खनिज भौतिकी और उच्च-दाब भूभौतिकी

खनिज भौतिकी प्रयोगशाला में पृथ्वी की गहराई के अत्यधिक दबाव और तापमान को फिर से बनाती है, यह मापती है कि खनिज कैसे बदलते हैं और भूभौतिकीय अवलोकनों की व्याख्या करने के लिए उनके लोचदार और परिवहन गुण कैसे बदलते हैं।

Definition

खनिज भौतिकी और उच्च-दाब भूभौतिकी पृथ्वी के आंतरिक भाग के उच्च दबाव और तापमान पर खनिजों और धातुओं के गुणों और व्यवहार का प्रायोगिक और सैद्धांतिक अध्ययन है, जो गहरी पृथ्वी के भूभौतिकीय अवलोकनों की व्याख्या करने के लिए आवश्यक सामग्री डेटा प्रदान करता है।

Scope

यह विषय पृथ्वी के आंतरिक भाग की गहराइयों की स्थितियों के तहत पृथ्वी सामग्री के भौतिकी और रसायन विज्ञान को शामिल करता है: दबाव, आयतन और तापमान से संबंधित अवस्था के समीकरण, उच्च-दाब चरण संक्रमण जो मेंटल को उपविभाजित करते हैं, और खनिजों और कोर धातुओं के लोचदार, तापीय और परिवहन गुण। यह डायमंड एनविल सेल और शॉक कम्प्रेशन की प्रायोगिक तकनीकों और प्रथम-सिद्धांत गणना की भूमिका, और भूकंपीय वेग, घनत्व और चालकता की व्याख्या करने के लिए इन डेटा के उपयोग पर केंद्रित है। जोर प्रयोगशाला मापों को गहरी पृथ्वी से जोड़ने पर है।

Core questions

• अवस्था के समीकरण गहरी-पृथ्वी के दबावों के तहत खनिजों का वर्णन कैसे करते हैं?
• कौन से चरण संक्रमण मेंटल को संरचित करते हैं और उन्हें कैसे खोजा जाता है?
• प्रयोगशाला में अत्यधिक दबाव और तापमान कैसे प्राप्त किए जाते हैं?
• खनिज-भौतिकी डेटा भूकंपीय वेग और घनत्व की व्याख्या कैसे करते हैं?

Key concepts

• अवस्था के समीकरण और बल्क मापांक
• उच्च-दाब खनिज चरण संक्रमण
• डायमंड एनविल सेल और शॉक कम्प्रेशन
• खनिजों के लोचदार, तापीय और विद्युत गुण
• सामग्री गुणों की प्रथम-सिद्धांत गणना

Key theories

पृथ्वी सामग्री के अवस्था के समीकरण

बिर्च-मर्नाघन (Birch-Murnaghan) सूत्र जैसे अवस्था के समीकरण बताते हैं कि एक खनिज का आयतन दबाव और तापमान पर कैसे प्रतिक्रिया करता है, जिससे प्रयोगशाला डेटा को गहरी-पृथ्वी की स्थितियों तक बढ़ाया जा सकता है और भूकंपीय घनत्व और वेग के साथ तुलना की जा सकती है।

मेंटल चरण संक्रमण

बढ़ता दबाव मेंटल खनिजों को क्रमिक रूप से सघन संरचनाओं के माध्यम से चलाता है, और मैग्नीशियम सिलिकेट में पोस्ट-पेरोव्स्काइट (post-perovskite) संक्रमण की खोज ने सबसे निचले मेंटल की विशेषताओं की व्याख्या की, यह दर्शाता है कि उच्च-दाब प्रयोग गहरी-पृथ्वी की संरचना को कैसे हल करते हैं।

Mechanisms

बढ़ते दबाव में परमाणु अधिक सघनता से पैक होते हैं और खनिज उच्च समन्वय के साथ नई क्रिस्टल संरचनाओं को अपनाते हैं, जिससे चरण संक्रमण उत्पन्न होते हैं जो भूकंपीय विच्छेदन को चिह्नित करते हैं; डायमंड एनविल सेल (diamond anvil cell) जैसे प्रयोगशाला उपकरण लेजर हीटिंग के साथ, और शॉक-वेव प्रयोग, घनत्व, लोचदार मापांक और चालकता को मापने के लिए इन स्थितियों को पुन: उत्पन्न करते हैं, जिन्हें क्वांटम-मैकेनिकल गणना द्वारा तेजी से पूरक किया जा रहा है, जो संपत्ति डेटा प्रदान करते हैं जो भूकंपीय प्रोफाइल को संरचना और तापमान के बारे में कथनों में बदलते हैं।

Clinical relevance

खनिज-भौतिकी डेटा भूकंपीय टोमोग्राफी और संदर्भ पृथ्वी मॉडल की संरचना और तापमान के संदर्भ में व्याख्या करने, मेंटल संवहन और कोर को समझने, और पानी और कार्बन के गहरे चक्रण को बाधित करने के लिए अनिवार्य हैं।

History

ब्रिजमैन ने बीसवीं सदी की शुरुआत में उच्च-दाब प्रयोगों का बीड़ा उठाया, बिर्च ने 1950 के दशक में पृथ्वी पर उच्च-दाब भौतिकी लागू की, डायमंड एनविल सेल और लेजर हीटिंग बाद में गहरे-मेंटल और कोर की स्थितियों तक पहुंच गए, और पोस्ट-पेरोव्स्काइट की 2004 की खोज ने गहरी-पृथ्वी की व्याख्या पर क्षेत्र के निरंतर प्रभाव का उदाहरण दिया।

Key figures

• Percy Bridgman
• Francis Birch
• Jean-Paul Poirier
• Kei Hirose

Seminal works

• poirier2000
• birch1952
• murakami2004

Frequently asked questions

प्रयोगशालाएं पृथ्वी के कोर के दबावों तक कैसे पहुंचती हैं?

मुख्य उपकरण डायमंड एनविल सेल है, जो लाखों वायुमंडलीय दबाव उत्पन्न करने के लिए दो रत्न-गुणवत्ता वाले हीरों की युक्तियों के बीच एक छोटे से नमूने को निचोड़ता है, जिसे अक्सर लेजर हीटिंग के साथ जोड़ा जाता है; शॉक-कम्प्रेशन प्रयोग संक्षेप में और भी अधिक दबाव तक पहुंचते हैं, और कंप्यूटर सिमुलेशन सीमा को और बढ़ाते हैं।

गहरी पृथ्वी को समझने के लिए खनिज भौतिकी की आवश्यकता क्यों है?

भूकंप विज्ञान मापता है कि तरंगें कितनी तेजी से यात्रा करती हैं और आंतरिक भाग कितना घना है, लेकिन उन संख्याओं को इस बारे में एक कथन में बदलने के लिए कि आंतरिक भाग किस चीज से बना है और यह कितना गर्म है, यह जानना आवश्यक है कि गहराई में उम्मीदवार खनिज कैसे व्यवहार करते हैं, जो ठीक वही है जो खनिज भौतिकी मापती है।