التحول اللاحق

التحول الصخري ( أو التكوين اللاحق للصخور ) هو عملية التغيرات الفيزيائية والكيميائية التي تطرأ على الرواسب ، والتي تحدث في البداية نتيجة تفاعلات الماء مع الصخور، والنشاط الميكروبي ، والانضغاط بعد ترسبها . ولا يبدأ الضغط ودرجة الحرارة المتزايدان بالتأثير إلا عندما تُدفن الرواسب في أعماق أكبر في قشرة الأرض . ^{[ 1 ]} في المراحل المبكرة، يترافق تحول الرواسب غير المتماسكة إلى صخور رسوبية ( التصخر ) مع انخفاض في المسامية وطرد الماء (رواسب طينية )، بينما تبقى تركيباتها المعدنية الرئيسية دون تغيير. ومع ازدياد عمق الصخور نتيجة الترسيب فوقها، يتحول محتواها العضوي تدريجيًا إلى كيروجينات وبيتومينات .

تستثني عملية التكوّن الصخري التغيرات السطحية ( التجوية ) والتحول العميق . لا يوجد حد فاصل واضح بين التكوّن الصخري والتحول ، إلا أن الأخير يحدث عند درجات حرارة وضغوط أعلى . وتُعد المحاليل الحرارية المائية، والمياه الجوفية الناتجة عن الأمطار، ومسامية الصخور، ونفاذيتها ، وتفاعلات الذوبان/ الترسيب ، والزمن، من العوامل المؤثرة.

بعد الترسيب، تنضغط الرواسب أثناء دفنها تحت طبقات متتالية، وتتماسك بفعل المعادن المترسبة من المحلول. ويمكن استبدال حبيبات الرواسب وشظايا الصخور والأحافير بمعادن أخرى (مثل الكالسيت، والسيديريت، والبيريت، والماركاسيت ) خلال عملية التحول الصخري . وعادةً ما تقل المسامية خلال هذه العملية ، باستثناء حالات نادرة كذوبان المعادن وتحولها إلى دولوميت .

تُستخدم دراسة التحول الصخري لفهم التاريخ الجيولوجي الذي مرت به الصخور وطبيعة وأنواع السوائل التي دارت خلالها. ومن الناحية التجارية، تُساعد هذه الدراسات في تقييم احتمالية العثور على رواسب معدنية وهيدروكربونية ذات جدوى اقتصادية .

تُعد عملية التحول الصخري مهمة أيضاً في تحلل أنسجة العظام. ^{[ 2 ]}

يُستخدم مصطلح "التحول اللاحق للترسيب" (Digenesis)، والذي يعني حرفيًا "عبر الأجيال"، ^{[ 3 ]} على نطاق واسع في علم الجيولوجيا . ومع ذلك، فقد تسرب هذا المصطلح إلى مجالات الأنثروبولوجيا وعلم الآثار وعلم الأحياء القديمة لوصف التغيرات والتحولات التي تطرأ على المواد الهيكلية (البيولوجية). وبالتحديد، فإن التحول اللاحق للترسيب هو "البيئة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية التراكمية؛ حيث تُعدّل هذه العمليات الخصائص الكيميائية و/أو البنيوية الأصلية للكائن العضوي، وتُحدد مصيره النهائي، سواءً من حيث الحفظ أو التلف". ^{[ 4 ] [ 5 ]} ولتقييم التأثير المحتمل للتحول اللاحق للترسيب على العظام الأثرية أو الأحفورية ، يلزم تقييم العديد من العوامل، بدءًا من التركيب العنصري والمعدني للعظام والتربة المحيطة بها، بالإضافة إلى بيئة الدفن المحلية (الجيولوجيا، المناخ ، المياه الجوفية ). ^{[ 5 ]}

إن الطبيعة المركبة للعظام، التي تتألف من ثلث عضوي ( بروتين الكولاجين بشكل رئيسي ) وثلثي معدن ( فوسفات الكالسيوم، غالباً على شكل هيدروكسيباتيت )، تجعل عملية تحولها أكثر تعقيداً. ^{[ 6 ]} يحدث التغير على جميع المستويات، بدءاً من فقدان الجزيئات واستبدالها، مروراً بإعادة تنظيم البلورات، والمسامية، والتغيرات في البنية المجهرية، وفي كثير من الحالات، وصولاً إلى تفكك الوحدة العظمية بالكامل. ^{[ 7 ]} وقد تم تحديد ثلاثة مسارات عامة لتحول العظام:

1. التدهور الكيميائي للمرحلة العضوية.
2. التدهور الكيميائي للمرحلة المعدنية.
3. الهجوم البيولوجي (الميكروبي) على المركب. ^{[ 8 ]}

وهي كالتالي:

1. يعتمد تحلل الكولاجين على الوقت ودرجة الحرارة ودرجة حموضة البيئة . ^{[ 8 ]} عند درجات الحرارة المرتفعة، يتسارع معدل فقدان الكولاجين ، وقد تؤدي درجة الحموضة القصوى إلى انتفاخ الكولاجين وتسارع تحلله . ^{[ 8 ]} نتيجةً لزيادة مسامية العظام بسبب فقدان الكولاجين، تصبح العظام عرضةً للتغلغل التحللي حيث يسمح الهيدروكسيباتيت، بفضل انجذابه للأحماض الأمينية ، للأنواع المشحونة ذات المنشأ الداخلي والخارجي بالاستقرار فيه. ^{[ 2 ]}
2. يلعب النشاط التحللي دورًا رئيسيًا في تحولات الطور المعدني التي تُعرّض الكولاجين لتحلل كيميائي وبيولوجي متسارع. ^{[ 8 ]} تؤثر التغيرات الكيميائية على التبلور . ^{[ 2 ] [ 9 ]} قد تُسبب آليات التغير الكيميائي، مثل امتصاص أيونات الفلوريد (F⁻ ⁾ أو الكربونات (CO₃²⁻ ⁾ _، إعادة التبلور حيث يذوب الهيدروكسي أباتيت ويترسب مرة أخرى، مما يسمح بدمج أو استبدال مواد خارجية. ^{[ 2 ] [ 9 ]}
3. بمجرد دفن الجثة ، يبدأ الهجوم الميكروبي، وهو الآلية الأكثر شيوعًا لتدهور العظام، بسرعة. ^{[ 8 ]} خلال هذه المرحلة، يُفقد معظم الكولاجين العظمي وتزداد المسامية. ^{[ 2 ]} يسمح ذوبان الطور المعدني الناتج عن انخفاض الرقم الهيدروجيني بوصول الإنزيمات الميكروبية خارج الخلوية إلى الكولاجين، مما يؤدي إلى الهجوم الميكروبي. ^{[ 8 ]}

عندما تُدفن المواد الحيوانية أو النباتية أثناء الترسيب، تتحلل الجزيئات العضوية المكونة لها ( الدهون ، والبروتينات ، والكربوهيدرات ، واللجنين - المركبات الدبالية ) نتيجة لارتفاع درجة الحرارة والضغط . يحدث هذا التحول في أول بضع مئات من الأمتار من الدفن ، وينتج عنه منتجان رئيسيان: الكيروجين والبيتومين .

من المتعارف عليه عموماً أن الهيدروكربونات تتشكل نتيجة للتغير الحراري للكيروجينات ( النظرية البيولوجية ). وبهذه الطريقة، وفي ظل ظروف معينة (تعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة)، تتحلل الكيروجينات لتكوين الهيدروكربونات من خلال عملية كيميائية تُعرف بالتكسير أو التكوين الحراري .

يمكن لنموذج حركي قائم على البيانات التجريبية أن يجسد معظم التحولات الأساسية في عملية التكوين الصخري، ^{[ 10 ]} كما يمكن لنموذج رياضي في وسط مسامي متراص أن يجسد آلية الذوبان والترسيب. ^{[ 11 ]} وقد خضعت هذه النماذج لدراسات مكثفة وطُبقت في تطبيقات جيولوجية حقيقية.

قُسِّمت عملية التكوّن الصخري، بناءً على تكوّن الهيدروكربونات والفحم، إلى: التكوّن المبكر (التكوين الأولي)، والتكوّن المتوسط ​​(التكوين المتوسط)، والتكوّن المتأخر (التكوين النهائي). خلال مرحلة التكوّن المبكر (التكوين الأولي)، تفقد الصخور الطينية الماء المسامي، ويتشكل القليل من الهيدروكربونات أو لا تتشكل على الإطلاق، ويتراوح الفحم بين الليغنيت والفحم شبه البيتوميني . خلال مرحلة التكوّن المتوسط، يحدث تجفيف للمعادن الطينية ، ويحدث التطور الرئيسي لتكوّن النفط، ويتشكل الفحم البيتوميني ذو التطاير العالي إلى المنخفض . خلال مرحلة التكوّن النهائي، تخضع المادة العضوية للتكسير، وينتج غاز جاف، ويتشكل الفحم شبه الأنثراسيتي . ^{[ 12 ]}

تتم عملية التكوّن المبكر للرواسب المائية حديثة التكوين بواسطة الكائنات الدقيقة التي تستخدم مستقبلات إلكترونية مختلفة كجزء من عملياتها الأيضية. وتتحلل المواد العضوية، مطلقةً غاز ثاني أكسيد الكربون (CO₂ ₎ في المياه المسامية، والذي قد ينتشر، تبعًا للظروف، إلى عمود الماء. وتشمل عمليات التمعدن المختلفة في هذه المرحلة: النترجة ، ونزع النتروجين ، واختزال أكسيد المنغنيز ، واختزال هيدروكسيد الحديد ، واختزال الكبريتات ، والتخمر . ^{[ 13 ]}

تُغير عملية التكوّن اللاحق للعظم نسب الكولاجين العضوي والمكونات غير العضوية (هيدروكسيباتيت، كالسيوم، مغنيسيوم) في العظم المعرض للظروف البيئية، وخاصة الرطوبة. ويتحقق ذلك من خلال تبادل مكونات العظم الطبيعية، وترسبها في الفراغات أو العيوب، وامتصاصها على سطح العظم، وتسربها منه. ^{[ 2 ] [ 14 ]}

• الكالسيدوني – شكل دقيق التبلور أو خفي التبلور من السيليكا 
• الصوان – صخر رسوبي صلب ذو حبيبات دقيقة يتكون من السيليكا البلورية الدقيقة 
• Flint – Cryptocrystalline form of the mineral quartz
• Concretion – In geology, a type of compact mass
• Fossil – Preserved remains or traces of organisms from a past geological age
• Petrogenesis – Processes that form rock