الموسوعه المبسطه للجيولوجيا

الجاذِبِيَّة
قوة الجذب التي تعمل بين جميع الأجسام بسبب كتلتها؛ أي كمية المادة المكونة لها.
وبسبب هذه القوة فإن الأجسام التي على الأرض أو بالقرب منها تنجذب إليها.
وتسبب قوى الجذب الخاصة بالشمس والقمر إحداث المد والجزر لمياه المحيطات والبحار على الأرض.
وتعمل قوى الجذب على أن تظل جزيئات الغازات الساخنة في الشمس متقاربة،
وتحافظ على مكان كل كوكب في مداره حول الشمس، وكل نجم في مداره حول مركز
المجرة. ويسمى التجاذب الحادث بين جسم والأجسام القريبة منه بقوة الجاذبية.

وبالرغم من سهولة ملاحظة تأثيرات الجاذبية فإن تفسير هذه الظاهرة قد حير
العلماء لعدة قرون. وقد كان الفيلسوف الإغريقي القديم أرسطو يرى أن الأجسام
الثقيلة تسقط أسرع من الخفيفة، وظل هذا الرأي مقبولاً لعدة قرون.
ولكن في أوائل القرن السابع عشر الميلادي قدم العالم الإيطالي جاليليو وجهة نظر جديدة عن الجاذبية.
وطبقًا لنظريته، فإن جميع الأجسام تسقط بتسارع (معدل تغير السرعة) واحد مالم تعمل مقاومة الهواء أو قوة أخرى على إبطاء سرعة الجسم الساقط.

وقد درس الفلكيون القدماء حركة القمر والكواكب.
ولكن هذه الحركة لم تُفسر بشكل صحيح إلا في أواخر القرن السابع عشر، عندما
أوضح العالم الإنجليزي السير إسحق نيوتن أن هناك ارتباطًا بين القوى
الجاذبة للأجسام نحو الأرض وأسلوب حركة الكواكب.
بنى نيوتن دراسته على الدراسة الدقيقة لحركة الكواكب، والتي قام بها اثنان
من الفلكيين في أواخر القرن السادس عشر الميلادي وأوائل القرن السابع عشر
الميلادي، وهما تيخو براهي الدانمركي و يوهانز كيبلر الألماني.
فعندما كان نيوتن في الثالثة والعشرين من عمره، أثار سقوط تفاحة سؤالاً في ذهنه عن مدى قوة الجاذبية.
وقد تبين له أن نفس قوة الجذب التي سببت سقوط التفاحة هي التي يمكن أن تحافظ على وضع القمر في مداره حول الأرض.
ومن القوانين التي اكتشفها كبلر أوضح نيوتن كيف أن قوة الجذب للشمس لا بد أن تقل بزيادة المسافة.
وافترض أن قوة جذب الأرض لا بد أن تسلك ذات السلوك، فتمكَّن من حساب القوة التي تجذب القمر إلى الأرض عند سطحها.
وقد ظهر أن هذه القوة هي ذات القوة التي أكسبت التفاحة سرعة السقوط إلى سطح الأرض.

نظرية نيوتن للجاذبية:
تنص على أن قوة الجذب بين جسمين تتناسب طرديًا مع كتلة كل منهما، ومعني ذلك أنه كلما زادت كتلة أي من الجسمين زادت قوة الجذب بينهما.
والنظرية تشير للكتلة وليس للوزن.
ووزن جسم ما على الأرض هو في الواقع قوة جذب الأرض التي تؤثر على هذا الجسم.
ويكون لنفس الجسم أوزان مختلفة على سطوح كواكب مختلفة، ولكن كتلته تظل ثابتة.
وتتناسب قوة الجاذبية تناسبًا عكسيا مع مربع المسافة بين مركزي ثقل الجسمين. فمثلا إذا تضاعفت المسافة بين جسمين فإن قوة التجاذب بينهما تصبح ربع قيمتها الأصلية.

نشر نيوتن نظريته عن الجاذبية في عام 1687م ولم يجد العلماء حتى أوائل القرن العشرين سوى ظاهرة واحدة تتعارض مع توقعات النظرية.
وهي حركة كوكب عطارد وكان هذا التعارض ضئيلاً.

نظرية أينشتاين للجاذبية:
في عام 1915م، أعلن الفيزيائي الألماني المولد ألبرت أينشتاين نظريته عن الجاذبية، وهي النظرية النسبية العامة.
ومفتاح هذه النظرية أن الجاذبية تنتج عن تأثير انحناء الفضاء والزمن.
وبالرغم من أن نظرية أينشتاين تضمنت تغييرًا تامًا في مفهوم الجاذبية، إلا أنها دعّمت نظرية نيوتن أكثر مما عارضتها.
وفي معظم الأحوال أظهرت نتائج تختلف بشكل ضئيل عن تلك التي حسبت بطريقة نظرية نيوتن.

وعندما استخدمت نظرية أينشتاين لحساب حركة كوكب عطارد تطابقت الحسابات
تماما مع الملاحظة العملية لحركة الكواكب، وكان هذا أول نجاح لهذه النظرية.

وتقوم النظرية النسبية العامة على افتراضين أساسيين.
ينص الافتراض الأول: أن الفضاء والزمن منحنيان حيثما وجدت المادة والطاقة.
وقد وضع أينشتاين معادلات رياضية لوصف هذا الانحناء بالتحديد.
ويعرف الافتراض الثاني: بمبدأ التكافؤ.
وينص على أن تأثير الجاذبية مكافئ لتأثير التسارع.
ولفهم هذا المبدأ افترض أنك في سفينة فضاء صاروخية، وهي في حالة سكون في الفضاء أي أنها بدون تسارع أو جاذبية.
فإذا ألقيت بداخلها بكرة فإنها تسبح ولاتسقط فإذا تسارعت حرك الصاروخ في
الاتجاه العلوي، فسوف تبدو لك الكرة وكأنها تسقط على أرض السفينة بالضبط
كما لو أثرت عليها الجاذبية.
وحقيقة ما حدث أن الصاروخ تسارع إلى أعلى نحو الكرة .
وبذلك ينتج التسارع نفس تأثير الجاذبية.

ويتنبأ مبدأ التكافؤ بأن الجاذبية لابد أن تسبب انحناء مسار الشعاع الضوئي
عندما يمر بالقرب من الأجسام ذات الكتل الضخمة، مثل الشمس، والتي تسبب
انحناء الفضاء.

وقد تم التحقق من هذا التنبؤ عام 1919م أثناء حدوث كسوف كلي للشمس.
وتتسبب الشمس أيضا في انحناء وتأخير موجات الراديو.
ولقد تم قياس هذا التأخير بإرسال إشارات راديو بين الأرض ومجسات مركبة فايكنج الفضائية التي وصلت كوكب المريخ عام 1976م.
وقد أعطت هذه التجربة أكثر التأكيدات دقة للنظرية النسبية العامة حتى هذا التاريخ.

تنبؤات النظرية النسبية العامة:
طبقًا للنظرية النسبية العامة تطلق الأجسام ذات الكتل الضخمة، والتي تدور حول بعضها بعضًا موجات جاذبية.
وهذا التوقع تم تأكيده بطريقة غير مباشرة في عام 1978م بملاحظة النجم الثنائي وهو نجم نيوتروني سريع الدوران حول نجم مرافق.
هذه الملاحظات بينت أن فترة الدوران للنابض تقل، وأن قيمة هذا النقصان
تتوافق مع توقعات النظرية النسبية العامة للطاقة التي تفقدها النجوم نتيجة
إطلاقها موجات الجاذبية.

وقد تم تطبيق النظرية العامة في علم الكون وهو علم دراسة الكون ككل.
وتتنبأ النظرية بأن الكون لابد أن يتمدد أو ينكمش.
وقد بَيَّنَت ملاحظات من قبيل اكتشاف إزاحة في الطول الموجي الصادر عن النجوم البعيدة،
أن هذه النجوم تتباعد عنا وبالتالي يزداد الكون اتساعا.
والقياس الدقيق لمعدل تمدد الكون وكمية مايحتويه من مادة قد تبين ما إذا كان الكون سيستمر في التمدد إلى الأبد أو أنه سوف ينكمش

الصخور:
هي الجزء الصلب والصلد من الأرض. وفي مناطق عدة يُغطى الصخر بطبقة من التربة تنمو فيها النباتات أو الأشجار.
والتربة نفسها تتكون من حبيبات صخرية دقيقة الحجم، عادة ما تكون مختلطةً بمواد عضوية من النباتات والحيوانات.
وتوجد الصخور أيضًا في أعماق المحيطات وتحت القلنسوات الجليدية القطبية.

وفي الطرق خلال التلال، يمكنك أن تشاهد في الغالب طبقات من الصخور على جوانب التلال المكشوفة.
تحفر الأنهار قنوات عميقة في الصخور لتكون أخاديد.كذلك تحدد الأجراف الصخرية الكبيرة خط الشاطئ البحري في مناطق عدة، منها شمال غربي أستراليا وجنوبها، والنرويج.
وفي الأقاليم الصحراوية ترتفع الأجراف الصخرية والقباب المستدقة فوق مستوى السهول الرملية.

حقائق موجزة عن الصخور:

- جبل طارق: كتلة هائلة من الحجر الجيري بالقرب من الحافة الجنوبية ليابسة أوروبا الرئيسة.
- الصخر المتوازن: في حديقة الآلهة بالقرب من ينابيع كولورادو بكولورادو في الولايات المتحدة الأمريكية، يوجد العديد من كتل الحجر الرملي يرتكز بتوازن على قاعدة صغيرة.
- الصخور الانثنائية: لا يمكن لمعظم الصخور ان تنثني أو أن تخرج عن شكلها الذي تكون عليه، إلا أنه يمكن لرقائق رفيعة من الإيتاكولميت، وهو نوع نادر من حجر الرمل يوجد في الهند وشمال كارولينا بالولايات المتحدة الأمريكية أن تنثني باليد بسبب بنيته البلورية.
- الصخور الطافية: حجر الخفاف صخر يطفو فوق الماء. وقد كان حممًا بركانية مملوءة بالغازات. تركت الغازات حينما تطايرت ملايين الفتحات الدقيقة التي ملئت بالهواء.
- العناصر الثمانية: تشكِّل أكثر من 98% من الصخور في العالم. وتوجد هذه العناصر بالنسب التالية: الأكسجين (46,5) السليكون (27,6) الألومنيوم ( الحديد (5) الكالسيوم (3,6) الصوديوم (2, البوتاسيوم (2,6) المغنسيوم (2).


تتكون معظم الصخور من تجمعات ركامية أو توليفات من معدن أو أكثر.
فمثلاً يحوي صخر البازلت بلورات من معدني البلاجيوكليز، والبيروكسين.
وفي بعض الأحيان تكون المعادن صغيرة الحجم لدرجة يصبح معها الصخر ذا مظهر كتلي وكثيف، لا تُرى به حبيبات معدنية. ولكن إذا فحصت قطاعًا رقيقًا من هذا الصخر تحت المجهر يمكنك رؤية حبيبات المعادن المكوِّنة له.

والصخور والمعادن مفيدة لنا في العديد من الأعمال:
ويستخدم البناؤون الجرانيت والرخام وصخورًا أخرى في عمليات التشييد. ويُصنع الأسمنت من الحجر الجيري، وصخور أخرى تساعد على جعل طحين الصخور قوي التماسك، وذا مقاومة طويلة الأمد لاستخدامات المباني والسدود والطرق.

وتأتي الفلزات مثل الألومنيوم، والحديد، والرصاص، والصفيح من صخور تُسمى الخامات.
كما تمدنا الخامات بالعناصر المشعة مثل الراديوم واليورانيوم. وقد تقع الخامات قريبًا من سطح الأرض أو في أعماق باطنها.
وفي بعض المناطق تتكون جبال عالية من رواسب خامات النحاس والحديد.

وتحوي بعض الصخور معادن لا فلزية قيمة مثل، البوراكس والجرافيت. وتأتي جميع المجوهرات، فيما عدا الكهرمان والمرجان واللؤلؤ، من الصخور.
ويُستخرج الماس من مناجم جنوب إفريقيا وأركنساس في الولايات المتحدة الأمريكية، من صخر يسمى البيريدوتايت.
ويوجد الزمرد في حجر جيري أسود في كولومبيا.

ويدرس الجيولوجيون تاريخ الأرض بدراسة الصخور. انظر: الجيولوجيا.
ويتعرفون على وجود البترول من دراسة بنية وعمر وتركيب طبقات الصخور.
ويدرس علماء آخرون الأحافير (بقايا النباتات والحيوانات في الصخور) ليعرفوا الكثير عن نوع الحياة التي كانت سائدة منذ ملايين السنين. انظر: الأحفورة.
وقد طور الجيولوجيون طرقًا محددة لإيجاد عمر الصخور وذلك بقياس كميات الذرات المشعة في الصخر.
فكل نظير من النظائر (أنواع من الذرة المشعة) تتفكك بمعدل ثابت. وبقياس نسبة الذرات المشعة لأحد النظائر في الصخر يستطيع الجيولوجيون معرفة متى تشكل الصخر. انظر: النشاط الإشعاعي.

يستمتع الآلاف من صغار السن والبالغين بهواية جمع الصخور والمعادن. فهم يتاجرون بالصخور والمعادن كما يتاجر الهواة الآخرون بطوابع البريد.
وقد يتاجر أحد الجامعين في سيدني مع المشاركين في نادي هواة جمع المعادن والصخور المحلي، أو مع جامعين في مناطق بعيدة مثل نيويورك، ولندن، وفيينّا.
وهناك العديد من نوادي المعادن والصخور في العالم تَعقد لقاءات منتظمة.
وهي كذلك تموّل مجموعات الدارسين والمعارض، وتنظم رحلات ميدانية إلى مناطق الجمع. وأحيانًا تساعد هذه النوادي في توفير مجموعات الصخور للمتاحف المحلية.

والأنواع الثلاثة للصخور هي:
1- الصخور النارية،
2- الصخور الرسوبية
3- الصخور المتحولة.

الصخور الشائعة
تنقسم الصخور إلى ثلاث مجموعات رئيسية:

صخور نارية: تُشكَّل بتصلب الصهير.
وصخور رسوبية: تنتج عند تصلب النباتات المختلفة والحيوانات والمواد المعدنية.
وصخور متحولة: وتتشكل حين يتعرض أي نوع من الصخور للتغيرات نتيجة لشدة الحرارة والضغط.


الصخور النارية:
الصخر اللون التراكيب
بازلت أخضر غامق – رمادي إلى أسود كثيف، بلورات مجهرية عادة مايكوِّن أعمدة.
جابرو رمادي مخضر إلى أسود بلورات خشنة
جرانيت أبيض إلى رمادي، وردي إلى أحمر بلورات ملتحمة ومتوسطة إلى خشنة
أوبسيديان (الزجاج البركاني) أسود أحيانًا ذو شريط بني زجاجي، غير متبلور، ينفصل مع كسر يشبه الصدفة
البريدوتايت رمادي مخضر بلورات خشنة
حجر خفاف أبيض رمادي خفيف، زجاجي مُزْبد ذو مسام دقيقة يطفو على الماء



الصخور الرسوبية:

الصخر اللون التراكيب
بريشا (رصيص) رمادي إلى أسود، مسفوع بالأحمر قطع صخرية بزوايا متلاصقة بلصاق طبيعي
فحم حجري لامع إلى أسود معتم قصف في رقائق أو طبقات
صوّان رمادي غامق، أسود، بني صلب، زجاجي، يكسر باطراف حادة
حجر جيري أبيض، رمادي، أصفر برتقالي إلى أسود وأحمر كثيف يشكل طبقات سميكة وجروف قد يحوي أحافير
حجر رملي أبيض، رمادي، أصفر، أحمر حبيبات ناعمة إلى خشة ملتحمة معا في طبقات
طين صفحي (طَفَل) أصفر، أحمر، رمادي، أخضر كثيف، جسيمات دقيقة، ناعم، ينفصل بسهولة له رائحة ال
.


الصخور المتحولة:

الصخر اللون التركيب
أمفيبولايت أخضر فاتح إلى أسود حبيبات ناعمة إلى خشنة صلب وغالبًا متلألئ
نايس رمادي، وردي إلى أسود وأحمر بلورات متوسطة إلى خشنة مرتبة في أحزمة
رخام ألوان عدة، عادة مختلطة بلورات متوسطة إلى خشنة عادة مايكون مطوقًا
كوارتزيت أبيض، رمادي، وردي أصفر برتقالي كتلي، صلد، عادة زجاجي
شِست أبيض، رمادي، أحمر، أخضر، أسود جسيمات قشرية، دقيق متلألئ، زلق الملمس، عادة مايتلأ
إردواز أسود، أحمر، أخضر، أرجواني حبيبات ناعمة، كثيف، ينفصل في ألواح دقيقة ناعمة.


الصخور النارية

توجد في أعماق الأرض السحيقة مواد صخرية منصهرة تُسمى الصهارة.
وتقع الصهارة تحت ضغط عالٍ جدًا، وهي حارة جدًا (750 إلى 1250°م).
تتصاعد هذه المادة الصخرية الساخنة أحيانًا إلى سطح الأرض من خلال تشققات عميقة تسببها الزلازل وحركات عميقة أخرى داخل القشرة الأرضية.
وقد يحدث أحيانًا أن يتسبب ضغط الصهارة وحرارتها في إضعاف الصخور التي تعلوها مما يؤدي إلى انهيارها، والسماح للصهارة بأن تندفع عاليًا.
تتشكل الصخور النارية حين تبرد الصهارة وتتصلب. ويُقسِّم العلماء الصخور النارية الى مجموعتين، البركانية والمتداخلة.

الصخور البركانية: تتشكل حين تنبثق الصهارة أو تندفع على سطح الأرض في شكل جداول من الصخور المنصهرة أو كتل متصلبة جزئيًا من الحمم الساخنة، أو في شكل خبث أو رماد بركاني.
وحينما تتراكم الحمم وتتصلب حول الشروخ فإنها تشكل بركانًا.

يسبب التعرض لدرجة حرارة السطح الباردة تصلب الحمم في غضون ساعات قليلة.
وليس لدى المعادن التي تحويها الحمم وقت كافٍ لتشكل بلورات كبيرة الحجم.
وقد تتصلب سريعًا لدرجة يتشكل معها السبج ـ وهو الزجاج البركاني ناعم الملمس واللامع ـ أو حجر الخفاف (البومس) ـ وهو صخر مسامي مليء بفقاعات الهواء ـ أو السكوريا ـ وهو صخر خشن يشابه خبث الأفران.

أما الحمم التي تبرد ببطء أكثر، فتشكل صخورًا تحوي بلّورات معدنية دقيقة.
وتشمل هذه الصخور دقيقة التبلر، صخور البازلت الداكن اللون والفالسيت الفاتح اللون.
ويقذف البركان أحيانًا الحمم في الهواء بعنف كبير.
وتشكل كتل الحمم قطعًا صخرية مركبة يتراوح حجمها بين جسيمات دقيقة من الغبار البركاني، إلى القنابل البركانية التي يزيد قطرها على 30سم. وتسمى القطع الصخرية التي تلتحم مع بعضها بلحام طبيعي صخورًا متجمعة (تكتل صخري) أو البريشات البركانية.

الصخور الإندساسية: تتشكل من الصهارة التي لا ترقى إلى سطح الأرض.
وقد تدفع الصهارة سطح الأرض لأعلى في شكل نتوءات هائلة، وأحيانًا تنتشر جانبيًا بين طبقات الصخور القديمة.
وقد تصهر أحيانًا الصخور المحيطة لتصنع لنفسها منفذًا. وتحت الأرض تبرد الصخور المنصهرة وتتصلب ببطء.
والصخور التي تتشكل بهذه الطريقة، تكون حبيباتها المعدنية خشنة، ويمكن أن تُرى بالعين المجردة. وتشمل هذه الصخور خشنة التبلور عائلة الجرانيت وعائلة السيانيت وعائلة الجابرو.


الصخور الرسوبية

تتكون الصخور الرسوبية من مواد كانت جزءًا من صخور قديمة أو نباتات أو حيوانات.
تجمعت هذه المواد في شكل طبقات من مواد سائبة.
وتوجد معظم الرواسب في قيعان المحيطات وبعضها يتشكل على الأرض أو في المياه العذبة.
وبمرور الزمن تتصلب المواد السائبة وتصبح صخرًا صلدًا.

ويقسم الجيولوجيون هذه الصخور إلى مجموعات ثلاث طبقًا لنوع المادة التي تتشكل منها، وهذه المجموعات هي:
1- الرواسب الفتاتية
2- الرواسب الكيميائية
3- الرواسب العضوية.

الرواسب الفتاتية: تتكون من شظايا الصخور التي يتراوح حجمها بين الجلاميد والحصى الكبير مرورًا بالحصى الصغير، إلى الزلط وحتى الرمل الدقيق التحبب، وجسيمات الغرين والطين.

تتكسر الصخور إلى شظايا بفعل عملية طبيعية تسمى التجوية. انظر: التعرية.
وتُحمل هذه الشظايا وترسب أساسًا بوساطة الماء الجاري، وأحيانًا بالهواء أو بالمثالج الطبيعية. وتبعًا لذلك تترسب الطبقات فوق بعضها ثم تتحجر. وتُدمج (تُضغط) الطبقات أحيانًا نتيجة لوجود ضغط يطرد الماء من الرواسب. و
هذه العملية تقارب الحبيبات سويًا وتشكل صخورًا تسمى حجر الغرين من الغرين، والطَّفل من الطين.

وتقوم أحيانًا مواد كيميائية طبيعية بلحم حبيبات الرمل معًا لتشكل الحجر الرملي.
وأحيانًا تتلاحم الجلاميد والحصوات المحتوية على الماء لتشكل صخور الرصيص (المْدَمْلكات)، وإذا كانت هذه الشظايا الصغيرة ذات زوايا حادة فان الصخر يلتحم ليشكل البريشات (صخور رصيصية).

الرواسب الكيميائية: رواسب لمعادن كانت ذائبة في الماء. ونتيجة لتبخر الماء، تبلورت هذه المعادن مكونة رواسب من الملح الصخري (كلوريد الصوديوم) وصخور الفوسفات، (فوسفات الكالسيوم) الجبس، (كبريتات الكالسيوم).
وتتشكل العديد من طبقات الحجر الجيري من بلورات الكلسيت (كربونات الكالسيوم)، كما تتشكل بعض رواسب خام الحديد من تبلور أكسيد الحديد الذائب. وتكوّن السليكا الذائبة طبقات من صخور الظر.

الرواسب العضوية: هي أصداف وهياكل وأجزاء النباتات والحيوانات والمحاريات. يأخذ السمك الصدفي الكلسيت من الماء، ويستخدمه في بناء أصدافه وتستخدم رخويات المرجان نفس المعدن لتبني الشعاب المرجانية. انظر: المرجان. وتتصلب الشعاب المرجانية، وتجمعات الأصداف لتكون الحجر الجيري الأحفوري.
وتكون أصداف العضويات أحادية الخلية المسماة بالفورامنيفرا، جيرًا طبشوريًا مثل تلك التي توجد في جُرُف دوفر البيضاء الشهيرة بإنجلترا. ويتشكل الفحم الحجري من السرخسيات، ونباتات المستنقعات التي أصبحت مدفونة في المستنقعات وتحللت.
تتصلب هذه الرواسب المتكونة من المواد العضوية مكوِّنة طبقات من الخث والفحم الحجري. انظر: الفحم الحجري.


الصخور المتحولة

الصخر المتحول صخر تغير مظهره، وفي حالات عديدة تغير تركيبه المعدني.
قد تحدث هذه التغيرات من تأثير الصهارة الساخنة، ومن الضغط والحرارة نتيجة للدفن العميق أو نتيجة لحركات تكوينات الجبال في القشرة الأرضية.
وربما تخضع كل أنواع الصخور سواء كانت نارية أو رسوبية لهذا التحول وتنتج عنه صخور متحولة.
فالجرانيت مثلاً صخر ناري يحوي معادن المرو، والفلسبار، والميكا، في ترتيب عشوائي.
ويتسبب تحوُّل الجرانيت في ترتيب بلورات الكوارتز والفلسبار (سليكات الألومنيوم) في طبقات توجد بينها الميكا في شكل نطاقات تموجية ويسمى الصخر الجديد بالنايس.
ويعيد التحول تبلور الكلسيت في الحجر الجيري ليشكل الرخام. وتنمو حبيبات الكوارتز في الحجر الرملي لتصبح أكبر حجمًا في بلورات متلاحمة ليكوّن الكوارتزيت (المرويت).
كذلك يتصلب كل من الطَّفْل الناعم والطين ليكّونا الإردواز، وهو صخر يمكن بسهولة فَلْقُه إلى ألواح ناعمة الملمس.
يتحول الفلسيت أو الأنواع غير النقية من الحجر الرملي والحجر الجيري والطَّفْل إلى شست تتلألأ بالميكا ومعادن أخرى مثل الهورنبلند والكلوريت.
وهناك بعض المعادن مثل الكلوريت، البجادي والستاوروليت التي تتكون فقط في الصخر المتحول.

جمع الصخور:
قد تجد معادن وصخورًا جذابة في أماكن عديدة بالقرب من منزلك.
وتشمل الأراضي الواعدة مناطق مثل المناجم، والمحاجر، والحفريات، ومرتفعات المحيطات وسواحلها والطرق المشقوقة في الجبال وضفاف الأنهار.
فكن حذرًا جدًا حينما تعمل عند الجدران الصخرية شديدة الانحدار. وحاول أن تحصل مسبقًا على إذن زيارة للمناطق الخاصة. و
من الممكن أن تبدأ بجمع الصخور السائبة، ولكن بعض الأدوات البسيطة يمكن أن تساعدك في الحصول على عينات.

وأهم الأدوات: هي مطرقة الصخور التي لها رأس مربع الشكل ونهاية حادة لدق وزحزحة العينات المطمورة في الصخور الصلبة.
وتساعد المطواة في إزاحة البلورات.
وبفحص الصخر بوساطة عدسة ذات قوة تكبير صغيرة يمكن لك أن تختار أنسب العينات.
ويحمل كثير من الجامعين مغنطيس جيب ليساعدهم في التعرف على الصخور المحتوية على المغنتيت.
وتساعدهم لوحة المخدش (قطعة من السيراميك الخشن)، على التعرف على المعادن من خلال لون مخدشها.
وتستخدم مقلمية الجيب في اختبار صلادة المعادن.
ويمكن شراء كل هذه الأدوات وبدون كلفة كبيرة من متجر معدات أو من متعهد معادن.
وتصلح حقيبة صغيرة محمولة على الظهر أن تكون وعاءًا للعينات.
ويجب أن تلفَّ جميع العينات في ورق جرائد أو مناديل ورقية لحمايتها.

وكلما جُمعت عينة يجب أن توضع عليها ورقة لصق، ويجب أن يكتب على اللاصق الموقع وتاريخ الجمع وأيّ نوع من الصخور أو المعادن يمكن أن تكون.
وفيما بعد يمكنك أن تنقل المعلومات عن الصخر أو المعدن إلى كتيب تسجيلي تحتفظ به بصفة دائمة.


التعرف على الصخور:

قد يبدو الأمر صعبًا في البداية ولكن سريعًا ما يصبح ممكنًا أن تتعرف على الأنواع الشائعة، ومن الممكن أن تشتري الكتب التي بها صور ملونة وجيدة للصخور والمعادن.
وهناك العديد من المراجع الأولية غير المكلفة عن مجموعات المعادن والصخور، التي يمكن الحصول عليها من متعهدي المعادن والصخور. ومن خلال هذه المجموعات تُعرف المعادن والصخور الشائعة.
ويمكنك مقارنة الصخور غير المعروفة مع الصور أو مع عينات معروفة.

كل المعادن لها خواص مثل التركيب الكيميائي والصلادة ولون المخدش، وهذه تساعد في التعرف عليها.
ويتعرف الجامعون ذوو الخبرة على التكوينات التي توجد بها الصخور من الخواص الفيزيائية لهذه الصخور.

التركيب الكيميائي: ربما يحدد باستعمال بعض الاختبارت الكيميائية لعناصر المعدن.
فمثلاً، يتم اختبار كيميائي بسيط للكلسيت في الحجر الجيري، بصب ليمونادة ساخنة على سطح الصخر فتفور الليمونادة الحمضية بشدة على الحجر الجيري.

الصلادة: هي قياس سهولة إحداث خدش على سطح المعدن. يمكن أن تخدش المعادن الناعمة بظفرك. وتخدش المعادن الصلدة بنصل سكين من الصلب، أو دبوس، حتى أكثرها صلادة ماعدا الماس فهو أشد المعادن المعروفة صلادة.

لون المخْدَش: هو لون المسحوق الناتج عن حك المعدن على سطح سيراميك خشن. وعادة ما يختلف لون المسحوق الناتج عن حك المعدن على سطح سيراميك خشن، كما يختلف لون المسحوق عن لون كتلة المعدن. فمثلاً البيريت (كبريتيد الحديدوز) يبدو أصفر في الصخر، ولكن مخدشه أسود. وللعديد من المعادن لون مخدش مميز.

التكوينات والخواص الطبيعية:
من الممكن أن تتعرف على الصخور بمعرفة مكان تواجدها وكيف تبدو. فمثلاً من الممكن أن تميز الصخور الرسوبية لأنها في طبقات، أو في تكوينات طباقية.
وغالبًا ما تحتوي الصخور الرسوبية على أحافير، والعديد منها يحمل تشققات الوحل القديمة، والعلامات التي تكونت بفعل الأمواج، ويستعمل الجيولوجيون الأحافير عادة، لمعرفة زمن تَشَكُّل الصخر. ويحصلون على الأحافير بالفصل الحذر للصخور الرسوبية بوساطة المطرقة.
وباستثناء الزجاج البركاني فإن كل الصخور النارية ذات طبيعة صلبة ومتبلورة.
وبعضها يبدو كثيفًا مع وجود متبلورات مجهرية، وأخرى تحوي بلورات كبيرة يمكن أن تُرى بالعين المجردة.
وتحدث الصخور النارية في المناطق البركانية، والتكوينات المتداخلة التي يطلق عليها الجيولوجيون الباثوليتات واللاكوليتات والجدُد القاطعة والجدد الموازية والكتل الشاخصة.
تظهر العديد من الصخور المتحولة بأحزمة مميزة لها، ويمكن أن تنفلق بسهولة إلى صفحات أو ألواح.
انظر أيضًا: المعدن.

عرض الصخور: سيعتمد حجم الصخر في مجموعتك على سعة مكان التخزين المتوفر. فبعض الناس يجمعون عينات صخرية صغيرة الحجم يمكن حفظها في صناديق صغيرة الحجم، ورؤيتها تحت مجهر منخفض القوة،
بينما يفضل آخرون عينات كبيرة من ذلك الحجم الذي يرى في مجموعات المتاحف، إلا أن أنسب الأحجام للحفظ يتراوح ما بين 5×8سم و 8×10سم.
ومن الطبيعي أن تكون البلورات أصغر من ذلك.
ويمكنك تشذيب الصخور بوساطة المطرقة إلى الحجم المناسب، ولكن كن حذرًا حتى لا تدمر البلورات المختارة.
والعينات المتسخة يمكن غسلها بالماء والصابون أو تنظيفها بفرشاة خشنة.
أما العينات التي بها ملح صخري، فلا يمكن أن تغسل لأن الملح يذوب في الماء.
وفي العادة يمكن أن تُفْرش أو تنفخ الأتربة من هذه العينات.

بعد تنظيف عيناتك، يمكن لك أن تُبوبها بدهان بقعة صغيرة بيضاء على كل صخر، وكتابة رقم عليها باستعمال حبر لا يُزاَل بالماء.
وهذا يتيح لك أن ترجع إلى الرقم المقابل في كتاب سجل العينات للحصول على معلومات عن كل عينة.

يمكن لمنظومة من الأدراج أو أرفف مكتبة أن تمثل وحدة حفظ مثالية.
ضع الصخر في طبق من الورق المقوى.
كما يجب أن تحفظ العينات الصغيرة والبلورات في علب كرتون أو أطباق مقسمة لوحدات صغيرة.
إن عرض كمية قليلة ولكنها مختارة يكون لافتًا للأنظار إذا وُضِعت على أرفف أو في حاوية لها واجهة زجاجية.

مجموعات الصخور: يعرض العديد من المتاحف العامة في المدن الكبيرة مجموعات رائعة من الصخور والمعادن.

المعدن أكثر المواد الصلبة شيوعًا على الأرض.
تستقر طبقات الأرض والمحيطات على طبقة من الصخر المؤلَّف من المعادن. وجميع الصخور الموجودة على سطح الأرض تحتوي على معادن.
حتى التربة تحتوي على قطع متناهية الصغر من معادن تفتَّتت من الصخور.
كما توجد المعادن على سطوح القمر وعطارد والزهرة والمريخ.

تتضمن المعادن مواد شائعة مثل الملح الصخري وجرافيت أقلام الرصاص، ومواد نادرة مثل الذهب والفضة والأحجار الكريمة.
ويوجد ما يقرب من 3,000 نوع من المعادن، لكن الشائع منها نحو مائة فقط. ويبقى العثور على معظم المعادن الأخرى أصعب من العثور على الذهب.

ويستخدم الناس المعادن لصناعة عدد كبير من المنتجات:
فعلى سبيل المثال، يُستخدم الجرافيت لأقلام الرصاص، وأقلام التلوين، ومسحوق التلك المُعطَّر يتم صنعه من التلك.
وتتضمن المنتجات الأخرى المصنوعة من المعادن الإسمنت والمواد المُخصِّبة للزراعة والمواد الكيميائية للصناعة.

ويستخدم كثير من الناس مصطلح معدن لأي مادة مستخرجة من باطن الأرض مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي والرمل ـ مع أنها ليست معادن.
وهناك مواد معينة في الغذاء والماء، مثل الكالسيوم والحديد والفوسفور، يُطلق عليها أيضًا معادن.
لكن خبراء المعادن، والعلماء الذين يهتمون بدراسة المعادن، لا يعتبرون أيًا منها كذلك.

يستخدم خبراء المعادن مصطلح معدن ليشير إلى المادة التي تتمتع بالخواص الأربع التالية:
1- يوجد المعدن في الطبيعة. فالماس الطبيعي من المعادن، لكن الماس الصناعي لا يكون كذلك.
2- يتكون المعدن من مواد لم تكن حية أصلاً، فالفحم الحجري والنفط والغاز الطبيعي على سبيل المثال ليست معادن لأنها تكونت من بقايا الحيوانات والنباتات.
3- للمعدن التركيب الكيميائي نفسه أينما وجد. فالرمل مثلاً، ليس معدنًا لأن عينات الرمل المستخرجة من أماكن مختلفة في العادة لها تركيبات كيميائية مختلفة.
4- تترتب ذرات المعدن في نسق منتظم، وتكوِّن وحدات صلبة تسمى البلُّورات. فالكالسيوم والفوسفور الموجودان في الحليب ليسا معدنين لأنهما مذابان في سائل، وليسا متبلورين (أو بلوريين).

التعرف على المعادن

تختلف المعادن اختلافاًَ بينًا في مظهرها وملمسها. فبعض المعادن، مثل المرو والماس، لها سطوح شبه زجاجية تتلألأ بالألوان المختلفة، وأخرى تبدو معتمة، ودهنية الملمس. والمعادن الصلبة لها القدرة على خدش أو تثليم الزجاج. أما اللينة أو الرخوة منها، مثل التلك والجبس، فيمكن خدشها بوساطة ظفر الأصبع. وهناك أربع ميزات رئيسية للمعادن وهي:
1- البريق
2- التفلج (الانشقاق)
3- الصلابة
4- اللون.

البريق:
ربما يكون للمعدن بريق ـ سواء كان فلزًا أو لافلز. فالمعادن التي لها بريق فلزي تلمع مثل الفلز. وتتضمن مثل هذه المعادن الجالينا والذهب والإيلمنيت (خام من أكاسيد الحديد والتيتانيوم يوجد في الصخور البركانية).
أما المعادن التي لها بريق غير فلزي فهي تتغير في مظهرها. فالمرو يبدو زجاجيًا والتلك له سطح لؤلؤي، وبعض أنواع كبريتيد الزئبقيك تظهر معتمة وشبيهة بالطين أو الطَفْل. كما يختلف بريق معدن ما، من عينة إلى أخرى. فبعض كبريتيد الزئبقيك مثلاً، له بريق فلزي لامع وليس بريقًا معتمًا.


التفلج (الانشقاق):
هو تجزؤ المعدن إلى قطع صغيرة لها سطوح منبسطة. وتختلف المعادن في عدد اتجاهات التجزؤ، وفي الزوايا التي تنبسط بها سطوحها. فالمَيْكا تتجزأ باتجاه واحد وتُكوِّن رقائق رفيعة. والهاليت (الملح الصخري) له ثلاثة اتجاهات تشقق ويتكسر إلى مكعبات دقيقة. أما الماس فربما يتجزأ إلى أربعة اتجاهات مُكونًا هرمًا. والمعادن الأخرى، مثل المرو (الكوارتز)، لا تتجزأ بترتيب، لكنها تتجزأ إلى قطع صغيرة بسطوح غير منتظمة.


الصلابة:
يتم اختبار صلابة المعدن عن طريق محاولة خدشه بمعدن آخر. فالمعدن الصلب يخدش المعدن اللين. ويستخدم خبراء المعادن مقياسًا للصلابة اعتمادًا على هذا المبدأ.
وقد ابتكر الألماني فريدريك موهس ـ وهو من خبراء المعادن ـ مقياسًا عام 1822م. ويضم مقياس الصلابة وفقًا لموهس عشرة معادن من الأقل ليونة إلى الأكثر صلابة، رقمت من 1 إلى 10.
وتقاس صلابة المعادن الأخرى بتعيين ما إذا كانت تخدش أو تنخدش بمعادن مقياس موهس. فالجالينا على سبيل المثال، تخدش الجبس (رقم2)، ولكن يتم خدشها بوساطة الكلسيت (رقم 3). وعليه تكون صلابة الجالينا 2,5- بالتقريب وسطًا بين صلابة كل من الجبس والكلسيت. وظفر أصبع الإنسان لها صلابة حوالي 2.


اللون:
يعتمد لون بعض المعادن على المواد التي تتألف منها البلُّورات. فاللون الأسود للإيلمنيت، والأحمر بكبريتيد الزئبقيك واللون الأخضر لحجر السربنتاين (سليكات المغنسيوم الصخرية المائية) جميعها تُنتج من التركيب الكيميائي لهذه المعادن.
أما المعادن الأخرى فتكتسب ألوانها من الشوائب الكيميائية الموجودة بها. فبلورات المرو النقي على سبيل المثال، لا لون لها. ولكن وجود كميات ضئيلة من مواد أخرى في بلُّورات المرو تستطيع أن تكسب المرو لونًا خفيفًا ورديًا أو أخضر، أو تجعله أحيانًا أسود.
ارات التعرف الشائعة. يتم اختبار صلابة المعدن بخدشه بالمعادن الموجودة وفقًا لمقياس موهس، الموضح في الجدول. اختبار لون المسحوق (الصورة الوسطى) يخلف شريطًا أحمر. يحك الكاشف الفلز على خزف صيني خشن ويمسح الشريط بالأصبع. (إلى اليسار)، يتفلج الكلسيت إلى قوالب، في حين أن الميكا يتفلج إلى رقائق.


اختبارات التعرف الأخرى:
ربما يتم التعرف على بعض المعادن بوساطة هيئتها أو مظهرها العام. فالذهب يوجد على هيئة شذرات، بينما يوجد الماس على هيئة بلُّورات. أما خام الملح فيمكن أن يوجد على هيئة حُبيبات أو مجموعات من البلورات أو على هيئة كتل كبيرة.
كما يوجد أسبستوس السربنتاين على هيئة عروق أو ألياف. ويستطيع خبراء المعادن التعرف عليها بوساطة ملمسها أو مذاقها أو رائحتها. فالتلك والسربنتاين يتمتعان بملمس دُهني، أما الإبسومايت وخام الملح ملحية المذاق، بينما لكل من البوراكس والميلانترايت مذاق حُلْو. والكاولينيت ذو رائحة ترابية.

ويستخدم اختبار لون مسحوق المعدن للتعرف على المعدن.
فالمعدن يُحَك عبر صفيحة خزف صيني خشنة بيضاء. وهذا الحك يطحن قشرة من المعدن ويحوِّلها إلى مسحوق ناعم، ويُخَلِّف وراءه شريطًا ملونًا على الصفيحة. وفي الغالب فإن هذا الشريط اللوني لا يكون له نفس لون المعدن. فالهيماتيت ذو اللون البني المحمر أو الأسود يترك دائمًا بعد حكّه شريطًا أحمر. كما يخلِّف كبريتيد النحاس وهو معدن أصفر، شريطًا أسود مشوبًا بالخضرة.

وهناك الكثير من الاختبارات الكيميائية التي يمكن اتباعها للتعرف على المعادن. ويُجرى أحد أبسط هذه الاختبارات بصب محلول حمضي دافئ مخفف على عينة. فإذا فار الحمض، كانت العينة تنتمي إلى مجموعة من المعادن تسمى الكربونات. ومن الأمثلة على معادن هذه المجموعة، الكلسيت والأرجونيت والدولميت. وتحتوي هذه المعادن في بنائها على الكربون والأكسجين، إلى جانب ذرات كيميائية أخرى. وعند صب المحلول الحمضي، ينطلق غاز ثاني أكسيد الكربون على هيئة فقاعات في محلول الحمض.
ويمكن عمل هذا الاختبار في المنزل، وذلك باستخدام الخل كحمض. وهناك اختبار آخر هو اختبار اللهب، حيث يتم طحن قطعة صغيرة من المعدن إلى مسحوق يوضع قرب قاعدة الثقوب الهوائية لموقد بنزن المشتعل، ومن ثم يحمل الهواء المسحوق أعلى إلى اللهب. ويكتسب اللهب بسبب المسحوق لونًا دالاً على المعدن

بلورات المعدن:
تبدو البلورات ذات أحجام مختلفة. فبلورة البريل الضخمة، (حجر كريم أخضر اللون) أو الفلسبار (سليكات الألومنيوم) ربما تزن أطنانًا بينما بلورة الكاولين (الطين) صغيرة جدًا، حتى أنه تصعب دراستها تحت المجهر. وبغض النظر عن الحجم، فكل البلورات هي في الأساس نفس الشيء. أي أن البلورات مجموعة من الذرات مرتبة في نموذج أو نمط منتظم.

ولكي تتصور ما بداخل البلورة، عليك أن تتخيل الحُجُرات التي تتكون أو تنشأ من ذرات البلورة. فالحُجْرة في بلورة النحاس تتكون من 14 ذرة نحاس. هذه الحجرة لها ذرة عند كل زاوية من أرضيتها، وسقفها، وكل من جوانبها الأربعة. وبلُّورة النحاس تتألف من العديد من هذه الحُجْرات جنبًا إلى جنب. ومرصوصة إحداها فوق الأخرى. وتشارك الحجرات في ذرات النحاس في أماكن اصطفافها معًا. وخبراء المعادن يُسمون مثل هذه الحُجْرات خلايا بنيوية.

وتتألف معظم المعادن من نوعين أو أكثر من الذرات. على سبيل المثال، يتألف خام الملح من ذرات الصوديوم وذرات الكلور. وفي معادن أخرى قد يصل نوع الذرات إلى خمس ذرات مرتبة بعضها مع بعض بصورة معقدة. وبعض الخلايا البنيوية لها ستة جُدُُر بدلاً من أربعة، وبعضها له جُدُر مائلة. ويؤدي مثل هذا الاختلاف في شكل الخلايا البنيوية إلى اختلاف شكل بلورات المعدن.


الروابط الكيميائية:
هي قوى كهربائية تربط الذرات معًا في البلورة.
ومن الروابط الكيميائية: الرابطة الأيونية التي تتكون من إعطاء ذرات معينة بعضًا من إلكتروناتها إلى ذرات أخرى. والرابطة الأيونية هي الرابطة الكيميائية الأكثر شيوعًا في المعادن.
وتنشأ الروابط التساهمية من المشاركة الإلكترونية المتكافئة من الذرات. وهذه الروابط التساهمية قوية جدًا، وتوجد في معادن مثل الماس، وفي المركبات المحتوية على الكربون.
وتضم الروابط الكيميائية ذرتين أو أكثر معًا في مواضع محددة فقط. وتعتمد هذه المواضع على حجم الذرات، وعلى عدد الإلكترونات الرابطة. أما شكل وحجم خلية الوحدة، فهو بدوره يعتمد على مواضع الذرات التي تأخذها عندما ترتبط بعضها مع بعض. انظر: الرابطة.

لا تتكافأ قوة جميع الروابط بين الذرات. ويوضح هذا الاختلاف في قوة الرابطة تفلج بعض البلورات.
وعليه فإن التفلج يحدث عندما تأخذ الروابط الضعيفة وضعًا على طول السطح يسمى مستوى التفلج أو الانشقاق. وعندما تقطع البلورة على طول هذا المستوى فإن الروابط الضعيفة تتكسر، وتبعًا لذلك تنشطر البلورة، كاشفة عن سطح مستو.


كيف تنمو المعادن:
تنمو معظم المعادن في السوائل. على سبيل المثال، تنمو بعض البلورات في سائل يسمى الصُهَارة عميقًا داخل الأرض. تحتوي هذه المادة الحارة جدًا على جميع أنواع الذرات التي تتألف منها المعادن الأرضية. وعندما تبرد الصُهَارة، فإن بعض الذرات ترتبط ببعض مكونة بلورات بالغة الصغر. تنمو هذه البلورات بإضافة طبقات من الذرات إلى سطوح البلورات الخارجية المنبسطة. والذرات الجديدة يجب أن تكون في الحجم المناسب، ويجب أن تملك العدد المناسب من الإلكترونات الرابطة حتى تتناسق وتتلاءم في البلورات النامية.


مكونات المعدن وتركيبه:
تعد ذات أهمية في دراسة وتصنيف المعادن.
فبعض المعادن لها نفس نوع البلُّورة، لكنها تختلف في ذرة أو أكثر من الذرات التي تؤلفها. فالأوليفين (الزبرجد الزيتوني) له بلُّورة أساسية مؤلفة من ذرات، ويمكن لكلٍّ من ذرات الحديد والمغنسيوم أن تتراص في هذه البلورة. ونتيجة لذلك فإن هناك نوعين من الأوليفين: الفورستيريت الذي يحتوي على ذرات المغنسيوم، والفاياليت المشتمل على ذرات الحديد. ويصف خبراء المعادن المعادن التي لها نفس التركيب ولكن مكوناتها مختلفة بأنها متماثلة شكليًا.

وتتكون بعض بلُّورات المعادن من نفس نوع الذرات، لكنها تختلف في الطريقة التي تترتب بها الذرات بعضها مع بعض. على سبيل المثال، الماس والجرافيت كلاهما مؤلف من الكربون. ويترابط الكربون في الماس، وهو أصلب مادة معروفة ـ في شكل هيكل قوي . أما الكربون في الجرافيت فيرتبط في رقائق سهلة الكسر. ويستخدم خبراء المعادن مصطلح متعدد الأشكال لوصف المعادن التي لها نفس المكونات ولكنها ذات تراكيب مختلفة.

وتتضمن غالبية طوائف المعادن ـ اعتمادًا على المكونات والتركيب ـ العناصر والكبريتيدات والهاليدات والكربونات والكبريتات والأكاسيد والفوسفات والسليكات. وطائفة السليكات لها أهمية خاصة لأنها تؤلف نسبة 95% من المعادن ـ تبعًا للحجم ـ في قشرة الأرض الصلبة. وتُقسَّم مجموعات المعادن إلى فصائل اعتمادًا على التركيب الكيميائي لكل معدن. وهذه الفصائل بدورها، مكونة من مجموعات من المعادن لها نفس التركيب. وتقسم المجموعات أيضًا إلى أصناف.



نبذة تاريخية

الدراسات المبكرة: كانت المعادن من بين المواد الأولى التي استعملها الإنسان وقام بوصفها.
فالرسومات المصرية منذ خمسة آلاف سنة بيَّنت استخدام المعادن في الأسلحة والحُليّ وفي المناسبات والمراسم الدينية.
وقد كتب الفيلسوف اليوناني ثيوفراستس مقالة قصيرة عن المعادن في حوالي عام 300 ق.م.
كما كتب بليني، كبير علماء روما، عن المعادن والخامات والأحجار والجواهر، وذلك حوالي سنة 77م.
وهناك كتابات أخرى عن المعادن تم إنجازها من قبل العلماء الألمان. وتتضمن هذه الكتابات كتابًا عن الفلزات لألبرتوس ماغنس (1262م) وكتابًا عن الفلزات لجورجيوس أجريكولا (1556م).

الدراسات العلمية على بلورات المعادن: بدأت في القرن السابع عشر الميلادي.
ففي عام 1665م، أوضح العالم الإنجليزي روبرت هوك، أن الكرات المعدنية التي تتراكم بطرق مختلفة تأخذ شكل بلُّورات حجر الشب.
وفي عام 1669م، وجد الطبيب الدنماركي نيكولاوس ستينو، أن الزوايا بين وجوه بلورات المرو تكون متطابقة رغم أن البلورات تأخذ أشكالاً مختلفة.
وفي أواخر القرن الثامن عشر درس العلماء كثيرًا من المعادن. وتركز اهتمامهم على دراسة البنية الداخلية لبلورات هذه المعادن والأسباب التي تجعلها تتخذ أشكالاً مختلفة.
وفي عام 1772م، ذهب العالم الفرنسي، روميه دولسيل إلى أن اكتشاف ستينو ـ السابق ذكره ـ يمكن تفسيره وقبوله فقط إذا كانت البلُّورات مؤلَّفة من وحدات متطابقة ومكدَّسة بعضها مع بعضً بطريقة منتظمة.
وخلال ثمانينيات القرن الثامن عشر الميلادي اهتم العالم الفرنسي رينيه أويه بمتابعة الدراسة على هذه الوحدات المعدنية، وأطلق عليها اسم الجزيئات التكاملية.
وفي ثمانينيات القرن الثامن عشر الميلادي بدأ الكيميائيون تطوير الأفكار والتصوّرات الواضحة عن طبيعة العناصر الكيميائية. لهذا تيقن خبراء المعادن آنذاك أن المعادن تتكون من مواد كيميائية، ولكن ما يزال تركيب المعادن غامضًا لديهم وغير مفهوم.

القرن العشرون: خلال القرن العشرين، قَدَّمت دراسات الأشعة السينية الأساس لدراسة البنية الداخلية للمعادن.
ففي عام 1912م، أرسل العالم الألماني، ماكس فون لو، حزمة صغيرة من الأشعة السينية على بلورة كبريتيد الزنك، إلا أن هذا الشعاع انكسر (انقسم) عبر السطوح المنبسطة للبلورة. وقد أظهرت هذه التجربة أن ذرات كبريتيد الزنك، مرتبطة معًا في رقائق يترابط بعضها مع بعض في زوايا معينة. ومن خلال تجارب مماثلة توصل العلماء مؤخرًا إلى معرفة كيفية ترتيب الذرات في الخلايا البنيوية، وكذلك إلى معرفة كيفية ترتيب هذه الخلايا بدورها، في البلورات. وفي ثلاثينيات القرن العشرين استخدم العلماء الأشعة السينية في دراسة ووصف كثير من المعادن المختلفة.
وفي هذه الأيام أدى توافر الأجهزة المعملية إلى التغير المستمر في دراسة المعادن. فالمحلِّل الدقيق بالسَبْر الإلكتروني المتصل بالحاسوب، باستطاعته قياس تغيّرات المكونات الكيميائية لبلورة مفردة. أما مجهر المسح الإلكتروني فهو يكبر البلورات آلاف المرات مثل حجمها العادي. وقد استطاع العلماء تصوير انعكاسات الذرات والجزيئات وذلك باستخدام مجهر إلكتروني من نوع خاص. وبناء على ذلك أصبح بمقدور العلماء ملاحظة التركيب الداخلي لبلورة ما.

ولا تزال محاولات خبراء المعادن جادة للإجابة عن كثير من التساؤلات التي تتعلق بدراستها. فهم على سبيل المثال، يودون معرفة كيفية تكوّن معدن معين، ومعرفة لماذا تؤثر الشوائب على بلورات هذه المعادن وعلى خواصها الكهربائية. وفضلاً عن ذلك، فإن خبراء المعادن يكتشفون بشكل متواصل استخدامات جديدة للمعادن وللعناصر الكيميائية التي تحتوي عليها.

أسئلة

لماذا يكون للمرو ألوان مختلفة؟
ما المقصود بالخلية البنيوية؟
ما المعدن الذي يتمتع بمذاق ملحي؟
لماذا تتفلج المعادن إلى قطع صغيرة لها سطوح منبسطة؟
لماذا لا يعتبر الماس الصناعي معدنًا؟
ما الذي يربط الذرات بعضها مع بعض في بلورة ما؟
ما نوع المعدن الذي يكون الكربونات؟ ولماذا يفور الحمض عند صبه على الكربونات؟
كيف تنمو المعادن؟

علم تَشكُّل الصُّخور


علم تشكُّل الصخور هو العلم الذي يقوم بدراسة القوى الأرضية التي تكوُّن الجبال والمحيطات التي على الأرض. وبالرغم من أن هذه القوة لايمكن تفسيرها إلا أن علماء الأرض يعتقدون بأنها تنتج بوساطة الحرارة والطاقة.



نظرية الطبقات التكتونية:
في الستينيات من القرن العشرين الميلادي اقترح علماء الأرض نظرية تكتونية تضمنت فكرتين سابقتين هما الزحف القاري وتيارات الحمل. انظر: الزحف القاري. وقادت هذه النظرية الجديدة كثيرا من العلماء للاستنتاج بأن قشرة الأرض الخارجية والمسماة بالليثوسفير تشتمل على عدد من الطبقات الصلبة. وأن بعض هذه الطبقات لاتتبع الحدود القارية، بل إن بعضها يضم كلا من القارات والمحيطات. وتبلغ سماكة قشرة الأرض الخارجية حوالي 70 إلى 150كم، ويبدو أنها في حالة حركة دائمة. وتنزلق طبقات الليثوسفير ببطء على طبقة بلاستيكية لينة من صخور اسمها الغلاف الطيع. وتتحرك الطبقات لمسافة 1,3 إلى 10 سم سنويا.


ويبدو أن النشاط التكتوني يحدث أساساً على امتداد أطراف الطبقات. وإذا ضغطت إحدى الطبقات على الأخرى فإن الطبقة المضغوطة إما أن تتجعد لتكوّن الجبال، أو تنثني إلى أسفل داخل الوشاح وهي الطبقة التي تأتي بعد القشرة، وفوق جوف الأرض. انظر: الأرض. وهذه الطبقات المنثنية إلى أسفل والمسماة مناطق الطرح تولد الزلازل والنشاط البركاني. وهناك طبقتان من الأرض تنتشران مبتعدتين عن بعضهما بعضًا وتشكلان أرضيات المحيط وسلسلة جبال طويلة تحت الماء تسمى الحيود المحيطية. وتحدث الزلازل الكبرى والشقوق في غطاء الأرض الخارجي عندما تنزلق طبقتان نحو بعضهما. وتسمى هذه الشقوق الصدوع.



وبعض ظواهر قشرة الأرض الرئيسية تحدث على أطراف طبقات الليثوسفير. ومثل هذه الظواهر تضم الجبال وأخاديد قاع المحيط، وسلاسل تلال المحيط، والبراكين، والجزر البركانية المسماة أقواس الجزر.


ويعتقد معظم علماء الأرض أن تيارات الحمل هي التي تخلق القوة التي تحرك الطبقات العملاقة. وعملا بهذه النظرية فإن تيارات الحمل التي توجد في غلاف الأرض تحمل الصخر المنصهر من الغلاف الطيع إلى أعلى. والصخر المنصهر في صعوده يضيف إلى قاع المحيط في بعض تلال المحيط. وتيارات الحمل الحراري التي توجد في الصخور تحمل الطبقة القشرية المكونة حديثا على الغطاء الخارجي بعيدًا عن تلال المحيط كأنما هي محمولة على السير الناقل.


وقد رفض بعض العلماء الأجزاء المختلفة لنظرية تيارات الحمل هذه، بل إن علماء آخرين يطالبون بالبرهان الدال على وجودها نفسه وعلى أنها تنتج القوة الهائلة الكافية لتحريك الطبقات الأرضية.

نظريات أخرى:
اعتقد بعض علماء الأرض لفترة ما أن الأرض بدأت في شكل كرة منصهرة وأنها ظلت في حالة تبريد منذ ذلك الزمان. ومع البرودة انكمشت الأرض، وهذا الانكماش هو الذي أنتج القوى التكتونية. ويعتقد علماء آخرون أن الأرض بدأت مثل كتلة باردة تدفأت بحرارة المواد المشعة التي في داخل الكوكب. ومع الحرارة التي اكتسبتها الأرض تمددت وخلقت القوة التي شققت غطاء الأرض الخارجي إلى كتل كبيرة. وهذه الكتل الكبيرة أصبحت هي القارات ومابينها أصبح أحواض المحيطات.

الاحفوره
أحافير- مثل هياكل الديناصورات هذه – تساعد زوّار المتاحف على تخيل الأجناس المنقرضة. ويدرس العلماء الأحافير للتعرف على تصور حياة كائنات ما قبل التاريخ.

الأحفورة:
أثر أو بقايا نبات أو حيوان كان يعيش منذ آلاف أو ملايين السنين.
بعض هذه الأحافير أوراق نبات أو أصداف أو هياكل، كانت قد حُفظت بعد موت النبات أو الحيوان.
وبعضها الآخر آثار ومسارات أقدام نتجت عن الحيوانات المتنقلة.


توجد معظم الأحافير في صخور رسوبية .
تشكلت هذه الأحافير من بقايا نباتات أو حيوانات طمرت في الرسوبيات مثل الطين أو الرمل المتجمع في قاع الأنهار والبحيرات والمستنقعات والبحار.
وبعد مرور آلاف السنين، فإن ثقل الطبقات العليا الضاغطة على الطبقات السفلى يحولها إلى صخور. انظر: الصخر الرسوبي.
وهناك عدد قليل من الأحافير التي تمثل نباتات أو حيوانات كاملة لإنها حُفظت في جليد أو قطران أو إفرازات الأشجار المتجمدة.


يعتقد بعض العلماء أن أقدم الأحافير هي لبكتيريا مجهرية عاشت قبل نحو 5,3 بليون سنة.
وُجدت مثل هذه الأحافير في جنوب إفريقيا في نوع من الصخور يسمَّى الشَّرت وهو نوع من المرو. كما عُثر على أحافير مماثلة لبكتيريا قديمة في أستراليا.

وأقدم الأحافير الحيوانية هي بقايا اللافقاريات ، وهي حيوانات ليس لها عمود فقري.

ويُقدر عمر صخور هذه الأحافير بحوالي 700 مليون سنة.
وأقدم أحافير الفقاريات (وهي الحيوانات ذات العمود الفقري) هي أحافير للأسماك يقُدر عمر صخورها بحوالي 500 مليون سنة.
والأحافير واسعة الانتشار والعثور عليها أسهل مما يعتقد الكثيرون.
وتتوفر في معظم بقاع العالم.
وهذا يعود لكون الصخور الرسوبية واسعة الانتشار تغطي حوالي 75 % من سطح اليابسة. ومع هذا يعتقد العلماء أن جزءًا يسيرًا من الحيوانات والنباتات التي عاشت على الأرض قد تم حفظها في شكل أحافير.
كما يُظن أن أنواعًًا عديدة قد عاشت واختفت دون أن تترك أي أثر في السجل الأحفوري على الإطلاق.
ولكن المزيد من الأنواع الأحفورية يتم اكتشافها دائمًا.


ومع أن السجل الأحفوري غير مكتمل، فإن العديد من المجموعات النباتية والحيوانية الهامة قد ترك بقايا أحفورية.
وقد مَكَّنَتْ هذه الأحافير العلماء من تصور نماذج الحياة التي وُجدت في عصور زمنية مختلفة في الماضي،
وكذلك معرفةكيف عاشت أنواع ما قبل التاريخ. كما تشير هذه الأحافير لكيفية تغير الحياة مع الزمن على الأرض. توضح هذه المقالة المعلومات التي تقدمها الأحافير عن الحياة القديمة. وللحصول على معلومات عن حيوانات العصور الغابرة، انظر: حيوان ماقبل التاريخ ، ولمعرفة التاريخ الأقدم للإنسان، انظر: شعوب ما قبل التاريخ .


الأحافير تكشف التاريخ القدي
حفورة بتيروداكتيل, نوع من الزواحف المجنحة, تعطي معلومات عن سلوك الحيوان, حيث تشير عظام الأصابع الطويلة الرفيعة التي تشبه أجنحة الطيور إلى مقدرته على الطيران. كما توضح مقدمة منقاره السهمي و أسنانه الحادة أنه كان يأكل الديدان وبعض الكائنات الدقيقة ا

كان العالم مختلفًا عما هو عليه الآن عندما تشكلت معظم الأحافير في الماضي البعيد. وكانت النباتات والحيوانات التي انقرضت منذ زمن طويل تستوطن المياه واليابسة.
ومن الممكن أن نجد بحرًا قديمًا في منطقة جبال عالية، وفي مكان غابة استوائية كانت مزدهرة قبل ملايين السنين نجد الآن سهولاً باردة جافة.
وحتى القارات ابتعدت عن مواقع كانت تحتلها قبل مئات الملايين من السنين. ولم يكن هناك أسلوب لتسجيل هذه التغيرات.
ولكن علماء الإحاثة ـ وهم العلماء الذين يدرسون حياة ما قبل التاريخ ـ قد تمكنوا من تجميع المعلومات حول ماضي الأرض من خلال ملاحظات سجلِّها الأُحفوري.

معرفة النباتات والحيوانات القديمة:
يستطيع علماء الإحاثة من خلال دراستها معرفة الكثير عن مظاهر وسبل الحياة للعديد من كائنات ما قبل التاريخ.
وإحدى الطرق التي يستعملها علماء الإحاثة تتم من خلال مقارنة هذه الأحافير بأجناسها المعاصرة.
وفي العديد من الحالات تُظهر عمليات المقارنة أن الأنواع الأحفورية لها أقارب معاصرة وقريبة منها،
كما أن حالات التشابه والاختلاف بين أنواع الأحافير وأقاربها المعاصرة يمكن أن تعطي معلومات هامة.
فقد دلت أحافير الإنسان المنتصب على سبيل المثال، وهو الذي عاش في الفترة من 1,5 مليون إلى 300,000 سنة، أنه أقدم أسلاف الإنسان.
وتشير أحافير عظام الحوض والساق والقدم عنده إلى أنها تشبه عظام الإنسان. ويعرف علماء الأحافير أن الهيكل العظمي المعتدل يساعد على السير بانتصاب القامة. ومن هذا تمكنوا من تحديد أن الإنسان المنتصب قد سار منتصب القامة.
تعد الأحافير النباتية والحيوانية التي لا مثيل ولا قريب معاصرًا لها، أكثر صعوبة في فهمها.
وتعتمد إحدى طرق معرفة حياتها السابقة على مقارنة أحافيرها بأنواع معاصرة لا تنتمي إليها وإنما تشبهها في شكلها العام.
فعلى سبيل المثال، تبين الأحافير أنه ما بين فترة 210 مليون سنة إلى 63 مليون سنة خلت، عاشت مجموعة من الزواحف ذات إصبع واحد طويل نحيف يبرز من عند كل طرف أمامي. ولا تشبه البنية العظمية أيًّا من تلك الزواحف المعاصرة الآن. ومع ذلك، يبدو أنها تشبه أجنحة الطيور المعاصرة.
وحيث إن الطيور المعاصرة تستعمل الأجنحة للطيران، فإن علماء الأحافير استنتجوا أن تلك المخلوقات المنقرضة كانت تطير. وأطلقوا عليها اسم السحالي المجنحة.


إن معرفة ظروف موت وانطمار الأحافير يمكن أن تبين كيف عاشت. فقد وجد علماء الأحافير أعشاشًا أحفورية لديناصورات في حداثتها.
تشير هذه الأحافير إلى أن بعض أنواع الديناصورات كان يعتني بصغاره ويقوم بتغذيتها في أعشاش مهيأة، تقريبًا كما تفعل طيور اليوم.


وتقدم آثار الأقدام والممرات والمسالك، المسماة الآثار الأحفورية، معلومات عن سلوك حيوانات ما قبل التاريخ. فعلى سبيل المثال، توحي بعض آثار الأقدام بأن بعض أنواع الديناصورات سارت في قطعان.
كما أن بعض الآثار الأحفورية تبين أن بعض الديدان المنقرضة قد عاشت فى أنفاق بسيطة محفورة في قاع البحر

تتبُّع مظاهر الحياة: يقدم السجل الأحفوري دليلاً مهمًا لتاريخ الحياة.
وتشير الأحافير إلى أنه، على مدى مئات الملايين من السنين، قد حفلت الحياة على الأرض بخلايا بكتيريا بسيطة وحيدة الخلية وطحالب إلى جانب عديد من الكائنات المعقَّدة والمتنوعة.
كما تشير أيضًا هذه الأحافير إلى أن بعض الأنواع قد تغيرت جذريًا وحلت محلّها أنماط حياة جديدة متأقلمة كليًا.


ويبين موقع الأحافير في طبقات صخرية رسوبية كيف ازداد تباين الكائنات الحية عبر الزمن.
فكلما ترسب الراسب، حطت طبقات جديدة فوق الأقدم منها. وعند تحول الترسبات إلى حجر، فإن هذه الطبقات تبقى محفوظة حسب زمن ترسبها. وفي الطبقات التي لم يفسد ترتيبها نجد أن الأحافير في المناطق السفلية ـ أي الأقدم عمرًا ـ أقل تعقيدًا من التي توجد في الطبقات الأصغر عمرًا والموجودة قرب السطح.


وتعطي الأحافير المحفوظة في طبقات الأخدود العظيم في أريزونا في الولايات المتحدة الأمريكية مثالاً جيدًا على ازدياد التعقيد في الكائنات المعاصرة. فالطبقات القريبة من القاعدة عمرها حوالي بليون سنة، وتحتوي على أحافير بسيطة الشكل.
أما الطبقات التي عمرها حوالي 600 إلى500 مليون سنة مضت فتحوي أحافير لحيوانات لافقارية، شاملة الحيوانات البحرية المنقرضة المسماة ثلاثية الفصوص. وتظهر بقايا الأسماك الأحفورية في طبقات عمرها نحو 400 مليون سنة. أما بعض الطبقات العليا التي تشكلت في الفترة بين 330 – 260 مليون سنة مضت فإنها تحتوي على آثار بعض حيوانات اليابسة المبكرة مثل البرمائيات والزواحف الصغيرة

ويقول بعض المؤيدين لنظرية التطور (النشوء والارتقاء) إن في بعض الأحافير مجموعات معينة من النباتات أو الحيوانات تحمل بعض خصائص كائنات أخرى أسموها الأحافير الانتقالية. وهذه الأحافير الانتقالية تضم خصائص المجموعتين.
ويستدلون من هياكل أحافير السمكيات السقفية ـ وهي كائنات عاشت قبل حوالي 360 مليون سنة ـ على أن البرمائيات قد تشابهت شيئًا ما مع الأسماك.
ويصنف العلماء السمكيات السقفية، على أنها شبيهة بأوائل البرمائيات، ذلك لأن لها أرجلاً ورئتين مما أهلها للعيش على اليابسة. وكانت عظام ساق السمكيات السقفية مشابهة لعظام زعنفة الأسماك.
كما كان لها أسنان تشبه أسنان الأسماك، وذيل زعنفي للسباحة. وتبين الدلائل الأحفورية أن أمثال هذه البرمائيات المتأخرة قد فقدت صفاتها السمكية، وأصبحت أكثر تكيفًا للعيش على اليابسة.

تبين الأحافير أيضًا كيف أن بعض المجموعات النباتية والحيوانية أصبحت أكثر تنوعًا. فالأوراق الأحفورية وحبوب اللقاح للنباتات الزهرية الأولى ترجع إلى العصر الطباشيري المبكر أي قبل 138 مليون سنة مضت. وتسجل هذه الأحافير عددًا قليلاً من الأنواع. أما أحافير منتصف العصر الطباشيري أي قبل حوالي 90 مليون سنة، فتشمل تشكيلة واسعة من النباتات الزهرية من العديد من البيئات المختلفة.

ويقول بعض المؤيدين لنظرية التطور (النشوء والارتقاء) إن في بعض الأحافير مجموعات معينة من النباتات أو الحيوانات تحمل بعض خصائص كائنات أخرى أسموها الأحافير الانتقالية. وهذه الأحافير الانتقالية تضم خصائص المجموعتين.
ويستدلون من هياكل أحافير السمكيات السقفية ـ وهي كائنات عاشت قبل حوالي 360 مليون سنة ـ على أن البرمائيات قد تشابهت شيئًا ما مع الأسماك.
ويصنف العلماء السمكيات السقفية، على أنها شبيهة بأوائل البرمائيات، ذلك لأن لها أرجلاً ورئتين مما أهلها للعيش على اليابسة. وكانت عظام ساق السمكيات السقفية مشابهة لعظام زعنفة الأسماك.
كما كان لها أسنان تشبه أسنان الأسماك، وذيل زعنفي للسباحة. وتبين الدلائل الأحفورية أن أمثال هذه البرمائيات المتأخرة قد فقدت صفاتها السمكية، وأصبحت أكثر تكيفًا للعيش على اليابسة.

تبين الأحافير أيضًا كيف أن بعض المجموعات النباتية والحيوانية أصبحت أكثر تنوعًا. فالأوراق الأحفورية وحبوب اللقاح للنباتات الزهرية الأولى ترجع إلى العصر الطباشيري المبكر أي قبل 138 مليون سنة مضت. وتسجل هذه الأحافير عددًا قليلاً من الأنواع. أما أحافير منتصف العصر الطباشيري أي قبل حوالي 90 مليون سنة، فتشمل تشكيلة واسعة من النباتات الزهرية من العديد من البيئات المختلفة.

كيف تتكون الأحافير

تموت معظم النباتات والحيوانات وتتعفن متحللة دون أن تترك أي أثر في السجل الأحفوري. وتقوم البكتيريا وأحياء أخرى بتحليل الأنسجة الطرية كالأوراق أو اللحوم. ونتيجة لذلك فإن هذه الأنسجة نادرًا ما تترك أي سجلات أحفورية. وحتى أكثر الأجزاء صلابة مثل العظام والأسنان والأصداف والخشب تبلى في النهاية بوساطة المياه المتحركة أو تذيبها مواد كيميائية. إلا أنه عند طمر بقايا النبات والحيوان في الترسبات فإنها قد تصبح متأحفرة.
وتحفظ هذه البقايا في الغالب دون تغيير يُذكر. ولكن معظمها يعتريه تغيير بعد الدفن، ويختفي العديد منها تمامًا، إلا أنه يترك سجلاً أحفوريًا في الراسب.


ويمكن الحفاظ على الأحافير بعدة طرق:
والطرق الرئيسية لتكوين الأحافير هى:
1- تكوين الطبعات والقوالب والمصبوبات
2- الكربنة (التفحم)
3- التحجر

تكوين الطبعات والقوالب والمصبوبات:
تتكون بعض الأحافير من شكل محفوظ أو خطوط عريضة لبقايا نبات أو حيوان. كما تتكون الطبعات وتسمى أحيانًا الصور أو النقش ، وهي منخفضات أحفورية ضحلة في الصخر، عندما تُدفن بقايا رقيقة من أجزاء من النبات أو الحيوان في راسب وتتحلَّل. وبعد تحوُّل الراسب إلى صخر، فإن ما يتبقى محفوظًا هو في الواقع معالم للنبات أو الحيوان. ويتكون العديد من الآثار من خطوط صغيرة تركتها عظام أسماك أو أوعية ذات جدار سميك كانت قد وجدت في داخل الأوراق. وفي بعض الأحيان تحفظ الأجزاء الناعمة الطرية مثل الريش أو الأوراق على شكل طبعات.


يُشكِّل القالب بعد دفن الأجزاء الصلبة في الوحل أو الطين أو مواد أخرى يمكن أن تتحول إلى صخر. وفيما بعد، تقوم المياه بإذابة الجزء الصلب المدفون تاركة وراءها قالبًا ـ وهو منطقة مجوفة تشبه الجزء الأصلي الصلب ـ داخل الصخر. أما المصبوب فيتشكل عندما ينزح الماء المحتوي على معادن مذابة وجسيمات أخرى دقيقة من خلال القالب، حيث يرسب الماء هذه المواد والدقائق التي تملأ القالب في نهاية الأمر مُشكِّلة نسخة من الجسم الأصلي الصلب. والعديد من الأصداف البحرية محفوظة على صورة قوالب أو مصبوبات

الكربنة (التفحم):
تنتج عندما تترك الأنسجة المتحللة خلفها آثارًا من الكربون. وتُبنى الأنسجة الحية من مركبات الكربون وعناصر كيميائية أخرى. وعندما تتحلل الأنسجة إلى مكوناتها الكيميائية فإن معظم هذه الكيميائيات تختفي. وفي حالة الكربنة تبقى طبقة رقيقة من غشاء كربوني بشكل الكائن. ومن خلال الكربنة تم حفظ أسماك ونباتات وكائنات ذات أجسام طرية بتفاصيل دقيقة جدًا

التحجر:
أصبحت نباتات وحيوانات كثيرة متأَحْفرة بعد أن تسربت المياه المحتوية على معادن في مسام الأجزاء الأصلية الصلبة. ويسمى هذا الفعل بالتحجُّر.
وفي العديد من هذه الأحافير فإن بعض المادة الصلبة ـ إن لم يكن كلها ـ قد أبقتها المعادن بل قوّتها وصلّبتها. وتسمى هذه العملية بالتمعْدُن.
وقد عثر على أخشاب أحفورية من مستوى الأفرع الصغيرة إلى جذوع أشجار ضخمة في مناطق عدة من العالم. وتوجد هذه الأخشاب الأحفورية في بعض المناطق بنسب كبيرة جدًا لدرجة أنها سميت الغابات المتحجرة. فمنطقة شمالي أريزونا في الولايات المتحدة الأمريكية ـ على سبيل المثال ـ تحوي المتنزه الوطني للغابات المتحجرة.
ويُعتَقَد بأن هذا المتنزه أكبر مناطق العالم من حيث كمية الأخشاب الأحفورية الغنية بالألوان.

وفي حالات أخرى، فإن المعادن في الماء تحل كليًا محل النبات أو الحيوان الأصلي. وتسمى هذه العملية الإحلال، وتشمل حدثين في الوقت نفسه؛ حيث يذيب الماء المركبات المكونة للمادة الأصلية، بينما تترسب المعادن بدلاً منها.
ويمكن لعملية الإحلال هذه أن تنتج نسخة مطابقة للأصل قد تشمل حتى التفاصيل المجهرية للجزء الأصلي الصلب من المادة.


عمليات أَخرى:
يمكن للنباتات أو الحيوانات أن تتأَحْفَر أحيانًا بتغير قليل أو دون تغير؛ ففي عملية التحنيط، يتم حفظ جلد الحيوان وبعض الأنسجة الأخرى بالتجفيف أو بفعل مواد كيميائية. ويمكن أن تتم عملية التحنيط فيما لو دُفن الحيوان الميت في مكان جاف مثل الصحراء، أو في مادة الأسفلت، أو أي مادة زيتية.


وتُؤحْفر بعض العمليات جميع الحيوانات؛ ففي بعض الأحيان، تم حفظ الحشرات بكاملها في مادة الكهرمان، وهي المادة النباتية السائلة بعد تصلبها والمستخلصة من الصنوبر القديم أو أشجار أخرى. ومثل هذه الحشرات كان قد تم احتباسها في هذه المادة اللزجة عند تحوُّلها إلى كهرمان. ففي ألاسكا في الولايات المتحدة الأمريكية، كما في سيبريا في شمال آسيا وُجد الماموث الصوفي متجمدًا في الأرض منذ آلاف السنين. وظل محتفظًا بشعره وجلده ولحمه وأعضائه الداخلية كما كانت عليه عند موته.

اكتشاف الأحافير:
يمكن وجود الأحافير في أي مكان انكشفت فيه الصخور الرسوبية.
وفي المناطق الرطبة تكون هذه الصخور مدفونة عادة تحت طبقة من التربة والنبات، ولكنها تصبح مكشوفة بفعل التعرية المائية في أودية الأنهار. كما تصبح الطبقات الرسوبية مكشوفة أثناء عمليات بناء الطرق والمشاريع الإنشائية الأخرى.
وفي الصحارى والمناطق الجافة الأخرى تؤدي التعرية إلى كشف صخور رسوبية عبر مناطق واسعة. وكذلك فإن حفر الآبار النفطية يؤدي غالبًا إلى الحصول على طبقات رسوبية حاملة للأحافير من أعماق الأرض. وغالبًا ما تساعد الأحافير المستخرجة من باطن الأرض المنقبين عن النفط على تحديد احتياطيات النفط والغاز الطبيعي.


ويقوم العلماء بالبحث عن أنواع خاصة من الأحافير في مناطق معينة.
ففي أمريكا الشمالية، على سبيل المثال، وجدت معظم الثدييات الأحفورية غربي نهر المسيسيبي، في حين وجد هؤلاء العلماء أحافير شبيهة بالإنسان في شرقي وجنوبي إفريقيا. كما وجدت في كندا وأستراليا لافقاريات بحرية محفوظة بصورة جيدة.


جمعُ الأحافير:
تختلف طرق جمع الأحافير باختلاف أنواعها. فأسهلها جمعًا أحافير الأصداف والأسنان والعظام المحفوظة في الرمل الناعم أو الوحل.
ويمكن للعلماء أن يستخرجوا هذه الأحافير بالمالج (المسطرين) أو بالمجرفة أو باليد. أما الأحافير المحفوظة في الصخور الصلبة فيمكن اكتشافها واستخلاصها بسهولة عندما تصبح هذه الصخور مكشوفة بالتجوية الطبيعية.
والتجوية تشير إلى مجموعة العمليات الكيميائية والفيزيائية التي تجزِّئ الصخر على سطح الأرض وتعريه. وفي هذه الحالة نجد أن الأحافير الأكثر مقاومة لعوامل التجوية من الصخور المحيطة تصبح بارزة إلى الخارج بدرجة أكثر من أسطح الصخور المكشوفة.
ومعظم هذه الأحافير يمكن جمعها بتفكيك الصخور بإزميل أو مطرقة أو بالخِلال. ويقوم العلماء بجمع الأحافير المخبأة في الصخر الصلب بكسر الصخر باستعمال المطرقة الثقيلة أو باستعمال المطرقة والأزميل. وغالبًا ما تتكسر الصخور المحتوية على الأحافير على امتداد أسطح الأحافير

أما الأحافير الهّشة: فيتعين صيانتها قبل استخراجها من الصخور.
ويقوم العلماء عادة بإحاطة الأجزاء المعرضة من الأحافير بطبقات من القماش المبلل بالجص الرطب. وبعد تصلبه يمكن استخراج الأحافير من الصخر ونقلها إلى المختبر حيث تتم إزالة الجص.


وفي المختبر يستعمل علماء الأحافير أدوات كهربائية للطحن وملاقط دقيقة، بل يستعملون إبرًا لإزالة أي صخر متبقٍّ. أما الأحافير المحاطة بالحجر الجيري فيتم نقعها في محلول حمضي ضعيف يذيب الحجر الجيري ولا يؤثر على الأحفورة. وقد يقرر العلماء ترك الأحفورة مكشوفة بشكل لافت للنظر لكنها تظل جزئيًّا مخبأة في الصخر.

التعامل مع الشظايا:
يتم الحصول على العديد من الأحافير في شكل شظايا لابد من تجميعها كأنها أجزاء من أحجية معقدة.
وبصورة عامة ففي المرة الأولى التي يعاد فيها تركيب الأحفورة بهذه الطريقة فإن الشظايا يجب أن تمثل كامل العينة. ويمكن بعدها إعادة التركيب من شظايا غير مكتملة بعد مقارنتها بالأحفورة الكاملة وتعويض الأجزاء المفقودة باستعمال مواد صناعية.


ويمكن إعادة بناء الأحافير الفقارية كتركيبات مستقلة حيث يبدو الهيكل وكأنه قائم بذاته. ويقوم علماء الأحافير أولا ًببناء نموذج صغير للهيكل المكتمل. وبعدها يقومون ببناء إطار من الفولاذ أو البلاستيك أو أي مادة قوية لدعم الهيكل. وأخيرًا يقومون بتثبيت العظام في الجزء الخارجي من الإطار ليتم إخفاؤه.


تصنيف الأحافير:
كما هو الحال في النباتات والحيوانات الحية، يتم تصنيف أنواع الأحافير طبقًا لمدى انتماء بعضها لبعض.
وبصفة عامة يحدد العلماء مدى الانتماء من خلال مقارنة معالمها الحيوية العديدة. انظر: التصنيف العلمي.
ويعتمد تحديد المجموعات الأحفورية وبصورة أساسية على أشكال الأجزاء الصلبة مثل الأصداف والأسنان والهياكل لأنها تشكل المعالم المحفوظة. فعلى سبيل المثال، ربما ينظر علماء الأحافير إلى شكل الجمجمة وحجم السن عند تحديد الأنواع المختلفة من النمر المسيّف الأسنان.


تحديد تاريخ الأحافير:
خلال سنوات عديدة من البحث، تمكن علماء الأحافير من فهم الترتيب في السجل الجيولوجي لمعظم أنواع الأحافير.
وعند أول اكتشاف لنوع أحفوري فالمفترض أن يوجد عادة مصاحبًا لأنواع أخرى. وإذا عرف العلماء موقع وتأريخ حياة هذه الأنواع الأخرى سيكون بمقدورهم تحديد موقع الأجناس المكتشفة. ويشير هذا النوع من تحديد التأريخ فقط إلى ما إذا كانت أحفورة أقدم أو أحدث من الأخرى، ولا يعطي عمر الأحفورة بالسنين.


ويقوم علماء الأحافير بتحديد عمر الأحفورة بقياس النظائر المشعة في الصخور المحتوية على الأحفورة.
والنظائر المشعة عناصر كيميائية تتحلل أو تتلاشى لتشكل مواد أخرى.
ويعرف العلماء معدل تحلل العناصر المشعة المختلفة. ومن خلال مقارنة كمية النظير المشع في الصخور بكمية المادة المنتجة عن التحلل،
يتمكن العلماء من حساب المدة الزمنية التي استغرقتها عملية التحلل. وهذه الفترة الزمنية تشكل عمر الصخور والأحافير التي تحتويها