مقاله خصوصيات مغناطيسي سنگ ها و مغناطيس زمين (docx) 8 صفحه
دسته بندی : تحقیق
نوع فایل : Word (.docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد صفحات: 8 صفحه
قسمتی از متن Word (.docx) :
خصوصيات مغناطيسي سنگ ها و مغناطيس زمين
1-1- خواص مغناطيسي کاني ها
ذرات باردار(مثبت يا منفي)در هنگام حرکت در اطراف خود ميدان مغناطيسي به وجود مي آورند و ذرات بار دار اتم ها و يون ها داراي سه نوع حرکت هستند :
حرکت چرخشي و گردشي پروتونها در داخل هسته هاي اتم
حرکت گردشي الکترونها در داخل اوربيتال ها
حرکت چرخشي الکترونها در داخل اوربيتال ها
از اين سه نوع اثر گشتاور مغناطيسي نوع دوم و سوم به مراتب بيشتر از نوع اول مي باشد و از آنجايي که در يک اوربيتال هر دو الکترون در خلاف جهت يکديگر گردش مي کنند اثر مغناطيسي آنها خنثي مي شود و از اين رو گشتاور مغناطيسي موثر يک اتم و يا يون متناسب با تعداد اوربيتال هاي نيمه پر آن ها است.
1-1-1- کاني هاي ديا مغناطيس
کاني هايي که اتم ها و يون هاي آن فاقد اوربيتال هاي نيمه پر باشد، به وسيله آهن ربا دفع مي شود که در اين صورت به آن ها کاني ها ي ديا مغناطيس مي گويند.
رانده شدن اين کاني ها را در ميدان مغنا طيسي خارجي مي توان چنين توصيف کرد که وجود اوربيتال هاي پر سبب مي شود که گشتاور مغناطيسي در کاني تقريباً صفر گردد، اگر اين اوربيتال ها ي پر به يک ميدان مغناطيسي خارجي نزديک شوند، قانون لنز در مورد آنها صدق خواهد نمود قانون لنز مي گويد اگر يک حلقه هادي به يک ميدان مغناطيسي نزديک شود، در داخل حلقه جرياني پديد مي آورد که ميدان مغناطيسي حاصل از آن با ميدان خارجي مخالفت خواهد نمود.
هنگام نزديک شدن اوربيتال هاي پر به يک ميدان مغناطيسي خارجي سرعت يکي از اوربيتال ها کم و بر ديگري افزوده خواهد شد به طوري که مجموع گشتاور مغناطيسي آنها صفر نشده و گشتاور منتج در خلاف جهت ميدان خارجي، عمل کرده که سبب رانش کاني در اين ميدان مي شود.
چند نمونه از کاني هايي که داراي اين خاصيت هستند عبارتند از :
کوارتزيت، فلوريت، هاليت و انيدريت.
1-1-2- کاني هاي پارامغناطيس
اين دسته از کاني ها حاوي اوربيتالهاي نيمه پر مي باشند، ولي گشتاورهاي حاصله از آنها به طور در هم و بر هم، در امتدادهاي متفاوت قرار گرفته اند و در نتيجه اثر مغناطيسي آن ها تقريباً خنثي مي شود و ظاهراً هيچ خاصيت مغناطيسي از خود نشان نمي دهند ولي اگر اين کاني ها در ميدان مغناطيسي خارجي قرار گيرند متناسب با شدت ميدان خارجي، بعضي از اين گشتاورها خود را در جهت گشتاور ميدان خارجي قرار مي دهند و سبب پيدايش گشتاور مغناطيسي القايي در کاني خواهند شد.
در نتيجه کاني هاي پارامغناطيس به طور ضعيفي جذب ميدان خارجي خواهند شد و هر چه شدت ميدان خارجي بيشتر باشد گشتاورهاي بيشتري، خود را در جهت آن قرار داده و در نتيجه شدت ميدان مغناطيسي القايي بيشتر خواهد شد.
1-1-3- کاني هاي فرومغناطيس
کاني هايي هستند که اگر در ميدان مغناطيسي خارجي (H) قرار بگيرند، در آن ها ميدان مغناطيسي القايي شديدي به وجود مي آيد که شدت آن ميليون ها بار بيشتر از کاني هاي پارامغناطيس مي باشد و چون سردسته اين کاني ها آهن است، به آن کاني ها فرومغناطيس مي گويند. در واقع گشتاورهاي حاصله از يون هاي تشکيل دهنده اين کاني ها، به طور انبوه در جهت گشتاور ميدان خارجي قرار مي گيرند و يک اثر، به نام تبادل اتصال که بحث آن در مکانيک کوانتوم مي باشد، اين گشتاور را به هم قفل مي کند، به طوري که بعد از حذف ميدان خارجي تعداد زيادي از اين اتصالات همچنان باقي مي ماند و در نتيجه کاني هاي فرومغناطيس مي توانند به صورت مغناطيس دائم درآيند و مغناطيس باقيماند حاصله از تبادل اتصال را به دو صورت مي توان از بين برد :
ايجاد يک ميدان مغناطيسي خارجي در خلاف جهت ميدان کاني فرومغناطيس
افزايش درجه حرارت تا حد نقطه کوري آن کاني. دماي نقطه کوري براي
مگنتيت و آهن کبالت و نيکل مي باشد.
1-1-4- خودپذيري مغناطيسي
هنگامي که ميدان خارجي (H) همگن و گشتاور آن نسبت به خط عمود بر سطح جسم پارامغناطيس زاويه() بسازد، شدت مغناطيس شدن جسم مزبور برابر است با:
موقعي که گشتاور ميدان خارجي () کاملاً عمود بر سطح جسم پارامغناطيس باشد، در اين صورت رابطه به صورت I=KH نوشته مي شود. در اين رابطه K را ثابت تناسب و يا سپتبيليته جسم پارامغناطيس مزبور مي نامند و مقدار K براي خلاء و تمامي اجسام غير مغناطيسي، برابر صفر مي باشد. اجسام پارامغناطيس داراي(K) مثبت، اجسام ديامغناطيس داراي (K) منفي و اجسام فرومغناطيس داراي(K) مثبت خيلي بالا هستند بايد توجه داشته باشيم، اثرات ديامغناطيس فقط در حضور ميدان خارجي قابل مشاهده هستند و اغلب در کارهاي اکتشافي، با ميدان مغناطيسي خارجي نسبتاً ضعيف(ميدان زمين) يعني در حدود 5/0 اورستد و اجسامي با خواص مغناطيسي نسبتاً ملايم سروکارخواهيم داشت.
1-2- خواص مغناطيسي سنگ ها
مي دانيم که سنگ ها از مجموعه کاني هاي مختلف تشکيل شده اند و بر حسب منشاآن ها را به سنگ هاي آذرين، دگرگوني و رسوبي تقسيم مي کنند.
اغلب اجزاء تشکيل دهنده سنگ ها داراي خاصيت مغناطيسي کم و يا خيلي کم مي باشند به عنوان نمونه کوارتز، تعدادي از سيليکاتها، آهک و آرژيل از تشکيل دهنده هايي هستند که داراي خاصيت مغناطيسي بسيار ضعيف اند. به همين ترتيب سنگ هايي مانند ژيپس، آهک و ماسه هاي خالص، داراي خواص ديا مغناطيسي ضعيفي هستند. تعداد ديگري از کاني هاي نسبتا فراوان و سنگ هاي رسوبي و کريستالين، به طور کلي در دسته اجسام پارامغناطيس قرار مي گيرند. آرژيل و کاني هاي سنگ هاي بازيک مانند اوژيت، هورنبلند، اوليوين و سرپانتين از اين دسته هستند. هماتيت و ليمونيت به طور ضعيفي داراي خاصيت مغناطيسي اند. نهايتاً مهمترين اين سنگها آن هايي هستند که داراي درصد کم و بيش زيادي از مواد فرومغناطيس نظير مانيتيت، ايلمنيت و پيروتين هستند. جدول (1-1) ضريب القاء مغناطيسي را براي تعدادي از کاني ها و سنگ ها نشان مي دهد:
جدول(1-1): ضريب القاء مغناطيسي بعضي از اجسام (اعداد جدول را بايد در ضريب ضرب نمود )
رديفجسم ضريب القاء مغناطيسي K (C.G.S)رديفجسم ضريب القاء مغناطيسي K (C.G.S)12345678910گرافيت100-کوارتز1/15-انيدريت1/14-نمک سنگي3/10-مرمر4/9-دولوميت خالص44تا5/12-گرانيت(بدون منيتيت)65 تا 10گرانيت ( داراي منيتيت) 50000تا25بازالت25000تا1500پگماتيت75000تا3000111213141516گابرو90000تا3800دولوميت ناخالص20000پيريت خالص60 تا 35پيريت معدني5000تا100پيروتينتاهماتيت معدني10000 تا 420
1-3- مغناطيس باقيمانده
سنگهاي داراي خاصيت مغناطيسي تقريباً هميشه پلاريزاسيون خود را از ميدان مغناطيسي زمين کسب مي نمايند، ولي در بعضي موارد نادر، مغناطيسي شدن ممکن است حاصل از رعد و برق باشد. اغلب پلاريزاسيون مغناطيسي سنگها از نوع القائي و جهت و شدت آن به وسيله جهت ميدان و شدت ميدان مغناطيسي وقت زمين تعيين مي شود و موقعي که ميدان مغناطيسي زمين تغيير نمايد، جهت و مقدار مغناطيسي سنگ ها نيز تغيير مي نمايد. بعضي ديگر از سنگها از خود مغناطيس باقيمانده نشان مي دهند که مربوط به ميدان فعلي زمين نيست، بلکه مربوط به ميدان مغناطيسي دوران گذشته زمين(زماني که اين سنگها تشکيل شده اند)مي باشند و اگر اين سنگها آذرين باشند جهت مغناطيسي شدن همان جهت مغناطيسي وقت زمين خواهد بود و کانيهاي فرومغناطيس(مثل مگنتيت)در اين سنگها هنگام سرد شدن ماگما يا گدازه، در دماي پايين تر از نقطه کوري(نقطه اي که در آن دماي جسم خاصيت مغناطيسي خود را از دست مي دهد) در امتداد ميدان مغناطيسي وقت زمين پلاريزه مي شوند. اگر جهت ميدان زمين تغيير نمايد، جهت گشتاور مغناطيسي باقيمانده همواره در همان جهت اوليه باقي مي ماند که به آن مغناطيس باقيمانده حرارتي مي گويند. بعضي مواقع در محيط هاي رسوبي آرام، دانه هاي مغناطيسي(مثل مگنتيت و ايلمنيت) در هنگام رسوب گذاري، در جهت گشتاور مغناطيسي وقت زمين قرار مي گيرند و به همان صورت در داخل رسوبات باقي مي مانند، بعد از تغيير جهت ميدان زمين گشتاورهاي باقيمانده آنها، همان جهت اوليه ميدان زمين را در هنگام رسوب گذاري نشان خواهند داد که در اين حالت به آن مغناطيس باقي مانده حاصله از رسوب گذاري مي گويند.
مغناطيسي شدن ثانويه هنگامي پيش مي آيد که کانيهاي مغناطيسي اوليه در اثر دياژنز و يا دگرگوني، مجدداً متبلور گردد و در جهت مغناطيس وقت زمين پلاريزه گردد. در اين حالت به آن مغناطيس باقيمانده شيميايي مي گويند. وجود مغناطيس باقيمانده در داخل سنگها به دانشمندان کمک مي کند تا بتوانند در رابطه با ميدان مغناطيسي گذشته زمين مطالعه نمايند و درک صحيح تري درباره تاريخ زمين شناسي و تحولات زمين ساختي کره زمين به دست آورند. اين گونه مطالعات را پالئومگنتيزم(ديرينه مغناطيسي) مي گويند.]2[
1-4- مغناطيس زمين
کره زمين به صورت يک دوقطبي مغناطيسي بسيار بزرگ عمل مي کند که جهت و مقدار اين ميدان در مکان هاي مختلف و زمان هاي مختلف تغيير مي کند و اين تغيير نسبت به زمان به صورت هاي قرني و ساليانه و يا حتي فصلي هستند.
از طرفي ميدان مشاهده شده در هر نقطه، مجموعي از مغناطيس زير سطحي و مغناطيس ميدان زمين است و در بررسي اکتشافي بايد مقدار مغناطيس زمين را که به آن مقدار زمينه مي گوييم، از مغناطيس مشاهده شده کسر کنيم و در واقع با داشتن مقدار زمينه ميدان مغناطيسي، از بروز اشتباه در تفسير ژئوفيزيکي جلوگيري کنيم. چون امکان دارد در يک نقطه بسته به جنس سازه ها، مغناطيس زمين زياد باشد و هيچ ربطي به توده هاي مغناطيسي زير سطحي نداشته باشد، در اين بخش درباره مغناطيس زمين و مولفه هاي مربوط به آن و همچنين تغييرات اين ميدان صحبت مي کنيم.
1-5- عناصر مغناطيسي زمين و خواص مشخصه آن ها
اگر يک سوزن مغناطيس بتواند حول يک محور از مرکز ثقلش در تمام جهات حرکت نمايد در هر نقطه از سطح زمين در امتداد ميدان مغناطيسي زمين (B) قرار مي گيرد که مي توان آن را به دو مولفه افقي (H) و قائم (Z) تجزيه نمود، زاويه بين بردارهاي (B) و (H) را زاويه ميل مي نامند و آن را با (I) نشان مي دهند با توجه به شکل (1-1) مولفه (H) را مي توان به دو مولفه شرقي (Y) و شمالي (X) تجزيه نمود و زاويه بين مولفه H و X را زاويه انحراف مي گويند و آن را با (D) نشان مي دهند. مقدارهاي B , H , Z , X , Y , I , D را عناصر مغناطيس زميني مي نامند و با توجه به شکل (1-1) رابطه زير بين آنها برقرار است :
شکل (1-1):نمايش شماتيك عناصر مغناطيسي زمين
صفحه قائمي که بردار هاي B , H , Z را در بر مي گيرد، اصطلاحاً نصف النهار مغناطيسي محلي زمين مي گويند.
در نيم کره شمالي انتهاي قطب شمال ياب سوزن مغناطيسي، به طرف داخل زمين متمايل مي شود ودرست روي قطب مغناطيسي در نيم کره شمالي به حالت قائم در مي آيد.
در نيم کره جنوبي کاملاً بر عکس است و انتهاي قطب جنوب ياب سوزن مغناطيسي به طرف داخل زمين متمايل مي شود و درست روي قطب مغناطيسي در نيم کره جنوبي به حالت قائم در مي آيد.
از وصل نمودن نقاطي از سطح زمين که در آنها سوزن مغناطيسي کاملاً به حالت افقي است ( يعني تمامي مولفه هاي B به صورت افقي مي باشند ) خطي به دست مي آيد که استواي مغناطيسي ناميده مي شود که تقريبا در امتداد استواي جغرافيايي قرار مي گيرد و هر قدر از استواي مغناطيسي به سمت قطب مغناطيسي نزديک شويم مقدار زاويه (I) افزايش خواهد يافت و در قطب هاي مغناطيسي مقدار آن به 90 درجه خواهد رسيد. در واقع قطب هاي مغناطيسي مکانهايي هستند که مقدار زاويه ميل برابر 90 گردد بردار (B) در نواحي استوايي حدود 25000 گاما و در قطبين مغناطيسي حدود 70000 گاما (نانو تسلا) خواهد بود.
قطبين مغناطيسي زمين حدود 18 درجه عرض جغرافيايي، نسبت به قطبهاي جغرافيايي جابجايي نشان مي دهند و خطي که دو قطب مغناطيسي را به هم وصل مي کند تقريباً از 1200 کيلومتري مرکز زمين مي گذرد.]2[
منابع و مآخذ
1-اس.رابينسون،س.كورو- "مباني اكتشافات ژئوفيزيكي"- ترجمه: حيدريان شهري، محمد رضا- انتشارات دانشگاه فردوسي مشهد 1384.
2- انصاري، عبدالحميد– "ژئوفيزيک1"- جزوه كلاسي- انتشارات دانشگاه يزد 1383.
3- خسرو تهراني،خسرو و درويش زاده، علي-"زمين شناسي ايران" انتشارات دانشگاه پيام نور 1363.
4- كوهساري، امير حسين- "زمين شناسي اقتصادي"- جزوه كلاسي- انتشارات دانشگاه يزد 1384.
5- مدني، حسن- "اصول پي جويي، اكتشاف وارزيابي ذخائر معدني"- انتشارات خانه فرهنگ 1378.
6- Reedman .J. H., Techniques In Mineral Exploration. 1979.