पृथ्वी की आंतरिक संरचना के स्रोत: भूकंप की तरंगें

आप क्या देख रहे हैं

पृथ्वी की आंतरिक संरचना के स्रोत मुख्यतः उसके द्रव्यमान और भूकंप की तरंगों से मिले प्रमाण हैं। ऊपर 6,371 km त्रिज्या वाली पृथ्वी का एक टुकड़ा काटकर उसे स्क्रीन पर आधे मीटर में दिखाया गया है। दोनों कटे चेहरों की परतें PREM की गहराइयों पर हैं, यानी Adam Dziewonski और Don Anderson का 1981 में प्रकाशित प्रारंभिक संदर्भ पृथ्वी मॉडल। आज भी भूकंपविज्ञानी अपने माप इससे मिलाते हैं। यह सरल सूत्रों से हर गहराई का घनत्व और तरंग गति देता है।

नियंत्रण टैब पर गहराई स्लाइडर चलाएँ तो सफ़ेद छल्ला सतह से केंद्र की ओर जाता है। ऊपर बायाँ पैनल उस गहराई के लिए PREM का घनत्व, दोनों तरह की भूकंप तरंगों की गति, और घनत्व से निकाले दबाव तथा गुरुत्व दिखाता है। तापमान अलग है। वह PREM का हिस्सा नहीं, बल्कि प्रकाशित शोध से लिया, डिग्री सेल्सियस में गोल किया अनुमान है। क्रोड वाला खंड उसकी अनिश्चितता समझाता है।

चलाएँ दबाने पर कटाव के ऊपर भूकंप होता है। रंगीन रेखाएँ उसी मॉडल में ग्रह से गुज़रती तरंगों के रास्ते हैं और बिंदु सही गति से चलते तरंगाग्र हैं। जब तक आप तरंग घड़ी न बदलें, स्क्रीन का एक सेकंड असली समय का एक मिनट है।

कटाव के दो और नियंत्रण हैं। परतें हटाएँ पृथ्वी को बाहर से खोलकर नंगे भीतरी क्रोड तक ले जाता है। ग्राफ़ पढ़ने वाले पैनल के नीचे घनत्व, तरंग गति, दबाव, तापमान और गुरुत्व के आलेख बदलता है, जिन पर जाँच बिंदु की गहराई भी है।

मंच के नीचे की पट्टी आठ और दृश्य खोलती है, जो पहली बार चुने जाने पर बनते हैं। प्लेटें Peter Bird के PB2002 की 52 प्लेटें और आज की चाल दिखाती हैं। अधोगमन गर्त का काट है। हॉटस्पॉट हवाई के ऊपर प्रशांत प्लेट का पीछा करता है। कटक समुद्र तल फैलाता और उसमें चुंबकीय क्षेत्र दर्ज करता है। संवहन पलटते मैंटल का वैचारिक चित्र है। चुंबकीय क्षेत्र द्रव क्रोड का क्षेत्र और 1590 से उत्तरी ध्रुव का भटकना दिखाता है। गहरे छेद सबसे गहरे बोरहोल और समुद्र को एक बोर्ड पर रखते हैं। भूकंप लैब असली भूकंप की तरंगें तीन भूकंपमापियों तक भेजकर उसकी जगह खोजने देती है। नियंत्रणों के नीचे आठ काम, भूकंप सूची और भूविज्ञान के इतिहास के 73 उदाहरण, और बदलने योग्य तथ्य हैं।

खोदे बिना हमें कैसे मालूम है

अब तक का सबसे गहरा छेद, रूस का कोला सुपरडीप बोरहोल, लगभग 12 km पहुँचा। यह केंद्र तक के रास्ते का लगभग 0.2 प्रतिशत है। उसके नीचे सब कुछ अप्रत्यक्ष प्रमाण से पता चलता है, जिनमें दो का सबसे अधिक योगदान है।

पहला पृथ्वी का द्रव्यमान है। ग्रह कितना ज़ोर से खींचता और कितना बड़ा है, यह जानकर औसत घनत्व निकलता है: 5.972 × 10²⁴ kg द्रव्यमान को 4/3·π·(6,371 km)³ आयतन से बाँटने पर 5.51 g/cm³। सतही चट्टानें केवल 2.6 से 2.9 g/cm³ हैं, इसलिए नीचे कोई बहुत भारी पदार्थ होना चाहिए। Isaac Newton ने 1680 के दशक में ही इसका अनुमान लगाया था।

दूसरा भूकंप है। बड़ा भूकंप पूरे ग्रह में तरंगें भेजता है और हज़ारों भूकंपमापी उनके आने का समय दर्ज करते हैं। समय हर गहराई की तरंग गति पर निर्भर है, इसलिए पर्याप्त माप से परत-दर-परत गति निकाली जा सकती है। PREM में पृथ्वी के मुक्त दोलन के लगभग 1,000 मापे आवर्तकाल, यानी बड़े भूकंप के बाद पूरे ग्रह की धीमी गूँज, लगभग 500 सारांश यात्रा समय, और ज्ञात द्रव्यमान तथा जड़त्व आघूर्ण फ़िट किए गए। लेखकों ने फिर अंतरराष्ट्रीय भूकंप केंद्र के 12 वर्षों के बुलेटिनों में 17.5 लाख और P तथा S आगमन समयों से जाँच की।

भूपर्पटी और मोहो

इस पैमाने पर पर्पटी रेखा है। PREM में औसत मोटाई 24.4 km है: 3 km समुद्र, 12 km ऊपरी और 9.4 km निचली पर्पटी। असली पर्पटी इतनी नियमित नहीं: समुद्र के नीचे लगभग 7 km और महाद्वीपों के नीचे 30 से 70 km, हिमालय जैसी युवा पर्वतमालाओं के नीचे सबसे मोटी।

पर्पटी का तल तीखी सीमा है, मोहो, जिसका नाम क्रोएशियाई भूकंपविज्ञानी Andrija Mohorovičić पर है। उन्होंने क्रोएशिया की Kupa (Kulpa) घाटी के 1909 भूकंप के रिकॉर्ड पढ़कर इसे खोजा। दूर के स्टेशनों पर P तरंगों के दो समूह थे; दूसरा कुछ रास्ता नीचे की तेज़ परत से आया था। PREM में P गति निचली पर्पटी के 6.8 km/s से मोहो के ठीक नीचे 8.11 km/s और घनत्व 2.90 से 3.38 g/cm³ हो जाता है।

मैंटल: बहती ठोस चट्टान

मैंटल 2,867 km चट्टान है, जो S तरंगें ढोने जितनी ठोस और लाखों वर्षों तक कुछ सेंटीमीटर सालाना रेंगने जितनी नरम है। यही रेंगना ऊपर की विवर्तनिक प्लेटें चलाता है।

तरंग गति के दो चरण इसे बाँटते हैं। PREM उन्हें 400 और 670 km पर रखता है; दूसरे मॉडल 410 और 660 लेते हैं, दोनों एक ही चीज़ बताते हैं। यहाँ ऊपरी मैंटल का मुख्य खनिज ओलिवीन अधिक घने क्रिस्टलीय ढाँचों में दबता है। बीच में संक्रमण क्षेत्र है। 670 km के नीचे निचला मैंटल है, आयतन में ग्रह की सबसे बड़ी परत।

दबाव तेज़ी से बढ़ता है। पर्पटी के तल पर 0.6 GPa, 400 km पर 13.4 GPa और 670 km पर 23.8 GPa है। मैंटल के तल, 2,891 km नीचे, 135.8 GPa तक पहुँचता है। समुद्र सतह के वायुदाब (1,01,325 Pa) से बाँटें तो 135.8 × 10⁹ ÷ 1,01,325 ≈ 13.4 लाख गुना।

क्रोड: बाहर द्रव, भीतर ठोस

2,891 km पर चट्टान ख़त्म। घनत्व 5.57 से 9.90 g/cm³, P गति 13.72 से 8.06 km/s और S गति शून्य हो जाती है। जो पदार्थ अपरूपण तरंग नहीं ढो सकता, वह काटने जैसी विकृति का प्रतिरोध नहीं कर सकता; दूसरे शब्दों में वह द्रव है। यह बाहरी क्रोड है, मुख्यतः लोहा, थोड़ा निकल और कुछ प्रतिशत हल्के तत्व। उसका धीमा मंथन पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र बनाता है।

5,150 km पर लोहा फिर ठोस है। भीतरी क्रोड आसपास के द्रव से गर्म है, पर दबाव के साथ लोहे का गलनांक बढ़ता है और 329 GPa पर वहाँ का लोहा अपने गलनांक से नीचे है। पृथ्वी धीरे ठंडी होती है तो द्रव का लोहा जमकर भीतरी क्रोड बढ़ाता है।

तापमान इस पन्ने के सबसे अनिश्चित मान हैं। बाहरी क्रोड के शीर्ष के प्रकाशित अनुमान लगभग 3,000 से 4,500 K हैं। भीतरी क्रोड सीमा के लिए Dario Alfè और सहकर्मियों की गणना 5,400 से 5,700 K देती है, जबकि Simone Anzellini और सहकर्मियों के 2013 प्रयोगों में लोहा 6,230 ± 500 K पर पिघला। पैनल इन सीमाओं के भीतर मान लेकर सेल्सियस में दिखाता है: क्रोड-मैंटल सीमा पर 3,900 °C यानी 3,900 + 273 = 4,173 K, और भीतरी क्रोड सीमा पर 5,500 °C यानी 5,773 K। इन्हें गोल अनुमान मानें, इसीलिए ≈ लगा है।

तरंगें क्यों मुड़ती हैं

भूकंप तरंगें बदलती मोटाई के काँच से गुज़रते प्रकाश जैसी हैं। तेज़ चट्टान में प्रवेश पर तरंग लंबवत दिशा से दूर मुड़ती है। मैंटल में गहराई के साथ गति बढ़ती रहती है, इसलिए हर किरण मुड़कर सतह पर लौटती है।

परतदार गोले में मुड़ने का एक नियम है। हर किरण पर

p = r · sin(i) / v

स्थिर रहता है। यहाँ r केंद्र से दूरी, i किरण और लंबवत के बीच कोण, v तरंग गति है। जहाँ r / v घटकर p होता है, किरण लौटती है। प्रदर्शनी इसी से हर पथ बनाती है: p चुनती है, PREM में अधिकतम 2 km क़दमों में नीचे बढ़ती है, मोड़ आने पर ऊपर का प्रतिबिंब बनाती है। रास्ते में समय जुड़ता है, इसलिए बिंदु सही समय पर पहुँचते हैं।

छाया क्षेत्र

भूकंप से बाहर जाती P किरणें दूर-दूर उतरती हैं, जब तक सबसे गहरी क्रोड के शीर्ष को छूती नहीं। इस मॉडल में वह भूकंप से 99° दूर 13.7 मिनट बाद सतह पर आती है। थोड़ी गहरी किरणें क्रोड में जाती हैं, जहाँ गति 13.72 से 8.06 km/s गिरती है और अचानक धीमापन उन्हें तेज़ मोड़ता है। वे पृथ्वी के दूसरी ओर 145° या अधिक पर निकलती हैं।

इन समूहों के बीच सतह की पट्टी में सीधी P तरंगें नहीं मिलतीं: P तरंग छाया क्षेत्र। किताबें आम तौर पर 104° से 140° बताती हैं। असली रिकॉर्ड के किनारे कुछ धुँधले हैं क्योंकि तरंगें क्रोड के किनारे घूमती भी हैं; हमारा सरल किरण मॉडल किनारे 99° और 145° पर रखता है।

S तरंगें द्रव क्रोड से गुज़र ही नहीं सकतीं। लगभग 104° के आगे वे पूरी तरह गायब हैं: S तरंग छाया क्षेत्र। मॉडल की सबसे दूर जाने वाली S किरण 104.3° पर उतरती है। S तरंगें चालू करके सभी को क्रोड पर रुकते देख सकते हैं।

1936 में डेनमार्क की भूकंपविज्ञानी Inge Lehmann ने P छाया क्षेत्र के भीतर कमज़ोर P तरंगें देखीं, जहाँ कोई नहीं होनी चाहिए थी। उन्होंने द्रव के भीतर छोटे, तेज़ क्रोड से इसे समझाया। मॉडल में सबसे छोटे p की किरणें भीतरी क्रोड से गुज़रकर 128° से 180° के बीच उतरती हैं।

जाँचने योग्य मान

घनत्व और तरंग गति सीधे PREM सूत्रों से हैं। दबाव और गुरुत्व केवल घनत्व से 1 km क़दमों में निकलते हैं। पहले हर त्रिज्या के भीतर द्रव्यमान खोल-दर-खोल जोड़ते हैं, जिससे g = G·M(r) / r² मिलता है। फिर सतह से नीचे हर खोल का भार जोड़ते हैं, dP = ρ·g·dr। दो जाँचें गणित की पुष्टि करती हैं: कुल द्रव्यमान 5.973 × 10²⁴ kg, मापे 5.972 × 10²⁴ kg के मुक़ाबले, और सतह का गुरुत्व 9.82 m/s²।

गुरुत्व कई लोगों की उम्मीद से अलग बदलता है। नीचे जाने पर लगातार नहीं घटता। घने क्रोड के कारण मैंटल में थोड़ा बढ़ता है, क्रोड के शीर्ष पर 10.69 m/s² अधिकतम होता है, फिर केंद्र पर शून्य हो जाता है।

तीन स्टेशनों से भूकंप खोजना

दूर का भूकंपमापी बड़ी लहराती सतही तरंगों से पहले दो झटके दर्ज करता है। पहला P, दूसरा S है। दोनों एक समय स्रोत से निकले, पर मैंटल में S की गति P की केवल लगभग 55 % है, इसलिए दूरी के साथ अंतर बढ़ता है। S−P समय पढ़कर भूकंप की दूरी मिलती है।

भूकंप लैब वही PREM इस्तेमाल करती है जो कटाव में है। हर किरण पैरामीटर p पर भूकंपविज्ञान की tau-p विधि से τ(p) जोड़ती है: मोड़ से सतह तक √(η² − p²)/r का समाकल, जहाँ η = r/v। किरण की दूरी, p के सापेक्ष τ के ढाल का ऋणात्मक मान है; समय τ + p × दूरी है। इससे मोड़ पर वर्गमूल का कठिन शिखर बचता और किसी भी स्रोत गहराई के प्रथम आगमन की सारणी मिलती है। सतह के पास के भूकंप के लिए:

स्रोत के पास नियम सरल है: मॉडल में S − P का हर सेकंड लगभग 7.5 km दूरी है (पहले एक डिग्री में 0.132 s प्रति km)। किताबें अक्सर 8 km करती हैं। दूर तरंगें गहरी, तेज़ चट्टानों तक जाती हैं और संबंध वक्र होता है, इसलिए एक संख्या के बजाय सारणियाँ लेते हैं।

एक दूरी केवल स्टेशन के चारों ओर किसी वृत्त पर भूकंप रखती है। दूसरा स्टेशन दूसरा वृत्त देता है, जो पहले को दो बिंदुओं पर काटता है। तीसरा एक बिंदु चुनता है। लैब में तीन असली वैश्विक भूकंपमापी नेटवर्क स्टेशन हैं, भूकंप से 15° से 90° के बीच और अलग दिशाओं में चुने गए। S-P वृत्त चालू करें तो केवल S−P समयों से ग्लोब पर बनते हैं। पहला काम असली भूकंप का अधिकेंद्र छिपाकर मिलन बिंदु पर पिन रखने को कहता है।

गहराई थोड़ा फ़र्क़ डालती है। 600 km गहरा भूकंप 60° दूर P तरंग 607 s के बजाय 549 s में भेजता है, क्योंकि वह तेज़ निचले मैंटल के क़रीब शुरू होती और नीचे जाते समय धीमी पर्पटी छोड़ देती है। गहरे भूकंप कमज़ोर सतही तरंगें भी बनाते हैं: वे तरंगें ऊपर तक सीमित हैं, स्रोत बहुत नीचे है। 2013 के ओख़ोत्स्क सागर (598 km) और तोहोकू (29 km) के भूकंपलेख मिलाएँ।

लैब की सतही तरंगें एक गति, 3.8 km/s, से चलती हैं। यह मॉडल मान है: असली सतही तरंगें फैलती हैं, लंबे आवर्तकाल वाली छोटी अवधि वालों से तेज़ चलती हैं। 3.8 km/s पर 90° के लिए 2,634 s, लगभग 44 मिनट लगते हैं।

परिमाण 9 कितना बड़ा है?

परिमाण लघुगणकीय पैमाना है। एक बढ़ने पर समान दूरी के भूकंपमापी पर ज़मीन की गति लगभग दस गुनी और ऊर्जा लगभग 32 गुनी होती है। यहाँ ऊर्जा संबंध Hiroo Kanamori ने 1977 में Beno Gutenberg और Charles Richter के काम से दिया था:

log₁₀ E = 1.5 M + 4.8, जहाँ E जूल में है।

इसलिए परिमाण 7 की ऊर्जा 5 की 10^(1.5 × 2) = 1,000 गुनी और परिमाण 9 की ऊर्जा 6 की 10^(1.5 × 3), लगभग 32,000 गुनी है। 2011 का तोहोकू M 9.1 भूकंप 2.8 × 10¹⁸ J देता है। एक टन TNT की ऊर्जा 4.184 × 10⁹ J से भाग दें तो लगभग 674 मेगाटन। 2016 का ग्योंगजू भूकंप (कोरिया मौसम प्रशासन के पैमाने पर ML 5.8) लगभग 10^(1.5 × 3.3), करीब 90,000 गुनी कम ऊर्जा छोड़ता है।

परिमाण सीधे नहीं बताता कि किसी शहर में ज़मीन कितनी हिलेगी। वह दूरी, गहराई, नीचे की चट्टान-मिट्टी और भ्रंश टूटने के तरीक़े पर है। 1994 का बोलीविया भूकंप 8.2 था, पर 631 km गहरा और सतही तरंगें छोटी थीं।

प्लेटें और उनकी गति

पृथ्वी का बाहरी लगभग 100 km, स्थलमंडल, इतना ठंडा है कि कठोर प्लेटों की तरह व्यवहार करता है। प्लेट दृश्य Peter Bird के 2003 मॉडल PB2002 की 52 प्लेटें उनके प्रकाशित डेटा से बनाता है। सीमा के रंग गति बताते हैं: फैलते कटक और दरारों पर लाल, गर्त और टकराव क्षेत्रों पर नीला, रूपांतरण भ्रंशों पर एक-दूसरे के साथ सरकने पर हरा।

तीर Donald Argus, Richard Gordon और Charles DeMets के 2011 में प्रकाशित NNR-MORVEL56 से हैं। हर प्लेट को कोणीय वेग मिलता है: ग्लोब पर एक ध्रुव और उसके चारों ओर घूमने की दर। बिंदु का वेग उस कोणीय वेग और बिंदु की स्थिति का सदिश गुणनफल है, v = ω × r। तंत्र में "कोई शुद्ध घूर्णन नहीं", यानी सभी प्लेटें मिलकर नहीं घूमतीं। मॉडल के कुछ परिणाम:

• प्रशांत प्लेट 63.58° S, 114.70° E के ध्रुव के चारों ओर प्रति 10 लाख वर्ष 0.651° घूमती है। ध्रुव से 90° दूर बिंदु 0.651 × 111.19 = 72 mm प्रति वर्ष चलते हैं, बड़ी प्लेटों में सबसे तेज़।
• Kīlauea पर प्रशांत प्लेट उत्तर-पश्चिम (298°) में 69 mm प्रति वर्ष चलती है।
• 40° N पर मध्य अटलांटिक कटक के आर-पार उत्तरी अमेरिका और यूरेशिया 22.9 mm प्रति वर्ष अलग होते हैं।
• 20° S पर पूर्वी प्रशांत उत्थान के आर-पार प्रशांत और नाज़्का 143 mm प्रति वर्ष अलग होते हैं।
• इस तंत्र में भारतीय प्लेट लगभग 56 mm प्रति वर्ष चलती है।

पूरी सतह का औसत स्थलमंडलीय वेग 43.9 mm प्रति वर्ष है, NNR-MORVEL56 शोध का वर्ग-माध्य-मूल मान। किसी बिंदु की प्लेट, गति और दिशा के लिए क्लिक करें। सबसे तेज़ संख्याएँ टोंगा के पास की छोटी प्लेटों पर हैं, जो नज़दीकी ध्रुवों पर तेज़ घूमती हैं।

प्लेट घड़ी आज के घूर्णन को 5 करोड़ वर्ष आगे-पीछे चलाती और आठ शहरों को साथ ले जाती है। +5 करोड़ वर्ष पर न्यूयॉर्क और लिस्बन आज के 5,423 km से लगभग 1,100 km और अलग हैं, 22.9 mm प्रति वर्ष के 5 करोड़ वर्षों के क़रीब। इसे जानबूझकर वैचारिक कहा गया है। असली प्लेटें गति-दिशा बदलती और नई सीमाएँ बनती हैं; सही पुनर्निर्माण के लिए हर अवधि की चुंबकीय पट्टियाँ और हॉटस्पॉट पथ चाहिए, स्थिर आज का घूर्णन नहीं।

जहाँ प्लेटें डूबती हैं

गर्त पर एक प्लेट मुड़कर दूसरी के नीचे खिसकती है। अधोगमन दृश्य दो काट दिखाता है: जापान गर्त, जहाँ प्रशांत प्लेट उत्तर-पूर्वी जापान के नीचे (NNR-MORVEL56 की ओख़ोत्स्क प्लेट) जाती है; और 36° S पर पेरू-चिली गर्त, जहाँ नाज़्का दक्षिण अमेरिका के नीचे जाती है। उसी मॉडल से गति मिलती है: जापान गर्त के सीधे आर-पार लगभग 86 mm प्रति वर्ष, और कॉन्सेप्सियोन के पास नाज़्का-दक्षिण अमेरिका की सापेक्ष गति 74 mm प्रति वर्ष।

डूबती प्लेट, स्लैब, लाखों वर्ष आसपास के मैंटल से ठंडी रहती है, इसलिए बहुत गहराई पर टूटकर भूकंप बना सकती है। USGS सूची के सबसे गहरे बड़े भूकंप स्लैब में हैं: 2013 में ओख़ोत्स्क सागर के नीचे 598 km (M 8.3), 1994 में बोलीविया के नीचे 631 km (M 8.2)। चित्र में लगभग 680 km तक स्लैब के अंदर बिंदु हैं।

ज्वालामुखी गर्त के समानांतर पंक्ति में क्यों हैं? गहराई में स्लैब के खनिजों का पानी निकलता और ऊपर के गर्म मैंटल का गलनांक घटाता है। Emily Syracuse और Geoffrey Abers ने 2006 में 839 चाप ज्वालामुखियों के नीचे स्लैब गहराई मापी। ज्वालामुखीय अग्रभाग के नीचे शीर्ष की औसत गहराई 105 km, मध्यिका 100 km है; आधे मान 85 से 119 km और चाप के 500 km हिस्सों के औसत मध्य अल्यूशियन में 72 km से उत्तरी वनुआतु में 173 km हैं। दृश्य ज्वालामुखी को 105 km पर रखता है। गहरा झुकाव बदलें तो चाप हटता है: 30° पर गर्त से 236 km, विश्व के आधे चापों के 180 से 275 km के बीच के क़रीब।

हवाई और हॉटस्पॉट

1963 में J. Tuzo Wilson ने कहा कि हवाई द्वीप चलती प्रशांत प्लेट के नीचे गहरे स्थिर मैग्मा स्रोत पर क्रम से बने। उम्र इसकी पुष्टि करती है। Kaua'i की सबसे पुरानी चट्टानें लगभग 50 से 55 लाख वर्ष की हैं, West Maui की मुख्य वृद्धि लगभग 13 लाख वर्ष पहले ख़त्म हुई, और Kīlauea अभी फट रहा है। Kīlauea से 2,444 km दूर Midway लगभग 2.8 करोड़ वर्ष पुराने ज्वालामुखियों पर है।

हॉटस्पॉट दृश्य इन्हीं उम्रों से प्लेट पीछे करता है। प्लूम स्थिर रखकर प्लेट खिसकाता है ताकि चुनी उम्र का ज्वालामुखी उसके ऊपर आए; उम्र ज्ञात ज्वालामुखियों के बीच अंतर भरता है। दूरी और उम्र से औसत दर:

प्रति 10 लाख वर्ष एक किलोमीटर, प्रति वर्ष एक मिलीमीटर के बराबर है। इसलिए ये 87 से 163 mm प्रति वर्ष हैं, आज Kīlauea पर NNR-MORVEL56 के 69 mm प्रति वर्ष से तेज़। मुख्यतः दो कारण हैं: उम्र हर ज्वालामुखी की मुख्य वृद्धि के अंत की है, जो तीखा क्षण नहीं; और हॉटस्पॉट ख़ुद खिसक सकता है, इसलिए हॉटस्पॉट और बिना शुद्ध घूर्णन के तंत्र एक नहीं हैं।

आगे उत्तर-पश्चिम में शृंखला Daikakuji समुद्री पर्वत पर तेज़ मुड़कर एम्परर समुद्री पर्वतों के रूप में उत्तर जाती है। John O'Connor और सहकर्मियों ने 2013 में मोड़ की उम्र 4.75 करोड़ वर्ष निकाली। प्रशांत प्लेट ने तब दिशा बदली थी। उत्तरी छोर के पास Detroit समुद्री पर्वत 7.6 से 8.2 करोड़ वर्ष पुराना है।

अगला ज्वालामुखी बढ़ रहा है। Kama'ehuakanaloa, जिसे 2021 तक Lō'ihi कहते थे, बड़े द्वीप के दक्षिण-पूर्व में समुद्र के 975 m नीचे है। USGS के अनुसार 1,000 वर्षों में 5 m बढ़ने पर सतह तक आने में 2,00,000 वर्ष तक लगेंगे। तीसरा काम उसकी ओर तीर करने को कहता है।

समुद्र तल की पट्टियाँ

गर्म चट्टान में लोहे के खनिज चुंबकीय क्षेत्र के साथ लगते और ठंडे होने पर दिशा स्थिर कर लेते हैं। 1906 में Bernard Brunhes को फ़्रांस में आज के उलटे चुंबकित लावा मिले; 1929 में Motonori Matuyama को जापान और कोरिया के युवा लावा एक ओर, पुराने दूसरी ओर मिले। क्षेत्र उलटा था।

मध्य-महासागरीय कटक पर नई पर्पटी लगातार बनकर दोनों ओर हटती है। समुद्र तल रिकॉर्डर बनता है: पहले एक, फिर दूसरी ओर चुंबकित पट्टियाँ, कटक के दोनों ओर दर्पण जैसी। चुंबकमापी खींचते जहाज़ों ने 1950 के दशक में इन्हें पाया; 1963 में Fred Vine और Drummond Matthews ने समुद्र तल के प्रसार और उलटाव से समझाया।

कटक दृश्य Steven Cande और Dennis Kent (1995) के ध्रुवता कालक्रम से पट्टियाँ बनाता है। आज का सामान्य Brunhes काल 7.8 लाख वर्ष पहले शुरू हुआ; छोटा Jaramillo सामान्य अंतराल 9.9 से 10.7 लाख वर्ष पहले और Olduvai 17.7 से 19.5 लाख वर्ष पहले था। पिछले 50 लाख वर्ष में क्षेत्र 20 बार उलटा। चौड़ाई अवधि और आधी प्रसार दर का गुणनफल है। 50 mm प्रति वर्ष (दोनों ओर 25 km प्रति 10 लाख वर्ष) पर Brunhes पट्टी अक्ष से 19.5 km पहुँचती है; लगभग 143 mm प्रति वर्ष वाले पूर्वी प्रशांत उत्थान पर 56 km। छठा काम किनारा 60 km रखने की दर पूछता है।

प्लेट ठंडी और संकुचित होने पर समुद्र तल उम्र के साथ गहरा होता है। Barry Parsons और John Sclater ने 1977 में उत्तरी प्रशांत और उत्तरी अटलांटिक पर गहराई = 2,500 + 350 √t मीटर फ़िट किया, t की इकाई 10 लाख वर्ष है। दृश्य यही वक्र 15 गुना गहरा खींचता है ताकि दिखे।

पलटता मैंटल

मैंटल ठोस है, फिर भी लाखों वर्षों में बहता है। गर्तों पर ठंडे स्लैब डूबते हैं; कुछ को भूकंपीय चित्रों से क्रोड तक देख सकते हैं। गर्म पदार्थ प्लूम बनकर उठता है। क्रोड पर अफ़्रीका और प्रशांत के नीचे धीमी अपरूपण तरंगों के दो विशाल क्षेत्र हैं। Edward Garnero और Allen McNamara ने 2008 में इनका ज्ञान समीक्षा में रखा।

संवहन दृश्य केवल वैचारिक चित्र है। बिंदु तीन कोशिकाओं के सहज प्रवाह में चलते हैं ताकि चट्टान का कहीं उठना, कहीं डूबना दिखे। असली प्रवाह त्रिआयामी और तापमान, संरचना तथा प्लेटों पर निर्भर है। उपयोगी संख्या समय है: सामान्य प्लेट गति 5 cm प्रति वर्ष पर 2,867 km मैंटल पार करने में लगभग 5.7 करोड़ वर्ष लगते हैं।

क्रोड का चुंबकीय क्षेत्र

बाहरी क्रोड में बहता द्रव लोहा विद्युत धाराएँ ढोता है, जो पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं। बाहर से वह छड़ चुंबक जैसा है। अंतरराष्ट्रीय भूचुंबकीय संदर्भ क्षेत्र IGRF गुणांकों से इसका वर्णन करता है, जिन्हें अंतरराष्ट्रीय भूचुंबकत्व और उच्च वायुमंडलीय भौतिकी संघ हर पाँच वर्ष बदलता है। चुंबकीय क्षेत्र दृश्य IGRF-14 के द्विध्रुव अंश, पहले तीन गुणांक g₁⁰, g₁¹ और h₁¹ दिखाता है। 2025 में ये −29,350.0, −1,410.3 और 4,545.5 nT हैं। इनसे:

• द्विध्रुव अक्ष घूर्णन अक्ष से 9.2° झुका और भूचुंबकीय उत्तरी ध्रुव 80.8° N, 72.8° W पर है;
• भूमध्य पर द्विध्रुव क्षेत्र √(g₁⁰² + g₁¹² + h₁¹²) = 29.7 µT है, ध्रुवों पर दोगुना;
• 1900 में यही मान 32.2 µT था, इसलिए आज द्विध्रुव 7.6 % कमज़ोर है।

बिंदु पर क्लिक करें तो दृश्य वहाँ B = B₀ √(1 + 3 cos² θ) निकालता है, जहाँ θ द्विध्रुव अक्ष से कोण है; चुंबकीय सुई का झुकाव tan I = 2 cot θ है। असली क्षेत्र कहीं-कहीं अलग है क्योंकि यहाँ ऊँचे क्रम के पद छोड़े हैं।

लाल रेखा उत्तरी चुंबकीय ध्रुव का रास्ता है, जहाँ सुई सीधी नीचे जाती है। डेटा NOAA के राष्ट्रीय पर्यावरण सूचना केंद्र से है। 1590 से 1900 तक जहाज़ी लॉग से बने gufm1 मॉडल से और बाद में IGRF से है। इन 435 वर्षों में ध्रुव लगभग 4,500 km भटका, शुरुआत से 2,000 km दूर पहुँचा। 1700 में आर्कटिक कनाडा में लगभग 6 km प्रति वर्ष; 2000 से 2011 तक साइबेरिया की ओर 55 से 58 km प्रति वर्ष; 2024 में 37 km चला।

समय स्लाइडर कटक दृश्य के साथ साझा है। 7.8 लाख वर्ष से पीछे करें तो रेखाएँ पलटती हैं: पीले शंकु क्षेत्र की दिशा बताते हैं, उलटे Matuyama काल में वह विपरीत थी।

हमने कितनी गहरी ड्रिलिंग की?

गहरे छेद दृश्य तीन पैमानों पर मानव की सबसे गहरी पहुँच एक बोर्ड पर रखता है:

• उत्तर-पश्चिमी रूस का कोला सुपरडीप बोरहोल 1989 में 12,262 m पहुँचा, आज भी सबसे गहरा। तल की चट्टान 212 °C थी और छेद में बहती थी।
• जर्मनी का KTB बोरहोल 1994 में 9,101 m, 265 से 270 °C पर पहुँचा।
• 2024 में Chikyu जहाज़ ने जापान गर्त पर समुद्र सतह से 7,906 m ड्रिल पाइप उतारा, सबसे गहरी वैज्ञानिक महासागरीय ड्रिलिंग।
• मारियाना गर्त का चैलेंजर डीप सबसे गहरा समुद्र तल है, समुद्र सतह से 10,935 m (± 6 m) नीचे, 2020 की पनडुब्बी यात्राओं के दबाव से मापा गया।
• समुद्र की औसत गहराई 3,682 m है।
• Mauna Kea का शिखर समुद्र सतह से 4,205 m ऊपर है।

पीली ड्रिल 12 km पर रखें तो पैनल त्रिज्या का 0.19 % दिखाता है। पैमाना केंद्र तक करें और बोर्ड का हर छेद सबसे ऊपर की रेखा में समाता है। PREM में वहाँ दबाव लगभग 0.27 GPa, केंद्र पर 364 GPa है।

मॉडल क्या छोड़ते हैं

PREM एक-आयामी है: एक त्रिज्या के गोले पर हर जगह समान। असली पृथ्वी में महाद्वीप, समुद्र, डूबते समुद्र तल के ठंडे स्लैब और गर्म प्लूम हैं, इसलिए जगह के साथ तरंग गति कुछ प्रतिशत बदलती है। PREM में ऊपरी मैंटल की थोड़ी दिशा-निर्भरता भी है; हम औसत दिशा-रहित रूप लेते हैं। कटाव की किरणें सीमाओं से परावर्तन या उनके साथ चलने वाली तरंगें नहीं लेतीं। स्रोत समुद्री परत के ठीक नीचे है ताकि ऊपर का धीमा पानी चित्र न बिगाड़े।

बाक़ी दृश्य अपने तरीक़े से सरल हैं; ज़रूरी जगह पैनल बताता है:

• भूकंप लैब की समय सारणियाँ PREM किरणों से हैं। मोहो के ठीक नीचे गति गहराई के साथ थोड़ी घटती है, इसलिए उथले स्रोत की किरणें कुछ डिग्री का खाली भाग छोड़ती हैं, जहाँ असली रिकॉर्ड मोहो पर चलती शीर्ष तरंग दिखाते हैं। लैब 10° तक के अंतराल समय में सीधी रेखा से भरती है; उससे चौड़ी क्रोड छाया खाली रहती है। सतही तरंगों की एक मॉडल गति है।
• प्लेट घड़ी आज के घूर्णन स्थिर रखती है। वह गति दिखाती है, महाद्वीपों का असली अतीत नहीं।
• अधोगमन काट कम और गहरे झुकाव को सहज वक्र से जोड़ता है; स्लैब 90 km मोटा है। गर्त गहराई, ऊपरी प्लेट का आकार और चिली दृश्य में गहरे भूकंपों का अंतराल समझाने के लिए बने हैं, मापे नहीं।
• हवाई की पिछली चाल हॉटस्पॉट स्थिर रखती और केवल उम्र ज्ञात ज्वालामुखियों के साथ प्लेट चलाती है।
• चुंबकीय पट्टियाँ सही आयत हैं; असली विसंगतियाँ पर्पटी के ठंडा होने और नई पर्पटी बनने वाले क्षेत्र की चौड़ाई से धुँधली हैं।
• संवहन केवल विचार का चित्र है, समय पैमाना नहीं।
• क्षेत्र रेखाएँ केवल IGRF का द्विध्रुव अंश हैं।

छोटा इतिहास

1798 में Henry Cavendish ने मरोड़ तुला से सीसे के गोलों का आकर्षण मापा और पृथ्वी को पानी से 5.48 गुना घना पाया, सतही चट्टानों से बहुत अधिक। 1906 में आयरिश भूविज्ञानी Richard Dixon Oldham ने दूसरी ओर पहुँचती P तरंगों में देरी से केंद्रीय क्रोड का तर्क दिया। उसी वर्ष Bernard Brunhes ने उलटे चुंबकित लावा बताए। 1909 में Andrija Mohorovičić ने पर्पटी का तल खोजा। 1912 में Alfred Wegener ने महाद्वीपों के खिसककर अलग होने का तर्क दिया। फिर Beno Gutenberg ने क्रोड शीर्ष लगभग 2,900 km रखा, आज के 2,891 km के क़रीब। 1926 में Harold Jeffreys ने ज्वार और S तरंगों से द्रव क्रोड दिखाया; 1929 में Motonori Matuyama ने क्षेत्र के उलटाव की उम्र निकाली। 1936 में Lehmann का भीतरी क्रोड आया।

1960 के दशक में बातें जुड़ीं। Harry Hess ने 1962 में समुद्र तल प्रसार, Vine और Matthews ने 1963 में पट्टियों का अर्थ, Wilson ने उसी वर्ष हवाई के हॉटस्पॉट का विचार दिया। 1981 में Dziewonski और Anderson ने दशकों के भूकंपीय डेटा और 1960 के बड़े भूकंपों के बाद मुक्त दोलनों को PREM में जोड़ा। Bird की प्लेट सीमाएँ 2003 में और NNR-MORVEL56 2011 में आए।