بنك الاسئلة EMR 2010 2ND SEMESTER 441

1-    Identify each of the following:                                                                  (30 min.)

a-    Latitudinal and Altitudinal Effects

تأثير خط العرض          Latitudinal Effect

هل يتم تبخير المياه بمعدل ثابت على وجه الكرة الأرضية؟

لا: حيث يزيد التبخير عند أو بالقرب من خط الأستواء أكثر من الأماكن القريبة من الأقطاب

ماذا يؤدى هذا التفاوت إلى:

1- ستصبح  مياه المحيطات أكثر غنى فى النظائر الثقيلة O-18  و H-2 بالقرب من خط الإستواء  وتقل نسبة هذه العناصر كلما إتجهنا شمالاً أو جنوباً لأن التبخير سيقل. إذا سيكون الماء بالقرب من خط الإستواء أثقل من عند المناطق القطبية

2-سيصبح  الهواء الجوى أكثر غنى فى النظائر الخفيفة O-16  و H-1 بالقرب من خط الإستواء  وتقل نسبة هذه العناصر كلما إتجهنا شمالاً أو جنوباً لأن التبخير سيقل

 تأثير الإرتفاع: Altitudinal Effect       

كلما زاد الإرتفاع عن سطح الأرض زاد نسبة النظير الأخف لأنه سيرتفع أكثر إلى أعلى مقارنة بالنظير الأثقل.

عند حدوث أمطار ستكون المياه المتجمعة فى قمم الجبال أخف من المياه المتجمعة عند سفوح الجبال

b-    Isotopic fractionation and its causes

التجزؤ النظائرى:

هى ظاهرة تحدث فى النظائر المستقرة حيث يتواجد إختلافات فى الوفرة النسبية مابين النظائر فى العنصر الواحد وذلك فى البيئات المختلفة.

•          Isotope fractionation: the development of differences in isotopic composition as a result of physical and chemical processes.

•          The degree of fractionation depends on the relative weights of the isotopes.

–        Commonly fractionated: H, C, N, O, S

–        Somewhat fractionated: Si, Fe, Cl

–        Fractionation impossible (monoisotopic): Be, F, Na, Al, P

•          Isotope fractionation during chemical processes is caused by exchange reactions of the type:

             1/2C¹⁶O₂ + H₂¹⁸O « 1/2C¹⁸O₂ + H₂¹⁶O

أسباب التجزؤ النظائرى:

1- تفاعل تبادل نظائرى                      Isotopic Exchange Reactions

H₂¹⁸O + Ca C¹⁶O₃    →  H₂¹⁶O+ Ca C¹⁸O₃

كربونات كالسيوم+ ماء          كربونات كالسيوم+ ماء

2Si ¹⁶O₂ + Fe₃ ¹⁸O₄ → 2Si ¹⁸O₂ + Fe₃ ¹⁶O₄

أكسيد حديد + سيليكا               أكسيد حديد + سيليكا

2- تفاعلات ناشئة عن الحركة                               Kinetic Reaction

يحدث ذلك فى الموائع والغازات حيث غالباً ماينتشر الأيزوتوب الأخف بسرعة أكبر من الأيزوتوب الأثقل فمثلاً غاز CO₂  وكتلته تساوى 44  إذا كان نوع الكربون فيه C ¹²  يكون أسرع من    CO₂ الحاوى على ¹³C وكتلته 45 وهذا يؤدى إلى التجزؤ النظائرى خلال عملية إنتشار الغاز

3- التفاعلات الفيزيقوكيميائية  مثال:                            Physicochemical Reactions

أ‌-        البخر:- يتصاعد بشكل أسرع أثناء التبخير الأيزوتوب الأخف

ب‌-     التكثف:- يتكثف بشكل أسرع الأيزوتوب الأثقل

ج- التبلور:- يدخل الأيزوتوب الأثقل فى مراحل التبلور بصورة أسرع من الأيزوتوب الأخف

c-    Radioactive equilibrium and disequilibrium

وجد فى عام 1954 ميلادية أن النشاط الإشعاعى لكل نظير والد يساوى النشاط الإشعاعى للوليد وذلك إذا حدث التحلل الإشعاعى فى وسط مغلق Closed System

الوسط المغلق Closed System: هو الوسط غير المتعرض لعوامل التعرية أو التجوية والتى تؤدى إما لإضافة نظير على النظائر الموجودة أو فقد كمية من نظير من هذه النظائر

يسمى ذلك التساوى بالإتزان الإشعاعى              Equilibrium

من أمثلة الأوساط المغلقة هو حدوث التحلل الإشعاعى داخل بلورات المعادن  الإضافية التى تقاوم تأثير عوامل التعرية مثال الزركون والروتيل

لكن غالبا بالقرب من سطح الأرض تتعرض الأوساط الجيولوجية إلى عوامل التعرية والتجوية المختلفة ويصبح الوسط مفتوح Open System

نتيجة ذلك يحدث إما إضافة أوفقد فى بعض النظائر مما يؤدى إلى حدوث عدم إتزان أى لايتساوى النشاط الإشعاعى للوالد مع الوليد Disequilibrium   

1- عملية الإضافة تنتج من مرور محاليل محملة بنظير من خارج الوسط حيث يتم ترسيبه على الصخور التى يحدث فيها التحلل الإشعاعى

2- عملية الفقد تنتج من إختلاف سهولة خروج النظائر من الوسط فيما بينها مثال:

- نظائر اليورانيوم تذاب بسهولة فى الماء ولا تذاب نظائر الثوريوم

-          عند تكون نظير الرادون يخرج بسرعة كونه غاز

-          - الراديوم يذوب فى الماء أكثر من اليورانيوم خاصة بالأوساط المختزلة

1-    Give reasons for each of the following                                        (40 min.)

a-    Although they are chemically the same, ²³⁴U is more leached than ²³⁸U during Water/Rock Interaction.

2-    ²³⁴U/²³⁸U غالبا ماتساوى أكثر من واحد فى المياه ومتوسط قيمتها فى جميع أنواع المياه هى 1.15 أى أن هناك 15% زيادة فى نشاط  U ²³⁴  فيما يعرف بنسبة 15%  الزيادة    15% Excess

الأسباب هنا غير كيميائية ولكن فيزيائية

1- رد فعل خروج جسيم ألفا  alpha-recoil يؤدى رد الفعل إلى إزاحة النظير المشع عن مكانه مع تحوله إلى نظير وليد فيصبح النظير الوليد فى مكان مدمر إشعاعيا

2-النظير الوليد سيصبح أقل حجما من النظير الوالد وهو فى نفس الوقت يشغل مكان النظير الوالد

3- السهولة النسبية للإذابة من الأماكن المدمرة عن طريق الإشعاع

a-    Increasing of б ¹³C in marine carbonates compared to petroleum and coal

يعود السبب إلى أن النباتات فى أثناء عملية البناء الضوئى تستوعب كمية أكبر من الكربون-12 نظراً لأنه أصغر فى الحجم ويستطيع النفاذ أكثر داخل الثغور فى أوراق النبات.

عند موت النباتات وتراكمها تحتفظ بهذه الزيادة حتى حينما تتحول إلى بترول أو فحم فيكون نسبة الكربون-12 أعلى من الكربون 13 وهذا يفسر سبب أن ( C13 б) فى البترول أصغر من نسبته فى الكربونات البحرية

b-    ²³⁰Th/²³⁴U method of dating is not suitable for mechanically formed ores and deposits

لابد أن يكون الراسب المراد حساب عمرمتكونا بطريقة كيميائية أى مترسبا من محاليل أو مياه ولايمكن إستخدام هذه الطريقة مع الراسب المتكون ميكانيكيا. وذلك لأن المفروض التأكد أن كل ال Th ²³⁰ الوليد جاء من الوالد وهذا يتحقق إذا كان الراسب متكونا بالطريقة الكيميائية حيث أن المحاليل التى ترسب مثل هذه الرواسب تكون محملة بنظائر اليورانيوم فقط ومنها النظير الوالد U ²³⁴ على أساس أن الثوريوم لايذوب فى الماء بينما يذوب اليورانيوم فقط. أما الرواسب المتكونة ميكانيكيا كالكثبان الرملية والحجر الرملى والصخور الطينية فيترسب معها حبيبات قد تكون محملة بالثوريوم  ومن بين ذلك Th ²³⁰ لأنها إنتقلت بطريقة ميكانيكية ومن ثم  لايمكن التفرقة مابين Th ²³⁰ الوليد والذى يستخدم فى حساب العمر و Th ²³⁰ المترسب ميكانيكيا.

أمثلة الرواسب المتكونة كيميائيا:

1- معادن الكربونات كالكالسيت

2- الستلاكتيت والستلاجميت

3- معادن اليورانيوم الثانوية

4- رواسب الترافرتين

c-    Using ¹⁸O&  ¹⁶O and not ¹⁷O in calculating б ¹⁸O

1-    ¹⁸O&  ¹⁶O have 2 as a difference in mass number. This means that it is easier to measure isotopic fractionation than if we use ¹⁷O.

2-    The relative abundances of ¹⁸O&  ¹⁶O are more than ¹⁷O. This means the uncertainties in the measurements will relatively be low.

¹⁶O                  99.756% of natural oxygen

        ¹⁷O                   0.039%                      “

         ¹⁸O                   0.205%                      “

d-    Increasing of б  ¹⁸O in oceanic water compared to meteoric water

•          The different masses cause isotopes to behave differently in physical and chemical processes. For example, ²H₂¹⁸O is much heavier than ¹H₂¹⁶O and will be left behind during evaporation. So, б  ¹⁸O increases in oceanic water compared to meteoric water.

This means that During evaporation, lighter isotope is more fractionated into the clouds leaving the more heavier isotope in oceanic water, so clouds is more enriched with O-16 than O-18 and as a consequence, meteoric water has higher  б  ¹⁸O