الدرس التاسع عشر : التاريخ الجيولوجي

التفسير الجيولوجي :

هو محاولة فهم تاريخ الأرض من خلال العمليات الجيولوجية مثل التعرية وغيرها ، وقد وضع العالم جيمس هاتون احد اهم المبدأ لدراسة تاريخ الارض وهو مبدأ النسقية .

:

مبدأ النسقية :

ينص على أن العمليات الجيولوجية التي تحدث الآن كانت تحدث منذ أن خلقت الأرض .

مبادئ تحديد العمر النسبي :

العمر النسبي هو ترتيب الأحداث الجيولوجية وفق حدوثها زمنياً ولا تعطي هذه المبادئ عدد السنين بالضبط او متى وقعت الاحداث الجيولوجية السابقة وانما تعطي صورة عامة لها ، ويستعمل الجيولوجيون عدة مبادئ هي :

١- مبدأ الترسيب الأفقي :

ينص على أن الصخور الرسوبية تترسب في طبقات أفقية أو شبه أفقية .

٢- مبدأ تعاقب الطبقات :

في أي تعاقب طبقي تكون أقدم الطبقات الصخرية في الأسفل والأحدث في الأعلى وكل طبقة في التعاقب تكون احدث من الطبقة التي اسفلها  ما لم تتعرض الطبقات في التعاقب الطبقي الى تغيير عن وضعها الأصلي .

٣- مبدأ القاطع والمقطوع :

القواطع هي صخور تتكون بفعل تصلب الصهارة داخل صخور موجودة اصلاً وينص المبدأ على أن القاطع احدث من المقطوع .

٤- عدم التوافق :

ينص على أن الطبقات الصخرية التي تعلو سطح عدم التوافق مباشرة احدث من الطبقة التي تقع تحتها ويقسم عدم التوافق الى ثلاث أقسام :

أ- عدم توافق الانقطاعي :

عندما تعلو طبقة رسوبية أفقية طبقة رسوبية أفقية أخرى يسمى سطح التعرية بين هاتين الطبقتين عدم التوافق الانقطاعي .

ب- اللاتوافق :

هو سطح يتكون عندما تعلو طبقة رسوبية صخور نارية أو متحولة .

ج- عدم التوافق الزاوي :

هي طبقات صخرية رسوبية تعرضت للرفع والميلان ومن ثم تجوية وتعرية وترسبت فوقها صخور رسوبية .

٥- مبدأ الاحتواء :

ينص على أن القطع الصخرية (المحتبسة) أقدم من الصخور التي تحتويها .

٦- المضاهاة :

هي مطابقة بين منكشفات صخرية محددة في منطقة ما مع منكشفات مماثلة في منطقة جغرافية أخرى اعتماداً على المكونات المعدنية والخصائص الفيزيائية أو على المحتوى الاحفوري وتستخدم التالي في المضاهاة .

أ- الطبقات المرشدة (الدالة) :

هي طبقات صخرية مميزة تمتد فوق منطقة جغرافية واسعة نتيجة سقوط نيزك أو ثورة بركان أو أي حدث آخر .

ب- المضاهاة بالاحافير :

يستعمل الجيولوجيون الأحافير أيضا لمضاهاة التكوينات الصخرية بين أماكن متباعدة وتساعد مضاهاة الأحافير في معرفة التاريخ النسبي للتعاقبات الصخرية .

التاريخ المطلق :

التأريخ المطلق يمكن العلماء من تحديد عمر الصخور والأجسام الأخرى بدقة (بالأرقام).

طرق التأريخ المطلق :

1- الاضمحلال الإشعاعي :

تنبعث جسيمات نووية من النظائر المشعة بمعدل ثابت. إن العنصر يتميز بعدد محدد من البروتونات . ولأن عدد البروتونات يتغير مع كل انبعاث ، لذا فإن النظير المشع الأصلي الذي نسميه الأم يتغير تدريجيا إلى عنصر مختلف نسميه الوليد. وفي النهاية، يتحلل قدر كبير من الأم بحيث لا يبقى منه كمية قابلة للقياس، بينما يصبح الوليد الناتج هو القابل للقياس. تسمى عملية انبعاث الجسيمات المشعة وما ينتج عن ذلك من نظائر عبر الزمن الاضمحلال الإشعاعي ولأن معدل الاضمحلال الإشعاعي ثابت بغض النظر عن الضغط والحرارة أو أي متغيرات فيزيائية أخرى ، لذا فإن العلماء يستعملونه لتحديد العمر المطلق للصخر أو الأجسام الأخرى التي تحوي هذه النظائر .

2- التأريخ الإشعاعي :

ينقص عدد ذرات الأم بالقدر نفسه الذي يزداد فيه عدد ذرات الوليد في أثناء عملية الاضمحلال الإشعاعي؛ حيث تشير نسبة النظير الأم إلى الوليد الناتج في معدن ما إلى زمن تشكل هذا المعدن. يستطيع الجيولوجي مثلا من خلال قياس هذه النسبة في معدن موجود في صخر ناري أن يحدد بدقة زمن تبلور هذا المعدن من الماجما. وعندما يؤرخ العلماء جسما بالنظائر المشعة فإنهم يستعملون طريقة تسمى التأريخ الإشعاعي .

أ- عمر النصف :

يقيس العلماء المدة الزمنية اللازمة لتحلل نصف ذرات النظير الأصلي، ويسمى هذا عمر النصف ؛ إذ يبقى % 50 من الأم بعد مضي عمر نصف واحد، وتكون النسبة بين الأم والوليد هي 1:1 ، وبعد مرور عمري نصف، يتحلل نصف الـ 50% الباقية من الأم، وتصبح النسبة المئوية بين الأم الأصلية والوليد هي 75:25 أو نسبة 3:1 .

ب- تأريخ الصخور :

لتأريخ صخر ناري أو متحول ، يتفحص العلماء نسب النظائر المشعة للأم إلى الوليد في المعادن المكونة للصخر . ويعتمد استعمال النظير الأفضل لتأريخ أعمار الصخور على العمر التقريبي للصخر المراد تحديد عمره. مثال ذلك، قد يستعمل العلماء يورانيوم- 235 (U-235 ) الذي له عمر نصف يساوي 700 مليون سنة في تأريخ عمر صخر عمره بضع عشرات ملايين السنين .

أما إذا أريد تحديد عمر صخر يقدر بمئات ملايين السنين فيستعمل عندها يورانيوم- 238 الذي عمر نصفه أطول ؛ إذ لو استعملنا نظيرا ذا عمر نصف قصير في تحديد عمر صخر قديم . فقد نصل إلى نقطة تكون فيها نسبة الأم إلى الوليد صغيرة لا يمكن قياسها.

لا تصلح طريقة التأريخ الإشعاعي لتحديد أعمار الصخور الرسوبية الفتاتية ؛ لأن المعادن في الصخور الرسوبية الفتاتية قد تشكلت من صخور سابقة وليحدد الجيولوجيون العمر التقريبي للصخور الرسوبية الفتاتية يتم من خلال تحديد أعمار الصخور النارية الموجودة بين طبقات الصخور الرسوبية.

ج- التأريخ بالكربون المشع :

لاحظ أن عمر النصف للكربون-14  (C-14)  ، أقصر كثيرا من عمر النصف لأي نظير آخر . ويستعمل العلماء C-14 لتحديد عمر المواد العضوية ، التي تحتوي على الكثير من الكربون من خلال عملية تسمى التأريخ بالكربون المشع . وتشمل المواد العضوية التي تستعمل في هذا النوع من التأريخ، موادَّ من أصل حيواني أو نباتي، منها العظام والفحم النباتي والعنبر . وتحوي أنسجة المخلوقات الحية جميعها -ومنها الإنسان - على كمية قليلة من الكربون- 14 . ويضمحل الكربون- 14 في أثناء حياة المخلوق الحي ولكنه يتجدد باستمرار بوساطة عملية التنفس. وعندما يموت المخلوق الحي فإنه لا يأخذ الكربون- 14 من جديد، لذا تنقص كمية الكربون- 14 في جسمه مع مرور الوقت .

ويستطيع العلماء من خلال قياس كمية الكربون- 14 في المادة العضوية أن يحددوا الزمن الذي انقضى منذ موت المخلوق الحي. وتعد هذه الطريقة مفيدة عمليا في تحديد أعمار الأحداث الجيولوجية الحديثة التي تحوي بقايا المادة العضوية .

طرائق أخرى لتحديد العمر المطلق :

تعد طريقة التأريخ الإشعاعي من أكثر الطرائق الشائعة لدى الجيولوجيين لتحديد عمر المواد الجيولوجية ؛ إلا أن  هناك طرائق تأريخ أخرى كثيرة ؛ إذ يمكنهم أيضا استعمال مواد أخرى تساعدهم على تحديد أعمار بعض الأجسام أو الأحداث، ومن ذلك حلقات الشجر وعينات الجليد الأسطوانية ورسوبيات قيعان البحيرات ورسوبيات قيعان المحيطات .

1- حلقات الأشجار السنوية :

يحوي الكثير من الأشجار سجلا زمنيا في حلقات جذوعها . تسمى هذه الحلقات حلقات الأشجار السنوية . تتكون كل حلقة شجرية سنوية من زوج من حلقات نمو موسمية مبكرة، وأخرى متأخرة. ويعتمد عرض الحلقات على

ظروف بيئية محددة ؛ حيث تكون عريضة عند توافر مطر غزير؛ لأن الأشجار تنمو بسرعة، وتكون رفيعة في المناخ الجاف . لذا فإن الأشجار التي تنمو في الإقليم الجغرافي نفسه وضمن فترة زمنية معينة يكون عرض الحلقات هو نفسه. ويوضح الشكل 17 - 4، كيف استطاع العلماء تحديد أعمار الأشجار على أنها 10 الاف سنة ، من خلال إجراء مقارنة بين حلقات هذه الأشجار .يسمى العلم الذي يحدد العمر المطلق باستعمال حلقات الأشجار السنوية التأريخ بالأشجار وقد ساعد هذا العلم الجيولوجيين على تحديد عمر بعض الحوادث الحديثة نسبيا التي أدت إلى اقتلاع الأشجار،  ومنها البراكين والزلازل والجليديات، كما يفيد علم التأريخ بالأشجار في الدراسات الأثرية، كما يتيح التأريخ بالأشجار للجيولوجيين التأكد من نتائج التأريخ بالكربون المشع.

2- عينات الجليد الأسطوانية :

تعد عينات الجليد مماثلة لحلقات الأشجار السنوية في أنها تحوي سجلا للظروف البيئية الماضية في ترسبات الثلج السنوية ؛ حيث يحوي جليد الصيف فقاعات أكثر وبلورات أكبر مقارنة بجليد الشتاء. يستعمل الجيولوجيون تأريخ عينات الجليد لدراسة الدورات الجليدية عبر التأريخ الجيولوجي .

ويتم تخزين آلاف الأمتار من عينات الجليد المأخوذة من المسطحات الجليدية ، ولأن عينات الجليد الأسطوانية تحوي معلومات عن الظروف البيئية الماضية ، لذا فإن الكثير من العلماء يستعملونها في دراسة المناخ القديم .

3- الرقائق :

تسمى الأحزمة المتعاقبة الفاتحة اللون والقاتمة من رسوبيات الرمل والصلصال والغرين رقائق . وتمثل الرقائق ترسبات رسوبية موسمية تتكون عادة في البحيرات ، وتتكون ترسبات الصيف من حبيبات رملية مع قليل من المادة الحية، بينما تكون رقائق الشتاء أقل سمكا وحبيباتها أنعم .

توجد الرقائق بصورة مثالية في ترسبات البحيرات القريبة من الجليديات ، حيث تحمل المياه المنصهرة الرمل إلى البحيرة وترسبها، بينما يكون الترسيب قليلا أو منعدما في الشتاء. يستطيع العلماء باستعمال عينات أسطوانية من الرقائق أن يؤرخوا دورات الرسوبيات االجليدية حتى 120ألف سنة الماضية .