نحوه تشکیل شدن و به دست آمدن سنگ ها چگونه است؟

طبیعت همواره راهی برای خلق زیباترین و باشکوه ترین پدیده ها دارد. کوه های سر به فلک کشیده (مانند دماوند و زاگرس در ایران)، دره های عمیق و حتی همان قلوه سنگ ساده ای که زیر پای شماست، همگی قدرت و راز و رمز سیاره زمین را به ما یادآوری می کنند. اما آیا تا به حال از خود پرسیده اید که این شگفتی های طبیعی چگونه شکل گرفته اند و به دست می آیند؟

«چرخه سنگ» (Rock Cycle) شاید یکی از مهم ترین فرآیندهای زمین شناسی باشد که چهره سیاره ما را شکل می دهد. این یک فرآیند بی وقفه، بی پایان و دائماً در حال تغییر است که شامل تبدیل شدن یک نوع سنگ به نوعی دیگر در طول زمان های بسیار طولانی می شود.

شکل گیری، حرکت و دگرگونی سنگ ها حاصل فرآیندهای درونی و بیرونی کره زمین است. فرآیندهای درونی شامل مواردی مانند رشد بلورها (کریستال ها)، ذوب شدن و تبلور مجدد کانی ها در اعماق زمین است؛ در حالی که فرآیندهای بیرونی عواملی همچون هوازدگی (خرد شدن سنگ ها در اثر باد و باران) و فرسایش را در بر می گیرد.

بیایید نگاهی دقیق تر به چرخه سنگ بیندازیم و ببینیم انواع مختلف سنگ ها چگونه تشکیل می شوند و به دست می آیند.

سه نوع اصلی سنگ ها

در علم زمین شناسی، سنگ ها بر اساس نحوه پیدایش به سه دسته اصلی تقسیم می شوند: آذرین، رسوبی و دگرگونی.

۱. سنگ های آذرین (Igneous Rocks)

سنگ های آذرین در اعماق گوشته (Mantle) کره زمین متولد می شوند؛ جایی که گرما و فشار بی نهایت شدید، ساختارهای بلوری منحصربه فردی را خلق می کند. با گذشت زمان، این سنگ های مذاب ممکن است از طریق فعالیت های آتشفشانی یا فرآیندهای تکتونیکی (حرکت صفحات زمین) به سطح زمین رانده شوند و شروع به سرد و سخت شدن کنند.

اما این پایان ماجراجویی سنگ های آذرین نیست. بسته به اینکه این سنگ مذاب در کجا سرد و جامد شود، سنگ های آذرین به دو دسته درونی و بیرونی طبقه بندی می شوند:

سنگ های آذرین درونی (Intrusive) یا پلوتونیک: این سنگ ها زمانی تشکیل می شوند که ماگما (سنگ مذاب) در اعماق زمین، زیر پوسته، به آرامی سرد و سخت شود. این فرآیندِ کُند به کریستال ها اجازه می دهد تا به اندازه کافی رشد کنند و در نتیجه، سنگ هایی با بافت درشت دانه و بلورهای بزرگ (مانند گرانیت) شکل می گیرند.

سنگ های آذرین بیرونی (Extrusive) یا آتشفشانی: از سوی دیگر، این سنگ ها زمانی شکل می گیرند که ماگما از سطح زمین خارج شود (که در این حالت به آن گدازه یا لاوا می گویند) و به سرعت در مجاورت هوا یا آب سرد شود. از آنجایی که زمان کافی برای تشکیل کریستال های بزرگ وجود ندارد، سنگ های آذرین بیرونی بافتی بسیار ریزدانه دارند. آن ها همچنین تمایل دارند ظاهری شیشه ای (مانند ابسیدین) داشته باشند یا به دلیل حباب های گازِ گیر افتاده در حین سرد شدن، دارای بافتی متخلخل و سوراخ دار (مانند سنگ پا) باشند.

درباره ماگما

تصور می شود که ماگما در بخش خمیری شکلِ گوشته بالایی زمین و در اعماق بین حدود $\mathrm{۶۴}$ کیلومتر ($\mathrm{۴۰}$ مایل) تا $\mathrm{۱۹۳}$ کیلومتر ($\mathrm{۱۲۰}$ مایل) تولید می شود. این سنگ مذاب ترکیبی از آهن، منیزیم، سیلیکون و سایر عناصری است که توسط گرمای هسته زمین تا حدودی ذوب شده اند.

معمولاً سنگ مذابی که فوران می کند دارای گرانروی (ویسکوزیته) پایینی است که به آن اجازه می دهد به راحتی روان شود. این بدان معناست که ماگما قبل از جامد شدن می تواند مسافت های طولانی را طی کند. همین ویژگی باعث شکل گیری برخی از فلات های بزرگ جهان شده است؛ مانند فلات «تراپ دکن» در هند، فلات رودخانه کلمبیا در واشنگتن، اورگان و آیداهو آمریکا و همچنین پهنه های بازالتی در منطقه ماکو در شمال غرب ایران.

فرآیندهای آذرین در تمام طول تاریخ زمین فعال بوده اند و امروز نیز به ایجاد لندفرم ها (عوارض زمین) جدید ادامه می دهند. از جمله جریان های گدازه ای اخیری که خبرساز شده اند می توان به فوران کوه سنت هلن در واشنگتن در سال $\mathrm{۱۹۸۰}$، فوران آتشفشان کیلاویا در هاوایی در سال $\mathrm{۲۰۱۸}$ و فعالیت های نیمه خفته آتشفشان تفتان در جنوب شرقی ایران اشاره کرد.

۲. سنگ های رسوبی (Sedimentary Rocks)

سنگ های رسوبی از رایج ترین سنگ هایی هستند که در سطح زمین پیدا می کنید. آن ها حدود $۷۵\%$ از سطح سیاره ما را پوشانده اند و زمانی تشکیل می شوند که سنگ های خرد شده، مواد معدنی، صدف ها و بقایای موجودات زنده (مواد آلی) لایه به لایه روی هم رسوب کنند.

با گذشت زمان، وزنِ رسوبات انباشته شده باعث می شود لایه های زیرین فشرده، متراکم و سخت شوند (فرآیندی که به آن سنگ شدگی یا Lithification می گویند). این فرآیند ممکن است دوره های زمانی بسیار طولانی، گاهی تا میلیون ها سال، به طول انجامد. کوه های زاگرس در ایران یکی از بارزترین و عظیم ترین نمونه های سنگ های رسوبی در جهان هستند که بخش عمده ای از ذخایر نفت و گاز کشور را در دل خود جای داده اند.

نوع سنگ رسوبیِ تشکیل شده، به ترکیبات موادی که در حال ته نشین شدن هستند بستگی دارد. به عنوان مثال، ماسه سنگ از دانه های شنی که به هم سیمانی شده اند به وجود می آید، در حالی که سنگ آهک از انباشته شدن صدف ها، مرجان ها، جلبک ها، فضولات دریایی و سایر بقایای آلی تشکیل می شود.

سنگ های رسوبی معمولاً بر اساس نحوه تشکیل شدنشان دسته بندی می شوند. سه دسته اصلی عبارتند از: آواری، شیمیایی و آلی.

سنگ های رسوبی آواری (Clastic):

سنگ های آواری رایج ترین نوع سنگ های رسوبی هستند. آن ها از هوازدگی و فرسایش سنگ های از پیش موجود (آذرین، دگرگونی یا حتی رسوبی قدیمی تر) تشکیل می شوند که این فرآیند منجر به خرد شدن آن سنگ ها به قطعات کوچک تر می شود.

سپس این قطعات کوچک تر یا «کلاست ها» توسط باد، آب (رودخانه ها) یا یخ (یخچال های طبیعی) از سنگ مادر دور شده و جابجا می شوند. در نهایت، این ذرات در مکان جدیدی (مانند کف دریاها یا دریاچه ها) ته نشین شده، روی هم انباشته می شوند و تحت فشردگی و سیمانی شدنِ بیشتر قرار می گیرند تا یک سنگ رسوبی جدید را تشکیل دهند. ماسه سنگ، شیل و کنگلومرا از نمونه های رایج سنگ های رسوبی آواری هستند.

سنگ های رسوبی شیمیایی (Chemical):

این سنگ ها زمانی تشکیل می شوند که مواد معدنی محلول، از محلول های آبیِ غنی از یون رسوب کنند. این فرآیند می تواند زمانی اتفاق بیفتد که آب (مثلاً آب یک دریاچه کم عمق) تبخیر می شود و مواد معدنیِ حل شده در آن را بر جای می گذارد (مانند دریاچه ارومیه یا دریاچه نمک قم که رسوبات نمکی به جا می گذارند).

سنگ های رسوبی شیمیایی معمولاً بر اساس کانی هایی که در خود دارند طبقه بندی می شوند. برای مثال، سنگ های غنی از کلسیت یا آراگونیت به عنوان سنگ های کربناته شناخته می شوند. سنگ های غنی از سیلیس را سنگ های سیلیسی می نامند و سنگ های سرشار از اکسید آهن به عنوان سنگ های آهن دار (آهنی) طبقه بندی می شوند.

سنگ های رسوبی آلی (Organic):

سنگ های رسوبی آلی از انباشته شدن بقایای ارگانیک، مانند بقایای گیاهی و جانوری شکل می گیرند. شناخته شده ترین و رایج ترین نوع سنگ رسوبی آلی زغال سنگ است که از فشرده شدن و تجزیه بقایای گیاهانِ مرداب های باستانی در طول میلیون ها سال به وجود می آید.

۳. سنگ های دگرگونی (Metamorphic Rocks)

سنگ های دگرگونی سنگ هایی هستند که توسط گرما، فشار یا ترکیبی از هر دو کاملاً تغییر ماهیت داده اند. کلمه “Metamorphic” از واژه یونانی “Metamorphosis” گرفته شده است که به معنای «تغییر شکل» است.

سنگ های دگرگونی معمولاً در اعماق زمین تشکیل می شوند؛ جایی که دما و فشارهای فوق العاده بالا می تواند ساختار بلوری و ترکیبات شیمیایی سنگ های از پیش موجود را بدون اینکه آن ها را ذوب کند، تغییر دهد. (نکته مهم: اگر سنگ به طور کامل ذوب شود، دوباره به ماگما و سپس به سنگ آذرین تبدیل می شود). به عنوان مثال، گرمای شدید می تواند باعث تبلور مجدد (Recrystallize) کانی ها شود، در حالی که فشار و وزن لایه های بالایی می تواند باعث تغییر شکل، فشرده شدن و ایجاد حالت ورقه ای (فولیاسیون) در آن ها گردد.

رایج ترین نوع سنگ دگرگونی اسلیت (سنگ لوح) است که از دگرگون شدن سنگ شیل (نوعی سنگ رسوبی) به وجود می آید. اسلیت ظاهری لایه لایه دارد و می تواند به ورقه های نازکی تقسیم شود. از دیگر سنگ های دگرگونی بسیار معروف می توان به سنگ مرمر (که از دگرگونی سنگ آهک تحت حرارت بالا به وجود می آید و معادن آن در ایران شهرت جهانی دارند) و کوارتزیت (که از دگرگونی ماسه سنگ شکل می گیرد) اشاره کرد.

نتیجه گیری

مادر طبیعت به طور پیوسته در حال تغییر و تحول است. سنگ ها به صورت مداوم در حال شکل گیری، هوازدگی، فرسایش، جابجایی و رسوب گذاری هستند که این همان چرخه بی نقص سنگ است. اگر به محیط پیرامون خود نگاهی بیندازید، متوجه خواهید شد که سنگ ها همه جا حضور دارند! آن ها در اشکال، اندازه ها و رنگ های بی شماری یافت می شوند و بخش بسیار مهم و حیاتی از معماری سیاره ما را تشکیل می دهند.

سوالات متداول

۱. سنگ ها چگونه طبقه بندی می شوند؟

سنگ ها بر اساس نحوه شکل گیری و منشأ پیدایش آن ها طبقه بندی می شوند. سه دسته اصلی عبارتند از: آذرین، رسوبی و دگرگونی.

سنگ های آذرین از سرد و جامد شدن سنگ های مذاب (ماگما یا گدازه) به وجود می آیند. سنگ های رسوبی حاصل انباشته شدن و فشرده شدن رسوبات و ذرات در طول زمان هستند. و سنگ های دگرگونی سنگ هایی هستند که تحت تأثیر گرما و فشار بسیار زیادِ اعماق زمین تغییر ماهیت داده اند.

۲. تفاوت بین سنگ (Rock) و کانی یا ماده معدنی (Mineral) چیست؟

سنگ در واقع توده ای است که از ترکیب یک یا چند کانی ساخته شده است. اما کانی (ماده معدنی)، یک ماده طبیعی، جامد و غیرآلی (معدنی) است که دارای ترکیب شیمیایی دقیق و ساختار بلوری (کریستالی) مشخص و منظمی می باشد. به زبان ساده، کانی ها آجرهای سازنده سنگ ها هستند.

۳. رایج ترین و فراوان ترین سنگ ها کدامند؟

فراوان ترین سنگ های تشکیل دهنده پوسته زمین، سنگ های آذرین هستند که از سرد شدن و انجماد مواد مذاب شکل گرفته اند. رایج ترین نمونه های سنگ های آذرین بازالت (در پوسته اقیانوسی) و گرانیت (در پوسته قاره ای) می باشند.

۴. چرا به سنگ های آذرین، «سنگ های اولیه» یا مادر می گویند؟

به سنگ های آذرین سنگ های اولیه گفته می شود زیرا آن ها اولین سنگ هایی بودند که پس از سرد شدن کره زمین روی سطح آن شکل گرفتند. تمام سنگ های دیگر، از جمله تمام سنگ های رسوبی و دگرگونی، در نهایت از تجزیه، دگرگونی یا تغییر شکل سنگ های آذرین به وجود آمده اند.

۵. سنگ ها چگونه برای استفاده انسان به دست می آیند (استخراج می شوند)؟

انسان ها از دیرباز برای ساخت وساز و ابزارسازی به سنگ ها نیاز داشته اند. سنگ ها عموماً از طریق عملیات معدن کاری (Mining) و استخراج از معادن روباز یا سنگی (Quarrying) به دست می آیند. پس از شناسایی ذخایر سنگی مناسب توسط زمین شناسان، سنگ ها به کمک ماشین آلات سنگین، برش دهنده های غول پیکر و گاهی انفجارهای کنترل شده از دل کوه ها یا اعماق زمین جدا شده و سپس برای فرآوری، صیقل دادن و استفاده در ساختمان سازی، جواهرسازی یا صنایع شیمیایی به کارخانجات منتقل می شوند.