تاریخچه زمین شناسی اقتصادی و تکامل آن

تاریخچه زمین شناسی اقتصادی را می‌توان به سه دوره تقسیم نمود: دوران قبل از تاریخ، دوران تاریخی و آغاز دوران علمی؛ این دوران عصر پارینه سنگی (سه میلیون سال پیش) تا نیمۀ دوم قرن 19 میلادی را در بر می‌گیرد. طی تاریخ زمین‌شناسی اقتصادی، دانشمندان یونانی، ایرانی و آلمانی، یک دانشمند سوئدی، اسکاتلندی و آمریکایی، تأثیرگذارترین دانشمندان بر این علم بوده‌اند. از میان دانشمندان ایرانی، می‌توان به ابوعلی سینا، ابو ریحان بیرونی و خواجه نصرالدین طوسی اشاره کرد. یکی از پیشنهادهای مهم در تاریخچه زمین شناسی اقتصادی، توسط یکی از دانشمندان آلمانی به نام ژرژ اگریکولا ارائه شد. او در کتاب خود با عنوان دو-ر-متالیکا، کرد اظهار داشت که کانسارهای رگه‌ای بر اثر ته نشینی کانی‌ها از آب‌های زیرزمینی ایجاد می‌شوند. ژرژ اگریکولا پدر علم زمین شناسی اقتصادی اروپا است. نظریات لندگرن سوئدی نیز پایۀ مهمی در تقسیم بندی‌های این علم محسوب می‌شود. با کوهِ سنگ همراه باشید…

تقسیم بندی تاریخچه زمین شناسی اقتصادی

تاریخچۀ زمین شناسی اقتصادی را می‌توان به سه دوره تقسیم کرد:

1. دوران قبل از تاریخ (عصر پارینه سنگی و عصر نو سنگی).
2. دوران تاریخی (عصر مس و عصر برنز).
3. آغاز دوران علمی (از 1555 میلادی تا اواسط قرن 18/ اواخر قرن 18/ نیمۀ دوم قرن 19 میلادی).

هریک از دوران مذکور، در ادامه شرح داده شده است.

تاریخچه زمین شناسی اقتصادی در دوران قبل از تاریخ

مواد معدنی غیر فلزی اولین موادی بود که توسط انسان‌های اولیه مورد استفاده قرار گرفت. آن‌ها از این مواد ابزار آلات و زینت آلات استفاده می‌کردند. رس از جمله نخستین مواد معدنی بود که به منظور ساخت ظرف، تهیه آجر و ساخت لوح (برای نوشتن) مورد استفاده قرار گرفت. البته قبل از استفاده از رس، از سنگ برای ساخت ساختمان استفاده می‌شد. در عصر پارینه سنگی، انسان از انواع متنوعی از کانی‌ها نظیر کوارتز، ابسیدین، دُرّ کوهی و غیره استفاده می‌نمود. عصر پارینه سنگی از سه میلیون سال پیش آغاز گردید.

در عصر نو سنگی (Neolitic) انسان با فلزات طلا و مس آشنا گردید. تا این زمان، مواد معدنی به طور اتفاقی توسط انسان‌های اولیه پیدا می‌شد. در واقع، هیچ تلاشی برای اکتشاف آن‌ها و یا پی بردن به نحوۀ تشکیل آن‌ها به عمل نمی‌آمد (جنسن و بیتمن، 1981).

دوران تاریخی

پایان عصر سنگ و شروع عصر مس زمانی بود که انسان از طریق کوبیدن بر روی مس طبیعی، وسایل و ابزار آلات مسی ساخت. آثار بسیاری از کنده کاری های قدیمی و سرباره‌های حاصل از ذوب سنگ معدن که در استان کرمان به جوش سنگ موسوم است، در سراسر ایران، به ویژه در کمربند ارومیه – دختر، قابل مشاهده است.

در تاریخچه زمین شناسی اقتصادی، عصر برنز از دیگر دوره های دوران تاریخی محسوب می‌شود. این عصر از بین النهرین سرچشمه گرفت و از آنجا. مردم بین النهرین، با اضافه نمودن قلع به مس، برنز را به وجود آوردند. مس 18000 سال قبل از میلاد مسیح کشف شد. طلا نیز قبل از مس کشف شده بود.

آغاز دوران علمی در تاریخچه زمین شناسی اقتصادی

دانشمندان و فیلسوفان قدیم، در مورد منشاء کانسارها، اعتقادهای مختلفی داشتند. از جمله اینکه:

• زمین موجودی زنده است و معادن نتیجۀ متابولیسم زمین هستند.
• معادن از رشد دانه‌هایی به وجود می‌آیند.
• کانی‌ها از یک درخت که ریشۀ آن در مرکز زمین است منشاء می‌گیرند.

به دلیل ناآگاهی از چگونگی تشکیل و محل پیدایش کانسارها، بعضی از پی جویان معادن، درصدد کمک گرفتن از ارواح بر می‌آمدند. در اروپا، تا قرن نوزدهم برای اکتشاف معادن از وسیله‌ای به نام دوشاخه استفاده می‌شد (اسمیرنوف، 1967).

نگاهی بر تاریخچه زمین شناسی اقتصادی، نشان می‌دهد که دانشمندان ایرانی و اسلامی مطالب جالبی در مورد کانی‌ها، سنگ‌ها و فلزات قیمتی آورده‌اند؛ از جمله:

• ابوعلی سینا در کتاب شفا (1203 میلادی).
• ابوریحان بیرونی در کتاب الجماهیر فی معرفه الجواهر (1048 میلادی).
• خواجه نصیر طوسی در کتاب تنسوخ نامه ایلخانی (653 – 663 هجری قمری).

پدر زمین شناسی اقتصادی در اروپا

در تاریخچه زمین شناسی اقتصادی، اولین نظریۀ قابل قبول در مورد منشاء کانسارها، توسط شخصی به نام ژرژ اگریکولا (1555- 1494 میلادی) متولد ساکسونی پیشنهاد گردید. او در کتاب دو-ر-متالیکا پیشنهاد کرد که کانسارهای رگه‌ای بر اثر ته نشینی کانی‌ها از آب های زیر زمینی ایجاد می‌شوند. این آب‌های زیرزمینی عمدتاً دارای منشاء سطحی هستند، در اعماق داغ شده‌اند و فلزات را از سنگ‌ها شسته‌اند. در اروپا ژرژ اگریکولا به عنوان پدر زمین شناسی اقتصادی شناخته شده است.

از زمان ژرژ اگریکولا تا اواسط قرن هجدهم میلادی، پیشرفت چندانی در زمینۀ منشاء کانسارها انجام نشد. اما در این میان، در قرن هفدهم، شخصی دانمارکی به نام نیکولاس استنو (1669) تشخیص داد که کانسارها در نتیجۀ جامد شدن گازهایی که از داخل شکستی‌ها به طرف بالا حرکت می کنند، به وجود می‌آیند.

تاریخچه زمین شناسی اقتصادی در قرن هجدهم

در قرن هجدهم نیز دانشمند زیادی مسألۀ چگونگی تشکیل کانسارها را مورد بررسی قرار داند. بیشتر این بررسی‌ها و فعالیت‌ها، در آلمان، در ناحیۀ معدنی ارزگبیرگ صورت گرفت. هنکل (1725) و زیمرمن (1746) به اهمیت محلول‌های گرمابی یا بخارات عمقی که حاوی مواد محلول بودند و همچنین کانی‌های حاصل از جانشینی، پی بردند.

در سال 1749 شخصی به نام فون اُپل (Von Oppel) رگه‌ها را از کانسارهای لایه‌ای تفکیک نمود. فون، تفاوت این دو را در این دانست که رگه‌ها سیمان‌های ثانویه‌اند و در نتیجۀ پُر شدن شکستگی‌ها به وجود می‌آیند. درحالیکه کانسارهای لایه‌ای به طور همشیب نسبت به سنگ‌های رسوبی دربرگیرنده قرار دارند.

در سال 1773 شخصی به نام دلیوس (Delius) متوجه دگرسانی سطحی کانسارها توسط عوامل جوی شد. اما او به اشتباه، خورشید را عامل دگرسان کننده در نظر گرفته بود. چند سال بعد، در سال 1779 شارپنتیه (Charpentier) دو کتاب در مورد کانسارها نوشت. او در این کتاب‌ها، رگه‌های موجود در معادن فری برگ را نتیجۀ دگرسانی سنگ های دیواره‌ای دانسته است. شارپنتیه برای اثبات نظریه‌اش، محو شدن تدریجی رگه‌ها در داخل دیوارها با افزایش فاصله عنوان نمود. از طرف دیگر، یک نویسندۀ آلمانی دیگر به نام گرهارد (1781/ Gerhard) که هم دورۀ شارپنتیه بود، رگه‌ها را شکستگی‌هایی تصور نمود که توسط موادّ شسته شده از سنگ‌های دیواره پر شده‌اند.

از نوشته‌های شارپنتیه و گرهارد، نظریه‌ای به نام “نظریۀ تراوش جانبی” پا به عرصۀ زمین شناسی اقتصادی نهاد. در این نظریه، فرض بر این است که موادّ تشکیل دهندۀ یک کانسار توسط آب (معمولاً آب‌های جوی، اما نه الزاماً) از سنگ‌های دربرگیرندۀ کانسار شسته شده است. نظریۀ تراوش جانبی به مدّت یک قرن مسکوت ماند. تا اینکه در سال 1882 شخصی به نام سندبرگر (Sandberger) نوشته‌ای به نام “بررسی کانسارهای رگه‌ای” منتشر کرد. نوشتۀ سندبرگر باعث شد که نظریۀ تراوش جانبی، قابل قبول و مشهور گردد.

تاریخچه زمین شناسی اقتصادی در اواخر قرن هجدهم

در اواخر قرن هجدهم، عقاید دو زمین شناس مشهور به نام جیمز هاتن (اسکاتلندی) و گتولب ورنر (آلمانی) بر جامعه زمین شناسان چیره شد. عقاید هاتن و ورنر با یکدیگر تناقض داشت، اما افکار زمین شناسان آن زمان را رهبری می نمود.

جیمز هاتن یک پلوتونیست بود. او معتقد بود که هم سنگ‌های آذرین و هم کانسارها، از ماگمای مذاب در عمق زیاد منشاء گرفته‌اند. سپس به صورت مایع به موقعیت کنونی انتقال یافته‌اند. هاتن اصرار داشت که کانسارها نمی‌توانند از محلولی آبکی ته نشین شده باشند.

برخلاف هاتن، ورنر یک نپونیست بود. او اعتقاد داشت که بازالت ها، ماسه سنگ ها و سنگ های آهکی و همچنین کانسارها، به صورت رسوبات در اقیانوس اولیه ته نشین شده اند. در سال 1791 ورنر خلاصه‌ای از عقایدش را در مورد چگونگی تشکیل رگه‌ها منتشر کرد. او این عقاید خود را در مقاله‌ای با عنوان “نظریۀ جدید در مورد تشکیل رگه‌ها” انتشار داد. در این مقاله، ورنر تشکیل رگه‌ها را اینگونه تصور نمود:

در نتیجۀ زمین لرزه یا لغزش‌های کف اقیانوسی، شکاف‌هایی در کف اقیانوس به وجود آمده است. در نتیجۀ پر شدن این شکاف‌ها توسط رسوبات شیمیایی، رگه‌های معدنی تشکیل شده‌اند.

عقاید هاتن پس از مرگش، توسط شخصی به نام ژان پلی فر (John Play Fair/ 1802) معرفی گردید و مورد قبول بسیاری از زمین شناسان قرار گرفت. سال‌ها، بحث‌های داغی بین دو طرفداران این دو نظریه یعنی پلوتونیستها و نپتونیستها وجود داشت. بعدها هر دو نظریه رد شد. به عنوان مثال، مشخص شد که گدازه‌ها، تشکیلات رسوبی نیستند (برخلاف نظریه نپتونیست‌ها). همچنین مشخص شد که کانی‌ها، می‌توانند توسط محلول‌های آبکی حمل شده و ته نشین شوند (برخلاف نظریۀ پلوتونیست‌ها).

تاریخچه زمین شناسی اقتصادی در قرن نوزدهم میلادی

در اواخر دهه 1800، مردان جستجوگر (و چند زن) ستون فقرات صنعت اکتشاف معادن آمریکای شمالی بودند. با آغاز قرن بیستم، اکتشافات نادرتر شد و سود کمتری به دنبال داشت. شرکت‌های بزرگ با استخدام Kennecott و Anaconda اولین مدیران اکتشاف را به کار گرفتند. والدمار لیندگرن و سایر دانشگاهیان نیز از زمین شناسی و مشاهدات میدانی برای تعریف مبانی ذخایر سنگ استفاده می‌کردند. راه‌های به اشتراک گذاری دانش بین صنعت و دانشگاه نیز محدود بود. این کاستی‌ها و چالش‌ها باعث شد تا در اواخر دسامبر 1919 در رابطه با تشکیل یک سازمان جدید صحبت و تصمیم‌گیری شود. سازمانی به نام انجمن زمین شناسان اقتصادی (SEG). این انجمن توسط زمین شناسان اقتصادی ماهر آن زمان، از جمله R.A.F. پنروز، جونیور، والدمار لیندگرن و جوزیا اسپور راه اندازی شد و اولین فعالیت خود را در سال 1921 آغاز کرد.

انجمن زمین شناسان اقتصادی در همان ابتدای کار خود، مشارکت خوبی با مجله The Bulletin of Economic Geology (تأسیس سال 1905) برقرار کرد. SEG نخستین جلسات خود را در حالی برگزار کرد که همه‌گیری آنفولانزا در سال 1920 به پایان رسید.

رابطۀ مکانی بین کانسارها

یکی از دستاوردهای مهم در تاریخچه زمین شناسی اقتصادی، در قرن نوزدهم میلادی و مربوط به رابطۀ مکانی بین بعضی کانسارها و سنگ های آذرین درونی است. تشخیص این ارتباط و همراهی، شالودۀ بسیاری از نظریه‌های جدید در مورد منشاء کانسارهای گرمابی می‌باشد (گیلبرت و پارک، 1986).

مطالعات و شواهد صحرایی به دست آمده از قرن نوزدهم و قبل از آن، مشخص نمود که بعضی کانسارها در نزدیکی سنگ های آذرین خاصی یافت می‌شوند. مثلاً:

• مواد معدنی حاوی نیکل، همراه با نوریت ها و پریدوتیت‌ها یافت می‌گردند.
• کانسارهای مس انتشاری در استوک های مونزونیتی و کوارتز مونزونیتی پدید می‌آیند.
• قلع همراه با سنگ های پلوتونیِ سیلیسی، نظیر گرانیت و پگماتیت سیلیسی یافت می‌شود.

این همراهی نزدیک بین مواد معدنی و سنگ‌های آذرین، فرضیۀ ارتباط منشأی بین بسیاری از مواد معدنی و سنگ های آذرین را قدرت بخشید. علاوه بر این، ترتیب قرار گرفتن کانی‌ها به طور منطقه‌ای در اطراف مراکز آذرین مشخص نمود که سیالات حاوی مادۀ معدنی از طریق راهروهایی که به منابع عمقی ارتباط داشته‌اند به سنگ های اطراف نفوذ کرده و ضمن عبور از آن‌ها، در ساخت‌ها و سنگ‌های مناسب، موادّ معدنی خود را جایگزین نموده‌اند.

مهمترین نظریه های زمین شناسی اقتصادی قرن 19

یکی از مهمترین اشخاص تأثیرگذار در تاریخچه زمین شناسی اقتصادی، شخصی به نام لیندگرن (Lindgren) است. در اولین دهۀ قرن نوزدهم، لیندگرن کانسارها را به روشی قابل قبولی طبقه بندی نمود. او مطالعات خود در این زمینه را طی سال های 1907، 1913 و 1922 انجام داد. لیندگرن کانسارها را به دو دستۀ کلی تقسیم کرد.

1. کانسارهای حاصل از تمرکز مکانیکی
2. کانسارهای حاصل از تمرکز شیمیایی

همچنین کانسارهای حاصل از تمرکز شیمیایی را به دو گروه تقسیم کرد:

• کانسارهای ته نشین شده از آب های سطحی
• کانسارهای ته نشین شده از ماگما

در یک طبقه بندی دیگر، لیندگرن کانسارهای گرمابی بر اساس درجه حرارت و عمق، به سه دسته تقسیم کرد:

1. کانسارهای اپی ترمال: یعنی کانسارهایی که در حرارت پایین (50 – 150 ̊C) و عمق کم تشکیل می‌شوند.
2. کانسارهای مزوترمال: یعنی کانسارهایی که در حرارت متوسط (150 – 300 ̊C) و عمق متوسط تشکیل می‌شوند.
3. کانسارهای هیپوترمال: یعنی کانسارهایی که در حرارت بالا (300 – 500 ̊C) و عمق زیاد تشکیل می‌شوند.

در سال 1933 شخصی به نام گراتون (Graton) اصطلاحی به نام تله ترمال (tele thermal) را معرفی کرد. او کانسارهای تله ترمال را گروه مشخصی از کانسارها عنوان کرد که در عمق کم و از یک محلول تقریباً تهی ایجاد شده‌اند.

در سال 1935 نیز شخصی به نام بادینگتون (Buddington) اصطلاحی به نام زنوترمال (Xeno thermal) را عنوان کرد. کانسارهایی که در عمق کم، اما حرارت زیاد تشکیل شده بودند.

در اواسط قرن نوزدهم، نظریه تشکیل کانسارها از محلول‌های گرمابی گسترش یافت. الی دوبیومونت (Eli de Beaumount) این نظریه را توسعه داد. او در همین دوره، کانسارهای حاصل از جدایش ماگمایی و کانسارهای جانشینی مجاورتی را تشریح نمود.

تاریخچه زمین شناسی اقتصادی در نیمه دوم قرن 19

در اواخر نیمۀ دوم قرن نوزدهم، زمین شناسان به این نتیجه رسیدند هیچ نظریه‌ای نمی‌تواند به تنهایی منشاء کانسارها را توضیح دهد. این نتیجه، با جمع آوری اطلاعات صحرایی حاصل آمد.

در تاریخچه زمین شناسی اقتصادی، سیالات درگیر و مطالعات حاصل از آن‌ها نیز دستاوردهای خوبی در پی داشته است. در سال‌های 1960 تا 1970 میلادی، نتایج حاصل از مطالعه سیالات درگیر، مرز مربوط به حرارت و فشار کانسارهای گرمابی را تغییر داد. این امر باعث شد تا اصطلاحات مذکور (اپی ترمال، مزوترمال و غیره) در زمین شناسی اقتصادی، اعتبار گذشتۀ خودشان را از دست بدهند. همچنین مشخص شد که سیالات گرمابی، به صورت آب خالص نیستند. بلکه به صورت شورآب می‌باشند و انتقال فلزات به صورت یون‌های پیچیده‌ای با بنیان کلر و یا گوگرد انجام می‌شود.

علاوه بر این‌ها، مطالعۀ زمین از دیدگاه تکتونیک ورقه‌ای و رابطۀ مشخصی که بین موقعیت تکتونیکی و سنگ‌ها و کانسارهای همراه با آن‌ها وجود دارد، باعث شده است که عقیدۀ هم منشاء بودن موادّ معدنی و سنگ‌های در برگیرنده در مورد بسیاری از کانسارها پذیرفته شود.