जिरकोन, प्लेट टेक्टोनिक्स और जीवन का रहस्य - भौतिकी विश्व

हमारे पैरों के नीचे की ज़मीन ठोस और स्थिर दिखाई दे सकती है। लेकिन पृथ्वी के पूरे इतिहास में, हमारे ग्रह को ढकने वाली अपेक्षाकृत पतली परत को टेक्टोनिक ताकतों द्वारा बार-बार निचोड़ा, तोड़ा और नया रूप दिया गया है। प्लेट टेक्टोनिक्स महाद्वीपों को स्थानांतरित कर सकता है, पर्वत श्रृंखलाओं का निर्माण कर सकता है, और जब दबी हुई ऊर्जा अचानक जारी होती है तो भूकंप और ज्वालामुखी को ट्रिगर कर सकता है।

लेकिन जबकि टेक्टोनिक्स स्थानीय स्तर पर जीवन को अंधाधुंध रूप से नष्ट कर सकता है, यह पृथ्वी की सतह पर रहने योग्य स्थितियों को बनाए रखने के लिए भी महत्वपूर्ण है। ऐसा इसलिए है क्योंकि कार्बन-समृद्ध सामग्रियों को "सबडक्शन जोन" में पृथ्वी के आंतरिक भाग में वापस पुनर्चक्रित किया जाता है - ऐसे क्षेत्र जहां एक प्लेट दूसरे के नीचे दबा दी जाती है - एक ऐसी प्रक्रिया में जो कार्बन चक्र को विनियमित करने में मदद करती है। इस बीच, ज्वालामुखी गतिविधि के माध्यम से निकलने वाले जल वाष्प और गैसें पृथ्वी की जलवायु और वायुमंडलीय स्थितियों को स्थिर करने में मदद करती हैं।

हमें केवल शुक्र के हानिकारक वातावरण को देखने की जरूरत है - इसके घने कार्बन डाइऑक्साइड और सल्फ्यूरिक एसिड बादलों के साथ - यह देखने के लिए कि प्लेट टेक्टोनिक्स के बिना चट्टानी ग्रह पर क्या हो सकता है। इसीलिए कई भूवैज्ञानिकों ने यह मान लिया कि पृथ्वी के इतिहास के पहले अरब वर्षों के दौरान, जीवन के उद्भव के समय तक प्लेट टेक्टोनिक्स अस्तित्व में रहा होगा। प्लेट टेक्टोनिक्स, संक्षेप में, जीवन के लिए एक प्रमुख पूर्व-आवश्यकता मानी जाती थी।

परंतु नए निष्कर्ष एक अंतरराष्ट्रीय शोध दल द्वारा संकेत दिया गया है कि जीवन प्लेट टेक्टोनिक्स से पहले हो सकता है - और कुछ अंतर से जीवन पहले आ सकता है। यदि कार्य सही है, तो हमारे युवा ग्रह ने "स्थिर ढक्कन" के रूप में जाने जाने वाले टेक्टोनिक्स के एक अधिक प्राथमिक रूप के तहत, चल प्लेटों के बिना एक लंबी अवधि का अनुभव किया होगा। यदि इस तरह के एक सत्र की पुष्टि हो जाती है, तो यह हमारी समझ को बदल देगा कि जीवन कैसे उभरता है और जीवित रहता है - और संभावित रूप से हमारे ग्रह से परे जीवन की खोज में मदद मिलेगी।

जर्जर जमीन पर

प्लेट टेक्टोनिक्स की धारणा को आज व्यापक रूप से स्वीकार किया जा सकता है, लेकिन यह कई वर्षों से विवादास्पद थी। कहानी की शुरुआत 1912 में एक जर्मन वैज्ञानिक से हुई अल्फ्रेड वेगेनर "महाद्वीपीय बहाव" का विचार प्रस्तावित किया। उन्होंने सुझाव दिया कि आज के महाद्वीप कभी बहुत बड़े महाद्वीप का हिस्सा थे, लेकिन बाद में वे पृथ्वी की सतह पर अपनी वर्तमान स्थिति में आ गए। उनकी किताब में महाद्वीपों एवं महासागरों की उत्पत्तिवेगेनर ने प्रसिद्ध रूप से उल्लेख किया कि कैसे दक्षिण अमेरिका और अफ्रीका की तटरेखाएं एक आरा की तरह एक साथ फिट होती हैं और उन्होंने बताया कि कैसे दुनिया के पूरी तरह से अलग-अलग हिस्सों में समान जीवाश्म उगते हैं।

वेगेनर के विचार को शुरू में संदेह का सामना करना पड़ा, मुख्यतः क्योंकि शोधकर्ता अनिश्चित थे कि प्लेटों के हिलने का कारण क्या हो सकता है। इसका उत्तर 20वीं सदी के मध्य में सामने आना शुरू हुआ में निर्मित एक मानचित्र 1953 अमेरिकी भूविज्ञानी और मानचित्रकार द्वारा मैरी थर्पे पूरे अटलांटिक महासागर में फैली और महाद्वीपीय तटरेखाओं के समानांतर चलने वाली एक मध्य-महासागरीय कटक के अस्तित्व का पता चला। थर्पे ने तर्क दिया कि इसके केंद्र में एक विशाल घाटी है, जिससे संकेत मिलता है कि समुद्र तल का विस्तार हो रहा है।

समुद्र तल के प्रसार का एक पूर्ण सिद्धांत बाद में प्रस्तावित किया गया अमेरिकी भूविज्ञानी द्वारा 1962 में हैरी हेस. उन्होंने सुझाव दिया कि समुद्री पपड़ी लगातार मध्य महासागर की चोटियों पर बन रही है, जहां पृथ्वी के आंतरिक भाग से पिघला हुआ पदार्थ एक संवहन कोशिका के हिस्से के रूप में सतह तक पहुंचता है, इससे पहले कि यह नए समुद्र तल में जम जाए। इस ताज़ा परत को बाद में ऊपर उठने वाले मैग्मा द्वारा दोनों दिशाओं में क्षैतिज रूप से हिलाया जाता है।

इस बीच, जहां समुद्री प्लेटें महाद्वीपों की सीमा बनाती हैं, वहां समुद्री परत के पुराने हिस्से समुद्री खाइयों में कम घने महाद्वीपीय परत के नीचे धकेल दिए जाते हैं, और वापस पृथ्वी के आंतरिक भाग में पुनर्चक्रित हो जाते हैं। वास्तव में, प्लेट का डूबता हुआ सिरा भी खाई में गिरते समय प्लेट के बाकी हिस्से को पीछे खींचकर समुद्र तल के फैलाव में योगदान देता है।

[एम्बेडेड सामग्री]

समुद्र तल के फैलाव के साक्ष्य 1963 में ब्रिटिश भूवैज्ञानिकों के पास आये फ्रेडरिक वाइन और ड्रमंड मैथ्यूज हिंद महासागर में एक पर्वतमाला के पार यात्रा कर रहे एक अनुसंधान जहाज द्वारा लिए गए पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के माप को देखा। उन्होंने देखा कि मैदान एक समान नहीं था, लेकिन था विसंगतियाँ जो धारियों में चलती थीं पर्वतमाला के समानांतर - और इसके दोनों ओर वस्तुतः सममित रूप से - समुद्र तल तक फैला हुआ है। उन्होंने कहा कि धारियां इसलिए उभरती हैं क्योंकि नव निर्मित समुद्री तल के भीतर चुंबकीय खनिज चट्टान के जमने के दौरान पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के साथ संरेखित हो जाते हैं। हर बार जब पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र पलटता है तो नई धारियाँ बनती हैं - एक ऐसी घटना जो पृथ्वी के इतिहास में कई बार घटित हुई है जब उत्तरी ध्रुव अचानक दक्षिणी ध्रुव बन जाता है।

सादृश्य का उपयोग करने के लिए, गतिशील समुद्री तल एक पुराने ज़माने के कैसेट टेप की तरह है, जो भू-चुंबकीय क्षेत्र के प्रत्येक उत्क्रमण को रिकॉर्ड करता है। चुंबकीय क्षेत्र के इतिहास को चार्ट करने के लिए, प्रत्येक उलटाव को जीवाश्म अध्ययन और समुद्र तल से ड्रिल किए गए बेसाल्ट के रेडियोमेट्रिक परीक्षण के माध्यम से दिनांकित किया जा सकता है। इन दिनों, प्लेट टेक्टोनिक्स का अस्तित्व अब लगभग सार्वभौमिक रूप से स्वीकार कर लिया गया है।

लेकिन इस बात पर बहुत कम सहमति है कि प्लेट टेक्टोनिक्स पहली बार कब शुरू हुआ। मुद्दे का एक हिस्सा यह है कि पृथ्वी का निर्माण लगभग 4.54 अरब वर्ष पहले हुआ था और आज लगभग 200 मिलियन वर्ष से अधिक पुरानी सभी समुद्री परतें पृथ्वी में वापस आ गई हैं। दूसरे शब्दों में, पृथ्वी के इतिहास का हमारा दीर्घकालिक संग्रह महाद्वीपों में छिपी चट्टान संरचनाओं में समाहित है।

लेकिन वहां भी, पहले अरब वर्षों से बची हुई कुछ सुलभ चट्टानें गर्मी, रसायन विज्ञान, भौतिक अपक्षय और अत्यधिक दबाव के कारण काफी बदल गई हैं। यही कारण है कि कोई भी निश्चित नहीं है कि प्लेट टेक्टोनिक्स कब शुरू हुआ, अनुमान इससे भी अधिक है 4 अरब वर्ष पहले मात्र 700 मिलियन तक साल पहले। यह बहुत बड़ी और असंतोषजनक अनिश्चितता है.

अधिक उत्सुकता की बात यह है कि जीवन का सबसे पहला निर्विवाद जीवाश्म साक्ष्य 3.5-3.4 अरब वर्ष पुराना है, जिसमें तलछटी चट्टानों में जीवन के संकेत हैं जो यह संकेत देते हैं कि जीवन अस्तित्व में था। 3.95 अरब साल पहले। तो क्या प्लेट टेक्टोनिक्स के अस्तित्व में आने से करोड़ों साल पहले ही जीवन का उद्भव हो सकता था? इस काल की बहुत कम मूल चट्टानें जीवित रहने के कारण, भूविज्ञानी अक्सर अटकलों के दायरे में फंसे रहते हैं।

ज़िरकोन: पृथ्वी की उग्र शुरुआत से टाइम कैप्सूल

सौभाग्य से, भूवैज्ञानिकों के पास प्रारंभिक पृथ्वी पर स्थितियों के स्नैपशॉट प्राप्त करने के लिए एक गुप्त हथियार है। उन्हें हैलो कहो zircons – रासायनिक रूप से स्थिर खनिज टुकड़े (ZrSiO₄) जो विभिन्न रंगों और भूवैज्ञानिक सेटिंग्स में पाए जाते हैं। भूवैज्ञानिकों के लिए जिक्रोन की खूबी यह है कि वे अपने मेजबान चट्टान में होने वाले परिवर्तनों से काफी हद तक अप्रभावित रहते हैं। वे उस सुदूर अवधि के टाइम कैप्सूल की तरह हैं।

विशेष रूप से, वैज्ञानिक हाल ही में अध्ययन कर रहे हैं प्राचीन जिक्रोन जो पृथ्वी के पहले 600 मिलियन वर्षों के दौरान बनी ग्रेनाइट चट्टानों के भीतर क्रिस्टलीकृत हुआ। इस अवधि के दौरान, के रूप में जाना जाता है हेडियन इओन, हमारा ग्रह एक नारकीय स्थान था, संभवतः कार्बन डाइऑक्साइड से समृद्ध वातावरण में घिरा हुआ था और अक्सर अलौकिक निकायों द्वारा बमबारी की जाती थी। संभवतः उनमें से एक ने चंद्रमा का निर्माण किया।

हालाँकि, क्रस्ट की कमी के बावजूद, ऐसा प्रतीत होता है कि ठोस चट्टानें बन रही होंगी क्योंकि आज सीमित संख्या में जीवित बचे हैं। 4 अरब वर्ष पुरानी अक्षुण्ण चट्टानें मौजूद हैं अकास्टा गनीस कॉम्प्लेक्स उत्तर-पश्चिम कनाडा में, और पृथ्वी की उत्पत्ति की सबसे पुरानी ज्ञात सामग्री 4.4 अरब वर्ष पुरानी है ऑस्ट्रेलिया में जैक हिल्स में जिरकोन क्रिस्टल पाए जाते हैं (प्रकृति Geoscience 10 457). वे बहुत नई, "मेटा-तलछटी" चट्टानों में स्थित हैं।

इस नए शोध में (प्रकृति 618 531), शोधकर्ताओं ने 3.9-3.3 अरब साल पहले की अवधि में फैले जैक हिल्स जिक्रोन का अध्ययन किया, साथ ही दक्षिण अफ्रीका के बार्बरटन ग्रीनस्टोन बेल्ट में पाए गए उसी अवधि के जिक्रोन का भी अध्ययन किया। के नेतृत्व में जॉन टार्डुनो अमेरिका में रोचेस्टर विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं को शुरू में इस बात में दिलचस्पी थी कि उस अवधि के दौरान जिक्रोन पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की स्थिति के बारे में क्या बता सकते हैं। बाद में ही उन्हें एहसास हुआ कि उनके निष्कर्षों के व्यापक निहितार्थ थे।

ऑस्ट्रेलियाई और दक्षिण अफ़्रीकी दोनों साइटों के जिरकोन क्रिस्टल में मैग्नेटाइट नामक लौह-समृद्ध खनिज का समावेश पाया गया, जो उनके गठन के समय पृथ्वी के क्षेत्र द्वारा चुंबकित किया गया था। भले ही अरबों साल बीत गए हों, पृथ्वी के प्राचीन चुंबकीय क्षेत्र के बारे में यह जानकारी अब तक जिरकोन क्रिस्टल में बंद है। वास्तव में, क्योंकि पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र एक द्विध्रुवीय है - जिसकी क्षेत्र शक्ति अक्षांश के साथ बदलती रहती है - जिरकोन की मैग्नेटाइट सामग्री के बीच अवशेष चुंबकत्व की ताकत को मापने से उस अक्षांश का पता चल सकता है जिस पर यह बना है।

अगली चुनौती जिक्रोन नमूनों की तारीख तय करने की थी। सुविधाजनक रूप से, जिरकोन की क्रिस्टल संरचना में यूरेनियम भी शामिल होता है, जो एक ज्ञात दर पर धीरे-धीरे सीसे में बदल जाता है। इसलिए शोधकर्ता यूरेनियम और सीसे के अनुपात से जिरकोन क्रिस्टल की आयु का पता लगा सकते हैं, जिसे टार्डुनो की टीम ने एक का उपयोग करके मापा चयनात्मक उच्च-रिज़ॉल्यूशन आयन माइक्रोप्रोब, या झींगा।

यदि इस अध्ययन में शामिल 600 मिलियन वर्षों के दौरान प्लेट टेक्टोनिक्स अस्तित्व में था, तो आप उम्मीद करेंगे कि प्लेटों के घूमने के दौरान जिरकोन क्रिस्टल विभिन्न अक्षांशों पर बने होंगे। बदले में इसका मतलब यह होगा कि जिक्रोन क्रिस्टल में चुंबकीयकरण शक्तियों की एक श्रृंखला होगी जो इस बात पर निर्भर करती है कि वे कितने पुराने हैं। हालाँकि, उन्हें आश्चर्य हुआ, टार्डुनो और टीम ने कुछ बहुत अलग खोज की।

ऑस्ट्रेलियाई और दक्षिण अफ़्रीकी दोनों स्थानों पर, चुंबकत्व शक्ति 3.9 और 3.4 अरब साल पहले लगभग स्थिर रही। इससे पता चलता है कि जिक्रोन के दोनों सेट अपरिवर्तित अक्षांशों पर बन रहे थे। दूसरे शब्दों में, प्लेट टेक्टोनिक्स अभी तक शुरू नहीं हुआ था। शोधकर्ताओं ने बताया कि इस निष्कर्ष का एक कारण यह है कि पिछले 600 मिलियन वर्षों के दौरान औसतन प्लेटें कम से कम 8500 किमी अक्षांश में चली गई हैं। और इस हालिया अवधि के दौरान, दो प्लेटों के एक साथ स्थिर अक्षांश पर रहने का उदाहरण कभी नहीं मिला है।”

दूसरे शब्दों में, प्लेट टेक्टोनिक्स अभी तक शुरू नहीं हुआ था। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला है कि पृथ्वी पर टेक्टोनिक्स की अधिक अल्पविकसित विविधता होने की संभावना है, जिसमें अभी भी कुछ रासायनिक पुनर्चक्रण और पृथ्वी की सतह पर ठोस चट्टान का टूटना शामिल है।

आज के प्लेट टेक्टोनिक्स और इसके बीच महत्वपूर्ण अंतर "स्थिर ढक्कन" टेक्टोनिक्स का रूप यह है कि उत्तरार्द्ध में सतह पर क्षैतिज रूप से चलने वाली प्लेटें शामिल नहीं होती हैं, जो गर्मी को कुशलतापूर्वक जारी करने की अनुमति देती है। इसके बजाय, पृथ्वी बिना महाद्वीपीय परत वाली एक जलती हुई दुनिया रही होगी, जो ऊपर उठने वाले मैग्मा के क्षेत्रों द्वारा अलग किए गए मोटी समुद्री परत के अलग-अलग क्षेत्रों से बसी होगी (चित्र 1)। टार्डुनो कहते हैं, "शायद स्थिर ढक्कन एक दुर्भाग्यपूर्ण नाम है क्योंकि लोग सोच सकते हैं कि कुछ भी नहीं हो रहा है।" "लेकिन आपके पास सामग्री के ढेर आ रहे हैं जो इस आदिकालीन परत और स्थलमंडल के तल को गर्म कर सकते हैं।"

अध्ययन अवधि (3.4-3.3 अरब वर्ष पहले) के अंत में, जिक्रोन क्रिस्टल में देखा गया चुंबकत्व मजबूत होना शुरू हो जाता है, जो टार्डुनो का सुझाव है कि यह प्लेट टेक्टोनिक्स की शुरुआत का संकेत दे सकता है। इसका कारण यह है कि सबडक्शन ज़ोन में पृथ्वी के आंतरिक भाग में उतरने वाली पपड़ी के विशाल स्लैब के परिणामस्वरूप मेंटल तेजी से ठंडा होता है। बदले में, यह प्रक्रिया बाहरी कोर में संवहन की दक्षता को मजबूत कर सकती है - जिसके परिणामस्वरूप एक मजबूत भू-चुंबकीय क्षेत्र बन सकता है।

प्रारंभिक जीवन के लिए 'गोल्डीलॉक्स स्थिति'?

यदि बुनियादी जीवन टेक्टोनिक्स से लगभग आधा अरब साल पहले से ही मौजूद था, जैसा कि इस अध्ययन से पता चलता है, तो यह दिलचस्प सवाल उठाता है कि प्लेट-टेक्टॉनिक-रहित दुनिया में जीवन कैसे जीवित रह सकता है। इस स्थिर-ढक्कन चरण से एक कमजोर चुंबकीय क्षेत्र पृथ्वी की सतह को ब्रह्मांडीय विकिरण के अधिक संपर्क में छोड़ देगा, जिससे हमारा वर्तमान मजबूत क्षेत्र हमें बचाता है। सौर हवा में ऊर्जावान प्रोटॉन तब वायुमंडलीय कणों से टकराए होंगे, उन्हें चार्ज और सक्रिय किया होगा ताकि वे अंतरिक्ष में भाग सकें - सिद्धांत रूप में, पूरे ग्रह से पानी छीन लिया जाएगा।

लेकिन टार्डुनो का कहना है कि इस नए अध्ययन में देखी गई अपेक्षाकृत कमजोर चुंबकीय क्षेत्र की ताकत ने भी कुछ परिरक्षण प्रदान किया होगा। वास्तव में, उनका सुझाव है कि टेक्टोनिक्स के इस उबलते, स्थिर रूप ने एक "गोल्डीलॉक्स स्थिति" बनाई होगी जो कि आदिम जीवन के लिए बिल्कुल सही होती, पर्यावरणीय परिस्थितियों में नाटकीय बदलावों से मुक्त होती जो पूरी तरह से विकसित प्लेट टेक्टोनिक्स में हो सकती है।

यह एक आकर्षक विचार है क्योंकि टेक्टोनिक्स के स्थिर ढक्कन रूपों को हमारे पूरे सौर मंडल में आम माना जाता है, जो शुक्र, बुध पर और मंगल पर कम गतिशील रूप में मौजूद हैं।

अनुसंधान को विकसित करने के लिए, टार्डुनो की टीम अब डेटा बिंदुओं की एक विस्तृत श्रृंखला देने के लिए, अन्य स्थानों से समान उम्र के जिक्रोन का अध्ययन करने की योजना बना रही है। "हमारा दृष्टिकोण पिछले काम से अलग है क्योंकि हमारे पास गति का एक संकेतक है," वे कहते हैं। "पृथ्वी के इतिहास में इस समय से प्लेट टेक्टोनिक्स के बारे में सभी तर्क भू-रसायन विज्ञान पर आधारित हैं - प्लेट टेक्टोनिक्स क्या है इसके प्रमुख संकेतक पर नहीं।"

पीटर दाऊदऑस्ट्रेलिया में मोनाश विश्वविद्यालय के एक पृथ्वी वैज्ञानिक, जो इसमें शामिल नहीं थे प्रकृति अध्ययन में कहा गया है कि प्रारंभिक पृथ्वी की अधिक समझ हमारे सौर मंडल के उन स्थानों से आ सकती है जिनकी सतहों को प्लेट टेक्टोनिक्स द्वारा बार-बार पुनर्चक्रित नहीं किया गया है। "मंगल, चंद्रमा और उल्कापिंड उनके प्रारंभिक इतिहास का अधिक व्यापक रिकॉर्ड प्रदान करते हैं," वे कहते हैं। "इन निकायों के नमूने, और विशेष रूप से मंगल ग्रह से नमूना-वापसी मिशन की क्षमता, प्रारंभिक पृथ्वी पर काम करने वाली प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण नई अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं।"

युग या घटना? एंथ्रोपोसीन को परिभाषित करना

उस मोर्चे पर बड़ी छलांग लग सकती है मंगल नमूना वापसी मिशन, 2027 में लॉन्च होने वाला है। लेकिन कावुड का मानना ​​है कि प्रारंभिक जीवन के विकास के लिए शायद एक अधिक महत्वपूर्ण प्रश्न यह है कि वास्तव में पानी - जीवन के लिए एक शर्त - पहली बार पृथ्वी पर कब प्रकट हुआ। वे कहते हैं, "ऑक्सीजन आइसोटोप का उपयोग करते हुए जैक हिल्स जिरकोन पर पिछले काम से पता चलता है कि कम से कम 4400 मिलियन साल पहले से वहां पानी था।"

कावुड के लिए, यह शोध संभावित रूप से हमारे सौर मंडल के भीतर और उससे परे जीवन की खोज में मदद कर सकता है - और यहां तक ​​कि जीवन कैसा दिखता है इसकी हमारी अवधारणा में भी। “यदि पृथ्वी पर जीवन इस स्थिर ढक्कन चरण के दौरान विकसित हुआ, तो शायद यह मंगल ग्रह पर भी हुआ। यदि पृथ्वी एक स्थिर अवस्था में रहती और जीवन का विकास जारी रहता तो यह निश्चित रूप से हमारे आज के जीवमंडल से अलग दिखता। तो, किर्क से बात कर रहे स्पॉक को संक्षेप में कहें तो - 'यह जीवन है जिम, लेकिन जैसा हम जानते हैं वैसा नहीं।''

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/zircons-plate-tectonics-and-the-mystery-of-life/