Interfacial-energy-driven ferropericlase rounding leads to bridgmanite-controlled viscosity in the Earth’s lower mantle
प्रायोगिक साक्ष्य जो यह दर्शाते हैं कि फेरोपरिक्लेससे (ferropericlase) दानों का इंटरफेशियल-ऊर्जा-प्रेरित गोलाईकरण, मेंटल-प्रवाह-प्रेरित दीर्घीकरण की तुलना में अधिक तेजी से होता है, यह संकेत देते हैं कि पृथ्वी के निचले मेंटल की श्यानता (viscosity) ब्रिजमैनाइट (bridgmanite) चरण द्वारा नियंत्रित होती है, जो इसे पहले परिकल्पित किए गए मानों की तुलना में कई गुना अधिक बनाती है।
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हमारे पैरों के बहुत नीचे, किसी भी ड्रिल की पहुंच से बहुत दूर, पृथ्वी का निचला मेंटल स्थित है। यह चट्टान का एक विशाल, अत्यधिक गर्म महासागर है जो लाखों वर्षों में अविश्वसनीय रूप से धीरे-धीरे बहता है, जो ग्रह के आंतरिक इंजन के रूप में कार्य करता है। यह धीमी गति वाला मंथन कोर से सतह तक गर्मी पहुंचाता है और टेक्टोनिक प्लेटों को इधर-उधर खींचता है, जिससे हमारे महाद्वीप बनते हैं और ज्वालामुखी चलते हैं। यह इंजन कैसे काम करता है, इसे समझने के लिए वैज्ञानिकों को यह जानना आवश्यक है कि यह चट्टान कितनी "गाढ़ी" या "चिपचिपी" है—एक गुण जिसे श्यानता (viscosity) कहा जाता है। यदि चट्टान बहुत गाढ़ी है, तो वह हिलने का विरोध करती है; यदि वह पतली है, तो वह आसानी से बहती है। निचला मेंटल मुख्य रूप से दो खनिजों से बना है: ब्रिजमैनाइट (bridgmanite) नामक एक कठोर, सख्त खनिज और फेरोपरिकलेस (ferropericlase) नामक एक नरम, कमजोर खनिज। लंबे समय तक, वैज्ञानिक इस बात पर बहस करते रहे हैं कि क्या पूरा तंत्र सख्त खनिज की तरह बहता है या क्या नरम खनिज कमजोर, फिसलन भरे राजमार्ग बनाता है जो पूरी चीज़ को आसानी से फिसलने देते हैं। यह प्रश्न महत्वपूर्ण है क्योंकि इसका उत्तर बदल देता है कि हम पृथ्वी के इतिहास को कैसे देखते हैं, गर्मी कितनी तेजी से बाहर निकलती है, और क्यों कुछ टेक्टोनिक प्लेटें डूबना बंद कर देती हैं जबकि अन्य कोर तक गहराई में उतर जाती हैं।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन खनिजों के व्यवहार का अध्ययन करके इस बहस पर एक नया दृष्टिकोण अपनाया है। कल्पना कीजिए कि आपके पास एक सख्त मिट्टी के ब्लॉक के भीतर फंसी हुई चिपचिपी टॉफी (नरम खनिज) का एक लोथड़ा है। यदि आप मिट्टी को खींचते हैं, तो टॉफी खिंचकर लंबी, पतली लड़ियों में बदल जाती है। अतीत में, वैज्ञानिकों ने सोचा था कि पृथ्वी के लंबे इतिहास के दौरान, ये लड़ियाँ इतनी खिंच जाएंगी कि वे एक निरंतर, फिसलन भरे नेटवर्क के रूप में जुड़ जाएंगी, जिससे पूरी चट्टान बहुत तेजी से बहेगी। हालांकि, यह नया अध्ययन सुझाव देता है कि प्रकृति में एक अंतर्निहित "स्व-सुधारात्मक" तंत्र होता है। ठीक वैसे ही जैसे एक खिंचा हुआ रबर बैंड वापस स्नैप होना चाहता है या पानी की बूंद ऊर्जा बचाने के लिए एक पूर्ण गोले का आकार लेना चाहती है, खिंची हुई टॉफी भी गोल होकर वापस सिमटना चाहती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह "गोल होना" इतनी तेजी से होता है कि टॉफी को उन लंबी, फिसलन भरी सड़कों को बनाने का मौका ही नहीं मिलता। इसके बजाय, चट्टान सख्त रहती है, जो सख्त मिट्टी द्वारा नियंत्रित होती है, न कि नरम टॉफी द्वारा।
अमृता चक्रवर्ती और सहयोगियों के नेतृत्व वाली टीम ने इस विचार का परीक्षण करने के लिए उच्च-दबाव वाली मशीन में इन दो खनिजों के सूक्ष्म नमूनों को बनाया, जो गहरे पृथ्वी के भारी दबाव और भीषण गर्मी (27 गीगापास्कल और 2000 केल्विन तक का तापमान) की नकल करती है। उन्होंने पहले नमूनों को दबाकर नरम फेरोपरिकलेस कणों को लंबी, पतली आकृतियों में खींचा, ठीक वैसे ही जैसे पृथ्वी का प्रवाह लाखों वर्षों में करेगा। फिर, उन्होंने नमूनों को उच्च ताप और दबाव पर रखा ताकि यह देखा जा सके कि आगे क्या होता है। उन्होंने बारीकी से देखा कि क्या खींचे गए कण लंबे बने रहते हैं या वे वापस गोल आकार में सिमट जाते हैं।
परिणाम स्पष्ट थे: खींचे गए कण अविश्वसनीय रूप से तेजी से गोल हो गए। शोधकर्ताओं ने पृथ्वी के प्रवाह की गति की तुलना में इस "गोल होने" की प्रक्रिया की गति को मापा। उन्होंने पाया कि अत्यंत रूढ़िवादी अनुमानों के बावजूद, गोल होने की प्रक्रिया खिंचने की प्रक्रिया की तुलना में बहुत अधिक तेज है। जब तक कण पर्याप्त रूप से खिंचकर एक कमजोर परत बनाने के लिए जुड़ सकते, तब तक वे पहले ही वापस लगभग पूर्ण गोलों में बदल चुके थे। वास्तव में, कणों को केवल थोड़ा सा खिंचने की आवश्यकता थी—वे अपनी चौड़ाई से लगभग 1% लंबे हुए—इससे पहले कि गोल होने वाले बल ने उन्हें और अधिक खिंचने से रोक दिया।
यह खोज बताती है कि "इंटरकनेक्टेड वीक लेयर" (Interconnected Weak Layer) मॉडल, जो भविष्यवाणी करता है कि निचला मेंटल बहुत कमजोर है और तेजी से बहता है, संभवतः गलत है। इसके बजाय, यह अध्ययन "लोड-बियरिंग फ्रेमवर्क" (Load-Bearing Framework) मॉडल का समर्थन करता है, जहाँ सख्त ब्रिजमैनाइट संरचना को थामे रखता है और प्रवाह को नियंत्रित करता है। लेखकों का सुझाव है कि चूंकि नरम कण खिंचकर टिक नहीं पाते हैं, इसलिए निचले मेंटल की प्रभावी श्यानता (viscosity) संभवतः पहले के अनुमानों की तुलना में बहुत अधिक है, जो कि सख्त ब्रिजमैनाइट के करीब है। इसका तात्पर्य यह है कि पृथ्वी का निचला मेंटल पहले के कुछ सिद्धांतों की तुलना में कहीं अधिक सुस्त और प्रतिरोधी वातावरण है। जबकि शोधकर्ता नोट करते हैं कि उन्हें अभी भी और भी गहरे स्तरों पर दबाव के प्रभाव की पुष्टि करने की आवश्यकता है, उनके प्रयोगों से पुख्ता सबूत मिलते हैं कि सतह की ऊर्जा एक शक्तिशाली ब्रेक की तरह कार्य करती है, जो नरम खनिजों को उन फिसलन भरे शॉर्टकट बनाने से रोकती है जो पृथ्वी के आंतरिक इंजन को तेज कर सकते हैं।
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