التنقيب الجيوبوتاني

التنقيب الجيوبوتاني هو تنقيب يعتمد على تكوين وصحة الحياة النباتية المحيطة لتحديد رواسب الموارد المحتملة. ^{[ 1 ]} باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات، بما في ذلك تحديد النباتات المؤشرة ، ^{[ 2 ]} والاستشعار عن بعد، ^{[ 3 ]} وتحديد الحالة الفيزيائية والكيميائية للحياة النباتية في المنطقة، ^{[ 4 ] [ 5 ]} يمكن استخدام التنقيب الجيوبوتاني لاكتشاف معادن مختلفة. تتميز هذه العملية بمزايا وفوائد واضحة، مثل كونها غير جراحية نسبيًا وفعالة من حيث التكلفة. ^{[ 2 ] [ 3 ]} ومع ذلك، فإن فعالية هذه الطريقة ليست محل شك. هناك أدلة على أن هذا النوع من التنقيب هو أسلوب علمي صالح، خاصة عند استخدامه بالتزامن مع أساليب تنقيب أخرى. ^{[ 6 ] [ 2 ]} ولكن نظرًا لأن تحديد المناجم التجارية يسترشد دائمًا بالمبادئ الجيولوجية ويتم تأكيده عن طريق التحليلات الكيميائية ، فإنه من غير الواضح ما إذا كانت طريقة التنقيب هذه طريقة علمية قائمة بذاتها صالحة أم أنها طريقة قديمة من الماضي. ^{[ 7 ]}

توجد علاقة تفاعلية معقدة بين التربة والنباتات. ^{[ 8 ]} يؤثر التركيب الغذائي والمعدني للتربة بشكل كبير على نوع وحالة الحياة النباتية التي يمكنها دعمها. ^{[ 8 ] [ 9 ]} باستخدام هذا المبدأ، من الممكن نظريًا في بعض الحالات تحديد المحتوى المعدني للتربة والصخور الأساسية (أي الرواسب المعدنية) من خلال الحياة النباتية التي تعلوها. ^{[ 10 ]}

في عام 2015، حدد ستيفن إي. هاجرتي نبات الباندانوس الشمعي كمؤشر نباتي لأنابيب الكيمبرلايت ، وهو مصدر للألماس المستخرج. ^{[ 6 ]}

استُخدمت هذه التقنية في الصين منذ القرن الخامس قبل الميلاد. لاحظ سكان المنطقة وجود صلة بين الغطاء النباتي والمعادن الموجودة تحت الأرض. فقد وُجدت نباتات معينة تنمو بكثافة في مناطق غنية بالنحاس والنيكل والزنك، وربما الذهب أيضاً، وإن لم يتم تأكيد ذلك. نشأت هذه الصلة من اهتمام زراعي بتكوين التربة. ورغم أن هذه العملية كانت معروفة في الصين منذ القدم، إلا أنها لم تُكتب أو تُدرس في الغرب إلا في القرن الثامن عشر في إيطاليا. ^{[ 11 ]}

يمكن إجراء التنقيب الجيوبوتاني عبر مجموعة متنوعة من الأساليب. أي أسلوب يستخدم الغطاء النباتي العلوي (بأي شكل من الأشكال) كمؤشر على التركيب المعدني الأساسي يُعد تنقيبًا جيوبوتانيًا. ^{[ 12 ]} تشمل هذه الأساليب تحديد النباتات المؤشرة ، ^{[ 2 ]} والاستشعار عن بُعد ، ^{[ 3 ]} وتحديد الحالة الفيزيائية والكيميائية للغطاء النباتي من خلال تقنيات المختبر. ^{[ 13 ] [ 5 ]}

النباتات المؤشرة

تحديد النباتات المؤشرة هو عملية تحديد وجود وتوزيع نباتات مؤشرة معينة. ^{[ 2 ]} تفضل بعض النباتات تراكيز معينة من المعادن في التربة، وبالتالي تكون أكثر وفرة في المناطق ذات التراكيز الأعلى من المعادن التي تفضلها. ^{[ 2 ] [ 1 ]} من خلال رسم خريطة لتوزيع النباتات المؤشرة، يمكن الحصول على نظرة عامة على جيولوجيا المنطقة. ^{[ 2 ]}

فعلى سبيل المثال، سُمّي منجم فيسكاريا في السويد على اسم نبات Silene suecica (مرادف: Viscaria alpina ) الذي استخدمه المنقبون لاكتشاف رواسب الخام. ^{[ 14 ]}

استُخدمت الحياة النباتية في المنطقة لتحديد التركيب الجيولوجي الأساسي بطرق متنوعة ولأنواع مختلفة من المعادن . ^{[ 1 ]}

النحاس (Cu)

النحاس (Cu) عنصر غذائي دقيق أساسي تمتصه النباتات من التربة. ^{[ 22 ]} يُستخدم النحاس الممتص من التربة في عمليات داخلية متنوعة، مثل عملية التمثيل الضوئي ، والتنفس ، ووظائف الإنزيمات . ^{[ 23 ]} مع ذلك، قد تؤدي زيادة تركيز النحاس إلى تسمم النبات أو ترسبه في التربة، مما يُسبب استجابات فسيولوجية محددة. ^{[ 24 ]} ويمكن الكشف عن هذا الترسب من خلال المسوحات الجيوبوتانية. ^{[ 24 ]}

يتخذ التنقيب الجيوبوتاني عن النحاس عادةً شكل تحديد النباتات المؤشرة ، أي الأنواع المحبة للمعادن . ^{[ 25 ]} النباتات المحبة للمعادن هي نباتات قادرة على تحمل مستويات عالية من المعادن الثقيلة في التربة، مثل النحاس. ^{[ 26 ]} يمكن أن تُظهر هذه الأنواع من النباتات المحبة للمعادن أعراضًا لتسمم النحاس، والتي يمكن الكشف عنها من خلال الطرق الجيوبوتانية، مثل الاستشعار عن بُعد أو المسوحات الميدانية. ^{[ 3 ]} تشمل أعراض تسمم النحاس تغيرات في دورات التمثيل الضوئي، وتوقف النمو، وتغير اللون، وتثبيط نمو الجذور. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

من الأمثلة الشائعة على النباتات الدالة على وجود النحاس زهرة النحاس الزامبية (Becium centraliafricanum) ^{[ 29 ]} ، ونبات Haumaniastrum kutungense ^{[ 30 ] [ 7 ]} ، ونبات Ocimum centraliafricanum ( مرادف: Becium homblei )، وهو نبات دال على وجود النحاس، يُعرف باسم "نبات النحاس" أو "زهرة النحاس"، ولا يوجد إلا في التربة الغنية بالنحاس (والنيكل) في وسط وجنوب أفريقيا . ^{[ 31 ] [ 30 ]} كما استُخدمت الأشنات ( Lecanora cascadensis ) لتحديد تمعدن النحاس. ^{[ 32 ]}

من المرجح أن تتضمن المسوحات الجيوبوتانية للنحاس مجموعة متنوعة من الأساليب، مثل الملاحظات الميدانية والاستشعار عن بُعد ( التصوير الجوي وصور الأقمار الصناعية ). ^{[ 3 ] [ 15 ]} بعد اكتشاف المناطق الغنية بالنحاس المحتملة باستخدام الأساليب المذكورة أعلاه، يمكن استخدام تقنيات استكشاف إضافية لتأكيد وجود رواسب معدنية . ^{[ 3 ]} قد تشمل هذه التقنيات أخذ عينات من التربة والتحليل الجيوكيميائي ، ^{[ 33 ] [ 34 ]} والمسوحات الجيوفيزيائية والحفر . ^{[ 35 ] [ 36 ]} يُعد التنقيب الجيوبوتاني خطوة أولى مفيدة في عملية التنقيب عن رواسب النحاس، ويمكن تحقيق أقصى استفادة منه عند استخدامه بالتزامن مع أساليب التنقيب الأخرى. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

الذهب (Au)

عادةً ما تتضمن عملية التنقيب عن الذهب باستخدام الطرق الجيوبوتانية تحديد محتوى الذهب الذي امتصته الكائنات الحية النباتية. ^{[ 21 ]} ومع ذلك، نظرًا لأن محتوى الذهب في التربة والنباتات المحيطة بها يكون منخفضًا جدًا (يكاد يكون غير قابل للكشف)، فمن غير المرجح أن يكون القياس المباشر للذهب فعالًا. ^{[ 38 ] [ 39 ]} وللتغلب على هذه العقبة، يُعد الكشف عن معدن مؤشر مناسب هو الطريقة المُستخدمة عادةً. ^{[ 21 ]} ومن المعادن المؤشرة (معادن توجد دائمًا تقريبًا مصحوبة بمعدن آخر) الأكثر شيوعًا المرتبطة بالذهب هو الزرنيخ . ^{[ 40 ]} أما بالنسبة للنباتات التي يُحتمل أن تحتوي على مستويات مرتفعة من الذهب، فيُنصح باستخدام شجيرات من جنس الشيح (الأرطماسيا). ^{[ 39 ]}

تُجرى الأبحاث منذ سنوات عديدة حول التفاعل بين الذهب والنباتات. ^{[ 10 ] [ 41 ]} قد تُسهم هذه الأساليب الجديدة في زيادة دقة الكشف عن الذهب في النباتات. ^{[ 41 ]} مع ذلك، ونظرًا للصعوبات الحالية في تحديد الذهب الموجود داخل النباتات، فإن التنقيب الجيوبوتاني عن الذهب يكون أكثر فعالية عند دمجه مع أساليب تنقيب أخرى، مثل المسوحات الجيوفيزيائية . ^{[ 42 ] [ 35 ]}

اليورانيوم (U)

اليورانيوم ليس عنصرًا غذائيًا أساسيًا للنباتات، ولكن إذا وُجد في التربة المحيطة، فسيمتصه النبات. ^{[ 8 ]} يُعد اليورانيوم سامًا للنباتات نظرًا لطبيعته المشعة . [ ^{43 ]} تظهر على النباتات التي تراكمت فيها كمية من اليورانيوم تفوق المعدل الطبيعي علامات التسمم باليورانيوم. ^{[ 44 ]} يؤدي التسمم باليورانيوم إلى إعاقة العديد من العمليات الفيزيولوجية في النباتات. ^{[44] [ 45 ] تشمل هذه العمليات} المُعاقة إنبات البذور وعملية التمثيل الضوئي . وبسبب هذه التغيرات الفيزيولوجية، يسهل نسبيًا اكتشاف التسمم باليورانيوم في النباتات. ^{[ 43 ]}

تُعدّ النباتات التي تُظهر عمومًا مستويات مرتفعة من اليورانيوم من النباتات اللاوعائية . ^{[ 46 ]} تشمل النباتات اللاوعائية نباتات مثل الطحالب والحشائش الكبدية . ^{[ 47 ]} ومن بين النباتات المؤشرة الأخرى أستر فينستاس وأستراغالوس ألبولوس . ^{[ 7 ]}

يتألف التنقيب الجيوبوتاني عن رواسب اليورانيوم عادةً من أخذ عينات منهجية دقيقة من الغطاء النباتي بالإضافة إلى التحليل المختبري لتحديد محتوى اليورانيوم. ^{[ 46 ] [ 47 ]}

مصادر أخرى

استُخدم التنقيب الجيوبوتاني أيضًا لاكتشاف مجموعة متنوعة من الموارد الأخرى. من هذه الموارد أنابيب الكيمبرلايت ، وهي تكوين صخري ناري غالبًا ما يحتوي على الماس . ^{[ 6 ]} وُجد أن نبات الباندانوس الشمعي ، وهو نبات مؤشر ، يختلف بيوكيميائيًا عند نموه على أنابيب الكيمبرلايت مقارنةً بالعينات النامية على الصخور المحيطة . ^{[ 48 ]} يُمكّن هذا الاكتشاف من التنقيب مستقبلًا عن أنابيب الكيمبرلايت، وبالتالي عن الماس، باستخدام التنقيب الجيوبوتاني. ^{[ 6 ] [ 48 ]}

في بعض الحالات ، يتعذر الكشف المباشر عن المعدن المطلوب، ويلزم الكشف عن معادن مؤشرة. ^{[ 40 ]} هذا هو الحال مع الزرنيخ والذهب ، ^{[ 40 ]} وفي التربة الغنية بالسكانديوم والتربة فوق المافية (الغنية بالكوبالت والنيكل ) . ^{[ 49 ]} في مثل هذه الحالات، يكون تركيز المعادن في النباتات المحلية مفيدًا للغاية. ^{[ 49 ]}

كما تم اكتشاف معادن أخرى باستخدام نباتات مؤشرة. يمكن تحديد مواقع الحديد والزنك باستخدام نبات الصنوبر البروتي (Pinus brutia) كمؤشر . ^{[ 50 ]} ويمكن تحديد مواقع رواسب الكروميت باستخدام نبات البتروبيروم الزيتوني (Pteropyrum olivieri) كمؤشر . ^{[ 51 ]}

تُعدّ التنقيبات الجيوبوتانية ذات مزايا وفوائد عديدة، مما يجعلها إضافة قيّمة لأساليب التنقيب الحديثة والتقليدية . وهي طريقة فعّالة من حيث التكلفة نسبيًا مقارنةً بالأساليب التقليدية كالحفر . [ ^{19 ] ومن} خلال الاستفادة من مؤشرات النباتات المحلية، يُمكن الحصول على نظرة شاملة للجيولوجيا المحلية. ^{[ 52 ]} ويمكن تحقيق هذه النظرة الشاملة باستثمار أقل بكثير في القوى العاملة والمعدات باهظة الثمن اللازمة لأساليب التنقيب التقليدية كالحفر. ^{[ 52 ] [ 53 ]} كما أن التنقيب الجيوبوتاني عملية طفيفة التوغل، مما يسمح بإجراء تنقيب أولي واسع النطاق بأقل قدر من التأثير البيئي. ^{[ 3 ]} مما يجعلها طريقة تنقيب مستدامة بيئيًا نسبيًا . ^{[ 1 ]}

إلى جانب طبيعتها غير التدخلية، يتيح التنقيب الجيوبوتاني إجراء عمليات تنقيب واسعة النطاق بكفاءة عالية من حيث الوقت. ^{[ 3 ]} ومع التطورات المستمرة في تقنيات الاستشعار عن بُعد ، مثل التصوير الجوي والتصوير بالأقمار الصناعية ، أصبح من الممكن الحصول على خريطة تفصيلية للنباتات في منطقة ما في وقت قصير نسبيًا. ^{[ 2 ]} هذه التغطية المكانية السريعة واسعة النطاق تزيد من احتمالية تحديد مواقع الرواسب المعدنية، مما يؤدي إلى نجاح جهود التنقيب . ^{[ 52 ] [ 15 ]}

من فوائد التنقيب الجيوبوتاني الأخرى فائدته التعليمية. ^{[ 54 ]} إذ يُتيح رسم خرائط الغطاء النباتي لمنطقة ما وتحديد جيولوجيتها الأساسية للباحثين تعميق فهمهم للعمليات الجيوكيميائية للأرض ، أي التفاعل بين المعادن والنباتات الحية . ^{[ 52 ] [ 54 ]} ومن خلال تحليل توزيع وتركيز العناصر والمعادن المختلفة في الحياة النباتية، سيزداد فهم الباحث لعملية التمعدن . ^{[ 2 ]} وسيُتيح هذا الفهم المتعمق فهمًا أوسع للتفاعلات بين المواد غير العضوية، كالمعادن، والكائنات الحية العضوية، كالنباتات. ^{[ 54 ]}

يمكن تطبيق التنقيب الجيوبوتاني على العديد من المعادن، بما في ذلك النحاس واليورانيوم. ^{[ 24 ] [ 46 ]} وتُعد هذه المرونة ميزةً للتنقيب الجيوبوتاني. ^{[ 7 ]}

لا يخلو التنقيب الجيوبوتاني من بعض القيود. يعتمد نجاح أساليب التنقيب الجيوبوتاني على عوامل عديدة، منها تنوع أنواع النباتات المحلية ^{[ 2 ] [ 1 ]} ، وتكوين التربة ^{[ 8 ]} ، والظروف المناخية ^{[ 3 ] [ 55 ]} . قد تحجب هذه العوامل مجتمعةً نتائجَ رئيسيةً أو تؤدي إلى سوء تفسيرها.

من بين القيود التي تعتري هذه الطريقة اعتمادها على وجود نباتات مؤشرة محددة، أي تنوع أنواع النباتات المحلية . ^{[ 1 ] [ 7 ]} وقد لا تتواجد النباتات المؤشرة اللازمة لتحديد الرواسب المعدنية في كل منطقة توجد بها هذه الرواسب. ^{[ 55 ]} وستبقى هذه الرواسب غير مكتشفة إذا كان التنقيب الجيوبوتاني هو الطريقة الوحيدة المستخدمة. ^{[ 7 ]} إضافةً إلى ذلك، حتى لو كانت النباتات المؤشرة موجودة، ولكن الرواسب المعدنية لم تُطلق كميات كافية من المعادن في التربة المحيطة، فإن تركيبة التربة في المنطقة لن تسمح للنباتات المؤشرة بامتصاص تركيزات كافية من المعادن المطلوبة. ^{[ 8 ]} وستبقى هذه الرواسب غير مكتشفة. وتعتمد طرق الاستشعار عن بُعد على الظروف المناخية. فبعض النباتات المؤشرة لا تُظهر جميع السمات المميزة في جميع الفصول، أي أن بعض النباتات لا تُزهر إلا في الصيف والخريف . [ 55 ^{] وإذا لم} يكن المناخ ملائمًا للحصول على نتائج دقيقة، فقد تبقى الرواسب المعدنية غير مكتشفة. ^{[ 3 ]}

مع ازدياد التأثيرات البشرية ، قد تتأثر المؤشرات النباتية بشكل كبير. ^{[ 56 ]} ونظرًا لأن تغيرات استخدام الأراضي والتلوث قد تُغير تفاعلات النبات مع التربة وأنماط امتصاص العناصر، فقد تُفسَّر نتائج مشاريع التنقيب الجيوبوتانية تفسيرًا خاطئًا. ^{[ 8 ] [ 56 ]} وقد تؤدي النتائج الخاطئة إلى تحديد خاطئ للرواسب المعدنية أو إغفالها تمامًا. ^{[ 7 ]}

من بين القيود الأخرى للتنقيب الجيوبوتاني أن هذه الأساليب تتطلب خبرة متخصصة في كل من الجيولوجيا وعلم النبات ، وهما مجالان لا يُدرسان عادةً معًا. ^{[ 5 ]} ولتأكيد النتائج، يلزم تحليل العينات في مختبرات قد تتطلب معدات وخبرات متخصصة. ^{[ 20 ]}

من المرجح أن يُظهر التنقيب الجيوبوتاني أعلى فعالية عند دمجه مع أساليب التنقيب الأخرى، مثل البيانات والمسوحات الجيولوجية والجيوفيزيائية. ^{[ 5 ] [ 57 ] [ 36 ]}