نقش زمین گیاه شناسی در پی جویی معدن

ژئوبوتان یا زمین گیاه شناسی، به علم مطالعه‌ی گیاهان در ارتباط با زمین شناسی گفته می‌شود. در پی جویی منابع معدنی زیرسطحی، از فنون مختلفی استفاده می‌شود. تجزیه و تحلیل شیمایی پوشش گیاهی یک منطقه که به طور مستقیم تحت تأثیر مواد تشکیل دهنده‌ی خاک و زمین است، یکی از تکنیک‌های کشف منابع معدنی زیرسطحی محسوب می‌شود.

فهرست محتوا

تاریخچه‌ی زمین شناسی گیاهی در پی جویی معدن

استفاده از گیاهان در کشف عناصر معدنی به قرن پنجم پیش از میلاد در کشور چین برمی‌گردد. مردم محلی به طور اتفاقی متوجه شدند که میان پوشش گیاهی و منابع معدنی زیرسطحی ارتباطی وجود دارد. به این صورت که گیاهان خاصی وجود داشت که تنها در مناطق غنی از مس، نیکل، روی و طلا رشد و نمو خوبی داشتند. در حقیقت این مورد توسط کشاورزانی کشف شده بود که به عناصر و مواد تشکیل دهنده‌ی خاک اهمیت می‌دادند.

از آنجایی که در آن زمان هیچگونه مطالعه‌ی علمی بر روی این قضیه صورت نگرفت، مورد قبول همگانی نیز واقع نشد. مطالعه‌ی علمی ارتباط میان حضور و رشد گیاهان خاص در یک منطقه و عناصر شیمایی موجود در خاک برای نخستین بار در قرن ۱۸ میلادی در ایتالیا انجام شد و بنابراین می‌توان خواستگاه علم ژئوبوتان یا زمین شناسی گیاهی را کشور ایتالیا دانست.

آنومالی ژئوشیمیایی عناصر

ژئوشیمی به علم بررسی ترکیب جهان و به ویژه سیاره‌ی زمین گفته می‌شود که در زمینه‌های متعدد کاربرد دارد. یکی از این کاربردها کشف مواد معدنی زیر سطحی است که توسط لایه‌های ضخیمی از خاک پوشیده شده‌اند. در پی‌جویی ژئوشیمایی مواد معدنی ویژگی‌های شیمیایی سنگ، خاک، رسوبات جریانی، رسوبات یخچالی، آب و حتی گیاهان به کار گرفته می‌شود. در علم ژئوشیمی از برخی عناصر تحت عنوان عناصر ردیاب جهت کشف مناطق با تمرکز بالای نهشته‌های معدنی استفاده می‌شود. به چنین تمرکزی از عناصر شاخص در یک منطقه، آنومالی یا ناهنجاری شیمیایی می‌گویند.

به عنوان مثال، چنانچه اکثر نمونه خاک‌های برداشت شده از یک منطقه حاوی تقریباً ۰٫۰۰۰۰۱ درصد (۰٫۱ بخش در میلیون) نقره باشند، اما تعداد کمتری از نمونه‌ها حاوی ۰٫۰۰۰۱ درصد (۱ بخش در میلیون) نقره باشند، نمونه‌های دوم که حاوی نقره‌ی زیادی هستند، آنومالی محسوب می‌شوند. متعاقباً از ترسیم نقاط غنی از عنصر نقره، محدوده‌ی با احتمال وجود ذخایر کانسارهای نقره مشخص خواهد شد.

ناهنجاری شیمیایی اولیه و ثانویه

آنومالی ژئوشیمیایی خود به دسته‌ی اولیه و ثانویه تقسیم می‌شود. ناهنجاری اولیه ناشی از پراکندگی بیرونی عناصر از محلول‌های غنی از مواد معدنی است. در مقابل ناهنجاری ثانویه ناشی از پراکندگی عناصر به واسطه‌ی هوازدگی است.

برخی کانی‌ها مانند کاسیتریت (cassiterite) در برابر هوازدگی شیمیایی مقاومت می‌کنند. چنین کانی‌هایی ممکن است به صورت قطعات بزرگتر توسط جریان آب حمل شوند و تحت شرایط خاصی دچار انحلال شوند. بنابراین می‌توانند آنومالی ژئوشیمیایی اولیه را موجب شوند. با این حال اکثر کانی‌ها قابلیت هوازدگی و ایجاد آنومالی ثانویه را دارند. همچنین در هر دو نوع از ناهنجاری ژئوشیمیایی، برجا یا نابرجا بودن عناصر بایستی به طور دقیق بررسی شود؛ چرا که ممکن است باعث تشخیص اشتباه محل کانه زایی کانسار هدف شود.

با توجه به موارد گفته شده، آزمایش آب، خاک و گیاهان در تشخیص آنومالی شیمیایی مؤثر خواهد بود. درختان و گیاهان با در نظر گیری شیوه‌ی تغذیه (جذب عناصر فلزی موجود در محلول‌های غنی از فلزات و همچنین تغذیه از عناصر موجود در خاک)، ممکن است هر دو نوع ناهنجاری اولیه و ثانویه ژئوشیمایی را نشان دهند.

ژئوشیمی گیاهی و پی جویی معدن

کاربرد گل مس در اکتشاف و پی جویی معدن — گل مس به عنوان شاخص حضور کانی‌های مس در خاک

موفقیت استفاده از گیاهان در پی جویی معدن موردی کاملاً اثبات شده است و استفاده از آن‌ها در شرایط خاص می‌تواند به یافتن ذخایر معدنی پنهان شده در زیر زمین کمک کند. عوامل بسیار زیادی در پی جویی ژئوشیمیایی به وسیله‌ی پوشش گیاهی دخیل هستند، بنابراین همواره پیش بینی وضعیت زیر سطحی به واسطه‌ی این علم، قطعی نیست.

بسیاری از گیاهان و درختان با استفاده از ریشه‌های گسترده و قابلیت جذب، قادرند تا از عناصر در دسترس تغذیه کنند. به همین دلیل، نمونه برداری از ریشه، ساقه و برگ گیاهان و متعاقباً آنالیز شیمیایی آنها می‌تواند به عنوان یک نشانگر در نظر گرفته شود. بنابراین تحت شرایط ایده آل، نمونه‌ برداری از گیاهان، می‌تواند حکم نمونه‌برداری از خاک تا عمق ۱۵ متر را نیز داشته باشد.

از مزایای بهره گیری از ژئوشیمی گیاهی این است که پی جویان معدن را قادر می‌سازد تا به صورت غیر مستقیم کانه زایی برخی فلزات را تا عمق قابل توجهی بررسی کنند. با این وجود، تفسیر اطلاعات ژئوبوتان گاهی چنان دشوار است که ممکن است باعث تشخیص اشتباه شود. به همین خاطر استفاده از دیگر روش‌های ژئوشیمایی در کنار ژئوشیمی گیاهی توصیه می‌شود.

گیاهان نشانگر مواد معدنی

در این بخش چند مثال از کاربرد گیاهان در کشف کانسارهای معدنی ذکر می‌شود:

معدن ویسکاریا در کشور سوئد به خاطر حضور گیاهی به نام سیلن سوئیسیکا (Silene suecica) یا سیلن قرمز آلپی (از خانواده‌ی میخکیان) کشف شد. پی جویان با مشاهده‌ی ناهنجاری رشد این گیاه، به تجمع عنصر مس در خاک منطقه مشکوک شدند و با بررسی‌های بیشتر، موفق به کشف نهشته‌های معدنی مس شدند.

در این زمینه، گیاه Ocimum centraliafricanum به عنوان نماد وفاداری گیاهان به مهندسی معدن شناخته می‌شود. این گیاه که به آن “گل مس” گفته می‌شود، گونه‌ای از سرده‌ی ریحان است که نشانگر بسیار خوبی برای تشخیص حضور عنصر مس در خاک است. نکته‌ی جالب در مورد گل مس این است که فقط در خاک‌های حاوی مس (و نیکل) مانند بخش‌های مرکزی و جنوبی آفریقا رشد می‌کند!

در سال ۲۰۱۵ میلادی نیز، استفان هاگرتی (Stephen Haggerty) گیاه Pandanus candelabrum را به عنوان یک شاخص ژئوبوتان برای کشف کیمبرلیت (سنگ‌های آذرین الترامافیک غنی از پتاسیم که منبع اصلی ذخایر الماس هستند) معرفی کرد. با پیشرفت زمین گیاه شناسی به عنوان شاخه‌ای از علم ژئوشیمی، اهمیت آن در پی جویی و اکتشاف منابع معدنی روز به روز در حال افزایش است.

منابع: