अटलांटिक महासागर की तलहटी में चट्टानों में ड्रिलिंग के रिकार्ड-तोड़ अभियान ने वैज्ञानिकों को पृथ्वी की सतह ( Earth’s mantle) के नीचे की सबसे अच्छी झलक दी है।
शोधकर्ताओं ने एक ऐसे क्षेत्र से हरे-संगमरमर जैसी चट्टान का लगभग निर्बाध 1,268 मीटर लंबा नमूना (Earth’s mantle) निकाला, जहाँ पृथ्वी का मेंटल – ग्रह का 80% से अधिक हिस्सा बनाने वाली मोटी, आंतरिक परत – समुद्र तल से ऊपर फैली हुई है (‘डीप-सी ड्रिलिंग’ देखें)। 8 अगस्त को साइंस1 में वर्णित नमूने, क्रस्ट के निर्माण की ओर ले जाने वाली प्रक्रियाओं में अभूतपूर्व अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।
पृथ्वी विज्ञान में क्रांति लाने वाला महासागर-ड्रिलिंग जहाज सेवानिवृत्त होने वाला है
योकोहामा में जापान एजेंसी फॉर मरीन-अर्थ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के एक पेट्रोलॉजिस्ट नत्सुओ अबे कहते हैं, “हमारे दिमाग में यह कहानी थी” कि इस तरह की चट्टान कैसी दिखनी चाहिए, लेकिन जब आप इसे “टेबल पर देखते हैं तो यह पूरी तरह से अलग है”।
यूके में साउथेम्प्टन विश्वविद्यालय के एक समुद्री भूविज्ञानी रोज़लिंड कॉगॉन कहते हैं कि अभियान की उपलब्धियाँ एक “शानदार मील का पत्थर” हैं। “समुद्र में ड्रिलिंग से पृथ्वी के गहरे आंतरिक भाग से नमूने प्राप्त करने में मदद मिलती है, जो हमारे ग्रह के निर्माण और विकास को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं।”
वैज्ञानिकों ने महासागर ड्रिलिंग पोत का उपयोग करके पृथ्वी के मेंटल से चट्टान में अब तक का सबसे गहरा छेद किया है – अटलांटिक समुद्र तल से 4,160 फीट (1,268 मीटर) नीचे – और एक बड़ा नमूना निकाला है जो हमारे ग्रह की सबसे मोटी परत के बारे में सुराग दे रहा है। शोधकर्ताओं ने गुरुवार को कहा कि यह बेलनाकार कोर नमूना मेंटल के ऊपरी हिस्से की संरचना और रासायनिक प्रक्रियाओं के बारे में जानकारी प्रदान कर रहा है जो तब होती हैं जब यह चट्टान विभिन्न तापमानों पर समुद्री जल के साथ संपर्क करती है। उन्होंने कहा कि ऐसी प्रक्रियाओं ने अरबों साल पहले पृथ्वी पर जीवन के आगमन को आधार बनाया होगा। मेंटल, जो ग्रह के आयतन का 80% से अधिक बनाता है, पृथ्वी की बाहरी परत और भयंकर गर्म कोर के बीच स्थित सिलिकेट चट्टान की एक परत है। मेंटल चट्टानें आम तौर पर दुर्गम होती हैं, सिवाय उन जगहों को छोड़कर जहाँ वे धीरे-धीरे चलती महाद्वीप के आकार की प्लेटों के बीच फैले समुद्र तल के साथ स्थानों पर उजागर होती हैं जो ग्रह की सतह बनाती हैं। ऐसी ही एक जगह है अटलांटिस मैसिफ, एक पानी के नीचे का पहाड़ जहाँ समुद्र तल पर मेंटल चट्टान उजागर है। यह अटलांटिक के मध्य में विशाल मध्य-अटलांटिक रिज के ठीक पश्चिम में स्थित है जो उत्तरी अमेरिकी प्लेट और यूरेशियन और अफ्रीकी प्लेटों के बीच की सीमा बनाती है।
JOIDES रिज़ॉल्यूशन जहाज पर लगे उपकरणों का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने अप्रैल से जून 2023 तक समुद्र की सतह से लगभग 2,800 फीट (850 मीटर) नीचे मेंटल रॉक में ड्रिल किया। उन्होंने जो कोर सैंपल निकाला, उसमें उनके द्वारा ड्रिल किए गए छेद से 70% से अधिक चट्टान शामिल है – लंबाई में 2,907 फीट (886 मीटर)।
“रिकवरी रिकॉर्ड तोड़ने वाली है क्योंकि मेंटल रॉक को ड्रिल करने के पिछले प्रयास मुश्किल रहे हैं, 200 मीटर (656 फीट) से अधिक गहराई तक नहीं घुस पाए और अपेक्षाकृत कम चट्टान बरामद हुई। इसके विपरीत, हम 1,268 मीटर की गहराई तक घुसे और निरंतर मेंटल चट्टानों का एक बड़ा हिस्सा बरामद किया,” वेल्स में कार्डिफ़ विश्वविद्यालय के भूविज्ञानी जोहान लिसेनबर्ग ने कहा, जो साइंस जर्नल में प्रकाशित अध्ययन के प्रमुख लेखक हैं।
लिसेनबर्ग ने कहा, “पहले, हम समुद्र तल से निकाले गए मेंटल नमूनों तक ही सीमित थे।” कोर सैंपल का व्यास लगभग 2-1/2 इंच (6.5 सेमी) है। इंग्लैंड में लीड्स विश्वविद्यालय के भूविज्ञानी और अध्ययन के सह-लेखक एंड्रयू मैककैग ने कहा, “हमें अपना छेद शुरू करने में बहुत कठिनाई हुई।” मैककैग ने कहा, शोधकर्ताओं ने छेद के सबसे ऊपरी हिस्से में एक प्रबलित कंक्रीट सिलेंडर लाइनिंग जोड़ी, “और फिर अप्रत्याशित आसानी से ड्रिल किया।” उन्होंने दस्तावेज किया कि कोर सैंपल में ओलिवाइन नामक खनिज ने विभिन्न तापमानों पर समुद्री जल की उपस्थिति को कैसे दर्शाया। लिसेनबर्ग ने कहा, “समुद्र तल पर या उसके पास समुद्री जल और मेंटल चट्टानों के बीच की प्रतिक्रियाओं से हाइड्रोजन निकलता है, जो बदले में मीथेन जैसे यौगिक बनाता है, जो सूक्ष्मजीव जीवन का आधार है। यह पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति के लिए परिकल्पनाओं में से एक है।” “मेंटल चट्टानों की हमारी रिकवरी हमें इन प्रतिक्रियाओं का विस्तार से और तापमान की एक सीमा में अध्ययन करने में सक्षम बनाती है, और इसे हमारे माइक्रोबायोलॉजिस्ट द्वारा चट्टानों में मौजूद सूक्ष्मजीवों की प्रचुरता और प्रकारों, और समुद्र तल के नीचे सूक्ष्मजीवों की गहराई पर किए गए अवलोकनों से जोड़ती है,” लिसेनबर्ग ने कहा।
ड्रिल साइट लॉस्ट सिटी हाइड्रोथर्मल फील्ड के करीब स्थित थी, जो समुद्र तल पर हाइड्रोथर्मल वेंट का एक क्षेत्र है जो सुपर-हीटेड पानी को उगलता है। कोर सैंपल को लॉस्ट सिटी वेंट के नीचे मेंटल रॉक का प्रतिनिधि माना जाता है।
“पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति के लिए एक सुझाव यह है कि यह लॉस्ट सिटी के समान वातावरण में हुआ हो सकता है,” मैककैग ने कहा।
कोर सैंपल का अभी भी विश्लेषण किया जा रहा है। शोधकर्ताओं ने इसकी संरचना के बारे में कुछ प्रारंभिक निष्कर्ष निकाले और पिघलने का एक अधिक व्यापक इतिहास दर्ज किया – पिघली हुई चट्टान – अपेक्षा से अधिक।
“विशेष रूप से खनिज ऑर्थोपाइरोक्सीन ने सेंटीमीटर से लेकर सैकड़ों मीटर तक के पैमाने पर प्रचुरता की एक विस्तृत श्रृंखला दिखाई,” लिसेनबर्ग ने कहा। “हम इसे ऊपरी मेंटल के माध्यम से पिघले हुए पदार्थ के प्रवाह से जोड़ते हैं। जैसे ही ऊपरी मेंटल फैलती हुई प्लेटों के नीचे उठता है, यह पिघलता है, और यह पिघली हुई सामग्री ज्वालामुखियों को पोषण देने के लिए सतह की ओर बढ़ती है।”
महासागरीय क्रस्ट – पृथ्वी के महाद्वीपों के बजाय मुख्य रूप से समुद्र के नीचे पाया जाने वाला क्रस्ट – मुख्य रूप से बेसाल्ट नामक एक घने, ज्वालामुखीय चट्टान से बना है। यह महाद्वीपीय क्रस्ट की तुलना में बहुत पतला और युवा है, क्योंकि चट्टानें टेक्टोनिक प्लेटों की हरकतों से लगातार रिसाइकिल होती रहती हैं।
बेसाल्ट तब बनता है जब मैग्मा समुद्र के नीचे की दरारों से ऊपर की ओर बढ़ता है, जिन्हें मध्य-महासागरीय कटक कहा जाता है। मैग्मा स्वयं मेंटल में आंशिक पिघलने नामक एक प्रक्रिया द्वारा निर्मित होता है – जो कि बड़े पैमाने पर पारभासी-हरे, मैग्नीशियम युक्त खनिजों से बना होता है। जैसे-जैसे मेंटल में सामग्री ऊपर उठती है, उस पर दबाव कम होता जाता है, जिससे इनमें से कुछ खनिज पिघल जाते हैं और रॉक क्रिस्टल के बीच मैग्मा की एक सूक्ष्म फिल्म बन जाती है।
आमतौर पर, केवल मैग्मा ही समुद्र तल पर फटता है। लेकिन कुछ जगहों पर, मेंटल रॉक भी सतह पर आ जाता है, जहाँ यह सर्पेंटिनाइजेशन नामक प्रतिक्रिया में समुद्री जल के साथ संपर्क करता है। यह चट्टान की संरचना को बदल देता है – इसे संगमरमर जैसा रूप देता है – और हाइड्रोजन सहित विभिन्न पदार्थों को छोड़ता है।
ड्रिलिंग करना आसान है
मई 2023 में, JOIDES रिज़ॉल्यूशन एक ऐसी जगह का दौरा कर रहा था जहाँ ऐसा हुआ है: अटलांटिक के मध्य-महासागर रिज के ठीक पश्चिम में स्थित अटलांटिस मैसिफ़ नामक एक समुद्र के नीचे का पहाड़। 143 मीटर लंबे इस जहाज़ में समुद्र के नीचे ड्रिलिंग के लिए 62 मीटर लंबी क्रेन लगी हुई है।
जहाज़ पर मौजूद शोधकर्ताओं ने मैसिफ़ के दक्षिणी किनारे पर स्थित लॉस्ट सिटी नामक जगह पर ड्रिलिंग करना चुना। यह इलाका हाइड्रोथर्मल वेंट से भरा हुआ है जहाँ से निकलने वाले हाइड्रोजन पर एक्सट्रीमोफाइल सूक्ष्मजीव फ़ीड करते हैं।
कार्डिफ़ यूनिवर्सिटी, यूके के एक पेट्रोलॉजिस्ट जोहान लिसेनबर्ग कहते हैं, “हमने केवल 200 मीटर तक ही ड्रिलिंग करने की योजना बनाई थी, क्योंकि यह वह सबसे गहरी जगह थी जहाँ लोग कभी भी मेंटल रॉक में ड्रिलिंग करने में कामयाब रहे थे।” लेकिन ड्रिलिंग आश्चर्यजनक रूप से आसान थी और सामान्य से तीन गुना तेज़ थी, जिससे कोर नामक रॉक के लंबे, बिना टूटे सिलेंडर वापस आ रहे थे। “इसलिए, हमने बस चलते रहने का फैसला किया,” लिसेनबर्ग कहते हैं। टीम अभियान के निर्धारित अंत पर ही रुकी। शोधकर्ताओं ने अब अपने प्रारंभिक निष्कर्ष प्रकाशित किए हैं। “हम जो रिपोर्ट कर रहे हैं, वह वास्तव में वही है जो आप जहाज पर कर सकते हैं। 30 वैज्ञानिकों की एक टीम ने दो महीने तक दिन में 24 घंटे कोर पर काम किया और कोर के ऊपर आने पर सेंटीमीटर दर सेंटीमीटर लॉग किया।” गहरे समुद्र में ड्रिलिंग: आरेख दिखा रहा है कि जहाज पर शोधकर्ताओं ने पृथ्वी के मेंटल में उत्पन्न होने वाली चट्टान में कैसे ड्रिल किया। जब वैज्ञानिकों ने चट्टान की संरचना की विस्तार से जांच की, तो उन्होंने ‘तिरछी विशेषताओं’ को देखा, जो प्रचलित सिद्धांत का संकेत है कि कैसे मैग्मा मेंटल से अलग होकर क्रस्ट का हिस्सा बन जाता है, लिसेनबर्ग कहते हैं। नेवार्क में डेलावेयर विश्वविद्यालय की भू-रसायनज्ञ जेसिका वॉरेन कहती हैं कि कोर में मेंटल रॉक अन्य प्रकार की चट्टानों के साथ भी मिश्रित थी, जो यह सुझाव देती है कि मेंटल-क्रस्ट सीमा उतनी स्पष्ट नहीं है जितनी कि भूकंपीय डेटा आमतौर पर सुझाते हैं। “कुल मिलाकर, ये परिणाम महासागरों में टेक्टोनिक प्लेटों के निर्माण को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं,” वे कहती हैं।
अनिश्चित भविष्य
यह यात्रा JOIDES संकल्प के लिए चार दशक के फलदायी करियर की परिणति को चिह्नित करती है, जिसे यू.एस. नेशनल साइंस फाउंडेशन (NSF) ने एक निजी कंपनी से किराए पर लिया था। लेकिन NSF ने घोषणा की है कि वह अपने IODP दायित्वों को पूरा करने के बाद जहाज को चलाने के लिए प्रति वर्ष 72 मिलियन अमेरिकी डॉलर का खर्च वहन नहीं कर सकता है, और यह कार्यक्रम बंद कर दिया जाएगा। साउथेम्प्टन विश्वविद्यालय के समुद्री भूविज्ञानी एलेड इवांस कहते हैं कि इसने कुछ वैज्ञानिकों, विशेष रूप से शुरुआती करियर के चरण में, को इस क्षेत्र के भविष्य के बारे में अनिश्चित बना दिया है।
भूवैज्ञानिकों के लिए एक शेष ‘बड़ी चुनौती’ बेसाल्टिक परत के माध्यम से और क्रस्ट और मेंटल के बीच की सीमा को पार करना है – जिसे मोहोरोविकिक असंततता, या ‘मोहो’ कहा जाता है। इससे उन्हें प्राचीन मेंटल रॉक तक पहुँचने की अनुमति मिलेगी जो समुद्री जल के साथ प्रतिक्रिया नहीं करती है। अबे कहते हैं, “हमने अभी तक असली मेंटल में ड्रिल नहीं की है।” उन्होंने कहा कि लॉस्ट सिटी में अप्रत्याशित रूप से सुचारू ड्रिलिंग भविष्य के प्रयासों के लिए शुभ संकेत है, जो जापान के शोध पोत चिक्यो द्वारा किए जा सकते हैं। इवांस कहते हैं, “मेंटल चट्टानें हमारे पूरे ग्रह का सबसे आम हिस्सा हैं।” “उनका नमूना लेने से हमें इस बारे में कुछ बुनियादी जानकारी मिलेगी कि हमारा ग्रह किस चीज से बना है।”
