Una muestra de núcleo es una sección cilíndrica de (normalmente) una sustancia natural. La mayoría de las muestras de núcleo se obtienen perforando la sustancia, como sedimento o roca, con taladros especiales con un tubo hueco de acero , llamado taladro de núcleo . El agujero hecho para la muestra de núcleo se llama "agujero de núcleo". Existe una variedad de muestreadores de núcleo para tomar muestras de diferentes medios en diferentes condiciones; existe un desarrollo continuo en la tecnología. En el proceso de extracción de núcleo, la muestra se empuja más o menos intacta dentro del tubo. Una vez extraída del tubo en el laboratorio, se inspecciona y analiza con diferentes técnicas y equipos según el tipo de datos deseados.
Se pueden tomar muestras de núcleos para comprobar las propiedades de materiales artificiales , como el hormigón , la cerámica , algunos metales y aleaciones, especialmente los más blandos. También se pueden tomar muestras de núcleos de seres vivos, incluidos los seres humanos, especialmente de los huesos de una persona para examinarlos al microscopio y ayudar a diagnosticar enfermedades.
La composición de los materiales en cuestión puede variar desde casi líquidos hasta los materiales más resistentes que se encuentran en la naturaleza o en la tecnología, y la ubicación de los materiales en cuestión puede variar desde sobre una mesa de laboratorio hasta a más de 10 km de la superficie de la Tierra en un pozo . La gama de equipos y técnicas que se aplican a la tarea es correspondientemente grande. Las muestras de núcleos se toman con mayor frecuencia con su eje largo orientado aproximadamente en paralelo al eje de un pozo, o en paralelo al campo gravitatorio para las herramientas impulsadas por gravedad. Sin embargo, también es posible tomar muestras de núcleos de la pared de un pozo existente. Tomar muestras de una exposición, ya sea una cara de roca que sobresale o en un planeta diferente, es casi trivial. (Los vehículos de exploración de Marte llevan una herramienta de abrasión de rocas , que es lógicamente equivalente a la herramienta de "núcleo de pared lateral rotatorio" que se describe a continuación).
Algunas técnicas comunes incluyen:
Aunque a menudo se descuidan, las muestras de núcleos siempre se degradan en algún grado en el proceso de cortar el núcleo, manipularlo y estudiarlo. Las técnicas no destructivas son cada vez más comunes, por ejemplo, el uso de escaneo por resonancia magnética para caracterizar granos, fluidos de poros, espacios de poros ( porosidad ) y sus interacciones (que constituyen parte de la permeabilidad ), pero es probable que se desperdicie una sutileza tan costosa en un núcleo que ha sido sacudido en un camión sin suspensión durante 300 km de camino de tierra. Lo que sucede con los núcleos entre el equipo de recuperación y el laboratorio final (o archivo) es una parte a menudo descuidada del mantenimiento de registros y la gestión de núcleos.
La extracción de núcleos se ha convertido en una fuente importante de datos y se está prestando más atención y cuidado a la prevención de daños en los núcleos durante las distintas etapas de su transporte y análisis. La forma habitual de hacerlo es congelar completamente el núcleo utilizando nitrógeno líquido, que se obtiene a bajo coste. En algunos casos, también se utilizan polímeros especiales para preservar y asentar/amortiguar el núcleo para evitar que sufra daños.
De la misma manera, una muestra de núcleo que no se puede relacionar con su contexto (dónde estaba antes de convertirse en una muestra de núcleo) ha perdido gran parte de su utilidad. La identificación del pozo, y la posición y orientación ("hacia arriba") del núcleo en el pozo son fundamentales, incluso si el pozo está en el tronco de un árbol: los dendrocronólogos siempre intentan incluir una superficie de corteza en sus muestras para que la fecha del crecimiento más reciente del árbol pueda determinarse sin ambigüedades.
Si estos datos se separan de las muestras de núcleos, generalmente es imposible recuperarlos. El costo de una operación de extracción de núcleos puede variar desde unas pocas unidades monetarias (para un núcleo extraído a mano de una sección de suelo blando) hasta decenas de millones de unidades monetarias (para núcleos de pared lateral de un pozo marino remoto a muchos kilómetros de profundidad). El registro inadecuado de estos datos básicos ha arruinado la utilidad de ambos tipos de núcleos.
Cada disciplina tiene sus propias convenciones locales para registrar estos datos, y el usuario debe familiarizarse con las convenciones de su área. Por ejemplo, en la industria petrolera, la orientación del núcleo se registra típicamente marcándolo con dos rayas de color longitudinales, con la roja a la derecha cuando el núcleo se recupera y se marca en la superficie. Los núcleos cortados para la minería de minerales pueden tener sus propias convenciones diferentes. La ingeniería civil o los estudios de suelos pueden tener sus propias convenciones diferentes, ya que sus materiales a menudo no son lo suficientemente competentes como para hacer marcas permanentes.
Cada vez es más habitual conservar las muestras de núcleos en envases cilíndricos que forman parte del equipo de corte de núcleos y hacer las marcas de registro en estos "barriles interiores" en el campo antes de su posterior procesamiento y análisis en el laboratorio. A veces, el núcleo se envía desde el campo al laboratorio con la misma longitud que sale de la tierra; otras veces se corta en longitudes estándar (5 m o 1 m o 3 pies) para su envío y luego se vuelve a ensamblar en el laboratorio. Algunos de los sistemas de "barril interior" se pueden invertir en la muestra del núcleo, de modo que en el laboratorio la muestra se coloca "al revés" cuando se vuelve a ensamblar el núcleo. Esto puede complicar la interpretación.
Si el pozo tiene mediciones petrofísicas realizadas en las rocas de la pared y estas mediciones se repiten a lo largo de la longitud del núcleo, y luego se correlacionan los dos conjuntos de datos, se encontrará casi universalmente que la profundidad "registrada" para una pieza particular del núcleo difiere entre los dos métodos de medición. En ese caso, decidir en qué conjunto de mediciones creer se convierte en una cuestión de política para el cliente (en un entorno industrial) o de gran controversia (en un contexto sin una autoridad superior). Registrar que existen discrepancias, por cualquier razón, conserva la posibilidad de corregir una decisión incorrecta en una fecha posterior; destruir los datos de profundidad "incorrectos" hace imposible corregir un error más tarde. Cualquier sistema para retener y archivar datos y muestras de núcleos debe diseñarse de modo que se puedan retener opiniones disidentes como esta.
Si las muestras de núcleos de una campaña son aptas, es una práctica común "cortarlas en losas" (cortar la muestra en dos o más muestras longitudinalmente) bastante temprano en el procesamiento de laboratorio para que un conjunto de muestras pueda archivarse temprano en la secuencia de análisis como protección contra errores en el procesamiento. "Cortar en losas" el núcleo en un conjunto de 2/3 y uno de 1/3 es común. También es común que un conjunto sea retenido por el cliente principal mientras que el segundo conjunto va al gobierno (que a menudo impone una condición para dicha donación como condición de la licencia de exploración/explotación). "Cortar en losas" también tiene el beneficio de preparar una superficie plana y lisa para el examen y prueba de la permeabilidad del perfil, que es mucho más fácil de trabajar que la superficie típicamente áspera y curva de las muestras de núcleos cuando son frescas del equipo de extracción de núcleos. La fotografía de superficies de núcleos en bruto y "cortadas en losas" es rutinaria, a menudo bajo luz natural y ultravioleta.
Una unidad de longitud que se utiliza ocasionalmente en la literatura sobre núcleos del fondo marino es cmbsf , una abreviatura de centímetros debajo del fondo marino.
La técnica de extracción de núcleos es muy anterior a los intentos de perforar el manto terrestre por parte del Programa de Perforación en Altas Mares . Pronto se hizo evidente el valor que tiene para la historia oceánica y geológica la obtención de núcleos en una amplia zona del fondo marino . La toma de muestras de núcleos por parte de muchas organizaciones científicas y exploratorias se expandió rápidamente. Hasta la fecha, se han recogido cientos de miles de muestras de núcleos de los fondos marinos de todos los océanos del planeta y de muchas de sus aguas interiores . [ cita requerida ]
El acceso a muchas de estas muestras se ve facilitado por el Índice de muestras geológicas marinas y lacustres .
La extracción de núcleos comenzó como un método para tomar muestras de los alrededores de los depósitos minerales y la exploración petrolera. Pronto se amplió a océanos , lagos , hielo , lodo , suelo y madera . Los núcleos de árboles muy viejos brindan información sobre sus anillos de crecimiento sin destruir el árbol.
Los núcleos indican variaciones del clima , las especies y la composición sedimentaria a lo largo de la historia geológica. Los fenómenos dinámicos de la superficie de la Tierra son en su mayor parte cíclicos en varios aspectos, especialmente la temperatura y las precipitaciones .
Existen muchas formas de datar un núcleo. Una vez datado, proporciona información valiosa sobre los cambios en el clima y el terreno . Por ejemplo, los núcleos en el fondo del océano, el suelo y el hielo han alterado por completo la visión de la historia geológica del Pleistoceno . [ cita requerida ]
La perforación con circulación inversa es un método en el que los recortes de roca se extraen continuamente a través de la varilla de perforación hueca y se pueden tomar muestras para su análisis. El método puede ser más rápido y utilizar menos agua que la perforación con núcleo, pero no produce núcleos de material relativamente inalterado, por lo que se puede derivar menos información sobre la estructura de la roca a partir del análisis. Si se utiliza aire comprimido para la extracción de los recortes, la muestra permanece sin contaminar, está disponible casi de inmediato y el método tiene un bajo impacto ambiental. [1] [2]
