تقارير مادة العلوم لجميع المراحل

    • تقارير مادة العلوم لجميع المراحل

      المذيــــــــــــــاع


      الراديو أو المذياع من أهم وسائل الاتصال. مكّن الراديو المجتمعات الإنسانية من إرسال الصوت الإنساني والموسيقى والإشارات بأنواعها المختلفة إلى أرجاء متعددة من العالم. وبفضل الراديو أصبح بإمكان المسافرين على متن السفن والطائرات الاتصال وتبادل المعلومات . كما يمكن استخدام موجات الراديو للاتصال بالفضاء الخارجي.
      كان البث الإذاعي ومازال الاستخدام الأكثر شيوعًا لموجات الراديو. وهو يشمل البرامج الدينية والموسيقى، والأخبار، والحوار، والمقابلات ووصف الأحداث الرياضية والفنية، بالإضافة إلى الإعلانات التجارية. ويستيقظ الناس على ساعة المذياع، ويقودون سياراتهم إلى أعمالهم مستمعين إليه، كما يمكنهم الاستماع إلى البرامج الإذاعية في أوقات راحتهم.
      وقد أخذ البث الإذاعي في الماضي الدور نفسه الذي يأخذه التلفاز في وقتنا الراهن من حيث تسلية الناس، فكانت تتجمع ملايين العائلات في أمريكا وأستراليا وأوروبا خلال الفترة من العشرينيات وحتى بداية الخمسينيات من القرن العشرين حول أجهزة المذياع، في كل ليلة، يستمعون إلى التمثيليات والبرامج المرحة الخفيفة وبرامج المنوعات والبث المباشر للحفلات الموسيقية، والعديد من البرامج المنوعة الأخرى. هذه الفترة، التي تدعى في بعض الأحيان بالعصر الذهبي للبث الإذاعي...


      نبذة تاريخية :
      أدى تطور الراديو في أواخر القرن التاسع عشر إلى ثورة في الاتصالات. ففي ذلك الوقت لم يكن هناك سوى وسيلتين للاتصال السريع بين المناطق البعيدة، هما: البرق والهاتف، وكلاهما يتطلب أسلاكًا لحمل الإشارات بين المناطق المختلفة. ولكن الإشارات التي تحملها موجات الراديو تنتقل خلال الهواء، مما مكن المجتمعات البشرية من الاتصال بسرعة بين أي نقطتين على الأرض أو البحر أو الجو وحتى في الفضاء الخارجي.
      أدى البث الإذاعي الذي بدأ بشكل واسع خلال عشرينيات القرن العشرين الميلادي إلى تحولات رئيسية في الحياة اليومية للناس، وجلب تنوعًًا كبيراً في طرق التسلية داخل المنزل، ومكن الناس ولأول مرة من الاطلاع على تطور الأحداث أثناء حدوثها أو بعد حدوثها مباشرة.

      التطورات الأولى :
      تطور الراديو، مثل غيره من الاختراعات، عن النظريات والتجارب التي ساهم فيها العديد من العلماء. وقد وضع العالمي الأمريكي جوزيف هنري والفيزيائي البريطاني مايكل فاراداي إحدى أهم النظريات في أوائل القرن التاسع عشر. وقد أجرى العالمان، كل على حدة، تجاربهما على المغانط الكهربائية وتوصلا إلى النظرية التي تنص على أن مرور تيار في سلك يمكن أن يؤدي إلى مرور تيار في سلك آخر، مع أن السلكين غير متصلين. وتسمى هذه النظرية نظرية الحث. وقد شرح الفيزيائي البريطاني جيمس كلارك ماكسويل هذه النظرية عام 1864م بافتراضه وجود موجات كهرومغنطيسية تنتقل بسرعة الضوء. وفي عام 1880م أثبت الفيزيائي الألماني هينريتش هرتز بتجاربه صحة نظرية ماكسويل.
      ثم قام المخترع الإيطالي جوليلمو ماركوني بالجمع بين الأفكار والنظريات السابقة، وأفكاره الخاصة، وتمكن من إرسال أول إشارة اتصال بموجات الراديو عبر الهواء عام 1895م، حيث استعمل الموجات الكهرومغنطيسية، لإرسال شفرات برقية لمسافة تزيد على 1.5كم. وفي عام 1901م حقق ماركوني أول إرسال للإشارات الشفرية عبر المحيط الأطلسي بين إنجلترا ونيوفاوندلاند.
      وفي بدايات القرن العشرين طور المهندسون الكهربائيون أنواعًا مختلفة من الصمامات (الصمامات المفرغة) التي استعملت في كشف وتضخيم إشارات الراديو. انظر: الصمام المفرغ. فقد حصل الأمريكي لي دي فورست، عام 1907م، على براءة اختراع صمام أسماه الثلاثي، يستطيع تضخيم إشارات الراديو، وأصبح العنصر الأساسي في مستقبل المذياع.


      وهناك الكثير من الادعاءات بشأن أول بث إذاعي لصوت بشري عبر الهواء. ولكن أغلب المؤرخين يرجعون الفضل للفيزيائي الكندي المولد ريجينالد فسندن. ففي عام 1906م تحدث ريجينالد بوساطة موجات الراديو من برانت روك في ماساشوسيتس في الولايات المتحدة الأمريكية إلى سفن مبحرة في المحيط الأطلسي. وقد ساهم المخترع الأمريكي إدوين أرمسترونج كثيرًا في تطوير مستقبلات الراديو. ففي عام 1918م طوّر الدائرة المغايرة الفوقية من أجل تحسين الاستقبال في المذياع. وهذه الدائرة التي ماتزال مستعملة حتى اليوم، ذات قدرة اختيارية عالية. وأخيرًا طور أرمسترونج عام 1933م البث الإذاعي بتضمين التردد.
      كان الاستخدام العملي الأول "للاسلكي" ـ وهو الاسم الذي أطلق على البرق الراديوي في بادئ الأمر ـ الاتصال بين سفينة وأخرى أو سفينة وشاطئ، مما أسهم في إنقاذ الآلاف من ضحايا كوارث البحر. وقد حدث أول إنقاذ بحري عن طريق استخدام موجات الراديو عام 1909م، عندما اصطدمت السفينة س. س. رببليك بسفينة أخرى في المحيط الأطلسي، حيث أرسلت س. س رببليك نداء استغاثة بالراديو للمساعدة في إنقاذ ركابها، وأسهم ذلك في نجاة معظمهم. وأسهم الراديو أيضًا في إنقاذ بعض ركاب الباخرة الشهيرة تيتانيك عام 1912م.
      وابتداء من ثلاثينيات القرن العشرين استخدمت موجات الراديو على نطاق واسع، في التطبيقات التي تستدعي الاتصال بشكل سريع مثل استعماله من قبل الطيارين وقوات الشرطة والجيش.
      بداية البث الإذاعي. بدأ البث الإذاعي التجريبي نحو عام 1910م، حيث قام لي دي فورست بنقل برنامج من مسرح غنائي في مدينة نيويورك في الولايات المتحدة الأمريكية، وكان نجم البرنامج المغني الشهير إنريكو كاروسو.
      بدأت خدمات البث الإذاعي في العديد من الدول في عشرينيات القرن العشرين. ومن المحطات التجارية الأولى محطة تجارية في مدينة ديترويت الأمريكية، التي بثت بشكل منتظم ابتداء من 20 أغسطس 1920م، ومحطة بث إذاعية تجريبية في مدينة بتسبيرج الأمريكية، وهي...
      مراحل مهمة في تاريخ الراديو
      1864م تنبأ جيمس كلارك ماكسويل بوجود الموجات الكهرومغنطيسية التي تنتقل بسرعة الضوء.
      1880م أثبت هينريتش هرتز نظرية ماكسويل.
      1895م أرسل ماركوني إشارات الاتصال بموجات الراديو عبر الأثير لأول مرة.
      1901م استقبل فردينانت براون موجات الراديو بوساطة مذياع بلوري.
      1901م استقبل ماركوني إشارات الشفرة المرسلة عبر المحيط الأطلسي.
      1904م حصل جون أمبروز فليمنج على براءة اختراع الصمام الثنائي المستخدم في استقبال موجات الراديو.
      1906م بث ريجينالد فسندن أول صوت بشري عبر المذياع.
      1907م حصل لي دي فورست على براءة اختراع أول صمام ثلاثي استخدم في تضخيم الإشارة الراديوية.
      1909م تم إنقاذ ركاب الباخرة س.س. رببليك من الغرق باستخدام موجات الراديو.
      1912م ساعدت موجات الراديو في إنقاذ الناجين من غرق الباخرة تيتانيك.
      1915م أول مكالمة هاتفية أرسلت عبر المحيط الأطلسى بين أرلينجتون في ولاية فيرجينيا في أمريكا وبرج إيفل في باريس.
      1918م طور إدوين آرمسترونج دائرة فوق هتروداينية .
      1920م أول بث تجاري منظم قامت به محطات wwj في ديترويت و kdka في بيتسبورج.
      1922م قامت شركة الإذاعة البريطانية، والتي سُمِّيت فيما بعد هيئة الإذاعة البريطانية، بأول بث إذاعي لها.
      1923م أرسل مذيعو سيدني في أستراليا أول برامجهم.
      1926م بدأت شركة الإذاعة الهندية في بث برامجها.
      1929م أدخل تضمين التردد fm في البث الإذاعي.
      1932م أول بث لهيئة الإذاعة البريطانية إلى أنحاء العالم.
      1925م-1950م كان المذياع المصدر الوحيد لتسلية العائلة في المنزل خلال هذه الفترة التي سُمِّيت بالعصر الذهبي للمذياع.
      1947م طور العلماء في شركة بل للهاتف في الولايات المتحدة الترانزستور.
      1952م تم إنتاج أول مذياع جيب ترانزستوري.
      1960م أول مناظرة تلفازية بين جون كنيدي وريتشارد نيكسون، مرشحي الرئاسة الأمريكية.
      1961م تم أول اتصال مع الفضاء الخارجي بين رائد الفضاء السوفييتي يوري جاجارين والمحطات الأرضية.
      الستينيات بدأ الإرسال بالصوت المجسم (الستريو).
      1969م حملت إشارات موجات الراديو إلى الأرض أولى الكلمات التي نطقها رائد فضاء على القمر.
      التسعينيات بدأ البث باستخدام البث السمعي الرقمي، وهو نوع من البث ذو نوعية عالية النقاء.
      نطاق التردد
      طول الموجة بالأمتار - التردد - كيلوهرتز
      الموجات الطويلة2000 إلى 1060 150 إلى 280
      الموجات المتوسطة 571 إلى 525187 إلى 1605
      الموجات القصيرة في النطاق الاستوائي
      نطاق 120م0.130 إلى 0.2300120 إلى 2498
      نطاق 90 م93.7 إلى 88.32002 إلى 3400
      نطاق 75 م76.9 إلى 75 3900 إلى 4000
      نطاق 60م2.63 إلى 3.475059 إلى 5060
      نطاق الموجات القصيرة
      نطاق 49 م50.3 إلى 48.59504 إلى 6200
      نطاق 41 م42.3 إلى 41.71001 إلى 7300
      نطاق 31 م31.6 إلى 30.95007 إلى 9775
      نطاق 25 م25.6 إلى 25.117001 إلى 11975
      نطاق 19 م19.9 إلى 19.151004 إلى 15450
      نطاق 16 م16.9 إلى 16.177006 إلى 17900
      نطاق 13 م14.0 إلى 13.214508 إلى 21750
      نطاق 11 م7.11 إلى 5.2560011 إلى 26100

    • الصـــــــــاروخ


      الصاروخ هو جسم طائر يعمل على مبدأ الاندفاع عن طريق رد الفعل لانفجارات تتم في جسم الصاروخ أو في محركه كما هو مبين في الأسفل وهو مبدئ غير مرتبط بمحيط الصاروخ أي أن الصاروخ أو الدفع الصاروخي يعمل أيضا في الفضاء الخالي من الهواء مثلا. وهو يتميز عن القذيفة في أن مرحلة التسارع لدى الصاروخ أطول.
      ويختلف حجم الصاروخ من صواريخ الألعاب النارية مرورا بالصواريخ العسكرية إلى الصواريخ العملاقة كصاروخ ساتورن 5 الذي استعمل في استكشاف القمر خلال مشروع أبولو.

      نبذة تاريخية
      تعود بداية الصواريخ إلى أوائل القرن الثالث عشر الميلادي، حيث استخدمها العرب في صد الصليبيين ونجد أول وصف تفصليل للصواريخ بواسطة العالم العربي حسن الرماح، وفي الحروب الصليبية انتقلت الصواريخ إلى الأوروبيين، الذين ابتكروا بعد ذلك المدافع و البنادق تلك الأسلحة أظهرت دقة أكبر في التصويب، و نتيجة لذلك توارت الصواريخ عن مسرح الحروب لما يزيد عن ثلاثمائة و خمسين سنة.
      و مع قيام الحربين العالميتين أظهر الألمان اهتماماً بالصواريخ، فطوروا صواريخ عدة منها صاروخ الﭪي-2 الذي أطلقت ألمانيا منه أكثر من ألف صاروخ على لندن أو بجوارها قتلوا ألف شخص .
      وبعد أنتهاء الحرب تصارع كل من الانحاد السوفيتي و الولايات المتحدة إلى استقطاب العلماء الألمان الذين عملوا في مشروعات تطوير الصواريخ النازية.


      الأسس العلمية
      في أي نظام ما يساوي مضروب التسارع في الكتلة أي ( مضروب تغير السرعة في الكتلة) مجموع القوى الخارجية. فإذا حددنا النظام كما هو مبين في الصورة فإنه لا توجد قوى خارجية أي قوى تؤثر على المنظومة من خارج الحدود لكن جزيئات الغاز تتحرك بسرعة و على ذلك فإن على الصاروخ أن يتحرك في الاتجاه المعاكس للغاز بحيث يكون مضروب وزنه في سرعته يساوي عكس مضروب وزن الغاز في سرعته حتى يكون المجموع صفرا.

      البنية
      الاستعمالات تستعمل الصواريخ لأغراض متعددة منها:

      التجسس و اثبات القدرة: أطلق السوفييت سبوتنيك1 في الرابع من أكتوبر عام 1957م ، ومنذ ذلك اليوم كانت بداية سباق الفضاء بين الاتحاد السوفيتي و الولايات المتحدة، حيث أطلقت كلتا الدولتين أقماراً صناعية و سفن فضاء مأهولة و غير مأهولة على متن صواريخ ضخمة لاستكشاف الفضاء و دراسة خطط مستقبلية لبناء محطات فضائية مأهولة بالبشر، وكان هناك أبحاث سرية لتحقيق ذلك ، و استخدمت الصواريخ لحمل أقمارصناعية تستخدم بغرض التجسس، تحمل تلك الصواريخ مناظير و مستشعرات حرارية و أجهزة تصنت ذات قدرات هائلة قادرة على كشف مواقع المنشئات العسكرية و رصد تحركات القطع العسكرية على سطح الأرض، وكل ذلك يتم من خلال أقمار صناعية تحلق في مدارات خارج الغلاف الجوي للأرض ، ومازال هذا السباق مستمراً و تشارك فيه دول عديدة مثل الصين و فرنسا و اليابان و تايوان و إنجلترا، و لكن أصبح الهدف هو اثبات السبق العلمي و التقني للدولة.
      من الاستخدامات الأخرى للصواريخ حمل الأقمار الصناعية و سفن الفضاء إلى مداراتها حول الأرض.
      الاستخدام العسكري : حيث تلعب الصواريخ دوراً هاماً في الحروب الحديثة، فهى العمود الفقرى للدفاع جوي ، و أيضاً هناك الصواريخ المضادة للدبابات ، و الموجهة نحو أهداف أرضية أو بحرية أو حتى فضائية، وتصنف الصواريخ في هذا المجال كالآتي:صواريخ(أرض-أرض)مثل صواريخ سكود الروسية و(أرض-جو)مثل صواريخ سام الروسية و باتريوت الأمريكية صواريخ و(أرض-سطح)-وهذا النوع من الصواريخ ينطلق من محطات أرضية، هناك أيضاً صواريخ(جو-جو)مثل صواريخ سايد وايندر و(جو-سطح)و(جو-أرض)-وهذه الصواريخ تطلقها الطائرات، وهناك صواريخ(سطح-أرض) مثل صواريخ كروز، و أيضاً هناك صواريخ (سطح-جو)و(سطح-سطح)وهذه الصواريخ تطلقها السفن، وأيضاً تنطلق الصواريخ من الغواصات و إلى الغواصات، و قد تحمل تلك الصواريخ التي تنطلق من الغواصات روءساً نووية.
      الصاروخ العملاق ساتورن ـ ف الذي حمل أول رائد فضاء إلى القمر يصعد من برج الإطلاق. الصواريخ هي المركبات الوحيدة التي تستعمل لإطلاق البشر والمعدات إلى الفضاء. الصاروخ نوع من المحركات التي تنتج طاقة أكثر من مثيلاتها ذات الحجم نفسه أو أي محرك آخر. يستطيع الصاروخ أن ينتج طاقة تقدر بأكثر من 3،000 ضعف طاقة محرك السيارة. يمكن استعمال كلمة صاروخ كذلك لوصف المركبة التي تساق بوساطة محرك الصاروخ.
      تُصنع الصواريخ من عدة أحجام، وتستعمل بعضها لقذف الألعاب النارية إلى أعلى، ويبلغ طولها حوالي 60سم. وتحمل الصواريخ التي طولها من 15 إلى 30 م القذائف الضخمة لضرب أهداف الأعداء البعيدة، وعمومًا لابد من وجود الصواريخ الكبيرة والقوية لحمل الأقمار الصناعية إلى مدار حول الأرض. ويبلغ ارتفاع الصاروخ ساتورن-ف الذي حمل رواد الفضاء إلى القمر أكثر من 110م.
      يستطيع الصاروخ أن ينتج طاقة هائلة لكنه يحرق الوقود بسرعة. لهذا السبب، يجب أن يتوفر للصاروخ كمية كبيرة من الوقود ليعمل حتى ولو فترة قصيرة. فقد أحرق ساتورن ـ ف مثلاً أكثر من 2،120،000 لتر من الوقود خلال الـ 2،75 دقيقة الأولى لطيرانه. وتصبح الصواريخ ساخنة جدًا بحرقها للوقود. وتصل حرارة بعض محركاتها إلى 3،300°م، أي ضعف درجة انصهار الصلب تقريبًا.
      تطورت تقنية الصواريخ أساسًا بعد الحرب العالمية الثانية (1939-1945م). وهي تقنية غاية في التعقيد؛ لأن محرك الصاروخ يجب أن يصمد، ليس فقط لدرجات الحرارة العالية، ولكن للضغط العالي الفائق والقوى الميكانيكية القوية أيضًا، وأخيرًا ينبغي أن يظل خفيفًا لتحقيق مهامه. ويستعمل الناس الصواريخ أساسًا للبحث العلمي ورحلات الفضاء والحرب.
      استعملت الصواريخ في الحروب طوال مئات السنين. ففي القرن الثالث عشر الميلادي كان الجنود الصينيون يطلقونها على الجيوش المهاجمة. واستعملت القوات البريطانية الصواريخ للهجوم على فورت مكهنري في ماريلاند الأمريكية، خلال حرب عام 1812(1812- 1814م). وصف فرانسيس سكوت كي، بعد مشاهدته للحرب، في كلماته التي صاغها في النشيد القومي للولايات المتحدة، الوهج الأحمر للصواريخ بأنها شعار النجم اللامع. وخلال الحرب العالمية الأولى (1914ـ 1918م)، استعمل الفرنسيون الصواريخ لإسقاط طائرات العدو. وهجمت ألمانيا على بريطانيا بالصواريخ خلال الحرب العالمية الثانية. وتستطيع الصواريخ اليوم أن تحطم الأقمار الصناعية في مدارها حول الأرض، وكذلك الطائرات النفاثة والقذائف التي تطير أسرع من الصوت.
      يستعمل العلماء الصواريخ للاكتشافات والبحث في المجال الجوي والفضاء. وتحمل الصواريخ أجهزة علمية دقيقة في السماء لجمع المعلومات عن الهواء المحيط بالأرض. ومنذ عام 1957م، أطلقت الصواريخ مئات الأقمار الصناعية في مداراتها حول الأرض. وهذه الأقمار الصناعية تؤدي عدة أغراض؛ منها أنها تكون بمثابة وسيلة اتصالات، كما تقوم بجمع معلومات عن جو الأرض للدراسة العلمية. تحمل الصواريخ أجهزة إلى الفضاء لاستكشاف القمر والكواكب وحتى الفضاء الذي بين الكواكب.
      توفر الصواريخ الطاقة اللازمة لرحلات الإنسان إلى الفضاء التي بدأت عام 1961م. وفي 1969م حملت الصواريخ روّاد الفضاء في أول هبوط على القمر. وفي عام 1981م، حمل الصاروخ أول مكوك فضاء إلى مدار حول الأرض. وفي المستقبل يمكن أن تحمل الصواريخ الإنسان إلى المريخ والكواكب الأخرى.

      كيف يعمل الصاروخ
      كيف يعمل الصاروخ متعدد المراحل. يحمل الصاروخ ذو المرحلتين دافعًا ومحركًا صاروخيًا واحدًا أو أكثر في كل مرحلة. المرحلة الأولى تطلق الصاروخ، وبعد حرق الدافع تسقط بعيدًا عن الصاروخ. المرحلة الثانية تبدأ وتحمل الرؤوس المحملة إلى المدار الأرضي أو حتى أبعد من ذلك إلى الفضاء. قانون الحركة الأساسي الذي اكتشفه العالم البريطاني السير إسحق نيوتن في القرن السابع عشر الميلادي يصف كيف يعمل الصاروخ. هذا القانون ينص على أن لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومضادٍّ له في الاتجاه. انظر: الحركة. يشرح قانون نيوتن كيف يؤدي تدفق الهواء من بالون صغير إلى دفع البالون للطيران. ويعمل أقوى الصواريخ بنفس الطريقة.
      يحرق الصاروخ وقودًا خاصًا في غرفة احتراق فينتج غاز يتمدد بسرعة. ويضغط هذا الغاز داخل الصاروخ بالتساوي في كل الاتجاهات. وضغط هذا الغاز على أحد جوانب الصاروخ يساوي ضغط الغاز على الجانب المقابل. ويخرج الغاز من مؤخرة الصاروخ من خلال فوهة. ولا يعادل هذا الغاز المعدم ضغط الغاز على مقدمة الصاروخ. وهذا الضغط غير المتساوي هو الذي يدفع الصاروخ للأمام.
      وسريان الغاز خلال فوهة الصاروخ هو الفعل الذي وُصِفَ في قانون نيوتن. ويكون رد الفعل هو الدفع المستمر قوة الدفع للصاروخ بعيدًا عن خروج الغاز المعدم.
      الوقود الدافع للصاروخ. تحرق الصواريخ مجموعة من المواد الكيميائية تُسمى الوقود الدافع يتكوَّن من: 1-وقود؛ مثل البنزين والبرافين أو الهيدروجين السائل 2- مادة مؤكسدة؛ مثل رباعي أكسيد النيتروجين، أو الأكسجين السائل. والمادة المؤكسدة تمد الوقود بالأكسجين اللازم للاحتراق. ويُمَكِّن هذا الأكسجين الصاروخ من العمل في الفضاء الخارجي حيث لا يوجد هواء.
      كذلك تعمل المحركات النفاثة بوساطة الفعل ورد الفعل. لكن الوقود النفاث لا يحتوي على مادة مؤكسدة. ويسحب المحرك النفاث الأكسجين من الهواء. ولهذا السبب لا يعمل خارج المجال. انظر: الدفع النفاث.
      يحرق الصاروخ الوقود الدافع بمعدل سريع، وأغلب الصواريخ تحمل كمية تبقى عدة دقائق فقط. لكن الصاروخ ينتج هذه القوة الساحبة التي تقدر على قذف مركبات ثقيلة بعيدًا في الفضاء.
      يحرق الصاروخ أغلب الوقود الدافع خلال الدقائق القليلة الأولى للطيران. وخلال هذا الوقت تقل سرعة الصاروخ بالاحتكاك بالهواء، والجاذبية، ووزن الوقود. يعوق احتكاك الهواء الصاروخ طوال مساره في الغلاف الجوي. وعندما ينطلق الصاروخ إلى أعلى، فإن الهواء يصبح أقل ويقل الاحتكاك في الفضاء، ولا يوجد احتكاك يؤثر على الصاروخ. وتشد الجاذبية الأرضية الصاروخ إلى الأرض، لكن هذا الجذب يقل كلما ارتفع الصاروخ بعيدًا عن الأرض. وعندما يحرق الصاروخ الوقود فإن وزنه يقل.
      الصاروخ متعدد المراحل. يتكون الصاروخ من عدة مقاطع تسمى مراحل، وكل مرحلة لها محرك صاروخي ووقود دافع. طوَّر المهندسون الصاروخ متعدد المراحل من أجل رحلات طويلة خلال الغلاف الجوي وإلى الفضاء. فهم يحتاجون إلى صواريخ تستطيع أن تصل إلى سرعات أكبر من سرعات الصواريخ ذات المرحلة الواحدة. ويمكن للصاروخ متعدد المراحل أن يصل إلى سرعات أعلى نتيجة نقصان وزنه بإسقاط مراحل تم استعمال وقودها. وتبلغ سرعة الصاروخ ذي الثلاث مراحل تقريبًا ثلاثة أضعاف سرعة الصاروخ ذي المرحلة الواحدة.
      تسمى المرحلة الأولى المعزِّز، وتقذف الصاروخ بعد حرق وقود المرحلة الأولى، وتُسقِط المركبة هذا المقطع وتستعمل المرحلة الثانية. ويظل الصاروخ يستعمل مرحلة بعد الأخرى. وأغلب صواريخ الفضاء ذات مرحلتين أو ثلاث مراحل.
      إطلاق الصاروخ. تحتاج صواريخ الفضاء إلى قواعد إطلاق خاصة مجهزة. وأغلب فاعلية القذف تكون حول مركز قاعدة القذف التي ينطلق الصاروخ منها. ويحتوي مكان القذف على 1- مبنى الهيكل الذي يكمل منه المهندسون الخطوات النهائية في بناء الصاروخ 2- مبنى الخدمة الذي يتأكد فيه العمال من سلامة الصاروخ قبل إطلاقه 3- مركز التّحكُّم، حيث يوجِّه العلماء إطلاق وطيران الصاروخ. وتقوم محطات الرصد التي تقع في أماكن مختلفة حول العالم بتسجيل مسار رحلة الصاروخ.
      يجهز العلماء والمهندسون الصاروخ للإطلاق بطريقة الخطوة خطوة التي تسمَّى العدّ التنازلي، فيرسمون كل خطوة على فترة معينة خلال العد التنازلي، ويتم إطلاق الصاروخ عندما يصل العدّ التنازلي إلى الصفر. ويمكن أن تتسبّب الأجواء غير المرغوب فيها أو أي صعوبة أخرى في إيقاف الإطلاق الذي يوقف مؤقتًا العد التنازلي.


      كيف تستعمل الصواريخ
      تستعمل الدول الصواريخ أساسًا لتوفير أدوات نقل تنطلق بسرعات عالية خلال الغلاف الجوي والفضاء. وتُعَدُّ الصواريخ ذات قيمة عالية: 1- للاستعمالات العسكرية 2- لأبحاث الغلاف الجوي 3- لإطلاق مجسات الاكتشاف والأقمار الصناعية 4- للسفر عبر الفضاء.
      صاروخ حربي يُسمى صاروخ تو، يطلق بطاقم مكون من اثنين. ويمكن إطلاقه من الأرض أو من مركبة. الاستعمال العسكري. يتفاوت استخدام الجيوش للصواريخ من صواريخ حروب الميدان الصغيرة إلى القذائف الموجهة العملاقة التي تطير عبر المحيط.
      البازوكا. صاروخ صغير مقذوف يحمله الجنود، وهو مضاد للمركبات المصفحة. لدى البازوكا قوة اختراق مثل دبابة صغيرة. انظر: البازوكا. وتستعمل الجيوش صواريخ أكبر لتفجير القنابل بعيدًا خلف خطوط الأعداء، وكذلك لإسقاط طائرات العدو. وتحمل الطائرات المقاتلة صواريخ موجهة للهجوم على الطائرات الأخرى والأهداف الأرضية. وتستعمل السفن البحرية الصواريخ الموجهة للهجوم على السفن الأخرى، والأهداف الأرضية والطائرات.
      وأحد أهم الاستعمالات الحربية للصواريخ هو إطلاق نوع من القذائف الموجهة بعيدة المدى، تسمى القذائف البالستية العابرة للقارات. وهذه القذائف تستطيع الانطلاق لمدى أكبر من 8،000 كم لتفجير هدف للعدو بالمتفجرات النووية. وهناك مجموعة من الصواريخ القوية تحمل القذيفة عابرة القارات وتسيرها خلال الأجزاء الأولى من رحلتها، ثم تأخذ القذائف باقي طريقها إلى الهدف. انظر: القذيفة الموجهة.
      صاروخ سبر مثل "تاوروس ـ نيكي ـ توماهوك"، يجمع معلومات عن الغلاف الجوي العلوي. ترسل أجهزة الراديو في الصاروخ المعلومات إلى الأرض للدراسات العلمية.
      صاروخ أطلس ـ قنطورس يضيء قاعدة قذفه خلال الانطلاق. هذه الصواريخ تضع الأقمار الصناعية العلمية، مثل المرصد الفلكي الدائر، في مداراتها حول الأرض. أبحاث الغلاف الجوي. يستعمل العلماء صواريخ لاكتشاف الغلاف الجوي المحيط بالأرض، وتحمل الصواريخ الصوتية التي تسمى أيضًا صواريخ الأرصاد الجوية أجهزة مثل: مقياس الضغط الجوي، وآلات التصوير والترمومترات إلى الغلاف الجوي. وتجمع هذه الأجهزة المعلومات عن الغلاف الجوي، وترسلها بالراديو لأجهزة الاستقبال الأرضية. تسمّى هذه الطريقة في جمع المعلومات وإرسالها لمسافات بعيدة بالراديو قياس البعد انظر: قياس البعد.
      توفر الصواريخ الطاقة اللازمة لطائرات الأبحاث العلمية. ويستعمل المهندسون هذه الطائرات في تطوير سفن الفضاء. ويتعلم المهندسون من خلال دراسة رحلات هذه الطائرات كالصاروخ الموجّه إكس -15، كيفية التحكم في المركبة للطيران أسرع من الصوت عدة مرات.
      طلاق المجسات والأقمار الصناعية. تُسمَّى الصواريخ التي تحمل أجهزة أبحاث في رحلات طويلة لاكتشاف المجموعة الشمسية المجسات. وتجمع المجسات القمرية هذه المعلومات عن القمر. ويمكنها الطيران إلى أبعد من القمر، والدوران حوله أو الهبوط على سطحه. وتأخذ المجسات بين الكوكبية رحلة ذات اتجاه واحد إلى الفضاء من خلال الكواكب. وتجمع المجسات الكوكبية المعلومات عن الكواكب. ويحلِّق المجس الكوكبي في مدار حول الشمس مع الكوكب المكتشف. وقد اكتشف أول مجس كوكبيّ كوكبيْ المريخ، والزهرة. كما اكتشفت المجسات أيضًا كلاً من المشتري، وزحل، ونبتون.
      تحمل الصواريخ الأقمار الصناعية في مدارات حول الأرض. وتجمع بعض هذه الأقمار المعلومات للبحث العلمي. وينقل بعضها الآخر المحادثات الهاتفية أو البث الإذاعي والتلفازي عبر المحيطات. انظر : قمر الاتصالات. وتستخدم الجيوش الأقمار الصناعية للاتصالات والحماية ضد الهجوم الصاروخي المفاجئ، كذلك يستخدمون الأقمار الصناعية لتصوير قواعد صواريخ الأعداء.
      تُسمّى الصواريخ التي تحمل المجسات والأقمار الصناعية صواريخ حاملة أو عربات الإطلاق، وأغلب هذه الأنواع تكون ذات مرحلتين أو ثلاث أو أربع مراحل. وهذه المراحل تضع القمر الصناعي على ارتفاعه المناسب، وتعطيه سرعة كافية تصل إلى 29،000كم/ساعة ليظل في المدار. ويجب أن تكون سرعة المجسات بين الكوكبية حوالي 40،200كم/ساعة للتخلص من الجاذبية الأرضية والاستمرار في رحلتها.
      السفر عبر الفضاء. توفر الصواريخ الطاقة لمركبة الفضاء التي تدور حول الأرض وتطير إلى القمر والكواكب. وهذه الصواريخ، مثل تلك المستعملة في قذف المجسّات والأقمار الصناعية، تسمى الصواريخ الحاملة أو عربات الإطلاق.
      كانت الصواريخ الحربية أو الصواريخ الصوتية أولى السفن الفضائية التي تم إطلاقها، والتي حوَّرها المهندسون قليلاً لحمل سفن الفضاء؛ فقد أضافوا مثلاً مراحل إلى بعض هذه الصواريخ لزيادة طاقتها. وأحيانًا يلجأ المهندسون إلى صواريخ أصغر كمرحلة أولى لقذف مركبة فضاء. وتوفّر هذه الأداة الإضافية قوة دفع إضافية لقذف سفينة فضاء أثقل.
      صاروخ سوفييتي في منصته قبل انطلاق رحلة الفضاء سويوز 6. وعندما تُرفع الأبراج على جانبي المنصّة،يستطيع الفنيون العمل في كل جزء من الصاروخ. كان الصاروخ ساتورن ـ ف الذي حمل أول رائد فضاء أمريكيًا إلى القمر، أقوى مركبة إطلاق أمريكية. وكان يزن أكثر من 2،7 مليون كجم قبل الإطلاق وكان طوله 111 م. وكان من الممكن أن يحمل سفينة فضاء تزن أكثر من 45،000 كجم للقمر. وقد استعمل ساتورن ـ ف 11 محركًا صاروخيًا للدفع في ثلاث مراحل.
      يستطيع مكوك الفضاء القابل للاستخدام مرات عديدة أن يحلِّق في الفضاء ويعود إلى الأرض ليقوم برحلات أخرى. ويمكن لمثل هذا المكوك أن يحمل آدميين ومستلزمات إلى ومن محطات فضائية قد تدور حول الأرض. كذلك سوف توفر المراكب الصاروخية الموجهة الأصغر التي تسمى سفن الفضاء التنقل لمسافات قصيرة يومًا ما، مثل التنقل من مركبة مكوك إلى محطة فضاء، أو من قمر صناعي إلى آخر. هذه المركبات سوف توفر القوة للمجسات الفضائية التي تطلق إلى الكواكب من مدار الأرض. انظر: رحلات الفضاء.
      المرصد الفلكي المداري يقوم الفنيون بتجهيزه للانطلاق. هذا القمر الصناعي يجمع معلومات عن النجوم والمجرات البعيدة جدًا في الفضاء. استعمالات أخرى. استعملت الصواريخ طوال عدة سنوات كإشارات استغاثة من السفن والطائرات وكذلك من الأرض. كذلك تطلق الصواريخ خطوط الإنقاذ للسفن في المحيطات. كما تقوم صواريخ صغيرة تسمى جاتو بمساعدة الطائرات ثقيلة الحمولة على الإقلاع. وقد استعملت الصواريخ لفترة طويلة في الألعاب النارية. انظر: الألعاب النارية. ويستعمل العلماء الصواريخ لرش السحب بالمواد الكيميائية للتحكم في الطقس. انظر: الطقس.


      أنواع الصواريخ

      هناك أربعة أنواع رئيسية من الصواريخ: 1- صواريخ الوقود الدافع الصلب 2- صواريخ الوقود الدافع السائل 3- الصواريخ الكهربائية 4- الصواريخ النووية.
      صاروخ الوقود الدافع الصلب يحرق مادة صلبة تسمى الحبوب. يصمم المهندسون أغلب الحبوب بلب أجوف. ويحترق الدافع من اللب إلى الخارج. ويحجب الدافع غير المشتعل غلاف المحرك من حرارة الاحتراق. صواريخ الوقود الدافع الصلب. تحرق مادة بلاستيكية أو مطاطية تسمى الحبوب. وتتكون الحبوب من الوقود والمؤكسد في الحالة الصلبة. على خلاف بعض أنواع الوقود السائل، فإن الوقود والمؤكسد للمادة الصلبة لا يشتعلان إذا تلامسا مع بعضهما. ويجب إشعال الوقود بإحدى طريقتين: يمكن إشعاله بحرق شحنة صغيرة من المسحوق الأسود وهو خليط من نترات البوتاسيوم، والفحم النباتي والكبريت. كذلك يمكن إشعال الوقود الصلب بالتفاعل الكيميائي لمركب كلور سائل يرش على الحبوب.
      تتراوح درجة الحرارة في غرفة الاحتراق للوقود الصلب للصاروخ بين 1،600° و 3،300°م. يستعمل المهندسون في أغلب هذه الصواريخ الفولاذ القوي جدًا أو التيتانيوم لبناء حوائط الغرفة حتى تقاوم الضغط الذي ينشأ عن درجات الحرارة العليا. كذلك يستعملون الألياف الزجاجية أو مواد بلاستيكية خاصة.
      يحترق الوقود الصلب أسرع من الوقود السائل، لكنه ينتج قوة دفع أقل من التي تنتج من احتراق نفس الكمية من وقود سائل في نفس الوقت. يظل الوقود الصلب فعالاً لفترات طويلة من التخزين ولا يمثل خطورة تذكر حتى عند الإشعال. ولا يحتاج الوقود الصلب إلى أجهزة للضخ والمزج اللازمة للوقود السائل، لكنه من ناحية أخرى، صعب إيقافه وإعادة إشعاله. والمفترض أن تتوفر لرواد الفضاء القدرة على إيقاف وبدء عملية احتراق الوقود حتى يمكنهم التحكم في طيران سفنهم الفضائية. وهناك طريقة واحدة تستعمل لوقف الاحتراق وهي نسف مقطع الفوهة من الصاروخ. لكن هذه الطريقة تمنع إعادة الإشعال. تُستعمل صواريخ الوقود الصلب أساسًا في استخدامات الجيوش. ويجب أن تكون الصواريخ الحربية مستعدة للانطلاق في أي لحظة، ويمكن تخزين الوقود الصلب أفضل من أي وقود دافع آخر. وتوفر صواريخ الوقود الصلب الطاقة للصواريخ العابرة للقارات، بما في ذلك صاروخ مينوتيمان-2، وإم إكس، وكذلك للقذائف الصغيرة مثل هوك، وتالوس، وتِريرْ. وتُسْتَعْمَل صواريخ الوقود الصلب أداة إضافية لحمل الصواريخ مثل: صواريخ جاتو، وتستعمل كذلك بمثابة صواريخ صوتية. كما تستعمل صواريخ الوقود الصلب في عروض الألعاب النارية.
      صاروخ الوقود الدافع السائل يحمل الوقود والمؤكسد كلا في خزان منفصل. يدور الوقود خلال غلاف تبريد المحرك قبل دخوله غرفة الاحتراق. هذه الدورة ترفع درجة حرارة الوقود للاحتراق وتساعد على تبريد الصاروخ. صواريخ الوقود الدافع السائل. تحرق خليطًا من الوقود والمؤكْسِد في شكل سائل. وتحمل هذه الصواريخ الوقود والمؤكْسِد في صهريج منفصل. وتغذي شبكة من الأنابيب والصمامات عنصري الوقود داخل غرفة الاحتراق. وينبغي أن يمر الوقود أو المؤكسد حول الغرفة قبل المزج مع العناصر الأخرى. هذا من شأنه أن يبرِّد غرفة الاحتراق ويسخِّن مسبقًا عناصر الوقود للاشتعال.
      تتضمن طرق تغذية الوقود والمؤكْسد إلى غرفة الاحتراق استعمال إما مضخات أو غاز ذي ضغط عال. وأكثر الطرق المألوفة هي استعمال المضخات. ويشغل الغاز المنتج باحتراق جزء صغير من الوقود المضخة التي تدفع الوقود والمؤكسد إلى غرفة الاحتراق. أما الطريقة الأخرى، فيدفع الغاز عالي الضغط الوقود والمؤكْسد إلى غرفة الاحتراق. ويمكن الحصول على مصدر الغاز ذي الضغط العالي من النيتروجين، أو بعض الغازات الأخرى المخزونة تحت الضغط العالي، أو من حرق كمية صغيرة من الوقود.
      بعض أنواع الوقود السائل التي تسمى ذاتية الاشتعال تشتعل عندما يتلامس الوقود والمؤكسد. لكن معظم أنواع الوقود السائل تحتاج إلى جهاز إشعال. يمكن أن يشتعل الوقود السائل عن طريق شرارة كهربائية، أو حرق كمية صغيرة من مادة متفجرة صلبة داخل غرفة الاحتراق. يستمر الوقود السائل في الاحتراق ما دام سريان خليط الوقود والمؤكسد مستمرًا في الوصول إلى غرفة الاحتراق.
      تُبنى أغلب خزانات الوقود السائل من الفولاذ أو الألومنيوم الرقيق عالي الصلابة. وأغلب غرف الاحتراق في هذه الصواريخ مصنوعة من الفولاذ أو النيكل.
      يُنْتج الوقود السائل عادة قوة دفع أكبر من التي تنتج من احتراق نفس الكمية من الوقود الصلب في نفس الفترة الزمنية. كذلك فهو أسهل في بدء وإيقاف الاحتراق من الوقود الصلب. ويمكن التحكم في الاحتراق فقط بفتح أو غلق الصمامات.لكن يصعب التعامل مع الوقود السائل. فإذا خلطت عناصر الوقود دون إشعال، فإن الخليط سوف ينفجر بسهولة. كذلك يحتاج الوقود السائل إلى صواريخ أكثر تعقيدًا عما في حالة الوقود الصلب.
      يستعمل العلماء صواريخ الوقود السائل لأغلب السفن التي تطلق إلى الفضاء؛ فعلى سبيل المثال، وفرت صواريخ الوقود السائل الطاقة للمراحل الثلاث في إطلاق مركبة ساتورن - ف.
      صاروخ أيوني وهو نوع من الصواريخ الكهربائية. تحول ملفات التسخين الوقود مثل السيزيوم إلى بخار. تغير شبكة تأيين متسامتة من البلاتين الساخن أو التنجستن البخار إلى سيل من الجسيمات المشحونة كهربائيًا تسمى الأيونات. الصواريخ الكهربائية. تستعمل الطاقة الكهربائية لإنتاج قوة الدفع. وهذه الصواريخ تحتوي على 1- صواريخ القوس الكهربائي النفاث 2- صواريخ البلازما النفاثة 3- الصواريخ الأيونية. ويمكن أن تعمل الصواريخ الكهربائية لفترة أكثر بكثير من أي نوع آخر، لكنها تنتج قوة دفع أقل.
      لا يقدر الصاروخ الكهربائي على رفع سفينة فضاء خارج المجال الجوي للأرض، لكنه يستطيع أن يدفع مركبة خلال الفضاء. ويعمل العلماء على تطوير الصواريخ الكهربائية لرحلات فضاء طويلة في المستقبل.
      صواريخ القوس الكهربائي النفاثة تُسخِّن وقودًا غازيًا بشرارة كهربائية تسمى القوس الكهربائي. وهذه الشرارة يمكن أن تسخِّن الغاز إلى ثلاثة أو أربعة أضعاف درجة الحرارة المنتجة بصواريخ الوقود السائل أو الصلب.
      صواريخ البلازما النفاثة نوع من صواريخ القوس الكهربائي النفاثة. يُوَلَّد سريان الغاز المتفجر بوساطة قوس كهربائي يحتوي على جسيمات كهربائية مشحونة. ويُسمى خليط الغاز وهذه الجسيمات بلازما. وتستعمل صواريخ البلازما النفاثة تيارًا كهربائيًا ومجالاً كهربائيًا لزيادة سرعة سريان البلازما من الصاروخ.
      الصواريخ الأيونية تنتج قوة دفع بوساطة سريان جسيمات مشحونة كهربائية تسمى الأيونات. يُسمى جزء من الصاروخ الشبكة الأيونية التي تنتج الأيونات كأنها غاز خاص يسير فوق سطح الشبكة. تزداد سرعة سريان الأيونات من الصاروخ بوساطة مجال كهربائيِّ.
      صاروخ نووي يستعمل الحرارة من مفاعل نووي لتحويل الوقود السائل إلى غاز. يمر معظم الوقود خلال المفاعل. ويسخن بعض الوقود بوساطة فوهة الصاروخ ويمر خلال التوربين الذي يدير مضخة الوقود. الصواريخ النووية. تُسخِّن الوقود بوساطة مفاعل نووي، وهو آلة تنتج الطاقة عن طريق انشطار الذرات. يصبح الوقود المراد تسخينه بسرعة غازًا متمددًا ساخنًا. وهذه الصواريخ تنتج طاقة تعادل ضعفي أو ثلاثة أضعاف ما تنتجه صواريخ الوقود الدّفعي الصلب أو السائل. ويعمل العلماء على تطوير الصواريخ النووية لرحلات الفضاء.
      يُضَخ في الصواريخ النووية هيدروجين سائل إلى المفاعل خلال الجدار المحيط بمحرك الصاروخ. وتساعد عملية الضخ هذه على تبريد الصاروخ، وكذلك على تسخين الهيدروجين السائل. ويمر خلال المفاعل مئات من القنوات الضيقة. وعندما يمر الهيدروجين السائل خلال هذه القنوات، تقوم حرارة من المفاعل بتحويل الوقود إلى غاز متمدد في الحال. ويمر الغاز خلال فوهة العادم بسرعات قد تصل إلى 35،400كم/ساعة.

    • البترول, علمياً وجيولوجياً وكيميائياً



      المقدمة

      البترول في المعجم هو زيت للوقود والاستصباح، ينتج من تحلل كائنات عضوية، غالبا بحرية في باطن الأرض، ومن مشتقاته النفط ومعناه زيت الحجر، والنفط في لسان العرب لابن منظور، وفي مختار الصحاح لمحمد بن أبي بكر الرازي هو الدهن. وكلمة نفط قد تكون نبطية أو يونانية أو آكدية الأصل كما قد تكون عربية سامية، فالنبط هو ما يتحلب في البئر عند بداية حفره، والأنباط عاشوا في شمال شبه الجزيرة العربية، وعملوا بالزراعة وبرعوا في استخراج الماء من الأرض، وكانت عاصمتهم سلع "البتراء حاليا". وقد أخذ اليونان كلمة نفط من العرب، وسموها نفثا Naphtha، كما أطلق العرب على حقل البترول "النفاطة".
      ومن ناحية أخرى عربت كلمة بترول من اللفظ الإنجليزي Petroleum، الذي يتكون من شطرين أولهما يوناني هو بترو Petro أو بترا Petra ويعني الصخر، والثاني لاتيني هوOleum ويعني الزيت، فيكون معنى هذه الكلمة زيت الصخر.
      ترتبط آفاق التنمية الشاملة للدول العربية عامة، ودول الخليج العربية خاصة، ومشكلاتها، وأزماتها ارتباطاً وثيقاً بمعدلات إنتاج البترول وأسعاره، وسياسات تسويقه، وتأمين تدفقه ونقله إلى الدول المستهلكة. وفي الوقت الذي تتفهم فيه الدول العربية المصالح الحيوية للدول الصناعية في الشرق الأوسط؛ إلا أن هذه الدول لا تقيم وزناً، لمصالحها المباشرة، قبل كل شيء، فهي تسعى منذ أواخر السبعينيات إلى خفض أسعار البترول، وفرض معدلات إنتاجه بما يخدم تلك المصالح. لذلك يبدو ضروريا أن يمارس العرب من جديد دبلوماسية الطاقة المنسقة إستراتيجيا، مثلما فعلوا عام 1973م، حينما ضاعفوا أسعار تسويق البترول، في إطار الحفاظ على ثرواتهم الطبيعية، وتوظيفها لتنمية شعوبهم.
      وتعتمد الاقتصاديات العربية على البترول والغاز إلى حد كبير، ويملك العرب 63% من احتياطيات العالم المؤكدة من البترول، وإن كانوا لا ينتجون حالياً سوى نحو 38% من الإنتاج العالمي منه، ما يؤكد ضرورة وضع إستراتيجية عربية منسقة، متتابعة المراحل؛ للحصول على نصيب عادل من سوق البترول الدولية، وبخاصة مع تزايد حاجة العالم للطاقة، بسبب تزايد معدلات النمو الاقتصادي والسكاني في دوله المتقدمة والنامية معاً، بل إن نسبة الزيادة في استهلاك الطاقة في الدول الصناعية تفوق كثيراً معدلات تزايدها السكاني.
      ويمثل البترول والغاز، حالياً، نحو 60% من موارد الطاقة في العالم، وسترتفع هذه النسبة إلى 65% بنهاية عام 2010م، كما يتزايد الطلب العالمي للبترول حاليا بمعدل 1.8% سنويا، ما يتطلب المزيد من جهود الاستكشاف والتنقيب، لتنمية الاحتياطي العالمي المرجح من البترول، وهو ما يتطلب استثمارات كبرى؛ لتمويل المسح الجيولوجي الجيوفيزيائي والحفر، واستخدام أفضل طرق الإنتاج البترولي وتسهيلاته، وتحسين تقويم الاحتياطيات وإدارتها بمهارة.
      ولا يزال حوض الترسيب العربي الكبير غنيا بمكامن بترولية لم تكتشف بعد، أو هي في سبيلها للاكتشاف، مثلما يزداد ترجيح وجود مكامن كبرى في المياه العميقة في البحر المتوسط، والساحل الشرقي للبحر الأحمر، إلى جانب الحقول البحرية في الخلجان العربية، وبخاصة الخليج العربي.
      ومن الضروري مواكبة التطور المعاصر في تقنيات المسح الجيوفيزيائي، وتكنولوجيا الحفر، والإنتاج، وضبط معدلاته، وتنمية الحقول البترولية، والتخطيط المتكامل لنقل البترول وتصديره وتسويقه وتصنيعه، لا سيما مع التنوع العظيم في المنتجات البترولية، والاستخدام الواسع لها في شتى مجالات الإنتاج الزراعي والصناعي والخدمات؛ ما يجعل البترول أداة كبرى للرخاء العربي.
      ولم يعد منطقيا ألا تستخدم الصناعات البتروكيماوية والكيميائية في الدول العربية سوى 10% فقط من إنتاجها من البترول الخام، وألا تمتلك عدة دول عربية أية مشروعات لتسييل الغاز الطبيعي أو الغازات البترولية، وتكتفي بحرقها، في الوقت الذي تستغل فيه دول أوروبا واليابان هذه الغازات صناعيا بنسبة تقترب من 99%، ولا يكلفها تصنيع المتر المكعب من الغاز أكثر من 10% من سعر بيعه في السوق العالمية.
      ويفرض ذلك كله نقل تكنولوجيا التنقيب عن البترول إلى الوطن العربي وتوطينها، لتقليل الاعتماد على الشركات الأجنبية في المسح الجيولوجي الجيوفيزيائي، وتطوير الخبرات العربية في مجالات تسجيل الآبار وتنمية الحقول البترولية، ثم تصنيع البترول وجعله هدفاً إستراتيجياً يسبق تصدير الخامات البترولية، وأصبح ضروريا مضاعفة طاقات التكرير في الدول العربية، ورفع قدرات إنتاج البتروكيماويات الدول العربية المنتجة للبترول كافة، بما يضاعف المكون البترولي في الناتج المحلي الإجمالي، ويواكب التطور المعاصر في إنتاج الطاقة.

      الفصل الأول

      البترول مصدراً للطاقة

      **اكتشاف البترول

      يسمى البترول ومشتقاته بالهيدروكربونات Hydrocarbons، وهذا المصطلح الكيميائي يدل على مختلف المركبات البترولية في جميع حالاتها، غازية أو سائلة أو صلبة، فيقال إن البترول سائل هيدروكربوني. وقد تعرف الإنسان البترول منذ ما يزيد عن خمسة آلاف سنة، وكانت البداية بالغاز الطبيعي، وأبخرة البترول التي تسربت خلال الشقوق الأرضية، من حقول البترول القريبة من سطح الأرض، وأشعلتها الصواعق في أثناء العواصف والبرق، فصنعت أعمدة النار التي لا تنطفئ في فارس القديمة، والتي قدسها المجوس بعد أن انبهروا بإشعاعها الحراري دون أبخرة سوداء، كالتي تصاحب اشتعال المواد الصلبة، وأسموها النار المقدسة.
      عرف الناس أيضاً منذ زمن بعيد الأسفلت أو البتيومين، في صورة برك ضحلة، أو رشح ذي رائحة اكتشفها قدماء المصريين في وادي النيل، والبابليون في أرض الرافدين "دجلة والفرات" والآشوريون في سورية.
      يتكون البترول في باطن الأرض على أعماق مختلفة من سطحها، ويتحرك خلال الصخور الرسوبية المسامية إلى أن يواجه بطبقات صماء، فيتجمع في المصائد البترولية Petroleum Traps. وتؤدي الزلازل والهزات والتحركات المستمرة للقشرة الأرضية إلى صدوع وشقوق أرضية، يتسرب من خلالها البترول إلى سطح الأرض، وتتصاعد أبخرته، وتتبقى مادة البتيومين اللزجة السوداء، برائحتها الكبريتية المميزة، وقدرتها على الطفو على سطح الماء دون أن تمتزج به.
      وقد استخدم البتيومين في العصور القديمة مادة لاصقة للأحجار والأخشاب في عمليات البناء، ومادة عازلة للرطوبة وللماء على أسطح الأبنية، ولطلاء القوارب والمراسي النهرية والبحرية، وعزل قنوات الري. ولقد كان سكان الشرق الأدنى أول من استخدم النفط والبتيومين أو القار لأغراض متعددة، سواء في الطب، أو الوقاية الصحية، أو العلاج البيطري، ومصدراً للطاقة في التدفئة والإضاءة، أو في القتال باستخدام السهام النارية.
      استعمل قدماء المصريين البتيومين والأنسجة المقطرنة، وبعض المواد الراتنجية الطبيعية في التحنيط، كما استخدم الآشوريون الأسفلت في الطب البدائي؛ لمعالجة الجرب في الإنسان والحيوان. وعندما اكتشفت قابلية الأسفلت للاشتعال، استخدم مصدراً للتدفئة، وفي مشاعل الإضاءة، وطهي الطعام، وفي تطهير البيوت والشوارع، بل وفي إطلاق الكرات الملتهبة الحارقة في ميدان القتال.
      واستخدم الأسفلت في العصور الوسطى، في طلاء السفن الشراعية، والبخارية الخشبية. ولكن الاهتمام العلمي والجيولوجي بالبحث عن مكان البترول تأخر إلى العصر الحديث، واستند إلى تراث علماء المسلمين، الذين كانوا أول من تولى تقطير النفط كيميائياً، والحصول على بعض مشتقاته التي تستخدم وقوداً، ومن بين هؤلاء نذكر محمد بن زكريا الرازي، وإخوان الصفا.
      ولقد اكتشف أول بئر للبترول في الولايات المتحدة عام 1806م في أثناء البحث عن الماء، ثم عرف الأمريكيون أن الزيت الناتج قابل للاشتعال، وللاستخدام في الطاقة، وحفرت أول بئر لاستخراج زيت البترول في مدينة "تيتوسفيل Titusville " بولاية بنسلفانيا Pennsylvania في الولايات المتحدة، وزاد الإنتاج الأمريكي من البترول بمعدل بطيء حتى بلغ عام 1860م نحو ألفي برميل/ يوم.
      والبترول مصدر غير متجدد للطاقة، تكون منذ ملايين السنين تحت سطح الأرض أو البحر، ويوجد في طبقات الصخور الرسوبية المسامية التي تكونت في بيئة بحرية، أو قريبة من البحار أو المحيطات، والتي يتراوح عمرها التكويني بين حقبة الحياة العتيقة Paleozoic وبين الحقبة الحديثة Cenozoic، وذلك على هيئة حبيبات دقيقة في هذه الصخور الرسوبية.
      تكون البترول إذاً في أزمنة جيولوجية مختلفة، وتحرك خلال الطبقات الأرضية، وتجمع في تراكيب جيولوجية خاصة، احتوته وحدّت من ترحاله، وتسمى مصائد البترول.
      ويصحب وجود الزيت في أغلب الأحيان بعض الغازات الهيدروكربونية مثل الميثان، والبروبان، والبيوتان التي تكون طبقة عليا فوق سطح زيت البترول في المكمن أو المصيدة، إلى جانب بعض المياه المالحة التي تشكل طبقة سفلية في المكامن.
      وقد تكون الغازات حرة طليقة في المكامن بمفردها، أو تكون في أعلى الزيت في المصائد مصاحبة له، كما قد تكون ممتزجة به تحت تأثير الضغوط التي تتعرض لها في المصيدة البترولية، وتنفصل عن الزيت إذا انخفض الضغط سواء في المصيدة أو عند الإنتاج. أما المكثفات فهي هيدروكربونات خفيفة توجد في مصيدة البترول في الصورة الغازية، ولكنها تتكثف عندما تصل إلى سطح الأرض، وتتعرض للضغط الجوي، ومنها البنتان، والأوكتان، والهكسان.


      نشأة البترول وتكونه


      هناك ثلاث نظريات تفسر نشأة البترول وتكونه هي النظرية البيولوجية أو العضوية، والنظرية الكيميائية ثم النظرية المعدنية. وتقرر النظرية الخاصة بالأصل البيولوجي أن البترول قد تكون من بقايا بعض الكائنات الحية، الحيوانية والنباتية، وبخاصة الأحياء البحرية الدقيقة ، التي تجمعت مع بقايا كائنات أخرى بعد موتها في قيعان البحار والمحيطات، واختلطت برمالها، وبرواسب معدنية أخرى، وتحولت تدريجيا إلى صخور رسوبية، وتزايد سمكها، ثم تعرضت لضغوط هائلة، وارتفعت حرارتها إلى درجات بالغة العلو بفعل تحركات القشرة الأرضية، وتأثيرات حرارة باطن الأرض، فتكونت طبقات الصخور الرسوبية التي تسمى بصخور المصدر، وفي ثناياها تحولت البقايا العضوية الغنية بالكربون والهيدروجين إلى مواد هيدروكربونية، تكون منها زيت البترول والغاز الطبيعي؛ نتيجة عوامل الضغط والحرارة والتفاعلات الكيميائية، والنشاط البكتيري الذي قام بدور مهم في انتزاع الأكسجين والكبريت والنيتروجين من المركبات العضوية بخلايا الكائنات الحية، وتنتج الصخور المولدة الغنية بالبترول كميات كبيرة منه، إلا أن ما يتحرك إلى الطبقات المجاورة قليل نسبي أما أغلب البترول فيبقى في الصخور المولدة ولا يمكن إنتاجه.
      ويضيع جزء كبير من البترول في الطريق، أثناء هجرته، بين حبيبات الصخور، وفي الشقوق والصدوع والفجوات والمغارات، أو بالتسرب إلى سطح الأرض ولا يصل إلى المكامن أو المصائد. ومن ناحية أخرى تتحكم بيئات ترسيب المواد العضوية، وخصائصها الجيولوجية، وظروفها المناخية في خصائص البترول الكيميائية من حيث مكوناته الطبيعية مثل الكثافة واللون.
      ونظرية النشأة العضوية للبترول هي الأكثر قبولا بين العلماء المعاصرين لأسباب عديدة، أولها اكتشاف الغالبية العظمى من حقول البترول في الصخور الرسوبية، وبالقرب من شواطئ البحار، أو في قيعانها مثل خليج السويس والخليج العربي وبحر الشمال. أما البترول الموجود في بعض الصخور النارية أو المتحولة، فإن مصدره هو الهجرة من صخور رسوبية مجاورة. ثانيها: أن الزيت المستخرج من باطن الأرض يحتوي، عادة، على بعض المركبات العضوية، التي يدخل في تركيبها النيتروجين والفوسفور والكبريت، وهي عناصر لا توجد في كربيدات الفلزات Carbides، بل توجد في خلايا الكائنات الحية فقط، سواء كانت حيوانية أم نباتية. وثالثها: تميز البترول بخاصية النشاط الضوئي التي تكاد تنفرد بها المواد العضوية.
      ولما كانت المواد العضوية المترسبة هي المصدر الأساسي الذي نشأ منه البترول، فإن صفاته الطبيعية وخصائصه الكيميائية تختلف باختلاف طبيعة الكائنات الحية، ومكونات الصخور الرسوبية الحاوية له، وهناك معايير ضرورية لتقويم صخور المصدر، من حيث إمكان وجود البترول فيها ونوعه، وإمكان إنتاجه، منها أن تكون صخور المصدر غنية بالمواد العضوية، وألا يقل الحد الأدنى للكربون العضوي في هذه الصخور عن 0.4 - 0.5%، ومنها تحديد أنواع المواد العضوية النباتية أو الحيوانية، التي تتحكم في نوع البترول، ومنها تعرف مستوى توليد الهيدروكربونات المولدة وطردها، ثم يأتي تقدير الاحتياطيات المؤكدة جيولوجيا، وإمكان استخراجها بالتكنولوجيا المتاحة وبالكمية المناسبة، التي ينبغي ألا تقل عن 20% من البترول المختزن في المصيدة، ويمكن أن تصل إلى 80% منه، وفي أمريكا الشمالية تعد نسبة 30-35% معدلا اقتصادياً جيداً لاستغلال الحقل البترولي. وفي تقدير المخزونات البترولية تعطي الأولوية لتحديد سمك واستمرار الصخور الخازنة Reservoir Rocks، ومسامية هذه الصخور ونفاذيتها، والضغوط التي يتعرض لها الزيت.
      والنظرية الثانية تقول بأن نشأة البترول غير عضوية، وأنه معدني الأصل، تكوّن نتيجة لتعرض بعض رواسب كربيدات الفلزات الموجودة في باطن الأرض لبخار الماء، ذلك لأن كربيد الكالسيوم يتفاعل مع الماء مكونا الهيدروكربون غير المشبع "الأسيتلين". ولكن الندرة الشديدة لرواسب الكربيدات، يصعب معها تصور أنها كانت موجودة بكميات هائلة وكافية، لتكوين ما استخرج، فعلا، من زيت البترول وما لا يزال موجوداً في باطن الأرض. وجيولوجيا فمثل هذه الكربيدات إن وجدت فلابد أن تكون في ثنايا الصخور البركانية Volcanic Rocks، بدليل خروج غازات هيدروكربونية من فوهات البراكين، بينما لا يوجد البترول إلا في طبقات الصخور الرسوبية.
      وإلى جانب النظريتين العضوية والمعدنية لنشأة البترول هناك النظرية الكيميائية، التي تفترض أن بعض الهيدروكربونات قد تكونت في الزمن القديم باتحاد الهيدروجين بالكربون، ثم انتشرت في باطن الأرض، واختزنت فيها، وتحولت إلى زيت البترول، الذي بدأ يتسرب إلى سطح الأرض عن طريق بعض الشقوق والصدوع في القشرة الأرضية، أو عن طريق حفر آبار الاستكشاف أو المياه، وظهرت الهيدروكربونات على هيئة غازات طبيعية وبترول، أو بقيت في بعض الطبقات المسامية.
      ومن قرائن النظرية الكيميائية وجود احيتاطيات هائلة من البترول في مناطق صغيرة جداً في مساحتها كالخليج العربي، تقترب من ثلثي الاحتياطي المؤكد للبترول العالمي، ولا يعقل أن تكون هذه المساحة مكان تجمع بالغ الضخامة من بقايا الكائنات الحية. وهذه النظرية تعني أن هناك احتمالات كبيرة للغاز الطبيعي والبترول في أماكن كثيرة من الأرض، وأن باطن الأرض يحتوي على مصدر لا ينضب من الهيدروكربونات المكونة للبترول. ويثق بعض العلماء من الولايات المتحدة والسويد وروسيا بصدق هذه النظرية، إذ جرى الحفر على أعماق تناهز خمسة آلاف متر أو أكثر، بل إن عمق بعض الآبار الاستكشافية في روسيا وصل إلى 15كم في الدرع الجرانيتية لشبه جزيرة "كولا" شمال الدائرة القطبية.


      البترول ومصادر الطاقة الأخرى

      أشارت مؤشرات توزيع الطاقة عالميا مع بداية عام 1998م، إلى أن البترول والغاز يمثلان نحو 60.9% من إجمالي موارد الطاقة، ويليهما الفحم بنسبة 25.3%، ثم الطاقة الهيدروكهربية "المصادر المائية" والطاقة الجديدة والمتجددة بنسبة 7.8%، بينما لم تتجاوز موارد الطاقة النووية نسبة 6%. وتصل احتياطيات الفحم إلى عدة مئات من بلايين الأطنان، تكفي لاستغلاله بنفس إسهامه الحالي ضمن موارد الطاقة في القرنين 21م،22م. والصين هي الدولة الأغنى باحتياطيات الفحم، التي تزيد عن 11-12% من الاحتياطي العالمي، وناهزت بليون طن متري في منتصف التسعينيات.
      تولدت أغلب احتياطيات الفحم في العصر الكربوني Carboniferous Period. وأرقى أنواعه هو فحم الأنثراسيت Anthracite، ثم الفحم البتيوميني "الفحم الحجري". وتقوم بعض الدول الأوروبية بتحويل الفحم إلى وقود غازي متعدد الأغراض، وبنقله عبر خطوط الأنابيب، مثل غاز الماء الهيدروكربوني Carbonated Water Gas، أو بتحويل الفحم إلى غاز وهو في باطن الأرض، مثلما تفعل أوزبكستان، التي تستخدم غازات الفحم في تشغيل محطات الكهرباء، أو كما حدث في الولايات المتحدة في فترة الحظر البترولي الذي صاحب حرب أكتوبر 1973، في ولاية وايومنج Wyoming، حيث استغلت طبقة عميقة من الفحم البتيوميني بطريقة تصلـح لاستغلال خامات الفحم التي تقع تحـت مياه البحــر.
      تقدمت طرق تحـويل الفحــم إلى وقــود سائل سـواء باستـخدام طريقــة برجيوس للهدرجة Bergius Hydrogenation Process، أو بالطريقة الشهيرة باسم طريقة فيشر - تروبش Fischer-Tropsch Process لإنتاج وقود سائل من الفحم أطلق عليه اسم سنتول Synthol أي "الزيت المخلق" الذي استخدم على نطاق واسع خلال الحرب العالمية الثانية. ويؤدي التقطير الإتلافي للفحم بتسخينه بمعزل عن الهواء إلى إنتاج غاز الفحم وقطران الفحم، ويقطر الأخير ثم يفصل إلى عدة أجزاء رئيسية هي الزيت الخفيف والزيت المتوسط والزيت الثقيل والزيت الأخضر، ونعني به زيت الأنثراسين.
      أما للطاقة الهيدروكهربية فإن إمكانات تنميتها عالية جداً، في ضوء تراجع الاعتراضات البيئية والاجتماعية على مشروعاتها، والحاجة المتزايدة إلى تنمية الموارد المائية بإقامة السدود، وينتظر أن تزداد نسبة إسهام هذا المصدر من مصادر الطاقة بنحو 2.5-3% خلال العقدين القادمين.
      وتشكل الطاقة النووية مصدراً بالغ الأهمية في مجال الاستخدامات السلمية للطاقة، وبخاصة في ضوء تناقص احتياطيات المصادر الحفرية غير المتجددة، مثل الفحم والبترول والغاز الطبيعي، وذلك على الرغم من تهديدات البيئة، ومصاعب التمويل، ومشاكل الأمان النووي. وتهتم تكنولوجيا مفاعلات القوى النووية بتطوير الأمان النووي، وعلاج مشكلتي احتمالات التسرب الإشعاعي من المفاعلات، ومخاطر التلوث الناشئ عن النفايات النووية، وبخاصة لحماية المجاري المائية والأحواض الجوفية والمزروعات، ولذلك نجد اهتماما متزايدا بمفاعلات الاندماج النووي البارد التي تحقق اعتبارات الأمان النووي، وتتميز بإنتاجها العالي من الطاقة الكهربية. ومع أن الاحتياطيات المؤكدة من اليورانيوم عالميا خارج الصين ووسط أوروبا والاتحاد السوفيتي السابق، التي تقل تكلفة استخراجها عن 30 دولار أمريكي/كيلو جرام، آخذة في الانخفاض، بسبب استمرار تعدين اليورانيوم ونمو الطلب عليه، إلا أن دولاً كاليابان بدأت بحوثها التجريبية لاستخراج اليورانيوم من مياه البحار والمحيطات.
      وهناك 32 دولة عام 1998 امتلكت 437 مفاعلا من مفاعلات القوى النووية، تنتج حوالي 352 ألف ميجاوات سنويا من الكهرباء. وتأتي الولايات المتحدة في مقدمة الدول التي تنتج الطاقة النووية من 107 مفاعل قوى تليها فرنسا، ثم اليابان ضحية قنبلتي هيروشيما Hiroshima وناجازاكي Nagasaki التي تملك 54 مفاعلاً نووياً، وبعدها إنجلترا وروسيا وألمانيا وكندا ودول أخرى تمتد حتى البرازيل وباكستان وهولندا ورومانيا التي تملك كل منها مفاعل قوى واحداً. وقد شيد 65 مفاعلاً نوويا بعد حادث مفاعل تشيرنوبل Chernobyl الأوكراني عام 1986، واكتمل بين عامي 1998م و2000م، إنشاء 48 مفاعل قوى جديداً وقود أغلبها اليورانيوم الطبيعي.
      وهناك دولاً مثل ألمانيا تعتزم إغلاق محطاتها النووية "19 محطة" بحلول عام 2021م، مع أن الطاقة النووية توفر لألمانيا ثلث احتياجاتها الكهربية، وذلك بسبب مشكلات إعادة معالجة النفايات الذرية وأماكن تخزينها، واحتمالات التلوث الإشعاعي للبيئة. والألمان يدركون التناسب الطردي بين استهلاك الطاقة والتقدم التكنولوجي، ويعرفون أن معدل استهلاك الطاقة يتزايد بصورة تفوق معدل زيادة السكان في الدول الصناعية، لذلك انصب الاهتمام الألماني على تطوير استخدامات الطاقة الجديدة والمتجددة، والتوسع في الاعتماد على الغاز الطبيعي مصدراً للطاقة.
      وتمثل الطاقة الجديدة والمتجددة، وبخاصة الشمسية، مجالا لمطامح الدول النامية التي تنفق 40% من جملة استثمارات الدولة والقطاع الخاص لتنمية مواردها من الطاقة، ولبدء مشروعات حماية البيئة من التلوث، ولكنها تواجه قيود نقل تكنولوجيا الطاقة من العالم المتقدم، ولا تزال هناك دول عديدة في الجنوب، تعتمد على الخشب وبقايا المحاصيل الزراعية من تبن وقش والمخلفات العضوية كالروث لتدبير ثلث احتياجات الريف من الطاقة.


      والطاقة الشمسية مصدر نظيف للطاقة، لا ينتج غازات أو نواتج ثانوية ضارة بالبيئة، مثل الفحم أو زيت البترول. لكن الجدوى الاقتصادية للطاقة الشمسية لم تتحقق إلا في سبعينيات القرن الماضي إبان أزمة البترول التي صاحبت حرب أكتوبر 1973. وقد استخدمت العواكس الشمسية في صهر الفلزات أو في إنتاج البخار لتوليد الكهرباء، وإن كانت تكلفتها الاقتصادية عالية؛ لافتقارها إلى تجهيزات فنية عديدة، وأجهزة حاسوب للتحكم في حركة العواكس وزواياها؛ بحيث تتبع حركة الشمس طوال اليوم. ومن الدول التي استخدمت العواكس الشمسية (سويسرا) إذ استخدمتها في المنحدرات الجبلية؛ لا سيما في جبال الألب؛ أما أجهزة تجميع حرارة الشمس فتمتص جزءا من الطاقة الحرارية لها، وتجمعها طوال اليوم، لاستخدامها في رفع درجة حرارة الماء أو الهواء في جهاز التجميع، ثم نقل الحرارة إلى الوسط المطلوب تسخينه في المنشأة، وقد يكون خزانات للمياه تحت سطح الأرض، تصل درجة حرارتها إلى 60-90؟م. وتستخدم في تصنيع أجهزة تجميع الحرارة، شرائح الألومنيوم أو النحاس أو الصلب المطلية باللون الأسود، ومعزولة عن الجو المحيط بها، ومغطاة بالزجاج أو البلاستيك - الذي يسمح بمرور الأشعة ذات الموجات القصيرة.
      بدأ استخدام البطاريات الشمسية، حديثاً، لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربية بطريقة مباشرة. وتجري الدول المتقدمة تجارب استخدام كبريتيد الكادميوم في تصنيعها لرفع كفاءاتها في توليد الطاقة، كما يجري بحوث استخدام محطات خاصة في الفضاء الخارجي تحمل البطاريات الشمسية على ارتفاع يناهز 30 ألف كم من سطح الأرض، وقد تدخل هذه المحطات حيز التطبيق في حدود عام 2010م.
      و قد بدأ استخدام مياه البحار والمحيطات في توليد الطاقة الكهربية، من خلال استخدام الفرق في درجات حرارة المياه السطحية الدافئة، والمياه الباردة في الأعماق، بين مداري السرطان والجدي، واستغلال أمواج البحر، وظاهرة المد والجزر. ويصل فرق درجات الحرارة في المناطق الواقعة على خط الاستواء إلى نحو 30 درجة مئوية.
      كانت الولايات المتحدة سباقة في تشغيل أول محطة لتوليد الكهرباء بالاستفادة من الطاقة الحرارية للمحيط في أغسطس 1979، لكن التكلفة العالية لإنشاء المحطة في وسط المياه العميقة، والتوربينات الضخمة، والمبادلات الحرارية ذات المسطحات الكبيرة تجعل هذه الطريقة محدودة الاستخدام في المستقبل المنظور. أما حركة المد والجزر الواضحة في الخلجان وبعض الجزر، فتمثل طاقة مختزنة يمكن استخدامها بإقامة سدود تفصل بين البحر والمنطقة التي تغطيها المياه في أثناء المد "حوض المد"، وبها مجموعة من التوربينات التي تحركها المياه العائدة من أمام السد إلى البحر في فترة الجزر.
      تهتم الولايات المتحدة وكندا وروسيا بإنتاج الكهرباء من حركة المد والجزر، على الرغم من التكلفة الباهظة لهذه الطاقة، أما فرنسا فقد أقامت محطة لهذا الغرض على مدخل نهر رانس Rance في منطقة بريتاني Bretagne بقدرة 240 ألف كيلو وات.
      وتعتبر حرارة باطن الأرض مصدرا مهما للطاقة في حالة وجود ينابيع حارة تسمح بإقامة وحدات توليد للكهرباء - بتكلفة منخفضة - لجمع البخار من عدة آبار، ثم ترشيحه وتمريره على التوربينات، مثلما فعلت الولايات المتحدة في محطة الينابيع الساخنة Hot Springs في كاليفورنيا وقدرتها 400 ميجاوات، وإيطاليا في محطة لاردريلو Larderello وقدرتها 300 ميجاوات، وأيسلندا ونيوزيلندا واليابان. ولكن انخفاض درجة حرارة البخار المتصاعد، وقلة ضغطه يؤديان إلى ضعف الإنتاجية مقارنة بالمحطات التي تدار بالبخار الناتج عن حرق الوقود التقليدي، إلى جانب ندرة الينابيع الحارة في أغلب الدول، مما يقلل من الاعتماد على هذا المصدر الطبيعي للطاقة.
      ومن بين أفكار تطوير استخدام مياه الينابيع الحارة في روسيا والولايات المتحدة، إمرارها على مبادل حراري لتسخين سائل أكثر تطايرا مثل الفريون، وتحويله إلى بخار يستخدم في إدارة توربينات، وعندما يبرد هذا البخار ويتكثف بعد خروجه من التوربين، يعاد إلى المبادل الحراري لتتكرر الدورة.
      وتجرى حاليا دراسات في كندا والسويد وألمانيا وروسيا وأوكرانيا وإنجلترا لاستخدام حرارة الصخور الساخنة في باطن الأرض، وتشرف معامل لوس آلاموس Los Alamos الأمريكية، منذ عام 1979م، على حفر آبار تجريبية، قرب البراكين القديمة، ولأعماق تصل إلى ثلاثة آلاف متر تحت سطح الأرض، يدفع فيها تيار من الماء ليخرج من بئر أخرى قريبة بخاراً درجة حرارته 170° - 190°م يستخدم في إدارة توربين لتوليد الكهرباء.
      استطاع الفرنسيون الوصول إلى عمق خمسة آلاف متر في الصخور الجرانيتية بالقرب من مدينة فيشي Vichy، وكان المصدر نظيفا، ولا يتطلب وسائل نقل أو تخزين، إلا أنه لم يستغل اقتصادياً بعد، ربما بسبب تسرب المياه في بعض الطبقات المسامية، أو الحاجة إلى دراسات دقيقة لنوعيات صخور باطن الأرض، وخصائصها الجيوفيزيائية، أو ضرورة خفض تكلفة إنتاج الطاقة من الصخور الساخنة على أعماق كبيرة، وتطوير طرق حفر الآبار. ومع ذلك فإن حرارة الصخور الساخنة والينابيع الحارة قد توفر 10 - 15% من الطاقة اللازمة في بعض الدول الصناعية، في الفترة من عام 2005م إلى 2010م.
      والرياح مصدر نظيف للطاقة، ولا يلوث البيئة بالضوضاء، وتقام محطاتها بجوار المناطق السكنية، وتستخدم لتوليد الكهرباء واستخراج المياه الجوفية، وهي قليلة التكاليف ولا تحتاج تقنية متقدمة، وتناسب الاستخدامات المنزلية والمشروعات الصغيرة، ولكنها لا تزال محدودة الاستخدام عالميا وإقليميا. ولا يزال استخدام غاز الهيدروجين في إنتاج الطاقة الكهربية في طور التجارب، وكذا استخدام الهيدروجين المسال في محركات الاحتراق الداخلي، وهو مصدر لا يلوث البيئة. ومن ناحية أخرى يتطور استخدام المخلفات النباتية والزراعية مصدراً ثانوياً للطاقة في الولايات المتحدة، وكذا إنتاج الغازات، وبخاصة غاز الميثان، من النفايات للاستخدامات المنزلية.
      وهكذا فإن مصادر الطاقة الجديدة والمتجددة لن تلبي، غالباً، أكثر من 20% من احتياجات الطاقة عالميا بنهاية عام 2020، وسيستمر تزايد الاعتماد على البترول والغاز الطبيعي أهم موردين للطاقة.
      لقد كان البترول والغاز يمثلان 57% من إجمالي موارد الطاقة عام 1991م، ثم ارتفعت النسبة إلى 60.9% عام 1998م، وقد تصل إلى 65% عام 2010م على الأرجح، طبقا لتوقعات وكالة الطاقة الدولية. وبوجه عام، تحقق تزايد مضطرد في استهلاك الطاقة بين عامي 1971م، 2000م، باستثناء فترات قصيرة حدثت عام 73 - 1974م خلال حرب أكتوبر، ثم في الفترة من 1979 - 1981م بسبب الركود الاقتصادي العالمي، وأخيرا عام 1990 - 1991م إبان حرب الخليج الثانية.
      بلغ استهلاك البترول خلال عام 1980 - 1981م نحو ثلاثة مليارات طن بمتوسط إنتاج يومي بلغ 60 مليون برميل / يوم، وعلى الرغم من جهود الدول المتقدمة للحد من استهلاك الطاقة، وابتكار طرق جديدة لتخزينها، والتوسع في إنتاج الطاقة الجديدة والمتجددة ، فإن استهلاك البترول يتزايد في قطاع النقل والمواصلات وصناعة البتروكيماويات. وقد بلغ حجم الطلب العالمي من البترول عام 2000م أيضا حوالي 77.3 مليون برميل / يوم، مما وصل برقم الاستهلاك عالميا إلى 3.87 مليـار طـن من البترول. ومن المنتظر أن يرتفع حجم الطلب العالمي عام 2005م إلى 85 مليون برميل / يـوم، ثم إلى 92 - 95 مليون برميل / يوم عام 2010م.


      وقد ارتفع الاحتياطي العالمي المؤكد من البترول، نتيجة جهود الاكتشافات والتنقيب المتصلة براً وبحراً، من 298 مليار برميل عام 1960م إلى 700.1 مليار برميل عام 1985م، ثم إلى 890 - 950 مليار برميل عام 2000م تعادل 121.9 - 130.1 مليار طن تحت سطح الأرض أو تحت المياه الشاطئية للبحار وفي مياه بعض البحار العميقة.
      تصل التقديرات المتوقعة للمخزون العالمي من البترول إلى 350 مليار طن، مما يتطلب مزيدا من جهود الاكتشاف والتنقيب وبخاصة في مياه البحار العميقة وفي المناطق القطبية، وفي سيبيريا وبحر قزوين بوجه خاص. ذلك لأن الوكالة السويدية للبترول أشارت في تقريرها الصادر في 4 ديسمبر 1980 عن "الاحتمالات البترولية وجيولوجيا رواسب بازينوف Bazhenov في غرب سيبيريا" إلى اكتشاف مصائد هائلة للبترول تقدر احتياطياتها بنحو 619 مليار طن أي نحو 177% من المخزون العالمي المحتمل حاليا وعلى أعماق من سطح الأرض لا تتجاوز 3500 متر، وتغطي مساحة تبلغ حوالي مليون كيلو متر مربع، ما يشير إلى أن الاتحاد الروسي يمكن أن يكون أكبر منتج عالمي للبترول إذا صدقت التقديرات السويدية، واستطاع أن يجتاز أزماته الاقتصادية والاجتماعية، وأن يمول الاستثمارات البترولية في سيبيريا بمشاركة من الشركات العالمية متعددة الجنسيات في السنوات القليلة القادمة.
      أما منطقة بحر قزوين، الذي تطل عليه روسيا وإيران وكازاخستان، وتركمنستان، وأذربيجان، فستكون ثاني أهم مناطق الطلب العالمي للبترول، مع بداية القرن الحادي والعشرين بعد الخليج العربي، متقدمة على منطقة بحر الشمال. وتتميز منطقة بحر قزوين بقربها من أسواق الاستهلاك في أوروبا الغربية والشرقية، إلى جانب ما يخطط حاليا من مشروعات كبرى لنقل البترول والغاز من بحر قزوين إلى أوروبا، وإلى شرق وجنوب شرقي آسيا، ما قد يؤثر على صادرات البترول من دول الخليج العربية بعد بضع سنوات.
      ونشير هنا إلى أن الصين رفعت عام 2001م، حجم وارداتها البترولية من الخارج إلى مليون برميل يوميا بالاعتماد الجزئي على دول الخليج العربية، وبخاصة المملكة العربية السعودية، وعلى دول بحر قزوين لتدبير احتياجاتها البترولية المتزايدة.
      أما الاحتياطيات المؤكدة من الزيت الخام في العالم فقد انخفضت من نحو 1001 مليار برميل في عام 1991م، إلى أكثر قليلا من 890 مليار برميل عام 1999م، منها 690 مليار برميل في دول أوبك، ونحو 55 مليار برميل في دول الاتحاد السوفيتي السابق، فإن صورة هذه الاحتياطيات سوف تتبدل بدرجة كبيرة عندما تتأكد تقديرات احتياطيات البترول في بحر قزوين وخليج غينيا. وللمملكة العربية السعودية احتياطي مؤكد من البترول يصل إلى 260 مليار برميل، وبعدها العراق ثم الإمارات العربية المتحدة والكويت، ولدى كل من الدول الثلاث احتياطي مؤكد يبلغ 98-103 مليار برميل. أما احتياطي بحر قزوين فيقترب من مائتي مليار برميل، وتسهم شركات أمريكية، في مقدمتها شيفرون Chevron وموبيل أويل Mobil Oil، في استكشاف البترول حول البحر وفي مياهه، وبخاصة في أذربيجان وكازاخستان، باستثمارات بلغت حتى نهاية 1997م، نحو 16.1 مليار دولار.
      ويرى الأمريكيون أن تعدد مصادر البترول سيؤدي إلى تنافس المنتجين وزيادة العرض وانخفاض الأسعار. كما أن مد خطوط أنابيب بترول وغاز طبيعي إلى أوروبا من بحر قزوين سيخفض تكلفة النقل مقارنة بمصادر البترول الأخرى، ومنها الخليج العربي ما لم تتطور كفاءة خطوط أنابيب نقل البترول العربي إلى البحر المتوسط. والملاحظ أن التطبيق قد بدأ باتفاق تركمنستان وإيران وتركيا في 28 ديسمبر 1997م في مدينة عشجاباد Ashgabat، على بناء خط أنابيب لغاز تركمنستان إلى أوروبا عبر إيران وتركيا بتكلفة 1.6 مليار دولار، وتتولى تنفيذه شركة شل ****l Oil البريطانية الهولندية.
      وتطرح تركيا حاليا مشروعا لنقل البترول بين ميناء باكو Baku في أذربيجان وميناء جيهان التركي على البحر المتوسط. ويقدر الأمريكيون أن حقول بحر قزوين سوف تنتج عام 2002م حداً أدنى يتراوح ما بين 40-45 مليون طن من البترول سنوياً، وهو ما يزيد قليلا عن إنتاج مصر الحالي من البترول، وسوف يتضاعف هذا الرقم أكثر من مرة عام 2010م، ومع ذلك فإن التقديرات الأمريكية واليابانية تتفق على أن دول آسيا بوجه عام، وشرقي القارة الآسيوية وجنوب شرقيها على وجه الخصوص ستظل تعتمد على بترول الشرق الأوسط بنسبة في حدود 90% حتى عام 2010م.
      وتعد أوبك، التي تشكل دول الشرق الأوسط أغلب أعضائها، المنتج الرئيسي للبترول في عالمنا المعاصر، وستعود نسبة إسهامها في السوق العالمية، قريباً، إلى معدل 53% الذي تحقق عام 1973م عندما أنتجت دول أوبك 31 مليون برميل/يوم. ففي أكتوبر 2000م ، بلغ إنتاج أوبك من البترول 29.51 مليون برميل/ يوم بنسبة 38.2% من الطلب العالمي للبترول الذي وصل إلى 77.3 مليون برميل/يوم. وسيتزايد هذا الطلب باضطراد حتى عام 2010م، بغض النظر عن النمو المستهدف في إنتاج الطاقة الجديدة والمتجددة والطاقة النووية.
      وفي ضوء حاجة الدول الصناعية إلى استيراد 27.3-30 مليون برميل/يوم خلال العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، اتجهت اهتمامات واشنطن إلى التفكير في المنطقتين الحيويتين الأخريين لإنتاج البترول إلى جانب الخليج العربي، وهما بحر قزوين وخليج غينيا. ويدرك الروس تزايد الاهتمام الأمريكي ببترول بحر قزوين، ويحاولون حل خلافات الدول المطلة عليه حول المياه الإقليمية، والمنطقة الاقتصادية لكل دولة فيه، وتسعى روسيا في الوقت ذاته للاتفاق مع الصين على نقل بترول وغاز بحر قزوين شرقا إلى الصين، ودول جنوب شرقي آسيا، وإلى اليابان عبر بحر اليابان، ما يخدم النمو الصناعي الآسيوي، ويمثل تحديا استراتيجيا خطيراً لمستقبل الصناعات الغربية الكبرى وأسواقها.

    • أما الغاز الطبيعي فيحتل المرتبة الثالثة في مصادر بعد زيت البترول والفحم، بفضل قيمته الحرارية المرتفعة، سواء استخدم في صورته النقية أو بعد خلطه بغاز الفحم، وقد بلغ حجم استهلاك الغاز الطبيعي على المستوى العالمي 2800 مليار متر مكعب عام 2001م. ويصاحب الغاز الطبيعي زيت البترول في أغلب الأحوال، ومع ذلك اكتشفت حديثاً مكامن منفصلة للغاز الطبيعي في الطبقات المسامية في باطن الأرض، سواء في الصحارى، أو تحت مياه البحر أو تحت الثلوج في المناطق القطبية.
      ويختلف تركيب الغاز الطبيعي من مكان لآخر. وعندما يكون الغاز الطبيعي مصاحباً للبترول في مكامنه، فإنه يكون محملاً بأبخرة بعض مكونات البترول كالجازولين، الذي تفصل أبخرته من الغاز الطبيعي بضغطه وتبريده، كما تفصل بعض الغازات الأخرى كثاني أكسيد الكربون، أو كبريتيد الهيدروجين قبل استعمال الغاز الطبيعي في الوقود.
      وهناك نظرية أخرى تبنى على وجود الغاز الطبيعي، الذي يتكون أغلبه من غاز الميثان، على هيئة هيدرات Hydrate في أعماق الأرض في المناطق الباردة، وتحت قيعان البحار والمحيطات. وتهتم بهذه النظرية الولايات المتحدة وروسيا واليابان والنرويج وألمانيا، ويقدر مخزون الغاز الطبيعي في باطن الأرض على هيئة هذه الهيدرات الصلبة بنحو ألف تريليون متر مكعب، أي 10 متر مكعب ما يغطي تماماً كل نقص متوقع لموارد الطاقة في الربع الأول من القرن الحادي والعشرين، إذا أمكن استغلال هذا المخزون بطرق عملية واقتصادية.
      وبوجه عام فإن أغنى مناطق العالم بالغاز الطبيعي هي شرق سيبيريا، ومنطقة الشرق الأوسط، خاصة إيران والسعودية وقطر ومصر والجزائر، ثم تركمنستان التي تملك ثالث احتياطي للغاز الطبيعي في العالم، وبعدها بعض مناطق أمريكا الشمالية، وتحوى جميعها 75% من المخزون العالمي المكتشف من الغاز الطبيعي.
      تستعمل في نقل الغاز الطبيعي خطوط صنعت من أنابيب الصلب، وجهزت بمحطات تقوية لزيادة ضغط الغاز، وسرعة جريانه في الأنابيب، وينقل الغاز الطبيعي بين القارات في صورة غاز مسال، كما هو الحال من الجزائر إلى فرنسا، عبر البحر المتوسط، أو من السواحل الجزائرية إلى السواحل الشرقية للولايات المتحدة عبر المحيط الأطلسي، بواسطة ناقلات خاصة. وتتجه قطر ومصر إلى إنشاء مصانع لإسالة الغاز الطبيعي أسوة بالجزائر.
      وهناك مصادر أخرى للطاقة يمكن استغلالها مستقبلاً، إلى جانب الزيت والغاز الطبيعي، مثل الطفل الزيتي أو البتيوميني Oil Shale، أو الرمال القارية Tar Sands. وتستخدم طريقة التقطير الإتلافي للحصول على الزيت من هذا الطفل في اسكتلندا واستراليا. وهناك رواسب ضخمة من الطفل الزيتي في الولايات المتحدة والبرازيل، لكن تكلفة معالجتها لا تزال غير اقتصادية، كما أن الزيت الناتج عن تقطير الطفل البتيوميني يحتوي على نسبة أعلى من الكبريت، ومن المركبات النيتروجينية، مقارنة بالبترول، وقدراً أكبر من المركبات الأوليفينية غير المشبعة التي يجب التخلص منها بالهدرجة. ومن ناحية أخرى فإن التخلص من بقايا الطفل، بعد تقطيره، مكلف اقتصاديا، وينبغي نقلها إلى مناطق غير آهلة بالسكان، مثلما يفعل الأمريكيون في كولورادو Colorado أو البرازيليون في بارانا Parana.
      وتوجد الرمال القارية في مناطق مثل شرق فنزويلا، وفي ولاية ألبرتاAlberta الكندية، وتحتوي علــى سوائل كثيفة تشبه الغاز، وقدر أقل من الهيدروكربونات المشبعة بالمقارنة بالبترول، كما تحتوي على بعض المواد الراتنجية والأروماتية، والمواد الأسفلتية المحتوية على الكبريت. وقد بدأت دول عدة استخراج الزيت من هذه الرمال بكفاءة ، دون توسع في استخدامها بسبب احتواء الزيت الناتج منها على قدر كبير من المواد الأسفلتية ذات الكثافة العالية، ما يتطلب تعديلات في نظام معامل تكرير البترول الخام وتصميمها، أو إقامة معامل تكرير خاصة للزيت الناتج من الرمال القارية كما فعلت فرنسا.
      ويعد استخدام الهيدروجين، من الخيارات الجديدة للطاقة، البديل والعملي الوحيد للطاقة المتواصلة، وللبترول بعد فصله من جزيئات الماء عن طريق الطاقة الشمسية، وهناك دول عديدة تسمح ظروفها المناخية وقدراتها الاقتصادية بالعمل في هذا الاتجاه، ونذكر منها في الأمريكتين المكسيك والأرجنتين وشيلي وولاية كاليفورنيا الأمريكية، وفي أفريقيا دول ساحل شمال أفريقيا، وجنوب أفريقيا، وفي أوروبا جنوب شبه جزيرة أيبريا، وفي الخليج العربي دول شبه الجزيرة العربية وإيران، ثم أستراليا. وهكذا ينبغي التفكير في الطاقة الجديدة والمتجددة وبدائل الطاقة المستحدثة، إذ إن احتياطيات الأوبك المؤكدة، حتى الآن، قد تنضب في حدود عام 2080م، بينما تنضب احتياطيات الدول الأخرى المنتجة للبترول، من غير أعضاء أوبك، تباعا، بين عامي 2020م، 2030م.


      مصائد البترول
      المصيدة هي نسق هندسي للطبقات الرسوبية يسمح للبترول أو الغاز أو لكليهما بالتجمع فيه بكميات اقتصادية، ويحول دون هروبهما منها، ويتخذ هذا النسق الطبقي الهندسي أشكالاً عدة، لكن تظل السمة الرئيسية للمصيدة هي وجود صخر مسامي مغطى بصخور حابسة غير منفذة. ويعد الماء عاملاً أساسياً في توجيه البترول والغاز إلى المصيدة في أغلب الحالات، مثلما يساعد في إزاحة البترول والغاز إلى فتحات الآبار في مرحلة الإنتاج، وهكذا تكون المصيدة بؤرة تبادل نشط للسوائل.

      ويسمى الجزء المنتج من مصيدة البترول بنطاق العطاء Pay zone، ويختلف سمكه من مترين في بعض حقول ولاية تكساس بالولايات المتحدة الأمريكية إلى مئات الأمتار في حقول بحر الشمال والشرق الأوسط. ومع ذلك ليس ضروريا أن تنتج كل كمية البترول في "نطاق العطاء الإجمالي"، ولذا نميز بينه وبين "العطاء الصافي" الذي يمثل السمك العمودي التراكمي للمكمن المنتج للبترول. وفي تطوير أي مكمن بترولي لا بد من تحديد نسبة المنتج الصافي إلى المنتج الإجمالي في الحقل. ويمكن إنتاج البترول من خط مستوى Spill Plane حتى قرب الهامة Crest وهي أعلى نقطة في المصيدة.

      ومن الممكن أن تحتوي المصيدة على البترول أو الغاز أو كليهما، ويمثل سطح تماس البترول والماء Oil Water Contact-OWC أعمق مستوى لإنتاج البترول، بينما يعتبر سطح تماس الغاز والبترول Gas Oil Contact-GOC أدنى مستوى لإنتاج الغاز، ومن الضروري تحديد هذين السطحين بدقة قبل حساب احتياطي البترول والغاز الطبيعي في المكمن وتقدير معدل الإنتاج.

      ومن أفضل وأحدث تصنيفات مصائد البترول ذات الجدوى الاقتصادية ما قدمه سيلي عام 1985 فإذا بدأنا بالمصائد التركيبية التي تنشأ بفعل تغييرات تكتونية أو بنائية Tectonic للصخور الرسوبية نجدها تشمل مصائد الطي المحدبة، ومصائد الصدوع. وتعد مصائد الطي المحدبة التضاعطية أكثر أنواع المصائد شيوعاً ، وتتكون بفعل تقاصر قشرة الأرض Crustal Shortening، ومن أمثلتها حقول البترول في جنوب غرب إيران، التي تشمل 16 حقلا عملاقا عند سفوح جبال زاجروس بالقرب من منطقة اندساس الصفيحة العربية تحت الصفيحة الإيرانية، وكذلك مصائد عديدة في الجانب الغربي من الخليج العربي، تتميز بأجناب ذات انحدار خفيف للطيات المحدبة العريضة، وتنتشر في حقول البترول شرقي الممكلة العربية السعودية، وأهمها حقول الغوار، أبقيق، السفانية، والخفجي. أما مصائد الطي المحدبة المحكمة فقد تكونت بفعل استجابة الطبقات الرسوبية لشد قشرة الأرض Crustal Tension ما أدي إلى تشكيل حوض رسوبي، به طيات محدبة فوق مرتفعات تكونت في العمق Deep Seated Horsts.

      وتقوم الصدوع بدور مهم ومباشر في تكوين المصائد، عندما تؤدي إلى تغيير في ترتيب الطبقات، وتعترض طبقة غير مسامية وغير منفذة هجرة البترول "وتصطاده" ، كما قد يكون للصدع دور غير مباشر في اصطياد البترول، بأن يشترك في ذلك مع ظواهر تركيبية أخرى، مثل الطي أو تغيير النفاذية. وقد يكون سطح تماس الغاز والبترول متصلا في المصيدة المحدبة المتأثرة ببعض الصدوع، وعندئذ يكون عنصر الاصطياد الرئيسي هو الطي، أو غير متصل فيكون الصدع هو العامل الرئيسي في تكوين المصيدة، أو تكون الطية المحدبة قد تأثرت بالصدع فانفصل التجمع البترولي بها إلى أجزاء.

      وتتكون مصائد الاختراق القبوي نتيجة تحرك كتل من الملح أو الطين إلى أعلى، ويندر وجود القباب الطينية، لكن القباب الملحية ظاهرة جيولوجية منتشرة، وهي تتكون نتيجة اختلاف كثافتي الملح والطبقة الرسوبية التي تعلوه، فالملح أقل كثافة، ومن ثم يندفع إلى أعلى، ويتسبب في "تقبب" الطبقات الرسوبية التي تعلوه، فإذا وجد بها البترول فإنه يتحرك نحو الجوانب الخارجية للطبقة الملحية، وينحصر بين الطبقات الرسوبية من جهة والقبة الملحية من جهة أخرى. ويؤدي النمو غير المنتظم للقباب الملحية إلى تكوين مصائد متعددة متتالية ومتنوعة كما في حقل الدمام. وأهم أسباب تكوين مصائد القباب الملحية هي اندفاع غازات مصاحبة لنشاط بركاني، ينتج عنها ترسيب الأملاح من المحاليل المائية، ثم اندفاع الكتل الملحية إلى أعلى، أو صعود المحاليل الملحية الحارة إلى أعلى من خلال ثغرات ضعيفة في الطبقات، ثم انخفاض درجات حرارتها تدريجيا مسببة ترسيب الملح، وتزايد كميته وحجمه تدريجيا، نتيجة استمرار عمليات التبريد والتبلرCrystallization ، ما يؤدي إلى اختراق القباب الملحية للطبقات الرسوبية التي تعلوها وتوغلها فيها.

      والنوع الثالث من مصائد البترول هو الطبقية منها، التي تتكون نتيجة تغييرات جانبية من حيث السماحية والنفاذية في صخور المكمن أو عدم استمراريتها، وفي هذا النوع يكون تماس الصخور المختلفة حاداً أو تدريجيا ومتوافقا. ومن أهم المصائد الطبقية تلك التي يحاط فيها صخر المكمن المنفذ بآخر غير منفذ مثل الطفل الصفحي، وبذلك يكون التغير في النفاذية أساس تكوين المصيدة .


      وتقسم المصائد الطبقية إلى مصائد غير مصاحبة لسطح عدم توافق، وأخرى مصاحبة لسطح عدم توافق، وهناك نوعان من المصائد البترولية غير المصاحبة لسطح عدم توافق، هما المصائد الترسيبية والمصائد البين تكوينية. والمصائد الترسيبية بدورها إما مصائد ترقيق Pinch-out، أو مصائد شعب مرجانية. فعندما يتضاءل سمك قطاع سميك من صخور ذات مسامية ونفاذية، ويدمج هذا القطاع في صخر طيني غير منفذ يتم اصطياد البترول في الجزء المسامي والمنفذ من القطاع. وفي مصائد الشعاب المرجانية تحاط أحجار الجير المرجانية ذات المسامية والنفاذية بصخور غير منفذة، ومن الشعاب المرجانية أنواع مستديرة، وأخرى مستطيلة يبلغ طولها مئات الأميال، وعرضها بضعة أميال مثل حقل كركوك بشمال العراق.

      ومصائد القنوات Channels عبارة عن وسط بيئي لنقل الرمال على شكل قنوات طويلة ذات مسامية ونفاذية عالية، يتم اصطياد البترول والغاز فيها. أما مصائد الحواجزBarrier Bar Traps فهي كتل رملية أو من الزلط والحصى، وتظهر غالبا بشكل جزيرة على الشاطئ، ورمالها غالباً نظيفة وجيدة التصنيف Well-sorted. وهناك حواجز رملية مطوقة بطين صفحي بحري، أو طين صفحي من بحيرات شاطئية، تكون مصائد نفطية.

      ومن العمليات البين تكوينية دور السوائل في إذابة صخور المكمن لتكسبها مسامية ثانوية، أو دور المحاليل الغنية بالمعادن في عملية السمنتة Cementation، التي تكاد تؤدي إلى تدمير مسامية الخزان البترولي. ويمكن أن تؤدي هذه العمليات إلى تكوين مصيدة بترولية إذا اعترض نطاق مسمنت طريق بترول أو غاز يتحرك إلى أعلى في طبقة منفذة. كذلك يمكن اصطياد البترول أو الغاز في نطاق معين بسبب نشوء مسامية ثانوية في حيز محلي في صخور مسمنتة، وقد تتسبب عملية "التدلمت" Dolomitization في تكوين مصائد نفطية بين تكوينية غير منتظمة؛ لأن الدولوميت يشغل حيزا فراغيا أقل من الحجم الأصلي الذي كان يشغله الحجر الجيري.

      أما المصائد المصاحبة لسطح عدم توافق فتنشأ نتيجة عمليات تآكل Erosion تؤدي إلى تكوين سطح عدم توافق يفصل بين صخور منفذة وصخور غير منفذة، وعندئذ يتم تكوين مصيدة البترول في الصخور المنفذة أعلى سطح عدم التوافق أو أسفله.

      والنوع الرابع هو مصائد البترول الهيدروديناميكية حيث تقوم قوة الماء بدور أساسي في منع البترول من التحرك في اتجاه أعلى الميل في الطبقة الرسوبية، إذ يعترض الماء المتحرك هيدروديناميكيا في اتجاه أسفل الميل السوائل البترولية الصاعدة إلى أعلى عندما تكون القوة الهيدروديناميكية للماء أكبر من القوة الناتجة من قابلية طفو قطرات البترول في الماء Buoyancy، وبذلك يمنع الماء تحرك البترول لأعلى، ما يمكِّن من اصطياده دون الحاجة إلى وجود حاجز غير منفذ .

      والنوع الخامس هو مصائد البترول المركبة التي تتكون من عنصر طبقي نشأ عن وجود حافة فاصلة بين طبقات منفذة وأخرى غير منفذة، وعنصر تركيبي نتج عن حركات بنائية للقشرة الأرضية تسمى بالحركات التكتونية. ومن أمثلتها اصطياد البترول في مواجهة صدعFault ، وهو عنصر تركيبي، في طبقة رملية أحاطت حوافها طبقة غير منفذة تمثل عنصرا طبقيا، ومصيدة طبقية مصاحبة لسطح عدم توافق تم طيها لاحقا (الشكل الرقم 9). وتعطي المصائد المتعددة التي يواكب تكوينها نشوء القباب الملحية أمثلة لكل أنواع مصائد البترول من تركيبية أو طبقية أو مركبة.

      ونشير أخيراً إلى تلك الأشكال الهندسية التي تمثل مصائد محتملة للغاز أو البترول ولكنها خاوية منهما، وأحيانا تعلوها أو تبطنها طبقات حاملة للمياه الجوفية خالية من آثار البترول. وقد يحدث ذلك نتيجة لاصطياد الرواسب البترولية قبل وصولها للمصائد الخاوية، أو لأنها لم تمر على تلك المصائد، أو لعدم توفر صخور مصدر مناسبة في أماكن وجود المصائد الخاوية.

    • النفط وحقوله في العالم





      المقدمة :
      لقد تغيرت نمط الحياةعلى الارض واصبحت البشرية تعتمد على البترول ومشتقاته في سبيل الحياة حتى في توفير الغذاء مما جلب مع هذا التغير مخاطر كثيرة تهدد صحة الانسان والبيئة ومصادر الحياه( الماء، الهوا والتربة) بفعل تعمق مخاطر تلوث البيثة نتيجة الاستخدام المفرط لمصادر الطاقة ومنها البترول ، وفي نفس الوقت يتواجد تحديات خطير قد تؤدي ذلك الى تراجع الاقتصاد العالمي وبالتالي تراجع مسيرة تطور الحياة البشرية ، وهذا ما يدعونا جميعا وخاصة المهتمين بأهمية ومخاطر وتحديات البترول في الوقوف عليه بجدية من أجل استغلال البترول بشكل يؤمن ضمان تطور التنمية المستدامة وهذا هو فحوى الدافع الذي دفعني في أعداد هذا الكتاب ليستلح شعبنا بهذا العلم والذي بواسطته يمكن إتخاذ الاجراءات الفعالة في تسخير البترول لخدمة الانسان ولتلافي مخاطر وتحديات البترول .
      ::الــتعريـــــف::
      النفط أو البترول (كلمة مشتقة من الأصل اللاتيني بيترا والذي يعني صخر، "أوليوم" والتي تعني زيت)، ويطلق عليه أيضا الزيت الخام، كما أن له اسم دارج "الذهب الأسود"، وهو عبارة عن سائل كثيف، قابل للاشتعال، بني غامق أو بني مخضر، يوجد في الطبقة العليا من القشرةالأرضية. وهو يتكون من خليط معقد من الهيدروكربونات، وخاصة من سلسلة الألكانات، ولكنه يختلف في مظهره وتركيبه ونقاوته بشدة من مكان لأخر. وهو مصدر من مصادر الطاقة الأولية الهام للغاية (إحصائيات الطاقة في العالم). البترول هو المادة الخام لعديد من المنتجات الكيماوية، بما فيها الأسمدة، مبيدات الحشرات، اللدائن .
      . ::منشأ البترول::
      المنشأ الحيوي ينظر معظم الجيولوجيين إلى الزيت الخام، مثل الفحم والغاز الطبيعي، أنه ناتج من تأثير الضغط والحرارة على النباتات القديمة على مر العصور الجيولوجية. وطبقا لهذه النظرية، فقد تكون البترول من تحلل بقايا الحيوانات البحرية ونباتات ما قبل التاريخ. وبمرور قرون عديدة فإن هذه المادة العضوية، إختلطت بالطين، ودفنت تحت طبقات رسوبية من المواد. وأدت الحرارة والضغط الشديدين ألى تحول هذه الحيوانات والنباتات إلى مادة شمعية تسمى كيروجين، وإلى
      هيدروكربونات سائلة وغازية في عملية تعرف بالتطور التدهوري. وانتقلت هذه المادة خلال طبقات الصخور المجاورة حتى تم إحتجازها تحت الأرض في صخور مسامية تسمي المستودعات، مكونة حقل زيت، والتي يمكن استخلاص السائل منها بالحفر ثم الضخ. المنشأ غير الحيوي توماس جولد كان أكثر العلماء الغربيين تأييدا للنظرية الروسية-الأوكرانية المنشأ الغير حيوي للبترول. وهذه النظرية تفترض ان كميات ضخمة من الكربون الموجود طبيعيا على الأرض، بعضه في شكل هيدروكربونات. ونظرا لأن الهيدروكربونات أقل كثافة من الموائع المسامية، فإنه يتجه للأعلى. وتحوله أشكال الكائنات الدقيقة إلى ترسبات هيدروكربونية عديدة. وأثبتت حسابات الديناميكا الحرارية والدراسات العملية أن "إن-ألكانات" (المكون الرئيسي للبترول) لا تنتج تلقائيا من الميثان في الضغوط الموجودة في الأحواض الرسوبية، وعلى هذا فإن نظرية المنشأ الغيرحيوي للهيدروكربونات تفترض التكون العميق.
      ::تركيب البترول::
      أثناء عمليات التصفية، يتم فصل الكيماويات المكونة للبترول عن طريق التقطير التجزيئي، وهو عملية فصل تعتمد على نقط الغليان النسبية (أو قابلية التطاير النسبية). المنتجات المختلفة (بالترتيب طبقا لنقطة غليانها) بما فيها الغازت الخفيفة (مثل: الميثان، الإيثان، البروبان) كالتالي: البنزين، وقود المحركات النفاثة، الكيروسين، الديزل، الجازولين، شموع البرافين، الأسفلت، وهكذا. والتقنيات الحديثة مثل فصل الألوان الغازي، Hplc، فصل ألوان غازي-مطياف كتلة، يمكن أن تفصل بعض الأجزاء من البترول إلى مركبات فردية، وهذه طريقة من طرقالكيمياء التحليلية، تستخدم غالبا في أقسام التحكم في الجودة في مصافي البترول. ولمزيد من الدقة، فإن البترول يتكون منالهيدروكربونات، وهذه بدورها تتكون منالهيدروجين، والكربون، وبعض الأجزاء غير الكربونية والتي يمكن أن تحتوي على النيتروجين، الكبريت، الأكسجين، وبعض الكميات الضئيلة من الفلزات مثل الفاناديوم أو النيكل، ومثل هذه العناصر لا تتعدى 1% من تركيب البترول. وأخف أربعة ألكانات هم: ميثان Ch4، إيثان C2h6، بروبان C3h8، بيوتان C4h10. وهم جميعا غازات. ونقطة غليانهم -161.6 C° و -88 C° و -42 C° و -0.5 C°، بالترتيب (-258.9، -127.5، -43.6، -31.1 F°) مدى السلاسل C5-7 كلها خفيفة، وتتطاير بسهولة، نافثا نقية. ويتم استخدامهم كمذيبات، سوائل التنظيف الجاف، ومنتجات التجفيف السريع الأخرى. أما السلاسل من C6h14 إلى C12h26 تكون مختلطة ببعض وتستخدم في الجازولين. ويتم صنع الكيروسين من السلاسل C10 إلى C15، ثم وقود الديزل/زيت التسخين في المدى من C10 إلى C20، و يتم استخدم زيوت الوقود الأثقل من ذلك في محركات السفن. وجميع هذه المركبات البترولية سائلة في درجة حرارة الغرفة. زيوت التشحيم والشحم شبه الصلب (بما فيه الفزلين) تتراوح من C16 إلى C20. السلاسل الأعلى من C20 تكون صلبة، بداية من شمع البرافين، ثم بعد ذلك القطران، القار، الأسفلت. مدى درجات الغليان لمكونات البترول تحت تأثير الضغط الجوي في التقطير التجزيئي بالدرجة المئوية: إثير بترول: 40 – 70 C° يستخدم كمذيب بنزين خفيف: 60 – 100 C° يستخدم كوقود للسيارات بنزين ثقيل: 100- 150 C° يستخدم كوقود للسيارات كيروسين خفيف: 120 – 150 C° يستخدم كمذيب ووقود للمنازل كيروسين: 150 – 300 C° يستخدم كوقود للمحركات النفاثة زيت الغاز: 250 – 350 C° يستخدم كوقود للديزل / للتسخين زيت تشحيم: > 300 C° يستخدم زيت محركات الأجزاء التبقية: قار، أسفلت، وقود متبقي. ::استخلاص البترول::



      بصفة عامة فإن المرحلة الأولى في استخلاص الزيت الخام هي حفر بئر ليصل لمستودعات البترول تحت الأرض. وغالبا ما يتم حفر عديد من الآبار لنفس المستودع، للحصول على معدل استخراج اقتصادي. وفي بعض الآبار يتم ضخ الماء، البخار، مخلوط الغازات المختلفة للمستودع لإبقاء معدلات الاستخراج الاقتصادية مستمرة. وفي حالة أن الضغط تحت الأرض في مستودع الغاز كافي، عندها سيجبر الزيت على الخروج للسطح تحت تأثير هذا الضغط. الوقود الغازي أو الغاز الطبيعي غالبا ما يكون متواجد، مما يزيد من الضغط الموجود تحت الأرض. وفي هذه الحالة فإن الضغط يكون كافي لوضع كمية كافة من الصمامات على رأس البئر لتوصيل البئر بشبكة الأنابيب للتخزين، وعمليات التشغيل. ويسمى هذا استخلاص الزيت المبدئى. وتقريبا 20% فقط من الزيت في المستودع يمكن استخراجه بهذه الطريقة. وخلال فترة حياة البئر يقل الضغط، وعند حدود معينة لا يكون كافيا لدفع الزيت للسطح. وعندها، لو أن المتبقى قى البئر كافي اقتصاديا، وغالبا ما يكون كذلك، يتم استخراج الزيت المتبقي في البئر بطريقة استخراج الزيت الإضافية. شاهد إتزان الطاقة، وصافي الطاقة. ويتم استخدام تقنيات مختلفة في طريقة استخراج الزيت الإضافية، لاستخراج الزيت من المستودعات التي نفذ ضغطها أو قل. يستخدم أحيانا الضخ بالطلمبات مثل الطلمبات المستمرة، وطلمبة الأعماق الكهربية (electrical submersible pumps ESPs) لرفع الزيت إلى السطح. وتستخدم تقنية مساعدة لزيادة ضغط المستودع عن طريق حقن الماء، إعادة حقن الغاز الطبيعي، رفع الغاز وهذا يقوم بحقن الهواء، ثاني أكسيد الكربون أو غازات أخرى للمستودع. وتعمل الطريقتان معا المبدئية والإضافية على استخراج ما يقرب من 25 إلى 35% من المستودع. المرحلة الثالثة في استخراج الزيت تعتمد على تقليل كثافة الزيت لتعمل على زيادة الإنتاج. وتبدأ هذه المرحلة عندما لا تستطيع كل من الطريقة المبدئة، والطريقة الإضافية على استخراج الزيت، ولكن بعد التأكد من جدوى استخدام هذه الطريقة اقتصاديا، وما إذا كان الزيت الناتج سيغطي تكاليف الإنتاج والأرباح المتوقعة من البئر. كما يعتمد أيضا على أسعار البترول وقتها، حيث يتم إعادة تشغيل الآبار التي قد تكون توقفت عن العمل في حالة ارتفاع أسعار الزيت. طرق استخراج الزيت المحسن حراريا (Thermally-enhanced oil recovery methods TEOR) هي الطريقة الثالثة في ترتيب استخراج الزيت، والتي تعتمد على تسخين الزيت وجعله أسهل للاستخراج. حقن البخار هي أكثر التقنيات استخداما في هذه الطريقة، وغالبا مع تتم (TEOR) عن طريق التوليد المزدوج. وفكرة عمل التوليد المزدوج هي استخدم تربينة (توربينة) غاز لإنتاج الكهرباء واستخدام الحرارة المفقودة الناتجة عنها لإنتاج البخار، الذي يتم حقنه للمستودع. وهناك تقنية أخرى تستخدم في طريقة (TEOR)، وهي الحرق في-الموضع، وفيها يتم إحراق الزيت لتسخين الزيت المحيط به. وأحيانا يتم استخدام المنظفات لتقليل كثافة الزيت. ويتم استخراج ما يقرب من 5 إلى 15% من الزيت في هذه المرحلة ,,؛؛طرق أخرى لإنتاج الزيت؛؛,, نظرا للزيادة المستمرة في أسعار البترول، أصبحت الطرق الأخرى لإنتاج الزيت محل إهتمام. وأصلح هذه الأفكار هو تحويل الفحم إلى زيت والتي تهدف إلى تحويل الفحم إلى زيت خام.وكانت تعرف "إيرساتز" ("الاستبدال" ). وقد تم توقف هذه الطريقة بعد ذلك نظرا لأن تكاليف إنتاج البترول الطبيعي أقل منها. ولكن بالنظر إلى ارتفاع أسعار البترول المستمر، فإن تحويل الفحم إلى بترول قد يكون محل تفكير. وتتضمن الطريقة تحويل رماد الفحم إلى زيت في عملية متعددة المراحل. ونظريا فإن طن من الفحم ينتج نقريبا 200 لتر من الخام، بمنتجات تتراوح من القار إلى الكيماويات النادرة. ::تاريخ البترول:: تم حفر أول بئر للبترول في الصين في القرن الرابع الميلادي أوقبل ذلك. وكان يتم إحراق الزيت لتبخير الماء المالح لإنتاج الملح. وبحلول القرن العاشر، تم استخدام أنابيبالخيرزان لتوصيل الأنابيب لمنابع المياه المالحة. في القرن الثامن الميلادي، كان يتم رصف الطرق الجديدة فيبغداد باستخدامالقار، الذي كان يتم إحضاره من من ترشحات البترول في هذه المنطقة. في القرن التاسع الميلادي، بدأت حقول البترول في باكو، أذربيجان بإنتاج البترول بطريقة اقتصادية لأول مرة. وكان يتم حفر هذه الحقول للحصول على النفط، وتم وصف ذلك بمعرفة الجغرافي ماسودي في القرن العاشر الميلادي، وأيضا ماركو بولو في القرن الثالث عشر الميلادي، الذي وصف البترول الخارج من هذه الآبار بقوله أنها مثل حمولة مئات السفن. شاهد أيضا الحضارة الإسلامية. ويبدأ التاريخ الحديث للبترول في عام 1853، باكتشاف عملية تقطير البترول. فقد تم تقطير البترول والحصول منه على الكيروسين بمعرفة إجناسى لوكاسفيز، وهو عالم بولندي. وكان أول منجم زيت صخري يتم إنشائه في بوربكا، بالقرب منكروسنو في جنوب بولندا، وفي العام التالي لذلك تم بناء أول معمل تكرير (في الحقيقة تقطير) في يولازوفايز، وكان أيضا عن طريق لوكاسفيز. وإنتشرت هذه الاكتشافات سريعا في العالم، وقام ميرزوف ببناء أول معمل تقطير في روسيا في حقل الزيت الطبيعي في باكو في عام 1861 بئر بترول في كاليفرونيا، 1938 وبدأت صناعة البترول الأمريكية باكتشاف فإيدوين راك للزيت في عام 1859، بالقرب م تيتوسفيل - بنسلفانيا. وكان نمو هذه الصناعة بطيء نوعا ما في القرن الثامن عشر الميلادي، وكانت محكومة بالمتطلبات المحدودةللكيروسين ومصابيح الزيت.
      الخاتمة..
      مستقبل صناعة النفط : يتوقع معظم الخبراء بأن الطلب العالمي على النفط سيستمر في الزيادة في السنوات المقبلة. كما يتنبأ ون بأن اعتماد العالم على الزيت من الشرق الأوسط سيزداد. وإضافة إلى ذلك، يعتقد كثير من الخبراء أن النفط سيصبح شحيحًا في أواسط هذا القرن مالم يُعثر على تراكمات جديدة ضخمة. والحل بعيد المدى الوحيد لأزمة الطاقة، هو إدخال مصادر بديلة للوقود. وقد طور العلماء أساليب لتحويل الفحم الحجري إلى زيت وغاز، ولإنتاج الزيت من الرمال القارية وطَفْل الزيت. ومازالت أنواع الوقود الاصطناعي مكلفة بشكل يحول دون إنتاجها تجاريًا على نطاق واسع. أما إذا استمرت أسعار الزيت في الازدياد، فقد تتمكن أنواع الوقود الاصطناعي أخيرًا من منافسة النفط في التكلفة. وستمر سنوات عديدة على الأرجح قبل أن تمثل مصـادر الوقـود البديلـة إسهامًـا رئيسيًا لمــوارد العــالم من الطاقة. وحتى ذلك الحين، ستظل شركات الزيت، ومستهلكو الزيت بحاجة إلى المحافظة على الاحتياطيات الموجـودة باستخدام الطاقـة بأقصى كفـاءة وضآلـة ممكنتين.