Experimental Investigation of Dike Propagation Influenced by Graben Topography and Magma Viscosity Using Analog Modeling
यह अध्ययन एनालॉग मॉडलिंग का उपयोग करके यह प्रदर्शित करता है कि ग्रेबेन सेटिंग्स में डाइक प्रसार (dike propagation) और ज्वालामुखीय वेंट के स्थान मैग्मा की श्यानता (viscosity), स्थलाकृतिक तनाव क्षेत्रों (topographic stress fields) और क्रस्टल यांत्रिक परतों के बीच परस्पर क्रिया द्वारा नियंत्रित होते हैं, जो सामूहिक रूप से यह निर्धारित करते हैं कि घुसपैठ (intrusions) रुक जाती है, ज्यामितियों के बीच परिवर्तित होती है, या सतह तक पहुँचती है।
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ज्वालामुखी कोई यादृच्छिक विस्फोट नहीं हैं; वे पिघली हुई चट्टान और उसके ऊपर की ठोस जमीन के बीच एक गहरे, दबावयुक्त संघर्ष की सतही अभिव्यक्ति हैं। ज्वालामुखी अगला विस्फोट कहाँ करेगा, इसे समझने के लिए वैज्ञानिकों को एक डाइक (dike) के मार्ग का पता लगाना होता है, जो वास्तव में एक दरार है जो मैग्मा से भरी होती है और एक गहरे भंडार से ऊपर की ओर अपना रास्ता बनाती है। डाइक द्वारा लिया जाने वाला मार्ग एक सीधी रेखा नहीं होता है। यह अपने आस-पास की चट्टानों पर पड़ने वाले बलों, विशेष रूप से स्ट्रेस फील्ड (stress field) द्वारा निर्धारित होता है, जो जमीन के आकार और उन चट्टानों की परतों के आधार पर बदलता है जिनसे मैग्मा गुजरता है। यदि ऊपर की जमीन भारी है, तो मैग्मा सीधा ऊपर की ओर बढ़ता है। लेकिन यदि जमीन में कोई निचला हिस्सा है, जैसे कि कोई घाटी या रिफ्ट, तो उस क्षेत्र में चट्टान का भार कम हो जाता है, जिससे एक "अनलोडिंग" (unloading) का क्षेत्र बनता है जो मैग्मा को बगल की ओर खींच सकता है। इसके अलावा, मैग्मा स्वयं एक समान पदार्थ नहीं है; यह बहते हुए, तेज़ गति वाले लावा से लेकर गाढ़े, सुस्त कीचड़ तक भिन्न होता है। यह मोटाई, या श्यानता (viscosity), का अंतर यह बदल देता है कि मैग्मा आसपास की चट्टान के तनाव के प्रति कैसी प्रतिक्रिया करता है। ज्वालामुखी का मुख ठीक कहाँ खुलेगा, इसका सटीक अनुमान लगाना सुरक्षा के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती है, फिर भी भूमि के आकार, क्रस्ट की परतों और मैग्मा की प्रकृति के बीच का यह जटिल अंतर्संबंध को समझना कठिन बना हुआ है।
इन चरों को सुलझाने के लिए, शोधकर्ताओं खालिद रहिमी, मार्कस बर्सिक और जेनीन एल. कवानाह ने एक प्रयोगशाला की ओर रुख किया जो एक सरल, पारदर्शी सामग्री: जिलेटिन का उपयोग करके पृथ्वी के क्रस्ट की नकल करती है। उन्होंने वास्तविक दुनिया के मार्गदर्शन के रूप में उत्तर-पूर्वी कैलिफोर्निया के हैट क्रीक ग्रेबेन (Hat Creek Graben) को चुना, जो पृथ्वी के अलग होने से बनी एक लंबी, गहरी घाटी है, जहाँ अतीत में विभिन्न प्रकार के लावा निकले हैं। अपनी प्रयोगशाला में, उन्होंने पृथ्वी के ऊपरी क्रस्ट का प्रतिनिधित्व करने के लिए जिलेटिन की परतों से भरा एक पारदर्शी टैंक बनाया। उन्होंने ग्रेबेन का अनुकरण करने के लिए जिलेटिन के ऊपर एक लंबी, संकीर्ण खाई बनाई। फिर, उन्होंने उठते हुए मैग्मा के रूप में कार्य करने के लिए टैंक के नीचे से तरल पदार्थ इंजेक्ट किए। उन्होंने दो अलग-अलग तरल पदार्थों का उपयोग किया: पानी जो बहते हुए बेसाल्टिक मैग्मा का प्रतिनिधित्व करता है, और ज़ैंथन गम (xanthan gum) से बना एक गाढ़ा, जेल जैसा घोल जो बहुत चिपचिपे बेसाल्टिक एंडेसाइट मैग्मा का प्रतिनिधित्व करता है। जिलेटिन के माध्यम से इन तरल पदार्थों की गति को देखकर, टीम यह देख सकी कि घाटी का आकार और मैग्मा की मोटाई ने सतह तक जाने वाले मार्ग को कैसे बदल दिया।
प्रयोगों ने तरल पदार्थ की मोटाई के आधार पर व्यवहार में एक बड़ा अंतर प्रकट किया। जब शोधकर्ताओं ने पतला, पानी जैसा तरल इंजेक्ट किया, तो वह गति और दृढ़ संकल्प के साथ ऊपर की ओर बढ़ा। वह जिलेटिन के माध्यम से लगभग सीधा ऊपर उठा, और ऊपर की घाटी द्वारा उत्पन्न तनाव परिवर्तनों पर ध्यान दिए बिना आगे बढ़ा। जब वह सतह पर पहुँचा, तो वह सीधे डिप्रेशन (depression) के भीतर फटा, और केंद्र से बहुत कम दूरी के भीतर रहा। पानी बहुत तेज़ था और उसमें इतना मोमेंटम (momentum) था कि उसे आसपास की चट्टान के बदलते बलों से आसानी से विचलित नहीं किया जा सका। इसके विपरीत, गाढ़ा, ज़ैंथन गम वाला तरल बहुत अलग व्यवहार करता है। जैसे-जैसे वह ऊपर उठा, उसकी गति धीमी हो गई, जिससे आसपास के जिलेटिन को उसके मार्ग को प्रभावित करने का समय मिल गया। सीधा ऊपर जाने के बजाय, गाढ़ा तरल एक महत्वपूर्ण गहराई पर मुड़ने और विचलित होने लगा, और घाटी की खड़ी दीवारों की ओर झुक गया। वह अंततः घाटी के केंद्र के बजाय घाटी की दीवार के किनारे से बाहर निकला, और फॉल्ट स्कार्प (fault scarp) से फूट पड़ा। तरल की श्यानता ने ही यह निर्धारित किया कि मैग्मा घाटी के आकार को अनदेखा करेगा या उसके खिंचाव का अनुसरण करेगा।
शोधकर्ताओं ने यह भी पता लगाया कि क्या होता है जब क्रस्ट एक एकल चट्टान का ब्लॉक नहीं होता, बल्कि अलग-अलग ताकत वाली विभिन्न परतों से बना होता है। कुछ प्रयोगों में, उन्होंने जिलेटिन की निचली परत और ऊपरी परत के बीच एक कमजोर सीमा बनाई। जब मैग्मा इस कमजोर बिंदु से टकराया, तो उसने ऊपर जाने की कोशिश छोड़ दी और इसके बजाय बगल की ओर फैल गया, जिससे एक सपाट, पैनकेक जैसी संरचना बनी जिसे 'सिल' (sill) कहा जाता है। यदि इंजेक्शन जारी रहता, तो यह सपाट शीट मोटी होकर ऊपर की ओर गुंबद जैसी बन जाती, जिससे मशरूम के आकार की संरचना बनती जिसे 'लैकोलिथ' (laccolith) कहा जाता है। दिलचस्प बात यह है कि ऊपर मौजूद घाटी ने इस प्रक्रिया को प्रभावित किया; घाटी द्वारा निर्मित स्ट्रेस फील्ड ने सिल को डिप्रेशन के ठीक नीचे लैकोलिथ के रूप में विकसित होने के लिए प्रोत्साहित किया, जिससे घाटी का फर्श ऊपर उठ गया। हालांकि, जब परतों के बीच की सीमा मजबूत थी, तो मैग्मा इस इंटरफ़ेस को भेदने में सक्षम रहा और परतों की परवाह किए बिना अपनी यात्रा जारी रखी।
अंत में, टीम ने जांच की कि क्या होता है जब मैग्मा की दो धाराएं एक ही समय में ऊपर उठती हैं, जो कि ज्वालामुखीय क्षेत्रों में एक सामान्य परिदृश्य है जहाँ कई दरारें एक साथ खुलती हैं। उन्होंने पाया कि उठने वाले दो स्तंभ एक-दूसरे को अनदेखा नहीं करते हैं। जैसे-जैसे वे ऊपर की ओर बढ़ते हैं, वे एक-दूसरे के बीच दबाव के अपने क्षेत्र बनाते हैं। एक विशिष्ट मामले में, एक इंजेक्शन से फैलते हुए तरल की उपस्थिति के कारण, दूसरे पास के इंजेक्शन ने अपने पड़ोसी के तनाव से बाहर की ओर धकेले जाने के कारण रास्ता बदल लिया। इस अंतःक्रिया ने दिखाया कि एक एकल डाइक का मार्ग केवल उसके ऊपर की चट्टान के बारे में नहीं है, बल्कि पास के अन्य अंतःक्षेपणों (intrusions) की उपस्थिति के बारे में भी है। अध्ययन यह सुझाव देता है कि ज्वालामुखी कहाँ फटेगा, इसका पूर्वानुमान लगाने के लिए तीन चीजों की सटीक समझ आवश्यक है: भूमि का आकार, क्रस्ट की यांत्रिक परतें, और मैग्मा की मोटाई। इन तीनों को जाने बिना, वेंट (vent) के सटीक स्थान की भविष्यवाणी करना एक कठिन पहेली बना हुआ है, लेकिन ये प्रयोग एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करते हैं कि कैसे ये बल जमीन के नीचे प्रतिस्पर्धा और सहयोग करते हैं।
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