سنگ ها را بر چه اساسی طبقه بندی کنیم

هر علاقه مند به جمع آوری سنگ (یا اصطلاحاً یک سنگ باز حرفه ای) حتماً یکی دو تکه سنگ در مجموعه خود دارد که به طور ویژه ای به آن ها افتخار می کند. این گوهر می تواند یک نمونه خیره کننده از سنگ آمتیست (یاقوت ارغوانی)، یک تکه زیبای چوب فسیل شده، یا سنگی با ظاهری عجیب وغریب از دل کویرهای ایران باشد که هنوز نتوانسته اید آن را دقیق شناسایی کنید. سنگ ها واقعاً جذاب هستند؛ آن ها در شکل ها، اندازه ها و رنگ های بسیار متنوعی وجود دارند و تقریباً در هر جایی یافت می شوند.

اما چگونه سنگ ها را طبقه بندی و دسته بندی می کنیم؟ چه چیزی باعث می شود یک سنگ با سنگ دیگر متفاوت باشد؟

خب، برای طبقه بندی یک سنگ، شما باید مثل یک زمین شناس فکر کنید! زمین شناسان برای تعیین نوع یک سنگ به ویژگی های بسیار متفاوتی نگاه می کنند. مهم ترین ویژگی، ترکیبات سنگ یا همان موادی است که سنگ از آن ها ساخته شده است. سنگ ها بر اساس ترکیباتشان به سه گروه اصلی طبقه بندی می شوند: آذرین، رسوبی و دگرگونی. اما زمین شناسان از کجا می فهمند کدام سنگ آذرین، رسوبی یا دگرگونی است؟

بیایید نگاهی دقیق تر به این موضوع بیندازیم.

سنگ چیست؟

سنگ مجموعه ای از مواد معدنی مختلف (کانی ها) است که توسط نیروهای فیزیکی یا شیمیایی به یکدیگر پیوند خورده اند. این بدان معناست که یک سنگ برای اینکه به عنوان “سنگ” شناخته شود و نه فقط یک توده سست از مواد معدنی، باید دارای یکپارچگی ساختاری باشد. به عنوان مثال، توده های ماسه در بستر رودخانه ها سنگ محسوب نمی شوند، زیرا فاقد این یکپارچگی ساختاری هستند. با این حال، اگر همین ماسه ها سیمانی شوند یا به طریق دیگری به هم بچسبند، می توان آن ها را به عنوان “ماسه سنگ” (Sandstone) دسته بندی کرد.

نیرویی که مواد معدنی مختلف را به هم پیوند می دهد، می تواند شیمیایی یا فیزیکی باشد:

• عوامل پیونددهنده شیمیایی: شامل هیدراتاسیون یا آب پوشی (پیوند شیمیایی مولکول های آب با سایر مواد معدنی)، رسوب گذاری (خارج شدن مواد معدنی از حالت محلول و پیوند خوردن با یکدیگر) و جذب سطحی (پیوند مولکول ها به سطح سایر مواد معدنی) است. نمونه ای از سنگی که توسط یک عامل پیونددهنده شیمیایی کنار هم نگه داشته شده، سنگ آهک است که بر اثر وجود کربنات کلسیم در آب رسوب می کند.
• عوامل پیونددهنده فیزیکی: در مقابل، عوامل فیزیکی شامل هیچ واکنش شیمیایی نمی شوند. در عوض، آن ها معمولاً نتیجه درهم تنیدگی و قفل شدن بلورهای معدنی یا فشار ناشی از سنگ های رویین هستند.

این نیروهای قدرتمند زمانی شکل می گیرند که مواد معدنی توسط گرمای گدازه های مذاب به هم جوش می خورند، یا زمانی که سنگ ها توسط نیروهای صفحات تکتونیکی (زمین ساختی) خرد و فشرده می شوند. در این حالت، هیچ ماده معدنی جدیدی شکل نمی گیرد، بلکه مواد معدنی موجود به سادگی بازآرایی شده و در هم رشد می کنند.

هنگام طبقه بندی سنگ ها، باید تعیین کنید که سنگ چگونه تشکیل شده است، ترکیب شیمیایی و معدنی آن چیست و به چه سنگ های دیگری شباهت دارد. این بررسی ها به شما سرنخ هایی می دهد که چه نوع کانی هایی در آن وجود دارند و چگونه در کنار هم چیده شده اند. سه نوع اصلی سنگ – آذرین، رسوبی و دگرگونی – همگی بر اساس فرآیندهای شکل گیری زمین شناختی شان طبقه بندی می شوند.

طبقه بندی زمین شناسی سنگ ها

سنگ ها را می توان بر اساس فرآیند شکل گیری شان دسته بندی کرد. سه دسته اصلی عبارتند از: سنگ های آذرین، سنگ های رسوبی و سنگ های دگرگونی.

۱. سنگ های آذرین (Igneous Rocks)

سنگ های آذرین زمانی تشکیل می شوند که سنگ داغ و مذاب (ماگما) سرد و سخت شود. این اتفاق می تواند در زیر سطح زمین (سنگ های آذرین درونی/پلوتونیک)، روی سطح زمین (سنگ های آذرین بیرونی/آتشفشانی) یا در حد واسط این دو (سنگ های نیمه عمیق یا ساب ولکانیک) رخ دهد.

سنگ های آذرین درونی یا پلوتونیک: زمانی تشکیل می شوند که ماگما به آرامی در زیر سطح زمین سرد شود. از آنجایی که ماگما به کندی سرد می شود، کانی ها زمان کافی برای رشد و تشکیل بلورهای بزرگ و خوش فرم را دارند. سنگ های پلوتونیک معمولی عمدتاً از نظر کانی شناسی و بافت، همگن و یکدست به نظر می رسند.

مثال: گرانیت و دیوریت. (در ایران، توده های گرانیتی کوه الوند همدان یا شیرکوه یزد نمونه های بارزی از این نوع سنگ ها هستند).

سنگ های آذرین بیرونی: از سوی دیگر، زمانی تشکیل می شوند که ماگما فوران کرده و با ریختن روی سطح زمین به سرعت سرد می شود. چون ماگما به سرعت خنک می شود، زمان لازم برای تشکیل بلورهای بزرگ را ندارد. سنگ های آذرین بیرونی دارای بلورهای ریز و میکروسکوپی و بافتی شیشه ای هستند. آن ها می توانند دارای وزیکول (Vesicle) باشند؛ حفره های کوچکی که هنگام خروج حباب های گاز از ماگمای در حال خنک شدن ایجاد می شوند.

مثال: بازالت و ابسیدین (شیشه آتشفشانی). (نمونه های این سنگ ها را می توان به وفور در اطراف کوه دماوند و تفتان مشاهده کرد).

سنگ های نیمه عمیق (Subvolcanic / Hypabyssal): زمانی که سنگ ها در حد فاصل سطح و بخش های داخلی زمین تشکیل می شوند، به آن ها سنگ های نیمه عمیق می گویند. این سنگ ها شبیه به سنگ های درونی هستند اما از آنجایی که ماگما در این لایه ها سریع تر سرد می شود، ساختار دانه بندی ریزتری دارند.

۲. سنگ های رسوبی (Sedimentary Rocks)

سنگ های رسوبی سنگ هایی هستند که از تجمع رسوبات شکل می گیرند. این رسوبات می توانند توسط نیروی جاذبه، آب، باد یا یخ جابه جا شوند و به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

• زیستی / آلی (Biologic/Organic): ساخته شده از بقایای گیاهان یا حیوانات.
• آواری (Clastic): ساخته شده از هوازدگی و تجزیه سنگ های دیگر.
• شیمیایی (Chemical): زمانی تشکیل می شوند که مواد معدنی از آب رسوب کرده و در نهایت پس از تبخیر آب، یا زمانی که آب به حالت فوق اشباع درمی آید، دوباره ته نشین می شوند.

مثال برای سنگ های رسوبی: کنگلومرا، شیل، ماسه سنگ و سنگ آهک. (در ایران، بخش اعظم رشته کوه های زاگرس و البرز از سنگ های رسوبی و به ویژه سنگ آهک تشکیل شده است).

۳. سنگ های دگرگونی (Metamorphic Rocks)

سنگ های دگرگونی سنگ هایی هستند که در اثر گرما و فشار تغییر ماهیت داده اند. کلمه “مورفیزم” (Metamorphism) از کلمات یونانی “متا” به معنای تغییر و “مورف” به معنای شکل گرفته شده است.

سنگ های دگرگونی می توانند از هر نوع سنگی به وجود بیایند: آذرین، رسوبی یا حتی یک سنگ دگرگونی دیگر. سنگ ها در اعماق زمین، جایی که دما و فشار بسیار بیشتر از سطح زمین است، توسط گرما و فشار تغییر می کنند.

به عنوان مثال، یک سنگ دگرگونی به نام “نایس” (Gneiss) می تواند از دگرگونی گرانیت تشکیل شود. گرما و فشار باعث می شود که مواد معدنی بزرگ در گرانیت شکسته شده و دوباره به کانی های کوچک تر تبدیل شوند. کانی های جدید به صورت نوارهایی در یک راستا قرار می گیرند و ظاهری راه راه به سنگ می دهند.

سایر نمونه های سنگ های دگرگونی: اسلیت (سنگ لوح)، سنگ مرمر و کوارتزیت. (سنگ مرمر که از دگرگونی سنگ آهک به وجود می آید، یکی از پرکاربردترین سنگ ها در معماری تاریخی و مدرن ایران است).

طبقه بندی بر اساس ترکیب شیمیایی سنگ ها

سنگ ها بر اساس ترکیب شیمیایی خود به سه نوع دسته بندی می شوند:

سنگ های رسی (Argillaceous rocks)

اگر محتوای رس در یک سنگ غالب باشد، به عنوان سنگ رسی طبقه بندی می شود. جزء اصلی خاک رس، سیلیکات آلومینیوم است. این سنگ ها ماهیتی نرم دارند، به راحتی خرد می شوند و هنگام لمس، حس صابونی و لیز بودن به شما می دهند.

مثال: شیل و مادستون (گل سنگ).

سنگ های آهکی (Calcareous rocks)

این ها سنگ هایی هستند که جزء شیمیایی اصلی آن ها کربنات کلسیم است. این ماده می تواند از بقایای موجودات دریایی مانند مرجان ها و نرم تنان به دست آید که در بستر دریا ته نشین شده و سپس سنگ شدگی (Lithified) در آن ها رخ داده است. آن ها عموماً سخت هستند، اما دوام آن ها می تواند تحت تأثیر شرایط محیطی اطراف، مانند آب باران یا اسید قرار گیرد.

مثال: سنگ آهک و سنگ مرمر.

سنگ های سیلیسی (Siliceous rocks)

این ها سنگ هایی هستند که جزء شیمیایی اصلی آن ها سیلیس است. آن ها عمدتاً از هوازدگی و تجزیه سنگ های دیگر تشکیل می شوند و رسوبات حاصل از آن سنگ ساز می شوند. وجود سیلیس باعث می شود این سنگ ها بسیار سخت و در برابر هوازدگی مقاوم باشند.

طبقه بندی بر اساس خواص فیزیکی سنگ ها

سنگ ها را می توان بر اساس خواص فیزیکی آن ها به سه نوع طبقه بندی کرد:

سنگ های لایه ای یا چینه دار (Stratified rocks)

این ها سنگ هایی هستند که در اثر رسوب گذاری لایه بندی شده اند. به لایه های منفرد “استراتا” (Strata) می گویند و این لایه ها می توانند در اندازه ها و ترکیبات متفاوتی باشند که هنگام برش یا شکستن سنگ به راحتی قابل مشاهده اند. مثال: ماسه سنگ و شیل.

سنگ های بدون لایه یا توده ای (Unstratified rocks)

این ها سنگ های بلورینی هستند که هیچ لایه بندی ندارند. آن ها از بلورهای درهم تنیده ای ساخته شده اند که در تمام جهات رشد کرده اند. رایج ترین نوع سنگ بدون لایه، گرانیت است.

سنگ های برگه وار یا فولیه دار (Foliated rocks)

سنگ های برگه وار، سنگ های دگرگونی هستند که در اثر گرما و فشار تغییر شکل داده اند. دانه های منفرد در این سنگ، خود را در صفحات تورق (Foliation planes) هم تراز کرده اند. این امر به سنگ ظاهری لایه لایه یا نواری می دهد. مثال: نایس و اسلیت.

سایر ویژگی های فیزیکی که می توان برای طبقه بندی سنگ ها از آن ها استفاده کرد شامل رنگ، اندازه دانه و میزان سختی است.

روش شناسی شناسایی سنگ ها (Rock Identification Methodology)

شناسایی سنگ یک فرآیند سیستماتیک است که با توصیف دقیق سنگ آغاز می شود. این فرآیند شامل ثبت رنگ، بافت و هر ویژگی فیزیکی دیگر آن است.

زمین شناسان برای شناسایی سنگ ها از توصیفات پتروگرافی (سنگ نگاری) استفاده می کنند. این کار شامل بررسی سنگ زیر میکروسکوپ و توصیف اندازه دانه، شکل و سایر ویژگی های آن است. ترکیب سنگ (یعنی کانی هایی که در آن وجود دارد) نیز برای شناسایی بسیار مهم است.

هنگامی که یک سنگ توصیف شد، زمین شناسان آن را با سنگ های دیگری که قبلاً طبقه بندی کرده اند مقایسه می کنند. به این فرآیندِ مقایسه و تطبیق سنگ ها، روش تطبیقی (Comparative method) می گویند. با استفاده از روش تطبیقی، زمین شناسان اغلب می توانند سنگ ها را بدون نیاز به تحلیل های پیچیده آزمایشگاهی شناسایی کنند.

با این حال، مواردی وجود دارد که روش تطبیقی برای انجام یک شناسایی قطعی کافی نیست. در این موارد، زمین شناسان ممکن است نیاز به استفاده از تکنیک های پیشرفته تری مانند پراش اشعه ایکس (X-ray diffraction) یا آنالیز ریزکاو الکترونی (Electron microprobe) داشته باشند.

با وجود این تکنیک های پیشرفته، روش تطبیقی همچنان رایج ترین راه برای شناسایی سنگ هاست. این روش یک راه سریع و کم هزینه برای شناسایی سنگ ها بوده و نیازی به تجهیزات خاصی ندارد.

استفاده از نمودار طبقه بندی

شناسایی سنگ را می توان به روش های مختلفی انجام داد، اما استفاده از “نمودار طبقه بندی سنگ” رایج ترین روش است. نمودار طبقه بندی سنگ ابزاری است که زمین شناسان برای شناسایی سنگ ها با استفاده از مجموعه ای از نمودارها که ویژگی های مختلف سنگ ها را نشان می دهند، به کار می برند. این ویژگی ها شامل بافت، اندازه دانه و ترکیب سنگ است.

نتیجه گیری

علاوه بر منابع خارجی، اگر در ایران زندگی می کنید و به زمین شناسی علاقه دارید، کشور ما به دلیل تنوع شگفت انگیز صفحات تکتونیکی، بهشت زمین شناسان محسوب می شود. از کانی های مس و فیروزه در خراسان و شهربابک گرفته تا انواع عقیق در بیابان های مرکزی و سبلان.

برای شناسایی سنگ های خود در ایران می توانید از راهکارهای زیر استفاده کنید:

1. بازدید از موزه های زمین شناسی: موزه علوم زمین (وابسته به سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور) در تهران و سایر کلان شهرها، دارای کامل ترین نمودارها و نمونه های واقعی سنگ های ایران است.
2. استفاده از کیت های سختی سنجی (موهس): شما می توانید با خرید یک کیت ساده سختی سنجی از فروشگاه های لوازم آزمایشگاهی، سختی سنگ خود را در طبیعت ایران بسنجید.
3. نمودارهای فارسی طبقه بندی سنگ: با جستجو در منابع دانشگاهی داخلی یا کتاب های راهنمای کانی شناسی ترجمه شده، می توانید پوسترهای راهنمای طبقه بندی سنگ ها را به زبان فارسی تهیه کنید که دقیقاً مشابه با مدل های استاندارد جهانی (مانند نمودار دکلان) طراحی شده اند.

اگر از علاقه مندان به سنگ هستید یا دوست دارید فرزندتان درباره سنگ های طبیعت زیبای ایران بیشتر بیاموزد، برداشتن یک ذره بین (لوپ زمین شناسی)، یک دفترچه یادداشت و داشتن یک نمودار طبقه بندی سنگ، بهترین نقطه شروع برای این ماجراجویی علمی است!