Daha çox

2.0: Diffuziya və Darcy Qanununa giriş - Geoscience


Diffuziya bir çox tələbənin ilk dəfə fizika və ya kimya elmində tanıdığı bir anlayışdır. Lakin diffuziya tənliyinin həllinin qismən diferensial tənlik aspekti tətbiq olunduqdan sonra diffuziya qorxuducu və mücərrəd bir konsepsiya kimi görünə bilər. Sadə dillə desək, diffuziya bir maddənin yüksək konsentrasiyalı bölgədən aşağı konsentrasiyalı bölgəyə keçməsidir. Bu, ehtimal ki, artıq gündəlik həyatdan tanış olduğunuz bir konsepsiyadır, məsələn, bir otağın bir sahəsinə hava təravətləndiricisini püskürtdüyünüzdə, sonra bütün otağa qoxuya bildiyinizdə və ya qonaqlıqdakı helyum balonlarının bir neçə gün sonra necə düşdüyü helium balondan yayılır.

Bu fəsildə diffuziya tənliyinin çoxsaylı praktik istifadəsini və tətbiqini əhatə edəcəyik və tənliklərin tam olaraq necə həll ediləcəyini bölüşəcəyik, beləliklə daha əlçatandır. Difüzyon konsepsiyası, bir qüsurun dağıdılması kimi daha mürəkkəb prosesi simulyasiya etmək üçün fiziki bir model kimi də istifadə edilə bilər. Difüzyonu anlamaq sizə bir magma bəndinin soyuması, litosferin soyuması, atomların taxıl içərisində / xaricində diffuziyası (məs., Qaya metamorfizminin ilkin prosesi) və qüsur skarlarının aşınması kimi geoloji proseslərin necə işlədiyini daha çox məlumat verəcəkdir. . Fəsildə diffuziyaya əsaslanan və mayenin məsaməli mühitdən necə keçdiyini modelləşdirmək üçün istifadə olunan Darcy qanunu da yer alacaq.

Bu fəslin sonunda bir ölçülü istilik axını, diffuziya tənliyinin mənşəyi və Darcy Qanunu və bu anlayışların kimyəvi diffuziya və eroziya kimi digər proseslərə necə tətbiq ediləcəyi ilə rahat olmalısınız. Əlavə olaraq diffuziyanı təsvir edən qismən diferensial tənliyi həll etmək üçün lazım olan sərhəd şərtlərini, xüsusən də müxtəlif geoloji proseslər üçün bacarıq qazanacaqsınız.

Geosellərdə diffuziya proseslərinə nümunələr

Qəfəs miqyasında bir maddənin içərisində bir elementin diffuziyasından, istiliyin lokal miqyasda miqyasda diffuziyasına, topoqrafiyanın diffuziyasına və kimyəvi bir növün diffuziyasına qədər coğrafi elmlərdə diffuziya tənliyinin bir çox tətbiqi və istifadəsi mövcuddur. qabıq. Əvvəlcə diffuziya tənliyinə girməyimizdən əvvəl tətbiq olunmağın dörd nümunəsinə nəzər salaq. Bu nümunələrin hamısı üçün maraq parametrinin (məsələn, temperatur, konsentrasiya) ətrafdan necə keçəcəyini idarə edən bir diffuziya əmsalı (diffuzivlik) mövcuddur.

İstilik keçiriciliyi ( (T ( overrightarrow {x}, t )))

Yerli bir temperatur pozğunluğu ətrafdakı bölgəni istilədikcə yavaş-yavaş soyuyacaq. Hər hansı bir zamanda temperatur profili ( (T (x) )) t, ilkin temperatur paylanmasından və istilik ətrafdakı materiala nə qədər tez yayılmasından asılıdır. Bu misal üçün istilik diffuziyası istilik keçiriciliyinin sürətini idarə edir.

  • a. Qabıqdakı yer dəyişdirmə: İstiliyin ətraf bölgəyə yayılması üçün nə qədər vaxt lazımdır?
  • b. Yer qabığının / litosferin soyuması / yaşlanması: Yer qabığı və litosfer istilik keçiriciliyi ilə soyuduqca tektonik lövhə daha sıxlaşır və azalır. Köhnə litosferin orta okean yayılma mərkəzindən uzaqlaşdıqca getdikcə daha da dərinləşməsinin səbəbi budur. Litosferdən istilik keçirməsi diffuziya prosesidir.

Xəta çapığının eroziyası ( (H ( overrightarrow {x}, t )))

Şaquli yerdəyişmə komponenti olan bir qüsur qopduqda səthdə əmələ gələn kəskin topoqrafiya zaman keçdikcə yavaş-yavaş aşınacaq. Əvvəlcə kəsik bir addım funksiyasına bənzəyir. Müəyyən bir müddətdən sonra kəskin künclər yavaşca kəskin ofset hamar bir daldırma yamacına çevrilənə qədər dolduracaq və ya aşınacaq. Bu aşınan ofsetin zamanla forması həqiqi fiziki proses daha mürəkkəb olmasına baxmayaraq diffuziya prosesi kimi modelləşdirilə bilər.

Kimyəvi diffuziya ( (C ( overrightarrow {x}, t )))

Qaya qəfəs quruluşundakı elementlərin kimyəvi diffuziyası, həmçinin kimyəvi bir növün konsentrasiyası üçün diffuziya tənliyi ilə təsvir olunur. Kimyəvi diffuziya süxurların radiogenik tarixlənməsini (diffuziya ilə itkisi nə vaxt dayandırır?), Bərk hal diffuziyasını (süxurların metamorfozunun baş verdiyi ilk prosesdir), zəhərli kimyəvi maddələrin zibillik yerlərindən diffuziyasını və "kimyəvi şüaların" diffuziyasını anlamaq üçün vacibdir. nüvə tullantılarının sızması ilə əlaqəli.


Videoya baxın: О. Смирнов Нейтринная геофизика. O. Smirnov Neutrino Geoscience (Sentyabr 2021).