Facilitation or Inhibition: the role of volcanic ash in lacustrine organic matter production
यह अध्ययन प्रकट करता है कि जिमसार सग (Jimsar Sag) के लुओगाओउ फॉर्मेशन (Lucaogou Formation) में ज्वालामुखीय राख झील संबंधी कार्बनिक पदार्थ के उत्पादन पर एक सीमा-निर्भर प्रभाव डालती है, जहाँ मध्यम राख सामग्री (20-40%) पोषक तत्वों के विमोचन के माध्यम से उत्पादकता को बढ़ाती है, जबकि कम (<20%) और उच्च (>40%) सामग्री के प्रभाव क्रमशः नगण्य या निरोधात्मक होते हैं।
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पृथ्वी की सतह के बहुत नीचे, ज्वालामुखी पृथ्वी के आंतरिक भाग और इसकी सतह के बीच सामग्री और ऊर्जा को स्थानांतरित करने वाले शक्तिशाली इंजनों के रूप में कार्य करते हैं। जब वे फटते हैं, तो वे केवल लावा ही नहीं उगलते; वे गैसें और राख भी छोड़ते हैं जो हवा में तैरती है और झीलों और महासागरों में जम जाती है। यह प्रक्रिया पृथ्वी द्वारा कार्बन और पोषक तत्वों को पुनर्चक्रित (recycle) करने का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। वैज्ञानिक लंबे समय से इस बात पर बहस कर रहे हैं कि जब यह ज्वालामुखीय राख किसी जल निकाय में गिरती है तो क्या होता है। एक पक्ष का तर्क है कि राख एक उर्वरक (fertilizer) की तरह काम करती है, जो आवश्यक पोषक तत्वों की भरमार कर देती है जिससे सूक्ष्म जीवन पनपता है और भारी मात्रा में जैविक पदार्थ (organic matter) का निर्माण होता है। दूसरा पक्ष तर्क देता है कि राख विषाक्त और अंधा कर देने वाली होती है, जो जीवन का दम घोंट देती है और उत्पादन को रोक देती है। यह समझना कि इनमें से कौन सी शक्ति जीतती है, न केवल अकादमिक जिज्ञासा का विषय है; यह भूवैज्ञानिकों को यह समझने में भी मदद करता है कि दुनिया के तेल और गैस भंडार कहाँ छिपे हो सकते हैं, क्योंकि ये ईंधन उसी जैविक पदार्थ के प्राचीन अवशेष हैं।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने उत्तर-पश्चिमी चीन के जुंगगर बेसिन (Junggar Basin) में एक विशिष्ट भूवैज्ञानिक इतिहास के टुकड़े को देखकर इस पहेली को सुलझाने का प्रयास किया। उन्होंने लुकाओगू फॉर्मेशन (Lucaogou Formation) नामक एक चट्टानी परत पर ध्यान केंद्रित किया, जो लाखों साल पहले एक प्राचीन झील में जमा हुई थी। यह स्थान एक आदर्श प्राकृतिक प्रयोगशाला है क्योंकि वहां की चट्टानों की परतें निरंतर हैं और उनमें ज्वालामुखीय राख की मात्रा बहुत कम से लेकर बहुत अधिक तक भिन्न होती है। टीम ने पृथ्वी में ड्रिल करके कोर नमूने (core samples) प्राप्त किए, जो बेलनाकार चट्टानें हैं जो झील के इतिहास को अपनी परतों में संरक्षित रखती हैं। इन नमूनों का विश्लेषण करके, वे देख सके कि वहां किस प्रकार का जीवन रहता था और राख के पानी में गिरने के आधार पर उस समय झील कितनी उत्पादक थी।
शोधकर्ताओं ने सबसे पहले चट्टानों में फंसे जैविक पदार्थ के स्रोत की पहचान की। जीवन के विभिन्न प्रकारों के लिए 'फिंगरप्रिंट' के रूप में कार्य करने वाले रासायनिक संकेतों (chemical markers) का उपयोग करते हुए, उन्होंने पाया कि जैविक सामग्री कई स्रोतों से आई थी: पानी में रहने वाले शैवाल (algae) और बैक्टीरिया, साथ ही जमीन से आए कुछ पौधे। हालांकि, प्रमुख योगदानकर्ता जल में रहने वाले जीव थे। उन्होंने यह भी पता लगाया कि प्राचीन झील ऐसी स्थिति में थी जहाँ ऑक्सीजन की कमी थी, एक ऐसी स्थिति जो जैविक पदार्थ को संरक्षित करने में मदद करती है। यह समझने के लिए कि झील कितनी उत्पादक थी, टीम को सही रासायनिक उपकरणों को चुनना था। उन्होंने कई संकेतकों का परीक्षण किया, लेकिन पाया कि कुछ भ्रामक थे क्योंकि प्राचीन झील का वातावरण रासायनिक रूप से जटिल था। उन्होंने निर्धारित किया कि चट्टान में तांबे (copper) और टाइटेनियम (titanium) का अनुपात जीवन की प्रचुरता को मापने का सबसे विश्वसनीय तरीका था, क्योंकि इन कम-ऑक्सीजन स्थितियों में तांबा जैविक सामग्री से चिपक जाता है।
सबसे चौंकाने वाली खोज तब सामने आई जब टीम ने देखा कि ज्वालामुखीय राख की मात्रा ने झील में जीवन की कहानी को कैसे बदल दिया। उन्होंने पाया कि यह संबंध कोई सरल "अधिक राख = अधिक जीवन" या "अधिक राख = कम जीवन" वाला नहीं था। इसके बजाय, इसका प्रभाव पूरी तरह से राख की सांद्रता (concentration) पर निर्भर था। जब ज्वालामुखीय राख की मात्रा कम थी, यानी चट्टान का 20 प्रतिशत से कम हिस्सा बनाती थी, तो इसका झील में जीवन की मात्रा पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ा। शोधकर्ताओं का सुझाव है कि इन निम्न स्तरों पर, राख अपने निपटान (settle) के समय तक अपना अधिकांश पोषक मूल्य खो चुकी थी, इसलिए इसने जीवों की न तो मदद की और न ही उन्हें नुकसान पहुँचाया।
कहानी तब बदल गई जब ज्वालामुखीय राख की मात्रा मध्यम स्तर पर पहुँच गई, जो 20 से 40 प्रतिशत के बीच थी। इस सीमा में, राख एक शक्तिशाली बूस्टर के रूप में कार्य करती है। जैसे-जैसे राख की मात्रा बढ़ी, झील अविश्वसनीय रूप से उत्पादक हो गई। राख ने नाइट्रोजन और फास्फोरस जैसे पोषक तत्वों की बाढ़ ला दी, जिससे बैक्टीरिया और शैवाल तेजी से बढ़ने लगे। शोधकर्ताओं ने देखा कि जीवन के विभिन्न प्रकार इस उछाल पर अलग-अलग प्रतिक्रिया देते हैं। सायनोबैक्टीरिया (Cyanobacteria), जो एक प्रकार का प्राचीन बैक्टीरिया है, इस मध्यम सीमा के निचले स्तर पर राख के स्तर के बढ़ने पर सबसे पहले फला-फूला। जैसे-जैसे राख की मात्रा इस 20 से 40 प्रतिशत के दायरे में ऊपर बढ़ी, हरे शैवाल (green algae) और अन्य बैक्टीरिया ने कब्जा कर लिया, और 35 से 40 प्रतिशत के बीच राख की मात्रा होने पर उनकी प्रचुरता अपने चरम पर पहुँच गई। यह वह 'स्वीट स्पॉट' (sweet spot) है जहाँ ज्वालामुखीय राख ने उन समृद्ध जैविक परतों को बनाने में मदद की जो अंततः तेल बन सकती थीं।
हालाँकि, ज्वालामुखीय राख के लाभों की एक सख्त सीमा है। जब राख की मात्रा 40 प्रतिशत से अधिक हो गई, तो स्थिति पूरी तरह से उलट गई। झील एक प्रतिकूल वातावरण बन गई। राख की भारी मात्रा ने सीसा (lead) और पारा (mercury) जैसे विषाक्त पदार्थों के उच्च स्तर को पेश किया, जिसने पानी को जहरीला बना दिया। इसके अलावा, राख के कणों के मोटे बादल ने पानी को इतना धुंधला कर दिया कि सूरज की रोशनी अंदर नहीं जा सकी, जिससे पौधों और शैवाल को प्रकाश संश्लेषण (photosynthesis) करने में बाधा आई। इसके परिणामस्वरूप जलीय जीवन का बड़े पैमाने पर विनाश हुआ। रासायनिक संकेतों ने सभी जीवों की प्रचुरता में तेजी से गिरावट दिखाई, और नए जैविक पदार्थ का उत्पादन रुक गया।
इन रासायनिक सुरागों को जोड़कर, शोधकर्ताओं ने झील में जीवन को प्रभावित करने वाले ज्वालामुखीय राख के तीन अलग-अलग चरणों का मानचित्र तैयार किया। निम्न स्तर पर, राख प्रभाव डालने के लिए बहुत कमजोर है। मध्यम स्तर पर, यह एक पोषक तत्वों से भरपूर उत्प्रेरक (catalyst) के रूप में कार्य करती है जो जीवन के विस्फोट को बढ़ावा देती है। लेकिन उच्च स्तर पर, यह एक विनाशकारी शक्ति बन जाती है जो पारिस्थितिकी तंत्र को नष्ट कर देती है। यह सूक्ष्म समझ यह समझाने में मदद करती है कि क्यों कुछ प्राचीन झील के तल तेल से समृद्ध हैं जबकि अन्य नहीं। यह सुझाव देता है कि तेल निर्माण के लिए सबसे उत्पादक समय वह नहीं था जब ज्वालामुखी शांत थे, और न ही वह जब वे लगातार फट रहे थे, बल्कि मध्यम ज्वालामुखीय गतिविधि के दौरान था, जिसने झील को प्रभावित किए बिना उसे उपजाऊ बनाया। यह खोज दुनिया भर में ज्वालामुखीय राख से समृद्ध क्षेत्रों में अगले बड़े तेल भंडारों को खोजने के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करती है।
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