زمین شناسان بیشترین استفاده را از کمپاس برانتون می کنند اما باستان شناسان، مهندسین محیط زیست و نقشه برداران نیز از قابلیت های این وسیله استفاده می نمایند. کمپاس برانتون در واقع یک قطب نماست که به دلیل داشتن شیب سنج و قابلیت حمل راحت به سایر قطب نماها برتری دارد و می تواند به هر دو روش نشانه روی کمری و چشمی مورد استفاده قرار گیرد. اندازه گیری دقیق ساختار های زمین شناسی مانند خط لولای یک چین، اثر سطح محوری و صفحه محوری و نقشه برداری زمین شناسی بدون استفاده از کمپاس برانتون غیرممکن و کاری نشدنی است. در این نوشتار ما کاربرد کمپاس برانتون را در اندازه گیری تغییرات خطی و صفحه ای ساختمان های زمین شناسی ( ساختمانی، رسوبی و چینه شناسی) مرور می کنیم و در مورد استفاده کمپاس در نقشه برداری و اندازه گیری مقاطع چینه شناسی ، اندازه گیری زوایا، ارتفاع و … بحث می نمائیم.
کمپاس برانتون ( قطب نمای جیبی )
نخستین بار یک زمین شناس کانادایی به نام D.W. Brunton کمپاس برانتون را طراحی کرد که سپس توسط کمپانی William Ainsworth در دنورامریکا ساخته شد. با وجود طراحی بادوام آن، آینه ظریف و بخش های شیشه ای آن در مقابل ضربه و رطوبت آسیب پذیر بوده و پس از هر بار استفاده نیاز به تعمیر و آماده سازی برای استفاده مجدد داشتند. از سال 1972 برانتون های اصلی بوسیله کمپانی برانتون در ریورتون ایالت وایومینگ امریکا (Riverton, Wyoming) ساخته و به بازار عرضه شدند. نمونه های مشابه از آن به مرور زمان در سوئد، چین، ژاپن و آلمان ساخته شد و امروزه در بازار موجود است.
کمپاس برانتون
ساختمان کمپاس برانتون:
کمپاس برانتون از سه قسمت ، بدنه اصلی (box)، بازوی نشانه روی (sighting arm) و درپوش (lid)، تشکیل شده است.
1. بخش بدنه اصلی:
حاوی قطعات مهمی است که عبارتند از:
• عقربه (Needle)که دارای دو جهت است، یکی جهت شمال ( در کمپاس برانتون های اصلی عموما به رنگ سفید است و در برخی نمونه های مشابه با N مشخص شده است) و دیگری که به رنگ سیاه است جهت جنوب را نشان می دهد.
• تراز چشم گاوی (Bull's eye level) تراز کروی که برای خواندن زوایای افقی استفاده می شود.
• تراز شیب سنج (Clinometer level) یا همان تراز استوانه ای.
• صفحه مدرج شیب سنج (Clinometer Scale) برای خواندن زوایای قائم.
• دستگاه تعدیل (Damping mechanism) برای تخفیف در حرکت نوسانی عقربه و پایداری بیشتر آن،
• دکمه قفل کننده عقربه (Lift pin)،
• پیچ برنجی کناری و میخ شاخص(Side brass screw and Index pin) برای تنظیم و نشان دادن انحراف مغناطیسی.
• صفحه دایره مدرج (Graduated circle) برای خواندن امتداد.
نوک شمالی عقربه در نیمکره شمالی که زاویه انحراف مغناطیسی به سمت پایین است به سمت صفحه مدرج نزدیک می شود. یک وزنه کوچک الحاقی به سمت جنوبی عقربه اضافه شده است تا تعادل را در عقربه فراهم سازد. چنانچه کمپاس در نیمکره جنوبی یعنی جایی که انحراف مغناطیسی به سمت بالاست استفاده شود باید وزنه عقربه آن بر روی بخش شمالی عقربه بسته شود تا تعادل ایجاد گردد. برای عدم خطا در تشخیص عقربه سمت شمال بهتر است همیشه به وزنه دقت کنیم.
قسمت های مختلف کمپاس و قطب نمای معمولی
2.درپوش:
بوسیله یک لولا به بدنه متصل می گردد و شامل:
• یک آینه(Mirror) با یک خط محوری.
• پنجره نشانه روی بیضوی شکل(Sighting window)برای نشانه روی به روش های کمری و چشمی.
• روزنه دید (Sight).
3. بازوی بلند نشانه روی:
بوسیله یک لولا به بدنه متصل شده دارای:
• شکاف بیضوی کشیده بر روی طول خود برای مشاهده ساختار های خطی.
• نوک نشانه روی خم شونده(Sighting tip) برای تراز کردن خط دید.
صفحه مدرج کمپاس برانتون بر مبنای دو مقیاس قدیمی طراحی شده است.
مقیاس آزیموت: که در آن برای نشان دادن جهات از سه رقم استفاده می شود به عنوان مثال برای شمال 000 یا 360 درجه و برای جنوب 180 درجه. در این مقیاس تنها جهت شمال مبنای اندازه گیری ها است و یک راستا بر مبنای جهت گیری آن نسبت به شمال از 0 تا 360 درجه تعیین موقعیت می شود.
مقیاس ربع دایره ( بیرینگ ): که در آن از حروف و ارقام استفاده می شود ( مثل N60oE, S20oW) در چهار ربع 90 درجه (NE, SE, SW, NW) مدرج شده است. راستای شمال و جنوب به ترتیب در بالا و پایین صفر درجه را نشان می دهند. در این مقیاس شمال و جنوب مبنای اندازه گیری منظور می شوند.
مقیاس های آزیموت و بیرینگ برای تعیین جهات جغرافیایی
راستای یک خط بر روی زمین بوسیله موقعیت آن خط مشخص می شود، که زاویه افقی بین خط و مرجع (معمولا شمال در بیرینگ و 000 در مقیاس آزیموت ) می باشد. البته مرجع در مقیاس بیرینگ، هنگامی که راستای یک ساختار به سمت جنوب خوانده می شود، جنوب هم می تواند باشد.
موقعیت E و W در صفحه مدرج معکوس است، یعنی E در سمت چپ صفحه مدرج ( معادل شماره 9ساعت ) و W در سمت راست صفحه ( معادل شماره 3 ساعت) بر روی صفحه مشخص شده اند. این حالت برای اصلاح در خواندن زاویه طراحی شده است. شایان ذکر است حتی وقتیکه صفحه مدرج چرخانده می شود، نوک شمال (سفید رنگ) عقربه کمپاس همیشه رو به شمال قرار می گیرد. برای مثال برای خواندن زاویه 045 ، ما صفحه را تراز کرده و به سمت راست شمال (جهت عقربه های ساعت ) می چرخیم، اما نوک شمال عقربه به سمت چپ شمال می گردد ( خلاف عقربه های ساعت )، یعنی جایی که شرق برروی صفحه مدرج حک شده است و ما زاویه صحیح را قرائت می کنیم.
نگهداری و تنظیمات کمپاس:
کمپاس دستگاهی دقیق و حساس است و هرگز نباید هنگام قدم زدن کمپاس را به صورت درباز حمل نمود. چنانچه کمپاس در حین عملیات صحرایی آسیب ببیند چنانچه آینه و شیشه محافظ اضافی به همراه داشته باشیم می توانیم آن را تعویض کنیم، اما اگر لولا خم شود و یا محفظه های تراز بشکند، باید کمپاس را برای تعمیر به کارخانه سازنده فرستاد. چنانچه کمپاس در هوای بارانی مورد استفاده قرار گیرد و یا آب به درون آن نفوذ کند، باید کمپاس را باز کرده و آن را خشک کنیم چراکه اگر تکیه گاه عقربه خیس باشد، عقربه صحیح عمل نخواهد کرد. آینه کمپاس را می توان با ضربه زدن به زائه کوچک نگهدارنده و برداشتن یک واشر فنری شبیه واشری که بر روی جعبه است، بیرون آورده و آینه جدید را جایگزین آن کرد. این آینه را باید طوری قرار دهیم که خط سیاه نشانه روی آن در زاویه ای عمود بر محور لولای درپوش کمپاس قرار گیرد. این کار را می توانیم با چرخاندن آینه تا زمانی که خط نشانه روی آینه از وسط دریچه نشانه روی بگذرد، انجام دهیم. عمل میزان را سپس با بستن درپوش کمپاس بر روی نوک برگردانده شده بازوی نشانه روی و مشخص نمودن تطابق نوک بازو با خط وسط آینه امتحان کنیم.
انحراف مغناطیسی و تصحیح کمپاس:
زمین دارای قطب های جغرافیایی یا شمال و جنوب حقیقی یعنی جایی که محور های چرخش زمین سطح آن را قطع می کنند، و قطب های مغناطیسی است، یعنی جایی که خطوط میدان مغناطیسی به صورت واگرا از زمین خارج (جنوب مغناطیسی ) و یا به صورت همگرا به آن وارد ( شمال مغناطیسی ) می شوند.
عقربه کمپاس برانتون به عنوان یک وسیله مغناطیسی ( یک آهنربا) وقتیکه آزادانه معلق شود قطب های مغناطیسی را یافته و در جهت آنها آرایش می گیرد یعنی جایی که عموما شمال واقعی نیست ( بجز برخی مناطق کره زمین). عقربه کمپاس یک آهنربا است و قطب شمال هر آهنربایی در صورتیکه آهنربا آزادانه حرکت کند بوسیله شمال مغناطیسی دفع می شود. در واقع می توان نام صحیح این انتهای عقربه را قطب شمالجو (north seeking pole) نامید. نقشه ها قطب مغناطیسی در نیمکره شمالی را " قطب شمال مغناطیسی" مشخص می کنند.
زاویه بین شمال حقیقی و شمال مغناطیسی " میل مغناطیسی " (magnetic declination) نامیده می شود. میل مغناطیسی با موقعیت، زمان ( سالانه و روزانه )، ناهنجاری های مغناطیسی محلی، ارتفاع (جزئی و قابل صرف نظر) و فعالیت های مغناطیسی خورشید تغییر می کند (Goulet, 1999). درواقع میل زاویه بین نقطه ای که عقربه کمپاس به عنوان شمال نشان می دهد و شمال حقیقی می باشد. میل مغناطیسی در طول خطوطی که اصطلاحا خطوط هم ارز (isogonic lines) نامیده می شوند ثابت هستند. خط فرضی با میل مغناطیسی صفر درجه از غرب خلیج هودسن، دریاچه سوپریور، دریاچه میشیگان و فلوریدا عبور می کند. قطب شمال مغناطیسی در سال 1999 در موقعیت 79.8° N, and 107.0° W, 75 در مناطق قطبی کانادا در فاصله 1140 کیلومتری از شمال واقعی قرار داشت.
اختلاف موقعیت قطب های جغرافیایی و مغناطیسی
جدول انحراف مغناطیسی جهان
زاویه قائم بین بردار های مغناطیسی به سطح (افق) زمین وابسته است و زاویه انحراف مغناطیسی (magnetic inclination) نامیده می شود و با تغییر عرض جغرافیایی تغییر می کند. این زاویه در قطب مغناطیسی 90 درجه و در استوای مغناطیسی صفر درجه است.
تعیین انحراف مغناطیسی:
اگر عقربه کمپاس شرق یا غرب شمال واقعی را به عنوان شمال مشخص نماید، این اختلاف به ترتیب انحراف مغناطیسی شرقی یا غربی نامیده می شود. شمال مغناطیسی (MN) هم در نیمکره شمالی و هم در نیمکره جنوبی به عنوان مرجع انحراف مغناطیسی است. برای تعیین انحراف مغناطیسی در یک منطقه مورد مطالعه ما می توانیم از موارد زیر استفاده کنیم:
1- نقشه های توپوگرافی چاپ شده: در برخی نقشه ها انحراف مغناطیسی منطقه بوسیله زاویه بین دو پیکان شمال مغناطیسی (MN) و شمال حقیقی (GN) نشان داده شده است.
2- نمودار های ایزوگونی چاپ شده و یا موجود در وب سایت ها: که انحراف مغناطیسی را نشان می دهند.
3- حسابگر آنلاین برای مشخص نمودن آخرین انحراف مغناطیسی برای یک موقعیت مشخص (طول و عرض جغرافیایی) و زمان مشخص.
نمودار ایزوگونی امریکای شمالی
تنظیم انحراف مغناطیسی در کمپاس:
انحراف مغناطیسی بوسیله چرخاندن پیچ برنجی که در کناره بدنه کمپاس وجود دارد تنظیم و تصحیح می گردد. برای یک انحراف غربی 15 درجه ( یعنی شمال مغناطیسی 15 درجه در غرب شمال حقیقی قرار دارد) صفحه مدرج به سمت غرب یعنی در خلاف جهت چرخش عقربه های ساعت ( با چرخاندن پیچ ) چرخانده می شود تا میخ شاخص روی N15W در مقیاس بیرینگ ویا 345 درجه در مقیاس آزیموت قرار گیرد. برای یک انحراف 15 درجه شرقی، صفحه مدرج به سمت شرق چرخانده می شود ( در جهت چرخش عقربه های ساعت ) تا میخ شاخص روی N15E در مقیاس بیرینگ ویا 015 درجه در مقیاس آزیموت قرار گیرد. در ایران انحراف مغناطیسی به سمت شرق است و مقدار زاویه آن در مکان های مختلف متفاوت است.
تنظیم انحراف مغناطیسی در کمپاس
کارآیی کمپاس:
برای تهیه یک نقشه و یا تحلیل زمین شناسی و ساختاری یک منطقه باید مشخصات و موقعیت ساختارهای صفحه ای و خطی آن منطقه برداشت شود. زمین شناسان نمی توانند بدون دانستن چگونگی استفاده از کمپاس برای بدست آوردن اطلاعات ساختاری و تشخیص مرز واحد های ساختاری، یک نقشه مفید تولید کرده و یا اطلاعات مفید بدست آورند. بنابراین ما نیاز داریم که چگونگی اندازه گیری ساختار های خطی و صفحه ای را برای تمام انواع ساختمان ها مثل عناصر رسوبی و ساختمانی و مرز های سنگ چینه ای نقشه ها، بدانیم.
یک کمپاس دارای کارآیی های فراوانی است که تعدادی از مهمترین این کاربردها در زیر توضیح داده می شود:
1. اندازه گیری موقعیت ساختار های خطی
2. اندازه گیری زاویه پیچ برای عناصر خطی
3. اندازه گیری زوایای قائم، ارتفاع و فاصله
4. اندازه گیری ضخامت حقیقی لایه ها
5. اندازه گیری موقعیت صفحات
6. بدست آوردن موقعیت یک خط مابین دو نقطه
7. اندازه گیری موقعیت یک صفحه با تکنیک دو خط
8. تعیین دو نقطه هم ارتفاع
9. تعیین موقعیت با استفاده از کمپاس و نقشه
نظرات بسته شده است.