First-Principles Calculation of FE1-X SX Liquid Alloys at Conditions of Earth’s Outer Core
यह अध्ययन पृथ्वी के बाहरी कोर की स्थितियों के तहत तरल Fe-S मिश्र धातुओं के संरचनात्मक, गतिक और ऊष्मागतिक गुणों को चरित्रित करने के लिए प्रथम-सिद्धांतों (first-principles) की गणनाओं का उपयोग करता है, जिससे यह स्पष्ट होता है कि हालांकि 10.2 और 11.4 wt% के बीच सल्फर की सांद्रता कोर के घनत्व की व्याख्या कर सकती है, लेकिन वे इसकी ध्वनि गति (sound velocity) की व्याख्या करने में विफल रहती हैं, जिससे यह संकेत मिलता है कि सल्फर अकेले ही एकमात्र उपस्थित हल्का तत्व नहीं हो सकता है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
हमारे पैरों के नीचे, सीधे दृश्य से छिपा हुआ, धातु का एक उबलता हुआ महासागर है जो पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र को संचालित करता है और ग्रह की आंतरिक ऊष्मा को आकार देता है। यह बाहरी कोर (outer core) है, तरल लोहे की एक परत जो ठोस आंतरिक कोर की सीमा से लेकर ऊपर स्थित मेंटल (mantle) तक फैली हुई है। हालाँकि हम इस क्षेत्र में ड्रिल नहीं कर सकते, लेकिन भूकंप विज्ञानी (seismologists) पृथ्वी के कंपन को इसके माध्यम से यात्रा करते हुए सुन सकते हैं, ठीक वैसे ही जैसे एक डॉक्टर शरीर के अंदर देखने के लिए ध्वनि तरंगों का उपयोग करता है। ये माप प्रकट करते हैं कि तरल कोर शुद्ध लोहे की तुलना में कम घना है जैसा कि उन अत्यधिक दबाव वाले गहराइयों में होना चाहिए, जिससे संकेत मिलता है कि यह हल्के तत्वों के साथ मिश्रित है। दशकों से, वैज्ञानिक इस बात पर बहस कर रहे हैं कि इनमें से कौन सा हल्का तत्व—शायद ऑक्सीजन, सिलिकॉन या सल्फर—इस ब्रह्मांडीय सूप का प्राथमिक घटक है। सटीक नुस्खे को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि कोर के माध्यम से घनत्व और ध्वनि की गति हमें बताती है कि पृथ्वी अपना चुंबकीय कवच कैसे उत्पन्न करती है और अरबों वर्षों में यह कैसे ठंडी हुई है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस पहेली को सुलझाने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन की ओर रुख किया है, जिसमें विशेष रूप से सल्फर (गंधक) पर ध्यान केंद्रित किया गया है। भौतिकी के मौलिक नियमों से परमाणुओं के व्यवहार की गणना करने वाली एक विधि का उपयोग करते हुए, उन्होंने बाहरी कोर में पाए जाने वाले अत्यधिक दबाव और तापमान की स्थितियों के तहत सल्फर की विभिन्न मात्रा के साथ मिश्रित तरल लोहे का मॉडल तैयार किया। ऐसे भौतिक प्रयोगों पर निर्भर रहने के बजाय जो इतनी गहराइयों पर करना अविश्वत रूप से कठिन है, उन्होंने एक आभासी प्रयोगशाला बनाई जहाँ वे देख सकते थे कि लोहा और सल्फर परमाणु कैसे चलते हैं, आपस में जुड़ते हैं और परस्पर क्रिया करते हैं। उन्होंने शुद्ध लोहे से लेकर वजन के अनुसार लगभग पंद्रह प्रतिशत सल्फर तक के मिश्रणों का परीक्षण किया, और यह देखा कि इन परिवर्तनों ने सामग्री के गुणों को कैसे प्रभावित किया।
सिमुलेशन से पता चला कि जैसे-जैसे तरल लोहे में सल्फर मिलाया जाता है, परमाणु खुद को पुनर्गठित करते हैं। सल्फर के परमाणु, छोटे और हल्के होने के कारण, लोहे के साथ अधिक कड़े बंधन बनाते हैं, जिससे परमाणुओं के बीच की औसत दूरी कम हो जाती है। इस संरचनात्मक बदलाव का सामग्री के गुणों पर स्पष्ट प्रभाव पड़ता है: मिश्रण का घनत्व गिर जाता है, जबकि इसके माध्यम से ध्वनि की गति बढ़ जाती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि इन गुणों को बदलने में सल्फर की मात्रा की तुलना में दबाव बहुत बड़ी भूमिका निभाता है, लेकिन सल्फर की मात्रा फिर भी एक विशिष्ट छाप छोड़ती है। अपने सिम्युलेटेड परिणामों की वास्तविक दुनिया के भूकंपीय डेटा के साथ तुलना करके, वे पृथ्वी के कोर में मौजूद सल्फर की संभावित मात्रा को सीमित करने में सक्षम हुए।
अध्ययन सुझाव देता है कि यदि सल्फर इस कोर में मिश्रित एकमात्र हल्का तत्व होता, तो इसे घनत्व के प्रेक्षित मान से मेल खाने के लिए वजन के अनुसार लगभग दस से ग्यारह प्रतिशत के बीच होना चाहिए। यह विशिष्ट सांद्रता (concentration) कोर के भारी होने के भूकंपीय मापों के अनुकूल है। हालाँकि, एक महत्वपूर्ण समस्या तब आती है जब शोधकर्ता ध्वनि की गति को देखते हैं। सल्फर की इसी सांद्रता पर, सिम्युलेटेड ध्वनि तरंगें पृथ्वी में वास्तव में मापी गई गति की तुलना में बहुत तेज़ चलती हैं। मॉडल संकेत देते हैं कि ध्वनि की गति से मेल खाने के लिए, कोर में बहुत कम सल्फर होना चाहिए, शायद नौ प्रतिशत से भी कम, लेकिन उस मात्रा से घनत्व को समझाने में विफलता मिलेगी।
घनत्व और ध्वनि की गति के बीच यह बेमेल (mismatch) एक स्पष्ट निष्कर्ष की ओर ले जाता है: सल्फर अकेले पृथ्वी के बाहरी कोर की संरचना की व्याख्या नहीं कर सकता। डेटा संकेत देता है कि सल्फर के साथ एक अन्य, अदृश्य हल्का तत्व मौजूद होना चाहिए जो समीकरणों को संतुलित कर सके। शोधकर्ताओं का कार्य एक सटीक, स्व-सुसंगत संदर्भ प्रदान करता है कि अत्यधिक स्थितियों में लोहा और सल्फर एक साथ कैसे व्यवहार करते हैं, जो भविष्य के अध्ययनों के लिए एक ठोस आधार के रूप में कार्य करता है जिन्हें संभवतः पृथ्वी के छिपे हुए हृदय के रहस्य को पूरी तरह से सुलझाने के लिए तीसरे या चौथे तत्व को शामिल करने की आवश्यकता होगी। उनके निष्कर्ष पुष्टि करते हैं कि हालांकि सल्फर एक संभावित उम्मीदवार है, हमारे ग्रह के कोर का वास्तविक नुस्खा एक साधारण दो-सामग्री वाले मिश्रण से कहीं अधिक जटिल है।
अपने क्षेत्र के पेपरों की भीड़ में उलझे हुए हैं?
आपके रिसर्च कीवर्ड से मेल खाने वाले सबसे नए और अलग सोच वाले पेपरों का रोज़ाना Digest पाएँ—तकनीकी सारांश के साथ, आपकी भाषा में।