புவி இயற்பியலில் புவி இயற்பியலின் அடிப்படைக் கோட்பாடுகள்

புவி இயற்பியலில் புவி இயற்பியலின் அடிப்படைக் கோட்பாடுகள்

புவி இயற்பியல் என்பது இயற்பியலின் கோட்பாடுகளைப் பயன்படுத்தி பூமியைப் பற்றி ஆய்வு செய்யும் புவி அறிவியலின் ஒரு பிரிவாகும். புவியியல் பெரும்பாலும் மேற்பரப்பில் உள்ள பாறைகள் மற்றும் கட்டமைப்புகளை உற்றுநோக்குவதையே சார்ந்திருக்கும் நிலையில், புவி இயற்பியல் அலைகள், ஈர்ப்புப் புலங்கள், காந்தவியல், மின்சாரம், வெப்பம் மற்றும் கதிர்வீச்சு போன்ற இயற்பியல் விளைவுகள் மூலம் பூமியை மறைமுகமாகக் காண்கிறது. வேறுவிதமாகக் கூறினால், புவி இயற்பியல் எல்லா இடங்களிலும் தோண்டவோ அல்லது துளையிடவோ தேவையில்லாமல், மேற்பரப்பிற்குக் கீழே என்ன நடக்கிறது, அதன் பொருட்களின் பண்புகள் என்ன, மற்றும் என்னென்ன செயல்முறைகள் நடைபெறுகின்றன போன்ற கேள்விகளுக்குப் பதிலளிக்க முயல்கிறது.

புவி இயற்பியலைப் பற்றிய ஆழமான புரிதலை உறுதிசெய்ய, புவி இயற்பியல் முறைகளுக்கு அடிப்படையாக விளங்கும் புவி இயற்பியலின் கோட்பாடுகளை நாம் மீள்பார்வை செய்ய வேண்டும். இந்தக் கோட்பாடுகளில் மீள் ஊடகங்கள், அலை பரவல், நிலைமின் புலங்கள், மின்காந்தத் தூண்டல், வெப்பப் பரிமாற்றம் மற்றும் பொருட்களின் இயற்பியல் பண்புகளுக்கும் புவியியல் நிலைமைகளுக்கும் இடையிலான தொடர்பு ஆகிய கருத்துகள் அடங்கும்.

1. ஒரு பௌதீக அமைப்பாகப் பூமி: அதன் இயைபு, கட்டமைப்பு மற்றும் பொருள் பண்புகள்

இயற்பியல் ரீதியாக, பூமியை மேலோடு, கவசம், திரவ வெளிப்புறக் கரு, மற்றும் திடமான உட்புறக் கரு என அடுக்குகள் கொண்ட அமைப்பாகக் கருதலாம். இந்த அடுக்கு வேறுபாடுகள் வெறும் புவியியல் பிரிவுகள் மட்டுமல்ல, அவை அடர்த்தி, மீள் தன்மை, மின் கடத்துத்திறன், வெப்பநிலை மற்றும் காந்தவியல் போன்ற இயற்பியல் பண்புகளையும் பிரதிபலிக்கின்றன. புவி இயற்பியலில், இந்த இயற்பியல் பண்புகளே முதன்மையான "அளவீடுகள்" ஆகும்.

வெவ்வேறு பொருட்கள் விசைகளுக்கும் ஆற்றலுக்கும் வெவ்வேறு விதமாகப் பதிலளிக்கின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, தளர்வான படிவுப் பாறைகளைக் காட்டிலும் அடர்த்தியான தீப்பாறைகள் அதிக அடர்த்தியைக் கொண்டிருக்கின்றன; உலர்ந்த பாறைகளைக் காட்டிலும் நீர் நிறைந்த பாறைகள் மின்சாரத்தை அதிகம் கடத்துகின்றன; மேலும், மேக்னடைட் போன்ற காந்தத் தாதுக்கள் பாறைகளுக்கு அதிக காந்த ஏற்புத்திறனை அளிக்கின்றன. பதிலளிப்பில் உள்ள இந்த வேறுபாடுகள் அளவிடக்கூடிய முரண்பாடுகளை உருவாக்குகின்றன.

2. ஈர்ப்புப் புலம் மற்றும் நிலைமின் புலம் கருத்துரு

புவி இயற்பியலின் அடிப்படைக் கொள்கைகளில் ஒன்று ஈர்ப்பு விசை ஆகும். நிறையின் சீரற்ற பரவல் காரணமாக, புவியின் ஈர்ப்புப் புலம் சீராக இருப்பதில்லை. அதிக அடர்த்தி கொண்ட பாறைகள், குறைந்த அடர்த்தி கொண்ட பாறைகளை விட வலிமையாக ஈர்க்கும். புவியீர்ப்பு புவி இயற்பியல், புவியின் மேற்பரப்பிற்குக் கீழுள்ள கட்டமைப்புகளைப் புரிந்துகொள்வதற்காக, ஈர்ப்பு முடுக்கத்தில் ஏற்படும் சிறிய மாறுபாடுகளை (ஈர்ப்பு முரண்பாடுகள்) பயன்படுத்துகிறது.

கணிதரீதியாக, ஈர்ப்பு என்பது ஒரு நிலை ஆற்றல் புலம் ஆகும்; அதாவது, ஒரு நிலை ஆற்றல் சார்பிலிருந்து வருவிக்கப்படக்கூடிய மற்றும் சில நிபந்தனைகளின் கீழ் லாப்லாஸ்/பாய்சன் சமன்பாட்டைப் பூர்த்திசெய்யும் ஒரு புலம். இது முக்கியமானது, ஏனெனில் ஈர்ப்பு மற்றும் காந்தவியல் போன்ற பல புவி இயற்பியல் முறைகள் ஒரு தனித்துவமற்ற பண்பைக் கொண்டுள்ளன: ஒரே ஒரு முரண்பாட்டு வடிவமானது, பல்வேறு நிலத்தடி உள்ளமைப்புகளால் ஏற்படக்கூடும். எனவே, இதன் விளக்கத்திற்கு புவியியல் தரவுகள், நில அதிர்வுத் தரவுகள் அல்லது துளையிடல் தகவல்கள் போன்ற கூடுதல் கட்டுப்பாடுகள் தேவைப்படுகின்றன.

இதன் நடைமுறைப் பயன்பாடுகளில் படிவுப் படுகைகளை வரைபடமாக்குதல், உப்பு குவிமாடங்களைக் கண்டறிதல், மற்றும் ஐசோஸ்டாசியை (கவசத்துடன் ஒப்பிடும்போது பாறைக்கோளத்தின் நிறைச் சமநிலை) ஆய்வு செய்தல் ஆகியவை அடங்கும். ஐசோஸ்டாசி கோட்பாடு, மலைகள் ஏன் இலகுவான அல்லது தடிமனான "வேர்களைக்" கொண்டுள்ளன என்பதை விளக்குகிறது, இது அவை கவசத்துடன் ஒப்பிடும்போது மிதக்க அனுமதிக்கிறது.

3. பூமியின் காந்தவியல்: காந்தப்புலங்கள் மற்றும் காந்த முரண்பாடுகளின் மூலங்கள்

பூமி அதன் திரவ வெளிப்புற மையத்தின் இயக்கவியலில் இருந்து உருவாகும் ஒரு முதன்மை காந்தப்புலத்தைக் கொண்டுள்ளது (புவி இயக்கவியல்). இந்த முதன்மைப் புலத்துடன் கூடுதலாக, காந்தமாக்கப்பட்ட பாறைகளிலிருந்து உள்ளூர் காந்தப்புலங்களும் உள்ளன. காந்தப் புவி இயற்பியல், புவியியல் கட்டமைப்புகளை, குறிப்பாக காந்தக் கனிமங்கள் நிறைந்த தீப்பாறைகள் மற்றும் உருமாற்றப் பாறைகளுடன் தொடர்புடைய கட்டமைப்புகளை வரைபடமாக்குவதற்காக, காந்தப்புல மாறுபாடுகளை அளவிடுகிறது.

இங்குள்ள முக்கியக் கொள்கை என்னவென்றால், பாறைகளின் காந்தமயமாக்கலானது இரண்டு கூறுகளைக் கொண்டுள்ளது: தூண்டப்பட்ட காந்தமயமாக்கல் (பூமியின் தற்போதைய காந்தப்புலத்திற்கு ஒப்பானது) மற்றும் எஞ்சிய காந்தமயமாக்கல் (பாறை உருவானபோது இருந்த கடந்தகால காந்தமயமாக்கலின் எச்சம்). புவித்தட்டுக்களின் இயக்கத்தையும், பூமியின் காந்த துருவ மாற்றங்களின் வரலாற்றையும் மீட்டுருவாக்கம் செய்வதற்கு, தொல் காந்தவியலில் எஞ்சிய காந்தமயமாக்கல் மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கிறது.

பிராந்திய அளவில், காந்தத் தரவுகள் தடிமனான படிவுகளுக்குக் கீழே உள்ள அடித்தளத்தை (பாறைத்தளம்) வரைபடமாக்கவும், பிளவுகளைக் கண்டறியவும், கனிமங்களை ஆராயவும் உதவுகின்றன.

4. நில அதிர்வு அலைகள் மற்றும் ஊடகத்தின் நெகிழ்ச்சித்தன்மை

புவி இயற்பியலில் உள்ள ஒரு மையமான இயற்பியல் கொள்கை, மீள் ஊடகங்களில் உள்ள அலை இயக்கவியல் ஆகும். நில அதிர்வு முறைகள், பூமி வழியாகப் பரவும் மீள் அலைகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. பூமியின் உட்பகுதியில் இரண்டு முக்கிய வகை அலைகள் உள்ளன: P-அலைகள் (முதன்மை, நெட்டலைகள்) மற்றும் S-அலைகள் (இரண்டாம் நிலை, குறுக்குலைகள்). P-அலைகள் திட மற்றும் திரவப் பொருட்களில் பரவக்கூடியவை, ஆனால் S-அலைகள் பாய்மங்களில் பரவ முடியாது. இந்த இயற்பியல் உண்மையே, பூமியின் வெளிக்கரு திரவ நிலையில் உள்ளது என்பதை நாம் அறிவதற்கான ஒரு முக்கிய காரணமாகும்: S-அலைகளால் அதன் வழியே செல்ல முடியாது.

நில அதிர்வு அலையின் வேகம், பொருளின் மீள் குணகம் மற்றும் அடர்த்தியால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. எளிமையாகச் சொன்னால், கடினமான மற்றும் அடர்த்தியான பாறைகள் அதிக அலை வேகத்தைக் கொண்டிருக்கும். வெவ்வேறு பண்புகளைக் கொண்ட அடுக்குகளின் வழியே அலைகள் செல்லும்போது, ​​ஒளியியலில் உள்ள ஸ்னெல் விதியைப் போன்ற கொள்கைகளின்படி, எதிரொளிப்பும் ஒளிவிலகலும் நிகழ்கின்றன. அலை பயணிக்கும் நேரம், வீச்சு மற்றும் அலைவடிவம் ஆகியவற்றிலிருந்து, புவி இயற்பியலாளர்களால் அடுக்கின் ஆழம், படிமத்தின் தடிமன் மற்றும் திரவங்களின் இருப்பைக் கூட மதிப்பிட முடியும்.

உலகளாவிய நில அதிர்வு ஆய்வானது, புவியின் மேலோடு மற்றும் மையப்பகுதியின் கட்டமைப்பை வரைபடமாக்குவதற்காக நிலநடுக்கங்களைப் பற்றி ஆய்வு செய்கிறது; அதேசமயம், கள ஆய்வு நில அதிர்வு ஆய்வானது, எண்ணெய், எரிவாயு மற்றும் புவிவெப்ப நீர்த்தேக்கங்களை மிகவும் உள்ளூர் அளவில் வரைபடமாக்குகிறது.

5. மின்சாரம் மற்றும் மின்காந்தவியல்: கடத்துத்திறன், மின்தடைத்திறன் மற்றும் மின்தூண்டல்

பல நிலத்தடி செயல்முறைகளில் திரவங்கள், கனிமமாதல் மற்றும் வெப்பநிலை வேறுபாடுகள் அடங்கியுள்ளன—இவை அனைத்தும் மின் கடத்துத்திறனைப் பாதிக்கின்றன. மின் மற்றும் மின்காந்த முறைகளின் அடிப்படைக் கொள்கை என்பது மின்னோட்டம், மின்புலம் மற்றும் ஊடகத்தின் பண்புகளுக்கு இடையேயான தொடர்பாகும்; இது பெரும்பாலும் ஓம் விதியின் தொடர் வடிவத்தில் (J = σE) சுருக்கமாகக் கூறப்படுகிறது, இதில் σ என்பது கடத்துத்திறன் ஆகும்.

மின்தடைத்திறன், தூண்டப்பட்ட முனைவாக்கம் (IP), காந்தப்புவி மின்னியல் (MT) மற்றும் பிற மின்காந்த முறைகள், செயற்கை மற்றும் இயற்கை ஆகிய இரண்டு வகையான மின்னோட்ட/புல மூலங்களுக்கு நிலத்தின் மேற்பரப்புக்குக் கீழே உள்ள பகுதி காட்டும் பிரதிபலிப்பை அளவிடுகின்றன. ஃபாரடேயின் விதியில் வகுக்கப்பட்டுள்ள மின்காந்தத் தூண்டல் கோட்பாடு, மாறும் காந்தப்புலங்கள் எவ்வாறு மண்ணில் மின்புலங்களையும் சுழல் மின்னோட்டங்களையும் உருவாக்குகின்றன என்பதை விளக்குகிறது. இந்தச் சுழல் மின்னோட்டங்கள் பின்னர் இரண்டாம் நிலை காந்தப்புலங்களை உருவாக்குகின்றன, அவை மேற்பரப்பில் அளவிடப்படுகின்றன.

உப்பு நீரால் செறிவூட்டப்பட்ட பொருட்கள் அதிக கடத்தும் தன்மை கொண்டவை; மேற்பரப்புக் கடத்தல் வழிமுறைகள் காரணமாக களிமண்ணும் பெரும்பாலும் கடத்தும் தன்மை கொண்டவையாக இருக்கின்றன. இதற்கு மாறாக, உலர்ந்த படிகப் பாறைகளும் ஹைட்ரோகார்பன்களும் மின்தடைத் தன்மை கொண்டவையாக இருக்கின்றன. எனவே, நிலத்தடி நீர், புவிவெப்பம், சல்பைடு கனிம ஆய்வு மற்றும் திரவம் நிரம்பிய பிளவு மண்டலங்களின் ஆய்வு ஆகியவற்றிற்காக மின்காந்த அலை (EM) முறைகள் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

6. புவிவெப்பம் மற்றும் வெப்பப் பரிமாற்றம்: கடத்தல் மற்றும் வெப்பச்சலனம்

பூமி நிலையானது அல்ல; அது தன் உட்புறத்திலிருந்து மேற்பரப்பிற்கு வெப்ப ஆற்றலைப் பாய்ச்சுகிறது. வெப்பப் பரிமாற்றத்தின் கோட்பாடுகளில் கடத்தல் (நிறை பரிமாற்றம் இல்லாமல் பொருளின் வழியே நிகழும் வெப்ப ஓட்டம்) மற்றும் வெப்பச்சலனம் (மிக மெதுவாக நகரும் புவி மேலோட்டைப் போல, நிறை பரிமாற்றத்துடன் நிகழும் வெப்ப ஓட்டம்) ஆகியவை அடங்கும். ஃபோரியரின் விதி, கடத்தும் வெப்பப் பாய்வானது வெப்பநிலைச் சரிவு மற்றும் வெப்பக் கடத்துத்திறனுக்கு நேர் விகிதத்தில் இருக்கும் என்று விவரிக்கிறது.

புவிவெப்பச் சரிவுகள், வெப்பப் பாய்வுகள் மற்றும் பாறைகளின் வெப்பப் பண்புகள் ஆகியவற்றின் அளவீடுகள், புவிவெப்ப அமைப்புகள், உருமாற்றம் மற்றும் புவித்தட்டு இயக்கவியல் ஆகியவற்றைப் புரிந்துகொள்ள உதவுகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, புவி உள்ளிழுத்தல் மண்டலங்களில், உள்ளிழுக்கப்படும் புவித்தட்டுகள், திரவச் சுழற்சி மற்றும் தொடர்பு இடைமுகத்தில் ஏற்படும் உராய்வு ஆகியவற்றால் வெப்ப வடிவங்கள் பாதிக்கப்படுகின்றன. நடுக்கடல் முகடுகளில், சூடான புவி உள்ளடுக்குப் பொருளின் எழுச்சியானது வெப்பப் பாய்வை அதிகரித்து, நீர்வெப்ப அமைப்புகளை உருவாக்குகிறது.

7. இயற்பியல் பண்புகளுக்கும் விளக்கத்திற்கும் இடையிலான தொடர்பு: நேர்மாற்றம் மற்றும் தனித்தன்மையின்மைச் சிக்கல்

புவி இயற்பியலின் சாராம்சம் என்பது வெறும் அளவிடுவது மட்டுமல்ல, அதை விளக்குவதும் ஆகும். மேற்பரப்பில் அல்லது வான்வழி அல்லது செயற்கைக்கோள் மூலங்களிலிருந்து பெறப்படும் அளவீடுகள், பூமிக்கடியில் உள்ள மாதிரிகளாக மாற்றப்பட வேண்டும். இந்தச் செயல்முறை நேர்மாற்றம் (inversion) என்று அழைக்கப்படுகிறது. இயற்பியல் ரீதியாகவும் கணித ரீதியாகவும், நேர்மாற்றங்கள் பெரும்பாலும் தனித்துவமற்றவை: பல மாதிரிகள் ஒரே தரவை விளக்க முடியும். எனவே, நவீன புவி இயற்பியல் ஒழுங்குபடுத்தல் (regularization), புள்ளியியல் மற்றும் பலதரவு ஒருங்கிணைப்பு ஆகிய கொள்கைகளைச் சார்ந்துள்ளது.

உதாரணமாக, ஒரு ஈர்ப்பு விசை முரண்பாடு அதிக அடர்த்தி கொண்ட ஒரு பொருளின் இருப்பைக் குறிக்கலாம், ஆனால் அது ஒரு பசால்ட் ஊடுருவலா அல்லது உலோகத் தாதுவா என்பதை நேரடியாகக் குறிக்காது—இரண்டுமே சாத்தியமே. காந்த, நில அதிர்வு அல்லது மின்காந்தத் தரவுகளைச் சேர்ப்பதன் மூலம், இந்த விளக்கம் மேலும் வலுவானதாகவும் யதார்த்தமானதாகவும் மாறுகிறது.

8. அளவு மற்றும் நோக்கம்: ஆய்விலிருந்து உலகளாவிய புவிப் புரிதல் வரை

புவி இயற்பியலில் உள்ள புவி இயற்பியலின் கோட்பாடுகள் பல்வேறு அளவுகளில் செயல்படுகின்றன. உலகளாவிய அளவில், செயற்கைக்கோள் நில அதிர்வு ஆய்வு மற்றும் புவியீர்ப்பு விசை ஆகியவை புவியின் மேலோடு, புவிமேற்பரப்பு மற்றும் உள் சுழற்சி ஆகியவற்றின் பன்முகத்தன்மையை வரைபடமாக்க உதவுகின்றன. பிராந்திய மற்றும் உள்ளூர் அளவுகளில், புவி இயற்பியல் முறைகள் வள ஆய்வு (எண்ணெய், எரிவாயு, கனிமங்கள், புவிவெப்ப ஆற்றல்), பேரிடர் தணிப்பு (எரிமலைக் கண்காணிப்பு, நிலநடுக்க நுண்மண்டலப் பகுப்பு), புவித்தொழில்நுட்பப் பொறியியல் (அடித்தள உறுதித்தன்மை) மற்றும் சுற்றுச்சூழல் ஆய்வுகள் (மண் மற்றும் நீர் மாசுபாடு) ஆகியவற்றிற்குப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

அடர்த்தி, மீட்சித்தன்மை, கடத்துத்திறன், காந்தமாக்கல் மற்றும் வெப்பநிலை போன்ற இயற்பியல் பண்புகளில் ஏற்படும் மாறுபாடுகள், புவியியல் செயல்முறைகளுடன் நேரடியாகத் தொடர்புடையவை என்பதே இவை அனைத்தையும் ஒன்றிணைக்கும் கோட்பாடாகும். புவி இயற்பியல் முறைகள் இந்த மாறுபாடுகளை அளவுரீதியாக அறிந்துகொள்வதற்கான ஒரு வழியை வழங்குகின்றன.

மூடுகிறது

புவி இயற்பியலில் உள்ள புவி இயற்பியலின் அடிப்படைக் கோட்பாடுகளை, அளவிடக்கூடிய இயற்பியல் எதிர்வினைகள் மூலம் புவியைப் புரிந்துகொள்ளும் ஒரு முயற்சியாகச் சுருக்கமாகக் கூறலாம்: ஈர்ப்பு மற்றும் காந்தவியல் ஆகியவை நிலை ஆற்றல் புலங்களாகவும், நில அதிர்வு என்பது மீள் அலை பரவலாகவும், மின் மற்றும் மின்காந்த முறைகள் கடத்துத்திறன் மற்றும் தூண்டல் எதிர்வினைகளாகவும், புவிவெப்பவியல் என்பது உள்ளக வெப்ப ஓட்டமாகவும் கருதப்படுகின்றன. ஒவ்வொரு முறைக்கும் அதன் பலங்களும் வரம்புகளும் உள்ளன, குறிப்பாக விளக்கத்தின் தனித்தன்மையின்மை தொடர்பானவை. எனவே, தரவு ஒருங்கிணைப்பும் பொருள் இயற்பியலைப் பற்றிய புரிதலும் மிக முக்கியமானவை.

இயற்பியலில் வலுவான அடித்தளத்தைக் கொண்டுள்ள புவி இயற்பியலானது, மேற்பரப்பு அவதானிப்புகளை பூமிக்கு அடியில் உள்ள சிக்கலான யதார்த்தத்துடன் இணைக்க வல்லது. இதன்மூலம், மனிதர்கள் பூமியின் கட்டமைப்பைப் புரிந்துகொள்ளவும், அதன் வளங்களை மிகவும் பொருத்தமான முறையில் பயன்படுத்தவும், மேலும் மேம்பட்ட மாதிரியாக்கம் மற்றும் கண்காணிப்பின் மூலம் பேரிடர் அபாயங்களைக் குறைக்கவும் உதவுகிறது.