الفصل السابع 

تأريخ الأحداث الجيولوجيّة والجيولوجيا التاريخية الفصل السابع

    اعتمدت تقديرات عمر الأرض قبل اكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي (radioactivity) بداية على أسس أقرب إلى الخيال منها إلى المنطق المستند إلى القوانين العلمية. فالأعمار التي وضعت آنذاك، وإن كانت خيالية، إلا أنها تعد ضئيلة جداً إذا قورنت بما هو متفق عليه الآن من أن الأرض قد تكونت قبل نحو من 4600 مليون سنة. فحتى قبيل مطلع هذا القرن لم تتجاوز هذه التقديرات 40 مليون سنة! .

      يتناول هذا الفصل مبادئ التاريخ النسبي وظاهرة النّشاط الإشعاعي وكيفيّة استخدامها في تأريخ الأحداث الجيولوجيّة وبناء سلم الزمن الجيولوجي وتقسيماته .

ويتوقع منك بعد دراسته أن:

1- تستخدم مبادئ التأريخ النسبي في قراءة التاريخ الجيولوجي لمنطقة ما.

2- توضح المقصود بعمر النصف.

3- تستخدم العلاقات الرياضية في حساب أعمار الصخور والمعادن.

4- توضح شروط استخدام الاضمحلال الإشعاعي في تحديد الأعمار المطلقة.

5- تتعرف الطرق الإشعاعية لتقدير أعمار الصخور والمعادن.

6- توضح كيفية استعمال التأريخ الإشعاعي في أنواع الصخور الختلفة.

7- توضح المقصود بالجيولويجا التاريخية والعمود الجيولوجي (سلم الزمن الجيولوجي).

8- تتعرف تقسيمات سلم الزمن الجيولوجي.

 
أولاً: مبادئ التأريخ النسبي للصخور principles of relative dating  

 

 

   

    يعتمد التأريخ النسبي على مبادئ عدة في تأريخ الأحداث الجيولوجية؛ فبوساطته يتم ترتيب الطبقات ترتيباً زمنياً من الأقدم إلى الأحدث؛ أي أيهما حدث أولاً وأيهما حدث لاحقاً؛ لكنه لا يعطينا عمراً محدداً لحدث ما .. بمعنى أنه لا يحدد متى وقعت هذه الحوادث، وكم من الوقت انقضى على حدوثها.

     وثمة مجموعة من الأسس والمبادئ اعتبرت أسساً للتأريخ النسبي، وهي:

1- مبدأ تعاقب الطبقات (principle of superposition)

    وضع هذا المبدأ العالم الإيطالي ستينو وينص على أنه في أي تعاقب طبقي للصخور الرسوبية تكون كل طبقة أحدث من الطبقة التي تقع أسفلها، وأقدم من الطبقة التي تعلوها وبالتالي فإن الطبقات الأقدم تكون في الأسفل، والطبقات الأحدث تكون في الأعلى.
الشكل (7-1): طبقات رسوبية متعاقبة
(على أن لا تكون هذه الطبقات قد تعرضت لقوى أدت إلى تغيير نظام تعاقبها الأصلي).

      انظر الشكل (7-1)؛ ثم اذكر اسم الطبقة الأقدم فيه، واذكر اسم الطبقة الأحدث.

 

الشكل (7-2): طبقات مطوية

     وَوَفْقَ هذا المبدأ، يستطيع الجيولوجي في الميدان تأريخ الصخور الرسوبية تأريخاً نسبياً؛ أي ترتيب الطبقات الصخرية ترتيباً زمنياً بالنسبة لبعضها بعضاً. لكن هل يستطيع استخدام هذا المبدأ في جميع الحالات؟ 

      لمعرفة ذلك، تأمل الشكل (7-2) الذي يظهر طبقات صخرية قد قُلِبَتْ، وبذلك تغير نظام تعاقبها الأصلي؛ فأصبحت الطبقات العلوية هي الأقدم والطبقات السفلية هي الأحدث. لذلك توجد محاذير في استخدام مبدأ تعاقب الطبقات تقتضي من الجيولوجي أخذ الحيطة والحذر عند استخدامه.

2- مبدأ الترسيب الأفقي (principle of original horizontality)

   ومفاده ببساطة أن الصخور الرسوبية بشكل عام تترسب أصلاً في وضع أفقي أو شبه أفقي، اعتماداً على أن معظم الترسيب الأفقي يحدث في قاع البحر. ونتيجة لذلك يمكن أن نعرف أن أي تعاقب صخري به ميل أو طيات لابد وأن يكون قد تأثر بعمليات تكتونية أوتشويهية تلت علمية التريب.

   ولنأخذ مثالاً على ذلك الشكل (7-3) إذا تأملنا الشكل الأيمن نجد أولاً تعاقباً رسوبياً مكوناً من (أ) إلى (هـ) ، تعرض لعمليات طي، وبعد ذلك علميات حت أنتجت السطح (و)؛ ثم أعقب ذلك ترسيب الطبقة (ي ) في وضع أفقي. أما التعاقب (أ –د) في الشكل الأيسر فقد تعرض لعمليات تكتونية أدت به إلى الوضع المائل، وتلا ذلك ترسيب الطبقة (و) في وضع أفقي. والآن كيف ترتب التاريخ الجيولوجي؛ أي الأحداث التي مرت بها المنطقتان وأنتجت السطحين (و،هـ)؟ ما اسم هذه الأسطح؟ لقد مرت المنطقتان بالأحداث الجيولوجية الآتية:

• ترسب الطبقات من (أ –هـ) و(أ-د) في المنطقتين أفقياً؟

• تصلبت هذه الطبقات وأصبحت صخوراً. 

• تعرضت المنطقة في الشكل الأيمن إلى عمليات تكتونية (بنائية) أدت إلى طيها؛ كما تعرضت المنطقة في الشكل الأيسر إلى
   عمليات تكتونية أدت إلى ميل طبقاتها. 

• ارتفعت الصخور فوق سطح الأرض، وتعرضت لعمليات الحت التي انتجت سطحي عدم التوافق (و،هـ)

• ثم غمرت المنطقتان بمياه البحر وترسبت فوقهما أفقياً الطبقات (ي)، (و).

الشكل (7-3): تعاقبات صخور رسوبية تعرضت لعوامل تكتونية.

3- مبدأ تعاقب الحياة (تعاقب المجموعات الحيوانية والنباتية) (principle of faunal and floral succession)
الشكل (7-4): رقي في الرأسقدميّات.

   أشرنا سابقاً إلى أن الأحافير تستعمل أدلة على العمر الجيولوجي للصخر، ولأغراض المضاهاة بين الطبقات. لكن على ماذا يعتمد ذلك؟  يعتمد ذلك على ظاهرة تغير أنواع الحياة وتطورها مع الزمن؛ إذ لا توجد أنواع من الكائنات الحية استمر وجودها فترات زمنية طويلة، سوى بضعة كائنات لا تتعدى أصابع اليد؛ إضافة إلى الرقي في النوع الواحد.

     ويمكن إعطاء مثال واضح على الرقي التدريجي للحياة مع الزمن واحتفاظ الصخور المتعاقبة بهذا الرقي؛ وبالتالي تقسيم الزمن الجيولوجي كما في الشكل (7-4).

ففي التغير في طائفة الرأسقدميات، نلاحظ أنم هذه الطائفة حدث لأنواعها تغير في صفاتها مع تقدم الزمن؛ فتغير درجة الالتفاف من مخروط مستقيم إلى مخروط منحنٍ إلى مخروط حلقي، وأكثرها التفافاً هي صفة لمخروط النوتيلس (الحبار) الذي يعيش حالياً في البحار.

     نستنتج مما سبق أن الطبقات المختلفة الممثلة لأزمنة جيولوجية متعاقبة تحتوي على أحافير لأنواع محددة من الحيوانات أو النباتات تمثل المراحل المتعاقبة التي مرت بها الحياة في أثناء تاريخ الأرض. وهذا يعني أن كل طبقة تتميز بظهور حياة بأنواع جديدة لم تكن موجودة في الطبقات الأقدم، واختفاء حياة لأنواع كانت موجودة في الطبقات الأقدم. وقد عبر عن هذه الحقيقة العالم البريطاني وليم سميث على النحو الآتي: كل طبقة أو مجموعة طبقات من الصخور الرسوبية تحتوي على أحافير محددة من الحيوانات والنباتات تختلف عن تلك الموجودة في الطبقات الأقدم والأحدث فيها.

؟

   

      هل يعتمد تعاقب مجموعات الأحافير على التغير في الخصائص الفيزيائية للصخور المتعاقبة؟

 وضح إجابتك.

4 - مبدأ الأحتواء (principle of xenoliths)

     الجسم الصخري الذي يحتوي على قطع من جسم آخر لابد أن يكون أحدث من الجسم الذي أخذت منه هذه المحتويات. والشكل (7-5) يعطينا مثالاً على ذلك؛ فالصخر (ب) أحدث من (أ) لأن جزءاً من (أ) محتوى داخل (ب).

 
الشكل (7-5): جسم صخري يحتوي على قطع من جسم آخر (مبدأ الاحتواء).

 

؟

   

كيف تم احتواء هذه القطع من (أ) في أسفل الطبقة (ب)؟

5 - مبدأ القاطع والمقطوع  (PRINCIPLE OF CROSS CUTTING RELATIONSHIP)

     إذا قطع جسم صخري ناري أو معلم جيولوجي، مثل القاطع أو الصدع جسماً ناريناً أو معلماً آخر، فالقاطع أحدث من المقطوع. والشكل (7-6) يوضح لنا مثالين على هذا المبدأ؛ ففي الرسم الأيسر اندفع الصخر (جـ) مخلال الصخر (ب) والصخر (أ). ما أقدم الصخور هنا؟

الشكل (7-6): القاطع أحدث من المقطوع.

؟

  

ماذا يسمى الصخر (جـ) في الشكل الأيسر؟

    أما الرسم الأيمن فيوضح تعاقباً صخرياً (أ،ب،ج) تعرض لحركات تكتونية أدت إلى قطعه بالصدع(د)؛ وبعد ذلك تعرض التعاقب لعلمية التعرية؛ ومن ثم ترسبت الطبقة (هـ) في وضع أفقي فوقه. 

؟

   

رتب الأحداث الجيولوجية من الأقدم إلى الأحدث في الرسم الأيمن من الشكل (7-6) .

   والآن ماذا يحدث لصخر ما، رسوبياً كان أم متحولاً أم نارياً إذا تعرض لاندفاع ماغما في داخله؟ إن هذا الاندفاع للماغما الساخنة جداً يؤثر في تركيب الصخر وبنيته الفيزيائية، محدثاً ما يعرف بالتحول التماسي أو الحراري (contact metamorphism) الذي يحدث للصخر الملامس للماغما أو الصخور القريبة منها.

والشكل (7-7) يوضح هذه الحالة. فالرسم الأيمن يوضح اندفاعاً لماغما غرانيتية داخل طبقات من الحجر الجيري (الكلسي)، وقد أحدثت حرارة هذه الماغما تحولاً حرارياً (تماسياً) في الحجر الجيري محولة إياه إلى رخام؛ وهكذا تتكون هالة من الصخور الرخامية المتحولة في منطقة التماس. إن وجود هالة من الخصور المتحولة في الحدود السفلية لطبقة (أ) يدل على أن الطبقة (أ) أقدم من الاندفاع الناري (ب).  

الشكل (7-7): التحول التماسي والتأثير الحراري على الصخور الأقدم.

     أما الرسم الأيسر فيوضح تعاقباً من طبقتين رسوبيتين (أ،د) وبينهما انسيابان سميكان من البازلت: الانسياب (ب) تلا ترسيب الطبقة الرسوبية (أ) وأحدث فيها تحولاً تماسياً، كذلك الانسياب (جـ) تلا (ب) وأثر فهيا أيضاً؛ أما الطبقة الرسوبية (د) فإنها لم تتأثر بالبازلت (ج)، لأنها آخر طبقة في التعاقب. 

     بعد أن استعرضنا المبادئ السابقة التي اعتمدت في التاريخ النسبي للأحداث الجيولوجية نورد المقطع الآتي الذي يضم تعاقبات من الخصور الرسوبية واندفاعات من صخور نارية وحركات تكتونية وصدوعاً وفترات تعرية لنتعرف على تسلسل الأحداث بتطبيق هذه المبادئ.    

    تأمل الشكل (7-8) وبين: كم تعاقباً من الصخور الرسوبية في هذا المخطط؟ وكم اندفاعاً من الصخور النارية؟ وكم صدعاً أثر في هذه الصخور؟

الشكل (7-8): تعاقبات من الصخور الرسوبية واندفاعات من صخور نارية وحركات تكتونية.

      توجد أربعة تعاقبات للصخور الرسوبية، تفصلها حركات تكتونية ومراحل تعرية. وهذه التعاقبات من الأقدم إلى الأحداث هي (د هـ و)؛ (ز ح ط)؛ (ك ل ب)، (م) وطبقاتها مرتبة أيضاً من الأقدم إلى الأحدث تطبيقاً لقانون تعاقب الطبقات. فالتعاقب (د هـ و) سبقه الصخر الناري (جـ) وتلاهما الصدع (ن). وبعد ذلك حدثت حركات تكتونية أدت إلى إحداث الميل ثم التعرية؛ ومن ثم طغى البحر على المنطقة وترسب التعاقب (ز ح ط)، وتبعه اندفاع الصخر الناري (أ) بدلالة نطاق التحول، ثم تلا ذلك حركات تكتونية وتعرية؛ ثم طفى البحر ثانية وترسب التعاقب (ك ل ب) واتبع بحركات تكتونية وتعرية. بعد ذلك ترسبت الطبقة (م) التي تتعرض بدورها لعمليات التعرية في الوقت الحاضر.

 

؟

 

ما عدد سطوح عدم التوافق في هذه المنطقة، وما نوعها؟  

 
ثانياً : التأريخ المطلق للصخور بوساطة النشاط الإشعاعي

 

 

    يستخدم النشاط الإشعاعي (Radioactivity)   في إعطاء أعمار محددة للمعادن واصخور، وهو ما يشار إليه بالأعمار المطلقة (Absolute Ages).

1 - النظائر والنشاط الإشعاعي (Isotopes and Radioactivity)

     النظائر منها هو مستقرة (Stable)، أي غير مشعة؛ ونظائر غير مستقرة (Unstable)، أي مشعة. كما تقسم النظائر إلى نظائر راديوجينية (Radiogenic Isotopes) أي النظائر المولدة إشعاعياً، وهي التي تنتج من علمية الاضمحلال التلقائي، أو النشاط الإشعاعي للنظائر الأصل (الأم) مثال ذلك i 206Pb ،207Pb، 208P.أما النوع الثاني فهي غير ناتجة عن الاضمحلال التلقائي، وتسمى النظائر غير الراديوجينية أو النظائر الأولية (primeval isotopes) مثل i 204Pb .

     النشاط الإشعاعي هو اضمحلال تلقائي لنواة العناصر عن طريق انبعاث جسيمات (b،a ) وأشعة (g) ؛ الأمر الذي يؤدي إلى نقص في الكتلة، فتتحول النواة إلى نواة عنصر آخر أكثر استقراراً. والمهم أن معدل هذا الاضمحلال ثابت لا يتغير، ولا يتأثر بالظروف الفيزيائية والكيميائية للبيئة المحيطة بنواوة العنصر المشع وهو ما يجعل هذه الظاهرة على قدر من الأهمية، لاستعمالها في تطبيقات لتحديد أعمار المعادن والصخور؛ كما أن استخدامها في الحقول الطبية والزراعية والصناعية والبحث العلمي لا تقل أهمية عن ذلك.

2 - النشاط الإشعاعي وتحديد الزمن الجيولوجي

   تضمحل العناصر المشعة بمعدل ثابت لا يتغير بالظروف الفيزيائية والكيميائية للبيئة المحيطة بنواها. متحولة بعد ذلك إلى عناصر مستقرة. وقد وجد أن الزمن الذي يستغرقه اضمحلال نصف ذرات النظرية المشعة ثابت، ويسمى عمر النصف (half –life).
الشكل (7-9): منحنى الاضمحلال الإشعاعي لخمس فترات عمر نصف.
 

      يوضح الشكل (7-9) تناقص كمية النظيرة الأم إلى نصف قيمتها الأصلية في كل فترة عمر نصف، وعددها خمس فترات.

    كذلك يمكن توضيح طبيعة معدل الاضمحلال الإشعاعي بيانياً، كما في الشكل (7-9) نفسه؛ إذ يلاحظ أن معدل الاضمحلال الإشعاعي لا يكون خطياً (Linear) بل أسـّـيـّاً (exponential).

ويلاحظ تناقص كمية النظيرة الأم في كل فترة عمر النصف إلى نصف كميتها السابقة. فإذا كان(م) عدد ذرات النظيرة الأم الأصلية و(م) عدد ذرات النظيرة المتبقية بعد (ن) من فترات عمر النصف، فإن عملية الاضمحلال الإشعاعي يعبر عنها رياضياً على النحو الآتي:

     

      بمعنى أنه بعد انقضاء عمر النصف الأول يضمحل نصف النظيرة الأم، وبعد فترة عمر النصف الثاني يكون نصف الباقي، أي ربع النظيرة الأم قد تبقى. أما بعد أربع فترات عمر النصف يكون ، قد تبقى من النظيرة الأم، أي  منها تحول إلى النظيرة الوليدة.

 

؟

•  إذا كانت العينة الأصلية تحوي 1010 من الذرات من النظرية الأم في الزمن صفر (أي زمـن
    تكون العينة)، نظم جدولاً توضح فيه عدد الذرات التي تبقى من ذرات النظيرة الأم بعد انقضـاء
    فترة عمر النصف: الأولى، والثانية، والثالثة، إلى فترة عمر النصف السادسة.

• أحسب النسبة بين النظيرة الأم المتبقية إلى النظيرة الوليدة في فترة عمر النصف الأول والثاني، والثالث، والرابع،
   والخامس. نظم إجابتك في جدول.

     تترواح فترة عمر النصف من أجزاء من الثانية إلى بلايين السنين. ويوضح الجدول (7-1) بعض العناصر المشعة الموجودة طبيعياً، وعمر النصف لها مقدراً بالسنوات. من تأملك هذا الجدول لاحظ أن أكثر هذه النظائر فائدةً في التأريخ الجيولوجي هما اليورانيوم والبوتاسيوم، لأن طول عمرهما النصفي يساوي مئات الملايين من السنين، وهو يوازي عمر الأحداث الجيولوجية؛ لذلك يكونان الأصلح لقياس هذه الأحداث.

     ويمكن حساب أعمار الصخور التي تحتوي على معادن فيها نظيرة مشعة إذ تعد هذه ساعةً إشعاعية (radiometric clock) . ويتطلب ذلك إيجاد كمية النظيرة الأم الأصلية لاتي كانت موجودة في الصخر عند بدء تكونه (م) وكمية النظيرة الأم المتبقية (م).

الجدول (7-1) : النظائر المشعة الموجودةّ طبيعيّاً.

   لعلك تتساءل: كيف يمكن معرفة كمية النظيرة الأم الأصلية الموجودة في الصخر في لحظة بدء الاضمحلال الإشعاعي؟

     عند تحليلنا لعينة صخرية بوساطة جهاز مطياف الكتلة، فإننا نحصل علىنسبة نظيرتي الأم التمبقية والوليدة (م: و)؛ ثم نحسب كتلة ذرات النظيرة الأم الأصلية أو عددها على النحو الآتي:

      م. =  م +  و         ، ..............(2) 

       والافتراض هنا أن ذرات النظيرة الوليدة ناتجة فقط من اضمحلال النظيرة الأم. وحين نترجم ذلك إلى عمر العينة (ز)، يجب أن نضرب عدد فترات عمر النصف (ن) بعمر النصف للنظيرة المشعة، على النحو الآتي:

     وحتى نحصل على ن نأخذ اللوغاريتم لطرفي المعادلة:  

مثال (1) 


 

   لو أخذنا من صخر بلورة معدن، وبعد الفحص تبين أن فيها كمية من الرصاص (207) تساوي خمسة عشر ضعفاً مما فيها من يورانيوم (235)، فكم عمر هذه العينة؟

الحل:  

   واضح أن النسبة بين عدد ذرات اليورانيوم المتبقية وعدد ذرات اليورانيوم الأصلية تساوي:

       

 

؟

• بـلورة من معدن لم يكن فيه رصاص ابتداءً، وكان يحوي يورانيوم، تبين لدى فحصه بمطياف الكتلة
  أن فيه كميتين متساويتين من اليورانيوم (235) والرصاص (207). كم عمر هذه البلورة المعدنية، 
  إذا علمت أن عمر النصف لليورانيوم (235) لإعطاء الرصاص (207) يساوي 704 مليون نسمة؟

•  بعد كم سنة يتحلل 1 كغ من الكربون (14) ليعطي 750 غ من النتروجين (14)؟

 

مثال (2) 


 

    لديك 64غ من اليود المشع  ، الذي يتحول إلى غاز الزينون  بعملية النشاط الإشعاعي، المستخدم في الطب النووي. فإذا علمت أن عمر النصف له 8 أيام، أجب عما يأتي:

أ- كم غراماً من اليود قد تبقى بعد مضي 40 يوماً؟

ب- كم غراماً قد تكون من عنصر الزينون؟

الحل:  

  

 

 

3 - شروط استخدام الاضمحلال الإشعاعي في تحديد الأعمار المطلقة

     تعتمد عملية تأريخ صخر ما على شروط عدة وهي:

أ  - أن يحتوي الصخر أو المعدن المراد تأريخه على ذرات إحدى النظائر المشعة.

ب - أن تكون كميات النظيرة الأم المتبقية والنظيرة الوليدة قابلة للقياس.

جـ - أن يكون عمر النصف معروفاً بدقة للعنصر المراد تحليله.

د  - عـدم وجود أي نظيرة وليدة في الصخر أو المعدن في بداية تبلوره، وفي حالة وجود كمية منه في الصخر، فلا بد من 
      توافر الإمكانية لتحديد الكمية الابتدائية لهذه الوليدة (و.).

هـ - أن تبقى بلورات المعدن قيد الدراسة مغلقة أمام كسب النظيرة الأم أو الوليدة.

4 - الطرائق الإشعاعية لتقدير عمر الصخور والمعادن

      استعملت تعليمات اضمحلال إشعاعي متعددة في التأريخ الجيولوجي؛ إلا أن عدد الطرائق التي استخدمت بنجاح لا يزيد على عدد أصابع اليد. ويوضح الجدول الآتي هذه الطرائق:

الجدول (7-2): النظائر المشعة المستخدمة في تأريخ الصخور

 

؟

   أي الطرائق الواردة في الجدول ت(7-2) تتوقع أن تكون الأصلح لقياس عمر صخر تكون قبل 10000 سنة ؟

     تعد طريقتا اليورانيوم – رصاص من أنجح الطرائق التي استخدمت لتحديد أعمار الصخور النارية، خصوصاً الغرانيتية منها، وكذلك الصخور المتحولة. ومرد ذلك أن المعادن التي تحوي اليورانيوم والرصاص تكون ذات تركيب بلوري محكم، وأبرزها معدن الزركون (ZrSiO4) ؛ لأسباب عدة منها: إمكانية إحلال اليورانيوم محل الزركونيوم Zr، وذلك لتقارب حجمي هذين العنصرين؛ وفي الوقت نفسه الاختلاف الكبير بين حجمي الزركونيوم والرصاص. وهذا يعني أن معدن الزركون لا يحتوي على رصاص عند تبلوره؛ إنما الرصاص الموجود فيه ناتج من عملية اضمحلال اليورانيوم، أضف إلى ذلك تمتع معدن الزركون ببنيته البلورية القوية؛ الأمر الذي يجعله مقاوماً لعمليات التجوية. لذلك فهو أكثر من غيره من المعادن في الإحتفاظ بالنظيرة الأم والوليدة؛ أي أنه تبقى بلوراته مغلقة أمام فقدان أو كسب النظيرة الأم والوليدة.

      أما بالنسبة لطريقة الكربون المشع(i14C) ، فإن هذه النظيرة لا علاقة لها بعمليات التبلور من الماغما أو التحول؛ بل إنها تتكون في الغلاف الجوي بفعل اصطدام النيوترونات من الأشعة الكونية بنواة ذرة النتروجين (i14N) :

     ويتفاعل هذا الكربون مع الأكسجين ليتكون ثاني أكسيد الكربون (i14ICoI2) الذي يدخل إلى الأنسجة النباتية عن طريق عمليتي البناء الضوئي والامتصاص بوساطة الجذور؛ ومن ثم إلى الحيوانات التي تتغذى على النباتات ويحصل اتزان للتركيب النظائري للكربون طوال فترة حياة النباتات والحيوانات بمعنى أن النظام مفتوح إزاء كسب أو فقد كل من النظيرتين؛ لكن عند موت هذه الكائنات الحية يختل هذا الاتزان نتيجة لاضمحلال (i14C) غير المستقر لإعطاء النتروجين، ويصبح النظام حينئذ مغلقاً، وبالتالي يمكن تحديد عمر أحفورة شجرة مثلاً، أي الفترة الزمنية التي انقضت منذ موت الشجرة.

    ونظراً لقصر فترة عمر النصف لنظيرة الكربون (i14C) ، فإن هذه الطريقة تعد ذات فائدة لعلماء الآثار وكذلك لدارسي صخور العصر الحديث.

5 - استعمال التأريخ الإشعاعي في الصخور

     أسهل الصخور استعمالاً في التأريخ الإشعاعي هي الصخور النارية، التي تشكلت فيها كل البلورات المعدنية بالتبلور من الماغما في الوقت نفسه تقريباً. فإذا وجدت في عينة معدناً لم يكن له نظيرة وليدة عند تبلوره، فإن التأريخ الإشعاعي الذي يسجله القياس الإشعاعي هو تأريخ التبلور حين انحبست النظيرة الأم في البلورة. من ذلك الحين بدأت الساعة الإشعاعية في العد داخل المعدن، إذ تبدأ الساعة الإشعاعية بالعد بعد حدوث التبلور. لذلك تؤرخ الساعة الإشعاعية عملية بدء نشأة الصخر، وليس نشأة الماغما. والسبب في ذلك أن النظام الإشعاعي في حالة الماغما يكون مفتوحاً، وقد تبقى الماغما ملايين عدة من السنين في حالة الصهارة قبل أن تبدأ الساعة الإشعاعية بالعد عند تبلورها.

     أما في الصخور المتحولة التي يحدث فيها تبلور جديد للمعادن بسبب عوامل التحول من حرارة وضغط، فإن التأريخ الإشعاعي يؤرخ لعملية التحول وليس لعملية نشأة الصخر (ويكون الأمر كما لو أن الساعة الإشعاعية بعد أن بدأت بالعد عند بدء تبلور الماغما، قد أوقفت وبدأت من جديد)؛ إذ إنه عندما يتعرض الصخر للحرارة العالية يصبح النظام غير مغلق إزاء كسب كل من النظيرتين الأم والوليدة أو فقدهما؛ فقد تهرب النظيرة الوليدة من المعدن الأصيل، أو قد تدخل إليه؛ وكذلك الأمر بالنسبة للنظيرة الأم. أما بعد زوال تأثير الحرارة والضغط، فيغلق النظام الإشعاعي فتبدأ الساعة الإشعاعية بالعد من جديد لتعطي عمر الصخر المتحول.

     أما بالنسبة لاستخدام التأريخ الإشعاعي في الصخور الرسوبية: إذا كانت صخوراً رسوبية فتاتية، فإنه يصعب استعمال هذا التأريخ فيها، لأن حبيبات معادنها كانت في الأصل تتبع الصخر الأصلي، وقد جرى عليها عملية حت وتعرية وترسيب، فيبقى النظام مغلقاً، وهذا لا يوقف عمل الساعة الإشعاعية؛ لذلك فإن تقدير عمر هذه الحبيبات المعدنية يعطي عمراً أقرب إلى عمر الصخر الأصلي الذي أخذ منه المعدن، وقد يكون مئات ملايين السنين أقدم من الصخر الرسوبي. وإذا كانت صخوراً رسوبية كيميائية (غير فتاتية) التي تترسب من المحاليل المائية، فإن النظام الإشعاعي يصبح مغلقاً لحظة حدوث الترسيب، ولذلك تستخدم عملية التأريخ الإشعاعي في تحديد عمر الرسوبيات، وبخاصة تلك التي تحتوي على معدن الغلوكونيت، باستخدام طريقة البوتاسيوم – آرغون؛ أو في صخور كربونات الكالسيوم، مثل الحجر الجيري، والشعاب المرجانية والأصداف البحرية، باستخدام طريقة الكربون 14؛ لكن في هذه الحالة يجب أن لايزيد عمر الصخور على 70 ألف سنة.

 
ثالثاً: إعطاء الأعمار النسبية أعماراً مطلقة

 

 

    كيف استخدمت النظائر المشعة لإعطاء أعمار مطلقة للحقب والعصور والأحايين الجيولوجية المختلفة؟

    لإعطاء فكرة عن الأسلوب الذي اتبع، نورد المثالين الآتيين:

مثال (3) 

الشكل (7-10): تعاقب من الصخور الرسوبية والنارية البركانية

 

    وجد أن عمر الصخر البركاني (أ) في الشكل (7-10) يساوي 70 مليون سنة، والصخر البركاني (ب) عمره 60 مليون سنة. من هنا يمكننا أن نعرف أن صخر الكونغلوميرات عمره أقدم من 70 مليون سنة والغضار أحدث من 60 مليون سنة؛ في حين ينحصر عمر الحجر الرملي بين 60 و 70 مليون سنة.

    

 

مثال (4) 


الشكل (7-11): تعاقبات من الصخور الرسوبية
واندفاعات من الصخور النارية
 

   في الشكل (7-11)، وجد أن عمر القاطع (أ) 30 مليون سنة وعمر القاطع (ب) 35 مليون سنة. من هنا يكون عمر الكونغلوميرات أكبر من 35 مليون سنة، والحجر الجيري أقل من 30 مليون سنة؛ في حين ينحصر عمر الحجر الرملي بين 30و 35مليون سنة.

 

 

    

 

 النشاط

 

إعطاء الأعمار النسبية أعماراً مطلقة

 

      تأمل الشكل (7-12) الذي يوضح العلاقات المعقدة بين تعاقبات رسوبية وصخور متحولة ونارية ومعالم جيولوجية مثل الصدوع.

      استخدم مبادئ التأريخ النسبي والمطلق لتقدير أعمار لصخور الرسوبية (ب؛ هـ؛ ط؛ ز؛ ي؛ ك؛ م؛ ش) إذا أعطيت أعمار الصخور النارية والمتحولة المشار إليها في الجدول (7-3)، مبتدئاً من الأسفل.

الشكل (7-12): تعاقبات رسوبية وصخور متحولة ونارية ومعالم جيولوجية مختلفة.

الجدول (7-3): الأعمار النسبية والمعالم الجيولوجية في الشكل (7-12).

رمز الصخر أو المعْلم

نوع الصخر

عمر الصخر المطلق (مليون سنة)

ن

ل

ف

و

جـ

أ

صخر ناري

انسياب بركاني

صخر ناري

صخر ناري

صخر ناري

صخر متحول

10

50

80

100

150

200

 

 
رابعاً: الجيولوجيا التاريخية والزمن الجيولوجي

 

 

     كيف يمكننا فهم واستيعاب العمليات المختلفة التي حدثت فوق سطح الأرض على مر الأيام والسنين؟ لو أنك وجدت صخوراً طينية ذات تركيب رسوبي كما في الشكل (7-13/أ) فكيف تفسر تكونها؟ أذهب إلى منطقة طينية بعد أيام عدة من هطول الأمطار عليها، تجد سطح الأرض متشققاً نتيجة لانكماش الطين بعد خروج الماء منه خلال مرحلة الجفاف، التي أعقبت الهطول، انظر الشكل (7-13/ب). هذا التركيب الحالي والمسمى الشقوق الطينية هو نفسه الذي نجده في الصخور الطينية القديمة.

(أ)                                                                                (ب)

الشكل (7-13): شقوق طينية حديثة (أ) وأخرى قديمة (ب).

    لقد تعرفت على ما حدث للصخور الطينية القديمة من جفاف اعتماداً على مقارنتها بما يحدث الآن فوق سطح الأرض، وبالتالي فهمت ما حدث في الماضي اعتماداً على ما يحدث في الحاضر. وهذا ما ينص عليه مبدأ النسقية (الحاضر مفتاح الماضي) الذي يعد حجر الأساس في بناء علم الجيولوجيا التاريخية. 

   ويهتم علم الجيولوجيا التاريخية بدراسة تاريخ الأرض؛ إذ يمكننا تشبيه تاريخ الأرض بكتاب تمثل صفحاته طبقات الأرض، وكلماته تمثل الأدلة والشواهد من أحفاير وغيرها... أي أنه يمكننا قراءة تاريخ الأرض الطويل من الطبقات الصخرية، وهذا ما نعني به السجل الصخري. 

   تشتمل دراستنا لتاريخ الأرض على التغيرات التي مرت بها الأرض منذ نشأتها حتى الآن، وكيف بدأت الحياة وتطورت على سطحها. والتغيرات التي تعنينا في دراستنا هذه، تلك التيغرات البطئية جداً التي يظهر أثرها في الأرض في مدى زمني طويل يقدر بملايين السنين؛ كبناء الجبال، ونشأة القارات وتطورها، ونشأة المحيطات وتوسعها، وظهور أنواع جديدة من الكائنات الحية، وانقراض أنواع معينة منها. لذلك يهتم علم الجيولوجيا التاريخية بدراسة أعمار الصخور وما تعرضت له من حوادث جيولوجدية غيرت فيها. 

    ولكي نتعرف التغيرات التي حدثت في أثناء تاريخ الأرض فإنه يلزمنا آلية لتحديد الزمن الذي تمت فيه. هذا من ناحية؛ ومن ناحية أخرى لابد أيضاً من وضع تقسميات محددة للزمن. لذلك وضع الجيولوجيون وحدات زمنية للتعامل مع الفترات الزمنية المختلفة، كما في تقسيم الزمن إلى سنوات وأشهر وأيام وساعات ودقائق وثوانٍ؛ فيتم تقسيم عمر الأرض (دهر) الذي يصل إلى 4.6 بليون سنة إلى حينين (eons)  هما: حين الحياة المستترة، وحين الحياة الظاهرة.

     وقسم حين الحياة الظاهرة إلى ثلاث حقب (eras)، هي حقبة الحياة القديمة، وحقبة الحياة المتوسطة، وحقبة الحياة الحديثة. وأطلق أيضاً على حين الحياة المستترة اسم ما قبل الكامبري (Precambrian) ، كما في الشكل (7-14).

 
الشكل (7-14): سلم الزمن الجيولوجي.

     ثم قسمت الحقبة إلى عدد من العصور (Periods)؛ فحقبة الحياة القديمة قسمت إلى ستة عصور، والمتوسطة إلى ثلاثة عصور، والحديثة إلى عصرين، كما في الشكل(7-14). ومن ثم قسمت العصور إلى وحدات أصغر وهي الفترات (epochs)، وتم تقسيم الفترات إلى أجزاء أصغر هي أعمار (Ages). ويتعامل الجيولوجي في الغالب مع العصور؛ أما الوحدات الأصغر فيتعامل معها في الدراسات التفصيلية.

 
خامساً: بناء السلم الزمني الجيولوجي

 

 

     عرفت سابقاً أنه لا توجد منطقة في العالم ذات تعاقب صخري كامل يدون الأحداث الجيولوجية التي تكونت عبر تاريخ الأرض الطويل. فمثلاً لو قمنا بدراسة الصخور في منطقة عمان فإننا نجد أن أعمارها تتراوح بين الترياسي والحديث؛ أما في منطقة رم فتتراوح أعمارها بين الجزء العلوي من ما قبل الكامبري حتى الأوردوفيشي.

    وبشكل عام فإن أعمار الصخور المتكشفة على السطح في الأردن تترواح بين الجزء العلوي من حين ما قبل الكامبري إلى حقبة الحياة الحديثة، ولا يوجد صخور تنتمي إلى معظم حين ما قبل الكامبري والعصر الديفوني والكربوني. هل تستطيع تفسير ذلك؟

      نستنتج مما سبق أنه للحصول على تاريخ كامل للأرض، فإنه لا يكفي أن نقوم بدراسة أعمار الصخور في الأردن وحدها، أو في أي موقع من العالم وحده، بسبب عدم وجود تعاقب صخري يشمل جميع الأعمار الجيولوجية، إذ يوجد الكثير من الفجوات التي تدل على أحداث لم يتم تسجيلها في صخور ذلك الموقع. وقد سميت هذه الفجوات فترات عدم التوافق ويستدل عليها بسطوح عدم التوافق. وللتغلب على هذه المشكلة، لجأ الباحثون إلى دراسة تاريخ الأرض  في مواقع مختلفة من العالم، وقاموا بإنشاء الأعمدة الجيولوجية لمواقع مختلفة ثم قاموا بمضاهاتها وتجميعها فوق بعضها بعضا فحصلوا على عمود افتراضي طويل يمثل أسفله أقدم الصخور وأعلاه أحدثها. وسمي هذا العمود، الذي يمثل التعاقب الكامل لجميع الصخور الرسوبية من أقدم مكوناتها إلى أحدثها، العمود الجيولوجي والذي يمثل في الوقت نفسه الزمن الجيولوجي. من هنا، يسمى أيضاً سلم الزمن الجيولوجي geologic time scale  ، أنظر الشكل (7-14).

     واعتمدوا في إنشائه في بادئ الأمر على مبادئ التأريخ النسبي في ترتيب الصخور والأحداث أيهما أقدم وأيهما أحدث. وعند اكتشاف طريقة التأريخ بالإشعاع تم إعطاء أعمار مطلقة للصخور والأحداث الجيولوجية على الكرة الأرضية. وبذلك استطاع الباحثون أن ينسبوا أي حدث إلى فترة زمنية ما؛ بحيث حدد عمر كل حين وعصر وكل حدث جيولوجي بوحدات الزمن الملطق بملايين السنين.

     كذلك اعتمد العلماء أسساً محددة في تقسيم سلم الزمن الجيولوجي إلى وحدات أصغر مبنية على الأحدث الجيولوجية التي كان لها أكبرالأثر وأوسعه على القشرة الأرضية؛ مثل ظهور أنواع من الكائنات الحية وانقراض أنواع أخرى؛ وكذلك طغيان البحر على القارات وانحساره. ويعد العصر الكامبري حجر الأساس في تقسيم سلم الزمن الجيولوجي؛ إذ يفصل بين الزمن الجيولوجي الذي كانت فيه الحياة مستترة بدائية تفتقر إلى الهياكل الصلبة، والزمن الجيولوجي الذي ظهرت فيه كائنات ذات هياكل صلبة يمكنها أن تعطي أحافير. وعلى هذا الأساس اعتبر عصر الكامبري بداية حين الحياة الظاهرة.

 

أسئلة الفصل

  
1- تأمل الشكلين اللذين يوضحان العلاقات المعقدة بين تعاقبات رسوبية ونارية ومتحولة ومعالم جيولوجية. 
    تفحصهما ثم رتب الصخور والمعالم الجيولوجية من الأقدم إلى الأحدث، في كل منهما.

الشكل (7-15): سؤال (1).

2- ما الفرق بين النظيرة الراديوجينية وغير الراديوجينية؟ أعط أمثلة على إجابتك.

3- عند اضمحلال نظيرة أم فإنها تعطي النظيرة الوليدة المستقرة. ما عمر النصف لنظيرة ما؟ أعط أمثلة على
    إجابتك.

4- إذا كان لدينا عدد معين من ذرات نظيرة مشعة (م.)، فسوف تضمحل هذه النـظيـرة تـلقـائـياً بمعدل يعتمد
    على فترة عمر النصف لها. أجب عما يأتي:

    أ‌- ما عدد الذرات المبقية من هذه النظيرة بعد مرور (5) فترات من عمر النصف؟

    ب‌- ما عدد الذرات المتبقية من هذه النظيرة بعد مرور (ن) فترة من عمر النصف؟

5- لماذا يفقد الآغون من المعادن الحاوية عليه بسهولة أكثر من فقد هذه العادن للبوتاسيوم؟ هل سيؤدي فقد الآغون
    إلى الحصول على أعمار أحدث أم أقدم من الواقع؟

6- عند تحليل عينة من معدن الزركون (ZrSiO4)، وجد أن نسبة عدد ذرات i238U إلى عدد ذرات i206Pb
    هي 1 : 0.4، إذا كان عمر النصف لليورانيوم i238U هو 4500 مليون سنة.

    •  جد النسبة بين عدد ذرات اليورانيوم المتبقية وعدد ذرات اليورانيوم الأصلية. 

     •   ما عدد فترات عمر النصف التي انقضت على عينة الزركون؟

    •  ما عمر عينة الزركون بملايين السنوات؟

7- تعلم أن عمر الأرض يعادل 4.6 بليون سـنة، وأن ظهور الإنسـان الأول كان قبل 3 مليون سنة. افترض أن
    عمر الأرض يعادل يوماً واحداً؛ فمنذ كم دقيقة ظهر الإنسان الأول على الأرض؟

8- إذ قدر لك دراسة تعاقب طبقي في منطقة ما، وضح كيف يمكنك تحديد موقع هذا التعاقب في سلم الزمن
    الجيولوجي.

9- استعن بالشكل (7-14)؛ ثم أجب عن الأسئلة الآتية:

    •  حدد أكبر حقبة من الحقب من حين الحياة الظاهرة. ما نسبتها في تاريخ الأرض؟

    •  حدد أقصر حقبة من الحقب. ما نسبتها في تاريخ الأرض؟

    •  ما نسبة حين ما قبل الكامبري من تاريخ الأرض؟

    •  إلى أي حقبة يتبع العصر الجوراسي؟

 

 

 

أسئلة الوحدة الرابعة

 
 
1-  ضع دائرة حول رمز الإجابة الصحيحة لكل عبارة من العبارات الآتية:

1)   يتراوح حجم حبات الرمل بين:

  

2)   الصخور الرسوبية الفتاتية تنشأ من ترسيب:

    (أ) نواتج التجوية الكيميائية    (ب) نواتج التجوية البيولوجية

    (ج) نواتج التجوية الميكانيكية   (د) جميع ما ذكر صحيح.

3)   حسب مبدأ تعاقب الطبقات، تكون:

     (أ) الطبقات الأقدم في الأسفل والأحدث في الأعلى 

    (ب) الطبقات الاحدث في الأسفل والأقدم في الأعلى 

    (ج) الطبقات الأحدث والأقدم متداخلة مع بعضها بعضاً

    (د) لا شيء مما ذكر.

4)   مبدأ النسقية ينص على أن :

     (أ‌)   الماضي مفتاح الحاضر   

    (ب) الحاضر مفتاح الماضي

    (ج) تعاقب مجاميع الأحافير يبقى ثابتاً في الصخور المتعاقبة 

    (د) الأحافير المرشدة توجد في الصخور المتعاقبة. 

5)   كان أول ظهور واسع للأحافير بملايين السنين:

    (أ) قبل 4200                   (ب) قبل 3000

   (ج) منذ 570                    (د) منذ 1500

6)   يقع العصر الكريتاسي في حقبة الحياة:

    (أ) القديمة                        (ب) الحديثة

    (ج) المتوسطة                     (د) ما قبل الكامبري.

7)   العصر الرباعي ينقسم إلى الفترتين الآتيتين:

     (أ‌)    الباليوسين والإيوسين       (ب)الأوليغوسين والميوسين

    (ج) البليستوسين والهولوسين       (د) الإيوسين والبليوسين.

8)   تنقسم حقبة الحياة المتوسطة إلى العصور:

     (أ) الترياسي، والجوراسي، والبيرمي   (ب) الترياسي، والجوراسي، والكريتاسي

     (ج) الترياسي، والجوراسي، والكربوني  (د) الكامبري، والسيلوري، والديفوني.

9)   تسمى النظائر الناتجة من عملية الاضمحلال التلقائي للنظائر الأم بـ:

     (أ) النظائر غير المستقرة   (ب) النظائر الثقيلة

    (ج) النظائر الخفيفة           (د) النظائر الراديوجينية.

10)  يتناسب معدل الاضمحلال التلقائي لنظيرة غير مستقرة طردياً مع:

    (أ) درجة الحرارة للصخر الحاوي لهذه النظيرة            (ب) عدد ذرات النظيرة عند أية لحظة

    (ج) الضغط الذي يتعرض له الصخر الحاوي لهذه النظيرة  (د) (أ،ب).

11)  يعد التأريخ المطلق للأحداث الجيولوجية بوساطة الظائر المشعة:

    (أ‌) بديلاً لطرائق التأريخ النسبي            (ب) مكملاً لطرائق التأريخ النسبي

    (ج) عديم الفائدة لغرض مضاهاة الصخور  (د) على قدر من الأهمية لتحديد

                                                  أعمار الصخور الرسوبية.

12)  يمكن للعظام والخشب أن تستخدم في تقدير العمر وذلك لاحتوائها على:

     (أ‌)    الكربون 14                     (ب) اليورانيوم 238

    (ج) البوتاسيوم 40                       (د) السيزيوم 137

13)  يتم تحفر الخشب بطريقة:

     (أ) التشرب بالمعادن                     (ب) الطبعات

     (ج) التفحم                               (د) الإحلال

14)  في تعاقب رسوبي أفقي لم يتعرض لعمليات تكتونية:

     (أ‌)  كل طبقة أحدث من التي أسفلها وأقدم من التي تعلوها 

     (ب‌)  كل طبقة أقدم من التي أسفلها وأحدث من التي تعلوها

    (جـ) كل الطبقات لها العمر نفسه 

    ( د) تكون أعلى طبقة في التعاقب أقدمها عمراً.

15)  الجسم الصخري الذي يحتوي على قطع من جسم آخر يكون:

     (أ‌)    أقدم من الجسم الذي أخذت منه هذه المحتويات.

     (ب‌)   أحدث من القاطع الذي يقطعه

     (جـ)  أحدث من الجسم الذي أخذت منه هذه المحتويات

     (د‌)   أ + ج

2- يوضح الشكل الآتي المدى الجيولوجي الزمني لعشر مجموعات نباتية وحيوانية عاشت في الحقبة المتوسطة والحديثة.
   ويمثل سمك كل عمود مقدار الانتشار النسبي لكل مجموعة.

  أدرس الشكل جيداً؛ ثم أجب عن الأسئلة التي تليه: 

 
الشكل (7-16): سؤال (2)

‌أ-  ما المجموعة ذات التزايد المنتظم في وجودها منذ بداية العصر الترياسي؟

‌ب- ما المجموعات التي انقرضت في نهاية الحقبة المتوسطة؟

‌ج-  ما المجموعة التي انتشرت بسرعة في العصر الكريتاسي وبقيت مستمرة في وجودها في العصر الثلاثي والرباعي؟

‌د-   ما المجموعات التي عاشت فقط في الحقبة المتوسطة؟

‌ه-  ما المجموعة التي كانت منتشرة بكميات كبيرة في العصر الجوراسي،وما زالت تعيش حالياً؟

‌و-  وفقاً للشكل ، وما المجموعة التي تمثل أفضل أحفورة مرشدة؟

‌ز-  مقارنة بانتشار الحشرات في عصرنا الحاضر كيف كان انتشارها في العصر الجوراسي؟ 

3- يبين الشكل المرفق نموذجاً للاضمحلال الإشعاعي: تمثل الدائرة الداخلية نسبة 100% من المادة المشعة؛ وتمـثل
   الأجــزاء الملونة الكميات النسبية التي تضمحل في أثناء فترات عمر النصف الأربعة الأولى؛ والجزء غير الملون
    يمثل كمية المادة المتبقية التي لم تضمحل في فترة عمر النصف الخامس.
الشكل (7-17): سؤال (3)

‌أ-  ما نسبة المادة الأصلية المضمحلة في أثناء عمر النصف الأول؟

‌ب-ما نسبة المادةم المتبقية بعد عمر النصف الثاني؟

جـ- إذا كان عمر النصف لهذه المادة يساوي 2 بليون سنة، ما المدة
     
الزمنية التي تحتاجها المادة لثلاث فترات عمر نصف؟

د- هل يتبقى جزء من المادة الأصلية بعد عمر النصف السادس؟ فسر 
   إجابتك.

هـ- إذا كـانت كتلة مادة إشعاعية أخرى تساوي 24غ، ما عدد
      الغرامات التي تبقى في نهاية عمر النصف الثالث؟

و- بقيت 10 غرامات من مادة ثالثة في نهاية عمر النصف الرابع. فما كتلة المادة الإشعاعية في بداية عملة
  
الاضمحلال؟