کمپاس و کاربرد های آن 

مقدمه
مهارت در استفاده از ابزار هاي زمين شناسي براي زمين شناس امروز بسيار مهم و اساسي به نظر مي رسد و مي تواند او را در برداشت هاي صحرايي بسيار کمک نمايد. کمپاس يکي از وسايل اصلي زمين شناسان در برداشت هاي صحرايي مي باشد که مهارت در استفاده از آن مي تواند يک زمين شناس حرفه اي را در رسيدن به هدفش کمک نمايد. کمپاس توسط بسياري از زمين شناسان براي نقشه برداري صحرايي از موضوعات زمين شناسي استفاده مي شود. زمين شناسان بيشترين استفاده را از کمپاس برانتون مي کنند اما باستان شناسان، مهندسين محيط زيست و نقشه برداران نيز از قابليت هاي اين وسيله استفاده مي نمايند. کمپاس برانتون در واقع يک قطب نماست که به دليل داشتن شيب سنج و قابليت حمل راحت به ساير قطب نماها برتري دارد و مي تواند به هر دو روش نشانه روي کمري و چشمي مورد استفاده قرار گيرد. اندازه گيري دقيق ساختار هاي زمين شناسي مانند خط لولاي يک چين، اثر سطح محوري و صفحه محوري و نقشه برداري زمين شناسي بدون استفاده از کمپاس برانتون غيرممکن و کاري نشدني است. در اين نوشتار ما کاربرد کمپاس برانتون را در اندازه گيري تغييرات خطي و صفحه اي ساختمان هاي زمين شناسي ( ساختماني، رسوبي و چينه شناسي) مرور مي کنيم و در مورد استفاده کمپاس در نقشه برداري و اندازه گيري مقاطع چينه شناسي ، اندازه گيري زوايا، ارتفاع و … بحث مي نمائيم.

کمپاس برانتون ( قطب نماي جيبي )

نخستين بار يک زمين شناس کانادايي به نام D.W. Brunton کمپاس برانتون را طراحي کرد که سپس توسط کمپاني William Ainsworth در دنورامريکا ساخته شد. با وجود طراحي بادوام آن، آينه ظريف و بخش هاي شيشه اي آن در مقابل ضربه و رطوبت آسيب پذير بوده و پس از هر بار استفاده نياز به تعمير و آماده سازي براي استفاده مجدد داشتند. از سال 1972 برانتون هاي اصلي بوسيله کمپاني برانتون در ريورتون ايالت وايومينگ امريکا (Riverton, Wyoming) ساخته و به بازار عرضه شدند. نمونه هاي مشابه از آن به مرور زمان در سوئد، چين، ژاپن و آلمان ساخته شد و امروزه در بازار موجود است.

کمپاس برانتون     ساختمان کمپاس برانتون:    کمپاس برانتون از سه قسمت ، بدنه اصلي (box)، بازوي نشانه روي (sighting arm) و درپوش (lid)، تشکيل شده است. 1. بخش بدنه اصلي: حاوي قطعات مهمي است که عبارتند از: • عقربه (Needle)که داراي دو جهت است، يکي جهت شمال ( در کمپاس برانتون هاي اصلي عموما به رنگ سفيد است و در برخي نمونه هاي مشابه با N مشخص شده است) و ديگري که به رنگ سياه است جهت جنوب را نشان مي دهد. • تراز چشم گاوي (Bull’s eye level) تراز کروي که براي خواندن زواياي افقي استفاده مي شود. • تراز شيب سنج (Clinometer level) يا همان تراز استوانه اي. • صفحه مدرج شيب سنج (Clinometer Scale) براي خواندن زواياي قائم. • دستگاه تعديل (Damping mechanism) براي تخفيف در حرکت نوساني عقربه و پايداري بيشتر آن، • دکمه قفل کننده عقربه (Lift pin)، • پيچ برنجي کناري و ميخ شاخص(Side brass screw and Index pin) براي تنظيم و نشان دادن انحراف مغناطيسي. • صفحه دايره مدرج (Graduated circle) براي خواندن امتداد. نوک شمالي عقربه در نيمکره شمالي که زاويه انحراف مغناطيسي به سمت پايين است به سمت صفحه مدرج نزديک مي شود. يک وزنه کوچک الحاقي به سمت جنوبي عقربه اضافه شده است تا تعادل را در عقربه فراهم سازد. چنانچه کمپاس در نيمکره جنوبي يعني جايي که انحراف مغناطيسي به سمت بالاست استفاده شود بايد وزنه عقربه آن بر روي بخش شمالي عقربه بسته شود تا تعادل ايجاد گردد. براي عدم خطا در تشخيص عقربه سمت شمال بهتر است هميشه به وزنه دقت کنيم. قسمت هاي مختلف کمپاس و قطب نماي معمولي     2.درپوش: بوسيله يک لولا به بدنه متصل مي گردد و شامل: • يک آينه(Mirror) با يک خط محوري. • پنجره نشانه روي بيضوي شکل(Sighting window)براي نشانه روي به روش هاي کمري و چشمي. • روزنه ديد (Sight). 3. بازوي بلند نشانه روي: بوسيله يک لولا به بدنه متصل شده داراي: • شکاف بيضوي کشيده بر روي طول خود براي مشاهده ساختار هاي خطي. • نوک نشانه روي خم شونده(Sighting tip) براي تراز کردن خط ديد. صفحه مدرج کمپاس برانتون بر مبناي دو مقياس قديمي طراحي شده است. مقياس آزيموت: که در آن براي نشان دادن جهات از سه رقم استفاده مي شود به عنوان مثال براي شمال 000 يا 360 درجه و براي جنوب 180 درجه. در اين مقياس تنها جهت شمال مبناي اندازه گيري ها است و يک راستا بر مبناي جهت گيري آن نسبت به شمال از 0 تا 360 درجه تعيين موقعيت مي شود. مقياس ربع دايره ( بيرينگ ): که در آن از حروف و ارقام استفاده مي شود ( مثل N60oE, S20oW) در چهار ربع 90 درجه (NE, SE, SW, NW) مدرج شده است. راستاي شمال و جنوب به ترتيب در بالا و پايين صفر درجه را نشان مي دهند. در اين مقياس شمال و جنوب مبناي اندازه گيري منظور مي شوند. مقياس هاي آزيموت و بيرينگ براي تعيين جهات جغرافيايي     راستاي يک خط بر روي زمين بوسيله موقعيت آن خط مشخص مي شود، که زاويه افقي بين خط و مرجع (معمولا شمال در بيرينگ و 000 در مقياس آزيموت ) مي باشد. البته مرجع در مقياس بيرينگ، هنگامي که راستاي يک ساختار به سمت جنوب خوانده مي شود، جنوب هم مي تواند باشد. موقعيت E و W در صفحه مدرج معکوس است، يعني E در سمت چپ صفحه مدرج ( معادل شماره 9ساعت ) و W در سمت راست صفحه ( معادل شماره 3 ساعت) بر روي صفحه مشخص شده اند. اين حالت براي اصلاح در خواندن زاويه طراحي شده است. شايان ذکر است حتي وقتيکه صفحه مدرج چرخانده مي شود، نوک شمال (سفيد رنگ) عقربه کمپاس هميشه رو به شمال قرار مي گيرد. براي مثال براي خواندن زاويه 045 ، ما صفحه را تراز کرده و به سمت راست شمال (جهت عقربه هاي ساعت ) مي چرخيم، اما نوک شمال عقربه به سمت چپ شمال مي گردد ( خلاف عقربه هاي ساعت )، يعني جايي که شرق برروي صفحه مدرج حک شده است و ما زاويه صحيح را قرائت مي کنيم. نگهداري و تنظيمات کمپاس: کمپاس دستگاهي دقيق و حساس است و هرگز نبايد هنگام قدم زدن کمپاس را به صورت درباز حمل نمود. چنانچه کمپاس در حين عمليات صحرايي آسيب ببيند چنانچه آينه و شيشه محافظ اضافي به همراه داشته باشيم مي توانيم آن را تعويض کنيم، اما اگر لولا خم شود و يا محفظه هاي تراز بشکند، بايد کمپاس را براي تعمير به کارخانه سازنده فرستاد. چنانچه کمپاس در هواي باراني مورد استفاده قرار گيرد و يا آب به درون آن نفوذ کند، بايد کمپاس را باز کرده و آن را خشک کنيم چراکه اگر تکيه گاه عقربه خيس باشد، عقربه صحيح عمل نخواهد کرد. آينه کمپاس را مي توان با ضربه زدن به زائه کوچک نگهدارنده و برداشتن يک واشر فنري شبيه واشري که بر روي جعبه است، بيرون آورده و آينه جديد را جايگزين آن کرد. اين آينه را بايد طوري قرار دهيم که خط سياه نشانه روي آن در زاويه اي عمود بر محور لولاي درپوش کمپاس قرار گيرد. اين کار را مي توانيم با چرخاندن آينه تا زماني که خط نشانه روي آينه از وسط دريچه نشانه روي بگذرد، انجام دهيم. عمل ميزان را سپس با بستن درپوش کمپاس بر روي نوک برگردانده شده بازوي نشانه روي و مشخص نمودن تطابق نوک بازو با خط وسط آينه امتحان کنيم.     انحراف مغناطيسي و تصحيح کمپاس: زمين داراي قطب هاي جغرافيايي يا شمال و جنوب حقيقي يعني جايي که محور هاي چرخش زمين سطح آن را قطع مي کنند، و قطب هاي مغناطيسي است، يعني جايي که خطوط ميدان مغناطيسي به صورت واگرا از زمين خارج (جنوب مغناطيسي ) و يا به صورت همگرا به آن وارد ( شمال مغناطيسي ) مي شوند. عقربه کمپاس برانتون به عنوان يک وسيله مغناطيسي ( يک آهنربا) وقتيکه آزادانه معلق شود قطب هاي مغناطيسي را يافته و در جهت آنها آرايش مي گيرد يعني جايي که عموما شمال واقعي نيست ( بجز برخي مناطق کره زمين). عقربه کمپاس يک آهنربا است و قطب شمال هر آهنربايي در صورتيکه آهنربا آزادانه حرکت کند بوسيله شمال مغناطيسي دفع مي شود. در واقع مي توان نام صحيح اين انتهاي عقربه را قطب شمالجو (north seeking pole) ناميد. نقشه ها قطب مغناطيسي در نيمکره شمالي را ” قطب شمال مغناطيسي” مشخص مي کنند. زاويه بين شمال حقيقي و شمال مغناطيسي ” ميل مغناطيسي ” (magnetic declination) ناميده مي شود. ميل مغناطيسي با موقعيت، زمان ( سالانه و روزانه )، ناهنجاري هاي مغناطيسي محلي، ارتفاع (جزئي و قابل صرف نظر) و فعاليت هاي مغناطيسي خورشيد تغيير مي کند (Goulet, 1999). درواقع ميل زاويه بين نقطه اي که عقربه کمپاس به عنوان شمال نشان مي دهد و شمال حقيقي مي باشد. ميل مغناطيسي در طول خطوطي که اصطلاحا خطوط هم ارز (isogonic lines) ناميده مي شوند ثابت هستند. خط فرضي با ميل مغناطيسي صفر درجه از غرب خليج هودسن، درياچه سوپريور، درياچه ميشيگان و فلوريدا عبور مي کند. قطب شمال مغناطيسي در سال 1999 در موقعيت 79.8° N, and 107.0° W, 75 در مناطق قطبي کانادا در فاصله 1140 کيلومتري از شمال واقعي قرار داشت. اختلاف موقعيت قطب هاي جغرافيايي و مغناطيسي جدول انحراف مغناطيسي جهان     زاويه قائم بين بردار هاي مغناطيسي به سطح (افق) زمين وابسته است و زاويه انحراف مغناطيسي (magnetic inclination) ناميده مي شود و با تغيير عرض جغرافيايي تغيير مي کند. اين زاويه در قطب مغناطيسي 90 درجه و در استواي مغناطيسي صفر درجه است. تعيين انحراف مغناطيسي: اگر عقربه کمپاس شرق يا غرب شمال واقعي را به عنوان شمال مشخص نمايد، اين اختلاف به ترتيب انحراف مغناطيسي شرقي يا غربي ناميده مي شود. شمال مغناطيسي (MN) هم در نيمکره شمالي و هم در نيمکره جنوبي به عنوان مرجع انحراف مغناطيسي است. براي تعيين انحراف مغناطيسي در يک منطقه مورد مطالعه ما مي توانيم از موارد زير استفاده کنيم: 1- نقشه هاي توپوگرافي چاپ شده: در برخي نقشه ها انحراف مغناطيسي منطقه بوسيله زاويه بين دو پيکان شمال مغناطيسي (MN) و شمال حقيقي (GN) نشان داده شده است. 2- نمودار هاي ايزوگوني چاپ شده و يا موجود در وب سايت ها: که انحراف مغناطيسي را نشان مي دهند. 3- حسابگر آنلاين براي مشخص نمودن آخرين انحراف مغناطيسي براي يک موقعيت مشخص (طول و عرض جغرافيايي) و زمان مشخص. نمودار ايزوگوني امريکاي شمالي تنظيم انحراف مغناطيسي در کمپاس: انحراف مغناطيسي بوسيله چرخاندن پيچ برنجي که در کناره بدنه کمپاس وجود دارد تنظيم و تصحيح مي گردد. براي يک انحراف غربي 15 درجه ( يعني شمال مغناطيسي 15 درجه در غرب شمال حقيقي قرار دارد) صفحه مدرج به سمت غرب يعني در خلاف جهت چرخش عقربه هاي ساعت ( با چرخاندن پيچ ) چرخانده مي شود تا ميخ شاخص روي N15W در مقياس بيرينگ ويا 345 درجه در مقياس آزيموت قرار گيرد. براي يک انحراف 15 درجه شرقي، صفحه مدرج به سمت شرق چرخانده مي شود ( در جهت چرخش عقربه هاي ساعت ) تا ميخ شاخص روي N15E در مقياس بيرينگ ويا 015 درجه در مقياس آزيموت قرار گيرد. در ايران انحراف مغناطيسي به سمت شرق است و مقدار زاويه آن در مکان هاي مختلف متفاوت است. تنظيم انحراف مغناطيسي در کمپاس کارآيي کمپاس:    براي تهيه يک نقشه و يا تحليل زمين شناسي و ساختاري يک منطقه بايد مشخصات و موقعيت ساختارهاي صفحه اي و خطي آن منطقه برداشت شود. زمين شناسان نمي توانند بدون دانستن چگونگي استفاده از کمپاس براي بدست آوردن اطلاعات ساختاري و تشخيص مرز واحد هاي ساختاري، يک نقشه مفيد توليد کرده و يا اطلاعات مفيد بدست آورند. بنابراين ما نياز داريم که چگونگي اندازه گيري ساختار هاي خطي و صفحه اي را براي تمام انواع ساختمان ها مثل عناصر رسوبي و ساختماني و مرز هاي سنگ چينه اي نقشه ها، بدانيم. يک کمپاس داراي کارآيي هاي فراواني است که تعدادي از مهمترين اين کاربردها در زير توضيح داده مي شود: 1. اندازه گيري موقعيت ساختار هاي خطي 2. اندازه گيري زاويه پيچ براي عناصر خطي 3. اندازه گيري زواياي قائم، ارتفاع و فاصله 4. اندازه گيري ضخامت حقيقي لايه ها 5. اندازه گيري موقعيت صفحات 6. بدست آوردن موقعيت يک خط مابين دو نقطه 7. اندازه گيري موقعيت يک صفحه با تکنيک دو خط 8. تعيين دو نقطه هم ارتفاع 9. تعيين موقعيت با استفاده از کمپاس و نقشه