পৃথিবীর স্তর: গভীরতা ও ঘনত্বের ইন্টারঅ্যাক্টিভ মডেল

আপনি যা দেখছেন

পৃথিবীর স্তর হলো ভূত্বক, ম্যান্টল ও কোর, আর ওপরের মডেলটি পৃথিবীর একটি অংশ কেটে নেওয়া অবস্থায় স্কেল মেপে তা দেখায়। 6,371 km ব্যাসার্ধ পর্দায় আধ মিটারে ছোট করা হয়েছে, আর কাটা দুই তলের স্তরগুলো PREM অনুযায়ী গভীরতায় বসানো। PREM হলো Adam Dziewonski ও Don Anderson-এর 1981 সালে প্রকাশিত Preliminary Reference Earth Model। ভূকম্পবিজ্ঞানীরা এখনও নিজেদের পরিমাপ এর সঙ্গে মেলান, আর এটি প্রতিটি গভীরতায় ঘনত্ব ও তরঙ্গের গতি কিছু সহজ সূত্রে দেয়।

নিয়ন্ত্রণ ট্যাবে গভীরতার স্লাইডার সরান, একটি সাদা বলয় ভূপৃষ্ঠ থেকে কেন্দ্রের দিকে নামবে। ওপরের বাঁ কোণের প্যানেলে তখন সেই গভীরতা নিয়ে PREM যা বলে তা পড়া যায়: ঘনত্ব, দুই ধরনের ভূমিকম্প তরঙ্গের গতি, আর ঘনত্ব থেকে আমাদের হিসাব করা চাপ ও অভিকর্ষ। তাপমাত্রার সারিটি আলাদা। এটি PREM-এর অংশ নয়, তাই প্রকাশিত গবেষণা থেকে নেওয়া সেলসিয়াস ডিগ্রির একটি গোলাকার আনুমানিক মান দেখায়, আর কোরের অংশে বলা আছে তা কতটা অনিশ্চিত।

চালান চাপুন, কাটা অংশের ওপরে একটি ভূমিকম্প ঘটবে। রঙিন রেখাগুলো একই মডেলের মধ্য দিয়ে অনুসরণ করা তরঙ্গের পথ, আর বিন্দুগুলো সঠিক গতিতে চলা তরঙ্গমুখ। তরঙ্গ ঘড়ি না বদলালে পর্দার এক সেকেন্ড মানে বাস্তবের এক মিনিট।

কাটা অংশের আরও দুটি নিয়ন্ত্রণ আছে। স্তর খোসা ছাড়ান পৃথিবীকে বাইরে থেকে খুলে একেবারে ভেতরের কোর পর্যন্ত নিয়ে যায়। লেখচিত্র রিডআউটের নিচের চার্টটি ঘনত্ব, তরঙ্গের গতি, চাপ, তাপমাত্রা ও অভিকর্ষের মধ্যে বদলায়, প্রোবের গভীরতা চিহ্নিত করে।

মঞ্চের নিচের দণ্ড আরও আটটি দৃশ্য খোলে, প্রতিটি প্রথমবার বাছলে তৈরি হয়। প্লেট দেখায় Peter Bird-এর PB2002 মডেলের 52টি প্লেট ও আজকের গতি। অবনমন একটি খাত কেটে দেখায়। হটস্পট হাওয়াইয়ের ওপর প্রশান্ত প্লেটকে অনুসরণ করে। রিজ একটি সমুদ্রতল প্রসারিত করে আর তাতে চৌম্বক ক্ষেত্র রেকর্ড করে। পরিচলন ম্যান্টলের উল্টেপাল্টে যাওয়ার একটি ধারণা-চিত্র। চৌম্বক ক্ষেত্র দেখায় তরল কোরের তৈরি ক্ষেত্র আর 1590 সাল থেকে তার উত্তর মেরু কীভাবে ঘুরেছে। গভীর গর্ত সবচেয়ে গভীর বোরহোল ও সবচেয়ে গভীর সমুদ্রকে একটি বোর্ডে রাখে। ভূমিকম্প গবেষণাগার একটি আসল ভূমিকম্প থেকে তিনটি সিসমোমিটারে তরঙ্গ পাঠায় আর আপনাকে তার অবস্থান বের করতে দেয়। নিয়ন্ত্রণের নিচে আছে আটটি কাজ, ভূমিকম্প ক্যাটালগ ও ভূতত্ত্বের ইতিহাসের 73টি ঘটনা, আর একটি তথ্য যা অন্যটির সঙ্গে বদলানো যায়।

না খুঁড়ে আমরা কীভাবে জানি

এ পর্যন্ত খোঁড়া সবচেয়ে গভীর গর্ত, রাশিয়ার কোলা সুপারডিপ বোরহোল, প্রায় 12 কিলোমিটারে পৌঁছেছিল। তা কেন্দ্রের পথের প্রায় 0.2 শতাংশ। এর নিচের সবকিছু পরোক্ষ প্রমাণ থেকে আসে, আর তার দুটি অংশ বেশিরভাগ কাজ করে।

প্রথমটি পৃথিবীর ভর। গ্রহটি জিনিসকে কত জোরে টানে আর কত বড়, তা জানলে গড় ঘনত্ব বের করা যায়: ভর 5.972 × 10²⁴ kg-কে আয়তন 4/3·π·(6,371 km)³ দিয়ে ভাগ করলে 5.51 g/cm³ আসে। ভূপৃষ্ঠের শিলা মাত্র 2.6 থেকে 2.9 g/cm³, তাই নিচে অনেক ভারী কিছু লুকিয়ে আছে। Isaac Newton 1680-এর দশকেই এমন আন্দাজ করেছিলেন।

দ্বিতীয়টি ভূমিকম্প। বড় ভূমিকম্প পুরো গ্রহের ভেতর দিয়ে তরঙ্গ পাঠায়, আর হাজার হাজার সিসমোমিটার তারা কখন পৌঁছায় তা লিখে রাখে। পৌঁছানোর সময় নির্ভর করে প্রতিটি গভীরতায় তরঙ্গ কত দ্রুত চলে তার ওপর, তাই যথেষ্ট তথ্য জমলে ভূকম্পবিজ্ঞানীরা স্তরে স্তরে সেই গতি বের করতে পারেন। PREM মেলানো হয়েছিল পৃথিবীর মুক্ত দোলনের প্রায় 1,000টি পরিমাপ করা পর্যায়কালের সঙ্গে (বড় ভূমিকম্পের পর পুরো গ্রহের ধীর অনুরণন), প্রায় 500টি সারসংক্ষেপ যাত্রাকাল এবং জানা ভর ও জড়তার ভ্রামকের সঙ্গে। এরপর লেখকেরা International Seismological Centre-এর 12 বছরের বুলেটিনের আরও 17.5 লাখ P ও S পৌঁছানোর সময়ের বিপরীতে একে যাচাই করেন।

ভূত্বক ও মোহো

এই স্কেলে ভূত্বক একটি রেখা। PREM গড় পুরুত্ব ধরে 24.4 km, যার মধ্যে 3 km সাগর, 12 km ঊর্ধ্ব ভূত্বক ও 9.4 km নিম্ন ভূত্বক। আসল ভূত্বক অনেক কম গোছানো: সাগরের নিচে প্রায় 7 km আর মহাদেশের নিচে 30 থেকে 70 km, হিমালয়ের মতো তরুণ পর্বতমালার নিচে সবচেয়ে পুরু।

ভূত্বকের তলদেশ একটি স্পষ্ট সীমা, যার নাম মোহো, ক্রোয়েশীয় ভূকম্পবিজ্ঞানী Andrija Mohorovičić-এর নামে, যিনি ক্রোয়েশিয়ার কুপা (Kulpa) উপত্যকায় 1909 সালের ভূমিকম্পের রেকর্ড পড়তে গিয়ে একে খুঁজে পান। তিনি লক্ষ করেন ভূমিকম্প থেকে দূরের স্টেশনগুলো P তরঙ্গের দুটি সারি ধরেছে, আর দ্বিতীয় সারিটি আংশিক নিচের একটি দ্রুততর স্তর দিয়ে এসেছে। PREM-এ P তরঙ্গের গতি নিম্ন ভূত্বকের 6.8 km/s থেকে মোহোর ঠিক নিচে 8.11 km/s-এ লাফায়, আর ঘনত্ব 2.90 থেকে 3.38 g/cm³-এ।

ম্যান্টল: প্রবাহিত কঠিন শিলা

ম্যান্টল 2,867 km শিলা, যা S তরঙ্গ বইতে পারার মতো কঠিন, আবার লক্ষ লক্ষ বছরে বছরে কয়েক সেন্টিমিটার হারে গড়িয়ে চলার মতো নরম। এই গড়িয়ে চলাই ওপরের টেকটোনিক প্লেটগুলোকে সরায়।

তরঙ্গের গতিতে দুটি ধাপ একে ভাগ করে। PREM সেগুলো রাখে 400 km ও 670 km-এ; অন্য মডেল 410 ও 660 ধরে, আর দুটিই একই ব্যাপার বোঝায়। এই গভীরতায় ঊর্ধ্ব ম্যান্টলের প্রধান উপাদান অলিভিন খনিজ চাপে আরও ঘন স্ফটিক কাঠামোয় বদলায়। এ দুয়ের মাঝে সন্ধিস্তর। 670 km-এর নিচে নিম্ন ম্যান্টল, আয়তনে গ্রহের সবচেয়ে বড় স্তর।

চাপ দ্রুত বাড়ে। ভূত্বকের তলায় 0.6 GPa, 400 km-এ 13.4 GPa আর 670 km-এ 23.8 GPa। ম্যান্টলের তলদেশে, 2,891 km গভীরে, তা পৌঁছায় 135.8 GPa-তে। সমুদ্রপৃষ্ঠের বায়ুচাপ (101,325 Pa) দিয়ে ভাগ করলে তা 135.8 × 10⁹ ÷ 101,325 ≈ 13.4 লাখ গুণ।

কোর: বাইরে তরল, ভেতরে কঠিন

2,891 km-এ শিলা শেষ হয়। ঘনত্ব 5.57 থেকে 9.90 g/cm³-এ লাফায়, P তরঙ্গের গতি 13.72 থেকে 8.06 km/s-এ নামে, আর S তরঙ্গের গতি শূন্যে পড়ে। যে পদার্থ শিয়ার তরঙ্গ বইতে পারে না, সে শিয়ার বাধা দিতে পারে না, অর্থাৎ সে তরল। এটাই বাইরের কোর, বেশিরভাগ লোহা, কিছু নিকেল আর কয়েক শতাংশ হালকা মৌল। এর ধীর আলোড়নই পৃথিবীর চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে।

5,150 km-এ লোহা আবার কঠিন হয়। ভেতরের কোর চারপাশের তরলের চেয়ে গরম, কিন্তু লোহার গলনাঙ্ক চাপের সঙ্গে বাড়ে, আর 329 GPa-তে সেখানকার লোহা গলনাঙ্কের নিচে। পৃথিবী ধীরে ঠান্ডা হওয়ার সঙ্গে সঙ্গে তরল থেকে লোহা জমে ভেতরের কোর বড় হয়।

তাপমাত্রা এই পাতার সবচেয়ে অনিশ্চিত সংখ্যা। বাইরের কোরের শীর্ষের জন্য প্রকাশিত অনুমান প্রায় 3,000 থেকে 4,500 K। ভেতরের কোরের সীমার জন্য Dario Alfè ও সহকর্মীদের হিসাবে 5,400 থেকে 5,700 K, আর Simone Anzellini ও সহকর্মীদের 2013 সালের পরীক্ষাগারের পরীক্ষায় সেখানে লোহা গলে 6,230 ± 500 K-তে। রিডআউট এই সীমার ভেতরের মান নেয় এবং সেলসিয়াসে দেখায়, তাই কোর-ম্যান্টল সীমায় 3,900 °C মানে 3,900 + 273 = 4,173 K, আর ভেতরের কোরের সীমায় 5,500 °C মানে 5,773 K। এগুলোকে গোলাকার অনুমান ধরুন, সেজন্যই সংখ্যার সঙ্গে ≈ চিহ্ন।

তরঙ্গ কেন বেঁকে যায়

ভূমিকম্পের তরঙ্গ আলোর মতো আচরণ করে, যা বদলে যাওয়া পুরুত্বের কাচের ভেতর দিয়ে যায়। দ্রুততর শিলায় ঢুকলে তরঙ্গ উল্লম্ব থেকে সরে বেঁকে যায়, আর ম্যান্টলে গভীরতার সঙ্গে গতি বাড়তেই থাকে, তাই প্রতিটি রশ্মি বেঁকে আবার ভূপৃষ্ঠে ফেরে।

স্তরযুক্ত গোলকে বেঁকে যাওয়া একটি নিয়ম মানে। প্রতিটি রশ্মি বরাবর

p = r · sin(i) / v

রাশিটি একই থাকে, যেখানে r কেন্দ্র থেকে দূরত্ব, i রশ্মি ও উল্লম্বের মাঝের কোণ, আর v তরঙ্গের গতি। রশ্মি ঘুরে যায় সেখানে যেখানে r / v নেমে p হয়। প্রদর্শনীটি আপনার দেখা প্রতিটি পথ আঁকতে এই নিয়ম ব্যবহার করে: একটি p মান বাছে, রশ্মি না ঘোরা পর্যন্ত PREM-এর মধ্য দিয়ে সর্বোচ্চ 2 km ধাপে নামে, তারপর পথটিকে ওপরে প্রতিফলিত করে। যাত্রাকাল পথ বরাবর যোগ হয়, তাই বিন্দুগুলো ঠিক সময়ে পৌঁছায়।

ছায়া অঞ্চল

ভূমিকম্প থেকে P রশ্মি বাইরের দিকে অনুসরণ করুন, তারা ক্রমে আরও দূরে নামে, শেষে সবচেয়ে গভীরটি কোরের শীর্ষ ছুঁয়ে যায়। আমাদের মডেলে সেই রশ্মি ভূমিকম্প থেকে 99° দূরে 13.7 মিনিট পরে ভূপৃষ্ঠে পৌঁছায়। যেসব রশ্মি একটু গভীরে যায় তারা কোরে ঢোকে, যেখানে গতি 13.72 থেকে 8.06 km/s-এ নামে, আর এই হঠাৎ ধীর হওয়া তাদের তীব্র বাঁকিয়ে দেয়। তারা পৃথিবীর অপর পাশে বেরোয়, 145° বা তার বেশি দূরে।

এই দুই দলের মাঝে ভূপৃষ্ঠের একটি ফালি আছে যেখানে সরাসরি P তরঙ্গ নেই: P তরঙ্গের ছায়া অঞ্চল। পাঠ্যবইয়ে সাধারণত একে 104° থেকে 140° বলা হয়। আসল রেকর্ডে কিনারা একটু ঝাপসা, কারণ তরঙ্গ কোরের কিনারা ঘেঁষেও চলে, আর আমাদের সরল রশ্মি-মডেল কিনারা বসায় 99° ও 145°-এ।

S তরঙ্গের তরল কোরের ভেতর দিয়ে যাওয়ার কোনো পথই নেই। প্রায় 104°-এর পরে তারা পুরোপুরি অনুপস্থিত, এটাই S তরঙ্গের ছায়া অঞ্চল; মডেলে সবচেয়ে দূরে যাওয়া S রশ্মি নামে 104.3°-এ। প্রদর্শনীতে S তরঙ্গ চালু করলে দেখবেন প্রতিটি কোরে এসে থেমে যায়।

1936 সালে ডেনিশ ভূকম্পবিজ্ঞানী Inge Lehmann লক্ষ করেন P ছায়া অঞ্চলের ভেতরে দুর্বল P তরঙ্গ পৌঁছাচ্ছে, যেখানে থাকার কথা নয়। তিনি তা ব্যাখ্যা করেন তরল কোরের ভেতরে একটি ছোট, দ্রুততর কোর দিয়ে। মডেলে সবচেয়ে ছোট p মানের রশ্মিগুলো ভেতরের কোর দিয়ে যায় এবং 128° ও 180°-এর মাঝে নামে।

যে সংখ্যাগুলো আপনি যাচাই করতে পারেন

ঘনত্ব ও তরঙ্গের গতি সরাসরি PREM সূত্র থেকে আসে। চাপ ও অভিকর্ষ শুধু ঘনত্ব থেকে হিসাব করা, 1 km ধাপে। প্রথমে প্রতিটি ব্যাসার্ধের ভেতরের ভর খোলস ধরে ধরে যোগ করা হয়, যা অভিকর্ষ দেয় g = G·M(r) / r²। তারপর ভূপৃষ্ঠ থেকে নিচের দিকে প্রতিটি খোলসের ওজন দিয়ে চাপ যোগ করা হয়, dP = ρ·g·dr। দুটি যাচাইয়ে হিসাব ঠিক প্রমাণিত: মোট ভর আসে 5.973 × 10²⁴ kg, মাপা 5.972 × 10²⁴ kg-এর বিপরীতে, আর ভূপৃষ্ঠে অভিকর্ষ 9.82 m/s²।

অভিকর্ষ এমনভাবে আচরণ করে যা অনেকে আশা করেন না। নিচে নামলে এটি ক্রমাগত কমে না। কোর এত ঘন বলে অভিকর্ষ ম্যান্টলে সামান্য বাড়ে আর কোরের শীর্ষে 10.69 m/s²-এ সর্বোচ্চ হয়ে কেন্দ্রে শূন্যে নামে।

তিন স্টেশন থেকে ভূমিকম্প খুঁজে বের করা

ভূমিকম্প থেকে দূরের সিসমোমিটার বড় দুলুনির পৃষ্ঠ তরঙ্গ আসার আগে দুটি আলাদা ঝাঁকুনি ধরে। প্রথমটি P তরঙ্গ, দ্বিতীয়টি S তরঙ্গ। দুটিই একই মুহূর্তে উৎস ছাড়ে, কিন্তু ম্যান্টলে S তরঙ্গ P-র গতির মাত্র প্রায় 55 % গতিতে চলে, তাই তাদের ব্যবধান দূরত্বের সঙ্গে বাড়ে। সেই ব্যবধান, S−P সময়, পড়লে ভূমিকম্প কত দূরে ছিল তা জানা যায়।

ভূমিকম্প গবেষণাগার একই PREM মডেল থেকে এটি হিসাব করে। এটি ভূকম্পবিজ্ঞানের পাঠ্যবইয়ের tau-p পদ্ধতি ব্যবহার করে: প্রতিটি রশ্মি-পরামিতি p-এর জন্য τ(p) যোগ করে, অর্থাৎ ঘূর্ণন বিন্দু থেকে ভূপৃষ্ঠ পর্যন্ত √(η² − p²)/r-এর সমাকলন, যেখানে η = r/v। রশ্মির অতিক্রম করা দূরত্ব হলো p-এর বিপরীতে τ-এর ঢালের ঋণাত্মক মান, আর সময় τ + p × দূরত্ব। এতে ঘূর্ণন বিন্দুর বর্গমূলের অস্বস্তিকর চূড়া এড়ানো যায়, আর যেকোনো উৎস-গভীরতার জন্য প্রথম-পৌঁছানোর সারণি পাওয়া যায়। ভূপৃষ্ঠের কাছের ভূমিকম্পের জন্য সারণিগুলো:

উৎসের কাছে নিয়মটি সরল: এই মডেলে S − P-র প্রতি সেকেন্ড প্রায় 7.5 km দূরত্ব (প্রথম ডিগ্রিতে প্রতি km-এ 0.132 s)। অনেক পাঠ্যবই একে 8 km-এ গোল করে। আরও দূরে তরঙ্গ গভীরতর, দ্রুততর শিলায় পৌঁছায় আর সম্পর্কটি বেঁকে যায়, সেজন্যই ভূকম্পবিজ্ঞানীরা একটি সংখ্যার বদলে সারণি ব্যবহার করেন।

একটি দূরত্ব শুধু বলে ভূমিকম্প স্টেশনের চারপাশের একটি বৃত্তের কোথাও আছে। দ্বিতীয় স্টেশন দ্বিতীয় বৃত্ত দেয়, যা প্রথমটিকে দুই বিন্দুতে কাটে। তৃতীয় বৃত্ত তাদের একটিকে বেছে নেয়। গবেষণাগারে তিনটি স্টেশনই Global Seismographic Network-এর আসল সিসমোমিটার, বাছা হয়েছে যাতে ভূমিকম্প থেকে 15° থেকে 90°-এর মধ্যে থাকে আর চারদিকে ছড়ানো হয়। S-P বৃত্ত চালু করলে শুধু S−P সময় থেকে সেগুলো গ্লোবে আঁকা হয়। প্রথম কাজটি একটি আসল ভূমিকম্পের উপকেন্দ্র লুকিয়ে রাখে এবং বৃত্তগুলো যেখানে মেলে সেখানে পিন বসাতে বলে।

গভীরতা ছবিটি কিছুটা বদলায়। 600 km গভীরের ভূমিকম্পের P তরঙ্গ 60° দূরের স্টেশনে পৌঁছায় 607 s-এর বদলে 549 s-এ, কারণ তরঙ্গ দ্রুত নিম্ন ম্যান্টলের কাছ থেকে শুরু হয় আর নামার পথে ধীর ভূত্বক এড়িয়ে যায়। গভীর ভূমিকম্প দুর্বল পৃষ্ঠ তরঙ্গও তৈরি করে, কারণ পৃষ্ঠ তরঙ্গ পৃথিবীর ওপরের দিকে আটকে থাকে আর উৎস তাদের অনেক নিচে। 2013 সালের ওখোটস্ক সাগরের ভূমিকম্পের (598 km) সিসমোগ্রাম Tōhoku-র (29 km) সঙ্গে মিলিয়ে দেখুন।

গবেষণাগারে পৃষ্ঠ তরঙ্গ একটি গতিতে চলে, 3.8 km/s। এটি মডেলের মান: আসল পৃষ্ঠ তরঙ্গ ছড়িয়ে পড়ে, দীর্ঘ পর্যায়কালের তরঙ্গ ছোটগুলোর চেয়ে দ্রুত চলে। 3.8 km/s গতিতে 90° পার হতে লাগে 2,634 s, প্রায় 44 মিনিট।

মাত্রা 9 কত বড়?

মাত্রা একটি লগারিদমীয় স্কেল। এক ধাপ ওপরে মানে একই দূরত্বে সিসমোমিটারে ভূমির কম্পন প্রায় দশ গুণ আর ছাড়া শক্তি প্রায় 32 গুণ। এখানে ব্যবহৃত শক্তির সম্পর্কটি Hiroo Kanamori 1977 সালে Beno Gutenberg ও Charles Richter-এর কাজ থেকে দেন:

log₁₀ E = 1.5 M + 4.8, E জুলে।

তাই মাত্রা 7 ছাড়ে মাত্রা 5-এর 10^(1.5 × 2) = 1,000 গুণ শক্তি, আর মাত্রা 9 ছাড়ে 10^(1.5 × 3), মাত্রা 6-এর প্রায় 32,000 গুণ শক্তি। 2011 সালের Tōhoku ভূমিকম্প, M 9.1, দাঁড়ায় 2.8 × 10¹⁸ J। এক টন TNT-র শক্তি 4.184 × 10⁹ J দিয়ে ভাগ করলে তা প্রায় 674 মেগাটন। 2016 সালের গিয়ংজু ভূমিকম্প (কোরিয়া আবহাওয়া প্রশাসনের স্কেলে ML 5.8) ছেড়েছিল তার চেয়ে আনুমানিক 10^(1.5 × 3.3), অর্থাৎ প্রায় 90,000 গুণ কম শক্তি।

কোনো শহরে মাটি কত জোরে কাঁপবে তা মাত্রা সরাসরি বলে না। তা নির্ভর করে দূরত্ব, গভীরতা, শহরের নিচের শিলা ও মাটি, আর চ্যুতি কীভাবে ভেঙেছিল তার ওপর। 1994 সালের বলিভিয়া ভূমিকম্প ছিল মাত্রা 8.2, কিন্তু 631 km গভীরে, আর তার পৃষ্ঠ তরঙ্গ ছিল ছোট।

প্লেট এবং তারা কত দ্রুত সরে

পৃথিবীর বাইরের প্রায় 100 km, লিথোস্ফিয়ার, যথেষ্ট ঠান্ডা, তাই কঠিন প্লেটের একটি সমষ্টির মতো আচরণ করে। প্লেট দৃশ্য দেখায় Peter Bird-এর 2003 সালের মডেল PB2002-এর 52টি প্লেট, তাঁর প্রকাশিত ফাইল থেকে আঁকা। সীমাগুলো রঙিন তাদের কাজ অনুযায়ী: লাল যেখানে স্প্রেডিং রিজ ও রিফটে প্লেট সরে যায়, নীল যেখানে খাত ও সংঘর্ষ অঞ্চলে প্লেট মেলে, সবুজ যেখানে ট্রান্সফর্ম চ্যুতি বরাবর একটি আরেকটির পাশ কেটে যায়।

তীরগুলো এসেছে NNR-MORVEL56 থেকে, যা 2011 সালে Donald Argus, Richard Gordon ও Charles DeMets প্রকাশ করেন। এটি প্রতিটি প্লেটকে একটি কৌণিক বেগ দেয়: গ্লোবের একটি মেরু আর তাকে ঘিরে ঘোরার হার। একটি বিন্দুর বেগ হলো ওই কৌণিক বেগ ও বিন্দুর অবস্থানের ক্রস গুণফল, v = ω × r। কাঠামোটি "নেট-ঘূর্ণনহীন", অর্থাৎ প্লেটগুলো একসঙ্গে ধরলে ঘোরে না। মডেলের সংখ্যায় হিসাব করা কয়েকটি উদাহরণ:

• প্রশান্ত প্লেট 63.58° দ, 114.70° পূ মেরুকে ঘিরে প্রতি দশ লাখ বছরে 0.651° ঘোরে। মেরু থেকে 90° দূরের বিন্দু বছরে 0.651 × 111.19 = 72 mm সরে, বড় প্লেটগুলোর কোথাও এর চেয়ে দ্রুত নয়।
• Kīlauea-তে প্রশান্ত প্লেট বছরে 69 mm উত্তর-পশ্চিম দিকে (298°) সরে।
• 40° উ-তে মধ্য-আটলান্টিক রিজ পেরিয়ে উত্তর আমেরিকা ও ইউরেশিয়া বছরে 22.9 mm সরে যায়।
• 20° দ-তে পূর্ব প্রশান্ত রাইজ পেরিয়ে প্রশান্ত ও নাজকা প্লেট বছরে 143 mm সরে যায়।
• এই কাঠামোয় ভারতীয় প্লেট বছরে প্রায় 56 mm সরে।

পুরো ভূপৃষ্ঠে গড় করলে লিথোস্ফিয়ার বছরে 43.9 mm সরে (NNR-MORVEL56 গবেষণাপত্রের রুট-মিন-স্কোয়ার মান)। গ্লোবের যেকোনো বিন্দুতে ক্লিক করে তার প্লেট, গতি ও দিক পড়ুন। সবচেয়ে দ্রুত সংখ্যাগুলো টোঙ্গার কাছের ছোট প্লেটের, যারা কাছের মেরুকে ঘিরে দ্রুত ঘোরে।

ওই দৃশ্যের প্লেট ঘড়ি বর্তমান ঘূর্ণনকে 5 কোটি বছর পর্যন্ত পিছনে ও সামনে চালায় এবং আটটি শহরকে তাদের প্লেটসহ সরায়। +5 কোটি বছরে নিউইয়র্ক ও লিসবন আজকের 5,423 km-এর চেয়ে প্রায় 1,100 km বেশি দূরে চলে যায়, 5 কোটি বছর ধরে প্রায় 22.9 mm প্রতি বছর। এটি ইচ্ছা করেই ধারণা বলে চিহ্নিত। আসল প্লেট গতি ও দিক বদলায়, নতুন সীমা তৈরি হয়, তাই সত্যিকারের পুনর্গঠনে আজকের স্থির ঘূর্ণনের বদলে প্রতিটি যুগের চৌম্বক ডোরা ও হটস্পটের পথ লাগে।

যেখানে প্লেট ডুবে যায়

খাতে একটি প্লেট নিচে বেঁকে আরেকটির নিচে সরে যায়। অবনমন দৃশ্য দুটির একটি কাটা-ছেদ: জাপান খাত, যেখানে প্রশান্ত প্লেট উত্তর-পূর্ব জাপানের (NNR-MORVEL56-এ ওখোটস্ক প্লেট) নিচে যায়, আর 36° দ-তে পেরু-চিলি খাত, যেখানে নাজকা প্লেট দক্ষিণ আমেরিকার নিচে যায়। অভিসরণের গতি একই প্লেট মডেল থেকে: জাপান খাত বরাবর সোজা প্রায় 86 mm প্রতি বছর, আর কনসেপসিওনের কাছে নাজকা ও দক্ষিণ আমেরিকার মাঝে আপেক্ষিক গতি বছরে 74 mm।

ডুবন্ত প্লেট, স্ল্যাব, লক্ষ লক্ষ বছর আশপাশের ম্যান্টলের চেয়ে ঠান্ডা থাকে, তাই অন্য যেকোনো জায়গার চেয়ে অনেক গভীরে এটি ভূমিকম্পে ভাঙতে পারে। USGS ক্যাটালগে সবচেয়ে গভীর বড় ভূমিকম্পগুলো স্ল্যাবে: 2013 সালে ওখোটস্ক সাগরের নিচে 598 km (M 8.3) আর 1994 সালে বলিভিয়ার নিচে 631 km (M 8.2)। চিত্রে এই গভীর ভূমিকম্পগুলো স্ল্যাবের ভেতরে প্রায় 680 km পর্যন্ত বিন্দু হিসেবে চিহ্নিত।

আগ্নেয়গিরি খাতের সমান্তরালে সারিতে দাঁড়ায় কেন? স্ল্যাবের খনিজে আটকানো জল স্ল্যাব গভীরে গেলে নিংড়ে বেরোয়, আর জল ওপরের গরম ম্যান্টলের গলনাঙ্ক কমায়। 2006 সালে Emily Syracuse ও Geoffrey Abers 839টি চাপ-আগ্নেয়গিরির নিচে স্ল্যাবের গভীরতা মেপেছিলেন। আগ্নেয় সম্মুখভাগের নিচে স্ল্যাবের শীর্ষ গড়ে 105 km গভীর, মধ্যমা 100 km; অর্ধেক মান 85 থেকে 119 km-এর মাঝে, আর চাপের প্রতি 500 km অংশের গড় মধ্য আলিউশিয়ানে 72 km থেকে উত্তর ভানুয়াতুতে 173 km পর্যন্ত। দৃশ্যটি আগ্নেয়গিরি বসায় সেখানে যেখানে স্ল্যাবের শীর্ষ 105 km-এ পৌঁছায়। গভীর ঢাল বদলান আর চাপ সরে: 30°-তে তা খাত থেকে 236 km দূরে, বিশ্বের অর্ধেক চাপে দেখা 180 থেকে 275 km-এর মাঝামাঝি।

হাওয়াই ও হটস্পট

1963 সালে J. Tuzo Wilson প্রস্তাব করেন হাওয়াই দ্বীপপুঞ্জ চলমান প্রশান্ত প্লেটের অনেক নিচে ম্যাগমার একটি স্থির উৎসের ওপর একের পর এক তৈরি হয়েছে। তারিখ তাঁকে সমর্থন করে। Kaua'i-র প্রাচীনতম শিলা প্রায় 50 থেকে 55 লাখ বছর পুরোনো, পশ্চিম Maui-র মূল বৃদ্ধি শেষ হয় প্রায় 13 লাখ বছর আগে, আর Kīlauea এখন অগ্ন্যুৎপাত করছে। Kīlauea থেকে 2,444 km দূরের Midway প্রায় 2.8 কোটি বছর পুরোনো আগ্নেয়গিরির ওপর।

হটস্পট দৃশ্য এই তারিখ দিয়ে প্লেট পিছিয়ে নেয়। এটি প্লুম স্থির রাখে এবং প্লেট সরায় যাতে বাছা বয়সের আগ্নেয়গিরি তার ওপরে বসে, শৃঙ্খল বরাবর তারিখ জানা আগ্নেয়গিরির মাঝের ফাঁক ভরে। দূরত্ব ও বয়স গড় হার দেয়:

দশ লাখ বছরে এক কিলোমিটার মানে বছরে এক মিলিমিটার, তাই এগুলো বছরে 87 থেকে 163 mm, আজ Kīlauea-তে NNR-MORVEL56-এর দেওয়া প্রশান্ত প্লেটের বছরে 69 mm-এর চেয়ে দ্রুত। পার্থক্যের বেশিরভাগ ব্যাখ্যা করে দুটি জিনিস। বয়সগুলো প্রতিটি আগ্নেয়গিরির মূল বৃদ্ধির শেষের, যা কোনো স্পষ্ট মুহূর্ত নয়, আর হটস্পট নিজেও সরতে পারে, তাই হটস্পট কাঠামো ও নেট-ঘূর্ণনহীন কাঠামো এক নয়।

আরও উত্তর-পশ্চিমে শৃঙ্খল Daikakuji সামুদ্রিক পর্বতে তীব্র বাঁক নেয়, যার বয়স 2013 সালে John O'Connor ও সহকর্মীরা 4.75 কোটি বছর নির্ধারণ করেন, আর Emperor সামুদ্রিক পর্বত হয়ে উত্তরে ঘোরে। তখন প্রশান্ত প্লেট তার চলার দিক বদলায়। উত্তর প্রান্তের কাছের Detroit সামুদ্রিক পর্বত 7.6 থেকে 8.2 কোটি বছর পুরোনো।

পরের আগ্নেয়গিরি ইতিমধ্যে বাড়ছে। Kama'ehuakanaloa, যাকে 2021 পর্যন্ত Lō'ihi বলা হত, বিগ আইল্যান্ডের দক্ষিণ-পূর্বে সমুদ্রের 975 m নিচে। USGS-এর অনুমান, প্রতি 1,000 বছরে 5 m বাড়লে ভূপৃষ্ঠে আসতে এর 2,00,000 বছর পর্যন্ত লাগবে। তৃতীয় কাজে আপনাকে তীরটি সেই দিকে ঘোরাতে হয় যেদিকে সেটি আছে।

সমুদ্রতলের ডোরা

গরম শিলার লোহার খনিজ আশপাশের চৌম্বক ক্ষেত্রের সঙ্গে সারিবদ্ধ হয়, আর শিলা ঠান্ডা হলে সেই দিক আটকে যায়। 1906 সালে Bernard Brunhes ফ্রান্সে এমন লাভা পান যা বর্তমান ক্ষেত্রের উল্টো দিকে চুম্বকিত, আর 1929 সালে Motonori Matuyama দেখেন জাপান ও কোরিয়ার নতুন লাভা এক দিকে এবং পুরোনোগুলো অন্য দিকে নির্দেশ করে। ক্ষেত্র উল্টে গিয়েছিল।

মধ্য-সাগর রিজে সব সময় নতুন ভূত্বক তৈরি হয় আর দুই পাশে সরে যায়। ফলে সমুদ্রতল টেপ রেকর্ডারের মতো হয়ে ওঠে: ভূত্বকের ফালি এক দিকে চুম্বকিত, তারপর অন্য দিকে, রিজের দুই পাশে আয়নার মতো। 1950-এর দশকে চুম্বকমাপক টেনে নেওয়া জাহাজ এই ডোরা খুঁজে পায়, আর 1963 সালে Fred Vine ও Drummond Matthews সমুদ্রতলের প্রসারণ ও ক্ষেত্র উল্টে যাওয়া দিয়ে তা ব্যাখ্যা করেন।

রিজ দৃশ্য ডোরাগুলো আঁকে Steven Cande ও Dennis Kent-এর (1995) পোলারিটি সময়সারণি থেকে। বর্তমান স্বাভাবিক কাল, Brunhes যুগ, শুরু হয় 7.8 লাখ বছর আগে; ছোট Jaramillo স্বাভাবিক বিরতি ছিল 9.9 থেকে 10.7 লাখ বছর আগে; Olduvai 17.7 থেকে 19.5 লাখ। শেষ 50 লাখ বছরে ক্ষেত্র 20 বার উল্টেছে। একটি ডোরার প্রস্থ তার সময়ের দৈর্ঘ্য গুণ অর্ধ-প্রসারণ হার। বছরে 50 mm হারে (প্রতি পাশে প্রতি দশ লাখ বছরে 25 km) Brunhes ডোরা অক্ষ থেকে 19.5 km পর্যন্ত পৌঁছায়; পূর্ব প্রশান্ত রাইজে, বছরে প্রায় 143 mm হারে, তা প্রায় 56 km পর্যন্ত। ষষ্ঠ কাজে এমন হার চাওয়া হয় যাতে তার কিনারা 60 km-এ পড়ে।

সমুদ্রতল বয়সের সঙ্গে গভীরও হয়, কারণ প্লেট ঠান্ডা হয়ে সংকুচিত হয়। Barry Parsons ও John Sclater 1977 সালে উত্তর প্রশান্ত ও উত্তর আটলান্টিকের সঙ্গে মিলিয়ে গভীরতা = 2,500 + 350 √t মিটার ধরেন, t দশ লাখ বছরে। দৃশ্যটি সেই বক্ররেখা ব্যবহার করে, 15 গুণ গভীর করে আঁকা যাতে আপনি দেখতে পান।

উল্টেপাল্টে যাওয়া ম্যান্টল

ম্যান্টল কঠিন, তবু লক্ষ লক্ষ বছরে প্রবাহিত হয়। ঠান্ডা স্ল্যাব খাতে এতে ডোবে, আর কয়েকটিকে ভূকম্পীয় ছবিতে কোর পর্যন্ত অনুসরণ করা যায়। গরম পদার্থ প্লুমে ওঠে, আর ধীর শিয়ার তরঙ্গের দুটি বিশাল অঞ্চল আফ্রিকা ও প্রশান্ত মহাসাগরের নিচে কোরের ওপর বসে আছে। Edward Garnero ও Allen McNamara 2008 সালে এই অঞ্চলগুলো সম্পর্কে যা জানা যায় তার পর্যালোচনা করেন।

পরিচলন দৃশ্য শুধু একটি ধারণা-চিত্র। এর বিন্দুগুলো তিন কোষের একটি মসৃণ প্রবাহ অনুসরণ করে যাতে আপনি এক জায়গায় শিলা ওঠে আর আরেক জায়গায় নামে তা দেখতে পারেন। আসল প্রবাহ ত্রিমাত্রিক এবং তাপমাত্রা, গঠন ও প্লেটগুলোর ওপর নির্ভর করে। এর সময়ের স্কেলটি কাজের সংখ্যা: বছরে 5 cm, সাধারণ প্লেট-গতিতে, 2,867 km ম্যান্টল পার হতে লাগে প্রায় 5.7 কোটি বছর।

কোর থেকে আসা চৌম্বক ক্ষেত্র

বাইরের কোরে প্রবাহিত তরল লোহা বিদ্যুৎ প্রবাহ বহন করে, আর সেই প্রবাহ পৃথিবীর চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে। বাইরে থেকে ক্ষেত্রটি দণ্ডচুম্বকের মতো দেখায়। International Geomagnetic Reference Field, IGRF, একে কিছু সহগের সারি দিয়ে বর্ণনা করে, যা International Association of Geomagnetism and Aeronomy প্রতি পাঁচ বছরে হালনাগাদ করে। চৌম্বক ক্ষেত্র দৃশ্য আঁকে দ্বিমেরু অংশ, IGRF-14-এর প্রথম তিন সহগ g₁⁰, g₁¹ ও h₁¹। 2025-এর জন্য তারা −29,350.0, −1,410.3 ও 4,545.5 nT। এ থেকে:

• দ্বিমেরু অক্ষ ঘূর্ণন-অক্ষ থেকে 9.2° হেলানো, আর ভূচৌম্বক উত্তর মেরু 80.8° উ, 72.8° প-তে;
• বিষুবে দ্বিমেরু ক্ষেত্র √(g₁⁰² + g₁¹² + h₁¹²) = 29.7 µT, আর মেরুতে তার দ্বিগুণ;
• 1900 সালে একই সংখ্যা ছিল 32.2 µT, তাই দ্বিমেরু আজ 7.6 % দুর্বল।

গ্লোবের একটি বিন্দুতে ক্লিক করুন, দৃশ্যটি সেখানকার দ্বিমেরু ক্ষেত্র হিসাব করে: B = B₀ √(1 + 3 cos² θ), যেখানে θ দ্বিমেরু অক্ষ থেকে কোণ, এবং কম্পাসের কাঁটার নতি, tan I = 2 cot θ। আসল ক্ষেত্র কিছু জায়গায় দ্বিমেরু থেকে আলাদা, কারণ উচ্চ ক্রমের পদগুলো এই দৃশ্য বাদ দেয়।

লাল রেখা উত্তর চুম্বক মেরুর পথ, যে বিন্দুতে কম্পাসের কাঁটা সোজা নিচে তাকায়, NOAA-র National Centers for Environmental Information থেকে। 1590 থেকে 1900 পর্যন্ত তা এসেছে জাহাজের লগবই থেকে তৈরি gufm1 ক্ষেত্র মডেল থেকে, তারপর IGRF থেকে। এই 435 বছরে মেরু প্রায় 4,500 km ঘুরে বেড়িয়েছে এবং শুরুর স্থান থেকে 2,000 km দূরে শেষ হয়েছে। 1700 সালে আর্কটিক কানাডায় সে বছরে প্রায় 6 km সরত; 2000 থেকে 2011 সালের মধ্যে সাইবেরিয়ার দিকে বছরে 55 থেকে 58 km; 2024 সালে সে সরেছে 37 km।

এই দৃশ্যের সময়ের স্লাইডার রিজ দৃশ্যের সঙ্গে ভাগ করা। এটি 7.8 লাখ বছরের পিছনে সরান, ক্ষেত্ররেখা উল্টে যায়: হলুদ শঙ্কু ক্ষেত্রের দিক দেখায়, আর উল্টো Matuyama যুগে তা অন্য দিকে ছিল।

আমরা কত গভীর পর্যন্ত খুঁড়েছি?

গভীর গর্ত দৃশ্য মানুষের পৌঁছানো সবচেয়ে গভীর জায়গাগুলো একটি বোর্ডে রাখে, তিন স্কেলে:

• উত্তর-পশ্চিম রাশিয়ার কোলা সুপারডিপ বোরহোল 1989 সালে 12,262 m-এ পৌঁছায় এবং এখনও সবচেয়ে গভীর গর্ত। তলার শিলা ছিল 212 °C এবং গর্তে প্রবাহিত হত।
• জার্মানির KTB বোরহোল 1994 সালে 265 থেকে 270 °C-এ 9,101 m-এ পৌঁছায়।
• 2024 সালে খননজাহাজ Chikyu জাপান খাতে সমুদ্রপৃষ্ঠ থেকে 7,906 m ড্রিল পাইপ নামায়, বৈজ্ঞানিক সমুদ্র-খননে সবচেয়ে গভীর।
• মারিয়ানা খাতের চ্যালেঞ্জার ডিপ সবচেয়ে গভীর সমুদ্রতল, সমুদ্রপৃষ্ঠের 10,935 m (± 6 m) নিচে, 2020 সালের ডুবোযান নামায় চাপ থেকে মাপা।
• মহাসাগরের গড় গভীরতা 3,682 m।
• Mauna Kea-র চূড়া সমুদ্রপৃষ্ঠ থেকে 4,205 m উঁচু।

হলুদ ড্রিল 12 km-এ রাখুন, প্যানেল পৃথিবীর ব্যাসার্ধের 0.19 % দেখায়। স্কেল কেন্দ্রে বদলান, বোর্ডের সব গর্ত সবচেয়ে ওপরের রেখার ভেতরে ধরে যায়। PREM-এ সেই গভীরতার চাপ প্রায় 0.27 GPa, কেন্দ্রে 364 GPa-র বিপরীতে।

মডেলগুলো যা বাদ দেয়

PREM একমাত্রিক মডেল: নির্দিষ্ট ব্যাসার্ধের গোলকের প্রতিটি বিন্দুতে একই। আসল পৃথিবীতে মহাদেশ ও মহাসাগর আছে, ডুবন্ত সাগরতলের ঠান্ডা স্ল্যাব ও গরম প্লুম আছে, তাই তরঙ্গের গতি জায়গায় জায়গায় কয়েক শতাংশ আলাদা। PREM ঊর্ধ্ব ম্যান্টলে দিকনির্ভরতার সামান্য অংশও রাখে; আমরা গড় করা, দিকহীন সংস্করণ ব্যবহার করি। কাটা অংশের রশ্মি-পথ সীমানা থেকে প্রতিফলিত বা তার বরাবর চলা তরঙ্গ বাদ দেয়, আর ভূমিকম্পটি সাগর স্তরের ঠিক নিচে বসানো যাতে একেবারে ওপরের ধীর জল ছবি বিকৃত না করে।

অন্য দৃশ্যগুলো নিজের মতো সরল করে, আর যেখানে দরকার প্যানেল তা বলে:

• ভূমিকম্প গবেষণাগারের যাত্রাকাল সারণি PREM-এর মধ্য দিয়ে রশ্মি থেকে এসেছে। মোহোর ঠিক নিচে PREM-এর গতি গভীরতার সঙ্গে সামান্য কমে, তাই অগভীর উৎসের রশ্মি কয়েক ডিগ্রির ফাঁক রাখে যেখানে আসল রেকর্ডে মোহো বরাবর চলা হেড তরঙ্গ দেখা যায়। গবেষণাগার 10° পর্যন্ত ফাঁক সময়ে সরলরেখায় জুড়ে দেয়; তার চেয়ে চওড়া কোরের ছায়া ফাঁকা থাকে। পৃষ্ঠ তরঙ্গ একটি মডেল-গতিতে চলে।
• প্লেট ঘড়ি আজকের ঘূর্ণন স্থির রাখে। এটি দেখায় প্লেট কত দ্রুত সরে, মহাদেশ আসলে কোথায় ছিল তা নয়।
• অবনমনের কাটা-ছেদ একটি অগভীর ঢাল ও একটি গভীর ঢালকে মসৃণ বক্ররেখায় জোড়ে এবং স্ল্যাবকে 90 km পুরুত্ব দেয়। খাতের গভীরতা, ওপরের প্লেটের আকার ও চিলি দৃশ্যের গভীর ভূমিকম্পের ফাঁক বোঝানোর জন্য আঁকা, মাপা নয়।
• হাওয়াইয়ের পিছিয়ে নেওয়া হটস্পট স্থির রাখে এবং শুধু তারিখ জানা আগ্নেয়গিরি বরাবর প্লেট সরায়।
• চৌম্বক ডোরা নিখুঁত ব্লক; আসল অসঙ্গতি ভূত্বক কীভাবে ঠান্ডা হয় আর নতুন ভূত্বক তৈরির অঞ্চলের প্রস্থে ঝাপসা হয়ে যায়।
• পরিচলন দৃশ্য একটি ধারণার ছবি, কোনো সময়ের স্কেল ছাড়া।
• ক্ষেত্ররেখা শুধু IGRF-এর দ্বিমেরু অংশ।

সংক্ষিপ্ত ইতিহাস

1798 সালে Henry Cavendish মোচড় দাঁড়িপাল্লা দিয়ে সীসার গোলকের মধ্যে টান মাপেন এবং দেখেন পৃথিবী জলের 5.48 গুণ ঘন, ভূপৃষ্ঠের শিলার চেয়ে অনেক বেশি। 1906 সালে আইরিশ ভূতত্ত্ববিদ Richard Dixon Oldham দেখান পৃথিবীর অপর পাশে পৌঁছানো P তরঙ্গ দেরিতে আসে, এবং যুক্তি দেন গ্রহটির কেন্দ্রে একটি কোর আছে। একই বছর Bernard Brunhes উল্টো দিকে চুম্বকিত লাভার খবর দেন। 1909 সালে Andrija Mohorovičić ভূত্বকের তলদেশ খুঁজে পান। 1912 সালে Alfred Wegener যুক্তি দেন মহাদেশগুলো আলাদা হয়ে সরে গেছে। এরপর Beno Gutenberg কোরের শীর্ষ প্রায় 2,900 km-এ বসান, আধুনিক মান 2,891 km-এর কাছাকাছি। 1926 সালে Harold Jeffreys জোয়ার ও S তরঙ্গ থেকে দেখান কোর তরল, আর 1929 সালে Motonori Matuyama ক্ষেত্র উল্টে যাওয়ার একটি তারিখ নির্ধারণ করেন। Lehmann-এর ভেতরের কোর আসে 1936 সালে।

1960-এর দশকে টুকরোগুলো মিলে যায়। Harry Hess 1962 সালে সমুদ্রতলের প্রসারণ প্রস্তাব করেন; Vine ও Matthews 1963 সালে চৌম্বক ডোরা পড়েন; একই বছর Wilson হাওয়াইকে হটস্পট দিয়ে ব্যাখ্যা করেন। 1981 সালে Dziewonski ও Anderson কয়েক দশকের ভূকম্পীয় তথ্য, এবং 1960-এর দশকের বড় ভূমিকম্পের পর রেকর্ড করা মুক্ত দোলন একত্র করে PREM তৈরি করেন। Bird-এর প্লেট সীমা আসে 2003 সালে আর NNR-MORVEL56 2011 সালে।