمين:
أ) القشرة العليا (Upper crust):
وهي الطبقة الصخرية الممتدة من سطح الأرض وحتي 10-15 كلم وتتكون من مجموعة صخور رسوبية ونارية فاتحة اللون وخفيفة الوزن وغنية بالسيلكا والألومونيوم تعرف ب (SiAl). توجد ثلاث أنواع منها: القشرة القارية (Continental Crust) في حدود 40-45 كلم والجبلية (Mountainous Crust) في حدود 40-60 كلم ثم المحيطية (Oceanic Crust) في حدود 1-5 كلم.
ب) القشرة السفلي (Lower crust):
وهى الجزئ الممتد من انقطاع كوناردي (Conard Discontinuity) وحتى الهالة (20-25 كلم), وتتكون من صخور قاعدية غامقة اللون وثقيلة الوزن وغنية بالعناصر القاعدية (Mg, Fe) لذا تسمى با (SiMa).
مما سبق نخلص الي أن القشرة الأرضية تتكون من مجموعة من الصخور المختلفة النشأة والتركيب (نارية, رسوبية و متحولة) والتي بدورها تتكون من اختلاط طبيعي من مجموعة من المعادن واكثر هذه المعان شيوعاً هي السليكات ويليها الأكاسيد ثم الكربونات فالفوسفات ثم الكبريتات وهي تتكون من خليط من العناصر الكيميائية أو مركبات طبيعية من هذه العناصر كما في الجداول التالية:-
(جدول1:1) العناصر الكيميائية (جدول1:2) العناصر الكيميائية
الرئيسية لصخور الأرض: الرئيسية لصخور القشرة:
العنصر الوزن % العنصر الوزن %
O 46.6 O 46.5
Si 27.2 Si 28.9
Al 8.13 Al 8.3
Fe 5.00 Fe 4.80
Ca 3.63 Ca 4.10
Mg 2.09 Mg 1.90
Na 2.83 Na 2.30
K 2.59 K 2.40
المجموع 98.57 المجموع 99.7
العنصر O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti H C الجملة
الوزن % 47.20 27.60 8.30 5.10 3.60 2.64 2.60 2.10 0.60 0.15 0.10 99.99
جدول )1:3) اكثر العناصر انتشاراً في القشرة الأرضية
(جدول1:4) متوسط التركيب الكيميائي (جدول1:5) اهم عناصر الأثر في
لصخور القشرة الأرضية العليا: القشرة الأرضية العليا:
العنصر الوزن % العنصر النسبةppm
SiO2 61.90 Ba 425
Al2O3 15.60 Sr 375
CaO 5.70 Zr 165
FeO 3.80 Cu 55
Na2O 3.10 Sc 22
MgO 3.10 Pb 12.5
Fe3O4 2.60 U 2.7
K2O 2.60 Hg o.o8
TiO2 0.80 Ag 0.07
P2O5 0.30 Au 0.004
MnO 0.10
Rest 0.20
المجموع 99.8
2) ما هي العينة المثالية (Representative sample) وما الشروط والخطوات المتبعة لأخذها, وحفظها والعناية بها؟
هى كمية معقولة Reasonable quantity من مادة كيميائية معينة تحتوي على جميع المكونات Constituents الموجودة في الكتلة الكمية الكلية Bulk mass للمادة المعنية.
الشروط والخطوات المتبعة لأخذها:
!- إختيار المكان والجزئ المناسب من المادة المعنية Fresh looking surface.
2- أخذ كمية أكبر مما تتطلبها الحاجة.
3- إختيار الطريقة المثلي لأخذ العينة على حسب نوع العينة, كيفية تواجدها والهدف من التحليل الجيكيميائى.
(Soil Sampling, Chipping, Channel Sampling, Portable drilling, Sampling by increment )
الشروط والخطوات المتبعة , لحفظها والعناية بها:
1- استعمال أدوات ححفط مناسبة, لا تتفاعل ولا تلوث العينات مثل الأدوات والأكياس المصنوعة من البلاستسك, البوليسين, القماش أو الزجاج (على نوع العينة) وتغطية هذه الأدوات بغطاء محكم وغغير ملوث.
2- إتباع الترقيم الصحيح Proper labeling حتى لا يحدث خلط بين مجموعة العينات فى اى من المراحل التحليلية المختلفة.
3- إعطاء العينات التجانس المطلوب بعد عمليات النقل والترحيل والحفط والتحريك بالرج لبيدوي او باستعمال الجهاز المخصص Homogenizer
4- أخد الحيطة والحذر من التفاعلات الذاتية التى تحدث للعينات أثناء مكوثها لفترات قبل إجراء التحاليل.
5- تخزين العينات فى الأماكن الجافة, النظيفة قليلة الرطوبة.
طرق التحليل الجيوكيميائية الهدمية: هى الطرق التى يستلزم التحليل بواسطتها تفكيك العينة تفكيكاً كاملاً بلإذابة أو الصهر حتى لا يتبقى شيئاً من العينة على صورتها الأصلية بعد اكتمال التحليل.
طرق التحليل الجيوكيميائية الاهدمية: هى الطرق التى لا تحتاج التحليل بواسطتها تفكيك العينة تفكيكاً كيميائياً كاملاً بلإذابة أو الصهر وتبقى العينة على صورتها الأصلية بعد اكتمال التحليل.
الاسس المتبعة لاختيار أي من طرق التحليل:
1- نختار الطريقة على حسب الهدف من التحليل.
2- نختار الطريقة على حسب الإنفاق, ويجب أن يكون فى حده الأدني Minimum expenditure سواء كان فى التكلفة 3- المالية Cost أو فى الزمن والمستهلكات الأخري.
4 -نختار الطريقة بمرعاة دقة النتائج المرجوة من التحليل.
5- نختار الطريقة على حسب توفر الخبرة والمهارة الازمة لإجراء التحاليل.
1) توزيع العناصر الكيميائية في المكونات المختلفة للأرض يمكن ارجاعه الي عدة عوامل, أذكرها.
1) مقدرة العنصر على تكوين مركبات (معادن) خاصة به يكون فيها هو العنصر السائد.
2) السلوك الكيميائى العام للعنصر أو ميله للتركيز فى بيئة كيميائية معينة حسب: أ- التوزيع الإلكترونى. ب- نوع الرابطة. ج- الكهروسالبية.
3) الوضع الفيزيوكيميائى فى مكان التكوين Physio-chemical state.
التفاعلات المختلفة.
2) هنالك عدة طرق للتحليل الجيوكيميائي تستعمل لتقدير محتوي كل عنصر كماً ونوعاً عدد هذه الطرق ثم أذكر الأسس التي بنيت عليها هذه الطرق.
طرق للتحليل: أ) طرق التحليل الكلاسيكية: * طريقة التحليل الوزنى Gravimetric method * طريقة التحليل الحجمى Voluimetric method .
ب) طريقة قياس الأشعة المنبعثة باللهب method Emission flame photometry .
ج) طريقة قياس الأشعة ذاتية الانبعاث method Emission Spectrometry .
د) طريقة قياس الطيف اللونىmethod Coulorimetric.
ه) طريقة إستخدام مطياف الامتصاص الذري (AAS) method Atomic Absorption Spectroscopy .
ب) طريقة قياس الأشعة المنبعثة باللهب method Emission flame photometry .
الأسس التي بنيت عليها هذه الطرق: تعتمد هذه الطرق على قياس مقدارلأشعة المنبعثة والممتصة بواسطة ذرات العناصر فى شكل خطوط (أحزمة) دقيقة جداً يعزى وجودها لطول الموجة والذى يختلق حسب نوع العنصر حيث يمكن توسيع هذه الأحزمة وقياسها لتحديد نوع العنصر وتركيزها.
الرئيسية 
