Nutation Damping from Core-Mantle Boundary Topography
यह शोध पत्र प्रस्तावित करता है कि पृथ्वी के न्युटेशन (nutations) का देखा गया अवमंदन (damping), कोर-मेंटल सीमा पर किलोमीटर-पैमाने की स्थलाकृति के साथ परस्पर क्रिया करने वाले ज्वारीय प्रवाह से ऊर्जा अपव्यय द्वारा पूरी तरह से समझाया जा सकता है, जो कि पूर्व में विचार किए गए विद्युत चुम्बकीय युग्मन तंत्रों की तुलना में एक अधिक पूर्ण समाधान प्रस्तुत करता है।
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पृथ्वी की कल्पना एक ठोस, अपरिवर्तनीय चट्टान के रूप में नहीं, बल्कि एक विशाल, डगमगाते घूमते हुए लट्टू के रूप में करें। यह डगमगाहट, जिसे "न्यूटेशन" (nutation) कहा जाता है, पृथ्वी के अक्ष की एक सूक्ष्म, लयबद्ध नृत्य है जो पृथ्वी, चंद्रमा और सूर्य के बीच गुरुत्वाकर्षण के खींचतान के कारण होती है। लेकिन यहाँ एक मोड़ है: हमारा ग्रह एक एकल ठोस ब्लॉक नहीं है। इसमें एक चट्टानी बाहरी आवरण (मेंटल) है और गहराई में छिपा हुआ एक घूमता हुआ, तरल लोहा भरा कोर है। जैसे-जैसे पृथ्वी डगमगाती है, इसका तरल कोर चट्टानी आवरण के विरुद्ध आगे-पीछे लहराता है, ठीक वैसे ही जैसे आधे भरे बाल्टी को हिलाने पर पानी हिलता है।
जब दो सतहें एक-दूसरे से रगड़ खाती हैं, तो घर्षण आमतौर पर चीजों को धीमा कर देता है। पृथ्वी के कोर के मामले में, यह "घर्षण" एक ब्रेक की तरह कार्य करता है, जो डगमगाहट से ऊर्जा को धीरे-धीरे कम करता है। वैज्ञानिक दशकों से यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि इस ब्रेकिंग बल का सटीक कारण क्या है। लंबे समय तक प्रमुख सिद्धांत यह था कि कोर के ठीक ऊपर की चट्टानों से बहने वाली अदृश्य विद्युत धाराएं एक चुंबकीय ब्रेक की तरह काम करती हैं। हालांकि, हालिया माप बताते हैं कि यह चुंबकीय ब्रेक ऊर्जा के नुकसान की पूरी मात्रा की व्याख्या करने के लिए पर्याप्त मजबूत नहीं है। यहाँ एक पहेली का गायब हिस्सा है, घर्षण का एक छिपा हुआ स्रोत जिसे हम अभी तक निर्धारित नहीं कर पाए हैं। इसे समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह उन कुछ तरीकों में से एक है जिससे हम बिना कभी वहां कोई छेद किए, पृथ्वी के भीतर क्या हो रहा है, इसे "देख" सकते हैं।
छिपे हुए उभार और कोर का महासागर
इस नए अध्ययन में, शोधकर्ता जे. रेकियर (J. Rekier) और उनकी टीम एक चंचल लेकिन शक्तिशाली समाधान प्रस्तावित करती है: पृथ्वी के चट्टानी आवरण का निचला हिस्सा बिल्कुल चिकना नहीं है। वे सुझाव देते हैं कि यह विशाल, अदृश्य पहाड़ों और घाटियों से ढका हुआ है।
कोर और मेंटल के बीच की सीमा (कोर-मेंटल बाउंड्री, या CMB) को एक विशाल, गहरे महासागर के फर्श की तरह समझें। हमारे वास्तविक महासागरों में, जब ज्वार समुद्री पहाड़ों के ऊपर से बहता है, तो वे आंतरिक तरंगें पैदा करते हैं जो पानी के माध्यम से लहरें बनाती हैं, जिससे धारा से ऊर्जा चोरी होती है और वह धीमी हो जाती है। लेखक सुझाव देते हैं कि पृथ्वी की गहराई में भी कुछ ऐसा ही हो रहा है। जैसे-जैसे पृथ्वी की डगमगाहट के दौरान तरल कोर आगे-पीछे लहराता है, यह मेंटल के निचले हिस्से में मौजूद इन छिपे हुए उभारों से टकराता है। यह टकराव कोर के भीतर "आंतरिक तरंगें" पैदा करता है, जो एक विशाल ऊर्जा स्पंज की तरह कार्य करते हैं, गति को सोख लेते हैं और गायब घर्षण पैदा करते हैं।
गायब ब्रेक
पेपर पुराने विचार से शुरुआत करता है: चुंबकीय ब्रेक। टीम ने गणना की कि निचले मेंटल में विद्युत धाराएं कितनी ऊर्जा नष्ट कर सकती हैं। भले ही उन्होंने यह माना कि चट्टानें बिजली के संचालन में अविश्वसनीय रूप से अच्छी हैं (उनसे कहीं बेहतर जितना अधिकांश वैज्ञानिक मानते हैं), फिर भी चुंबकीय ब्रेक कम ही रह गया। यह पृथ्वी की डगमगाहट में देखे गए ऊर्जा के नुकसान की पूरी व्याख्या करने में सक्षम नहीं था। गणित ने एक ऐसे अंतर को दिखाया जिसे भरने की आवश्यकता थी।
टोपोग्राफी समाधान
इस अंतर को भरने के लिए, टीम ने एक सिद्धांत का सहारा लिया जिसका उपयोग मूल रूप से महासागरीय ज्वार का अध्ययन करने के लिए किया जाता था। उन्होंने एक गणितीय मॉडल बनाया यह देखने के लिए कि यदि कोर-मेंटल बाउंड्री ऊबड़-खाबड़ हो, तो कितनी ऊर्जा नष्ट होगी। उन्होंने सीमा को एक ऊबड़-खाबड़ सतह की तरह माना और गणना की कि कोर का बहता हुआ प्रवाह इसके साथ कैसे क्रिया करेगा।
उनके परिणाम चौंकाने वाले थे। उन्होंने पाया कि यदि सीमा में लगभग 5 किमी (लगभग माउंट एवरेस्ट की ऊंचाई) की ऊंचाई वाले उभार और लगभग 1500 किमी (संयुक्त राज्य अमेरिका की चौड़ाई से अधिक दूरी) की चौड़ाई वाले उभार हों, तो यह "टोपोग्राफिक ड्रैग" (topographic drag) गायब ऊर्जा के नुकसान की पूरी तरह से व्याख्या कर देगा।
अध्ययन सुझाव देता है कि इस ब्रेकिंग के लिए सबसे कुशल तरीका यह है कि तरल कोर की सबसे ऊपरी परत "तटस्थ उत्प्लावकता" (neutrally buoyant) वाली हो। कल्पना करें कि पानी की एक ऐसी परत जो अपने नीचे के पानी से न तो भारी है और न ही हल्की; इस अवस्था में, आंतरिक तरंगें स्वतंत्र रूप से यात्रा कर सकती हैं और सबसे अधिक ऊर्जा चुरा सकती हैं। यदि शीर्ष पर कोर बहुत भारी या बहुत हल्का होता, तो तरंगें फंस जातीं, और ब्रेकिंग प्रभाव कमजोर होता।
पृथ्वी के मानचित्र के लिए इसका क्या अर्थ है?
यह खोज पृथ्वी के आंतरिक भाग की एक ऐसी तस्वीर पेश करती है जो कुछ वैश्विक मानचित्रों की तुलना में अधिक ऊबड़-खाबड़ है। जबकि कुछ वैश्विक भूकंपीय अध्ययन (जो पृथ्वी के भीतर "देखने" के लिए भूकंपीय तरंगों का उपयोग करते हैं) ने सुझाव दिया है कि सीमा अपेक्षाकृत चिकनी है, यह नया मॉडल संकेत देता है कि वहां महत्वपूर्ण, किलोमीटर-स्तर की विशेषताएं छिपी हुई हैं। लेखक नोट करते हैं कि हालांकि ये बड़े उभार हर वैश्विक अध्ययन में नहीं देखे जाते हैं, क्षेत्रीय भूकंपीय डेटा ने वास्तव में इस आकार की विशेषताओं को पहचाना है, इसलिए यह विचार असंभव नहीं है—इसका मतलब बस यह है कि हमें और करीब से देखने की आवश्यकता है।
पेपर यह दावा नहीं करता है कि ये उभार निश्चित रूप से वहां हैं, लेकिन यह दृढ़ता से सुझाव देता है कि यह तंत्र एक बहुत ही व्यवहार्य उम्मीदवार है। यह एक नया दृष्टिकोण प्रदान करता है: पृथ्वी का कोर केवल एक सपाट छत के खिलाफ सुचारू रूप से फिसल नहीं रहा है; यह एक ऊबड़-खाबड़, पहाड़ी परिदृश्य के बीच से गुजर रहा है जो इसकी डगमगाहट को धीमा कर देता है। महासागरीय तरंगों के भौतिकी को पृथ्वी के कोर के रहस्य के साथ जोड़कर, लेखक एक compelling (ठोस) नया स्पष्टीकरण प्रदान करते हैं कि हमारी दुनिया की स्पिन क्यों डगमगाती है।
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