چرخه‌ی سنگ‌ها

چرخه‌ی سنگ‌ها: سفر بی‌پایان سنگ‌ها در سیاره‌ی زمین

سنگ‌های آذرین: سنگ‌های آتشین

سنگ‌های آذرین از سرد و جامد شدن مواد مذاب به نام ماگما تشکیل می‌شوند. ماگما می‌تواند در زیر پوسته‌ی زمین سرد شود و سنگ‌های آذرین درونی (نفوذی) مانند گرانیت را بسازد، یا از طریق آتشفشان‌ها به سطح زمین برسد و با سرد شدن سریع، سنگ‌های آذرین بیرونی (خروجی) مانند بازالت را تشکیل دهد. به این فرآیند سنگ‌زایی آذرین می‌گویند.

یک مثال ساده: فرآیند ساخت بستنی را در نظر بگیرید. مخلوط مایع بستنی (ماگما) اگر داخل فریزر (اعماق زمین) به آرامی سرد شود، بستنی خامه‌ای و یکدست (گرانیت) به دست می‌آید. اما اگر همان مخلوط را روی یک صفحه‌ی داغ (سطح زمین) بریزید، سریع جامد شده و بستنی یخی دانه‌ریز (بازالت) ایجاد می‌کند.

سنگ‌های رسوبی: سنگ‌های لایه‌لایه

سنگ‌های رسوبی از فرسایش، حمل و نقل و رسوب‌گذاری ذرات سنگ‌های قبلی یا بقایای موجودات زنده تشکیل می‌شوند. این ذرات تحت فشار و توسط موادی به نام سیمان به هم می‌چسبند و سنگ سخت را می‌سازند. به این فرآیند سنگ‌زایی رسوبی می‌گویند. این سنگ‌ها اغلب به صورت لایه‌لایه دیده می‌شوند و فسیل‌ها[۱] معمولاً در این نوع سنگ‌ها یافت می‌شوند.

مثال: یک کیک چند لایه را تصور کنید. هر لایه (لایه‌ی سنگ رسوبی) از مواد مختلفی مانند بیسکویت خرد شده (ذرات فرسایش یافته)، خامه (سیمان) و تکه‌های میوه (فسیل) تشکیل شده است. وقتی این لایه‌ها برای مدتی تحت فشار یخچال قرار گیرند، به یک کیک سفت و یکپارچه تبدیل می‌شوند.

سنگ‌های دگرگونی: سنگ‌های تغییر شکل‌یافته

وقتی سنگ‌های موجود (آذرین، رسوبی یا حتی دگرگونی قدیمی‌تر) تحت تاثیر گرما، فشار یا مایعات^[۲] شیمیایی قرار می‌گیرند، بدون آن که ذوب شوند، تغییر می‌کنند. به این فرآیند دگرگونی می‌گویند و محصول نهایی، سنگ دگرگونی است. این تغییرات می‌توانند باعث تبلور مجدد کانی‌ها و ایجاد بافت‌های جدید مانند فیلیت یا شیست شوند.

مثال: تبدیل ذغال‌چوب به الماس یک نمونه‌ی افراطی از دگرگونی است! اما یک مثال روزمره‌تر، پختن خمیر نان است. خمیر خام (سنگ اولیه) تحت حرارت فر (گرما و فشار) قرار می‌گیرد و بدون ذوب شدن، به نان ترد و قهوه‌ای (سنگ دگرگونی) تبدیل می‌شود.

اتصال حلقه‌ها: چگونه چرخه کامل می‌شود؟

چرخه‌ی سنگ‌ها یک مسیر ثابت و خطی نیست، بلکه یک شبکه‌ی پیچیده از امکان‌ها است. یک سنگ آذرین می‌تواند در سطح زمین فرسایش یابد و به ذرات رسوبی تبدیل شود. این ذرات بعد از سیمانی شدن، یک سنگ رسوبی می‌سازند. اگر این سنگ رسوبی به اعماق زمین برود، تحت فشار و گرما قرار گیرد و به سنگ دگرگونی تبدیل شود. اگر سنگ دگرگونی بیشتر گرم شود و ذوب گردد، به ماگما تبدیل می‌شود و پس از سرد شدن، دوباره سنگ آذرین جدیدی را تشکیل می‌دهد. این چرخه می‌تواند در هر مرحله‌ای متوقف شود یا مسیرهای مختلفی را طی کند.

انرژی این چرخه از دو منبع اصلی تأمین می‌شود:

• انرژی درونی زمین (حرارت هسته‌ی زمین) که مسئول حرکت صفحه‌های زمین‌ساختی، آتشفشان‌ها و ایجاد حرارت برای دگرگونی است.
• انرژی خورشید که فرآیندهای سطحی مانند فرسایش[۳]، حمل و نقل و هوازدگی[۴] را که برای تشکیل سنگ‌های رسوبی ضروری هستند، هدایت می‌کند.

یک فرمول ساده برای نشان دادن هوازدگی شیمیایی (حل شدن): $ \ce{CO2 + H2O + CaCO3 -> Ca^{2+} + 2HCO3^{-}} $. این واکنش نشان می‌دهد چگونه دی‌اکسیدکربن و آب، سنگ آهک (کربنات کلسیم) را در خود حل می‌کنند.

چرخه‌ی سنگ‌ها در زندگی روزمره و محیط اطراف ما

ما دائماً با محصولات چرخه‌ی سنگ‌ها در تعاملیم. ساختمان‌ها، پل‌ها و بناهای تاریخی^[۵] از گرانیت (آذرین)، سنگ آهک (رسوبی) یا مرمر (دگرگونی) ساخته شده‌اند. سیمان مورد استفاده در بتن از سنگ آهک (یک سنگ رسوبی) به دست می‌آید. گچی که با آن روی تخته می‌نویسیم، از سنگ گچ (سنگ رسوبی) ساخته شده است. حتی نمک طعام ما نیز از تبخیر آب دریاها و دریاچه‌های قدیمی (تشکیل یک سنگ رسوبی شیمیایی به نام هالیت) به دست می‌آید. کوه‌ها، دره‌ها، سواحل سنگی و حتی خاک زیر پای ما همه داستانی از چرخه‌ی سنگ‌ها را روایت می‌کنند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

^[۱]فسیل (Fossil): بقایا یا آثار به جا مانده از جانوران و گیاهان باستانی که در سنگ‌ها حفظ شده‌اند.
^[۲]مایعات: در زمین‌شناسی، به مایعات داغ و اغلب سرشار از مواد معدنی گفته می‌شود که در میان سنگ‌ها نفوذ می‌کنند و واکنش‌های شیمیایی را تسهیل می‌نمایند.
^[۳]فرسایش (Erosion): فرآیند جدا شدن و حمل ذرات سنگ و خاک توسط عوامل طبیعی مانند آب، باد و یخ.
^[۴]هوازدگی (Weathering): تجزیه و شکسته شدن سنگ‌ها در محل خود تحت تأثیر عوامل جوی. هوازدگی می‌تواند فیزیکی (مکانیکی) یا شیمیایی باشد.
^[۵]Monuments (بناهای یادبود): سازه‌ها یامجسمه‌ها ساخته شده برای بزرگداشت یک شخص یا رویداد.