Isotope geochemistry
آاسوٹوپ جیو کیمسٹری ارضیات کا ایک پہلو ہے جو مختلف عناصر کے آاسوٹوپس کی نسبتا کثرت میں قدرتی تغیرات کے مطالعہ پر مبنی ہے۔ آاسوٹوپک کثرت میں تغیرات کو آاسوٹوپ تناسب ماس سپیکٹرومیٹری کے ذریعے ماپا جاتا ہے، اور یہ چٹان، ہوا یا آبی ذخائر کی عمروں اور ابتداء، یا ان کے درمیان اختلاط کے عمل کے بارے میں معلومات ظاہر کر سکتا ہے۔ مستحکم آاسوٹوپ جیو کیمسٹری کا تعلق بڑی حد تک بڑے پیمانے پر منحصر آاسوٹوپ فریکشنشن سے پیدا ہونے والے آاسوٹوپک تغیرات سے ہے، جبکہ ریڈیوجینک آاسوٹوپ جیو کیمسٹری کا تعلق قدرتی تابکاری کی مصنوعات سے ہے۔ مستحکم آاسوٹوپ جیو کیمسٹری زیادہ تر مستحکم آاسوٹوپس کے لیے، حرکی اور توازن فریکشنشن سے فریکشنشن کی شدت بہت کم ہوتی ہے۔ اس وجہ سے، افزودگی عام طور پر "فی میل" (Â، پارٹس فی ہزار) میں رپورٹ کی جاتی ہے۔ یہ افزودگی (δ) ایک معیاری کے تناسب پر نمونے میں بھاری آاسوٹوپ اور ہلکے آاسوٹوپ کے تناسب کی نمائندگی کرتی ہیں۔ یعنی ہائیڈروجن کاربن میں دو مستحکم آاسوٹوپ ہوتے ہیں، 12C اور 13C، اور ایک تابکار آاسوٹوپ، 14C۔ مستحکم کاربن آاسوٹوپ تناسب، δ13C، ویانا پی ڈی بیلمنیٹ (VPDB) کے مقابلے میں ماپا جاتا ہے۔ مستحکم کاربن آاسوٹوپس کو بنیادی طور پر فوٹو سنتھیسز کے ذریعے تقسیم کیا جاتا ہے (فیور، 2004)۔ 13C/12C تناسب بھی پیلیوکلائمیٹ کا ایک اشارہ ہے: پودوں کی باقیات کے تناسب میں تبدیلی فوٹو سنتھیٹک سرگرمی کی مقدار میں تبدیلی کی نشاندہی کرتی ہے، اور اس طرح پودوں کے لیے ماحول کتنا سازگار تھا۔ فوٹو سنتھیسز کے دوران، C3 راستے کا استعمال کرنے والے حیاتیات C4 راستے کا استعمال کرنے والوں کے مقابلے میں مختلف افزودگی ظاہر کرتے ہیں، جس سے سائنس دانوں کو نہ صرف نامیاتی مادے کو ابیوٹک کاربن سے ممتاز کرنے کا موقع ملتا ہے، بلکہ یہ بھی کہ نامیاتی مادے کس قسم کے فوٹو سنتھیٹک راستے کا استعمال کر رہے تھے۔ عالمی 13C/12C تناسب میں کبھی کبھار سپائکس کیموسٹریگرافی کے لیے اسٹریٹیگرافک مارکر کے طور پر بھی مفید رہے ہیں، خاص طور پر پیلیوزوک کے دوران۔ 14 سی کا تناسب دیگر چیزوں کے علاوہ سمندری گردش کو ٹریک کرنے کے لیے استعمال کیا گیا ہے۔ نائٹروجن میں دو مستحکم آاسوٹوپ ہوتے ہیں، 14N اور 15N۔ ان کے درمیان تناسب کو ارد گرد کی ہوا میں نائٹروجن کے مقابلے میں ماپا جاتا ہے۔ نائٹروجن کا تناسب اکثر زرعی سرگرمیوں سے منسلک ہوتا ہے۔ نائٹروجن آاسوٹوپ ڈیٹا کو گرین ہاؤس گیس N2O کے ڈیٹا کا استعمال کرتے ہوئے اسٹریٹوسفیئر اور ٹروپوسفیئر کے درمیان ہوا کے تبادلے کی مقدار کی پیمائش کے لیے بھی استعمال کیا گیا ہے۔ آکسیجن کے تین مستحکم آاسوٹوپ ہیں، 16O، 17O، اور 18O۔ آکسیجن کے تناسب کو ویانا اسٹینڈرڈ مین اوشین واٹر (وی ایس ایم او ڈبلیو) یا ویانا پی ڈی بیلمینائٹ (وی پی ڈی بی) سے ماپا جاتا ہے۔ آکسیجن آاسوٹوپ کے تناسب میں تغیرات کا استعمال پانی کی نقل و حرکت، پیلیوکلیمیٹ، اور ماحولیاتی گیسوں جیسے اوزون اور کاربن ڈائی آکسائیڈ دونوں کو ٹریک کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ عام طور پر، وی پی ڈی بی آکسیجن حوالہ پیلیوکلائمیٹ کے لیے استعمال ہوتا ہے، جبکہ وی ایس ایم او ڈبلیو زیادہ تر دیگر ایپلی کیشنز کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ آکسیجن آاسوٹوپ ماحولیاتی اوزون میں بے ضابطہ تناسب میں ظاہر ہوتے ہیں، جو بڑے پیمانے پر آزاد تقسیم کے نتیجے میں ہوتے ہیں۔ قدیم سمندروں کے درجہ حرارت کا اندازہ لگانے کے لیے فوسلائزڈ فورامینفیرا میں آاسوٹوپ کا تناسب استعمال کیا گیا ہے۔ سلفر سلفر کے چار مستحکم آاسوٹوپ ہوتے ہیں، جن میں درج ذیل کثرت ہوتی ہے: 32S (0.9502)، 33S (0.0075)، 34S (0.0421) اور 36S (0.0002)۔ ان کثرت کا موازنہ کین ڈیابلو ٹرایلائٹ میں پائے جانے والوں سے کیا جاتا ہے۔ سلفر کے آاسوٹوپ کے تناسب میں تغیرات کا استعمال کسی اوری باڈی میں سلفر کی ابتدا اور سلفر رکھنے والے معدنیات کی تشکیل کے درجہ حرارت کے ساتھ ساتھ ایک بائیو سگنیچر کا مطالعہ کرنے کے لیے کیا جاتا ہے جو سلفیٹ کو کم کرنے والے جرثوموں کی موجودگی کو ظاہر کر سکتا ہے۔ ریڈیوجینک آاسوٹوپ جیو کیمسٹری ریڈیوجینک آاسوٹوپ زمین کے نظاموں کی عمروں اور ابتداء کا مطالعہ کرنے کے لیے طاقتور ٹریسر فراہم کرتے ہیں۔ وہ مختلف اجزاء کے درمیان اختلاط کے عمل کو سمجھنے کے لیے خاص طور پر مفید ہیں، کیونکہ (بھاری) ریڈیوجینک آاسوٹوپ کا تناسب عام طور پر کیمیائی عمل کے ذریعے تقسیم نہیں ہوتا ہے۔ ریڈیوجینک آاسوٹوپ ٹریسرس سب سے زیادہ طاقتور ہوتے ہیں جب دوسرے ٹریسروں کے ساتھ مل کر استعمال کیے جاتے ہیں: جتنے زیادہ ٹریسرس استعمال ہوں گے، اختلاط کے عمل پر اتنا ہی زیادہ کنٹرول ہوگا۔ اس اطلاق کی ایک مثال ارضیاتی وقت کے ذریعے زمین کی پرت اور زمین کے مینٹل کے ارتقاء کے لیے ہے۔ لیڈ لیڈ آاسوٹوپ جیو کیمسٹری لیڈ میں چار مستحکم آاسوٹوپ ہوتے ہیں: 204 پی بی، 206 پی بی، 207 پی بی، اور 208 پی بی۔ زمین میں لیڈ ایکٹینائڈ عناصر، بنیادی طور پر یورینیم اور تھوریم کے گرنے سے پیدا ہوتا ہے۔ لیڈ آاسوٹوپ جیو کیمسٹری مختلف مواد پر آاسوٹوپک تاریخوں کو فراہم کرنے کے لیے مفید ہے۔ چونکہ لیڈ آاسوٹوپس مختلف ٹرانسورانک عناصر کے سڑنے سے پیدا ہوتے ہیں، اس لیے چار لیڈ آاسوٹوپس کا ایک دوسرے سے تناسب آتش فشاں چٹانوں میں پگھلنے کے منبع، تلچھٹ کے منبع اور یہاں تک کہ لوگوں کے دانتوں، جلد اور ہڈیوں کے آاسوٹوپک فنگر پرنٹنگ کے ذریعے ان کی ابتدا کا سراغ لگانے میں بہت مفید ثابت ہو سکتا ہے۔ یہ آرکٹک شیلف سے آئس کور کی تاریخ کے لیے استعمال کیا گیا ہے، اور ماحولیاتی لیڈ آلودگی کے منبع کے بارے میں معلومات فراہم کرتا ہے۔ لیڈ لیڈ آاسوٹوپس کو فارنسک سائنس میں فنگر پرنٹ گولیوں کے لیے کامیابی سے استعمال کیا گیا ہے، کیونکہ گولہ بارود کے ہر بیچ کا اپنا مخصوص 204 پی بی/206 پی بی بمقابلہ 207 پی بی/208 پی بی تناسب ہوتا ہے۔ ساماریم-نیوڈیمیم ساماریم-نیوڈیمیم ایک آاسوٹوپ نظام ہے جسے تاریخ کے ساتھ ساتھ ارضیاتی مواد کے آاسوٹوپک فنگر پرنٹس، اور آثار قدیمہ کی دریافتوں (برتن، سیرامکس) سمیت مختلف دیگر مواد فراہم کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ 147Sm 143Nd پیدا کرنے کے لیے ختم ہو جاتا ہے جس کی نصف زندگی 1.06x1011 سال ہوتی ہے۔ ڈیٹنگ عام طور پر چٹان کے نمونے کے اندر کئی معدنیات کا آئسوکرون تیار کرنے کی کوشش کر کے حاصل کی جاتی ہے۔ ابتدائی 143 این ڈی/144 این ڈی تناسب کا تعین کیا جاتا ہے۔ یہ ابتدائی تناسب سی ایچ یو آر (کونڈریٹک یونیفارم ریزروائر) کے مطابق بنایا گیا ہے، جو کہ کونڈریٹک مواد کا تخمینہ ہے جس نے نظام شمسی کی تشکیل کی تھی۔ سی ایچ یو آر کا تعین کونڈرائیٹ اور آکونڈرائیٹ الکاؤں کا تجزیہ کرکے کیا گیا۔ سی ایچ یو آر سے متعلق نمونے کے تناسب میں فرق مینٹل سے نکالنے کی ماڈل عمر کے بارے میں معلومات دے سکتا ہے (جس کے لیے سی ایچ یو آر سے متعلق ایک فرض شدہ ارتقاء کا حساب لگایا گیا ہے) اور یہ کہ آیا یہ کسی گرینائٹک ماخذ (ریڈیوجینک این ڈی میں ختم)، مینٹل، یا کسی افزودہ ماخذ سے نکالا گیا تھا۔ رینیم-اوسمیم رینیم اور اوسمیم سائڈروفائل عناصر ہیں جو کرسٹ میں بہت کم کثرت میں موجود ہوتے ہیں۔ رینیم اوسمیم پیدا کرنے کے لیے تابکار انحطاط سے گزرتا ہے۔ غیر ریڈیوجینک اوسمیم اور ریڈیوجینک اوسمیم کا تناسب وقت کے ساتھ بدلتا رہتا ہے۔ رینیم اوسمیم سے زیادہ آسانی سے سلفایڈ میں داخل ہونا پسند کرتا ہے۔ لہذا، مینٹل کے پگھلنے کے دوران، رینیم کو نکال دیا جاتا ہے، اور آسمیم-آسمیم کے تناسب کو قابل قدر طور پر تبدیل ہونے سے روکتا ہے۔ یہ پگھلنے کے واقعے کے وقت نمونے کے ابتدائی آسمیم تناسب میں بند ہوجاتا ہے۔ اوسمیم-اوسمیم ابتدائی تناسب کا استعمال مینٹل پگھلنے کے واقعات کی ماخذ خصوصیت اور عمر کا تعین کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ نوبل گیس آاسوٹوپس نوبل گیسوں کے درمیان قدرتی آاسوٹوپک تغیرات ریڈیوجینک اور نیوکلیوجینک پیداوار کے عمل دونوں کے نتیجے میں ہوتے ہیں۔ ان کی منفرد خصوصیات کی وجہ سے، انہیں اوپر بیان کردہ روایتی ریڈیوجینک آاسوٹوپ سسٹمز سے ممتاز کرنا مفید ہے۔ ہیلیم-3 سیارے میں اس وقت پھنس گیا تھا جب اس کی تشکیل ہوئی۔ کچھ 3He کو الکا دھول کے ذریعے شامل کیا جا رہا ہے، جو بنیادی طور پر سمندروں کے نچلے حصے پر جمع ہوتی ہے (حالانکہ سبڈکشن کی وجہ سے، تمام سمندری ٹیکٹونک پلیٹیں براعظمی پلیٹوں سے چھوٹی ہوتی ہیں)۔ تاہم، 3H سبڈکشن کے دوران سمندری تلچھٹ سے خارج ہو جائے گا، لہذا کاسموجینک 3H مینٹل کے ارتکاز یا عمدہ گیس کے تناسب کو متاثر نہیں کر رہا ہے۔ ہیلیم-3 کائناتی شعاعوں کی بمباری اور لیتھیم کے پھیلنے کے رد عمل سے پیدا ہوتا ہے جو عام طور پر پرت میں پائے جاتے ہیں۔ لتیم سپلیشن وہ عمل ہے جس کے ذریعے ایک اعلی توانائی والا نیوٹرون لتیم ایٹم پر بمباری کرتا ہے، جس سے 3He اور 4He آئن بنتا ہے۔ اس کے لیے 3H/4H تناسب کو منفی طور پر متاثر کرنے کے لیے اہم لیتھیم کی ضرورت ہوتی ہے۔ ہیلیم کی اوسط رفتار زمین کے لیے فرار کی رفتار سے زیادہ ہونے کی وجہ سے تمام ڈیگاسڈ ہیلیم بالآخر خلا میں گم ہو جاتا ہے۔ اس طرح، یہ فرض کیا جاتا ہے کہ ہیلیم کا مواد اور زمین کے ماحول کا تناسب بنیادی طور پر مستحکم رہا ہے۔ یہ مشاہدہ کیا گیا ہے کہ 3He آتش فشاں کے اخراج اور سمندری پہاڑی کے نمونوں میں موجود ہے۔ 3He سیارے میں کیسے ذخیرہ کیا جاتا ہے اس کی تحقیقات جاری ہے، لیکن اس کا تعلق مینٹل سے ہے اور اسے گہرے ماخذ کے مواد کے نشان کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ میگما کیمسٹری میں ہیلیم اور کاربن میں مماثلت کی وجہ سے، ہیلیم کو باہر نکالنے کے لیے مینٹل سے اتار چڑھاؤ والے اجزاء (پانی، کاربن ڈائی آکسائیڈ) کے نقصان کی ضرورت ہوتی ہے، جو 60 کلومیٹر سے بھی کم گہرائی میں ہوتا ہے۔ تاہم، 3He کو سطح پر منتقل کیا جاتا ہے جو بنیادی طور پر سیال کی شمولیت کے اندر معدنیات کے کرسٹل جالی میں پھنس جاتا ہے۔ ہیلیم-4 ریڈیوجینک پیداوار (یورینیم/تھوریم سیریز کے عناصر کے سڑنے سے) سے پیدا ہوتا ہے۔ براعظمی کرسٹ مینٹل سے متعلق ان عناصر سے افزودہ ہو گیا ہے اور اس طرح مینٹل کے مقابلے کرسٹ میں زیادہ ہی 4 پیدا ہوتا ہے۔ 3He سے 4He کا تناسب (R) اکثر 3He مواد کی نمائندگی کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ R عام طور پر موجودہ ماحولیاتی تناسب (Ra) کے ضرب کے طور پر دیا جاتا ہے۔ آر/آر اے کے لیے مشترکہ اقدار: پرانا براعظمی کرسٹ: 1 وسط سمندری رج بیسالٹ (ایم او آر بی) سے کم: 7 سے 9 پھیلنے والی رج چٹانیں: 9.1 پلس یا مائنس 3.6 ہاٹ اسپاٹ چٹانیں: 5 سے 42 سمندر اور زمینی پانی: 1 تلچھٹ کی تشکیل کا پانی: 1 سے کم تھرمل اسپرنگ واٹر: 3 سے 11.3 ایچ/4 ایچ آئسوٹوپ کیمسٹری کا استعمال زیر زمین پانی کی تاریخ، زیر زمین پانی کے بہاؤ کی شرحوں کا اندازہ لگانے، پانی کی آلودگی کا سراغ لگانے اور ہائیڈرو تھرمل عمل، آتش گیر ارضیات اور ایسک کی ابتداء کے بارے میں بصیرت فراہم کرنے کے لیے کیا جا رہا ہے۔ (U-Th)/وہ ایک تھرمل ہسٹری ٹول یو ایس جی ایس کے طور پر اپاٹائٹ کی ڈیٹنگ کرتا ہے: میمتھ ماؤنٹین فومرول (ایم ایم ایف) میں ہیلیم ڈسچارج ایکٹینیڈ ڈیک چینز میں آئسوٹوپس ایکٹینیڈ کی ڈیک چینز میں آئسوٹوپس ریڈیوجینک آئسوٹوپس میں منفرد ہیں کیونکہ وہ ریڈیوجینک اور تابکار دونوں ہیں۔ چونکہ ان کی کثرت کو عام طور پر جوہری تناسب کے بجائے سرگرمی کے تناسب کے طور پر حوالہ دیا جاتا ہے، اس لیے انہیں دوسرے ریڈیوجینک آاسوٹوپ نظاموں سے الگ سمجھا جاتا ہے۔ پروٹیکٹینیم/تھوریم-239 پی اے/230 ویں یورینیم سمندر میں اچھی طرح سے ملا ہوا ہے، اور اس کا سڑنا مستقل سرگرمی کے تناسب (0.093) پر 239 پی اے اور 230 ویں پیدا کرتا ہے۔ گرنے والی مصنوعات کو آباد ہونے والے ذرات پر جذب کرکے تیزی سے ہٹا دیا جاتا ہے، لیکن مساوی شرحوں پر نہیں۔ 239 پی اے کی رہائش بحر اوقیانوس کے طاس (تقریبا 1000 سال) میں گہرے پانی کے رہائش کے وقت کے برابر ہے لیکن 230 ویں کو زیادہ تیزی سے (صدیوں) ہٹا دیا جاتا ہے۔ تھرمو ہیلائن کی گردش مؤثر طریقے سے بحر اوقیانوس سے جنوبی سمندر میں 239 پی اے برآمد کرتی ہے، جبکہ 230 ویں کا زیادہ تر حصہ بحر اوقیانوس کے تلچھٹ میں رہتا ہے۔ نتیجے کے طور پر، بحر اوقیانوس کے تلچھٹ میں 239 پی اے/230 ویں کے درمیان تعلق ہے اور الٹنے کی شرح: تیزی سے الٹنے سے کم تلچھٹ پیدا ہوتا ہے جو کہ 239 پی اے/230 ویں تناسب ہے، جبکہ آہستہ الٹنے سے یہ تناسب بڑھ جاتا ہے۔ اس لیے δ13C اور 239Pa/230Th کا امتزاج ماضی کی گردش کی تبدیلیوں کے بارے میں مزید مکمل بصیرت فراہم کر سکتا ہے۔ اینتھروپوجینک آاسوٹوپس ٹریٹیئم/ہیلیم-3 ٹریٹیئم کو جوہری بموں کی ماحولیاتی جانچ کے دوران فضا میں چھوڑا گیا تھا۔ ٹریٹیئم کا تابکار انحطاط نوبل گیس ہیلیم-3 پیدا کرتا ہے۔ ٹریٹیئم اور ہیلیم-3 (3H/3H) کے تناسب کا موازنہ کرنے سے حالیہ زمینی پانی کی عمر کا اندازہ لگایا جا سکتا ہے۔ ٹریٹیئم کی ایک چھوٹی سی مقدار قدرتی طور پر کائناتی شعاعوں کے پھیلنے اور قدرتی یورینیم اور تھوریم میں بے ساختہ ٹرنیری فشن کے ذریعے بھی پیدا ہوتی ہے، لیکن ٹریٹیئم کی نسبتا مختصر نصف زندگی اور نسبتا کم مقدار (انسانی ساختہ ذرائع کے مقابلے میں) کی وجہ سے ٹریٹیئم کے وہ ذرائع عام طور پر زیر زمین پانی کے تجزیے میں صرف ثانوی کردار ادا کرتے ہیں۔ یو ایس جی ایس ٹریٹیم/ہیلیم-3 ڈیٹنگ ہائیڈرولوجک آاسوٹوپ ٹریسرز-ہیلیم بھی دیکھیں کاسموجینک آاسوٹوپس ماحولیاتی آاسوٹوپس جیو کیمسٹری آاسوٹوپک دستخطی ریڈیو میٹرک ڈیٹنگ آاسوٹوپ-تناسب ماس سپیکٹرومیٹری سلفر آاسوٹوپ بائیو جیو کیمسٹری یوری-بیگلیسن-میئر مساوات نوٹ حوالہ جات جنرل الیگری سی جے، 2008۔ آئسوٹوپ جیولوجی (کیمبرج یونیورسٹی پریس)۔ ڈکن اے پی، 2005۔ ریڈیوجینک آاسوٹوپ جیولوجی (کیمبرج یونیورسٹی پریس)۔ فوور جی، مینسنگ ٹی ایم۔ (2004)، آاسوٹوپس: اصول اور ایپلی کیشنز (جان ولی اینڈ سنز)۔ ہوفس جے۔، 2004۔ مستحکم آاسوٹوپ جیو کیمسٹری (سپرنگر ورلاگ)۔ شارپ زیڈ۔، 2006۔ مستحکم آاسوٹوپ جیو کیمسٹری کے اصول (پرینٹس ہال)۔ مستحکم آاسوٹوپس ماحولیاتی آاسوٹوپس (یونیورسٹی آف اوٹاوا) آاسوٹوپ جیو کیمسٹری کے بنیادی اصول (سی۔ کینڈل اور ای اے۔ کالڈ ویل، chap.2 آئسوٹوپ ٹریسرس ان کیچمنٹ ہائیڈرولوجی میں [ترمیم شدہ سی۔ کینڈل اور جے جے میکڈونل]، 1998) اسٹیبل آئسوٹوپس اینڈ منرل ریسورس انویسٹی گیشنز ان دی یونائیٹڈ سٹیٹس (یو ایس جی ایس) 3He/4He Re-Os بیرونی لنکس نیشنل آئسوٹوپ ڈویلپمنٹ سینٹر حوالہ معلومات آئسوٹوپس پر، اور آئسوٹوپ کی پیداوار، دستیابی، اور تقسیم آئسوٹوپ ڈویلپمنٹ اینڈ پروڈکشن فار ریسرچ اینڈ ایپلی کیشنز (آئی ڈی پی آر اے) یو ایس ڈیپارٹمنٹ آف انرجی پروگرام فار آئسوٹوپ پروڈکشن اینڈ پروڈکشن ریسرچ اینڈ ڈویلپمنٹ جیو کیمسٹری جیو فزیکس جیوکرونولوجیکل ڈیٹنگ میتھڈز