Geochemical modeling
ভূ-রাসায়নিক মডেলিং বা তাত্ত্বিক ভূ-রসায়ন হল ভূতাত্ত্বিক ব্যবস্থাকে প্রভাবিত করে এমন রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া বিশ্লেষণ করার জন্য রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যা, রাসায়নিক গতিবিদ্যা বা উভয়ই ব্যবহার করার অনুশীলন, সাধারণত একটি কম্পিউটারের সাহায্যে। এটি উচ্চ-তাপমাত্রার ভূ-রসায়নে পৃথিবীর অভ্যন্তরে গভীরভাবে ঘটে যাওয়া প্রতিক্রিয়াগুলির অনুকরণ করতে ব্যবহৃত হয়, উদাহরণস্বরূপ ম্যাগমা, বা পৃথিবীর পৃষ্ঠের কাছাকাছি জলীয় দ্রবণে নিম্ন-তাপমাত্রার প্রতিক্রিয়াগুলির মডেল তৈরি করতে, এই নিবন্ধের বিষয়। জলীয় ব্যবস্থার প্রয়োগ পরিবেশ সুরক্ষা ও প্রতিকার, পেট্রোলিয়াম শিল্প এবং অর্থনৈতিক ভূতত্ত্ব সহ বিভিন্ন ক্ষেত্রে ভূ-রাসায়নিক মডেলিং ব্যবহার করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, প্রাকৃতিক জলের গঠন বোঝার জন্য মডেল তৈরি করা যেতে পারে; প্রবাহিত ভূগর্ভস্থ জল বা পৃষ্ঠের জলে দূষকগুলির গতিশীলতা এবং ভাঙ্গন; মাটিতে উদ্ভিদের পুষ্টি এবং সঞ্চিত কঠিন বর্জ্যে নিয়ন্ত্রিত ধাতুগুলির আয়ন প্রজাতি; শিল্প বর্জ্য, বাষ্প বা কার্বন ডাই অক্সাইড ইনজেকশনের প্রতিক্রিয়ায় ভূতাত্ত্বিক গঠনে পাথর এবং খনিজগুলির গঠন এবং দ্রবীভূতকরণ; সমুদ্রের জলে কার্বন ডাই অক্সাইডের দ্রবীভূতকরণ এবং সমুদ্রের অ্যাসিডিফিকেশনের উপর এর প্রভাব; এবং অ্যাসিডিক জলের উৎপাদন এবং খনি বর্জ্য থেকে ধাতুর নিঃসরণ। ভূ-রাসায়নিক মডেলিংয়ের বিকাশ গ্যারেলস এবং থম্পসন (1962) প্রথম 25 ডিগ্রি সেলসিয়াস এবং একটি বায়ুমণ্ডলের মোট চাপে ভূ-রসায়নে রাসায়নিক মডেলিং প্রয়োগ করেছিলেন। তাদের গণনা, হাতে গণনা করা, এখন একটি ভারসাম্য মডেল হিসাবে পরিচিত, যা বাল্ক দ্রবণ গঠনের পরিমাপ থেকে প্রজাতির বিতরণ, খনিজ সম্পৃক্ততা অবস্থা এবং গ্যাসের ফুগ্যাসিটির পূর্বাভাস দেয়। একটি ভারসাম্যপূর্ণ ঝর্ণার জল থেকে দ্রাবক জলের ছোট অ্যালিকোটগুলি অপসারণ করে এবং প্রজাতির বিতরণ বারবার পুনরায় গণনা করে, গ্যারেলস এবং ম্যাকেঞ্জি (1967) বসন্তের জল বাষ্পীভূত হওয়ার সাথে সাথে ঘটে যাওয়া প্রতিক্রিয়াগুলিকে অনুকরণ করেছিলেন। একটি ভারসাম্য মডেলের সাথে ভর স্থানান্তরের এই সংযোগ, যা প্রতিক্রিয়া পথ মডেল হিসাবে পরিচিত, ভূ-রসায়নবিদদের প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়াগুলি অনুকরণ করতে সক্ষম করে। হেলগেসন (1968) ভারসাম্য এবং প্রতিক্রিয়া পথের মডেলগুলি সমাধান করার জন্য প্রথম কম্পিউটার প্রোগ্রাম চালু করেছিলেন, যা তিনি এবং সহকর্মীরা আবহাওয়ার, পলল ডায়াজেনেসিস, বাষ্পীভবন, জলবিদ্যুৎ পরিবর্তন এবং আকরিক নিক্ষেপণের মতো ভূতাত্ত্বিক প্রক্রিয়াগুলির মডেল তৈরি করতে ব্যবহার করেছিলেন। ভূ-রাসায়নিক মডেলিংয়ের পরবর্তী অগ্রগতির মধ্যে রয়েছে নিয়ন্ত্রক সমীকরণগুলির সংস্কার, প্রথমে সাধারণ ডিফারেনশিয়াল সমীকরণ হিসাবে, পরে বীজগাণিতিক সমীকরণ হিসাবে। উপরন্তু, রাসায়নিক উপাদানগুলি মডেলগুলিতে জলীয় প্রজাতি, খনিজ এবং গ্যাস দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়, বরং উপাদান এবং ইলেকট্রন দ্বারা যা প্রজাতি তৈরি করে, নিয়ন্ত্রক সমীকরণ এবং তাদের সংখ্যাসূচক সমাধানকে সহজতর করে। ব্যক্তিগত কম্পিউটার এবং মডেলিং সফ্টওয়্যারের ক্ষমতার সাম্প্রতিক উন্নতিগুলি ভূ-রাসায়নিক মডেলগুলিকে আরও সহজলভ্য এবং তাদের বাস্তবায়নে আরও নমনীয় করে তুলেছে। ভূ-রসায়নবিদরা এখন তাদের ল্যাপটপে জটিল প্রতিক্রিয়া পথ বা প্রতিক্রিয়াশীল পরিবহন মডেল তৈরি করতে সক্ষম যা আগে একটি সুপার কম্পিউটারের প্রয়োজন হত। একটি ভূ-রাসায়নিক মডেল স্থাপন একটি জলীয় ব্যবস্থা তার রাসায়নিক গঠন, তাপমাত্রা এবং চাপ দ্বারা অনন্যভাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। এই ধরনের ব্যবস্থার ভূ-রাসায়নিক মডেল তৈরি করা শুরু হয় ভিত্তি, জলীয় প্রজাতি, খনিজ এবং গ্যাসের সেট বেছে নেওয়ার মাধ্যমে যা রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া লিখতে এবং গঠন প্রকাশ করতে ব্যবহৃত হয়। প্রয়োজনীয় বেসিস এন্ট্রির সংখ্যা সিস্টেমে উপাদানগুলির সংখ্যার সমান, যা তাপগতিবিদ্যার পর্যায় নিয়ম দ্বারা স্থির করা হয়। সাধারণত, ভিত্তিটি জল, সিস্টেমের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ প্রতিটি খনিজ, পরিচিত ফুগ্যাসিটিতে প্রতিটি গ্যাস এবং গুরুত্বপূর্ণ জলীয় প্রজাতি নিয়ে গঠিত। একবার ভিত্তি সংজ্ঞায়িত হয়ে গেলে, একজন মডেলার ভারসাম্য অবস্থার জন্য সমাধান করতে পারেন, যা প্রতিটি উপাদানের জন্য ভর ক্রিয়া এবং ভর ভারসাম্য সমীকরণ দ্বারা বর্ণনা করা হয়। ভারসাম্য অবস্থা খুঁজে বের করার সময়, একজন ভূ-রাসায়নিক মডেলার সমস্ত প্রজাতি, খনিজ এবং গ্যাসের ভর বিতরণের জন্য সমাধান করেন যা ভিত্তি থেকে তৈরি করা যেতে পারে। এর মধ্যে রয়েছে জলীয় প্রজাতির ক্রিয়াকলাপ, ক্রিয়াকলাপ সহগ এবং ঘনত্ব, খনিজগুলির সম্পৃক্ততা অবস্থা এবং গ্যাসগুলির ফুগাসিটি। শূন্যের সমান সম্পৃক্ততা সূচক (লগ কিউ/কে) সহ খনিজগুলি তরলের সাথে ভারসাম্যপূর্ণ বলে মনে করা হয়। যাদের ধনাত্মক সম্পৃক্ততা সূচক রয়েছে তাদের সুপারস্যাচুরেটেড বলা হয়, যা ইঙ্গিত করে যে তারা দ্রবণ থেকে অবক্ষেপ করতে পছন্দ করে। একটি খনিজ অসম্পৃক্ত হয় যদি তার সম্পৃক্ততা সূচক ঋণাত্মক হয়, যা নির্দেশ করে যে এটি দ্রবীভূত হওয়ার পক্ষে। ভূ-রাসায়নিক মডেলাররা সাধারণত গঠন, তাপমাত্রা বা চাপের পরিবর্তনে সিস্টেমগুলি কীভাবে প্রতিক্রিয়া জানায় তা বোঝার জন্য প্রতিক্রিয়া পথের মডেল তৈরি করে। ভর এবং তাপ স্থানান্তর নির্দিষ্ট করার পদ্ধতি (অর্থাৎ, খোলা বা বন্ধ ব্যবস্থা) বিন্যাস করে, মডেলগুলি বিভিন্ন ভূ-রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলির প্রতিনিধিত্ব করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। প্রতিক্রিয়া পথগুলি রাসায়নিক ভারসাম্য ধরে নিতে পারে, অথবা তারা প্রতিক্রিয়াগুলির সময় গণনা করতে গতিগত হারের নিয়মগুলিকে অন্তর্ভুক্ত করতে পারে। একটি প্রবাহপথ বরাবর ঘটে যাওয়া রাসায়নিক প্রতিক্রিয়াগুলির স্থান এবং সময়ের বিতরণের পূর্বাভাস দেওয়ার জন্য, ভূ-রাসায়নিক মডেলগুলি ক্রমবর্ধমানভাবে ভর এবং তাপ পরিবহনের জলবিদ্যুৎ মডেলগুলির সাথে যুক্ত হয়ে প্রতিক্রিয়াশীল পরিবহন মডেল তৈরি করছে। বিশেষ ভূ-রাসায়নিক মডেলিং প্রোগ্রামগুলি যা ক্রস-লিঙ্কযোগ্য পুনঃপ্রবেশ সফ্টওয়্যার অবজেক্ট হিসাবে ডিজাইন করা হয়েছে তা যে কোনও প্রবাহ বিন্যাসের প্রতিক্রিয়াশীল পরিবহন মডেল তৈরি করতে সক্ষম করে। বিভিন্ন ধরনের প্রতিক্রিয়া ভূ-রাসায়নিক মডেল বিভিন্ন ধরনের প্রতিক্রিয়ার অনুকরণ করতে সক্ষম। এগুলির মধ্যে রয়েছেঃ অ্যাসিড-ক্ষার প্রতিক্রিয়া জলীয় জটিলতা খনিজ দ্রবণ এবং বৃষ্টিপাত, যার মধ্যে রয়েছে অস্টওয়াল্ড পাকা হ্রাস এবং জারণ (রেডক্স) প্রতিক্রিয়া, যার মধ্যে রয়েছে এনজাইম, পৃষ্ঠ এবং অণুজীব দ্বারা অনুঘটক, শোষণ, আয়ন বিনিময় এবং পৃষ্ঠের জটিলতা গ্যাস দ্রবণ এবং নিষ্কাশন স্থিতিশীল আইসোটোপ ভগ্নাংশ তেজস্ক্রিয় ক্ষয় সাধারণ পর্যায় চিত্র বা প্লট সাধারণত এই ধরনের ভূ-রাসায়নিক প্রতিক্রিয়াগুলি চিত্রিত করতে ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, এহ-পিএইচ (পৌরবাইক্স) চিত্রগুলি একটি বিশেষ ধরনের ক্রিয়াকলাপ চিত্র যা অ্যাসিড-বেস এবং রেডক্স রসায়নকে গ্রাফিকভাবে উপস্থাপন করে। ভূ-রাসায়নিক মডেলিং-এ অনিশ্চয়তা বিভিন্ন উৎস অনুকরণ ফলাফলের একটি পরিসরে অবদান রাখতে পারে। অনুকরণ ফলাফলের পরিসীমা মডেল অনিশ্চয়তা হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ উৎসগুলির মধ্যে একটি যা পরিমাপ করা সম্ভব নয় তা হল ধারণাগত মডেল, যা মডেলার দ্বারা বিকশিত এবং সংজ্ঞায়িত করা হয়। আরও উৎসগুলি হল জলবাহী (শুধুমাত্র পরিবহনের অনুকরণ করার সময়) এবং খনিজগত বৈশিষ্ট্য সম্পর্কিত মডেলের পরামিতি। ভূ-রাসায়নিক অনুকরণের জন্য ব্যবহৃত পরামিতিগুলিও মডেল অনিশ্চয়তায় অবদান রাখতে পারে। এগুলি হল প্রয়োগকৃত তাপগতিবিদ্যার তথ্যভাণ্ডার এবং গতিজ খনিজ দ্রবীভূত হওয়ার মাপকাঠি। তাপগতিবিদ্যার তথ্যের মধ্যে পার্থক্য (অর্থাৎ। ভারসাম্য ধ্রুবক, তাপমাত্রা সংশোধনের জন্য পরামিতি, ক্রিয়াকলাপ সমীকরণ এবং সহগ) এর ফলে বড় অনিশ্চয়তা দেখা দিতে পারে। উপরন্তু, খনিজ দ্রবীভূত হার আইনের জন্য পরীক্ষামূলকভাবে উদ্ভূত হার ধ্রুবকগুলির বিশাল বিস্তার সিমুলেশন ফলাফলগুলিতে বড় বৈচিত্র্য সৃষ্টি করতে পারে। এটি সুপরিচিত হওয়া সত্ত্বেও, ভূ-রাসায়নিক মডেলিং পরিচালনা করার সময় অনিশ্চয়তা প্রায়শই বিবেচনা করা হয় না। পরীক্ষামূলক তথ্যের সঙ্গে অনুকরণ ফলাফলের তুলনা করে অনিশ্চয়তা হ্রাস করা যেতে পারে, যদিও প্রতিটি তাপমাত্রা-চাপের অবস্থায় এবং প্রতিটি রাসায়নিক ব্যবস্থার জন্য পরীক্ষামূলক তথ্য বিদ্যমান থাকে না। যদিও এই ধরনের তুলনা বা ক্রমাঙ্কন পরিচালিত করা যায় না, ফলস্বরূপ ভূ-রাসায়নিক সংকেত এবং তাপগতিবিদ্যার তথ্যভাণ্ডারগুলি ভূ-রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলির পূর্বাভাস দেওয়ার জন্য অত্যাধুনিক এবং সবচেয়ে কার্যকর সরঞ্জাম। সাধারণ ব্যবহারের সফ্টওয়্যার প্রোগ্রাম কেমইকিউএল কেমপ্লুগিন চেস, হাইটেক চিলার, চিম-এক্সপিটি ক্রাঞ্চফ্লো ইক্যু 3/ইক্যু 6 জিওচেম-ইজ দ্য জিওকেমিস্টের ওয়ার্কবেঞ্চ জিডব্লিউবি কমিউনিটি এডিশন জিইএমএস-পিএসআই হাইড্রোজিওচেম মাইনইকিউএল + মিন্টেকা 2 অর্চেস্ট্রা পিএইচআরইইইকিউসি রেকটোরো SOLMINEQ.88, GAMSPATH.99 টুগ্রিক্ট ভিজ্যুয়াল মিন্টেক ওয়াটেক 4 এফ ডব্লিউএইচএএম ইউএসজিএস ওয়েবসাইট উপরে তালিকাভুক্ত অনেক সফ্টওয়্যারের বিনামূল্যে অ্যাক্সেস সরবরাহ করে। আরও দেখুন কেমিক্যাল থার্মোডাইনামিক্স কেমিক্যাল কাইনেটিক্স জিওকেমিস্ট্রি জিওমাইক্রোবায়োলজি হাইড্রোজিওলজি গ্রাউন্ডওয়াটার মডেল রিঅ্যাকটিভ ট্রান্সপোর্ট মডেল রিজার্ভয়ার সিমুলেশন কেমিক্যাল প্রসেস মডেলিং কেমিক্যাল ট্রান্সপোর্ট মডেল আরও পড়ুন অ্যাপেলো, সি. এ. জে। এবং ডি. পোস্টমা, 2005, ভূ-রসায়ন, ভূগর্ভস্থ জল এবং দূষণ। টেলর ও ফ্রান্সিস, 683 পিপি। বেথকে, সি. এম., 2008, ভূ-রাসায়নিক এবং জৈব-ভূ-রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া মডেলিং। কেমব্রিজ ইউনিভার্সিটি প্রেস, 547 পিপি। ম্যার্কেল, বি. জে., বি. প্ল্যানার-ফ্রিড্রিচ এবং ডি. কে। নর্ডস্ট্রম, 2008, গ্রাউন্ডওয়াটার জিওকেমিস্ট্রিঃ প্রাকৃতিক এবং দূষিত জলজ ব্যবস্থার মডেলিংয়ের জন্য একটি ব্যবহারিক গাইড। স্প্রিংগার, 242 পিপি। ওলকার্স, ই. এইচ. এবং জে. স্কট (সংস্করণ। ), 2009, থার্মোডাইনামিক্স অ্যান্ড কাইনেটিক্স অফ ওয়াটার-রক ইন্টারঅ্যাকশন। খনিজবিদ্যা ও ভূ-রসায়নের পর্যালোচনা 70,569 পিপি। ঝু, সি. এবং জি. অ্যান্ডারসন, 2002, জিওকেমিক্যাল মডেলিংয়ের পরিবেশগত প্রয়োগ। কেমব্রিজ ইউনিভার্সিটি প্রেস, 300 পিপি। তথ্যসূত্র ভূতাত্ত্বিক মডেলিং