تبلیغات
دختر زمین شناس
قالب وبلاگ

دختر زمین شناس
تنها جایی که برای زندگی کردن داریم زمین است...مواظبش باشیم 
(Fission Track) اثر شکافت

    مقدمه
    بخش مهمی از تحقیقات تکتونیکی جدید، تعیین نرخ فرآیند های فرسایشی، حرارتی و دگرریختی می باشد که تکامل سیستم های کوهزایی را مشخص می کند. از جمله ی این تحقیقات موارد زیر می باشد:
    - مطالعه ی سن تبلور سنگ ها و کانی ها ( ژئوکرونولوژی)
    - مطالعه ی تاریخچه حرارتی سنگ ها ( ترموکرونولوژی )
    - و...
  یکی از مهمترین مباحث علم زمین شناسی و ژئوکرونولوژی تعیین سن سنگ ها، کانی ها و رخداد های زمین شناسی است. چرا که اهمیت بسیار زیادی در تعبیر و تفسیر های زمین شناسی و همچنین کشف معادن ناشناخته و یا پنهان دارد.
    فرایند ها ی واپاشی رادیواکتیو معمولا برحسب تبدیل خود به خودی ایزوتوپ مادر به ایزوتوپ دختر انجام می پذیرد. بنابراین با اندازه گیری مقدار واپاشی رادیواکتیویته ایزوتوپ های رادیواکتیو با یک نیمه عمر معلوم، زمین شناسان می توانند سن مطلق کانی های اولیه را بدست آورند.

    t= (1 ⁄ λp)ln[(nd- ndo ⁄np)+1].
    ثابت واپاشی ایزوتوپ مادر = λp
    تعداد ایزوتوپ های مادر= λp
    تعدادکل ایزوتوپ دختر = nd
    تعداد اتم های غیر رادیوژنیک دختر = ndo



  ژئوکرونولوژی اثرشکافت (Fission track geochronology)
    یکی از روش های اساسی در تعیین سن سنگ ها ، کانی ها و حوادث زمین شناسی که امروزه در سراسر دنیا مورد استفاده قرار می گیرد، روش Fisssion track (اثر شکافت) می باشد. این روش با کمک یک راکتور با شار نوترونی (flux neutron) صورت می گیرد. این تکنیک بر مبنای تاثیرات ثانویه ی واپاشی رادیواکتیویته به جای انباشت ایزوتوپ های دختر می باشد. اگر چه واپاشی U238 در یک کانی موجب انتشار ذره a می شود، ولی سهم کوچکی توسط شکافت خود بخودی صورت می گیرد که هر واکنش شکافتmev 200 ~ انرژی جنبشی ایجاد می کند که ایجاد یک سری آسیب های خطی (اثر شکافت) در اثر شکافت خود بخودی اتم های اورانیم ، در کانی های حاوی اورانیم(آپاتیت و زیرکن) می شود.

    تعداد این اثرات در یک نمونه (nft) به تعداد U 238 موجود بستگی دارد:
    NFT= (λ238U(FT) ⁄ λ238U) 238U(eλ238t- 1)
    ثابت واپاشی برای شکافت (λ238U(FT) = 238U (~7 ´ 10-17 yr -1

    بنابراین با کمک این معادله و محاسبه ی حجم اورنیم و شمارش تعداد اثرات انباشته شده می توان زمان را برای نمونه های زمین شناسی بدست آورد.
    حجم اورانیم موجود در کانی را می توان با استفاده از قرار دادن کانی در معرض نوترون های حرارتی تعیین نمود. بدین صورت که با در معرض قرار گیری کانی در برابر نوترون های حرارتی ، شکستگی در اتم های U 235 رخ می دهد و ایجاد اثرات شکافت جدید می کند . با محاسبه ی تراکم این اثرات و فراوانی نوترون ها، مقدار U235 محاسبه می شود. و با کمک ارتباط ثابت بین U235 و U238 می توان مقدار U238 را نیز بدست آورد. (نسبت ثابت U 238 U/235)
    تعداد اثرات را هم می توان با کمک شمارش در زیر میکروسکوپ نوری محاسبه نمود. اما از آنجایی که اثرات شکافت در یک مقیاس اتمی مشخص شده اند، بنابراین برای این که زیر میکروسکوپ نوری قابل دیدن باشند نیاز به تکنیک های شیمیایی (Etching) دارند.
    اثرات شکافت از نطر گرمایی ناپایدارند و در دماهای بالا سریعا از بین می روند. این به دلیل بازسازی شبکه ی بلوری و مناطق اسیب دیده می باشد. در نتیجه در یک محیط نسبتا پایدار که درجه حرارت به عنوان تابعی از عمق افزایش می یابد ، طول اثر شکافت و سن آن مرتبا با افزایش عمق کاهش می یابد. به طور مثال اگر سن اثر شکافت را در نمونه های زیر سطحی اندازه بگیریم در می یابیم که در درجه حرارت بیشتر از 0C 70 ~ سن ها به طور افزایشی تا صفر کاهش می یابند. (در حدودoC 120 ).
    بنابراین گرمایش صعودی در کانی ها از جمله زیرکن و آپاتیت برای مدت طولانی (~106 سال ) می تواند علت از بین رفتگی اثرات شکافت باشد. در زیر یک دمای بحرانی مشخص به نام بستگی حرارتی (closure temperature) اثرات شکافت شروع به انباشته شدن می کنند.
    تفسیر اطلاعات ترموکرونومتری بر مبنای مفهوم بستگی حرارتی می باشد، که برای آپاتیت در حدود 20 oC ±100 می باشد. یعنی در درجه حرارت های کمتر از 60 – 70oC اثرات تولید شده حفظ می شوند و از بین رفتگی شان نسبتا کمتر است. در محدوده حرارتی 60o – 70o و 110o – 140o زون از بین رفتگی بخشی می باشد که میانگین طول های اثر در این زون به طور مثال 8-13 mm می باشد. و سرانجام در درجه حرارت های بالای بستگی حرارتی (140- 110( اثرات تشکیل شده سریعا از بین می روند و سن اثر شکافت به صفر می رسد. اما اگر بعد از دوره ی پایداری نسبی ، پوسته در طی بالا آمدن سریعا خنک شود زون از بین رفتگی بخشی (PAZ) قدیمه ممکن است حفظ شود.


    روش های آزمایشگاهی
    ابتدا مقداری از نمونه را خرد کرده (crushing) سپس آن را الک می کنند (sieving) بعد از آن با کمک wilfley table و مایعات سنگین آن ها را تفکیک می کنند. مقدار مناسبی از کانی را برروی اسلاید های شیشه ای سوار کرده و برای این که سطوح داخلی نمونه ها نشان داده شوند آن ها را ساییده و صیقل می دهند.
    همانطور که گفته شد برای آن که اثرات بزرگتر نشان داده شوند آن ها را با محلولی مناسب (Koh – Naoh) تحت شرایط خاص (20 ثانیه در دمای 21 درجه) ، در سطح خوردگی شیمیایی (eatching) ایجاد می کنند. سپس آن ها را توسط یک میکروسکوپ پتروگرافی بررسی کرده و تعداد اثرات شکافت خودبخودی U238 را در یک سانتی متر مربع می شمارند.
    درمرحله ی بعد لازم است که نمونه کانی مورد بررسی را در دمای مناسبی حرارت داده تا تمامی اثرات حاصل از شکست خودبخودی از بین رفته سپس آن را تحت تابش نوترون های حرارتی در یک راکتور هسته ای قرار می دهند تا این بار بر اثر شکست القایی U 235 ، اثرات جدیدی در آن پدیدار شود. نمونه را برای بار دوم دچار خوردگی شیمیایی کرده و اثر های جدید موجود در آن را می شمارند. حال با استفاده از تعداد اثر های حاصل از شمارش هر دو مرحله ، دوز نوترونی(Neutron Dose) یعنی جمع نوترون های تابیده شده به نمونه ، می توان سن نمونه کانی مورد مطالعه را بدست آورد. بنابراین می توان با استفاده از معادلات تجربی ، با داشتن سن ، طول اثر و تراکم شکافت ، تاریخچه حرارتی را بدست آورد.
    زیرکن نیز که یک کانی فرعی در سنگ های آذرین و دگرگونی محسوب می شود و در طی فرسایش و حمل و نقل خیلی پایدارند و همچنین یکی از دانه های تخریبی معمول در رسوبات می باشند، نیز شامل مقادیری U (100 PPM) می باشد. همانند آپاتیت اثرات شکافت در زیرکن نیز با افزایش دما از بین می رود ، منتهی در دماهای بسیار زیادتر نسبت به آپاتیت.
    به طور کل، درجه بستگی حرارتی در زیرکن بیشتر مورد بحث می باشد ، اما بین 210 oC – 310oC مطرح شده است. در نتیجه آپاتیت برای مطالعات ترموکرونولوژیکی مناسب تر می باشد. زیرا اطلاعات راجع به سینتیک از بین رفتنشان بیشتر در دسترس می باشد و همچنین آنها بالاتر از یک محدوده حرارتی از بین می روند که با فرآیند های زمین شناختی کم حرارت (low temprature ) از جمله تولید نفت و حفظ آن همزمان است.
    اهمیت مطالعه اثرات شکافت
    زمان سنجی اثر شکافت (fission track dating ) یکی از تکنیک های زمان سنجی رادیومتریک ، براساس آنالیز آسیب های ایجاد شده در نتیجه ی شکست خود به خودی در کانی های حاوی اورانیم می باشد.
    در سال 1962 نشان داده شد که به وسیله ی خوردگی شیمیایی کانی های حاوی اورانیم می توان این اثرات را توسط یک میکروسکوپ نوری نشان داد. (price & walker 1962) . یک سال بعد اولین زمان اثر شکافت به دست آمد. (price & walker 1963)
    نخستین کاربرد این تکنیک به خصوص در ارزیابی سن اثرات شکافت موجود در زیرکن و آپاتیت جدا شده از سنگ های آذرین یا دگرگونی تکیه داشت اما تحقیقات تفصیلی بعدی نشان داد که علی رغم آن می تواند اطلاعات مفید دیگری از جمله درجه حرارت قدیمه را نیز در اختیار بگذارد.
    آنالیز اثرات شکافت آپاتیت (AFTA) یکی از روش های کسب اطلاعات در مورد تاریخچه حرارتی در رسوبات می باشد. در مناطقی که در گذشته گرم شده اند ، AFTA ، تخمینی از حداکثر درجه حرارت قدیمه و زمانی را که یک مقطع رسوبی از آن ماکزیمم درجه حرارت شروع به سرد شدن می کند را فراهم می سازد.
    از بین رفتگی حرارتی توسط کوتاه شدگی طول اثر منعکس می شود با اندازه گیری طول این اثرات و تعیین سن یک نمونه کانی می توان اطلاعاتی راجع به تاریخچه حرارتی اش فراهم ساخت.
    بنابراین بررسی اثرات شکافت در مطالعه تاریخچه حرارتی سکانس های حاوی سنگ منشا مهم می باشد و می تواند اطلاعات مهمی را در فهم زمان مهاجرت نفت ارائه دهد.
    AFTA در تمامی سکانس ها از جمله سنگ های پالئوزوییک پیشین و حتی سنگ های پرکامبرین کاربرد دارند. همچنین علی رغم کاربرد های چینه شناسی زمانی و حرارت قدیمه ، ابزاری پر قدرت را برای شناسایی منشا رسوبی و تکامل کمربند های کوهستانی(مقدار بالاآمدگی و زمان بالاآمدگی) و زمان سنجی اشیا باستانی فراهم می سازد.

    منابع:
    John C. Weber, David A. Ferrill, Mary K. Roden-Tice;(2001); Calcite and quartz microstructural geothermometry of low-grade metasedimentary rocks, Northern Range, Trinidad, Journal of Structural Geology 23 (2001) 93–112

    P. F. Green, P. F. GREEN, K. THOMSON, and J. D. HUDSON; Recognition of tectonic events in undeformed regions: contrasting results from the Midland Platform and East Midlands Shelf, Central EnglandJournal of the Geological Society, 2001; 158: 59 - 73. [Abstract]

    Jiří FILIP and Václav SUCHÝ; Fission-track Analysis (FTA) as a Tool to Reveal Thermal Evolution of Rocks: First Application in the Czech Republic,GeoLine (Praha), 8 (1999)

    K. V. Hodges; Geochronology and Thermochronology in Orogenic Systems

    J. E. Huntoon, P. L. Hansley, and N. D. Naeser; The Search for a Source Rock for the Giant Tar Sand Triangle Accumulation, Southeastern Utah, AAPG Bulletin, V. 83, No. 3 (March 1999), P. 467–495.

    Shari Kelley, Apatite Fission-Track Thermochronology Results from the Colorado Plateau


    Bernhard StoÈ ckhert , Manfred R. Brix , Reiner Kleinschrodt , Anthony J. Hurford, Richard Wirth ; Thermochronometry and microstructures of quartz_a comparison with experimental flow laws and predictions on the temperature of the brittle±plastic transition; Journal of Structural Geology 21 (1999) 351±369

    Apatite Fission Track Analysis (AFTA®) & ZIRCON FISSION TRACK ANALYSIS ; www.geotrack.com.au

    Geochronology Group, Fission track Dating; www.minpet.ugent.be

    P. J. Patchett and S. D. Samson; Ages and Growth of the Continental Crust from Radiogenic Isotopes


    قدرت ترابی ؛ اثر شکافت و استفاده از آن در تعیین سن موسکوویت های موجود در پگماتیت های منظقه جندق(ایران مرکزی-شمال شرق منطقه اصفهان) ؛مركز تكنولوژی هسته ای اصفهان، MNSR.(چکیده)




طبقه بندی: زمین شناسی نفت، زمین شناسی ساختمانی،
[ دوشنبه 26 تیر 1391 ] [ 07:54 قبل از ظهر ] [ راحله مظلومی ] [ نظرات ]
.: Weblog Themes By WeblogSkin :.
درباره وبلاگ

من راحله مظلومی، فارغ التحصیل رشته زمین شناسی محض هستم...زمین را خیلی خیلی دوست دارم...
این وبلاگ برای همه زمینی هاست...

مشاور پایان نامه های تخصصی کارشناسی زمین شناسی
بررسی های زمین شناسی
کار با gps و نرم افزار mapsurce و آموزش آن
رسم نقشه ( زمین شناسی، توپوگرافی، ...)
آموزش نرم افزار های زمین شناسی: ... gis , rockwork, surfer 8 & 9 , dips
rmazloomi.zamin@yahoo.com

نویسندگان
آخرین مطالب
لینک دوستان
نظر سنجی
نظر شما در مورد وبلاگ دختر زمین شناس چیست؟






ابر برچسب ها
آمار سایت
بازدیدهای امروز : نفر
بازدیدهای دیروز : نفر
كل بازدیدها : نفر
بازدید این ماه : نفر
بازدید ماه قبل : نفر
تعداد نویسندگان : عدد
كل مطالب : عدد
آخرین بروز رسانی :
امکانات وب