مقاله کامل اندازه گيري خصوصيات جريان گدازه

اندازه گيري خصوصيات جريان گدازه:
اندازه گيريهاي سيستماتيک اندکي از ويژگيهاي فيزيکي گدازه روان فعال وجود دارد.چنين اندازه گيريهايي بااهميت است،زيرا اجازه ميدهد که محدوديتهايي برخصوصيات ماگما قبل ازفوران انجام دهيم وبدليل آنکه مدلهاي سه بعدي واقعگرا از جريان گدازه موردنياز است،اطلاعات ورودي واندازه گيريهاي روانه شناسي وخصوصيات فيزيکي و گرمايي مناسب ازمناطق حاشيه وايزوترمال درچندين مرحله از تکامل جريان صورت ميگيرد.چنين مدلهايي براي سنجش خطر ومطالعات پيوسته درطي فورانهاي آينده آتشفشانهايي که گدازه اش تهديدي براي مناطق داراي سکنه است،ميباشد.محاسبات دمايي،ويژگيهاي روانه شناسي،غلةت،ابعاد جريان وسرعت مواردي هستند که روشهاي موجود جديد به آنها ميپردازد.
مقدمه:
درطي50سال گذشته محاسبات شفافي ازرفتارجريانهاي گدازه صورت پذيرفته است.عمده زمين شناسان که از جريانهاي فعال بازديد کرده اند،هرچند عده بسيارانگشت شماري اندازه گيريهايي از ويژگيهاي درحال فوران به عمل آورده اند.درحالي که دربسياري ازموارداين مسئله بنابه مشکلات دسترسي يا فقدان زمان وپرسنل بوده است.درعده اي ديگر بعلت فقدان اطلاعات درزمينه محاسباتي است که بايدصورت پذيردودرموردابزاري است که اين محاسبات را صورت ميدهد.
فوران اخيرکوهPuu Oo و Mauna Loa درهاوايي نقطه عطفي درمشاهدات و محاسبه جريانهاي گدازه اي بوده است وبنابراين زمان مناسب براي مرور اينگونه روشهاي رايج درزمينه جمع آوري اطلاعات ازجريانهاي گدازه اي ميباشد تا نگاهي به پتانسيل روشهاي اضافه صورت پذيرد و مفيدترين محاسباتي که ميتواند انجام شود خلاصه گردد.
روشهاي اندازه گيري:
درهنگاميکه تعدادي ازويژگيهاي جريانهاي گدازه قابل اندازه گيري درآزمايشگاه هستند،مانند رسانايي دمايي،ضريب انبساط گرمايي ورسانايي الکتريکي،عده اي ديگر بايددرروي زمين انجام گيرد.بسياري ازمتصديان خاطرنشان کرده اند که تفاوتهايي بين،براي مثال،اندازه هاي مربوط به ويژگيهاي روانه شناسي گدازه ها درآزمايشگاه ومحاسباتي مشابه درزمين وجود دارد.اين تفاوتها نسبتاً بنابه تفاوتهايي درميزان تغيير درطي اپيزودهاي گرمادهي دوباره ميباشند.تنهاراهي که ماميتوانيم تعدادي ازمهمترين محاسبات راصورت دهيم،انجام دادن آنها درزمين ميباشد.
ويژگيهايي که بايدمورداندازه گيري قرارگيرد:
درطي چندسال گذشته،پيشرفت فراواني در تکامل مدلهاي نظري جريان گدازه صورت پذيرفته است.هرچند،همانطور که توسط ويلسون و همکاران بحث شده است،مدل جريان گدازه قطعي هنوز ساخته نشده است.مهمترين پيشرفت درمدلسازي جريان گدازه باکمک مدلهاي متفاوت محدود مناسبي صورت پذيرفته است.اين موارد وديگر مدلهاي رياضياتي فرآيندهاي آتشفشاني،نيازمند اندازه گيري دقيق نسبتي است که دراين قسمت مدنظر ميباشد.
ويژگيهاي روانه شناسي:
ميزان فرآيندهاي آذرين،وابسته به ويژگيهاي روانه شناسي ماگما يا گدازه اي است که درآن وجوددارد.اززمانيکه ويسکوزيته آشکارگدازه وماگمابافاکتور106 تغييرمي يابد درتنهادرفواصل دمايي C200 خنک ميگردد.ميزاني که درآن روندهاي ماگمايي ادامه مي يابد بيشتر بوسيله اين مسئله است نه ديگر ويژگيهاي فيزيکي شيميايي.
چگالي:
چگالي جريان گدازه تابعي از ترکيبات ودما است.هرچند،اين عوامل عموماً براي هرجريان گدازه اي کافي نيستند،درزمانيکه مقادير متفاوتي از متغيرها بصورت گازي باشد.حضور حبابها وگازنامحلول تاثيري برويژگيهاي روانه شناختي جريانها بطورموثري دارد.
پراکندگي دمايي جريانهاي گدازه:
علاوه برچگالي جريان،دما نيزتغييردهنده ويژگيهاي روانه شناسي جريان است که اين عمل بوسيله ميزان پليمريزه شدن ماده مذاب وبوسيله تاثيرگذاري بربلورها وميزان رشد حفره (vesicle) صورت ميپذيرد.محاسبات دمايي دقيق که صورت ميپذيرد نه تنها کاهش دهنده دما بنا به کاهش دما ازطريق رسانايي و تشعشعي است بلکه افزايشهاي ممکني دردما بنا به گرمادهي ويسکوز(گرانروي)داراست.اثرات ازدست دهي گازي بنابه ميزان رشد بلوري است،که نتيجه آن تبلور دمادرجريان است که ميتواند تعيين کننده نمونه سازي قرار گيردوبرنامه محاسبه دمايي ميباشد.اين محاسبات ميتواند بطورمفيدي بوسيله محاسبات جريان گرمايي همرفتي گدازه تکميل گردد.روش مناسب در فصل7شرح داده شده است.
بررسي توپوگرافي توسعه جريان:
درطي بررسي يک جريان ايده آل گدازه اي،محاسبات دقيقي بايد درزمينه عمق وپهنه سنجي توسعه جريانها درفاصله هاي زماني منظم صورت پذيرد.درهمين زمان ميتوان (نسبتاً)به جلوگام برداشت تاموقعيتهاي ظاهري جريان ولبه هاي خارجي ديواره Leeveesرا نقشه سازي کرد.محاسبات عمقي دقيق نيازمندنقشه هاي وضعيتي تفصيلي است که اززمين قبل وبعدازآنکه توسط گدازه پوشيده شود صورت ميپذيرد.اين نقشه ها کمک مينمايند تاجريانهاي بنيادي برروي زمين وقسمت بالاي جريان صورت پذيرد.اين محاسبات ضروري اند زيرااهميت آن برروي ميزان پيشروي ودرنتيجه طول جريان است.
تغيير ضخامت جريان گدازه:
ضخامت جريانهاي گدازه بوسيله ويژگيهاي روانه شناسي گدازه کنترل ميشود.چگالي جريان وميزان ريزش(effusion)،شيب زمين زيرآن بخصوص درمناطق نزديک،بوسيله فرورفتگي توپوگرافي آغازين ودرجريانهايي باطول عمر طولاني بوسيله فرسايش دمايي صورت ميپذيرد.ضخامت جريانهاي حاصل پراکندگي استرس برشي ودرنتيجه،سرعت جريان راتعيين ميکند(براي مثال:واکنش برگشتي مثبت)وپراکندگي دمايي درست مانند تاثير پتانسيل همرفت،آشفتگي وفرسايش دمايي.درطي اين فوران،ضخامت جريان گدازه ميتواند درهر نقطه اي متفاوت باشد،زيراافزايش ناگهاني گرما و سرما باعث فرسايش ميشود.محاسبات عمقي دقيق درکانالهاي فعال بايددرطي برهه هاي زماني منظم صورت پذيرد.
ميزان ريزش(effusion):
بدليل آنکه ميزان ريزش برمورفولوژي جريانهاي گدازه اي تاثيرميگذارد،محاسبات دقيق اين مسئله درطي مشاهدات گسترش جرياني صورت ميپذيرد.بطورايده آل،اينرا ميتوان ازشکل کانال فعال تقريبي بدست آورد که همراه با سرعت پروفيل گدازه افقي وعمودي درکانال تطابق دارد.محاسبات منظم اين موارد اجازه تغييرات درميزان ريزش براي ثبت دارد.بعلاوه،بدليل تفاوت موقتي درميزان ريزش ممکن است به سمت پايين(down flow)باشند.
الگوي آماده سازي:
بادرنظرگرفتن منابع نا محدود وتمام ويژگيهاي فيزيکي نامحدود،گدازه فعال ميتواند بادقت محاسبه شود.چنين زمينه اي براي بيشترتحقيقات آتشفشاني دردسترس نيست.طراحي بيشترابزارعلمي شامل پيچيدگيهايي است،ابزاراندازه گيري ويژگيهاي گدازه تحت محدوديت وزن است،درحاليکه فوران اندکي درزمانيکه هليکوپتر دردسترس باشد صورت پذيرفته است.بعلاوه
ابزار نيزبايد برروي محلي مناسب قرار گيرد تا جريانهاي گدازه رامنتقل نمايد.بادرنظرگرفتن مشکلات دسترسي به کانالهاي گدازه يا درياچه هاي آن وعدم توانايي فيزيکي زمين شناسان که برروي ابزاربه کاررسيدگي ميکنند،زمان کاربردابزاربايدبصورتي باشدکه درواقعيت کسب ميگردد.درنهايت دراشتراک باتمام ابزارتحقيقاتي بايد تغييردهنده ويژگيهايي که باحداقل ميزان تعيين ميگردد باشد.
ابزارآلات اندکي ميتواند تمام عرصه هاي بالا راتامين کند.براي مثال اگرما مشکل محاسبات دمايي بااستفاده از ترموکوبل را درنظر بگيريم،زمان پاسخ ماکزيمم باترموکوپل بدون غلاف بدست مي آيد،هرچندچنين ترموکوپلي نميتواند دردرون بسياري ازجريانهاي گدازه قرار گيرد.درنتيجه ميتواند تمام سطح يا دماي سطح را اندازه گيري کند.لازم به ذکراست که نبايد کاهشي درجريانهاي گدازه نيز حاصل گردد.بدليل آنکه اين ابزار برروي آن تراز داده شده است.علاوه برازدست دادن مقادير بزرگي از گرما بوسيله تابش،بهتراست تادماي بالايي را بوسيله اکسيداسيون دمايي درطي کلاتيزه کردن درقسمت بالاي جريان درنظربگيريم.اين مسئله افزايش دهنده تمام دماهاي اندازه گيري شده بوسيله دماهاي چندده تايي است.
ازسوي ديگر ترموکوپلي که دربالاي مقطع قرار ميگيرد چنددقيقه طول ميکشد تا به تعادل برسد که درخلال آن اپراتور بسيار حالت نامطمئني دارد.اين نتايج محاسباتي قبل ازآن است که تعادلهايي صورت پذيرد،حتي زمانيکه اين مسئله بدست آيد ترموکوپل نميتواند دماي نهايي درون جريان را تعيين کند زيرا پوسته خارجي به ساقه ترموکوپل مي چسبد يااينکه ازدست دادن دمايي درطول استوانه روي خواهد داد.
جنبه اصلي طراحي ابزار شامل تلاش براي کسب رضايت خاطر،راحتي حمل ونقل،دوام زياد،کيفيت خوب وزمان پاسخ مناسب،دقت فراوان،راحتي بکارگيري ونگهداري تحت شرايط محل کار ميباشد،درحاليکه کمترين هزينه نيز وجودداشته باشد.
دماي جريانهاي گدازه اي:
روشهاي مختلفي وجوددارد که براي سنجش دماي جريانهاي گدازه بکارميرود .عمده اين اندازه گيريها بااستفاده از ترموکوپلهاي کرومل-آلومل-به عنوان حسگرهاي دمايي به همراه مترهاي خودتعادلي ميباشد.اين ابزارارزان بوده کاربردآساني دارد،قابل حمل است وميتواند فشاري راکه به آن وارد ميشود تحمل نمايد.تعدادي ازمشکلات طراحي و کاربرد ترموکوبلها براي اندازه گيريهاي دماهاي گدازه ميباشد که تابحال اشاره شده است،بقيه موارد توسط اولت وهمکاران و…آورده شده است.
همانگونه که قبلاً اشاره شد،مشکل رايج درتکامل پوسته بدنه وراس ترموکوبل است که منجر به ثبت دماهاي ثابت ميگردد،هرچنداينگونه دماها پايين ترازسطوح دروني گدازه است.اين پوسته راميتوان با صرفنظرنمودن ازعمل جايگذاري تعويض نمود وسريعاً آنرا وارد قسمت ديگري ازجريان کرد.چندين نوع جايگذاري موردنياز است،قبل ازآنکه دماي ترموکوبل باعث تغييرشکل پوسته گردد.درطي سال1984Mauna Loaفوران نمود وحتي زمانيکه ترموکوپلها درآن قرارداده شد،پوسته اي به دورآن توسط جريان سريع گدازه ايجاد گرديد.ليپمان وبنکس اين ويژگي رابعلت کشش حفره هاي کوچک وافزايش ناشي ازآن درمجاورت گرانروي گدازه و درنزديک راس ترموکوپل ميدانند.اين مشکل بوسيله کاهش سرعت ترموکوبل وگدازه به زير نيمه متر برروي گدازه ايجاد ميشود،بنا برزمان طولاني که موردنياز است تااين موضوع کسب گردد(ازسه دقيقه براي ترموکوبلي که به درون يک جريان آرام باقطر1.5 mm تا 30دقيقه ميرود و براي
ترموکوپلي غلافي به قطر6mm ومدت30 دقيقه متفاوت است.محافظت مناسب از تشعشع ها نيازمند کاربرد حفاظ تابشي يا لباس محافظ مناسب است،درزمانيکه احتياط مناسب وجودداشته باشد به حتي 1درجه سانتيگراد ميرسد.
در1976 ادعا کردند که کاربرد عناصرده تايي روديوم پلتيوم کاهنده اين تساوي بين 20 تا 25 سانتيمتر ميباشد،هرچندآنها نميتوانند براي جريانهاي گرانروي استفاده شوند که علت آن شکنندگي ميباشد،اما ميتوانند درمواردآتشفشاني به طور محدود استفاده شوند.پينکرتون و…در1976بيان داشتند که با کاربرد يک ترموکوپل باقطر20mm وعمق جايگذاري 20cm دماي داخلي مناسبي اندازه گيري ميشود.تانگي و…در1976 عمق جايگذاري را براي جريان کوه اتنا 30 تا50 cm دانستند.زمان پاسخ ميتواند بوسيله پيش گرمادهي ترموکوپل توسط جريان تعيين گردد.عمقهاي جايگذاري کاهنده امکانپذير است که با کاربرد يک ترموکوپل نازک تردر زمانيکه رسانايي دما درتنه کاهش مي يابد يا با اندازه گيري درجايي است که گرماي تشعشعي حاصل ازجريان پايين است يعني عموماً نزديک به جريان منبع گدازه،هرچند درمنبع نيز سطح بالاييي جريان درتماس با ديواره هاي تغذيه اي است و گرماي رسانايي ممکن است درحکم يک روند دمايي مشخص باشد که بدليل تفاوتها درابعاد رسانايي ونوع ترموکوبلهاي بکاررفته درطي فوران ميباشد وهمچنين به دليل تفاوتها درمقاطع دمايي گرانروي و سرعت جريانها مورد محاسبه قرار ميگيرد وحداقل عمق جايگذاري وزمان آن متفاوت است وآنها تمايل دارند براي هرقسمت جرياني که بدست مي آورند محاسبه کنند.
دماي دقيق و مقاطع عميق نيازمند چندين ترموکوپل ازانواع شرح داده شده و بکاررفته توسط آرچال وتانگاي هستند.

فایل : 21 صفحه

فرمت : Word