निम्नलिखित में से प्रत्येक प्रश्न का उत्तर लगभग 150 शब्दों में दीजिए : (d) गुरुत्वाकर्षण को परिभाषित कीजिए। खनिज अन्वेषण में गुरुत्वाकर्षीय विधि में कौन-से सुधार आवश्यक होते हैं जिनसे गुरुत्व (g) का परिशुद्ध मान प्राप्त किया जा सके ?

How to Approach

इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, सबसे पहले गुरुत्वाकर्षण को परिभाषित करना आवश्यक है, जिसमें न्यूटन के नियम और उसके सूत्र का उल्लेख किया जा सकता है। इसके बाद, खनिज अन्वेषण में गुरुत्वाकर्षण विधि की भूमिका को संक्षिप्त में समझाते हुए, उन सुधारों पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए जो 'g' के सटीक मान को प्राप्त करने के लिए आवश्यक हैं। उत्तर में तकनीकी पहलुओं और माप की सटीकता को प्रभावित करने वाले कारकों को शामिल करना महत्वपूर्ण है।

Model Answer

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Introduction

गुरुत्वाकर्षण एक मौलिक प्राकृतिक घटना है जिसके द्वारा द्रव्यमान वाले सभी भौतिक पिंड एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं। यह ब्रह्मांड में एक मूलभूत बल है, जो तारों, ग्रहों और आकाशगंगाओं जैसे खगोलीय पिंडों के निर्माण और व्यवहार के लिए जिम्मेदार है। सर आइज़ैक न्यूटन ने अपने सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम द्वारा इसकी व्याख्या की, जिसमें कहा गया है कि प्रत्येक बिंदु द्रव्यमान प्रत्येक अन्य बिंदु द्रव्यमान को उस बल के साथ आकर्षित करता है जो उनके द्रव्यमानों के गुणनफल के समानुपाती और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। पृथ्वी पर, गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण को 'g' से दर्शाया जाता है, जिसका औसत मान 9.8 m/s² होता है, लेकिन यह स्थान और ऊंचाई के अनुसार थोड़ा भिन्न होता है। खनिज अन्वेषण में इस बल के छोटे बदलावों का उपयोग भूमिगत घनत्व भिन्नताओं का पता लगाने के लिए किया जाता है।

गुरुत्वाकर्षण की परिभाषा

गुरुत्वाकर्षण (Gravitation) वह प्राकृतिक परिघटना है जिसके द्वारा द्रव्यमान वाले सभी भौतिक पिंड एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं। न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम के अनुसार, दो कणों के बीच कार्य करने वाला आकर्षण बल उनके द्रव्यमानों के गुणनफल (m₁m₂) के समानुपाती और उनके बीच की दूरी (r) के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसे गणितीय रूप से F = G (m₁m₂ / r²) द्वारा व्यक्त किया जाता है, जहाँ 'G' गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है। पृथ्वी की सतह पर गुरुत्वाकर्षण के कारण होने वाले त्वरण को गुरुत्वीय त्वरण (g) कहा जाता है, जिसका मान लगभग 9.8 m/s² होता है, जो स्थान और ऊंचाई के आधार पर भिन्न होता है।

खनिज अन्वेषण में गुरुत्वाकर्षीय विधि और सुधार

खनिज अन्वेषण में गुरुत्वाकर्षीय विधि का उपयोग पृथ्वी की सतह के नीचे घनत्व भिन्नताओं का पता लगाने के लिए किया जाता है। विभिन्न खनिजों या भूगर्भीय संरचनाओं के घनत्व में अंतर होने के कारण गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में स्थानीय विसंगतियाँ उत्पन्न होती हैं, जिन्हें गुरुत्वमापी (gravimeters) का उपयोग करके मापा जाता है। 'g' के परिशुद्ध मान को प्राप्त करने और खनिज अन्वेषण में गुरुत्वाकर्षीय विधि की प्रभावशीलता बढ़ाने के लिए निम्नलिखित सुधार आवश्यक हैं:

उपकरणों में सुधार:
- उच्च-परिशुद्धता वाले गुरुत्वमापी: आधुनिक गुरुत्वमापी जैसे सुपरकंडक्टिंग गुरुत्वमापी (Superconducting Gravimeters) और सापेक्षिक गुरुत्वमापी (Relative Gravimeters) का उपयोग करना जो बहुत छोटे गुरुत्वाकर्षण परिवर्तनों को भी माप सकें।
- सेंसर प्रौद्योगिकी में प्रगति: माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम (MEMS) आधारित गुरुत्वमापी का विकास जो अधिक पोर्टेबल और कम लागत वाले हों।
पर्यावरणीय कारकों का समायोजन:
- स्थलाकृतिक सुधार (Topographic Correction): आसपास की स्थलाकृति (पहाड़, घाटियाँ) के कारण होने वाले गुरुत्वाकर्षण प्रभावों को सटीक रूप से दूर करना।
- माध्यमिक सुधार (Tidal Correction): चंद्रमा और सूर्य के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव के कारण होने वाले दैनिक ज्वारीय प्रभावों को हटाना।
- द्रव्यमान परिवर्तन सुधार (Mass Variation Correction): भूजल स्तर, बर्फ पिघलने या वर्षा के कारण होने वाले द्रव्यमान परिवर्तनों के प्रभावों को समायोजित करना।
डेटा अधिग्रहण और प्रसंस्करण में सुधार:
- उच्च-घनत्व डेटा संग्रह: अधिक विस्तृत और स्थानिक रूप से सघन डेटा एकत्र करना ताकि छोटी विसंगतियों का भी पता लगाया जा सके।
- जीपीएस एकीकरण: माप बिंदुओं की सटीक स्थिति और ऊंचाई के लिए उच्च-परिशुद्धता वाले जीपीएस (GPS) डेटा का उपयोग करना।
- उन्नत मॉडलिंग तकनीकें: 3D मॉडलिंग और व्युत्क्रमण (Inversion) तकनीकों का उपयोग करके भूगर्भीय संरचनाओं की सटीक कल्पना करना।
- शोर कम करना: भूकंपीय गतिविधि, कंपन और अन्य बाहरी शोर को कम करने के लिए बेहतर फिल्टर और एल्गोरिदम का उपयोग करना।
अन्य भूभौतिकीय विधियों के साथ संयोजन:
- गुरुत्वाकर्षण डेटा को भूकंपीय, चुंबकीय और विद्युत चुम्बकीय डेटा के साथ एकीकृत करना ताकि भूगर्भीय मॉडल की सटीकता बढ़ाई जा सके और अन्वेषण जोखिम कम हो सके।

Conclusion

गुरुत्वाकर्षण एक सार्वभौमिक बल है जो ब्रह्मांड में सभी द्रव्यमान युक्त वस्तुओं के बीच कार्य करता है। खनिज अन्वेषण में गुरुत्वाकर्षण विधि पृथ्वी की सतह के नीचे घनत्व भिन्नताओं का पता लगाने के लिए एक महत्वपूर्ण भूभौतिकीय उपकरण है। 'g' के परिशुद्ध मान को प्राप्त करने के लिए उच्च-परिशुद्धता वाले उपकरणों का उपयोग, पर्यावरणीय कारकों का सटीक समायोजन, और डेटा अधिग्रहण तथा प्रसंस्करण में नवीनतम तकनीकों का समावेश आवश्यक है। भविष्य में, उन्नत सेंसर प्रौद्योगिकी, मशीन लर्निंग और अन्य भूभौतिकीय विधियों के साथ एकीकरण इस विधि को और अधिक कुशल और सटीक बनाएगा, जिससे खनिज संसाधनों की खोज में महत्वपूर्ण सहायता मिलेगी।

Answer Length

This is a comprehensive model answer for learning purposes and may exceed the word limit. In the exam, always adhere to the prescribed word count.

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Additional Resources

Key Definitions

गुरुत्वीय त्वरण (g)

गुरुत्वाकर्षण के कारण किसी वस्तु में उत्पन्न होने वाला त्वरण। पृथ्वी की सतह पर इसका औसत मान लगभग 9.8 m/s² होता है, जो स्थान और ऊंचाई के आधार पर थोड़ा भिन्न होता है।

गुरुत्वमापी (Gravimeter)

एक उपकरण जिसका उपयोग गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की तीव्रता में छोटे बदलावों को मापने के लिए किया जाता है। इसका उपयोग भूभौतिकी और भूविज्ञान में भूमिगत संरचनाओं का अध्ययन करने के लिए होता है।

Key Statistics

पृथ्वी के ध्रुवों पर 'g' का मान भूमध्य रेखा की तुलना में लगभग 0.5% अधिक होता है (ध्रुवों पर ~9.832 m/s² और भूमध्य रेखा पर ~9.780 m/s²)। यह पृथ्वी के ध्रुवों पर चपटेपन और घूर्णन के कारण होता है।

Source: राष्ट्रीय भूभौतिकीय अनुसंधान संस्थान (NGRI) रिपोर्ट

2023 के आंकड़ों के अनुसार, वैश्विक खनिज अन्वेषण में भूभौतिकीय विधियों का उपयोग कुल अन्वेषण बजट का लगभग 10-15% होता है, जिसमें गुरुत्वाकर्षण विधि एक महत्वपूर्ण घटक है।

Source: S&P Global Market Intelligence

Examples

पेट्रोलियम अन्वेषण

गुरुत्वाकर्षण सर्वेक्षणों का उपयोग अक्सर पेट्रोलियम अन्वेषण में किया जाता है ताकि तलछटी घाटियों (sedimentary basins) के भीतर नमक के गुंबदों (salt domes) और अन्य संरचनाओं की पहचान की जा सके। नमक, आसपास की चट्टानों की तुलना में कम घनत्व का होता है, जिससे गुरुत्वाकर्षण विसंगतियाँ उत्पन्न होती हैं जिन्हें मापा जा सकता है।

भूतापीय ऊर्जा अन्वेषण

भूतापीय ऊर्जा क्षेत्रों में, गुरुत्वाकर्षण विधि का उपयोग हॉट स्प्रिंग्स और भूतापीय जलाशयों से जुड़े घनत्व भिन्नताओं का पता लगाने के लिए किया जाता है, जो ऊर्जा उत्पादन के लिए संभावित स्थानों की पहचान करने में मदद करता है।

Frequently Asked Questions

▶गुरुत्वाकर्षण विधि को अन्य भूभौतिकीय विधियों के साथ क्यों जोड़ा जाता है?

गुरुत्वाकर्षण विधि को अन्य भूभौतिकीय विधियों (जैसे भूकंपीय, चुंबकीय, विद्युत चुम्बकीय) के साथ जोड़ने से भूमिगत भूगर्भीय संरचनाओं की अधिक व्यापक और सटीक तस्वीर मिलती है। प्रत्येक विधि अलग-अलग भौतिक गुणों को मापती है, और उनके संयोजन से व्याख्या में अस्पष्टता कम होती है और अन्वेषण की सफलता दर बढ़ती है।

▶गुरुत्वाकर्षण माप को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक क्या हैं?

गुरुत्वाकर्षण माप को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक हैं: पृथ्वी के घूर्णन के कारण अपकेंद्रीय बल, पृथ्वी का ध्रुवों पर चपटापन, भूमध्य रेखा से दूरी, ऊंचाई, आसपास की स्थलाकृति, और भूमिगत चट्टानों के घनत्व में स्थानीय भिन्नताएं।

Topics Covered

भूविज्ञानभूभौतिकीभूभौतिकीय अन्वेषणगुरुत्वाकर्षण मापनखनिज अन्वेषण

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