Tectonic-petrological model of the multistage origin of eclogites of the Maksyutov complex (Southern Urals)

पृथ्वी की ऊपरी सतह (क्रस्ट) के बहुत नीचे, जहाँ चट्टानें अत्यधिक भार से कुचली जाती हैं और भीषण गर्मी से तपती हैं, वहाँ एक छिपा हुआ नाटक चल रहा है। यह प्लेट टेक्टोनिक्स की दुनिया है, जहाँ ग्रह की सतह के विशाल स्लैब आपस में टकराते हैं, एक-दूसरे के नीचे खिसकते हैं, और कभी-कभी इतनी गहराई में डूब जाते हैं कि वे एक्लोगाइट (eclogites) नामक अजीब, घनी चट्टानों में बदल जाते हैं। दशकों से, भूविज्ञानी रूस के दक्षिणी उरल्स के एक विशिष्ट हिस्से से मंत्रमुग्ध रहे हैं, जिसे मैक्स्युतोव कॉम्प्लेक्स (Maksyutov complex) के रूप में जाना जाता है। यहाँ, उन्हें ऐसी चट्टानें मिलीं जो इतनी गहराई में दबी हुई प्रतीत होती थीं कि उन्हें हीरा और कोएसिट (coesite) नामक क्वार्ट्ज का एक दुर्लभ रूप बन जाना चाहिए था। ये खनिज अति-उच्च-दबाव वाले वातावरण के प्रतीक हैं, ऐसी स्थितियाँ जो आमतौर पर सैकड़ों किलोमीटर नीचे पाई जाती हैं, जो पर्वत निर्माण की किसी भी प्रक्रिया द्वारा पहुँचने के अनुमानित स्तर से कहीं अधिक गहरी हैं। इन खनिजों की उपस्थिति ने सुझाव दिया कि पृथ्वी की पपड़ी का एक हिस्सा मेंटल के बिल्कुल किनारे तक खींचा गया था और फिर वापस ऊपर लाया गया था, एक ऐसी यात्रा जो महाद्वीपों के टकराने के हमारे ज्ञान को फिर से लिख देगी।

हालाँकि, मैक्स्युतोव कॉम्प्लेक्स की कहानी हमेशा एक पहेली रही है। जबकि चट्टानें ऐसी दिखती थीं जैसे उन्होंने पृथ्वी के सबसे गहरे हिस्सों की यात्रा से खुद को बचाया हो, साक्ष्य बिखरे हुए और कभी-कभी विरोधाभासी थे। कुछ शोधकर्ताओं का तर्क था कि चरम स्थितियाँ वास्तविक थीं, जबकि अन्य इस बात पर आश्चर्य करते थे कि क्या चट्टानों को अन्य भूगर्भीय बलों द्वारा केवल इधर-उधर घुमाया गया था। इसे हल करने के लिए, वेलेंटिन फेडकिन और एंड्री श्चिपिंस्की के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक टीम ने आधुनिक उपकरणों का उपयोग करके, उनके भीतर लिखे गए रासायनिक इतिहास को पढ़ने के लिए, इन चट्टानों को एक नई दृष्टि से देखने का निर्णय लिया। वे इस बारे में एक नए विचार का परीक्षण करना चाहते थे कि सबडक्शन ज़ोन (subduction zones)—वे स्थान जहाँ एक टेक्टोनिक प्लेट दूसरी प्लेट के नीचे डूब जाती है—वास्तव में कैसे शुरू होते हैं। मैक्स्युतोव कॉम्प्लेक्स को एक प्राकृतिक प्रयोगशाला की तरह मानकर, वे न केवल यह समझना चाहते थे कि चट्टानें कहाँ से आईं, बल्कि यह भी कि सैकड़ों मिलियन वर्षों में यह पूरा क्षेत्र कैसे विकसित हुआ।

शोधकर्ताओं ने मैक्स्युतोव कॉम्प्लेक्स से सावधानीपूर्वक चयनित चट्टानों के नमूने एकत्र करना शुरू किया, जिसमें गहरे, भारी पत्थरों (एक्लोगाइट्स) और उनके साथ अक्सर पाए जाने वाले नीले रंग के शिस्ट (schists) पर ध्यान केंद्रित किया गया। उन्होंने केवल सूक्ष्मदर्शी से चट्टानों को नहीं देखा; उन्होंने उनके रासायनिक गठन का अत्यंत विस्तार से विश्लेषण किया, सिलिकॉन और आयरन जैसे सामान्य तत्वों से लेकर दुर्लभ, ट्रेस तत्वों तक को मापा जो चट्टान की उत्पत्ति के 'फिंगरप्रिंट' की तरह कार्य करते हैं। उन्होंने चट्टानों के भीतर के सूक्ष्म क्रिस्टल, विशेष रूप से गारनेट्स (garnets) का भी परीक्षण किया, जो पेड़ के छल्लों की तरह परतों में बढ़ते हैं, और चट्टान के बनने के दौरान दबाव और तापमान की बदलती स्थितियों को रिकॉर्ड करते हैं। इन रासायनिक और भौतिक सुरागों को पढ़कर, टीम ने इस बात का एक नया मॉडल तैयार किया कि पृथ्वी की इस परत में क्या हुआ था।

जो उन्हें मिला उसने इस लंबे समय से चली आ रही धारणा को चुनौती दी कि मैक्स्युतोव कॉम्प्लेक्स केवल एक गहरी सबडक्शन यात्रा के कारण होने वाले अति-उच्च-दबाव रूपांतरण (metamorphism) का एक क्लासिक उदाहरण है। डेटा ने सुझाव दिया कि इतिहास अधिक जटिल और गतिशील था। टीम ने पाया कि चट्टानें केवल नीचे धकेले जाने और फिर ऊपर खींचे जाने के एक एकल, सुचारू पथ का पालन नहीं कर रही थीं। इसके बजाय, रूपांतरण—चट्टान परिवर्तन की प्रक्रिया—चक्रीय और स्पंदित (pulsating) था। चट्टानों ने लगभग 150 मिलियन वर्षों की अवधि में गर्म होने और ठंडा होने, थोड़ा नीचे बैठने और थोड़ा ऊपर उठने के बार-बार चक्रों का अनुभव किया। इस लयबद्ध उछाल का अर्थ था कि चट्टानों को कभी भी एक निरंतर, चरम प्रस्थान का सामना नहीं करना पड़ा जो स्वाभाविक रूप से हीरे और कोएसिट बना सके।

सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्ष चट्टानों में पाए गए हीरे और कोएसिट से संबंधित था। लेखक तर्क देते हैं कि ये खनिज चट्टानों के गहरे भूमिगत भाग में धीरे-धीरे कुचले जाने से नहीं बने थे। इसके बजाय, साक्ष्य बताते हैं कि ये उच्च-दबाव वाले खनिज पहले से ही गहरे स्तर के चट्टानी टुकड़ों में मौजूद थे जिन्हें गर्म मेंटल सामग्री के एक उभरते हुए प्लम (plume) द्वारा पकड़ लिया गया था। कल्पना कीजिए कि एक गहरा समुद्री करंट समुद्र तल से एक भारी पत्थर को बहा ले जाता है और उसे सतह तक ले आता है; इस भूगर्भीय परिदृश्य में, पृथ्वी की गहराई से उठने वाला गर्म चट्टान का एक स्तंभ इन विदेशी, उच्च-दबाव वाले टुकड़ों को उठा लेता है और उन्हें मैक्स्युतोव कॉम्प्लेक्स में ले आता है। कॉम्प्लेक्स की चट्टानें स्वयं उन अत्यधिक गहराइयों तक कभी नहीं पहुँचीं जो हीरे बनाने के लिए आवश्यक होती हैं। इसके बजाय, उन्होंने एक कंटेनर के रूप में कार्य किया जिसने इन पूर्व-मौजूद, गहरे-पृथ्वी के खजानों को कैद कर लिया।

यह खोज दक्षिणी उरल्स के भूगर्भीय इतिहास के महत्वपूर्ण संशोधन को मजबूर करती है। टीम ने गणना की कि यहाँ सबडक्शन प्रक्रिया में विभिन्न मेंटल स्रोतों का मिश्रण शामिल था और पृथ्वी की पपड़ी का एक छोटा लेकिन मापने योग्य योगदान था, जिसका अनुमान एक से चार प्रतिशत के बीच लगाया गया है। उन्होंने यह भी निर्धारित किया कि मेंटल और क्रस्ट के बीच की अंतःक्रिया 1.5 से 3.5 गीगापास्कल के दबाव सीमा में हुई थी, जो उच्च तो है लेकिन इसके लिए पहले से मानी गई अति-गहरी स्थितियों की आवश्यकता नहीं है। इसलिए, हीरे और कोएसिट की उपस्थिति यह सिद्ध नहीं करती कि पूरा मैक्स्युतोव कॉम्प्लेक्स एक अति-उच्च-दबाव वाला क्षेत्र था। इसके बजाय, यह एक विशिष्ट, असामान्य घटना की ओर संकेत करता है जहाँ गहरे मेंटल पदार्थ को, जो इन दुर्लभ खनिजों को ले जा रहा था, क्रस्टल चट्टानों में इंजेक्ट किया गया था।

अध्ययन ने यह भी पुष्टि की कि मैक्स्युतोव कॉम्प्लेक्स एक 'सबडक्शन इनिशिएशन ज़ोन' (subduction initiation zone) के कई मानदंडों को पूरा करता है, जो वह स्थान है जहाँ एक नई सबडक्शन प्रक्रिया शुरू होती है। चट्टानों की रासायनिक संरचना एक प्रकार की ज्वालामुखीय चट्टान से दूसरे प्रकार की ओर स्पष्ट विकास दिखाती है, जो आधुनिक सिद्धांतों से मेल खाती है कि सबडक्शन ज़ोन कैसे शुरू होते हैं। हालाँकि, रूपांतरण की अद्वितीय, स्पंदित प्रकृति और गहरे समावेशों (inclusions) को सतह पर लाने का तरीका इस कॉम्प्लेक्स को एक विशेष मामला बनाता है। यह गहरे सबडक्शन चैनल का कोई मानक पाठ्यपुस्तक उदाहरण नहीं है, बल्कि घटनाओं का एक जटिल मिश्रण है जहाँ पृथ्वी की विभिन्न परतों को आपस में मिला दिया गया था।

अंततः, यह शोध मैक्स्युतोव कॉम्प्लेक्स के महत्व को खारिज नहीं करता है; यह केवल इसकी समझ को और अधिक परिष्कृत करता है। चट्टानें अभी भी गहरे पृथ्वी की खिड़की हैं, लेकिन अब दृश्य अधिक स्पष्ट है। हीरे और कोएसिट वास्तविक हैं, लेकिन वे दुनिया के तल तक कुचले जाने का परिणाम नहीं हैं। वे आगंतुक हैं, जिन्हें गर्मी के एक उभरते हुए प्लम द्वारा ऊपर लाया गया है, और एक ऐसी चट्टान में कैद कर लिया गया है जो स्वयं प्लेट टेक्टोनिक्स की धीमी, मंथन करने वाली मशीनरी द्वारा पुनर्चक्रित (recycled) की जा रही थी। यह अंतर स्पष्ट करके कि क्या स्थान पर बना और क्या कहीं और से लाया गया, वैज्ञानिकों ने दक्षिणी उरल्स के निर्माण का अधिक सटीक चित्र प्रदान किया है, यह दिखाते हुए कि पृथ्वी की पपड़ी निरंतर, लयबद्ध गति का स्थान है न कि गहरे की ओर एक साधारण, एकतरफा यात्रा का।