Formation of Silica-Containing Thrombolites: A Case Study of Visean Limestone in Fukushima Prefecture, Japan

प्राचीन अतीत की लहरों के नीचे, जीवन अक्सर केवल हड्डियों या कवचों से अधिक पीछे छोड़ जाता है। कभी-कभी, यह बैक्टीरिया और शैवाल के अदृश्य समुदायों द्वारा निर्मित चट्टानें छोड़ देता है, जिन्हें माइक्रोबियलिट्स (microbialites) के रूप में जाना जाता है। ये जीवित संरचनाएं विशाल, परतदार टीलों में विकसित हो सकती हैं या थ्रोम्बोलाइट्स (thrombolites) नामक गुच्छेदार, स्पंज जैसी संरचनाएं बना सकती हैं। एक सदी से अधिक समय से, वैज्ञानिक इन चट्टानों का अध्ययन उन वातावरणों को समझने के लिए करते रहे हैं जहाँ वे बनी थीं और उन सूक्ष्म जीवों को भी जिन्होंने इन्हें बनाया था। इस क्षेत्र में एक प्रमुख प्रश्न यह रहा है कि इन चट्टानों के कुछ हिस्से सिलिका (silica) से कैसे भर जाते हैं, जो एक कठोर, कांच जैसी सामग्री है। जबकि कुछ शोधकर्ताओं ने मान लिया था कि प्राचीन चट्टानों में सिलिका युक्त परतें विशिष्ट प्रकार के सिलिका-उत्पादक जीवों द्वारा सीधे बनाई गई थीं, अन्य लोग इस बात पर विचार करते रहे हैं कि क्या ये परतें चट्टान के दबने के बाद, जमीन में होने वाले रासायनिक परिवर्तनों के माध्यम से बनीं। इस अंतर को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह पृथ्वी पर जीवन के इतिहास को पढ़ने के हमारे तरीके को बदल देता है; यदि सिलिका एक बाद का जुड़ाव है, तो यह एक विशिष्ट प्राचीन जीव की प्रत्यक्ष गतिविधि के बजाय रासायनिक प्रतिक्रियाओं की कहानी बताता है।

हाल ही में किए गए एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने इस पहेली को सुलझाने के लिए जापान के फुकुशिमा प्रान्त में स्थित प्राचीन चूना पत्थर के एक विशिष्ट हिस्से का परीक्षण किया। अध्ययन की गई चट्टान विज़ियन युग (Visean age) की है, जो लगभग 3ist 340 मिलियन वर्ष पूर्व का समय था जब पृथ्वी एक सामूहिक विलुप्ति से उबर रही थी और नए प्रकार की चट्टानें (reefs) फलने-फूलने लगी थीं। टीम ने टेटिशी फॉर्मेशन (Tateishi Formation) नामक एक संरचना पर ध्यान केंद्रित किया, जो कोरल और अन्य समुद्री जीवों के जीवाश्मों वाले गहरे भूरे रंग के चूना पत्थर के लिए प्रसिद्ध है। हालाँकि, शोधकर्ता इन बड़े जीवाश्मों में कम और स्वयं चट्टान की सूक्ष्म बनावट (microscopic texture) में अधिक रुचि रखते थे। उन्होंने पाया कि इस चूना पत्थर का अधिकांश हिस्सा एक थ्रोम्बोलाइट है, जो एक प्रकार की सूक्ष्मजीवी चट्टान है जिसकी विशेषता चिकनी परतों के बजाय एक गांठदार, लंपी बनावट है। इन गुच्छों के भीतर, उन्होंने कुछ असामान्य पाया: गांठों के किनारे सिलिका से समृद्ध थे, और कुछ चट्टान में पाइराइट (pyrite) के सूक्ष्म क्रिस्टल भी थे, जिसे अक्सर "मूर्खों का सोना" (fool's gold) कहा जाता है।

इन विशेषताओं के निर्माण को समझने के लिए, टीम ने दर्जनों चट्टान के नमूने एकत्र किए और उन्हें इतने पतले खंडों में काटा कि प्रकाश उनके माध्यम से गुजर सके। फिर उन्होंने सूक्ष्म तत्वों के वितरण का मानचित्र बनाने के लिए शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी और रासायनिक विश्लेषकों का उपयोग किया। उन्होंने एक स्पष्ट पैटर्न पाया: गांठदार संरचनाओं का केंद्र कैल्शियम से समृद्ध था, जो चूना पत्थर का मुख्य घटक है, जबकि बाहरी किनारे सिलिकॉन से समृद्ध थे। यह सिलिकॉन एक विशिष्ट परत बनाता था, जो कभी-कभी तीन मिलीमीटर तक मोटी होती थी, जो कैल्शियम से भरपूर कोर के चारों ओर स्थित थी। शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि पाइराइट के छोटे क्रिस्टल अक्सर वहीं पाए जाते थे जहाँ सिलिकॉन की परत शेष चट्टान से मिलती थी। इस विशिष्ट व्यवस्था ने सुझाव दिया कि सिलिका एक जीव द्वारा बनाई गई कठोर खोल के रूप में शुरू नहीं हुई थी। इसके बजाय, साक्ष्य एक ऐसी प्रक्रिया की ओर इशारा करते हैं जो चट्टान के दबने के बाद हुई थी।

शोधकर्ता घटनाओं के एक ऐसे क्रम का प्रस्ताव करते हैं जो नए प्रकार के प्राचीन जीवों की कल्पना किए बिना इन निष्कर्षों की व्याख्या करता है। उनका सुझाव है कि गांठदार संरचनाओं की शुरुआत सूक्ष्मजीवों के घने समूहों के रूप में हुई थी, जैसे कि नन्हे कैल्सीफाइंग शैवाल और बैक्टीरिया। जैसे-जैसे ये जीव मरते गए और उनके अवशेष तलछट की परतों के नीचे दबते गए, गांठों के भीतर मौजूद कार्बनिक पदार्थ का अपघटन (decomposition) होने लगा। इस अपघटन प्रक्रिया ने ऑक्सीजन का उपभोग किया और एसिड छोड़ा, जिससे चट्टान के सूक्ष्म छिद्रों में फंसे पानी की अम्लता कम हो गई। अम्लता में इस गिरावट के कारण आसपास का चूना पत्थर थोड़ा घुल गया, जिससे अधिक स्थान बन गया। साथ ही, रासायनिक परिवर्तनों के कारण घुली हुई सिलिका, जो छिद्रयुक्त जल (pore water) में तैर रही थी, ठोस होकर अवक्षेपित (precipitate) होने लगी। यह सिलिका मृत गांठों के बाहरी किनारों पर जम गई, जिससे शोधकर्ताओं द्वारा देखी गई कठोर, कांच जैसी रिम (rim) बन गई। पाइराइट की उपस्थिति इस कहानी का समर्थन करती है, क्योंकि पाइराइट तब बनता है जब बैक्टीरिया कम ऑक्सीजन वाले वातावरण में कार्बनिक पदार्थों को तोड़ते हैं, जिससे सल्फर निकलता है जो आयरन के साथ प्रतिक्रिया करता है।

अध्ययन ने चट्टान में अन्य संरचनाओं का भी अवलोकन किया, जिसमें पतली, चादर जैसी परतें और कोरल जीवाश्मों की सतह शामिल थी। दोनों मामलों में, शोधकर्ताओं ने समान सिलिका-समृद्ध परतें पाईं। उदाहरण के लिए, कोरल जीवाश्मों पर अक्सर सिलिका की एक पतली परत देखी गई जो मूल कोरल की सतह को खाती हुई प्रतीत होती थी, जिससे पता चलता है कि सिलिका के स्थान लेने से पहले चूना पत्थर घुल गया था। टीम ने इस विचार को खारिज कर दिया कि ये सिलिका परतें डायटम्स (diatoms) जैसे सिलिका-उत्पादक जीवों द्वारा बनाई गई थीं, जो उस समय पृथ्वी के इतिहास में अस्तित्व में नहीं थे, या बैक्टीरिया के चिपचिपे बाहरी आवरणों द्वारा, जो बहुत पतली परतें बनाते। इसके बजाय, साक्ष्य दृढ़ता से सुझाव देते हैं कि सिलिका की परतें एक माध्यमिक विशेषता हैं, जो मूल सूक्ष्मजीवी समुदाय के क्षय से बनी एक रासायनिक परत है।

यह खोज प्राचीन चट्टानों को देखने का एक नया तरीका प्रदान करती है। यह सुझाव देती है कि जब वैज्ञानिक सूक्ष्मजीवी संरचनाओं पर सिलिका-समृद्ध रिम देखते हैं, तो उन्हें स्वतः ही किसी विशिष्ट प्रकार के सिलिका-बनाने वाले जीव की उपस्थिति मान लेना चाहिए। इसके बजाय, ये विशेषताएँ एक सामान्य रासायनिक प्रक्रिया का परिणाम हो सकती हैं: कार्बनिक पदार्थ के अपघटन से होने वाला सिलिका का अवक्षेपण। इस तंत्र के लिए किसी अद्वितीय वातावरण या विशेष समूह के जीवों की आवश्यकता नहीं है; यह कहीं भी हो सकता है जहाँ सिलिका-समृद्ध पानी में कार्बनिक पदार्थ का क्षय होता है। यह पहचानकर कि इन प्राचीन चट्टानों के कठोर, कांच जैसे हिस्से वास्तव में मूल जैविक ब्लूप्रिंट के बजाय प्रारंभिक रासायनिक परिवर्तनों का परिणाम हैं, वैज्ञानिक लाखों साल पहले जीवित सूक्ष्मजीवी समुदायों के वास्तविक इतिहास का बेहतर पुनर्निर्माण कर सकते हैं। अध्ययन का निष्कर्ष है कि इन प्राचीन चट्टानों की जटिल बनावट मूल जीवन रूपों और उनके दफन होने के बाद होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक संयोजन है, जो एक याद दिलाता है कि चट्टान की कहानी अक्सर जीव विज्ञान और रसायन विज्ञान दोनों की परतों में लिखी जाती है।