Anticyclonic Eddies in the northeastern Japan/East Sea: simulation, observation and formation mechanisms

महासागर एक समान, सपाट जल की चादर नहीं है; यह एक उथल-पुथल भरी, परतों वाली तरल संरचना है जहाँ विशाल धाराएँ घूमते हुए जल के ऐसे जेबों के साथ बहती हैं जो विशाल, धीमी गति वाले भंवरों की तरह घूमते हैं। ये घूमते हुए जेब, जिन्हें एडीज़ (eddies) कहा जाता है, सैकड़ों किलोमीटर चौड़े हो सकते हैं और महीनों तक बने रह सकते हैं, जो विशाल दूरियों तक गर्मी, नमक और पोषक तत्वों को ले जाते हैं। जापान/ईस्ट सी में, जो रूस, कोरिया और जापान से घिरा एक अर्ध-बंद जल निकाय है, महासागर को दो अलग-अलग दुनियाओं में विभाजित किया गया है: एक गर्म, नमकीन दक्षिणी क्षेत्र और एक ठंडा, ताज़ा उत्तरी क्षेत्र, जो सबपोलर फ्रंट (Subpolar Front) नामक एक परिवर्तनशील सीमा द्वारा अलग किया गया है। जबकि वैज्ञानिकों ने लंबे समय से गर्म दक्षिण और ठंडे उत्तर-पश्चिम में एडीज़ का अध्ययन किया है, जापान के होक्काइडो द्वीप के पश्चिम में एक विशिष्ट क्षेत्र रहस्य बना हुआ था। यह क्षेत्र एक गतिशील संगम है जहाँ गर्म धाराएँ जटिल अंतर्जलीय पहाड़ों और तीखे तटों से टकराती हैं, जिससे समुद्री उथल-पुथल के लिए एक आदर्श स्थिति पैदा होती है, फिर भी इसे कभी व्यवस्थित रूप से मैप या समझा नहीं गया था।

रूसी विज्ञान अकादमी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस कमी को पूरा किया है, और उन्होंने होक्काइडो के पश्चिम के जल की ओर ध्यान केंद्रित किया ताकि यह पता लगाया जा सके कि ये घूमते हुए एडीज़ कैसे जन्म लेते हैं, वे कैसे चलते हैं, और उन्हें क्या शक्ति प्रदान करता है। उच्च-रिज़ॉल्यूशन कंप्यूटर सिमुलेशन को दशकों के वास्तविक माप के साथ जोड़कर, उन्होंने खोजा कि यह क्षेत्र दक्षिणावर्त (clockwise-spinning/anticyclonic) और वामावर्त (counter-clockwise-spinning/cyclonic) दोनों प्रकार के एडीज़ के लिए एक नियमित कारखाना है। अध्ययन विशेष रूप से 2015 की गर्मियों में बने एक दक्षिणावर्त एडी पर गहराई से केंद्रित है, जो इसके पहले प्रकट होने से लेकर इसके अंततः गायब होने तक के पूरे जीवन चक्र को ट्रैक करता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह एडी कोई यादृच्छिक दुर्घटना नहीं थी, बल्कि एक विशिष्ट भौतिक अस्थिरता का परिणाम थी, जो तब उत्पन्न हुई जब एक गर्म धारा तेज हुई और द्वीप के ऊबड़-खाबड़ तट के चारों ओर मुड़ी।

इस घटना को समझने के लिए, वैज्ञानिकों ने इस क्षेत्र के महासागर का एक विस्तृत 'डिजिटल ट्विन' बनाया। उन्होंने ROMS नामक एक कंप्यूटर मॉडल का उपयोग किया, जो समुद्र को केवल दो किलोमीटर चौड़े छोटे-छोटे वर्गों के ग्रिड में विभाजित करता है और गहराई को पकड़ने के लिए इसे लंबवत परतों में व्यवस्थित करता है। इस मॉडल को हवा, वायु तापमान और समुद्री धाराओं के वास्तविक डेटा के साथ फीड किया गया, जिसमें 2014 से 2016 के वर्षों का सिमुलेशन चलाया गया। यह सुनिश्चित करने के लिए कि कंप्यूटर मॉडल सच बोल रहा है, टीम ने अपने आउटपुट की तुलना दो अन्य स्रोतों से की: उपग्रह चित्र जो धाराओं को प्रकट करने के लिए समुद्र की सतह की ऊंचाई को ट्रैक करते हैं, और जहाजों द्वारा लिए गए दशकों पुराने अंतःसमुद्री तापमान और लवणता के माप। उन्होंने समुद्र में छोड़े गए तैरते हुए ड्रिफ्टर्स (drifters) के पथों को भी देखा, जो भौतिक ट्रेसर के रूप में कार्य करते हैं, जिससे यह पता चलता है कि पानी वास्तव में कहाँ चल रहा है। जब इन सभी विभिन्न विधियों को एक साथ रखा गया, तो उन्होंने एक ही कहानी सुनाई: एक विशाल, गर्म-पानी का एडी वास्तव में उस क्षेत्र में बन रहा था और घूम रहा था।

2015 के एडी का जीवन, जिसे शोधकर्ता AE2015 कहते हैं, जुलाई के अंत में शुरू हुआ। इसकी शुरुआत शाकोटन प्रायद्वीप के दक्षिण में लगभग 50 किलोमीटर चौड़े एक छोटे से भंवर के रूप में हुई। जैसे ही गर्म सुशिमा धारा (Tsushima Current) होक्काइडो के पश्चिमी तट के साथ बह रही थी, यह दो शाखाओं में विभाजित हो गई। एक शाखा तट के साथ चिपकी रही, जबकि दूसरी उत्तर-पश्चिम की ओर मुड़ गई, और इसी मोड़ पर एडी का जन्म हुआ। अगले कुछ महीनों में, एडी काफी बढ़ गया। सितंबर तक, यह सतह पर लगभग 100 किलोमीटर चौड़ा हो गया, और अक्टूबर तक, यह 200 किलोमीटर तक के परिपक्व आकार तक पहुँच गया। हालाँकि, यह विकास एकसमान नहीं था; जबकि एडी का ऊपरी हिस्सा चौड़ा होकर फैल गया, इसका कोर अपेक्षाकृत संकरा रहा, जो 200 मीटर और उससे अधिक की गहराई पर केवल लगभग 50 किलोमीटर चौड़ा था। एडी उत्तर-पश्चिम की ओर बढ़ा, रास्ते में छोटे भंवरों के साथ विलीन हुआ, और अंततः अक्टूबर के अंत में एक स्थिर भंवर से टकरा गया, जो एक अंतर्जलीय पर्वत (seamount) से जुड़ा हुआ था, जहाँ यह समाप्त हो गया।

अध्ययन की सबसे महत्वपूर्ण खोज वह इंजन है जिसने इस विकास को प्रेरित किया। वैज्ञानिक अक्सर यह समझाने के लिए कि एडी कैसे बनते हैं, विशिष्ट प्रकार की अस्थिरता की तलाश करते हैं। एक सामान्य प्रकार जल की परतों के बीच घनत्व के अंतर से संबंधित है, जबकि दूसरा जल की तीव्र गति और घूर्णन से संबंधित है। पानी के भौतिक गुणों, विशेष रूप से 'एर्टल पोटेंशियल वोर्टिसिटी' (Ertel's potential vitality) नामक मात्रा का विश्लेषण करके, शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया कि AE2015 के पीछे प्राथमिक बल 'इनर्शियल इंस्टेबिलिटी' (inertial instability) थी। यह तब होता है जब एक धारा इतनी तेजी से बहती है और इतनी तीव्रता से मुड़ती है कि पानी अपना संतुलन बनाए नहीं रख पाता, जिससे वह टूटकर एक भंवर में बदल जाता है। सिमुलेशन ने दिखाया कि जैसे ही गर्म धारा ओकुशिरी द्वीप और शाकोटन प्रायद्वीप के पास से गुजरी, दिशा के तीव्र परिवर्तन ने इस अस्थिरता को ट्रिगर करने के लिए आदर्श स्थितियाँ पैदा कीं। हालांकि एक अन्य प्रकार की अस्थिरता, जिसे 'सिमेट्रिक इंस्टेबिलिटी' (symmetric instability) कहा जाता है, मौजूद थी, लेकिन इसने केवल एक माध्यमिक भूमिका निभाई, जो एडी बनने के बाद उसे बढ़ाने वाले एक बूस्टर की तरह काम करती है, न कि उसे शुरू करने वाली चिंगारी के रूप में।

अध्ययन से यह भी पता चला कि यह एडी गतिविधि एक बार होने वाली घटना नहीं बल्कि इस क्षेत्र की एक आवर्ती विशेषता है। 1993 से 2025 तक के उपग्रह डेटा का विश्लेषण करके, टीम ने उन "हॉटस्पॉट्स" का मानचित्रण किया जहाँ ये एडी सबसे अधिक बार दिखाई देते हैं। उन्होंने पाया कि दक्षिणावर्त एडी लगातार मध्य जापान बेसिन और उत्तरी सीमा के साथ बनते हैं, जबकि वामावर्त एडी महाद्वीपीय ढलान और तट के साथ क्लस्टर बनाते हैं। अंतर्जलीय पहाड़ और तट की जटिल आकृति 'एंकर' के रूप में कार्य करती है, जो यह मार्गदर्शन करती है कि ये भंवर कहाँ बनेंगे और वे कितने समय तक टिकेंगे। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि 2015 का एडी एक नियमित पैटर्न का केवल एक उदाहरण था, जिसे 1974, 1980, 1981 और अन्य वर्षों में समान स्थानों पर दिखाई देने वाले समान एडीज़ के ऐतिहासिक डेटा द्वारा समर्थित किया गया था।

इन गतिकी को समझना केवल एक शैक्षणिक अभ्यास मात्र नहीं है; इसके उत्तर-पश्चिमी प्रशांत महासागर के समुद्री जीवन के लिए वास्तविक दुनिया के निहितार्थ हैं। एडीज़ गहरे समुद्र से सतह तक पोषक तत्वों को पंप करने के लिए जाने जाते हैं, जिससे प्लवक (plankton) और मछलियों के लिए समृद्ध आहार स्थल बनते हैं। यह मानचित्रण करके कि ये एडी कहाँ बनते हैं और वे कैसे चलते हैं, वैज्ञानिक बेहतर भविष्यवाणी कर सकते हैं कि समुद्र कहाँ सबसे अधिक उत्पादक होगा। यह अध्ययन पुष्टि करता है कि होक्काइडो के पश्चिम के जल एक महत्वपूर्ण, सक्रिय क्षेत्र हैं जहाँ समुद्र की ऊर्जा निरंतर गर्म धाराओं और भूमि के बीच की परस्पर क्रिया से पुनर्गठित हो रही है। शोधकर्ताओं ने केवल एक एकल एडी नहीं खोजा; उन्होंने समुद्र के एक पूरे क्षेत्र को नियंत्रित करने वाले मौलिक नियमों को उजागर किया, यह दिखाते हुए कि जो अराजक उथल-पुथल जैसा दिखता है, वह वास्तव में धारा के भौतिकी और समुद्र तल के आकार द्वारा संचालित एक अत्यधिक संगठित, दोहराव योग्य प्रक्रिया है।