ذرات آواری تشکیل دهنده رسوبات

ذرات رسوبی ممکن است از تخریب سنگهای آذرین، دگرگونی، و رسوبی یا در اثر انفجار آتشفشانها و يا به صورت ذرات جامد در حوضه رسوبى، در اثر فعل و انفعالات شيميايى و بیوشیمیایی، تشکیل گردند. هدف از ذرات رسوبی در این موضوع تمام ذراتی است که به صورت جامد توسط فرآیندهای فیزیکی حمل و رسوب کردهاند. رسوبات شیمیایی که به صورت بلور در محیط تهنشین کردهاند را ذره در نظر نگرفتهایم. در ادامه به صورت مفصل راجبش مقاله خواهیم نوشت.
آنچه در این مقاله میخوانید...
ذرات تشكیل دهنده رسوبات
ذرات تشكیل دهنده رسوبات به سه گروه اصلی تقسیم میگردند:
1- ذرات آواری
2-ذرات جامد شیمیایی و بیوشیمیایی
3-ذرات پیروکلاستیکی یا آذر آواری
در این مقاله به تشریح کامل گروه اول میپردازیم.
ذرات آواری (Terrigenous Particles)
ذرات تشکیل دهنده این گروه از تخریب سنگهای موجود در سطح زمین حاصل شدهاند. این ذرات باید دارای مقاومت مکانیکی و ثبات شیمیایی زیادی در مقابل عمل هوازدگی باشند تا در رسوبات باقی بمانند، زیرا اگر مقاومت آنها کم باشد در منشأ یا بعد از رسوبگذاری تجزیه و كانیهاى جديد بهویژه رسی را به وجود مىآورند. ذرات آوارى خود به دو دسته تقسیم میشوند: 1-غيرآلى مانند: کوارتز، فلدسپات و… و 2-آلی یا کربن دار مانند: کروژن و… (فریدمن و سندرز، 1978)

1-ذرات آوارى غيرآلى
برای توصیف ذرات تشکیل دهنده این رسوبات ابتدا لازم است که چگونگی عمل هوازدگی در منشأ و فاکتورهای مؤثر در میزان هوازدگی را، که به تشکیل این ذرات منجر میشود، بررسی کنیم و سپس ذرات را بطور جداگانه مورد مطالعه قرار دهیم.
هوازدگی برروی سنگهای منشأ به صورت مكانيكی و شيمیابى انجام مىگیرد. در هوازدگی مكانيكی عوامل شيميایى هيچگونه دخالتی ندارند، برای مثال تغيیرات درجه حرارت روز و شب در نواحى كويرى باعث مىگردد که در هنگام روز بخار آب هوا در داخل درزها و شکافها نفوذ کنه و در هنگام شب که درجه حرارت پایین است یخ بزند، لذا افزایش حجم باعث خرد شدن سنگها میگردد.
تخریب شيمیایی توسط مواد محلول در آب صورت میگیرد. مواد محلول در آب باعث میشود تا قسمتی از کانیهاى تشکیل دهنده سنگ، تجزیه شده و کانیهای جدیدی حاصل شود و نیز قسمتی به صورت محلول در آب درآید. برای مثال میتوان انحلال کربنات کلسیم در آب و یا تجزیه فلدسپاتها که باعث تشکیل کانیهای رُسی میگردد، را نام برد.
سه عامل در میزان هوازدگی سنگ منشأ و مقدار مواد آوارى حمل شده مؤثر است (بلت و همکاران، ١٩٨٠).
1-اثر توپوگرافى:
مطالعات انجام شده برروی رسوبات حوضههاى رسوبى عهد حاضر نشان داده است که حدود ٨٠ درصد یا بیشتر رسوبات آواری در یک حوضه از كوهستانها سرچشمه گرفتهاند. در حالی که فقط حدود ۵ تا ١٠ درصد سطح زمین را کوهستانها تشکیل میدهند.
بنابراین میتوان چنین نتیجه گرفت که هر قدر اختلاف ارتفاع در منشأ بيشتر باشد میزان هوازدگی زیادتر بوده؛ در صورتی که سایر شرايط نیز مساعد باشد، مقدار ذرات دانه درشت حمل شده توسط رودخانه هم بیشتر است.
2-اثر آب و هوا و گیاهان
تغیرات آب و هوایی در میزان بارندگی مؤثر است و فاکتوری برای میزان هوازدگی محسوب میشود. میزان بارندگی به عرض جغرافیایی بستگی دارد و کنترل کننده آب و هوا در ارتباط با چرخههای جوی میباشد.
در حال حاضر مناطقی كه دارای بارندگی زیاد است بین صفر تا ۵ درجه (١۵٠ تا ٢٠٠ سانتی متر در سال) و ٥٠ تا ٦٠ درجه (٢٥ تا ٥٠ سانتی متر درسال) و مناطق با بارندگی کم بین ۵ تا ٣٠ درجه (صفرتا ١٢/۵ سانتی متر درسال) و ٧٠ تا ٩٠ (١٢/٥ تا ٢۵ سانتیمتر درسال) در شمال و جنوب خط استوا قرار دارد.
به علت حرکت قارهها براساس تكتونیک صفحهاى، شرايط غيرعادى آب و هوايى عهد حاضر كه حاصل تغييرات یخچالی – بین یخچالی است، و همچنین تغییرات در میزان بارندگی که توسط رشتهکوههای اواخر دوران سوم در پهنههای جغرافیایی مختلف حاصل شده است، كاربرد این اعداد را براى میزان بارندگی در زمانهای زمینشناسی گذشته غیرقابل استفاده میسازد.
در آب و هوای گرم و مرطوب، کانیهایی که دارای ثبات شیمیایی كمترى هستند؛ براى مثال فلدسپاتها، تجزیه میشوند ولی در آب و هوای گرم و خشک این كانيها تجزيه نشده و به صورت ذراتى در اندازه گرانول يا ماسه تخريب حاصل مىنمايند.
فلدسپاتها بعد از تجزيه شدن، کانیهای رسی را تشکیل میدهند که به صورت مواد معلق در آب از منشأ به حوضه رسوبی حمل میشوند.
میزان بارندگی و درجه حرارت در منطقه به رشد گیاهان نیز کمک میکند. ریشه گیاهان در زمین دو عمل انجام میدهند، یکی این كه باعث افزايش تجزيه شيمیایى و كاهش اندازه ذرات سنگ میگردند و دیگری این که باعث بھم فشرده شدن رسوبات در اطراف خود میشوند و عمل تخریب مکانیکی در منطقه را کاهش میدهند.
بطور کلی با افزایش میزان بارندگی مقدار بار رسوبی حاصله افزایش مییابد، ولی با افزایش پوششھای گیاهی، عکس این حالت صورت میگیرد. نواحی خشک و نیمه خشک دارای مقدار کمی پوشش گیاهی هستند. با افزایش میزان بارندگی پوشش گیاهی زیاد شده مقدار هوازدگی فیزیکی را کاهش میدهد.
ارتباط بین مقدار بار رسوبی حاصل و میزان بارندگی به این صورت است که ابتدا با افزایش میزان بارندگی مقدار بار رسوبی حاصله افزایش مییابد ولی با افزایش میزان بارندگی، پوشش گیاهی زیاد میشود و در نتیجه میزان بار رسوبی حاصله کاهش مییابد.
گرچه مقداربار رسوبی در مناطق مختلف متفاوت است ولی به نظر میرسد که روند کلی آن برای نواحی مختلف به همین ترتیب باشد.
میزان بارندگی و مقدار بار رسوبی حاصله در زمانهای گذشته زمینشناسی برای مثال در پرکامبرین و اوایل دوران اول که پوشش گیاهی در سطح زمین وجود نداشته، میزان بار رسوبی حاصله با افزایش میزان بارندگی افزایش یافته و سطح زمين شبيه به مناطق خشک و نیمه خشک عهدحاضر عمل کرده است.
اما بطور تدريجى ميزان بار رسوبى حاصله در نواحی خشکی با افزایش میزان بارندگی و پیدایش پوششهای گیاهی کاهش یافته است.
3-اثر سنگهای موجود
حوضههای بزرگ، سنگهای موجود در منطقه به انداره اختلاف ارتفاع، میزان بارندگی و گیاهان در میزان تخریب مؤثر نمیباشند، ولی بطور موضعی در حوضههای کوچک از اهمیت خاصی برخوردار است.
برای مثال اگر سنگ منشا بیشتر از نوع شیلی باشد، میزان تخریب زیادتر از سنگ آهک که دارای مقاومت بیشتری است – خواهد بود و میزان بار معلق رودخانه زيادتر مىگردد.
اگر سنگ منشأ از نوع آهکی باشد، به علت انحلال کربنات کلسیم، بار محلول رودخانه زیادتر میشود بنابراین میتوان چنین نتیجه گرفت که اختلاف ارتفاع، آب و ھوا و گیاهان و سنگهاى موجود در ميزان تخريب و نوع بار رودخانه مؤثر مىباشند.
انواع ذرات آواری غیرآلی
کوارتز (Quartz)
تمام سنگهای آذرین و اغلب سنگهای دگرگونی (به استثنای کوارتزیت که ممکن است تا حدود ١٠٠ درصد حجم سنگ از کوارتز تشکیل شده باشد) حاوى كوارتز هستند و مقدار آن از خيلی كم تا 40 درصد حجم كل سنگ را تشكيل مىدهد. ولى برعكس در سنگهای آواری تیپیک، کوارتز بطور فراوان یافت میشود، زیرا مقاومت مکانیکی و ثبات شیمیایی آن در مقابل عمل فرسايش بسيار زیاد است.
با استفاده از مقاطع نازک و مطالعه آنها توسط میکروسکوپ پلاریزان میتوان انواع کوارتز را براساس نوع خاموشی، انكلوزیون (inclusion) و مقدار ذرات پلی کریستالین موجود در سنگ را که در رابطه با منشأ آنهاست، تعیین نمود.
کریستالهای منفرد کوارتز دارای خاموشی مستقيم و موجی میباشند. دانههای کوارتز ولکانیکی در نور پلاریزان دارای خاموشی مستقیم است، ولی دانههای کوارتز پلوتونیکی و دگرگونی دارای خاموشی مستقيم و موجى هستند. خاموشى موجى معمولاً منعکس کننده فشار در شبکه کریستالی است.
مطالعات آماری نشان داده است که حد متوسط خاموشی در دانههای كوارتز دگرگونی بیشتر از 5 درجه است درحالی که دانههای کوارتز پلوتونیکی دارای حد متوسط بیشتر از 5 درجه هستند.
دانههای کوارتز به صورت کریستال منفرد یا مرکب در سنگها یافت میشوند. دانههای کوارتز ولكانیکی غالباً تک کریستالی است. مقدار دانههای کوارتز پلی کریستالین در سنگھای پلوتونیکی کم و در سنگهای دگرگونی با درجه بالا بیشتر و در سنگھای دگرگونی با درجه کم فراوانتر است.
همچنین تعداد کریستالھای کوارتز در یک دانه پلی کریستالین که منشأ دگرگونی با درجه کم داشته باشد بیشتر از سنگهای دگرگونی با درجه بالا و سنگهای پلوتونیکی است. باید توجه داشت، هنگامی که ارتباط نسبی بین دانههای كوارتز را براى پى بردن به منشأ آنها بدين طریق مورد مطالعه قرار میدهیم، دانههای کوارتز باید از نظر اندازه در یک حد باشند.
به علاوه زمانى كه منشأ نامعلوم است، تعبير و تفسير توسط این روش معمولاً براساس مقايسه ارتباط نسبی انواع کوارتز بایستی صورت گیرد. انكلوزیون در دانههای كوارتز به شكل حبابهایی پرشده از مایع و گاز و یا کریستالهای ریز کانیهای دیگر، بهویژە رتیل، میکا، کلریت و غیره یافت میشود. دانههای کوارتزی که منشأ آنها از رگههای هیدروترمالی است به صورت تک کریستالی یا پلیکریستالی درشت یافت میشوند که حاوی مقدار زیادی حبابهای پر شده توسط مایعات میباشند.
بنابراین با تلفیق اطلاعات بالا تا حدودی میتوان به منشأ کوارتز در رسوبات پی برد که این خود به بررسی منشأ کل رسوبات کمک فراوانی مینماید.
فلدسپاتها (Feldspars)
فلدسپاتها در سنگهاى آوارى از نظر اهميت در درجه دوم قرار دارند، زیرا به علت داشتن رخ، مقاومت مکانیکی کمتری نسبت به کوارتز در مقابل عمل فرسايش دارند و در اثر عوامل شيميايى به كانيهاى رُسى تجزيه مىشوند. به اين دليل، ميزان دانههای فلدسپات در رسوبات رودخانهاى – بهويژه سيكل اول – به مراتب بيشتر از ماسههای ساحلى و تپههای شنی است.
فلدسپاتها در سنگهای آذرین و دگرگونی بطور فراوان يافت مىشوند و بدين جهت در حدود ١٠ تا ١۵ درصد رسوبات آواری عهدحاضر را تشکیل میدهند. بهطورى كه در بالا اشاره شد، ممكن است فلدسپاتها قبل از تجزيه شدن در منشأ توسط فرآیندهای هوازدگی مکانیکی شکسته شده و به صورت ذرات آزاد توسط جریان آب از منطقه خارج شوند كه اين خود به عوامل زير بستگى دارد.
1-توپوگرافی
اگر اختلاف ارتفاع زیاد باشد، آب و هوا نقش مهمى را در تجزیه اين كانیها نخواهد داشت و این کانیها قبل از تجزیه شدن توسط فرآیندهای هوازدگی مکانیکی خرد شده و در مسير جريان آب قرار مىگيرد.
2-آب و هوا
در آب و هوای خشک، تجزیه شیمیایی خیلی كم صورت میگیرد، زیرا گیاهان خیلی کم بوده و هوازدگی مکانیکی از اهمیت زیادی برخوردار است. در چنین آب و هوایى توپوگرافى اثر چندانى نخواهد داشت.
3-يخچالها
تخريب به توسط يخچالها باعث میشود كه مقدار زيادى از سنگهاى فلدسپاتدار منطقه کنده شود و قبل از تجزیه در مسیر حرکت توسط یخها حمل گردد.
مطالعه انواع مختلف فلدسیاتها در رسوبات، به شناخت سنگ منشأ آنها کمک زیادی مینماید.
خردہ سنگھا (Rock fragments)
خردهسنگها دانههایی هستند که خصوصیات قابل تشخیصی از سنگ منشأ خود را دارا باشند. اگر یک سنگ منشأ خرد شود و كانيهای مختلفى از آن آزاد گردد، به این دانهها خردهسنگ گفته نمیشود زیرا اختصاصات سنگ منشأ را ندارد.
عواملى كه باعث باقى ماندن یا از بین رفتن این گونه دانههای رسوبی میشوند عبارتند از: نوع سنگ منشأ، فاصله يا فضاى بین اجزای تشكیل دهنده، نوع هوازدگی، عوامل مؤثر در هنگام حمل و نقل، هوازدگی (تجزیه شیمیایی) بعد از عمل رسوبگذاری و فشارهایی که در هنگام سیمانی شدن به آنها وارد میشود.
اندازه اولیه خردهسنگها توسط قطعات شکسته شده در محل جوینتها (اتصالها)، گسلها و سطح جدایی لایهها از یکدیگر تعیین میگردد.
همچنین قطعات بزرگ قبل از حركت ممكن است دوباره شکسته شده و به قطعات ریزتری تبدیل شوند. تجزیه فلدسپاتها در خردهسنگهای گرانیتی باعث میگردد که این دانهها خرد شده و کانیهای مقاومتری از قبیل کوارتز و کانیهای سنگین را بطور جداگانه آزاد سازد.
خرده سنگهایی که از ماسهسنگهایی با سیمان کلسیتی سرچشمه گرفتهاند، ممکن است بر اثر انحلال سیمان به قطعات کوچکتر تبدیل شوند و یا سیمان آنها از بین رفته و کانیهای موجود در خرده سنگ به صورت آزاد در محیط رها گردد. بنابراین عمل هوازدگی ممکن است باعث از بین رفتن خردهسنگها و آزاد شدن کانیهای مقاوم گردد.
در هنگام حمل و نقل بر اثر عمل فرسایش ممکن است قطعات خردهسنگها، که دارای مقاومت کمی هستند، تخریب حاصل نموده و کوچکتر شوند. همچنین حتی بعد از عمل رسوبگذاری در اثر عوامل دیاژنر (تجزيه شيمیایی وفشارهای حاصله در هنگام سیمانی شدن) ممکن است این دانهها از بین بروند.
کانیھای سنگین (Heavy Minerals)
سنگهای آذرین و دگرگونی حاوی یک سری کانیهای سنگین با وزن مخصوص بیشتر از ٢/٦۵ (وزن مخصوص کوارتز) و ٢/٥٦ تا ٢/٧٦ (وزن مخصوص فلدسپاتها) میباشند که در برابر تجزیه شیمیایی مقاوم هستند. این کانیها درصد ناچیزى (در حدود ١ تا ٢ درصد) از رسوبات را تشکیل میدهند و به دو دسته كدر يا اپک (opaque) و شفاف تقسیم میشوند.
کانیهای کدر شامل اکسیدها، سولفیدها و کانیهای معدنی هستند و کانیهای شفاف بیشتر از سیلیکاتها سرچشمه گرفتهاند.
معمولترین کانیھای سنگین شفاف در رسوبات روتیل، تورمالین، آپاتیت، گارنت، اپیدوت، استارولیت و زیرکن هستند. ایلمانیت و مگنتیت دو کانی تخریبی کدر هستند که معمولاً در رسوبات یافت میشوند. مطالعه کانیهای سنگین برای پی بردن به سنگ منشأ رسوبات از اهمیت خاصی برخورد است.
بطور کلی برای بررسی سنگ منشأ رسوبات باید کانیهای سنگین را به صورت گروهی در رابطه با چگونگی تشکیل آنها تقسیمبندی کرد. وجود کانیھای روتیل، تورمالین و آپاتیت در رسوبات نشان دهنده منشأ آذرین و گارنت، اپیدوت و استارولیت مؤید منشا دگرگونی است.
برای مطالعه کانیهای سنگین، نخست آنها را از کانیهای سبک جدا میکنند و پس از تمیز کردن با استون، آنها را بر روی لام چسبانده و با میکروسکوپ مورد مطالعه و بررسی قرار میدهند. با استفادہ از مایعات سنگین؛ نظیر برومورفورم وسانتریفیوز (Centrifuges) میتوان کانیهاى سنگین را از سبک جدا نمود. در روش مایعات سنگین، کانیهای سبک به علت داشتن وزن مخصوص کمتر از مایع در بالا تجمع مییابند و کانیهای سنگین که دارای وزن مخصوص بیشتری از مایع هستند در ته ظرف رسوب مینمایند. پس از عبور از صافی وخشک کردن، آنها را میتوان مورد مطالعه قرار داد.

میکا، کلریتها و کانیهای رسی:
کانیهای مسكویت، بیوتیت و کلریت در سنگهای آذرین و دگرگونی یافت میشوند. این کانیها بیشتر به صورت ورقهای درون رسوبات دیده میشوند.
یکی از اختصاصات مهم این کانیها وجود رخ یک جهته است که باعث جدا شدن ورقهای آنها از یكدیگر میگردد. در سنگهای آذرین مسکویت بیشتر از سنگهای اسیدی نتیجه میشود و بزرگی آن تا ٢ میلیمتر میرسد. مسکویت ممکن است به شکل قطعات گرد شده یا ذرات خیلی ریزی دیده شود که ذرات خیلی ریز آن را سرسیت مینامند.
بیوتيت میتواند از سنگهاى ولكانيكى نيز سرچشمه گرفته باشد. در سنگھای دگرگونی کانیھای مذکور برحسب نوع درجه دگرگونی – درجه بالا یا پایین – در سنگ پراکنده هستند. سرسیت، مسکویت و کلريت مربوط به سنگهاى دگرگونی با درجه پایین است و در این گونه سنگها بیوتیت یافت نمیشود ولی بیوتیت در سنگھای دگرگونی با درجه بالا تشكيل مىگردد كه در آنها كلريت ديده نمىشود. در شيستها، بيوتيت و مسكويت همراه با يكدیگر يافت میشوند. وجود مسكويت و كلريت در سنگهاى رسوبى و نبودن بیوتیت در آنها حاکی از این است که منشأ این سنگها شیستهای سبز بوده است.
کانیهای رسی به یک سری ذرات دانهریز مینرالی با شبکههای لايهاى اطلاق میشود كه بيشتر از هیدراتهای آلومینیوم و سيلیكات تشكیل شده است. اين كانيها از تجزيه كانيهاى سيليكاته تشکیل دهنده سنگها، بویژه فلدسپاتها و سيلیكاتهای فرومنیزیم، حاصل شدهاند.
كانیهاى رسى در اثر هوازدگی سنگها، در محیطھای با درجه حرارت پایین و رطوبت زیاد تشکیل میشوند. همچنین این کانیها، منعکس کننده نوع کانی هوازده و شرایط هوازدگی هستند. نوع کانی رسی از مطالعه آن به توسط اشعۀ X مشخص میگردد. کانیهای رسی در هنگام دیاژنز اثر تغيیرات فيزيكى و شیمیایی بە یکدیگر تبدیل میشوند. مطالعات انجام شده نشان داده است که رسوبات عهد حاضر و بیشتر شیلهای دوران دوم و سوم حاوی کانیهای ایلیت، کلریت کانولینیت و مونت موریونیت هستند ولی شیلهای دوران اول بیشتر حاوی کانیهای کلریت و ایلیت میباشند که این خود بیانگر مقاومت این دو کانی در مقابل تجزیه شیمیایی در مراحل دفن عميق و زمان است.
2-ذرات آواری کربندار (آلی)
این ذرات از تخريب و نقل و انتقال مجدد رسوبات کربندار حاصل شدهاند. براى مثال میتوان ذرات تخریبی آنتراسیت، آمبر (مواد آلی است که در اثر سخت شدن شیره کاج حاصل میشود)، تکههای جامد واکس و کروژن را نام برد كه اينها مواد هیدروکربوری غیر قابل حل با ساختمان پلی مری با زنجیرههای بلند میباشند. کروژن فراوانترین و پراکندهترین نوع مواد آلى در رسوبات دنياست و بطور متوسط در حدود ٠/٣ درصد وزن كل رسوبات را تشکیل میدهد. یک نمونه بارز از این رسوبات، شیلھای نفتی است که دارای مقدار زیادی مواد هیدروکربوری به صورت کروژن میباشد.
کروژن از تجزیه و فساد مواد آلی در درجه حرارت پایین در پوسته جامد زمین تشکیل شده است. کروژن دارای ثبات خیلی زیادی است و در حلالهای آلی یا اسیدها، غیر قابل حل بوده و در درجه حرارت معمولی اکسیده نمیگردد. ذرات کروژن درون رسوبات دریای راس شناخته شده است. این ذرات از رسوبات قدیمیتری که در زیر یخهای قطب جنوب مدفون شدهاند سرچشه گرفته و درون دریای راس رسوب کرده است.
در مناطقی که میزان بارندگی زیاد و آب و هوا گرم و یا گرمسیری باشد، گیاھان تقریباً تمام منطقه را میپوشانند. در اثر تغییرات فصلی برگهای گیاهان ریزش میکنند که مقداری از آنها ازبین رفته و قسمتی دیگر رسوبات را تشکیل میدهند. ضمناً قسمتهای دیگر گیاهان از قبیل تنه، شاخه، گرده و تخم پس از تخریب و رسوب کردن، اگر در محیط مناسبی قرار گیرند و از بین نروند به رسوب تبدیل میگردند و ذرات تخریبی گیاهی عهدحاضر را تشکیل میدهند.