دستگاههاي بلورشناختي



در طبيعت شکل سلول اوليه در بلور کانيهاي مختلف تفاوت دارد . به طور کلي شش نوع سلول اوليه در نتيجه شش نوع بلور کاني وجود دارد . هر يک از اين شش نوع بلور متعلق به يک دستگاه بلور شناختي است . دستگاههاي بلور شناختي عبارتند از مکعبي ٬مربعي ٬راست لوزي ٬تک شيب ٬سه شيب ٬. شش وجهي .

در دستگاه مکعبي هر سه محور ( سه جهت فضايي ) يا هم مساوي و بر هم عمود هستند مانند بلورهاي نمک طعام و سولفيد آهن .



دستگاه مربعي

:فقط دو محور با هم مساوي هستند اما اندازه محور سوم با آنها يکي نيست . اين سه محور نيز بر هم عمود هستند . در اين دستگاه ساده ترين بلور به شکل منشور است که سطح قاعده آن مربع است مانند بلورهاي اکسيد قلع و اکسيد تيتان .





دستگاه راست لوزي

:محورها نا مساوي اما بر يکديگر عمود هستند . ساده ترين بلور در اين دستگاه منشوري است که قاعده آن به شکل لوزي يا مستطيل است . مانند بلورهاي گوگرد و کربنات کلسيم .





دستگاه تک شيب

:سه محور نابرابرند و دو تا از آنهابر هم عمودند مانند بلورهاي ميکا٬ تالک و گچ آبدار.



دستگاه سه شيب

:سه محور نابرابرند و هيچيک بر هم عمود نيستند . در بلور ساده سه شيب همه وجه ها متوازي الاضلاع هستند . مانند بلورهاي گروهي از فلدسپاتها .





دستگاه شش وجهي

:چهار محور وجود دارد که طول سه محور آن برابر است . اين سه محور در يک صفحه قرار دارندو با هم زاويه ١٢٠ درجه مي سازند . محورچهارم عمود بر آنهاست مانند بلورهاي کوارتز .



در هر يک از دستگاهها ٬ بلورها را بر اساس تقارن موجود در آنها به رده هايي تقسيم

مي کنند . در شش دستگاه بلور شناختي ٣٢ رده بلوري تشخيص داده شده است .

هنگام تشکيل بلورها ٬ اگر فضا و زمان و شرايط مناسب وجود داشته باشد بلورهاي درشتي بوجود مي آيند . اين بلورها را بصورت تک بلور مي توان مشاهده و بررسي کرد و رده و دستگاه بلور شناختي آنها را مشخص کرد . اگر شرايط مناسب نباشد ٬ بلورها به اندازه هاي کوچکتر و بصورت مجموعه ها و توده هاي ريز تشکيل مي شوند . گاهي بلورها به قدري ريزهستند که نمي توان آنها را با چشم ديد و براي مطالعه آنهاازذره بين ٬

ميکروسکوپهاي نوري و الکتروني و اشعه ايکس استفاده مي شود .



خواص بلورها

مقدمه

در بلورها پراکندگي و فاصله اجزا ٬ داراي نظم هندسي ويژه‌اي است که معمولا" در تمام جهتها يکسان نيست. برخلاف بلورها در جامدهاي بي شکل يا غير بلورين پراکندگي و فاصله اجزاي سازنده آنها در همه جهتها يکسان است. از اينرو بعضي از خواص فيزيکي جامدهاي غير بلورين ٬ مانند رسانايي گرمايي ٬ انتشار نور و رسانايي الکتريکي نيز در همه جهتها يکسان است. به اين جامدهاي غير بلورين همسانگرد (ايزوتروپ) مي‌گويند. چون خواص فيزيکي بيشتر جامدهاي بلورين در جهتهاي مختلف متفاوت است به آنها ناهمسانگرد مي‌گويند. تنها بلورهايي که در دستگاه مکعبي متبلور مي‌شوند مانند اجسام غير بلورين عمل مي‌کنند، چون در سه جهت فضايي داراي ابعاد مساوي هستند.





 









کاربرد ناهمسانگردي

پديده ناهمسانگردي سبب پيدايش خواصي در بلورها مي‌شود که کاربردهاي مختلف و مهمي در صنعت دارند. مثلا" اگر بلورهايي مانند کوارتز و يا تورمالين را از دو طرف بکشيم و يا فشار دهيم در جهت عمود بر فشار يا کشش داراي بار الکتريکي مخالف يکديگر مي‌شوند. اگر جهت اين فشار يا کشش را عوض کنيم نوع بار الکتريکي تغيير مي‌کند، به اين پديده پيزوالکتريک مي‌گويند.

گرما در بعضي از بلورها الکتريسته ايجاد مي‌کند و سبب مي‌شود يک سوي آنها بار مثبت و سوي مقابل بار منفي بيابد. در نتيجه ميان اين دو سو اختلاف پتانسيل الکتريکي بوجود مي‌آيد. همچنين اگر به اين بلور جريان الکتريکي متناوب وصل کنيم، بلورها به تناوب منبسط و منقبض مي‌شوند و بر اثر ارتعاش ٬ صوت توليد مي‌کنند. از اين خاصيت براي توليد صوت ٬ ماوراي صوت ٬ نوسانهاي الکتريکي ٬ ساختن ميکروفونهاي بلوري و سوزن گرامافون استفاده مي‌شود.

خواص نيم رسانايي

بعضي از بلورها مانند بلور عنصرهاي ژرمانيم ٬ سيليسيم و کربن خاصيت نيم رسانايي دارند و تا اندازه‌اي جريان الکتريکي را از خود عبور مي‌دهند. اگر بلورهاي نيم رسانا را گرما دهيم و يا در مسير تابش نور قرار دهيم٬ مقاومت الکتريکي آنها کم مي‌شود و الکتريسيته را بهتر عبور مي‌دهد. نيم رساناها در صنايع الکترونيک و مخابرات بصورت ديود و ترانزيستور و قطعه‌هاي ديگر الکترونيکي بکار مي‌روند. ديود يا يکسو کننده از دو قطعه بلور نيمه رسانا ساخته مي‌شود و براي يکسو کردن جريانهاي متناوب بکار مي‌رود. ترانزيستور از سه قطعه بلور نيم رسانا تشکيل مي‌شود و براي تقويت جريانهاي ضعيف و يکسو کردن جريان متناوب بکار مي‌رود. ديودها و ترانزيستورها از قسمتهاي اصلي گيرنده‌ها و فرستنده‌هاي راديو و تلويزيون هستند.

پديده دو شکستي

بعضي از بلورها نور را به دو دسته پرتو تقسيم مي‌کنند، بر اثر اين پديده در کانيهاي شفاف ٬ مانند کربنات کلسيم شکست مضاعف ايجاد مي‌شود. اگر نوشته‌اي را زير کربنات کلسيم قرار دهيم بصورت دو نوشته ديده مي‌شود.

بعضي از بلورها خاصيت جذب انتخابي دارند. مانند بلور تورمالين که پرتوهاي نور را به دو دسته تقسيم مي‌کند. يک دسته آنها را جذب مي‌کند و دسته ديگر را از خود عبور مي‌دهد. از اين خاصيت براي ساختن فيلمها و عدسيهاي قطبنده (پلاريزان) و براي کاهش شدت نور چراغهاي اتومبيل استفاده مي‌شود. عدسيهاي قطبنده را در ساختن ابزارهاي نوري مانند ميکروسکوپهاي قطبنده (پلاريزان) را از ورقه نازک پولارويد (ورقه شفاف و نازک نيترات سلولز) مي‌پوشانند.





 









خواص ساختاري

بعضي از ويژگيهاي بلورها به نوع و موقعيت پيوند بين مولکولهاي آنها بستگي دارد. مثلا" هر چه پيوند اجزاي يک بلور قويتر باشد نقطه ذوب آن بالاتر و سختي و مقاومت آن بيشتر است، مانند بلورهاي الماس و گرافيت که از نظر ترکيب شيميايي يکسان هستند و هر دو از کربن تشکيل شده‌اند، اما به دليل تفاوت در پيوند شيميايي ميان اتمهاي آنها سختي و مقاومت گرافيت کم ، اما سختي و مقاومت الماس بسيار زياد است. بعضي از بلورها به سبب شکل پيوندهاي داخلي ٬ در امتدادهاي معيني به آساني مي‌شکنند، مانند بلور نمک طعام و بعضي به آساني ورقه ورقه مي‌شوند، مانندبلورهاي ميکا. از خاصيت سختي و مقاومت بلورها در ساختن انواع کاغذها و تيغه‌هاي سمباده و همچنين در ساعت سازي استفاده مي‌کنند.



بلور شناسي

نگاه اجمالي

بلور شناسي ، علم مطالعه بلورهاست. با ارائه روشي براي توضيح چگونگي تعيين خواص فيزيکي ماده از روي سطح آن ، يعني اصل تقارن بلور شناسي بصورت علمي مستقل در آمد. در دهه 1880 ، فيزيکدانان شواهد کافي گرد آورده بودند که پديده‌هاي مختلفي از قبيل در شکستگي ، انبساط گرمايي ، وقف الکتريسيته و پيزو الکتريسيته را بايد با استفاده از شکل بلور توضيح داد. براي مطالعه بلورها روشهاي مختلفي وجود دارد که از مهمترين آنها بلور شناسي توسط اشعه ايکس و روشهاي پراش الکترون.

سير تحولي و رشد

مطالعه بلورها به دوران يونانيها و روميها و مطالعات کوارتزهاي گوناگون ، توسط ننوفراستو و پلينيو ، باز مي‌گردد. در سده هفدهم نخستين تلاشها براي توصيف نظم ساختاري بلورها به عمل آمد. رابرت هوک اظهار داشت که مشکل کوارتز را با فرض اين که کوارتز از آرايش تناوبي کره‌هايي تشکيل شده باشد، مي‌توان توضيح داد. کريستيان هويگنس به منظور توصيف پديده دو شکستي نور ، فرض کرد که کلسيت از آرايش تناوبي بيضيهاي دوار تشکيل شده است. در سال 1784 ، ژنه ژوست هادي اين فرض را مطح کرد که در بلورها مولکولها در گروههايي به شکل متوازي السطوح قرار گرفته‌اند. در آرايش فضايي اين گروهها مي‌تواند شکل بلوري ماکروسکوپيکي مشاهده شده را توضيح دهد.



در سال 1827 اوگوست کوشي معادله مربوط به کشساني را بدست آورد و با اين مطالعات و با استفاده از بيست و يک پارامتر توانست شرح دهد، چگونه جسم جامد تحت اثر کنش خارجي معلوم کرنش مي‌کند. او به مطالعات خود ادامه داد و دريافت که براي توصيف بلورها با توجه به طبيعت شبکه‌اي‌ آنها به پارامترهاي کمتري نياز است. پنج سال بعد توانست ارنست نويمن اين نتيجه‌ها را برابر مطالعه برهمکنش ميان نورد ماده بر اساس مکانيک بکار برد. او فرض کرد که نور از ذرات خردي درست شده است. دانشجوي وي والدر سار فوگست که بعدها استاد دانشگاه کوتينگتون شد، نخستين کسي بود که تمام اطلاعات و دستاوردهاي مربوط به ارتباط ميان خواص فيزيکي و ساختار بلورها را در تناوبي گرد آورد.





بلورشناسي نوين

در سال 1912 ، بلورشناسي نوين متولد يافت. در آن سال ماکس و گروهش تصويري از پراش پرتوهاي ايکس توسط بلور 3ns بدست آوردند. اين آزمايشها سرشت موجي پرتوهاي ايکس را ، که ويلهم کنراد رونتگن در اواخر سده نوزدهم کشف کرده بود و همچنين آرايش تناوبي خوشه‌هاي اتمها را در دوران بلور به اثبات رساند. ويليام لارش براک و پدرش ، ويليام هنري براگ در همين زمينه به پژوهش پرداختند و معادله مشهور زير را بدست آوردند:



2sinӨ = nλ



که در آن d فاضله ميان صفحه‌اي خانواده معيني از صفحه‌هاي بلوري ، n که مرتبه بازتاب ناميده مي شود، عدد طبيعي λ طول موج ايکس مورد استفاده و Ө زاويه فرود و زاويه بازتاب باريکه است. اين معادله مي‌گويد که کدام زاويه براي بازتاب با طول موج و خانواده صفحه‌هاي خاص مناسب است، بازتابهايي که از لحاظ هندسي مجازند در طبيعت يافت مي‌شوند.





بلور شناسي با پرتو ايکس

اگر نمونه‌اي از تک بلور را با استفاده از پرتوهاي سفيد ايکس ، پرتوهايي که نه يک طول موج ، بلکه گستره‌اي از طول موجها را در بردارد مورد مطالعه قرار دهيم. نقش خون لاوه بدست مي‌آيد تحت اين شرايط در معادله 2dsinӨ = nλ مي‌تواند مقاديري زياد داشته باشد. اما Ө زاويه‌اي ميان پرتو فرودي و صفحه ، براي يک خانواده صفحات خاص مقداري ثابت است. معمولا طول موجي مانند λ وجود دارد که در معادله براگ صدق مي‌کنند و بازتاب رخ مي‌دهد.



اگر نمونه‌اي را با فيلم عکاسي يا آشکارسازي جديد ديگري احاطه کنيم. در نقاط مختلف روي فيلم لکه‌هايي بدست مي آورديم که به پرتوهاي بازتابيده از خانواده‌هاي مختلف صفحات بلور مربوط مي‌شوند. با پردازش اين داده‌ها به طريق رياضي به آنچه نقش پراشي را بوجود مي‌آورد مي‌توان پي برد. در نتيجه ، ساختار ميکروسکوپي بلور را معين مي‌کند، يعني مي‌توان فهميد شبکه بلوري اين ساختار چگونه است و چه اتمهايي در تلاقي شبکه‌اي قرار دارند.

روش پودري

براي مطالعه بلور شناسي توسط اشعه ايکس روشهاي استاندارد ديگري هم وجود دارند که در اين ميان روش پودر از همه رايجتر است. در روش پودر بجاي تک بعدي از نمونه‌اي استفاده مي‌شود که بصورت بلورهاي کوچکي به ابعاد 1µm يا کمتر خرده شده است. در اين روش باريکه تک فام از پرتوهاي ايکس به نمونه تابيده مي‌شود. و در اين حال براي هر خانواده خاصي از صفحات تعداد زيادي بلورک با سمتگيري مناسب پيدا مي‌شوند که بازتاب براگ فرودي است. اما تند چتري که هر تکه از پارچه آن با دسته چتر زاويه‌اي يکسان مي‌سازند. باريکه‌هاي بازتابيده روي مخروطي قرار مي‌گيرند که گشودگي آن دو برابر گشودگي مخروط قبلي است. زيرا باريکه بازتابيده نسبت به باريکه اوليه زاويه 2Ө مي‌سازد و اين در حالي است که زاويه بين صفحه و باريکي اوليه برابر Ө است.



اگر فيلم عکاسي را در راه باريکه خروجي قرار دهيم، از تلاقي مخروط اخير با صفحه عکاسي يک دايره بدست مي‌آيد: فيلم عکاسي را معمولا به شکل نوار باريک دايره‌اي در مي‌آوردند و آنرا روي صفحه‌اي که شامل باريکه خروجي است قرار مي‌دهيم. فيلم را سوراخ مي‌کنند تا باريکه بتواند به نمونه برسد. از تلاقي مخروطهاي بازتابشي مربوط به صفحه‌هاي مختلف بلور فيلم نقش پراشي خطي بدست مي‌آيد.

بلور شناسي به روش پراش الکترون

در آغاز دهه 1990 روشهاي جديدي پيدا شدند که مشاهده مستقيم سطحهاي بلورين را امکان مي‌سازند. درک تغييرات ريخت شناسي که هنگام روياندن بلور براي کاربردهاي الکترونيک روي مي‌دهند. با استفاده از پراش الکترون بجاي پرتو ايکس و تحت زاويه‌اي کم از سطح بلورها حاصل شده است. با استفاده از ميکروسکوپ تونلي روبشي براي نخستين بار ، امکان مشاهده مستقيم ساختار شبکه‌اي بلورها از طريق مشاهده اتم منفرد فراهم شد.

ساختار بلوري

!مقدمه

با نگاه کردن به ساختار داخلي بلورها ، دانشمندان امروزه مي‌دانند که بلورها به اين دليل هميشه شکلهاي منظم و قابل شناسليي دارند که اتمهاي داخل آنها هميشه به شکل الگوهاي مشخصي که شبکه نام دارند در کنار يکديگر قرار مي‌گيرند. خواص يک بلور به شبکه آن بستگي دارد. به عنوان مثال الماس به اين دليل بسيار سخت است که اتمهاي آن با پيوندهاي بسيار قوي به هم متصل شده‌اند و يک شبکه مستحکم را بوجود آورده‌اند. دانشمندان شبکه بلورها را با استفاده از اشعه ايکس مطالعه مي‌کنند. اين مطالعات آشکار ساخته است که همه بلورها را مي‌توان فقط به هفت ساختار پايه طبقه بندي کرد، که با ساختار شبکه هر بلور تعيين مي‌شود.





 









تاريخچه

در پي کشف پراش اشعه‌هاي ايکس توسط رونتگن و انتشار يک رشته محاسبات و پيش‌بينيهاي ساده و موفقيت آميز در مورد ويژگيهاي بلورين ، بررسي ساختارهاي بلوري بصورت دقيقتر شروع گرديد. ناظرهاي اوليه با توجه به نظم شکل خارجي بلورها به اين نتيجه رسيدند که بلورها از تکرار منظم سنگ بناهاي همانند بوجود مي‌آيند. زماني که بلوري در شرايط محيطي ثابت رشد مي‌کند، شکل آن در حين رشد تغيير نمي‌کند، گويي سنگ بناهاي همانند بطور پيوسته به آن افزوده مي‌شوند. اين سنگ بناها ، اتمها يا گروههايي از اتمها هستند، که بلور يک آرايه متناوب سه بعدي از اتمهاست. اين موضوع با اين کشف کاني شناسان در قرن هيجدهم که اعداد شاخص جهتهاي تمام وجوه بلور اعداد درستند، آشکار شد.

آزمايش ساده
يک ليوان معمولي برداشته و آن را از آب پر کنيد. حال مقداري شکر در داخل ليوان ريخته و آن را با قاشق به هم بزنيد، تا شکر کاملا در آب حل گردد. اين عمل را تا جايي ادامه بدهيد که ديگر شکر اضافه شده به آب ليوان در آن حل نشود و در ليوان ته نشين گردد. چنين محلولي را اصطلاحا محلول اشباع شده آب و شکر مي‌گويند. حال يک دانه حبه قند را که قسمتي از آن شکسته شده است و بصورت مکعب کامل نمي‌باشد، انتخاب کنيد.

حال حبه قند را بوسيله يک تکه نخ بسته و در داخل ليوان آويزان کنيد. بعد از چند روز ملاحظه مي‌کنيد که قسمت شکسته شده حبه قند کاملا ترميم يافته و حبه قند بصورت مکعب کامل در آمده است. اين آزمايش نمونه بسيار ساده از رشد بلور است.
ساختار کلي
بلور ايده آل از تکرار بي پايان واحدهاي ساختاري همانند در فضا بوجود مي‌آيد. در ساده‌ترين بلورها ، مانند مس ، نقره ، آهن و فلزات قليايي ، اين واحدهاي ساختاري يک تک اتم است. در اکثر مواد واحد ساختاري شامل چندين اتم يا ملکول است. در بلورهاي معدني اين تعداد تا حدود 100 و در بلورهاي پروتئين به 10000 مي‌رسد. ساختار تمام بلورها بر حسب شبکه‌اي که به هر نقطه آن گروهي از اتمها متصل هستند، توصيف مي‌گردد، اين گروه اتمها را پايه مي‌گويند، پايه در فضا تکرار مي‌شود تا ساختار بلور را تشکيل دهد.
ساختار بلوري غير ايده آل
از نظر بلورنگاران کلاسيک ، بلور ايده‌آل از تکرار دوره‌اي واحدهاي يکسان در فضا شکل مي‌گيرد. ولي هيچ دليل عمومي وجود ندارد که بلور ايده‌آل حالت مينيمم انرژي اتمها در صفر مطلق باشد. در طبيعت ساختارهاي بسياري وجود دارند که با آنکه منظم هستند، کاملا دوره نيستند. نظر ايده‌آل بلورنگاران لزوما يک قانون طبيعت نيست. بعضي از ساختارهاي غير دوره‌اي ممکن است فقط فرا پايدار باشند و طول عمر بسيار درازي داشته باشند.
انوع ساختار بلوري
انواع مختلف ساختارهاي بلوري وجود دارند که چند مورد از ساختارهاي بلوري ساده و مورد توجه همگاني عبارتند از:

•    بلور مکعبي مرکز سطحي (fcc) :
در اين حالت سلول ياخته بسيط ، لوزي رخ است. بردارهاي انتقال بسيط نقطه شبکه واقع در مبدا را به نقاط شبکه واقع در مراکز وجوه وصل مي‌کنند.
•    بلور مکعبي مرکز حجمي (bcc) :
در اين حالت ياخته بسيط لوزي رخي است که هر ضلع آن برابر است و زاويه بين اضلاع مجاور است.
•    بلور کلريد سديم Nacl :
در اين حالت پايه شامل يک اتم Na و يک اتم Cl است که به اندازه نصف تعداد اصلي مکعب يکه از هم فاصله دارند.
•    بلور کلريد سزيم CsCl :
در اين حالت در هر ياخته بسيط يک مولکول وجود دارد. هر اتم در مرکز مکعبي متشکل از اتمهاي نوع مخالف قرار دارد.
•    ساختار بلوري تنگ پکيده شش گوش (hcp) :
در اين ساختار مکانهاي اتمي يک شبکه فضايي را بوجود نمي‌آورند. شبکه فضايي يک شش گوشي ساده است که به هر نقطه شبکه آن پايه‌اي با دو اتم يکسان مربوط مي‌شود.


 




•    ساختار الماسي :
در اين حالت شبکه فضايي fcc است. اين ساختار نتيجه پيوند کووالانسي راستايي است.
•    ساختار مکعبي سولفيد روي ZnS :
ساختار الماس را مي‌توان بصورت دو ساختار fcc که نسبت به يکديگر به اندازه يک چهارم قطر اصلي جابجا شده‌اند، در نظر گرفت. ساختار مکعبي سولفيد روي از قرار دادن اتمهاي Zn روي يک شبکه fcc و اتمهاي S رويي شبکه fcc ديگر نتيجه مي‌شود.
•    ساختار شش گوشي سولفيد روي (و ورلستاين):
اگر فقط اتمهاي همسايه اول را در نظر بگيريد، نمي‌توان بين دو حالت ZnS مکعبي و شش گوشي فرق گذاشت. اما اگر همسايه‌هاي دوم را در نظر بگيريم مي‌توان اين دو حالت را از هم تمييز داد.

علت مطالعه ساختارهاي بلوري
از آنجا که بيشترقطعات الکترونيکي مانند ديود ، ترانزيستور و ... از بلورها ساخته مي‌شود. همچنين به دليل گسترش روز افزون وسايل الکترونيکي و توجه بيش از حد به ساختن ريزتراشه‌هاي کامپيوتري با ابعاد بسيار کم ، توجه فوق العاده به سمت بلور شناسي و مطالعه ساختارهاي بلوري شده است. و دانشمندان مختلف در سطح جهان مطالعات وسيعي را در اين زمينه انجام مي‌دهند، که از آن جمله مي‌توان به فعاليتهاي انجمن نانوتکنولوژي اشاره کرد.

الماس
الماس از کربن خالص تشکيل شده و سيستم تبلور آن کوبيک است. وزن مخصوص الماس 3.5 ضريب شکست آن 2.42 و سختي آن در مقياس موس ، مساوي 10 است. الماس به رنگهاي مختلف پيدا مي‌شود. الماس با سنگهاي کيمبرليتي که از اعماق زياد منشا گرفته‌اند، همراه است. در رسوبات رودخانه‌اي به صورت پلاسر يافت مي‌شود. بيشترين بخش الماس جهان امروه از معادن الماس واقع در کشورهاي آفريقايي استخراج مي‌گردد.

مقدمه
شايد به زودى تصور متداول درباره الماسها به کلى دگرگون شود. الماسهايى که بخاطر زيبايى ، کمياب بودن و زمان طولانى توليدشان ارزش فوق العاده‌اى داشتند، امروزه در آزمايشگاه و در مدت زمانى حدود يک ساعت بوجود مى‌آيند. اينکه اين دگرگونى چه تأثيرى در صنعت جواهرسازى يا قيمت الماسهاى طبيعى در بازار خواهد داشت هنوز در پرده‌اى از ابهام است. اما درباره نقش اين الماسهاى آزمايشگاهى در تکنولوژى ، شايعه‌هايى برخاسته از مجامع علمى به گوش مى‌رسد.

 


بيشتر از هشتاد درصد از الماسهاى معدنى طبيعى به مصارف صنعتى از قبيل ابزارهاى برش يا مواد ساينده براى تراشکارى و پرداخت ديگر سنگهاى قيمتى ، فلزات ، گرانيت و شيشه مى‌رسند. استفاده از الماس به عنوان نيم رسانا نيز نيازمند شرايط ويژه‌اى مثل بالاترين درجه خلوص ، بهترين بلورينگى و تعيين اتمها به لحاظ الکتريکى فعال براى ايجاد گذرگاه الکتريکى در وسيله مورد نظر است.

اما تمامى الماسهاى طبيعى بخاطر نقصها ، ناخالصيها و ساختار ضعيفشان براى مصارف الکترونيکى نامناسبند. حتى با اينکه الماسهاى مصنوعى و طبيعى داراى کيفيت جواهرى بسيار ارزشمند هستند، اما ممکن است بخاطر رگه‌هاى ناچيز ناخالصيها براى استفاده به عنوان نيم رسانا مناسب نباشند. در واقع تنها خالصترين اين سنگها در کاربردهاى الکترونيکى پرقدرت از سلفونها گرفته تا کامپيوترهاى شخصى و خطوط ارتباطاتى قابل استفاده‌اند.
دورنماى الماس
ميزان ذخيره الماس جهان در سال 1979 بدين شرح مي‌باشد. زئير 120 ، شوروي (سابق) 250 ، آفريقاي جنوبي 72 ، بوستوانا 60 ، ناميبيا 15 ، آنگولا 20 ، سيرالئون 6 و لسوتو 5 ميليون قيراط ذخيره دارند. همچنين ميزان الماس توليدي جهان در سال 1979 بدين شرح مي‌باشد: زئير 11160 ، شوروي (سابق) 10700 ، آفريقاي جنوبي 7640 ، بوتسوانا 3340 ، ناميبيا 1950 ، عتا 1500 ، آنگولا 750 ، ونزوئلا 750 و سيرالئون با 710 قيراط بيشترين توليد الماس جهان را به خود اختصاص داده‌اند.


توليد الماس
الماس بطور طبيعى تحت فشارهاى زياد اعماق زمين و در زمانى طولانى شکل مى‌گيرد. اما در آزمايشگاه مى‌توان به کمک دو فرآيند مجزا در زمانى بسيار کوتاهتر الماس توليد کرد. فرآيند فشار بالا _ دما بالا (HP HT) اساساً تقليدى است از فرآيند طبيعى شکل گيرى الماس در حالى که فرآيند رسوب گيرى بخار شيميايى (CVD) دقيقاً خلاف آن عمل مى‌کند. در واقع CVD بجاى وارد کردن فشار به کربن براى توليد الماس با آزاد گذاشتن اتمهاى کربن به آنها اجازه مى‌دهد با ملحق شدن به يکديگر به شکل الماس در آيند.

اين دو تکنيک براى اولين بار در دهه 1950 کشف شدند. به گفته باتلر که هفده سال روى توليد الماس با استفاده از تکنيک CVD کار کرده است «از آنجا که پيشگامان توليد الماس بدون فشار بالا در دهه 1950 با تمسخر سايرين از ميدان به در شدند. تکنولوژى CVD هنوز دوران کودکى‌اش را سپرى مى‌کند.» هر دو فرآيند قادرند با سرعتى خيره کننده الماسهايى با کيفيت جواهر توليد کنند، اما در نهايت اين فرآيند CVD است که بخاطر کنترل ساده ناخالصى و اندازه محصول براى تکنولوژيهاى الکترونيکى مناسب‌ترين خواهد بود.

فرآيند CVD با قرار دادن ذره بسيار کوچکى از الماس در خلأ آغاز مى‌شود. سپس گازهاى هيدروژن و متان به محفظه خلأ جريان مى‌يابند. در ادامه پلاسماى تشکيل شده باعث شکافته شدن هيدروژن به هيدروژن اتمى مى‌شود که با متان واکنش مى‌دهد تا راديکال متيل و اتمهاى هيدروژن بوجود آيند. راديکال متيل نيز به ذره الماس مى‌چسبد تا الماس بزرگ شود. رشد الماس در تکنيک CVD ، فرآيندى خطى است، بنابراين تنها عوامل محدودکننده اندازه محصول در اين روش بزرگى ذره ابتدايى و زمان قرار دادن آن در دستگاه است.

به گفته ديويد هلير (D. Hellier) ، رئيس بخش بازاريابى کمپانى ژمسيس ، «فرآيند HP HT نيز با ذره کوچکى از الماس آغاز مى‌شود. هر ذره الماس در محفظه‌هاى رشدى به اندازه يک ماشين لباسشويى ، تحت دما و فشار بسيار بالا درون محلولى از گرانيت و کاتاليزورى فلزى غوطه‌ور مى‌شود. در ادامه تحت شرايط کاملاً کنترل شده‌اى اين الماس کوچک به تقليد از فرآيند طبيعى ، مولکول به مولکول و لايه به لايه شروع به رشد مى‌کند.»

گر چه جنرال الکتريک در توليد الماسها به اين روش پيشگام است و الماسهاى ساخته شده با تکنيک HP HT را براى مصارف صنعتى به بازار عرضه مى‌کرد اما تا پيش از آنکه کمپانى ژمسيس با ساده سازى اين فرآيند امکان توليد نمونه‌هايى با کيفيت جواهر را فراهم کند، هرگز آن الماسها به عنوان سنگهاى قيمتى به فروش نرسيده بودند.


 





در واقع الماسهاى زينتى مصنوعى بخش کوچک و در عين حال پر سودى از صنعت الماس را تشکيل مى‌دهند. اين الماسهاى رنگى که در مقايسه با همتاهاى بى‌رنگ شان فوق العاده کمياب و در نتيجه بسيار گرانبها ترند با توجه به نوع ناخالصيها در رنگهاى گوناگون از قرمز و صورتى گرفته تا آبى ، سبز و حتى زرد روشن و نارنجى توليد مى‌شوند. در واقع اين الماسها مى‌توانند چنان کيفيت بالايى داشته باشند که حتى ماشينهاى ساخته شده براى تشخيص سنگهاى مصنوعى از طبيعى در تفکيکشان از يکديگر دچار مشکل شوند، همانطور که امروزه برخى از بزرگترين الماس فروشان در صنعت نيز به زحمت از پس آن بر مى‌آيند.

شباهت فوق العاده نمونه هاى مصنوعى و طبيعى باعث شده است تا تاجران الماس براى تشخيص الماسهاى رنگى مصنوعى از سنگهاى طبيعى دست به دامن آزمايشگاههاى الماس بلژيک و ديگر نقاطى شوند که بطور سنتى عهده دار تجزيه و تحليل و تأييد الماسها از نظر بزرگى قيراط ، رنگ و شفافيت هستند.
تشخيص الماسهاي مصنوعي
آزمايشگاه آنتورپ و چند تايى ديگر در سراسر جهان براى تشخيص الماسهاى مصنوعى بطور عمده از دو نوع دستگاه استفاده مى‌کنند. در دستگاه نوع اول با تابش نور به الماس مشخصات طيفى نور جذب يا ساطع شده تجزيه و تحليل مى‌شود. اگر نشانه‌هايى از الماس مصنوعى مشاهده شد، آزمايشگاه دستگاه دوم را بکار مى‌گيرد که اين دستگاه براى آشکار ساختن ساختار درونى کريستال از نور فرابنفش استفاده مى‌کند. اين دستگاهها نقصهاى موجود در الماس را حتى در مقياس ميکروسکوپى يا اتمى نيز بررسى مى‌کنند.

در واقع الماسها نيز درست مثل درختان داراى حلقه‌هاى رشدى در اطراف هسته درونى هستند. الماسهايى که در آزمايشگاه توليد يا براى تغيير رنگ دستکارى شده باشند، ساختار رشد متفاوتى از خود نشان مى‌دهند. بنابراين با اينکه آزمايشگاهها با استفاده از اين دستگاهها قادر به تشخيص الماسهاى مصنوعى از طبيعى هستند اما نگرانى عمده در صنعت الماس جايى است که افراد بدون اين دستگاهها توانايى تشخيص سنگهاى مصنوعى را نخواهند داشت.

الماس مصنوعي
اين نوع الماس براي نخستين بار توسط گروهي از دانشمندان سوئدي در سال 1953ساخته شده است. جنرال الکتريک در سال 1954 براي اولين مرتبه با استفاده از گرافيت در فشار 50 تا 60 کيلو بار و دماي 1500 درجه سانتيگراد توانست الماس مصنوعي بسازد.
در روش جديد که توسط ژاپنيها ابداع گرديده ، بخار کربن بر روي يک صفحه سرد جمع مي‌شود، ابتدا CH4 و H2 در ميکروويو در دماي بيش از 2000 درجه سانتيگراد حرارت داده مي‌شود و بخار کربن بر روي يک صفحه سرد متمرکز مي‌شود.
موارد مصرف الماس
الماس داراي مصارف صنعتي و زينتي است. گر چه الماس را بيشتر به عنوان زينت بخش مي‌شناسند، ولي بيش از 80 درصد آن به مصارف صنعتي مي‌رسد. ميزان الماس مصرفي در صنعت از 74 درصد در سال 1934 به 89 درصد در سال 1979 فزوني گرفته است. مصارف عمده الماس در صنعت جهت برش مواد بسيار سخت نظير فولادهاي آلياژي و کاربيد تنگستن ، ساييدن ، اره کردن سنگ و بتون و حفاريها بکار مي‌رود.
تقسيم بندي الماسها بر اساس مصارف صنعتي
الماسها بر اساس مصارف صنعتي آنها به چهار گونه تقسيم مي‌شوند:

1.    الماس صنعتي که به علت شکل و رنگ آن ، مصرف زينتي ندارد.
2.    الماس بورت که قطعه‌هاي کوچک و شکل نامناسب دارد.
3.    الماس کاربونادو که مخلوطي از الماس ، گرافيت و کربن بي‌شکل (آمورف) است.
4.    الماس بالاس

12.5 درصد الماس توليدي جهان به مصرف ساخت مته‌هاي حفاري و چاله زني مي‌سرد. 2.5 درصد ديگر هم از الماس توليدي در ساختن ماشينهاي برش و پوليش و 75 درصد ديگر به صورت پودر و يا مواد ساينده به مصرف مي‌رسد. مصارف صنعتي الماس به اختصار شامل ، مته‌هاي الماسي ، مواد ساينده‌ها ، اره‌هاي الماسي ، لوازم دندانپزشکي و جراحي و دستگاههاي برشي و پوليش مي‌گردد.
الماس در صنعت الکترونيک
به گفته جيمز باتلر (J.Butler)، يکى از شيميدانان محقق در آزمايشگاه تحقيقات نيروى دريايى ايالات متحده ، به لحاظ تاريخى سه مشکل عمده سر راه استفاده از الماسهاى طبيعى در کاربردهاى الکترونيکى وجود داشته است. الماسهاى طبيعى هميشه به شکل بازدارنده‌اى براى استفاده همه جانبه گران بوده‌اند و يافتن سنگهاى بزرگ با خلوص کافى نيز بسيار دشوار است. علاوه بر اين هيچ دو سنگى دقيقاً شبيه هم نيستند و خواص منحصر به فرد در هر يک مى‌تواند مشکلاتى را در مدارهاى الکترونيکى به بار آورد. آخرين مشکل در استفاده از الماس براى کاربردهاى الکترونيکى و کامپيوترى نيز نياز به دو نوع الماس يعنى سنگهاى نوع n و p براى هدايت الکترونيکى بوده است.

در دستگاههاى مجتمع بايد از هر دو نوع الماس نيمه رساناى n و p استفاده کرد، اما الماسهاى نوع n بطور طبيعى وجود ندارند و الماسهاى نوع p الماس آبى ، به قدرى نادرند که هيچ راه مقرون به صرفه‌اى براى استفاده از آنها پيدا نشده است. به هر حال الماسهاى مصنوعى اين مشکلات را برطرف مى‌کنند. به گفته رابرت لينارس (R. Linares) ، بنيان گذار کمپانى آپولو دياموند براى مثال مى‌توان با افزودن ناخالصى فلز برون به الماس ، نوع P يعنى الماس آبى را توليد کرد.

بطور مشابه دانشمندان مى‌توانند با افزودن فسفر به الماسهاى بى رنگ ، الماس نوع n را نيز توليد کنند. ما براى استفاده از الماس به نوع نيمه رسانا در دستگاههاى الکترونيکى پرقدرت نياز به ترکيبى لايه‌اى از اين دو نوع الماس داريم. علاوه بر اين با توجه به اينکه الماسهاى بى‌رنگ خالص در عمل بيشتر از آنکه رسانا باشند عايق هستند، مى‌توان لايه‌هايى از آنها را به اين ترکيب افزود.

امروزه نيم رساناهاى بسيارى مثل سيليکون در گستره وسيعى از دستگاههاى الکترونيکى بکار مى‌روند. اما الماس با توجه به دامنه تغييرات حرارتى و سرعت فوق العاده بيشترش ، تنها در مقايسه با خلاء است که عنوان دومين نيم رساناى برتر جهان را به خود اختصاص مى‌دهد. الماس با داشتن چنين ويژگيهايى و بخصوص امروز که آزمايشگاه قادر به توليد سنگهاى خالص و ناخالص کنترل شده‌اند، مى‌تواند پايه گذار انواع سراسر نوينى از دستگاههاى الکترونيکى پرقدرت باشد. با اينکه استفاده از الماس در صنايع الکترونيک به چند دهه ديگر واگذار شده است، اما به اعتقاد لينارس اين سنگ قيمتى صنايع نيم رسانا سازى را به کلى دگرگون خواهد کرد.
برخى از کاربردهاى عملى الماس
•    لوازم الکترونيکى ولتاژ و توان بالا مثل ترنهاى سريع السير.
•    دستگاههاى فرکانس بالا مثل رادارهاى پرقدرت و ايستگاههاى مخابراتى سلولى.
•    دستگاههاى ميکرو و نانو الکترو مکانيکى مثل ساعتها و فيلترهاى تلفنهاى سلولى.
•    محاسبات کوانتومى مثل موارد مورد نياز در ارتباطات امن.
•    آشکارساز پرتوهاى پر انرژى مثل پرتو سنجهاى پزشکى.
•    اپتيک و ليزرهاى پرقدرت مثل آنچه در کابل و خطوط تلفن يا پنجره شاتلهاى فضايى بکار مي‌رود.
•    الکترودهاى الماسى مقاوم به خوردگى که مى‌تواند محيطهاى آلوده را پاک کند.
نانوتکنولوژي
نانوتکنولوژي توليد کارآمد مواد و دستگاهها و سيستمها با کنترل ماده در مقياس طولي نانومتر و بهره برداري از خواص و پديده‌هاي نو ظهوري است که در مقياس نانو توسعه يافته‌اند.
يک نانومتر چقدر است؟
يک نانومتر يک ميلياردم متر (10-9 m) است. اين مقدار حدودا چهار برابر قطر يک اتم است. مکعبي با ابعاد 2.5 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود. کوچکترين آي سيهاي امروزي با ابعادي در حدود 250 نانومتر در هر لايه به ارتفاع يک اتم ، حدود يک ميليون اتم را در بردارند. در مقايسه يک جسم نانومتري با اندازه‌اي حدود 10 نانومتر ، هزار برابر کوچکتر از قطر يک موي انسان است.

امکان مهندسي در مقياس مولکولي براي اولين بار توسط ريچارد فاينمن (R.Feynnman) ، برنده جايزه نوبل فيزيک مطرح شد. فاينمن طي يک سخنراني در انستيتو تکنولوژي کاليفرنيا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مباني فيزيک امکان ساخت اتم به اتم چيزها را رد نمي‌کند. وي اظهار داشت که مي‌توان با استفاده از ماشينهاي کوچک ماشينهايي به مراتب کوچکتر ساخت و سپس اين کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد.

همين عبارتهاي افسانه وار فاينمن راهگشاي يکي از جذابترين زمينه‌هاي نانو تکنولوژي يعني ساخت روباتهايي در مقياس نانو شد. در واقع تصور در اختيار داشتن لشکري از نانو ماشينهايي در ابعاد ميکروب که هر کدام تحت فرمان يک پردازنده مرکزي هستند، هر دانشمندي را به وجد مي‌آورد. در روياي دانشمنداني مثل جي استورس هال (J.Storrs Hall) و اريک درکسلر (E.Drexler) اين روباتها يا ماشينهاي مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزي به هر شکل دلخواهي در مي‌آيند. شايد در آينده‌اي نه چندان دور بتوانيد به کمک اجراي برنامه اي در کامپيوتر ، تخت خوابتان را تبديل به اتومبيل کنيد و با آن به محل کارتان برويد.


 




چرا اين مقياس طول اينقدر مهم است؟
خواص موجي شکل (مکانيک کوانتومي) الکترونهاي داخل ماده و اثر متقابل اتمها با يکديگر از جابجايي مواد در مقياس نانومتر اثر مي‌پذيرند. با توليد ساختارهايي در مقياس نانومتر ، امکان کنترل خواص ذاتي مواد ازجمله دماي ذوب ، خواص مغناطيسي ، ظرفيت بار و حتي رنگ مواد بدون تغيير در ترکيب شيميايي بوجود مي‌آيد. استفاده از اين پتانسيل به محصولات و تکنولوژيهاي جديدي با کارآيي بالا منتهي مي‌شود که پيش از اين ميسر نبود.

نظام سيستماتيک ماده در مقياس نانومتري ، کليدي براي سيستمهاي بيولوژيکي است. نانوتکنولوژي به ما اجازه مي‌دهد تا اجزاء و ترکيبات را داخل سلولها قرار داده و مواد جديدي را با استفاده از روشهاي جديد خود_اسمبلي بسازيم. در روش خود_اسمبلي به هيچ روبات يا ابزار ديگري براي سرهم کردن اجزاء نيازي نيست. اين ترکيب پر قدرت علم مواد و بيوتکنولوژي به فرآيندها و صنايع جديدي منتهي خواهد شد.



ساختارهايي در مقياس نانو مانند نانو ذرات و نانولايه‌ها داراي نسبت سطح به حجم بالايي هستند که آنها را براي استفاده در مواد کامپوزيت ، واکنشهاي شيميايي ، تهيه دارو و ذخيره انرژي ايده‌ال مي‌سازد. سراميکهاي نانوساختاري غالبا سخت‌تر و غيرشکننده‌تر از مشابه مقياس ميکروني خود هستند. کاتاليزورهاي مقياس نانو راندمان واکنشهاي شيميايي و احتراق را افزايش داده و به ميزان چشمگيري از مواد زائد و آلودگي آن کم مي‌کنند. وسايل الکترونيکي جديد ، مدارهاي کوچکتر و سريعتر و … با مصرف خيلي کمتر مي‌توانند با کنترل واکنشها در نانوساختار بطور همزمان بدست آيند. اينها تنها اندکي از فوايد و مزاياي تهيه مواد در مقياس نانومتر است.







منافع نانوتکنولوژي چيست؟

مفهوم جديد نانوتکنولوژي آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روي علم و تکنولوژي در مسيرهاي غيرقابل پيش بيني تأثير بگذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژي عبارتند از: لاستيکهاي مقاوم در برابر سايش که از ترکيب ذرات خاک رس با پليمرها بدست آمده‌اند، شيشه‌هايي که خودبه خود تميز مي‌شوند، مواد دارويي که در مقياس نانو ذرات درست شده‌اند، ذرات مغناطيسي باهوش براي پمپهاي مکنده و روان سازها ، هد ديسکهاي ليزري و مغناطيسي که با کنترل دقيق ضخامت لايه‌ها از کيفيت بالاتري برخوردارند، چاپگرهاي عالي با استفاده از نانو ذرات با بهترين خواص جوهر و رنگ دانه و ... .

قابليتهاي محتمل تکنيکي نانوتکنولوژي

1.    محصولات خود_اسمبل

2.    کامپيوترهايي با سرعت ميلياردها برابر کامپيوترهاي امروزي

3.    اختراعات بسيار جديد (که امروزه ناممکن است)

4.    سفرهاي فضايي امن و مقرون به صرفه

5.    نانوتکنولوژي پزشکي که در واقع باعث ختم تقريبي بيماريها ، سالخوردگي و مرگ و مير خواهد شد.

6.    دستيابي به تحصيلات عالي براي همه بچه‌هاي دنيا

7.    احياء و سازماندهي اراضي

برخي کاربردها





 









مدلسازي مولکولي و نانوتکنولوژي

در سازمان ¬دهي و دستکاري مواد در مقياس نانو ، لازم است تمامي ابزار موجود جهت افزايش کارايي مواد و وسايل بکار گرفته شود. يکي از اين ابزار ، شيمي تحليلي ، خصوصا مدل ‌سازي مولکولي و شبيه ‌سازي است. امروزه ابزار تحقيقاتي فراگيري مانند روشهاي شيمي تحليلي مزيتهاي فراواني نسبت به روشهاي تجربي دارند. ميهيل يورکاز شرکتContinental Tire North America مي‌گويد:"روشهاي تجربي مستلزم بهره‌گيري از نيروي انساني ، شيميايي ، تجهيزات ، انرژي و زمان است. شيمي تحليلي اين امکان را براي هر فرد مهيا مي‌سازد که فعاليتهاي شيميايي چندگانه‌اي را در 24 ساعت شبانه ‌روز انجام دهد. شيميدانها مي‌توانند با انجام آزمايشها توسط رايانه ‌، احتمال فعاليتهاي غيرمؤثر را از بين ببرند و گستره احتمالي موفقيتهاي آزمايشگاهي را وسعت دهند.



نتيجه نهايي اين امر ، کاهش اساسي در هزينه‌هاي آزمايشگاهي (مانند مواد ، انرژي ، تجهيزات) و زمان است." از طرف ديگر ، در شيمي تحليلي سرمايه‌ گذاري اوليه جهت تهيه نرم‌افزار و هزينه‌هاي وابسته از جمله سخت‌افزار جديد ، آموزش و تغييرات پرسنل بسيار بالا خواهد بود. ولي با بکار گيري هوشمندانه اين ابزار مي‌توان هريک از هزينه‌هاي اوليه را نه تنها از طريق صرفه‌جويي در هزينه آزمايشگاه بلکه بوسيله فراهم نمودن دانشي که منجر به بهينه ‌سازي فرآيندها و عملکردها مي‌شود، جبران ساخت.



اين موضوع براي شيميدانها بسيار مناسب است، ولي روشهاي شبيه‌سازي چطور مي‌توانند براي نانوتکنولوژيستها مفيد واقع شود؟ محدوديتهاي آزمايشگر در مقياس نانو ، زماني آشکار مي‌شود که شگفتي جهان دانشمندان نظري وارد عمل مي‌شود. در اينجا هنگامي که دانشمندان قصد قرار دادن هر يک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانين کوانتوم وارد صحنه مي‌شود. پيش‌بيني رفتار و خواص در محدوده¬اي از ابعاد براي نانوتکنولوژيستها حياتي است.



مدل‌سازي رايانه‌اي با بکارگيري قوانين اوليه مکانيک کوانتوم و يا شبيه‌سازيهاي مقياس مياني ، دانشمندان را به مشاهده و پيش‌بيني رفتار در مقياس نانو و يا حدود آن قادر مي‌سازد. مدلهاي مقياس مياني با بکارگيري واحدهاي اصلي بزرگتر از مدلهاي مولکولي که نيازمند جزئيات اتمي است، به ارائه خواص جامدات ، مايعات و گازها مي-پردازند. روشهاي مقياس مياني در مقياسهاي طولي و زماني بزرگتري نسبت به شبيه¬سازي مولکولي عمل مي‌کنند. مي‌توان اين روشها را براي مطالعه مايعات پيچيده ، مخلوطهاي پليمر و مواد ساخته‌شده در مقياس نانو و ميکرو بکار برد.

مدل ‌سازي خاک‌ رس

محققين دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبيه‌سازيهايي بر اساس مکانيک کوانتوم براي مطالعه و کامپوزيتهاي خاک ‌رس–پليمر بکار برده‌اند. امروزه اين ترکيبات يکي از موفق‌ترين مواد نانوتکنولوژي هستند، زيرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذيري از خود نشان مي‌دهند؛ خواصي که معمولاً در يکجا جمع نمي‌شوند. نانو کامپوزيتهاي پليمر–خاک رس مي‌توانند با پليمريزاسيون در جا تهيه شوند؛ فرآيندي که شامل مخلوط کردن مکانيکي خاک معدني با مونومر مورد نياز است. بنابراين مونومر در لايه دروني جاي‌گذاري مي‌شود (خودش را در لايه‌هاي درون ورقه‌هاي سفال جاي مي‌دهد) و تورق کل ساختار را افزايش مي‌دهد. پليمريزاسيون ادامه مي‌يابد تا سبب پيدايش مواد پليمري خطي و همبسته گردد.





 







دانشمندان با بکارگيري Castep (يک برنامه مکانيک کوانتوم که نظريه کارکردي چگالي را بکار مي‌گيرد) تحول کشف شده در اين روش را که پليمريزاسيون ميان ‌گذار خود کاتاليست ناميده مي‌شود مطالعه کردند. اين پروژه ، دانشي نظري در زمينه ساز و کار اين فرآيند جديد را بوسيله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزيت فراهم نمود. ضروري است که دانش حاصل از شبيه‌سازيها ، جهت کنترل و مهندسي نمودن فعل و انفعالات پليمر-سيليکات به کمک دانشمندان آيد.



دانشمندان در شرکت BASF شبيه‌ سازيهاي مقياس مياني را براي بررسي علم و رفتار ريزواره‌ها بکاربردند. ريزواره‌ها ذراتي کروي شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهاي کوپليمري ايجاد مي‌شوند و در زمينه‌هايي مانند سنسورها وسايل آرايشي و دارو رساني کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گيري esoDyn ، يک ابزار شبيه ‌سازي براي پيش‌بيني ساختارهاي مقياس مياني مواد متراکم محلولهاي تغليظ ‌شده کوپليمرهاي آمفي‌فيليک را بررسي کردند.



شبيه‌سازيها مشخص نمود که کدام شرايط مولکولي و فرمولي به شکل‌گيري "ريزواره‌هاي معکوس" مانند نانو ذرات آب در يک محيط فعال منتهي‌ مي¬شود. چنين نتايجي براي درک رفتار عوامل فعال سطحي ضروري هستند. به کمک روشهايي مانند پرتاب محلول در آزمايشگاه مي‌توان به نتايجي در اين زمينه دست يافت، اما دستيابي به اين نتايج ماهها به طول مي‌انجامد، درحالي که آزمايشهاي شبيه‌سازي شده تنها طي چند روز نتيجه مي‌دهند.

محدوديتهاي اين روشها چيست؟





در حاليکه امروزه ابزار مدلسازي در سطح کوانتومي و مقياس مياني به خوبي توسعه يافته‌اند، همچنان محدوديتهايي در اين عرصه وجود دارد. براي مثال کاربردهايي در زمينه وسايل الکترونيک مستلزم انجام محاسبات مکانيک کوانتوم براي تعداد اتمهايي بيش از روشهاي حاضر مي‌باشد که بيش از توان عملياتي منابع محاسبه‌گر فعلي است. همچنين مدلسازي کل وسايل امکان‌پذير نيست، بويژه عملکردها و خواص آنها.



زمين شناسي فيزيکي

زمين شناسي علمي است که به طور کلي درباره زمين بحث مي کند. پيشرفت وسيع در اين رشته باعث تقسيم بندي آن به شاخه اي تخصصي شده است. يکي از اين شاخه ها زمين شناسي فيزيکي است که درباره مشخصات طبيعي و فيزيکي زمين مثل ميدان جاذبه، ايزوستازي، جرم مخصوص و... بحث مي کند.



تاريخچه

شروع مطالعات زمين شناسي فيزيکي را مي توان به مطالعات فيثا غورث در مورد کروي بودن زمين نسبت داد. کرويت زمين توسط فيثا غورث با تکيه بعضي دلايلي فيزيکي در سال 530 قبل از ميلاد مشخص شده بود، پس از آن در سال 240 قبل از ميلاد رئيس کتابخانه اسکندريه به نام اراتوستنس براي اولين بار شعاع زمين را اندازه گرفت پس از آن دانشمندان بزرگي گاليله گردش زمين به دور خورشيد و نيز کروي بودن آن را اثبات کرد و نيروي جاذبه کره زمين توسط نيوتن کشف شد. امروزه نيز با استفاده از دستگاههاي پيشرفته و مطالعات فراوان اطلاعات بسيار خوبي را در مورد خصوصيات طبيعي و فيزيکي زمين به دست آورديم که در توجيه بسياري از مسائل ناشناخته و پيچيده زمين بسيار موثر بوده اند.



 



نقش و تاثير آن در زندگي

تلفيق مطالعات صورت گرفته در زمينه زمين شناسي فيزيکي با ديگر اطلاعات بدست آمده از مطالعات ژئوفيزيکي و چينه شناسي و... مي تواند کمک بسيار شاياني در اکتشافات معدني و نفت و... بکند. مثلا از طريق اندازه گيري شتاب مغناطيسي و بررسي آنومالي هاي آن مي توان به وجود بعضي از مواد معدني از منطقه پي برد هر گاه شتاب جاذبه اندازهگيري شده پس از انجام تصحيحات ناشي از عوامل موثر ياد شده باز هم با مقدار تئوري آن اختلاف داشته باشد، اين اختلاف که ناشي از تفاوت جرم مخصوص سنگهاي زير زمين است، به نام آنومالي خوانده مي شود.ب ا بررسي اين آنومالي تا حدودي مي توان به ساختمان داخل زمين پي برد. مثلا آنومالي منفي شتاب جاذبه منفي نشانه آن است که در زير ايستگاه اندازه گيري، توده اي، که جرم مخصوص آن از سنگهاي اطراف کمتر است را دارد. مثلا وجود نمک در زير زمين ممکن است اين پديده را به وجود آورد.

حدود زمين شناسي فيزيکي

بين علم زمين شناسي فيزيکي و ساير گرايش هاي علم زمين شناسي نميتوان حدود مشخص را در نظر گرفت به طور کلي مي توان گفت زمين شناسي فيزيکي در حقيقت همان زمين شناسي عمومي است که شامل اکثر مباحث علم زمين شناسي مي باشد. ولي با پيشرفت علم زمين شناسي و لزوم بکار گيري شاخه هاي آن به صورت تخصصي تر، اين شاخه ها از علم زمين شناسي فيزيکي جدا شده و پر و بال بيشتري به آنها داده شد. ولي در کل مي توان گفت که زمين شناسي فيزيکي مي تواند تمامي آنها را در برگيرد. براي مثال مطالعه آبکره زمين که امروزه بيشتر توسط شاخه آب شناسي مورد بررسي قرار مي گيرد جزئي از بررسي هاي زمين شناسي فيزيکي است. در زمين شناسي فيزيکي مطالعه مشخصات آبکره ، اينکه مساحت اقيانوسها، درياها و درياچه ها و درصد آنها، چقدر است ولي در آب شناسي به صورت تخصصي تر مطالعه آبهاي موجود در زير زمين يا آبهاي سطحي از نظر شيميايي و فيزيکي و غيره مي باشد. بطور کلي مي توان گفت که زمين شناسي فيزيکي اکثرعلوم مختلف زمين شناسي را در بر مي گيرد و هر کدام از آنها را به صورت کلي تر بررسي مي کند.





 

ارتباط با ساير علوم

همانطور که از اسم آن بر مي آيد، زمين شناسي فيزيکي از ترکيب دو واژه زمين شناسي و فيزيک به وجود آمده است و بيشترين ارتباط را با علم فيزيک دارد. بررسي مشخصات طبيعي زمين مانند اندازه گيري شتاب جاذبه و ميدان مغناطيسي و غيره بدون داشتن اطلاعاتي در زمينه فيزيک امکانپذير نيست. همچنين بايد در ديگر زمينه هاي مختلف علم زمين شناسي براي توجيه بعضي از پديده ها اطلاعات کافي در اختيار داشت.

زمين شناسي ساختماني

زمين شناسي ساختماني (Strructural Geology



زمين شناسي ساختماني از واژه Structral به معني ساختاري يا ساختماني و Geologg به معني زمين شناسي گرفته شده است.



 



ديد کلي

هر کسي که با زمين شناسي سر و کار داشته باشد، تشخيص مي‌دهد که پوسته زمين در طي تاريخ زمين شناسي يک واحد ثابت و غير متغيري نبوده است بلکه به کرات در برابر عوامل داخلي و خارجي در آن تغيير شکل ايجاد شده است. شاهد اين مدعي وجود نواحي عظيم چين خورده يعني سلسله کوههاست که در آن رسوبات و سنگهاي ديگر فشرده شده و فرم آنها تغيير کرده است.



عامل ديگر رسوبات دريايي است که اينک در قلل مرتفع کوهها ديده مي‌شود و در برخي موارد هزاران متر از سطح دريا بالاتر قرار گرفته است و اين خود ناپايداري قشر زمين را نشان مي‌دهد. بطور کلي مي‌توان گفت که زمين شناسي ساختماني و تکتونيک ، درباره ساختهاي مختلف سنگهاي تشکيل دهنده پوسته زمين، چگونگي تشکيل و ارتباط آنها با عوامل داخلي زمين بحث مي‌کند.



اهميت و کاربرد زمين شناسي ساختماني

•    زمين شناسي ساختماني در بين ساير علوم زمين شناسي ، موقعيت خاصي را داراست. مثلا تهيه نقشه زمين شناسي محل ، بدون آگاهي به نوع ساختمانهاي منطقه ، غير ممکن است. زيرا بدون توجه به ساختمانهاي موجود ، ارتباط واحدهاي مختلف زمين شناسي امکان پذير نيست. از سوي ديگر مواد معدني ، در ساختمانهاي خاص زمين شناسي متمرکز مي‌شوند.



مثلا نفت و گاز طبيعي بيشتر در قسمتهاي بالاي تاقديسها جمع مي‌شوند و با شناسايي اين ساختمانهاست که مي‌توان امکان وجود آنها را بررسي کرد. همچنين بسياري از موارد معدني بصورت رگه تشکيل مي‌شوند که اين رگه‌ها ، معمولا در امتداد گسلهاي موجود در منطقه تشکيل مي‌شوند. در بسياري موارد ، در اثر وجود گسلها و شکستگيها ، گسترش ماده معدني در يک منطقه قطع مي‌شود و براي پيدا کردن مجدد آن ، آگاهي به مشخصات تکتونيکي منطقه ، ضروري است.

•    آشنايي به وضعيت ساختماني منطقه ، کمک موثري در مطالعه آبهاي زيرزميني است. زيرا گسلها و شکستگيها ، مجراهاي مناسب جهت عبور آبهاي زيرزميني مي‌باشد. شناسايي دره ها و گسلهاي ناحيه ، يکي از بهترين مراحل مقدماتي حفر تونلها و احداث سدها به شمار مي‌آيد.



 





انواع بررسي‌هاي زمين شناسي ساختماني

بررسي بر اساس وضعيت هندسي

در اين نوع تقسيم‌بندي ، ساختمانهاي مختلف زمين از نظر شکل هندسي مورد توجه قرار گرفته و به انواع چين‌ها ، گسل ، درزه‌ها و … تقسيم مي‌شوند.



بررسي از نقطه نظر سينماتيکي

در اين بررسي ، اشکال مختلف زمين‌شناسي ، از نقطه نظر نحوه حرکات پوسته زمين ، که منجر به ايجاد ساختمان مذبور شده است، مورد بررسي قرار مي‌گيرند. در حقيقت در اين حالت چگونگي تشکيل ساختمانهاي مختلف ، مطالعه مي‌شود.



بررسي تاريخي

مقصود از اين بررسيها ، مطالعه چگونگي تشکيل ساختمانهاي مختلف ، در دوره‌هاي خاص زمين‌شناسي است. زيرا بطوري که مي‌دانيم، در دوره‌هاي مختلف دوران زمين شناسي ، حرکات تکتونيکي مختلفي وجود داشته است.



بررسي از نظر ديناميکي

در اين بررسي ، رابطه نيروهاي موثر بر سنگهاي زمين و ساختمانهاي حاصله ناشي از آنها مورد بررسي قرار مي‌گيرد.



زمين شناسي ساختماني و ساير علوم زمين شناسي

پترولوژي

اين شاخه از علوم زمين از منشا پيدايش و شرايط تشکيل سنگها و همچنين رابطه موجود اين سنگها گفتگو مي نمايد و ارتباط نزديکي با زمين شناسي ساختماني دارد، مخصوصا تغيير شکلهايي که در اعماق با تبلور مجدد يا دگرگوني سنگها همراه است.



رسوب شناسي

رسوب شناسي و رسوب گذاري از رخدادهاي تکتونيکي ، شواهد و مدارک زيادي ارائه مي‌نمايند، زيرا تغيير شرايط ته نشيني و انباشته شدن رسوبات با تغيير شکل حوضه‌هاي رسوبي همراه است.



چينه شناسي

اغلب اوقات وضع چينه شناسي به موقعيت ساختماني طبقات وابسته است که بدون دانستن سرگذشت تکتونيک منطقه ، امکان بررسي ترتيب چينه شناسي وجود ندارد.



ژئومورفولوژي

ژئومورفولوژي در نواحي که تحت تاثير تکتونيک جديد قرار گرفته است، داراي اهميت زيادي است.



زمين شناسي کاربردي

نيروهاي عمل کننده بر زمين باعث ايجاد تغيير در پوسته زمين و تاثير گذاري بر روي سازه‌هاي احداث شده بر روي آن مي‌شود. بنابراين شناخت پديده‌هاي ساختماني و تکتونيکي کمک موثري به برنامه ريزي در اين گونه تشکيلات مي‌نمايد.



زمين شناسي اقتصادي

بسياري از مواد معدني به صورت رگه در امتداد گسلها و شکستگيهاي موجود در منطقه تشکيل مي‌گردد و يا نفت و گاز طبيعي بيشتر در ساختهاي خاص زمين شناسي ( تاقديس ) جمع مي‌شوند که براي شناخت اين ساختها و استفاده بهينه از مخازن موجود آگاهي از مشخصات تکتونيکي و ساختماني منطقه لازم است.



هيدروژئولوژي

آشنايي به وضعيت ساختماني منطقه کمک موثري در مطالعه مخازن زيرزميني است، چون گسلها و شکستگيها علاوه بر جابجايي لايه‌هاي آبدار ، مجراي مناسبي جهت عبور آبهاي زيرزميني هستند.



فتوژئولوژي

امروزه بررسيهاي زمين شناسي ساختماني با استفاده از عکسهاي هوايي و مطالعه مستقيم در روي زمين ( زمين شناسي صحرايي ) صورت مي‌گيرد و اصولا اين دو علم لازم و ملزوم يکديگرند.











زمين شناسي تاريخي

ريشه لغوي

زمين شناسي تاريخي از دو کلمه Historical به معني تاريخي و Geology به معني زمين شناسي گرفته شده است.



 

ديد کلي

زمين شناسي تاريخي ، شاخه مهمي از علم زمين شناسي است که از تاريخ تحولات و تکامل تدريجي زمين و حيات وجود در آن از ابتداي تشکيل تا به امروز بحث مي‌نمايد. از اين رو زمين شناسي تاريخي ارتباط بسيار نزديکي با چينه شناسي ، فسيل شناسي و ژئوکرونولوژي دارد. سير تحولات پوسته زمين اعم از قاره‌اي و اقيانوسي ، منشا و موقيت قبلي و اوليه قاره‌ها ، زمان جدايش آنها ، تشکيل اقيانوس ، منشا حيات و سير تکاملي آنها در زمان‌هاي مختلف زمين شناسي ، همچنين کوهزايي‌ها و زمان آنها ، از جمله فرآيند‌هايي هستند که در طول تاريخ زمين رخ داده‌اند و در تقسيم بندي عمر زمين به دوره‌هاي زمين شناسي نقش اساسي دارند.



روش زمين شناسي تاريخي آن است که از طريق مطالعه ساختمان کنوني ، اثرات و شواهد پديده‌هاي مختلف به چگونگي وقوع و شکل گرفتن آنها پي برده مي‌شود. اطلاعات حاصل از يادگيري تاريخ زمين بسيار با ارزش است. براي مثال امروزه زمين شناسان دريافته‌اند که نفت و گاز اغلب بر روي گنبدهاي نمکي تجمع پيدا مي‌کنند و يا ذغال سنگ‌ها معمولا در آب و هواي گرم و مرطوب و محيط‌هاي مردابي بوجود مي‌آيند، از طريق مطالعه گذشته زمين مي‌توان به چنين محيط‌هاي رسوبي و يا آب و هواي ديرينه پي برده و در نتيجه راه را براي اکتشاف منابع مذکور هموار نمود.

تاريخچه زمين شناسي تاريخي

•    انسان از بدو خلقت مي‌کوشيده که محيط خود را بشناسد، انسان اوليه از مشاهده پديده‌هايي مانند : زلزله ، آتشفشان و باد و باران به تفکر پرداخته و براي بقاي زندگي تلاش نموده تا محيط خود را بهتر بشناسد. زمين شناسي تاريخي يکي از شاخه‌هاي متنوع زمين شناسي است که همزمان با پيشرفت اين علم بر اهميت آن افزوده شده است.

•    ويليام اسميت (1839-1769) مهندس معدن طي تجربيات 24 ساله خود علم چينه شناسي و زمين شناسي تاريخي را بنيانگذاري نمود. وي به پدر چينه شناسي معروف شده است.

•    انتشار کتاب تئوري زمين) توسط جيمز هاتن توجه مردم را به اهميت مطالعه زمين و تاريخ آن جلب نمود. هاتن نشان داد که فسيلها بقاياي حيات گذشته بوده و براي تعيين سن نسبي زمين مي‌توان از آنها استفاده نمود.

•     

•    بعد از کشف مواد راديواکتيو در اوايل قرن جديد براي تعيين سن زميني و تنظيم جدول زماني آن از اين مواد استفاده شد. تئوري تکتونيک صفحه‌اي وگنر (1915) به حل مسائل مهم زمين شناسي کمک زيادي نمود.

•    با اينکه امروزه اطلاعات زيادي از زمين و تحولات آن کسب شده است، ولي مسائل ديگري نيز لاينحل باقي مانده که کشف و حل آنها بر عهده زمين شناسان جوان خواهد بود.

تولد زمين

•    حدود 10 ميليارد سال قبل ، ستاره که از هيدروژن اوليه زاده شده بود منفجر گرديد و بقاياي اتم‌هاي هيدروژن و هليم و ساير عناصر سنگين آن ستاره در فضا آزاد شد. پنج ميليارد سال بعد خورشيد و بيش از يکصد تريليون اجرام کوچک و بزرگ سماوي متشکل از مواد مختلف گازي ، جامد و يخ در مدارهاي مختلف به دور خورشيد به گردش درآمده‌اند و تدريجا نه سياره به طور مستقل (در اثر افزايش قدرت جاذبه و وزن و حجم) در منظومه شمسي شامل عطارد ، زهره ، زمين ، مريخ ، مشتري ، زحل ، اورانوس ، نپتون و پلوتو و قمرهاي آنها به وجود آمدند.

•    حرارت کره زمين پس از تولد ، به تدريج رو به کاهش نهاد و جو زمين به حد و نقطه بحراني رسيد که ديگر نتوانست بر تراکم خود بيافزايد و ابرها بجاي ضخيمتر شدن ، رطوبت خود را به صورت باران بر زمين سرازير نمودند. بارندگي‌ها تا ميليونها سال ادامه يافت تا سرانجام نواحي ژرف و عميق زمين را پر کرد که به آساني در آب حل مي‌شود، در آب دريا‌ها حل گرديد و موجب تشکيل رسوبات آهکي گرديد و بدين ترتيب بطور مداوم دي اکسيد کربن از جو زمين به اقيانوس منتقل گرديد.



 

تقويم زمين شناسي

•    از مدتها قبل زمين شناسان با توجه به ترتيبي که در ته نشيني لايه‌هاي مختلف پوسته زمين وجود دارد، سعي در تدوين جدولي نمودند تا بتوانند هر لايه را در جاي خود ترسيم نمايند.

•    در اواخر قرن هفدهم زمين شناساني که در ايتاليا و آلمان کار مي‌کردن يک ستون چينه شناسي سه قسمتي درست کردند. بعدا توسط ورنر پوسته زمين به پنج قسمت تقسيم شد. ورنر طرح تقسيمات خود را بر مبناي منشا سنگها قرار داد ولي بعد دريافت که براي ايجاد نظم و ترتيب کامل در ستون چينه شناسي ، به يک ستون استاندارد در مقياس جهاني نياز است. اساس طرح ورنر بر پايه نظريه‌هاي هاتن و پلوتو نيست‌ها بود. نهايتا طراحي توسط اسميت در انگلستان و کووير در حوزه پاريس ارائه شد که بر مبناي فسيلها بنا شده بود.

•    در اوايل قرن هجدهم زمين شناسان با ادغام نظريه‌هاي استنو ، هاتن ، اسميت و کووير دريافتند، ترتيب پيچيده‌اي در سنگهاي پوسته زمين وجود دارد که مي‌تواند نماينده ستون چينه شناسي باشد. مطالعه بر روي ستون چينه شناسي تا قرن نوزدهم بطول انجاميد تا در نتيجه جدولي تدوين شد که امروزه از آن استفاده مي‌شود.

واحدهاي زماني زمين شناسي

در اواخر قرن 19 زمين شناسان متوجه اهميت و لزوم جدا کردن تقسيمات زمان زمين شناسي و سنگها رسوبي نموده در طول زمان شدند. بر همين اساس واحدهاي چينه شناسي را به واحدهاي زماني و واحدهاي زماني سنگ شناسي تقسيم نمودند. واحدهاي زماني سنگ شناسي به ترتيب عبارتند از:

بيوزون

ساده‌ترين و اولين واحدي که در تقسيم بندي زمان طبقات رسوبي به کار مي‌رود، بيوزون است. بيوزن مي‌تواند مجموعه رسوباتي را شامل شود که در آن يک گونه فسيلي جانوري با ارزش چينه شناسي مشخص قرار داشته باشد.

اشکوب

1.    بعد از بيوزن واحد بزرگتري که از لحاظ زماني- سنگي به کار مي‌رود، اشکوب است. اشکوب شامل مجموعه طبقات مربوط به رسوبات دريايي با فسيل‌هاي شاخص است که در مکان معيني دقيقا مطالعه شده است.

2.    معمولا نام اشکوب را از اسم محلي که اولين بار مطالعه شده است گرفته و يکي پسوند «ian» به آن اضافه مي‌کنند. مثلا اشکوب لوتسين از کلمه لوتس نام قديمي شهر پاريس گرفته شده است.

3.    هر اشکوب چند بيوزون را شامل مي‌شود. به عنوان مثال اشکوب کامپانين در حوضه پاريس از دو بيوزون تشکيل گرديده است. چنانچه يک اشکوب شامل بيوزن‌هاي متعدد باشد آن را به زير اشکوب تقسيم مي‌کنند. واحد اصلي کرونوستراتيگرافي که در مطالعات چينه شناسي مورد استعمال بيشتري دارد، اشکوب است.

سيستم

1.    مجموعه چند اشکوب يک سيستم را به وجود مي‌آورد. نام هر سيستم از نام يک ناحيه مشخص ، يا سري رسوبات به خصوص و يا از نام فسيل‌هاي خاص اشتقاق مي‌يابد.

2.    به عنوان مثال در حالت اول در دوران پالئوزوئيک نام سيستم دونين از ناحيه دون ، (Devon) واقع در جنوب غرب انگلستان و در دوران دوم سيستم ژوراسيک از ناحيه ژورا (Jura) واقع در بين آلمان و فرانسه گرفته شده است.

3.    در حالت دوم نام سيستم کربنيفر از رسوبات کربن‌دار (ذغال‌دار) و همچنين نام سيستم کرتاسه از کلمه يوناني کرتا به مفهوم رسوبات کربناته مشتق شده است.

4.    سرانجام در حالت سوم دوره نوموليتيک که يک زير سيستم به شمار مي‌رود و مترادف پالئوژن است، نامش از فسيل نوموليتس اخذ گرديده است.

5.    بعضي از سيستم‌ها به زير سيستم نيز تقسيم شده است. مثلا سيستم ژوراسيک به زير سيستم‌هاي لياس ، دوگر و مالم تقسيم شده است.

دوران (Erathem)

سرانجام چند سيستم يک دوران را تشکيل مي‌دهند. که تعريف دوران بر اساس دلايل و شواهد ديرينه شناسي ، چينه شناسي ، تغييرات مهم در عالم جانوري و گياهي يا به عبارت ديگر تکامل موجودات و همچنين دوره‌هاي کوهزايي است.





زمين لغزش

حرکت و جابجايي بخشي از مواد دامنه در امتداد يک سطح گسيختگي مشخص را «لغزش» مي‌ناميم. در لغزشهاي دامنه‌اي تغيير شکل از نوع «برش ساده» است. لغزش انواع مختلف داشته و در هر نوع مصالحي مي‌تواند ايجاد شود. ويژگيهاي توده متحرک و شکل سطح گسيختگي معمولا به عنوان عوامل طبقه بندي لغزشها بکار گرفته مي‌شوند.











انواع لغزشهاي دامنه‌اي

لغزش انتقالي يا ساده

در لغزش انتقالي ، توده‌اي از مواد به روي يک سطح کم و بيش مسطوي به سمت پايين دامنه مي‌لغزند. شرايط زمين شناسي و در راس آن وجود ناپيوستگيهاي ساختي داراي جهتيابي مناسب ، از جمله عوامل ايجاد يک لغزش انتقالي است.

لغزش دايره‌اي يا چرخشي

لغزش دايره‌اي يا چرخشي عمدتا در دامنه‌هاي خاکي و خرده سنگي طبيعي و مصنوعي و به مقدار کمتر در دامنه‌هايي که از سنگ خرد شده يا ضعيف و هوازده ساخته شده‌اند، ديده مي شود. در اين حالت گسيختگي در راستاي سطوحي منحني و قاشقي شکل ، که حداکثر تنش برشي را تحمل مي کنند، صورت مي‌گيرد. براي ايجاد يک لغزش دايره‌اي معمولا نياز به شرايط زمين شناسي ويژه و گسستگيهاي ساختي نيست.

لغزش مسطوي در سنگ

اين نوع لغزش انواع مختلفي دارد. از آن جمله است لغزش يک يا چند واحد سنگي در امتداد يک يا چند سطح مسطوي ، سر خوردن يک قطعه کوچک يا ورقه‌اي از سنگ به روي دامنه ، لغزش توده عظيمي از سنگ و سرانجام لغزش گوه‌اي در امتداد فصل مشترک دو صفحه متقاطع.

شرايط مناسب براي لغزش مسطوي

سنگهاي لايه‌لايه رسوبي که شيبشان به سمت خارج دامنه و مقدار آن مساوي يا کمتر از شيب دامنه است.

گسل‌ها ، درزها و فولياسيونهايي که سطوح ضعيف ممتدي را ساخته و سطح دامنه را قطع مي‌کنند.

درزهاي متقاطع که گسيختگيهاي گوه‌اي را مي‌سازند.

سنگ سخت و درزدار که سر خوردن قطعات سنگ را به همراه دارد.

پوسته پوسته شدن در توده‌هاي گرانيتي که سرخوردن ورقه‌هايي از سنگ را باعث مي‌شود.





لغزش چرخشي در سنگ



در اين نوع لغزش توده‌اي قاشقي شکل از سنگ ، بر اثر لغزش در امتداد سطحي استوانه‌اي ، گسيخته مي‌شود. ايجاد ترکهايي در راس بخش ناپايدار و برآمدگيهايي در پاشنه آن نشانه‌هاي حرکات آغازين‌اند. پس از گسيختگي نيز معمولا پرتگاهي در بالاي دامنه و به هم ريختگيهايي در پايين آن متساعد مي‌شود. افزايش شيب دامنه ، هوازدگي و نيروهاي آب نشستي از دلايل اصلي اين نوع لغزشند.



لغزش چرخشي در سنگهاي سخت يکپارچه ديده نمي‌شود. در مقابل درستيهاي دريايي و ديگر سنگهاي نرم ، همچنين در سنگهاي رسوبي لايه‌لايه به شدت درزدار و داراي لايه‌هاي ضعيف ، فراوان ايجاد مي شود. شيب طبيعي شيلهاي دريايي متورم شونده و به شدت ترکدار ، کم و پايدارسازي آنها معمولا مشکل است. اين نوع گسيختگيها معمولا پيشرونده و وسيع اند.

•    لغزش چرخشي در خاک

رايجترين نوع لغزش در خاک ، حرکت چرخشي يک يا چند قطعه از آن در امتداد سطوح استوانه‌اي است.

علل اصلي لغزش چرخشي در خاک

•    نيروهاي آب نشستي

•    افزايش شيب دامنه

•    ساختهاي قبلي باقيمانده در خاک برجا

لغزشهاي چرخشي از ويژگيهاي رسوبات نسبتا صخيم خاک چسبنده و بدون سطوح ضعيف است. عمق سطح گسيختگي وابسته به شرايط زمين شناسي است. لغزشهاي عميق در زمينهاي رسي و لغزشهاي کم عمق در واريزه‌ها انجام مي‌شود. نشانه‌هاي اوليه اين نوع لغزش ، ترکهاي کششي در راس و برجستگيهاي در قاعده دامنه است.

گسترش جانبي و گسيختگي متوالي

نوعي گسيختگي صفحه‌اي است که سنگ و خاک ديده مي‌شود. در اينجا مواد در امتداد يک سطح ضعيف بطور جانبي تحت تنش قرار گرفته و متواليا بصورت قطعاتي مي‌شکنند. علل اصلي اين نوع لغزش عبارت است از نيروهاي آب نشستي و افزايش شيب و ارتفاع دامنه. اين نوع گسيختگي را معمولا نمي‌توان با روشهاي رياضي پيش بيني کرد. زيرا از قبل نمي‌توان محل تشکيل اولين ترک و در نتيجه اولين قطعه را مشخص کرد. با اين حال ، چون در انواع خاصي از سنگ و خاک ايجاد مي‌شود، تشخيص حالات ناپايدار بالقوه امکان پذير است. گسترش جانبي معمولا به تدريج توسعه يافته و مي‌تواند حجم زيادي داشته باشد.



اين نوع گسيختگي در دره رودها رايج است و بطور مشخصي در رسهاي سخت شکاف‌دار ، شيلهاي رسي و لايه‌هاي افقي يا کم شيب ، که حاوي مناطق ضعيف ممتدي هستند، ديده مي‌شود. واريزه‌هايي که به روي خاک برجا يا سنگ داراي شيب ملائم قرار گرفته‌اند، متواليا بصورت گسترش جانبي گسيخته مي‌شوند. نشانه اين نوع گسيختگي در مراحل آغازين ترکهاي کششي است، البته در برخي شرايط مثل بارگذاري ناشي از زمين لرزه ، ممکن است ناگهاني باشد. در خلال گسترش پيشرونده ، ترکهاي کششي بار شده و پرتگاههايي ايجاد مي‌شود. گسيختگي نهايي ممکن است تا سالها اتفاق نيافتد.

•    لغزش واريزه



اين نوع لغزش به حرکت توده‌اي از خاک ، يا خاک و قطعات سنگ که بطور يکجا يا در واحدهاي جداگانه در روي يک سطح مسطوي پرشيب مي‌لغزند، اطلاق مي‌شود. اين لغزش اغلب حالت پيشرونده داشته و ممکن است به بهمن يا جريان منتهي شود. علل اصلي لغزش واريزه‌اي عبارتست از افزايش نيروي آب نشستي و شيب دامنه. اين نوع لغزش در جاهايي که واريزه‌ها يا خاک برجا به روي سطح شيبدار و نسبتا کم عمق سنگي قرار گرفته باشد، ايجاد مي‌شود. آغاز حرکت در اين نوع لغزش هم با ترکهاي کششي مشخص مي‌شود.