Una muestra central es una sección cilíndrica de (generalmente) una sustancia natural. La mayoría de las muestras de núcleos se obtienen perforando con taladros especiales la sustancia, como sedimentos o rocas, con un tubo de acero hueco, llamado taladro de núcleo . El orificio realizado para la muestra del núcleo se denomina "agujero del núcleo". Existe una variedad de muestreadores de núcleos para muestrear diferentes medios en diferentes condiciones; Hay un desarrollo continuo en la tecnología. En el proceso de extracción de núcleos, la muestra se introduce más o menos intacta en el tubo. Sacado del tubo en el laboratorio, es inspeccionado y analizado mediante diferentes técnicas y equipos según el tipo de datos deseados.
Se pueden tomar muestras de núcleos para probar las propiedades de materiales artificiales , como el hormigón , la cerámica , algunos metales y aleaciones, especialmente los más blandos. También se pueden tomar muestras de seres vivos, incluidos los seres humanos, especialmente de los huesos de una persona, para examinarlas microscópicamente y ayudar a diagnosticar enfermedades.
La composición de los materiales en cuestión puede variar desde casi líquidos hasta los materiales más fuertes que se encuentran en la naturaleza o la tecnología, y la ubicación de los materiales en cuestión puede variar desde la mesa de un laboratorio hasta más de 10 km de la superficie de la Tierra en un pozo . La variedad de equipos y técnicas aplicadas a la tarea es correspondientemente amplia. Las muestras de núcleos se toman con mayor frecuencia con su eje mayor orientado aproximadamente paralelo al eje de un pozo, o paralelo al campo de gravedad 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 pared rocosa sobresaliente o en un planeta diferente, es casi trivial. (Los Mars Exploration Rovers llevan una herramienta de abrasión de rocas , que es lógicamente equivalente a la herramienta de "núcleo de pared lateral giratoria" que se describe a continuación).
Algunas técnicas comunes incluyen:
Aunque a menudo se descuidan, las muestras de núcleos siempre se degradan hasta cierto punto en el proceso de cortar el núcleo, manipularlo y estudiarlo. Las técnicas no destructivas son cada vez más comunes, por ejemplo, el uso de exploración por resonancia magnética para caracterizar granos, fluidos de los poros, espacios porosos ( porosidad ) y sus interacciones (que constituyen parte de la permeabilidad ), pero es probable que una sutileza tan costosa se desperdicie en un núcleo que ha sido sacudido. en un camión suspendido durante 300 km de camino de tierra. Lo que sucede con los núcleos entre el equipo de recuperación y el laboratorio (o archivo) final es una parte que a menudo se descuida en el mantenimiento de registros y la gestión de núcleos.
La extracción de núcleos ha llegado a ser reconocida como una fuente importante de datos, y se está poniendo más atención y cuidado en prevenir daños al núcleo durante las diversas etapas de su transporte y análisis. La forma habitual de hacerlo es congelar el núcleo por completo utilizando nitrógeno líquido, que se obtiene de forma económica. En algunos casos, también se utilizan polímeros especiales para preservar y asentar/proteger el núcleo contra daños.
Del mismo modo, una muestra básica que no puede relacionarse con su contexto (donde estaba antes de convertirse en muestra básica) ha perdido gran parte de sus beneficios. La identificación del pozo y la posición y orientación ("hacia arriba") del núcleo en el pozo es fundamental, 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 el La fecha del crecimiento más reciente del árbol se puede determinar sin ambigüedades.
Si estos datos se separan de las muestras centrales, generalmente es imposible recuperarlos. El costo de una operación de extracción de muestras puede variar desde unas pocas unidades monetarias (para un núcleo extraído manualmente de una sección de suelo blando) hasta decenas de millones de unidades monetarias (para núcleos de pared lateral de un pozo marino remoto de muchos kilómetros de profundidad). El registro inadecuado de estos datos básicos ha arruinado la utilidad de ambos tipos de núcleos.
Las diferentes disciplinas tienen diferentes 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 generalmente se registra 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 extracción 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 para realizar marcas permanentes.
Cada vez es más común conservar las muestras de núcleos en envases cilíndricos que forman parte del equipo de corte de núcleos, y hacer 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 en una longitud tan larga como la que sale del suelo; otras veces se corta en longitudes estándar (5 mo 1 mo 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 "invierte" cuando se vuelve a ensamblar el núcleo. Esto puede complicar la interpretación.
Si el pozo tiene mediciones petrofísicas hechas de las rocas de la pared, y estas mediciones se repiten a lo largo del núcleo, entonces los dos conjuntos de datos se correlacionan, casi universalmente se encontrará que la profundidad "de registro" para una pieza particular del núcleo difiere entre los dos métodos de medición. Cuál conjunto de medidas creer se convierte entonces en una cuestión de política para el cliente (en un entorno industrial) o de gran controversia (en un contexto sin una autoridad primordial). La constatación de que existen discrepancias, por cualquier motivo, conserva la posibilidad de corregir una decisión incorrecta en una fecha posterior; Destruir los datos de profundidad "incorrectos" hace imposible corregir un error más adelante. Cualquier sistema para retener y archivar datos y muestras básicas debe diseñarse de manera que se puedan conservar opiniones disidentes como ésta.
Si las muestras centrales de una campaña son competentes, es una práctica común "cortarlas" (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 un conjunto de muestras. protección contra errores en el procesamiento. Es común "cortar" el núcleo en un conjunto de 2/3 y 1/3. También es común que un juego sea retenido por el cliente principal mientras que el segundo juego va al gobierno (que a menudo impone una condición para dicha donación como condición para la concesión de licencias de exploración/explotación). El "enlazado" también tiene la ventaja de preparar una superficie plana y lisa para el examen y la prueba de la permeabilidad del perfil, con la que es mucho más fácil trabajar que la superficie típicamente rugosa y curva de las muestras de núcleos cuando recién salen del equipo de extracción de muestras. La fotografía de superficies centrales en bruto y "enlosadas" es una rutina, a menudo bajo luz natural y ultravioleta.
Una unidad de longitud utilizada ocasionalmente en la literatura sobre núcleos de fondos marinos es cmbsf , una abreviatura de centímetros bajo el fondo del mar.
La técnica de extracción de testigos es mucho anterior a los intentos de perforar el manto de la Tierra mediante el Programa de Perforación en Mares Profundos . Pronto se hizo evidente el valor que tiene para la historia oceánica y otras geologías la obtención de núcleos en una amplia zona de fondos marinos . El muestreo de núcleos realizado por muchas organizaciones científicas y exploratorias se expandió rápidamente. Hasta la fecha se han recogido cientos de miles de muestras de núcleos de los fondos de todos los océanos del planeta y de muchas de sus aguas interiores .
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 expandió a océanos , lagos , hielo , barro , suelo y madera . Los núcleos de árboles muy viejos dan información sobre sus anillos de crecimiento sin destruir el árbol.
Los núcleos indican variaciones de clima , especies y composición sedimentaria durante la historia geológica. Los fenómenos dinámicos de la superficie de la Tierra son en su mayor parte cíclicos en varios sentidos, especialmente la temperatura y las precipitaciones .
Hay muchas maneras de fechar un núcleo. Una vez fechado, proporciona información valiosa sobre los cambios de clima y 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 .
La perforación con circulación inversa es un método en el que los cortes 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 núcleos, pero no produce núcleos de material relativamente intacto, 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 del corte, la muestra no se contamina, está disponible casi de inmediato y el método tiene un bajo impacto ambiental. [1] [2]
