Imaging shallow magma storage and fluid pathways beneath Aso volcano using ambient-noise tomography
एक अस्थायी सिस्मोमीटर नेटवर्क पर एम्बिएंट-नॉइज़ टोमोग्राफी का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने माउंट आसो के नकाडाके क्रेटर के नीचे एक उथले, दबावयुक्त मैग्मा भंडारण क्षेत्र और उसके ऊपर स्थित एक हाइड्रोथर्मल कंड्यूट (द्रव मार्ग) का चित्रण किया, जिससे यह स्पष्ट हुआ कि ये संरचनाएं कैसे तरल परिवहन को सुगम बनाती हैं और ज्वालामुखीय कंपन उत्पन्न करती हैं।
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कल्पना कीजिए कि पृथ्वी की पपड़ी (क्रस्ट) एक ठोस, अडिग चट्टान नहीं, बल्कि एक विशाल, उबलते हुए प्रेशर कुकर की तरह है। ज़मीन के बहुत नीचे, पिघली हुई चट्टान (मैग्मा) और अत्यधिक गर्म तरल पदार्थ लगातार गति में रहते हैं, जो सतह तक पहुँचने का रास्ता खोजने की कोशिश कर रहे हैं। कभी-कभी, वे छिपी हुई जेबों में फंस जाते हैं, जिससे केतली में भाप की तरह दबाव बनने लगता है। यदि यह दबाव बहुत अधिक हो जाता है, तो "केतली" फट सकती है, जिससे ज्वालामुखी विस्फोट हो सकता है। वैज्ञानिक लंबे समय से इन प्रेशर कुकरों के अंदर देखना चाहते थे ताकि वे समझ सकें कि वे कैसे काम करते हैं, लेकिन पृथ्वी अपारदर्शी है; हम किसी ज्वालामुखी का एक्स-रे नहीं कर सकते। इसके बजाय, वे एक चतुर तकनीक का उपयोग करते हैं जिसे "एम्बिएंट-नॉइज़ टोमोग्राफी" (ambient-noise tomography) कहा जाता है। इसे एक कमरे के आकार को समझने की कोशिश करने जैसा समझें, जिसमें एक निरंतर, कम तीव्रता वाली गूँज (जैसे यातायात या हवा का शोर) दीवारों से टकराकर वापस आती है। ज्वालामुखी के चारों ओर कई माइक्रोफोन (सीस्मोमीटर) रखकर और यह सुनकर कि ज़मीन के माध्यम से ये प्राकृतिक कंपन कैसे यात्रा करते हैं, वैज्ञानिक यह मानचित्र बना सकते हैं कि कहाँ की चट्टान कठोर है और कहाँ की नरम, फटी हुई या तरल से भरी हुई है। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि यदि हम ज्वालामुखी के "प्लंबिंग" (नली तंत्र) का मानचित्र बना सकें, तो हम भविष्यवाणी कर सकते हैं कि कब विस्फोट होने वाला है, जिससे संभावित रूप से जीवन और संपत्ति बचाई जा सकती है।
अब, आइए जापान के माउंट आसो (Mount Aso) पर ध्यान केंद्रित करें, जो दुनिया के सबसे बड़े सक्रिय कैल्डेरा ज्वालामुखियों में से एक है। यह एक विशाल प्रणाली है जिसका इतिहास सुपर-इरप्शन (महा-विस्फोट) का रहा है, लेकिन हाल ही में इसकी गतिविधि एक छोटे केंद्रीय क्रेटर, नकाडाके (Nakadake) पर केंद्रित रही है। वर्षों से, वैज्ञानिक जानते थे कि भूमिगत कुछ अजीब चल रहा है, लेकिन मानचित्र धुंधले थे। इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं की एक टीम ने अधिक स्पष्ट चित्र प्राप्त करने का निर्णय लिया। उन्होंने ज्वालामुखी के चारों ओर 40 सीस्मोमीटरों का एक अस्थायी नेटवर्क स्थापित किया और लगभग 35 दिनों तक पृथ्वी की प्राकृतिक गूँज को सुना। एक ऐसी विधि का उपयोग करते हुए जो ज़मीन को एक विशाल वाद्य यंत्र की तरह मानती है, उन्होंने लगभग 5 किलोमीटर गहरे तक एस-वेव वेलोसिटी (S-wave velocity - कैसे शियर तरंगें चट्टान के माध्यम से यात्रा करती हैं) का एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाला 3D मानचित्र बनाया।
उन्होंने जो पाया वह ज्वालामुखी की रसोई की गुप्त वास्तुकला को खोजने जैसा है। सबसे पहले, उन्होंने नकाडाके क्रेटर से 2.5 से 4.5 किलोमीटर नीचे एक विशिष्ट, अंडे के आकार के "ब्लब" (द्रव्यमान) का पता लगाया, जो बहुत ही नरम चट्टान का बना है। इस क्षेत्र में, चट्टान इतनी धीमी गति से चलती है (लगभग 1.5 किमी/सेकंड) कि यह संकेत देती है कि चट्टान केवल ठोस नहीं है; यह अत्यधिक खंडित और दबावयुक्त है, जिसमें संभवतः ज्वालामुखीय तरल पदार्थ और गैस का मिश्रण है। लेखक सुझाव देते हैं कि यह एक उथला मैग्मा भंडारण क्षेत्र है। यह लावा का कोई विशाल, खुला पूल नहीं है, बल्कि टूटी हुई चट्टानों से बना एक स्पंज की तरह है जो गर्म तरल पदार्थों को सोख रहा है। चूंकि चट्टान बहुत अधिक फटी हुई और दबावयुक्त है, इसलिए यह आसानी से फैल या सिकुड़ सकती है, जो यह समझाता है कि ज़मीन कभी-कभी क्यों फूलती और पिचकती है।
इस "स्पंज" के ऊपर, टीम को सतह की ओर जाने वाली एक संकीर्ण, ऊर्ध्वाधर सुरंग जैसी संरचना मिली। यह एक फ्लूइड कंड्यूट (द्रव मार्ग) जैसा दिखता है, एक पाइप जो दबावयुक्त तरल पदार्थों को भंडारण क्षेत्र से क्रेटर तक पहुँचाता है। यहाँ की चट्टान भी बहुत धीमी गति वाली है, जो बताती है कि यह खुले दरारों से भरा हुआ है। यह संभवतः वही स्थान है जहाँ "वेरी लॉन्ग-पीरियड" (अत्यधिक लंबी अवधि के) कंपन (एक प्रकार की कम आवृत्ति वाली गूँज) उत्पन्न होते हैं, क्योंकि गैस इस संकीर्ण पाइप से ऊपर की ओर भागती है। अंत में, क्रेटर के ठीक नीचे, चट्टान सबसे अधिक नरम है, जहाँ गति घटकर लगभग 1 किमी/सेकंड रह जाती है। इस ऊपरी परत को अत्यधिक परिवर्तित चट्टान और दरारों के घने नेटवर्क के रूप में देखा जाता है, जो संभवतः अम्लीय, गर्म पानी से भरा हुआ है।
शोध पत्र यह भी बताता है कि जैसे-जैसे तरल पदार्थ ऊपर उठते हैं, उनके साथ क्या होता है। गहराई में, तरल पदार्थ संभवतः "सुपरक्रिटिकल" अवस्था में होते हैं—एक अजीब, सघन चरण जो पूरी तरह से तरल भी नहीं है और न ही पूरी तरह से गैस। जैसे-जैसे वे उथले भंडारण क्षेत्र में ऊपर उठते हैं, दबाव कम हो जाता है, और वे अचानक गैस में बदल सकते हैं। यह अवस्था परिवर्तन (phase change) आयतन में भारी विस्तार का कारण बनता है, जिससे फटी हुई चट्टान वाले भंडारण क्षेत्र में दबाव बढ़ जाता है और गैस संकीर्ण मार्ग से ऊपर की ओर धकेल दी जाती है। यह प्रक्रिया ज्वालामुखी की वर्तमान गतिविधि को चलाने वाला इंजन प्रतीत होती है।
दिलचस्प बात यह है कि अध्ययन ने व्यापक क्षेत्र का भी अवलोकन किया और पाया कि कम-वेग वाले क्षेत्र ज्ञात फॉल्ट लाइनों (भ्रंश रेखाओं) के साथ संरेखित हैं, जिनमें से एक ने पास में 2016 में एक प्रमुख भूकंप पैदा किया था। यह सुझाव देता है कि ज्वालामुखी का प्लंबिंग सिस्टम पृथ्वी की पपड़ी में मौजूद व्यापक टेक्टोनिक दरारों से जुड़ा हुआ है। हालांकि यह अध्ययन माउंट आसो के रहस्य को हमेशा के लिए सुलझाने का दावा नहीं करता है, लेकिन यह उथले प्लंबिंग सिस्टम का बहुत स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है। लेखक सुझाव देते हैं कि इस विशिष्ट भंडारण क्षेत्र और इसके दबाव परिवर्तनों पर नज़र रखकर, हम भविष्य की ज्वालामुखीय अशांति की बेहतर भविष्यवाणी कर सकते हैं। वे यह भी उल्लेख करते हैं कि एक नया निगरानी प्रयोग शुरू किया गया है जो इस क्षेत्र की अधिक बारीकी से निगरानी कर रहा है, जिसमें उन्होंने अभी खोजे गए संरचनात्मक सुरागों का उपयोग करके ज्वालामुखी की धड़कन पर करीब से नज़र रखी जा सके।
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