"ما هي الجيوكيمياء؟
أقسم الجيوكيمياء
جيوكيمياء الرواسب المعدنية
تأثير التغيرات العلمانية في درجة حرارة الوشاح
تاريخ الكيمياء الجيولوجية
الكيمياء الجيولوجية البترولية
الكيمياء الجيولوجية البيئية والطبية للمواد الخطيرة الناتجة عن الكوارث
الجيوكيمياوية غير العضوية
طبيعة المواد الجيولوجية
طرق الاستكشاف الجيوكيميائية السطحية
المسح الجيوكيمائي
ما هي الجيوكيمياء؟

 

يمكن تعريف الكيمياء الجيولوجية على نطاق واسع بأنها العلم المعني بجميع الدراسات الجيولوجية، والتي تتضمن تغيرًا كيميائيًا، ويشمل دراسة توزيع العناصر في المعادن والصخور والتربة والتفاعل بين هذه المواد الأرضية، حيث تشير طرق الاستكشاف الجيوكيميائي إلى استخدام الخصائص الكيميائية للمواد التي تحدث بشكل طبيعي (بما في ذلك الصخور والحطام الجليدي والتربة ورواسب المجاري المائية والمياه والنباتات والهواء)؛ وذلك للعثور على الترسبات الاقتصادية للمعادن والهيدروكربونات.

 

تعتمد طرق الاستكشاف الجيوكيميائي أساسًا على ملاحظات التركيزات الشاذة للعناصر الرئيسية المشتقة من جزء أساسي من الرواسب المعدنية نفسها أو هالة أوسع تحيط بجسم الخام، حيث إن هذه الهالات أو المناطق مفيدة في اكتشاف أو تتبع الرواسب المعدنية؛ لأنها عادة ما تكون أكبر بعدة مرات من رواسب الخام نفسها، وبالتالي فهي تمثل هدفًا أكبر لاستكشاف المعادن.

 

كما يمكن تصنيف الهالات على أنها أساسية أو ثانوية، حيث إن الهالة الأولية هي منطقة تحيط بنواة التمعدن، وتمثل أنماط توزيع العناصر في القاعدة الصخرية التي تشكلت أثناء عمليات تشكيل الخام الأصلية، كما تختلف هالات التشتت الأولية بشكل كبير في الحجم والشكل نتيجة للمتغيرات الفيزيائية والكيميائية العديدة التي تؤثر على حركات السوائل في الصخور.

 

وبدلاً من ذلك فقد تشكل هالات التشتت الثانوية أنماطًا شاذة أكثر انتشارًا للعناصر المحيطة بنواة التمعدن، حيث إن تركيزات العناصر المرتفعة هي نتاج تآكل أو تجوية لب التمعدن والهالة الأولية، ويتم نقلها بواسطة عوامل مثل الجاذبية والمياه الجوفية والجداول والأنهار الجليدية. تُعرف الهالة الثانوية الشائعة في الرواسب الجليدية باسم قطار التشتت، الذي يعتمد شكله ومبدأه على آليات النقل الرئيسية المعنية.

 

أقسم الجيوكيمياء:

 

يحتوي قسم الكيمياء الجيولوجية في وحدة أنظمة الأرض والعلوم البيئية على العديد من المواضيع التي تناقش أحدث المعلومات حول التقنيات والابتكارات التقنية المتاحة لعلماء الجيوكيميائيين الحديثين، وكيف تم تطبيق أدوات ومبادئ الكيمياء على أكمل وجه، حيث إنه وغالبًا ما يُعتبر فيكتور جولدشميت (1888–1947) “أب الكيمياء الجيولوجية”، حيث كانت أحد إنجازاته هو البدء في تنظيم سلوك العناصر الكيميائية في سياق علوم الأرض من خلال تصنيفها وفقًا لمراحل إضافتها على أرض السيليكات (Lithophile وsiderophile وchalcophile وatmophile)، كما لا يزال هذا أحد أكثر التصنيفات الجيوكيميائية انتشارًا للعناصر اليوم، وكان خطوة مهمة من حيث تطبيق مبادئ الكيمياء على دراسة الأرض.

 

كما تطور قسم الكيمياء الجيولوجية بشكل طبيعي ليتم تقسيمه على مستويات مختلفة إلى تخصصات فرعية، كما تتميز هذه التخصصات الفرعية عن بعضها البعض بعدة أنواع مختلفة من الطرق، وهناك تداخل كبير بينها في كثير من الحالات، حيث تشمل معايير التقسيم: الكيمياء الجيولوجية التحليلية على عكس الدراسات النظرية والتقنية المستخدمة أو أنواع القياسات التي تهتم بها المنطقة (على سبيل المثال: الكيمياء الجيولوجية النظيرية)، نوع العينة (على سبيل المثال: الكيمياء الجيولوجية النارية والكيمياء الجيولوجية العضوية والبترولية)، فئة الأسئلة العلمية التي تتم معالجتها (على سبيل المثال: الكيمياء الكونية)، نظام درجة حرارة الضغط الذي تعمل به مجموعة فرعية معينة من الجيوكيميائيين (على سبيل المثال: الكيمياء الجيولوجية ذات درجة الحرارة المنخفضة).

 

جيوكيمياء الرواسب المعدنية:

 

تلعب الكيمياء الجيولوجية دورًا أساسيًا في فهمنا للعمليات التي تُنتج تركيزات اقتصادية للمعادن، سواء عن طريق العوامل المائية الحرارية أو الصخرية أو المتحولة أو الهيدروليكية (السطحية والجوفية) أو عوامل التجوية أو مزيج من هذه العوامل، حيث تساهم الكيمياء الجيولوجية أيضًا بشكل مهم في الاستكشاف.

 

كما ان التركيزات الاقتصادية المحتملة للمعادن التي تحدث بشكل طبيعي، والتي يشار إليها بشكل رئيسي باسم “الخامات” أو “المواد الخام”، دفعت الاقتصاديات منذ بدايات الحضارات. ومن خلال التعريف الدقيق مثل تعريف المعهد الجيولوجي الأمريكي، من أجل تسمية تركيز غير عادي من المعادن بـ “خام” ، فإنه يجب أن تكون قادرة على استردادها ومعالجتها وتسويقها بربح معقول.

 

خلاف ذلك فإن الرواسب هي مجرد تركيز مثير للمعادن، حيث تكثر الأمثلة على الرواسب المعدنية الكبيرة، ولكن ذات المحتوى المنخفض جدًا من المعادن (أو العناصر الأخرى) لتكون اقتصادية، والرواسب التي تحتوي على محتويات عالية جدًا من المعادن القيمة ولكنها صغيرة جدًا، بحيث لا يمكن تعدينها اقتصاديًا والبعض الآخر قد يكون كبيرًا وغنيًا، ولكنها ليست اقتصادية إما لأنها تسبب مشاكل خطيرة لتعافيها أو لها تأثير غير مقبول على البيئة أو تعاني من مشاكل معدنية لا يمكن حلها، أو ليس لديها سوق كبير بما فيه الكفاية.

 

أتاحت التطورات في تكنولوجيا التعدين الوصول إلى الودائع التي لم يكن من الممكن استردادها في السابق، على سبيل المثال منذ عقود مضت كانت محتويات النحاس بحوالي 1? بالوزن مطلوبة لتعدين رواسب النحاس المنتشرة، وهو ما يسمى بالنحاس السماقي، ولكن اليوم يمكن أن تكون الدرجات المنخفضة مثل 0.4? من النحاس اقتصادية.

 

كما يتم تعدين رواسب النيكل في فنلندا على سبيل المثال بنسبة 0.3? نيكل، حيث بُذلت جهود جادة لتحسين البيئة، على سبيل المثال كما تتطلب بعض الولايات القضائية أن تنشئ الشركة صندوقًا لإعادة موقع التعدين إلى حالة طبيعية مقبولة عند إغلاق المنجم، حيث كانت رواسب المعادن ذات الحبيبات الدقيقة في السابق بمثابة لعنة لمعالجات المعادن.

 

كما يتم اليوم فتح بعض هذه الثروة من خلال التطورات مثل المعالجة بالمياه المعدنية، حيث يتم استخراج كوكتيلات من المحاليل المائية في درجات حرارة وضغوط مختلفة بشكل انتقائي للمعادن عكس ترسب الخام الحراري المائي، إلى جانب هيمنة السوق على سبيل المثال الصين ، التي سيطرت لسنوات على سوق العناصر الأرضية النادرة (REE) التي توفر أكثر من 90? من الطلب العالمي، حيث قامت مؤخرًا بتقييد الصادرات، مما أدى إلى إعادة فتح مناجم العناصر الأرضية النادرة غير المربحة في أماكن أخرى، كما تسارعت عمليات التنقيب عن رواسب جديدة.

 

تأثير التغيرات العلمانية في درجة حرارة الوشاح:

 

تقدم الكيمياء الجيولوجية والجيوفيزيائية صورًا متسقة تمامًا لظروف الذوبان في النظام البركاني الأكثر نشاطًا على الأرض، وهو حواف منتصف المحيط، حيث إن تحديد ما إذا كانت هذه الظروف قد تم الحفاظ عليها على مدى تاريخ الأرض، هو مهمة للكيمياء الجيولوجية.

 

معظم الصخر الدخيل من الوشاح القاري عبارة عن بقايا من استخلاص ذوبان جزئي، حيث يتتبع النظام النظيري (Re-Os) هذا النوع من أحداث التمايز، كما يؤرخ أحداث نضوب الذوبان التي مر بها الوشاح تحت القاري، ونظرًا لأن درجة نضوب الذوبان التي يعاني منها غطاء الغلاف الصخري القديم يضفي طفوًا تركيبيًا، فإن هذه العارضات القارية السميكة من الغلاف الصخري تلعب دورًا مهمًا في بقاء القشرة القارية القديمة.

 

كما أن هناك عينات من الصخر الدخيل في الوشاح، حيث إن أحداث الانصهار حدثت في أوقات مختلفة في تاريخ الأرض، ومن ثم يمكن استخدام تركيباتها لفحص التغيرات في ظروف الذوبان مع مرور الوقت، حيث يُشير الوشاح إلى انخفاض علماني في درجة استخراج الذوبان مع مرور الوقت، كمناطق الذوبان الحديثة، على سبيل المثال، كما تم أخذ عينات منها في الزبرجد السحيق، والتي لها تركيبات توحي ما بين 5? إلى 25? استخلاص جزئي للذوبان عند ضغوط تتراوح بين 1 جيجا باسكال و2 جيجا باسكال.

 

الكيمياء الجيولوجية البترولية:

 

هي علم حديث العهد نسبيًا، وتعود جذوره إلى اكتشاف عام 1934 للهياكل الشبيهة بالكلوروفيل في النفط الخام بواسطة ألبرت تريبس (1934)، وفي حين أن العديد من علماء الجيولوجيا البترولية في وقت مبكر من أواخر القرن التاسع عشر يعتقدون أن النفط مشتق من مادة عضوية في الرواسب، كانت نتائج تريبس دليلاً لا يمكن إنكاره على الأصل العضوي للنفط الخام.

 

تاريخ الكيمياء الجيولوجية:

 

وبحلول الخمسينيات من القرن الماضي بدأت شركات النفط الكبرى برامج بحثية لمعرفة المزيد عن النفط والغاز، لا سيما كيف يتشكل ويتحرك في باطن الأرض، وذلك إشارة إلى الأهمية التي توليها صناعة البترول للكيمياء الجيولوجية للبترول، هي براءة الاختراع لعام 1958 الصادرة لطريقة التنقيب عن البترول باستخدام صخور "