Effusive sedimentary volcanism experimentally reproduced under Martian-like conditions
यह अध्ययन प्रयोगों और मॉडलिंग के माध्यम से यह प्रदर्शित करता है कि मंगल जैसे कम दबाव वाली स्थितियों में तीव्र उबाल, अवसादी ज्वालामुखी क्रिया को दबाने के बजाय, युग्मित बैलिस्टिक-प्रवाही कीचड़ विस्फोटों (ballistic-effusive mud eruptions) को संचालित करके उसे सक्रिय रूप से बनाए रखता है।
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कल्पना कीजिए कि आप एक जासूस हैं जो इस रहस्य को सुलझाने की कोशिश कर रहे हैं कि ग्रहों को उनके उभार और निशान कैसे मिलते हैं। लंबे समय से, वैज्ञानिक मंगल और यूरोपा जैसे बर्फीले चंद्रमाओं पर दिखने वाली अजीब, कीचड़ जैसी दिखने वाली पहाड़ियों और नदियों को लेकर उलझन में थे। वे ऐसे दिखते हैं जैसे उन्हें ज्वालामुखियों द्वारा बनाया गया हो, लेकिन एक समस्या है: मंगल पर हवा इतनी पतली (लगभग निर्वात के समान) और इतनी ठंडी है कि यदि आप वहां पानी की एक बाल्टी गिराते, तो वह तुरंत उबलकर, जमकर और बर्फ का एक ठोस ब्लॉक बन जानी चाहिए। यह एक भट्टी में स्नोबॉल बनाने की कोशिश करने जैसा है; भौतिकी बताती है कि तरल कीचड़ इतना बह नहीं पाएगा या पहाड़ नहीं बना पाएगा क्योंकि वह हिलने से पहले ही जम जाएगा। यह बड़ा सवाल है: ऐसे प्रतिकूल, ठंडे वातावरण में "कीचड़ वाले ज्वालामुखी" (mud volcanoes) कभी कैसे हो सकते हैं? इसे समझने के लिए, हमें कुछ चीजें जाननी होंगी। पहला, "मेटास्टेबल लिक्विड" (metastable liquid) बस एक फैंसी तरीका है यह कहने का कि एक तरल अस्थिर है और अवस्था बदलना चाहता है (जैसे पानी जो उबलना या जमना चाहता है) लेकिन उसने अभी तक ऐसा किया नहीं है। दूसरा, "सेडिमेंटरी ज्वालामुखीवाद" (sedimentary volcanism) तब होता है जब मिट्टी या घोल जमीन से फटकर बाहर निकलता है, जिससे शंकु (cones) बनते हैं या वह लावा की तरह बहता है, लेकिन यह गर्म चट्टान के बजाय गीली मिट्टी से बना होता है। अंत में, "क्रायोवोलकैनिज्म" (cryovolcanism) इसका बर्फीला संस्करण है, जहाँ पानी या स्लश (slush) जमी हुई दुनिया से बाहर निकलता है। रहस्य यह है कि क्या ये तरल पदार्थ इतने समय तक तरल रह सकते हैं और बह सकते हैं कि हम जो भू-आकृतियाँ देखते हैं उन्हें बना सकें, या वे तुरंत ठोस होकर जम जाते हैं।
इस रहस्य को सुलझाने के लिए, वैज्ञानिकों की एक टीम ने अनुमान लगाने के बजाय एक छोटा "मिनी-मार्स" प्रयोगशाला में बनाने का फैसला किया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या होता है जब आप गीले, कीचड़ भरे स्लश की एक बाल्टी लेते हैं और अचानक उसे मंगल की पतली, ठंडी हवा के संपर्क में लाते हैं। केवल एक वैक्यूम चैंबर में कीचड़ डालने के बजाय (क्योंकि इससे कीचड़ बहुत जल्दी जम जाता), उन्होंने एक चतुर तरकीब निकाली। उन्होंने बर्फ से बना एक "प्रेशर कुकर" बनाया। उन्होंने रेत की एक ट्रे ली, उसे जमाया, और फिर अपने विशेष कीचड़ मिश्रण (पानी, मैग्नीशियम सल्फेट और मिट्टी) को एक छेद में डाला। फिर, उन्होंने उस कीचड़ की सतह को ऊपर से जमने दिया, जिससे एक सख्त, बर्फीला ढक्कन बन गया। इस ढक्कन ने नीचे के तरल कीचड़ को सुरक्षित रखा और दबाव बनाए रखा। एक बार जब ढक्कन मजबूत हो गया, तो उन्होंने ट्रे के निचले हिस्से को बहुत थोड़ा सा गर्म किया। इस गर्मी ने नीचे से बर्फ के ढक्कन को कमजोर कर दिया जब तक कि वह फट नहीं गया!
जब वह बर्फ की सील टूट गई, तो फंसा हुआ कीचड़ अचानक चैंबर के कम दबाव (लगм 4.5 mbar, जो मंगल के वायु दबाव जैसा है) के संपर्क में आ गया। वैज्ञानिकों को उम्मीद थी कि कीचड़ तुरंत जम जाएगा और हिलना बंद कर देगा। इसके बजाय, कुछ अद्भुत हुआ। दबाव में अचानक आई गिरावट ने कीचड़ के अंदर फंसे पानी को हिंसक रूप से उबाल दिया। इस उबाल ने विस्फोट को रोका नहीं; बल्कि इसने इसे शक्ति प्रदान की। बुलबुलों ने दबाव पैदा किया जिसने कीचड़ को जमीन से एक गीजर की तरह बाहर की ओर फेंका।
प्रयोग ने दिखाया कि विस्फोट दो अलग-अलग चरणों में हुआ, बिल्कुल एक रॉक कॉन्सर्ट की तरह। पहले, एक "बैलिस्टिक" (ballistic) चरण था। उबलता हुआ कीचड़ छोटे बूंदों और टुकड़ों के रूप में बाहर निकला, हवा में उड़ा और छेद के चारों ओर एक घेरा बनाकर गिरा। यह कीचड़ के फव्वारे जैसा दिखता था। कुछ छोटी बूंदें दूर तक उड़ गईं, जबकि बड़े, भारी टुकड़े वेंट के ठीक पास गिरे। यही जादू वाला हिस्सा है: भले ही इन बूंदों का बाहरी हिस्सा तुरंत एक पतली, बर्फीली परत में जम गया (जैसे हॉट फज पुडिंग पर चॉकलेट की कोटिंग), लेकिन अंदर का हिस्सा गर्म और तरल बना रहा। क्योंकि वे वेंट के करीब गिरे, इसलिए वे एक के ऊपर एक जमा होने लगे।
फिर दूसरा चरण आया: "इफ्यूसिव" (effusive) चरण। जैसे-जैसे कीचड़ छेद के पास जमा होता गया, वह आपस में मिलने लगा। जमे हुए बूंदों के गर्म, तरल केंद्र आपस में पिघलकर एक साथ मिल गए, जिससे कीचड़ की एक निरंतर, बहती हुई नदी बन गई जो रेत पर फैल गई। विस्फोट हवा में कीचड़ फेंकने से बदलकर धीरे-धीरे बाहर निकलने में बदल गया, जिससे एक छोटा शंकु बना और वह किनारों से बहने लगा। वैज्ञानिकों ने पाया कि भूमिगत "रिजर्वायर" (reservoir) का आकार बहुत मायने रखता था। एक छोटा रिजर्वायर एक साफ, सीधा शंकु बनाता था, जबकि एक बड़ा रिजर्वर कीचड़ को अधिक समय तक बहने देता था, जिससे चौड़े, चपटे प्रवाह बनते थे।
यह शोध पत्र सुझाव देता है कि यह प्रक्रिया—जहाँ उबाल कीचड़ को बाहर धकेलता है, और उड़ते हुए टुकड़े इकट्ठा होकर बहती हुई नदी बनाते हैं—ठीक वही है जिससे मंगल पर वे अजीब कीचड़ वाले ज्वालामुखी बने होंगे। यह साबित करता है कि तीव्र उबाल और जमना कीचड़ को रोकने के बजाय, वास्तव में इसे चलने और संरचनाएं बनाने में मदद करते हैं। शोधकर्ताओं ने कंप्यूटर मॉडल का उपयोग यह जांचने के लिए किया कि क्या कीचड़ अपनी उड़ान के दौरान पर्याप्त गर्म रहेगा, और गणित कहता है कि हाँ: बूंदें अंदर से इतनी देर तक तरल रहती हैं कि वे लैंड कर सकें और बह सकें। हालांकि यह प्रयोग छोटा था (एक कॉफी टेबल के आकार की ट्रे का उपयोग करके) और कीचड़ एक साधारण मिश्रण था, इसके परिणाम दृढ़ता से संकेत देते हैं कि भौतिकी के नियम इन कीचड़ वाले विस्फोटों को मंगल और अन्य बर्फीली दुनियाओं पर होने की अनुमति देते हैं। यह पता चला कि जिस चीज़ को हम सोचते थे कि विस्फोट को खत्म कर देगी (उबाल), वास्तव में वही इसे चलाने वाला इंजन है।
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