Volcanic-affinity compositional shifts obscure chemical weathering signals in black shales
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि ज्वालामुखीय-संबद्ध संरचनात्मक मिश्रण ब्लैक शेल्स (black shales) में भ्रामक रासायनिक अपक्षय संकेत उत्पन्न कर सकता है, जिसके लिए स्रोत-चट्टान की संरचना के आर्टिफैक्ट्स से वास्तविक पुरा-अपक्षय परिवर्तनों को अलग करने हेतु एक नए संयुक्त एक्सपोज़र-डिपार्चर ढांचे की आवश्यकता है।
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गहन समय (Deep time) पृथ्वी की पपड़ी के पत्थर में लिखी एक विशाल, शांत पुरालेख है। लाखों साल पहले के जलवायु को पढ़ने के लिए, भूविज्ञानी अक्सर ब्लैक शेल (black shales) की ओर मुड़ते हैं, जो एक प्रकार की गहरे रंग की, महीन कणों वाली चट्टान होती है जो शांत, ऑक्सीजन की कमी वाले पानी में बनती है। ये चट्टानें विशेष रूप से मूल्यवान हैं क्योंकि ये उस भूमि का एक रासायनिक रिकॉर्ड संचित करती हैं जो इनमें क्षरित (erode) होकर आई थी। जब बारिश चट्टानों पर गिरती है, तो यह उन्हें रासायनिक अपक्षय (chemical weathering) नामक एक प्रक्रिया के माध्यम से तोड़ देती है, जिससे सोडियम और कैल्शियम जैसे कुछ तत्व बह जाते हैं जबकि एल्युमीनियम जैसे अन्य तत्व पीछे रह जाते हैं। वैज्ञानिकों ने इस बात को मापने के लिए गणितीय उपकरण विकसित किए हैं कि यह तत्वों के बह जाने की प्रक्रिया कितनी हुई है, जिसमें वे तत्वों के शेष संतुलन का उपयोग करके यह अनुमान लगाते हैं कि प्राचीन जलवायु कितनी गीली या शुष्क थी। यदि चट्टान यह दर्शाती है कि आसानी से घुलने वाले अधिकांश तत्व गायब हो गए हैं, तो यह एक गर्म, नम जलवायु का संकेत देता है जिसने चट्टान को पूरी तरह से तोड़ दिया था। यदि वे तत्व मौजूद रहते हैं, तो यह एक शुष्क या ठंडे अतीत का सुझाव देता है। यह विधि यह समझने के लिए एक आधार बन गई है कि युगों के दौरान पृथ्वी के वायुमंडल और कार्बन चक्र में कैसे परिवर्तन हुए हैं।
हालाँकि, एक नया अध्ययन बताता है कि इस रासायनिक रिकॉर्ड को एक अलग प्रकार की भूगर्भीय घटना द्वारा आसानी से भ्रमित किया जा सकता है: ताज़ा ज्वालामुखीय सामग्री का आगमन। बीजिंग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने वैज्ञानिक साहित्य से एकत्र किए गए ब्लैक शेल के 1,546 नमूनों का विश्लेषण किया ताकि यह देखा जा सके कि क्या ज्वालामुखीय मलबे की उपस्थिति एक शुष्क जलवायु के रासायनिक संकेत की नकल कर सकती है। उन्होंने पाया कि जब फेल्डस्पार जैसे खनिजों से भरपूर ताज़ा ज्वालामुखीय चट्टान, तलछट (sediment) में मिश्रित होती है, तो यह उन तत्वों से मिश्रण को भर देती है जो आमतौर पर अपक्षय के दौरान गायब हो जाते हैं। यह प्रवाह चट्टान को रासायनिक रूप से "ताज़ा" दिखाता है, जैसे कि वह कभी अपक्षयित ही न हुई हो, भले ही प्राचीन जलवायु वास्तव में बहुत नम रही हो। अध्ययन से पता चलता है कि यह ज्वालामुखीय प्रभाव वास्तविक अपक्षय संकेत को पूरी तरह से धुंधला कर सकता है, जिससे वैज्ञानिक प्राचीन वातावरण की गलत व्याख्या कर सकते हैं।
टीम ने तत्वों के एक विशिष्ट समूह पर ध्यान केंद्रित किया—एल्युमीनियम, कैल्शियम, सोडियम और पोटेशियम—जो इन अपक्षय गणनाओं के केंद्र में हैं। उन्होंने नमूनों को इस आधार पर रैंक करने के लिए एक सांख्यिकीय मॉडल बनाया कि वे ज्वालामुखीय सामग्री के कितने समान हैं बनाम सामान्य अपक्षित चट्टान के। जैसे-जैसे वे उन नमूनों से आगे बढ़े जो साधारण अपक्षित चट्टान के सबसे अधिक समान थे से लेकर उन तक पहुँचे जो ताज़ा ज्वालामुखीय मलबे के सबसे अधिक समान थे, उन्होंने अपक्षय स्कोर में बदलाव देखा। परिणाम चौंकाने वाले थे। जैसे-जैसे ज्वालामुखीय प्रभाव बढ़ता गया, अपक्षय की तीव्रता को मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले मानक स्कोर तेजी से गिर गए। दूसरे शब्दों में, जितना अधिक ज्वालामुखीय पदार्थ मौजूद था, जलवायु उतनी ही शुष्क दिखाई देती थी, चाहे वास्तविक मौसम जैसा भी रहा हो। ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि ताज़ा ज्वालामुखीय खनिजों ने उन्हीं तत्वों को वापस जोड़ दिया जिन्हें बारिश आमतौर पर बहा देती है, जिससे रासायनिक घड़ी फिर से सेट हो गई।
शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि विभिन्न अपक्षय सूत्र (formulas) इस मिश्रण के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करते हैं। उन्होंने पाया कि तीन सामान्य सूत्र पूर्ण तालमेल में चलते हैं, जो ज्वालामुखीय सामग्री बढ़ने के साथ कमजोर अपक्षय का सुझाव देने के लिए नीचे गिरते हैं। चौथा सूत्र अलग व्यवहार करता है, जो थोड़ा ऊपर उठता है, जो इस अपेक्षा के अनुरूप है कि ताज़ा चट्टानें कुछ तत्वों को थामे रखती हैं। यह तथ्य कि तीन मुख्य सूत्रों के बीच यह पूर्ण सहमति थी, पहले की धारणा के विपरीत कि यह एक मजबूत अपक्षय संकेत का संकेत था; इसके बजाय, अध्ययन ने दिखाया कि यह सहमति एक भ्रम थी जो इन सूत्रों के साझा निर्माण के तरीके से पैदा हुई थी। वे सभी एक ही मुट्ठी भर तत्वों पर निर्भर करते हैं, इसलिए जब ज्वालामुखीय सामग्री उन तत्वों को बदल देती है, तो सभी सूत्र एक साथ बदलते हैं, जिससे एक झूठी सहमति बनती है।
इसे समझने के लिए, लेखकों ने दो चीजों को अलग किया जिन्हें अक्सर भ्रमित किया जाता है: एक चट्टान में ज्वालामुखीय सामग्री की मात्रा और अपक्षय द्वारा किए गए वास्तविक रासायनिक परिवर्तन। उन्होंने पाया कि एक चट्टान ज्वालामुखीय मलबे से भरी हो सकती है लेकिन फिर भी एक रासायनिक संकेत दिखा सकती है जो सामान्य दिखता है, या इसमें बहुत कम ज्वालामुखीय सामग्री हो सकती है लेकिन यह एक बड़ा रासायनिक बदलाव दिखा सकती है। इसका मतलब है कि केवल एक कम अपक्षय स्कोर देखना अपने आप में शुष्क जलवायु का प्रमाण नहीं है, न ही एक उच्च स्कोर गीलेपन की गारंटी देता है। ज्वालामुखीय सामग्री की उपस्थिति एक अलग कारक है जिसे अपक्षय की कहानी बताने से पहले पहचाना जाना चाहिए। अध्ययन ने पहचान की कि उनके द्वारा देखे गए नमूनों में से लगभग 82 प्रतिशत अभी भी मानक अपक्षय मॉडल में फिट बैठते हैं, लेकिन लगभग 18 प्रतिशत में महत्वपूर्ण विचलन थे जिन्हें केवल जलवायु द्वारा समझाया नहीं जा सकता था।
टीम केवल संख्याओं तक ही सीमित नहीं रही; वे यह देखने के लिए कि वास्तव में जमीन में क्या हो रहा है, उत्तर-पश्चिमी चीन में एक विशिष्ट चट्टान संरचना तक पहुँचे। शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी और रासायनिक स्कैनर का उपयोग करके, उन्होंने ब्लैक शेल के पतले स्लाइसों का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि चट्टानों में फेल्डस्पार और अन्य खनिजों की महत्वपूर्ण मात्रा है जो ताज़ा ज्वालामुखीय स्रोतों से आते हैं। ये खनिज भौतिक रूप से चट्टान में मौजूद थे, जिससे पुष्टि हुई कि डेटा में देखे गए रासायनिक बदलाव वास्तव में तलछट में मिश्रित वास्तविक, मूर्त ज्वालामुखीय मलबे के कारण थे। इस भौतिक साक्ष्य ने उनके मॉडल का समर्थन किया, यह दिखाते हुए कि "ताज़ा" रासायनिक संकेत वास्तव में उन ज्वालामुखीय चट्टानों से आ रहा था जो बारिश द्वारा अपक्षयित नहीं हुई थीं।
अंत में, शोधकर्ताओं ने अन्य वैज्ञानिकों को इस जाल से बचने में मदद करने के लिए एक व्यावहारिक उपकरण विकसित किया। उन्होंने एक ऐसी प्रणाली बनाई जो नियमित रासायनिक डेटा का उपयोग करती है, जो अधिकांश चट्टान नमूनों के लिए पहले से ही उपलब्ध है, यह अनुमान लगाने के लिए कि कितनी ज्वालामुखीय प्रभाव मौजूद हो सकती है। यह उपकरण उन नमूनों को चिह्नित कर सकता है जो भ्रामक होने की संभावना रखते हैं, जिससे शोधकर्ताओं को प्राचीन जलवायु के बारे में निष्कर्ष निकालने से पहले राख की परतों या विशिष्ट खनिजों जैसे स्वतंत्र साक्ष्य खोजने के लिए रुकने का निर्देश मिलता है। यह अध्ययन यह नहीं कहता कि अपक्षय संकेत बेकार हैं, बल्कि यह जोर देता है कि उन्हें पहले ज्वालामुखीय संदूषण की संभावना के विरुद्ध जांचा जाना चाहिए। रासायनिक फिंगरप्रिंट (wet climate) और ताज़ा ज्वालामुखीय चट्टान के रासायनिक फिंगरप्रिंट के बीच अंतर करके, यह अध्ययन पृथ्वी के गहन-समय के इतिहास को पढ़ने का एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है।
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