زمین کی تہیں: گہرائی، کثافت اور زلزلے کی لہروں کا ماڈل

آپ کیا دیکھ رہے ہیں

زمین کی تہیں باہر سے اندر کی طرف قشر، مینٹل اور مرکزہ ہیں، اور انہیں زلزلے کی لہریں ظاہر کرتی ہیں۔ اوپر کا ماڈل ایسی زمین ہے جس سے ایک پچر کاٹ کر نکال دی گئی ہے، اور سب کچھ پیمانے کے مطابق بنا ہے۔ 6,371 km کا رداس اسکرین پر آدھے میٹر میں سمیٹا گیا ہے، اور دونوں کٹی ہوئی سطحوں پر تہیں انہی گہرائیوں پر ہیں جو PREM میں درج ہیں۔ PREM یعنی Preliminary Reference Earth Model، جسے ایڈم ڈزیووونسکی اور ڈان اینڈرسن نے 1981 میں شائع کیا۔ ماہرین زلزلیات آج بھی اپنی پیمائشیں اسی حوالہ ماڈل سے ملاتے ہیں، اور یہ ہر گہرائی پر کثافت اور لہر کی رفتار سادہ فارمولوں کی شکل میں دیتا ہے۔

کنٹرول ٹیب میں گہرائی کا سلائیڈر سرکائیں تو ایک سفید چھلا سطح سے مرکز کی طرف کھسکتا ہے۔ اوپر بائیں کونے کا پینل بتاتا ہے کہ PREM اس گہرائی کے بارے میں کیا کہتا ہے: کثافت، دونوں قسم کی زلزلہ لہروں کی رفتار، اور کثافت سے نکالے گئے دباؤ اور ثقل۔ درجہ حرارت کی سطر الگ ہے۔ وہ PREM کا حصہ نہیں، اس لیے شائع شدہ تحقیق سے لیا گیا ایک گول کیا ہوا اندازہ ڈگری سیلسیس میں دکھاتی ہے، اور مرکزے والے حصے میں بتایا گیا ہے کہ یہ کتنا غیر یقینی ہے۔

چلائیں دبائیں تو کٹاؤ کے اوپری حصے میں ایک زلزلہ آتا ہے۔ رنگین لکیریں اس کی لہروں کے سیارے کے اندر راستے ہیں، جو اسی ماڈل میں نکالے گئے ہیں، اور نقطے درست رفتار سے چلتے لہر کے محاذ ہیں۔ جب تک آپ لہروں کی گھڑی نہ بدلیں، اسکرین کا ایک سیکنڈ اصل وقت کے ایک منٹ کے برابر ہے۔

کٹاؤ کے دو اور کنٹرول ہیں۔ تہیں اتاریں زمین کو باہر سے کھولتا چلا جاتا ہے، یہاں تک کہ ننگا اندرونی مرکزہ رہ جائے۔ گراف ریڈ آؤٹ کے نیچے کے چارٹ کو کثافت، لہر کی رفتار، دباؤ، درجہ حرارت اور ثقل کے درمیان بدلتا ہے، اور پروب کی گہرائی پر نشان رہتا ہے۔

اسٹیج کے نیچے کی پٹی آٹھ اور مناظر کھولتی ہے، جو ہر ایک پہلی بار چننے پر بنتا ہے۔ پلیٹیں پیٹر برڈ کے PB2002 ماڈل کی 52 پلیٹیں آج کی حرکت کے ساتھ دکھاتا ہے۔ سب ڈکشن ایک خندق کا مقطع کاٹتا ہے۔ ہاٹ اسپاٹ بحرالکاہل کی پلیٹ کو ہوائی کے اوپر چلاتا ہے۔ ریج ایک سمندری فرش پھیلاتا ہے اور اس میں مقناطیسی میدان درج کرتا ہے۔ گردش مینٹل کے الٹ پلٹ کی تصوراتی تصویر ہے۔ مقناطیسی میدان وہ میدان دکھاتا ہے جو مائع مرکزہ بناتا ہے اور یہ کہ 1590 سے اس کا شمالی قطب کیسے بھٹکا ہے۔ گہرے سوراخ سب سے گہرے بورہول اور سب سے گہرے سمندر کو ایک تختے پر رکھتا ہے۔ زلزلہ لیب ایک اصل زلزلے کی لہریں تین سیسمومیٹروں تک بھیجتی ہے اور آپ کو اس کی جگہ معلوم کرنے دیتی ہے۔ کنٹرولز کے نیچے آٹھ ٹاسک ہیں، زلزلوں کی فہرست اور ارضیات کی تاریخ سے 73 مثالیں ہیں، اور ایک بات ہے جسے آپ دوسری سے بدل سکتے ہیں۔

بغیر کھودے ہمیں کیسے پتا چلتا ہے

آج تک کھودا گیا سب سے گہرا سوراخ روس کا کولا سپر ڈیپ بورہول ہے، جو تقریباً 12 کلومیٹر تک پہنچا۔ یہ مرکز کے راستے کا تقریباً 0.2 فیصد ہے۔ اس سے نیچے کی ہر بات بالواسطہ شواہد سے آتی ہے، اور ان میں سے دو سب سے زیادہ کام کرتے ہیں۔

پہلا زمین کی کمیت ہے۔ جب معلوم ہو کہ سیارہ چیزوں کو کتنی شدت سے کھینچتا ہے اور اس کا سائز کیا ہے تو اس کی اوسط کثافت نکل آتی ہے: کمیت 5.972 × 10²⁴ kg کو حجم 4/3·π·(6,371 km)³ سے تقسیم کریں تو 5.51 g/cm³ ملتا ہے۔ سطح کی چٹانیں صرف 2.6 سے 2.9 g/cm³ کی ہیں، اس لیے نیچے کوئی کہیں زیادہ بھاری چیز چھپی ہونی چاہیے۔ آئزک نیوٹن نے 1680 کی دہائی میں ہی یہ اندازہ لگا لیا تھا۔

دوسرا زلزلے ہیں۔ ایک بڑا زلزلہ پوری زمین میں لہریں بھیجتا ہے اور ہزاروں سیسمومیٹر ان کے پہنچنے کا وقت درج کرتے ہیں۔ پہنچنے کا وقت اس پر منحصر ہے کہ ہر گہرائی پر لہریں کتنی تیز چلتی ہیں، اس لیے کافی اعداد جمع ہو جائیں تو ماہرین زلزلیات تہہ بہ تہہ رفتار نکال لیتے ہیں۔ PREM کو زمین کی آزاد تھرتھراہٹوں کے تقریباً 1,000 ناپے گئے ادوار (کسی بڑے زلزلے کے بعد پوری زمین کی آہستہ گونج)، تقریباً 500 خلاصہ سفری اوقات، اور معلوم کمیت اور جمود کے معیار اثر کے ساتھ فٹ کیا گیا۔ پھر مصنفین نے اسے انٹرنیشنل سیسمولوجیکل سینٹر کے 12 سال کے بلیٹنوں کے مزید 17.5 لاکھ P اور S پہنچنے کے اوقات سے جانچا۔

قشر اور موہو

اس پیمانے پر قشر ایک لکیر ہے۔ PREM میں اوسط موٹائی 24.4 km لی گئی ہے، جو 3 km سمندر، 12 km بالائی قشر اور 9.4 km نچلی قشر سے بنتی ہے۔ اصل قشر اس سے کہیں بے ترتیب ہے: سمندروں کے نیچے تقریباً 7 km اور براعظموں کے نیچے 30 سے 70 km، اور سب سے موٹی ہمالیہ جیسے نوجوان پہاڑی سلسلوں کے نیچے۔

قشر کی تہہ ایک تیز حد ہے جسے موہو کہتے ہیں، کروشیائی ماہر زلزلیات اندریجا موہوروویچیچ کے نام پر، جنہوں نے اسے کروشیا کی کوپا (کلپا) وادی کے 1909 کے زلزلے کے ریکارڈ دیکھتے ہوئے پایا۔ انہوں نے دیکھا کہ زلزلے سے دور کے اسٹیشن P لہروں کے دو سلسلے درج کرتے ہیں، اور دوسرا سلسلہ جزوی طور پر نیچے کی ایک تیز تہہ سے گزر کر آیا تھا۔ PREM میں P لہر کی رفتار نچلی قشر کے 6.8 km/s سے موہو کے فوراً نیچے 8.11 km/s پر چھلانگ لگاتی ہے، اور کثافت 2.90 سے 3.38 g/cm³ پر۔

مینٹل: ٹھوس چٹان جو بہتی ہے

مینٹل 2,867 km چٹان ہے جو اتنی ٹھوس ہے کہ S لہریں لے جا سکے، اور اتنی نرم بھی کہ لاکھوں سال میں سال کے چند سینٹی میٹر رینگ سکے۔ یہی رینگنا اس کے اوپر کی ٹیکٹونک پلیٹوں کو چلاتا ہے۔

لہر کی رفتار میں دو چھلانگیں اسے تقسیم کرتی ہیں۔ PREM انہیں 400 km اور 670 km پر رکھتا ہے؛ دوسرے ماڈل 410 اور 660 لیتے ہیں، اور دونوں ایک ہی چیز بیان کرتے ہیں۔ ان گہرائیوں پر معدن اولیوین، جو بالائی مینٹل کا اہم جزو ہے، دب کر زیادہ کثیف قلمی ساختوں میں بدل جاتا ہے۔ ان کے درمیان عبوری پٹی ہے۔ 670 km سے نیچے نچلا مینٹل ہے، جو حجم میں سیارے کی سب سے بڑی تہہ ہے۔

دباؤ تیزی سے بڑھتا ہے۔ قشر کی تہہ پر یہ 0.6 GPa ہے، 400 km پر 13.4 GPa اور 670 km پر 23.8 GPa۔ مینٹل کی تہہ پر، 2,891 km نیچے، یہ 135.8 GPa تک پہنچ جاتا ہے۔ اسے سطح سمندر کے ہوا کے دباؤ (101,325 Pa) سے تقسیم کریں، یعنی 135.8 × 10⁹ ÷ 101,325 ≈ 13.4 لاکھ گنا۔

مرکزہ: باہر مائع، اندر ٹھوس

2,891 km پر چٹان ختم ہو جاتی ہے۔ کثافت 5.57 سے اچھل کر 9.90 g/cm³ ہو جاتی ہے، P لہر کی رفتار 13.72 سے گر کر 8.06 km/s رہ جاتی ہے، اور S لہر کی رفتار صفر ہو جاتی ہے۔ جو مادہ قینچی لہر نہ لے جا سکے وہ قینچے جانے کا مقابلہ نہیں کر سکتا، اور یہی بات یوں کہی جاتی ہے کہ وہ مائع ہے۔ یہ بیرونی مرکزہ ہے، زیادہ تر لوہا، کچھ نکل، اور چند فیصد ہلکے عناصر۔ اس کی آہستہ ہلچل زمین کا مقناطیسی میدان بناتی ہے۔

5,150 km پر لوہا دوبارہ ٹھوس ہو جاتا ہے۔ اندرونی مرکزہ اپنے گرد کے مائع سے زیادہ گرم ہے، لیکن لوہے کا نقطۂ پگھلاؤ دباؤ کے ساتھ بڑھتا ہے، اور 329 GPa پر وہاں کا لوہا اپنے نقطۂ پگھلاؤ سے نیچے ہے۔ جیسے جیسے زمین آہستہ ٹھنڈی ہوتی ہے، مائع سے لوہا جم کر اندرونی مرکزے کو بڑھاتا جاتا ہے۔

اس صفحے کے اعداد میں درجہ حرارت سب سے کم یقینی ہیں۔ بیرونی مرکزے کی بالائی حد کے لیے شائع شدہ اندازے تقریباً 3,000 سے 4,500 K تک ہیں۔ اندرونی مرکزے کی حد کے لیے ڈاریو الفے اور ساتھیوں کے حساب 5,400 سے 5,700 K دیتے ہیں، جبکہ سیمون اینزیلینی اور ساتھیوں کے 2013 کے تجربہ گاہ کے تجربات میں لوہا وہاں 6,230 ± 500 K پر پگھلا۔ ریڈ آؤٹ ان حدود کے اندر کی قدریں ڈگری سیلسیس میں دکھاتا ہے، اس لیے مرکزے-مینٹل کی حد پر 3,900 °C یعنی 3,900 + 273 = 4,173 K ہے، اور اندرونی مرکزے کی حد پر 5,500 °C یعنی 5,773 K۔ انہیں گول کیے ہوئے اندازے سمجھیں، اسی لیے ان کے ساتھ ≈ کا نشان ہے۔

لہریں کیوں مڑتی ہیں

زلزلے کی لہریں اس روشنی کی طرح چلتی ہیں جو بدلتی موٹائی کے شیشے سے گزرے۔ جب لہر تیز چٹان میں داخل ہوتی ہے تو عمودی سے دور مڑتی ہے، اور مینٹل میں رفتار گہرائی کے ساتھ بڑھتی رہتی ہے، اس لیے ہر شعاع خم کھا کر سطح پر واپس آ جاتی ہے۔

تہہ دار کرے میں مڑنے کا ایک ہی اصول چلتا ہے۔ ہر شعاع کے ساتھ مقدار

p = r · sin(i) / v

ایک سی رہتی ہے، جہاں r مرکز سے فاصلہ ہے، i شعاع اور عمودی کے درمیان زاویہ ہے، اور v لہر کی رفتار ہے۔ شعاع وہاں پلٹتی ہے جہاں r / v گھٹ کر p کے برابر ہو جائے۔ نمائش اسی اصول سے آپ کو نظر آنے والا ہر راستہ نکالتی ہے: وہ p کی ایک قدر چنتی ہے، PREM میں زیادہ سے زیادہ 2 km کے قدموں میں نیچے اترتی ہے جب تک شعاع پلٹ نہ جائے، اور راستے کا عکس بنا کر اوپر واپس لاتی ہے۔ سفر کا وقت راستے کے ساتھ جمع ہوتا جاتا ہے، اسی لیے نقطے ٹھیک وقت پر پہنچتے ہیں۔

سائے کے علاقے

زلزلے سے باہر کی طرف P شعاعوں کو دیکھیں تو وہ زیادہ سے زیادہ دور اترتی ہیں، یہاں تک کہ سب سے گہری شعاع مرکزے کی بالائی سطح کو چھو کر گزرتی ہے۔ ہمارے ماڈل میں وہ شعاع زلزلے سے 99° پر 13.7 منٹ بعد سطح پر پہنچتی ہے۔ ذرا گہری اترنے والی شعاعیں مرکزے میں داخل ہوتی ہیں، جہاں رفتار 13.72 سے گر کر 8.06 km/s رہ جاتی ہے، اور یہ اچانک سستی انہیں تیزی سے موڑ دیتی ہے۔ وہ زمین کے دوسری طرف 145° یا اس سے زیادہ پر نکلتی ہیں۔

ان دونوں گروہوں کے درمیان سطح کی ایک پٹی ہے جہاں براہ راست P لہریں غائب ہیں: P لہر کا سائے کا علاقہ۔ نصابی کتابیں عموماً اسے 104° سے 140° بتاتی ہیں۔ اصل ریکارڈوں میں اس کے کنارے کچھ دھندلے ہوتے ہیں کیونکہ لہریں مرکزے کے کنارے کے گرد بھی رینگتی ہیں، اور ہمارا سادہ شعاعی ماڈل کنارے 99° اور 145° پر رکھتا ہے۔

S لہروں کے لیے مائع مرکزے سے گزرنے کا کوئی راستہ ہی نہیں۔ تقریباً 104° کے بعد وہ بالکل غائب ہیں، یہ S لہر کا سائے کا علاقہ ہے؛ ماڈل میں سب سے دور تک جانے والی S شعاع 104.3° پر اترتی ہے۔ نمائش میں S لہریں آن کریں تو آپ ہر ایک کو مرکزے پر رکتے دیکھ سکتے ہیں۔

1936 میں ڈنمارک کی ماہر زلزلیات انگے لیمن نے دیکھا کہ P کے سائے کے علاقے کے اندر کمزور P لہریں پہنچ رہی ہیں جہاں کوئی نہیں ہونی چاہیے تھی۔ انہوں نے اس کی وضاحت مائع مرکزے کے اندر ایک چھوٹے، تیز مرکزے سے کی۔ ماڈل میں سب سے چھوٹی p قدروں والی شعاعیں اندرونی مرکزے سے گزرتی ہیں اور 128° اور 180° کے درمیان اترتی ہیں۔

وہ اعداد جنہیں آپ جانچ سکتے ہیں

کثافت اور لہروں کی رفتار سیدھے PREM کے فارمولوں سے آتی ہیں۔ دباؤ اور ثقل صرف کثافت سے نکالے گئے ہیں، 1 km کے قدموں میں۔ پہلے ہر رداس کے اندر کی کمیت خول بہ خول جمع کی جاتی ہے، جس سے ثقل g = G·M(r) / r² ملتی ہے۔ پھر ہر خول کے وزن سے سطح سے نیچے کی طرف دباؤ جمع ہوتا ہے، dP = ρ·g·dr۔ دو جانچیں بتاتی ہیں کہ حساب ٹھیک ہے: کل کمیت 5.973 × 10²⁴ kg نکلتی ہے جبکہ ناپی گئی 5.972 × 10²⁴ kg ہے، اور سطح پر ثقل 9.82 m/s²۔

ثقل ایسے چلتی ہے جس کی بہت سے لوگ توقع نہیں کرتے۔ نیچے جاتے ہوئے یہ مسلسل نہیں گھٹتی۔ چونکہ مرکزہ بہت کثیف ہے، مینٹل میں ثقل ذرا بڑھتی ہے اور مرکزے کی بالائی حد پر 10.69 m/s² کی چوٹی پر پہنچ کر مرکز میں صفر تک گر جاتی ہے۔

تین اسٹیشنوں سے زلزلے کا مقام نکالنا

زلزلے سے دور کا سیسمومیٹر، بڑی لہراتی سطحی لہروں کے آنے سے پہلے، دو الگ جھٹکے درج کرتا ہے۔ پہلا P لہر ہے، دوسرا S لہر۔ دونوں ماخذ سے ایک ہی لمحے چلیں، مگر مینٹل میں S لہریں P کی رفتار کے صرف تقریباً 55 % سے چلتی ہیں، اس لیے دونوں کا فرق فاصلے کے ساتھ بڑھتا ہے۔ یہ فرق، یعنی S−P وقت، پڑھ لیں تو معلوم ہو جاتا ہے کہ زلزلہ کتنی دور تھا۔

زلزلہ لیب یہ حساب اسی PREM ماڈل سے کرتی ہے جس سے کٹاؤ بنا ہے۔ وہ زلزلیات کی نصابی کتابوں کا tau-p طریقہ استعمال کرتی ہے: ہر شعاعی پیرامیٹر p کے لیے وہ τ(p) جمع کرتی ہے، یعنی پلٹنے کے نقطے سے سطح تک √(η² − p²)/r کا تکمل، جہاں η = r/v۔ شعاع کا طے کردہ فاصلہ p کے مقابل τ کے ڈھلوان کا منفی ہے، اور اس کا وقت τ + p × فاصلہ۔ اس سے پلٹنے کے نقطے پر جذر کی ناگوار چوٹی سے بچاؤ ہوتا ہے، اور کسی بھی ماخذ کی گہرائی کے لیے پہلے پہنچنے کے جدول مل جاتے ہیں۔ سطح کے قریب کے زلزلے کے لیے جدول یہ دیتے ہیں:

ماخذ کے قریب اصول سادہ ہے: اس ماڈل میں S − P کا ہر سیکنڈ تقریباً 7.5 km فاصلے کے برابر ہے (پہلے ایک ڈگری میں 0.132 s فی km)۔ بہت سی نصابی کتابیں اسے گول کر کے 8 km کر دیتی ہیں۔ مزید دور لہریں زیادہ گہری، تیز چٹان تک پہنچتی ہیں اور تعلق خم کھا جاتا ہے، اسی لیے ماہرین زلزلیات ایک عدد کے بجائے جدول استعمال کرتے ہیں۔

ایک فاصلہ بس اتنا بتاتا ہے کہ زلزلہ اسٹیشن کے گرد کسی دائرے پر کہیں ہے۔ دوسرا اسٹیشن دوسرا دائرہ دیتا ہے، جو پہلے کو دو نقطوں پر کاٹتا ہے۔ تیسرا دائرہ ان میں سے ایک چن لیتا ہے۔ لیب میں تینوں اسٹیشن عالمی سیسموگرافک نیٹ ورک کے اصل سیسمومیٹر ہیں، جنہیں یوں چنا گیا ہے کہ وہ زلزلے سے 15° اور 90° کے بیچ ہوں اور سمت میں اس کے گرد بکھرے ہوں۔ S-P دائرے آن کریں تو وہ صرف S−P اوقات سے گلوب پر کھنچ جاتے ہیں۔ پہلا ٹاسک ایک اصل زلزلے کا ایپی سینٹر چھپا دیتا ہے اور کہتا ہے کہ جہاں دائرے ملتے ہیں وہاں پن رکھیں۔

گہرائی تصویر کو تھوڑا بدل دیتی ہے۔ 600 km گہرا زلزلہ اپنی P لہر 60° دور اسٹیشن تک 607 s کے بجائے 549 s میں پہنچاتا ہے، کیونکہ لہر تیز نچلے مینٹل کے زیادہ قریب سے شروع ہوتی ہے اور نیچے جاتے ہوئے سست قشر کو چھوڑ دیتی ہے۔ گہرے زلزلے کمزور سطحی لہریں بھی بناتے ہیں، کیونکہ سطحی لہریں زمین کی اوپری تہہ میں بند رہتی ہیں اور ماخذ ان کے بہت نیچے ہے۔ 2013 کے بحیرۂ اوخوتسک کے زلزلے (598 km) کے سیسموگرام کا Tōhoku (29 km) سے موازنہ کریں۔

لیب میں سطحی لہریں ایک ہی رفتار 3.8 km/s سے چلتی ہیں۔ یہ ماڈل کی قدر ہے: اصل سطحی لہریں پھیل جاتی ہیں، اور لمبے دور والی چھوٹے دور والی سے تیز چلتی ہیں۔ 3.8 km/s پر انہیں 90° طے کرنے میں 2,634 s لگتے ہیں، یعنی تقریباً 44 منٹ۔

شدت 9 کتنی بڑی ہوتی ہے؟

شدت ایک لوگارتھمی پیمانہ ہے۔ ایک درجہ اوپر کا مطلب ہے اسی فاصلے کے سیسمومیٹر پر زمین کی حرکت تقریباً دس گنا اور خارج ہونے والی توانائی تقریباً 32 گنا۔ یہاں استعمال ہونے والا توانائی کا تعلق وہ ہے جو ہیروو کاناموری نے 1977 میں بینو گٹن برگ اور چارلس رکٹر کے کام سے دیا:

log₁₀ E = 1.5 M + 4.8، جہاں E جول میں ہے۔

اس لیے شدت 7 شدت 5 سے 10^(1.5 × 2) یعنی 1,000 گنا توانائی خارج کرتی ہے، اور شدت 9 شدت 6 سے 10^(1.5 × 3) یعنی تقریباً 32,000 گنا۔ 2011 کا Tōhoku زلزلہ، M 9.1، 2.8 × 10¹⁸ J نکلتا ہے۔ اسے ایک ٹن TNT کی توانائی 4.184 × 10⁹ J سے تقسیم کریں تو تقریباً 674 میگاٹن بنتا ہے۔ 2016 کا گیونگجو زلزلہ (کوریا کے محکمہ موسمیات کے پیمانے پر ML 5.8) اس سے تقریباً 90,000 گنا کم توانائی کا تھا، یعنی 10^(1.5 × 3.3) کے حساب سے۔

شدت سے براہ راست یہ پتا نہیں چلتا کہ کسی شہر میں زمین کتنی زور سے ہلی۔ وہ فاصلے، گہرائی، شہر کے نیچے کی چٹان اور مٹی، اور فالٹ کے ٹوٹنے کے انداز پر منحصر ہے۔ 1994 کا بولیویا زلزلہ شدت 8.2 کا تھا مگر 631 km گہرا، اور اس کی سطحی لہریں چھوٹی تھیں۔

پلیٹیں اور ان کی رفتار

زمین کا بیرونی تقریباً 100 km، لیتھوسفیئر، اتنا ٹھنڈا ہے کہ سخت پلیٹوں کے ایک مجموعے کی طرح برتاؤ کرتا ہے۔ پلیٹیں منظر پیٹر برڈ کے 2003 کے ماڈل PB2002 کی 52 پلیٹیں دکھاتا ہے، جو اس کی شائع کردہ فائلوں سے بنائی گئی ہیں۔ حدوں کو ان کے کام کے مطابق رنگا گیا ہے: سرخ وہاں جہاں پلیٹیں پھیلتی ریجوں اور شگافوں پر دور ہوتی ہیں، نیلی وہاں جہاں خندقوں اور ٹکراؤ کے علاقوں میں ملتی ہیں، اور سبز وہاں جہاں ٹرانسفارم فالٹوں پر ایک دوسرے کے پاس سے سرکتی ہیں۔

تیر NNR-MORVEL56 سے آتے ہیں، جسے ڈونلڈ آرگس، رچرڈ گورڈن اور چارلس ڈیمیٹس نے 2011 میں شائع کیا۔ یہ ہر پلیٹ کو ایک زاویائی رفتار دیتا ہے: گلوب پر ایک قطب اور اس کے گرد گھومنے کی شرح۔ کسی نقطے کی رفتار اس زاویائی رفتار اور نقطے کے مقام کا کراس پروڈکٹ ہے، v = ω × r۔ خاکہ «بغیر کل گردش» کا ہے، یعنی سب پلیٹیں مل کر نہیں گھومتیں۔ ماڈل کے اعداد سے نکلی چند مثالیں:

• بحرالکاہل کی پلیٹ 63.58° S، 114.70° E کے قطب کے گرد ہر 10 لاکھ سال میں 0.651° گھومتی ہے۔ قطب سے 90° پر نقطے سالانہ 72 mm چلتے ہیں، یعنی 0.651 × 111.19 = 72، بڑی پلیٹوں میں کہیں بھی سب سے تیز۔
• Kīlauea پر بحرالکاہل کی پلیٹ شمال مغرب (298°) کی طرف 69 mm سالانہ چلتی ہے۔
• 40° N پر وسط اوقیانوس ریج کے آر پار شمالی امریکہ اور یوریشیا 22.9 mm سالانہ الگ ہوتے ہیں۔
• 20° S پر مشرقی بحرالکاہل ابھار کے آر پار بحرالکاہل اور نازکا پلیٹیں 143 mm سالانہ الگ ہوتی ہیں۔
• ہندوستانی پلیٹ اس خاکے میں تقریباً 56 mm سالانہ چلتی ہے۔

پوری سطح پر اوسط نکالیں تو لیتھوسفیئر 43.9 mm سالانہ سے چلتا ہے (NNR-MORVEL56 کے مقالے کی جذر اوسط مربع قدر)۔ گلوب کے کسی بھی نقطے پر کلک کریں تو اس کی پلیٹ، رفتار اور سمت پڑھی جا سکتی ہے۔ سب سے تیز اعداد ٹونگا کے قریب کی چھوٹی پلیٹوں کے ہیں، جو پاس کے قطبوں کے گرد تیزی سے گھومتی ہیں۔

اس منظر کی پلیٹ کی گھڑی موجودہ گردشوں کو آگے اور پیچھے 5 کروڑ سال تک چلاتی ہے اور آٹھ شہروں کو ان کی پلیٹوں کے ساتھ لے جاتی ہے۔ +5 کروڑ سال پر نیویارک اور لزبن آج کے 5,423 km سے تقریباً 1,100 km مزید دور ہو جاتے ہیں، جو 5 کروڑ سال تک 22.9 mm سالانہ کے قریب ہے۔ اسے جان بوجھ کر تصور لکھا گیا ہے۔ اصل پلیٹیں رفتار اور سمت بدلتی رہتی ہیں اور نئی حدیں بنتی ہیں، اس لیے سچی تعمیر نو کے لیے ہر دور کی مقناطیسی دھاریاں اور ہاٹ اسپاٹ کے راستے چاہییں، آج کی گردش کو ساکن رکھنا نہیں۔

پلیٹیں کہاں ڈوبتی ہیں

خندق پر ایک پلیٹ مڑ کر نیچے جاتی ہے اور دوسری کے نیچے سرکتی ہے۔ سب ڈکشن منظر ان میں سے دو کا مقطع ہے: جاپان خندق، جہاں بحرالکاہل کی پلیٹ شمال مشرقی جاپان کے نیچے جاتی ہے (NNR-MORVEL56 میں اوخوتسک پلیٹ)، اور 36° S پر پیرو-چلی خندق، جہاں نازکا پلیٹ جنوبی امریکہ کے نیچے جاتی ہے۔ ملاپ کی رفتاریں اسی پلیٹ ماڈل سے آتی ہیں: جاپان خندق کے آر پار سیدھی تقریباً 86 mm سالانہ، اور کونسیپسیون کے قریب نازکا اور جنوبی امریکہ کے درمیان 74 mm سالانہ کی نسبتی حرکت۔

ڈوبتی ہوئی پلیٹ، یعنی سلیب، اپنے گرد کے مینٹل سے لاکھوں سال ٹھنڈی رہتی ہے، اس لیے وہ کہیں اور سے کہیں زیادہ گہرائی میں زلزلوں کی صورت میں ٹوٹ سکتی ہے۔ USGS کی فہرست میں سب سے گہرے بڑے زلزلے سلیبوں میں ہیں: 2013 میں بحیرۂ اوخوتسک کے نیچے 598 km (M 8.3) اور 1994 میں بولیویا کے نیچے 631 km (M 8.2)۔ خاکے میں ان گہرے زلزلوں کو سلیب کے اندر تقریباً 680 km تک نقطوں سے دکھایا گیا ہے۔

آتش فشاں خندق کے متوازی ایک قطار میں کیوں کھڑے ہیں؟ سلیب کے معدنوں میں بندھا پانی گہرائی میں جاتے ہوئے نچڑتا ہے، اور پانی اوپر کے گرم مینٹل کا نقطۂ پگھلاؤ گھٹا دیتا ہے۔ ایملی سائراکیوز اور جیفری ابرز نے 2006 میں 839 قوسی آتش فشانوں کے نیچے سلیب کی گہرائی ناپی۔ آتش فشانی محاذ کے نیچے سلیب کی بالائی سطح اوسطاً 105 km گہری ہے، وسطانیہ 100 km کے ساتھ؛ آدھی قدریں 85 اور 119 km کے درمیان ہیں، اور قوس کے 500 km حصوں پر اوسط وسطی الیوشین میں 72 km سے شمالی وانواتو میں 173 km تک جاتی ہیں۔ منظر اپنا آتش فشاں وہاں رکھتا ہے جہاں سلیب کی بالائی سطح 105 km تک پہنچتی ہے۔ گہرا جھکاؤ بدلیں تو قوس سرکتی ہے: 30° پر یہ خندق سے 236 km پر ہے، اس 180 سے 275 km کے بیچ میں جو دنیا کی آدھی قوسوں کا ہے۔

ہوائی اور ہاٹ اسپاٹ

1963 میں جے ٹوزو ولسن نے تجویز کیا کہ ہوائی کے جزیرے بحرالکاہل کی چلتی پلیٹ کے نیچے گہرائی میں میگما کے ایک ساکن ماخذ پر یکے بعد دیگرے بنے۔ تاریخیں ان کی تائید کرتی ہیں۔ Kaua'i کی سب سے پرانی چٹانیں تقریباً 50 سے 55 لاکھ سال پرانی ہیں، مغربی Maui کی بڑی نمو تقریباً 13 لاکھ سال پہلے ختم ہوئی، اور Kīlauea اب پھٹ رہا ہے۔ Midway، جو Kīlauea سے 2,444 km دور ہے، تقریباً 2.8 کروڑ سال پرانے آتش فشانوں پر ہے۔

ہاٹ اسپاٹ منظر ان تاریخوں سے پلیٹ کو پیچھے گھماتا ہے۔ وہ پلیوم کو ساکن رکھتا ہے اور پلیٹ کو یوں سرکاتا ہے کہ چنی ہوئی عمر کا آتش فشاں اس کے اوپر آ جائے، اور زنجیر کے ساتھ تاریخ والے آتش فشانوں کے بیچ کی خالی جگہ بھرتا ہے۔ فاصلے اور عمریں اوسط شرحیں دیتی ہیں:

10 لاکھ سال میں ایک کلومیٹر وہی ہے جو سال میں ایک ملی میٹر، اس لیے یہ 87 سے 163 mm سالانہ ہیں، جو آج Kīlauea پر NNR-MORVEL56 کی دی ہوئی بحرالکاہل کی پلیٹ کی 69 mm سالانہ رفتار سے تیز ہیں۔ فرق کی بیشتر وجہ دو باتیں ہیں۔ عمریں ہر آتش فشاں کی بڑی نمو کے اختتام کی ہیں، جو کوئی تیز لمحہ نہیں، اور ہاٹ اسپاٹ خود بھی سرک سکتا ہے، اس لیے ہاٹ اسپاٹ کا خاکہ اور بغیر کل گردش کا خاکہ ایک نہیں ہیں۔

مزید شمال مغرب میں زنجیر Daikakuji سی ماؤنٹ پر تیزی سے مڑتی ہے، جس کی عمر جان او کونر اور ساتھیوں نے 2013 میں 4.75 کروڑ سال ٹھہرائی، اور ایمپرر سی ماؤنٹس کی صورت میں شمال کی طرف چلی جاتی ہے۔ اس وقت بحرالکاہل کی پلیٹ نے اپنی حرکت کی سمت بدلی۔ شمالی سرے کے قریب Detroit سی ماؤنٹ 7.6 سے 8.2 کروڑ سال پرانا ہے۔

اگلا آتش فشاں بن رہا ہے۔ Kama'ehuakanaloa، جو 2021 تک Lō'ihi کہلاتا تھا، بڑے جزیرے کے جنوب مشرق میں سمندر سے 975 m نیچے ہے۔ USGS کا اندازہ ہے کہ ہر 1,000 سال میں 5 m کی نمو سے اسے سطح تک پہنچنے میں 200,000 سال تک لگ سکتے ہیں۔ تیسرا ٹاسک آپ سے کہتا ہے کہ تیر کو اس سمت موڑیں جہاں وہ واقع ہے۔

سمندری فرش پر دھاریاں

گرم چٹان کے لوہے والے معدن اپنے گرد کے مقناطیسی میدان کے ساتھ قطار میں آ جاتے ہیں، اور چٹان ٹھنڈی ہو تو وہ سمت جم جاتی ہے۔ 1906 میں برنار برنہس کو فرانس میں ایسے لاوے ملے جو موجودہ میدان کی الٹ سمت میں مقناطیسی تھے، اور 1929 میں موتونوری ماتویاما نے پایا کہ جاپان اور کوریا کے نئے لاوے ایک سمت اشارہ کرتے ہیں اور پرانے دوسری سمت۔ میدان الٹ چکا تھا۔

وسط سمندری ریج پر نئی قشر ہر وقت بنتی ہے اور دونوں طرف دور ہٹتی ہے۔ یوں سمندری فرش ایک ٹیپ ریکارڈر بن جاتا ہے: قشر کی پٹیاں پہلے ایک سمت میں مقناطیسی، پھر دوسری میں، اور ریج کے دونوں طرف آئینے کی طرح۔ مقناطیس پیما کھینچنے والے جہازوں نے 1950 کی دہائی میں یہ دھاریاں ڈھونڈیں، اور 1963 میں فریڈ وائن اور ڈرمنڈ میتھیوز نے سمندری فرش کے پھیلاؤ اور میدان کے الٹاؤ سے ان کی وضاحت کی۔

ریج منظر دھاریاں اسٹیون کینڈے اور ڈینس کینٹ (1995) کے قطبیت کے پیمانۂ وقت سے بناتا ہے۔ موجودہ عام دور، برنہس دور، 7.8 لاکھ سال پہلے شروع ہوا؛ مختصر جارامیلو عام وقفہ 9.9 سے 10.7 لاکھ سال پہلے تک رہا؛ اولدووائی 17.7 سے 19.5 لاکھ سال پہلے تک۔ پچھلے 50 لاکھ سال میں میدان 20 بار الٹا۔ دھاری کی چوڑائی اس کے وقت کے دورانیے ضرب آدھی پھیلاؤ شرح کے برابر ہے۔ 50 mm سالانہ پر (ہر طرف 25 km فی 10 لاکھ سال) برنہس دھاری محور سے 19.5 km تک جاتی ہے؛ مشرقی بحرالکاہل ابھار پر، تقریباً 143 mm سالانہ پر، یہ تقریباً 56 km تک پہنچتی ہے۔ چھٹا ٹاسک وہ شرح مانگتا ہے جو اس کا کنارہ 60 km پر رکھے۔

سمندری فرش عمر کے ساتھ گہرا بھی ہوتا جاتا ہے، کیونکہ پلیٹ ٹھنڈی ہو کر سکڑتی ہے۔ بیری پارسنز اور جان سکلیٹر نے 1977 میں شمالی بحرالکاہل اور شمالی بحر اوقیانوس پر گہرائی = 2,500 + 350 √t میٹر کا منحنی فٹ کیا، جہاں t کی اکائی Myr (10 لاکھ سال) ہے۔ منظر یہی منحنی استعمال کرتا ہے، 15 گنا گہرا بنا کر تاکہ آپ دیکھ سکیں۔

مینٹل کا الٹ پلٹ

مینٹل ٹھوس ہے، پھر بھی لاکھوں سال میں بہتا ہے۔ ٹھنڈے سلیب خندقوں پر اس میں ڈوبتے ہیں، اور ان میں سے کچھ کو زلزلی تصویروں سے مرکزے تک تلاش کیا جا سکتا ہے۔ گرم مادہ پلیوموں میں اٹھتا ہے، اور قینچی لہروں کے سست ہونے والے دو بڑے علاقے مرکزے پر افریقہ کے نیچے اور بحرالکاہل کے نیچے ہیں۔ ایڈورڈ گارنیرو اور ایلن میک نمارا نے 2008 میں ان علاقوں کے بارے میں جو معلوم ہے اس کا جائزہ لیا۔

گردش منظر محض ایک تصوراتی تصویر ہے۔ اس کے نقطے تین خانوں کے ایک ہموار بہاؤ پر چلتے ہیں تاکہ آپ دیکھ سکیں کہ چٹان ایک جگہ اوپر اور دوسری جگہ نیچے جاتی ہے۔ اصل بہاؤ تین جہتی ہے اور درجہ حرارت، ترکیب اور خود پلیٹوں پر منحصر ہے۔ اس کا پیمانۂ وقت کام کا عدد ہے: 5 cm سالانہ پر، جو پلیٹ کی عام رفتار ہے، 2,867 km مینٹل پار کرنے میں تقریباً 5.7 کروڑ سال لگتے ہیں۔

مرکزے سے آتا مقناطیسی میدان

بیرونی مرکزے میں بہتا مائع لوہا برقی رو لے جاتا ہے، اور یہ رو زمین کا مقناطیسی میدان بناتی ہے۔ باہر سے میدان چھڑ مقناطیس کے میدان جیسا لگتا ہے۔ بین الاقوامی جیومقناطیسی حوالہ میدان، IGRF، اسے عددی سروں کی ایک سلسلے سے بیان کرتا ہے جنہیں International Association of Geomagnetism and Aeronomy ہر پانچ سال بعد تازہ کرتی ہے۔ مقناطیسی میدان منظر ڈائپول حصہ بناتا ہے، یعنی IGRF-14 کے پہلے تین عددی سر g₁⁰، g₁¹ اور h₁¹۔ 2025 کے لیے یہ −29,350.0، −1,410.3 اور 4,545.5 nT ہیں۔ ان سے:

• ڈائپول محور گردشی محور سے 9.2° جھکا ہوا ہے، اور جیومقناطیسی شمالی قطب 80.8° N، 72.8° W پر ہے؛
• خط استوا پر ڈائپول میدان √(g₁⁰² + g₁¹² + h₁¹²) = 29.7 µT ہے، اور قطبوں پر اس سے دگنا؛
• 1900 میں یہی عدد 32.2 µT تھا، اس لیے ڈائپول آج 7.6 % کمزور ہے۔

گلوب پر کسی نقطے پر کلک کریں تو منظر وہاں کا ڈائپول میدان نکالتا ہے:

B = B₀ √(1 + 3 cos² θ)

جہاں θ ڈائپول محور سے زاویہ ہے، اور قطب نما کی سوئی کا جھکاؤ tan I = 2 cot θ سے۔ اصل میدان کئی جگہ ڈائپول سے مختلف ہے، کیونکہ اونچے درجے کے اجزا اس منظر نے چھوڑ دیے ہیں۔

سرخ لکیر شمالی مقناطیسی قطب کا راستہ ہے، یعنی وہ نقطہ جہاں قطب نما کی سوئی سیدھی نیچے اشارہ کرتی ہے، NOAA کے نیشنل سینٹرز فار انوائرنمنٹل انفارمیشن سے۔ 1590 سے 1900 تک یہ جہازوں کے روزنامچوں سے بنے gufm1 میدانی ماڈل سے آتی ہے، اس کے بعد IGRF سے۔ ان 435 سالوں میں قطب تقریباً 4,500 km بھٹکا اور اپنے آغاز سے 2,000 km دور آ ٹھہرا۔ 1700 میں یہ شمالی کینیڈا میں تقریباً 6 km سالانہ سرکتا تھا؛ 2000 سے 2011 کے بیچ سائبیریا کی طرف 55 سے 58 km سالانہ؛ 2024 میں 37 km۔

اس منظر کا وقت کا سلائیڈر ریج منظر کے ساتھ مشترک ہے۔ اسے 7.8 لاکھ سال سے پیچھے لے جائیں تو میدان کی لکیریں پلٹ جاتی ہیں: پیلے مخروط میدان کی سمت دکھاتے ہیں، اور الٹے ماتویاما دور میں وہ دوسری طرف اشارہ کرتا تھا۔

ہم کتنا گہرا کھود چکے ہیں؟

گہرے سوراخ منظر انسان کے پہنچے ہوئے سب سے گہرے مقامات ایک تختے پر تین پیمانوں میں رکھتا ہے:

• شمال مغربی روس کا کولا سپر ڈیپ بورہول 1989 میں 12,262 m تک پہنچا اور آج بھی سب سے گہرا سوراخ ہے۔ تہہ کی چٹان 212 °C تھی اور سوراخ میں بہہ آتی تھی۔
• جرمنی کا KTB بورہول 1994 میں 265 سے 270 °C پر 9,101 m تک پہنچا۔
• 2024 میں کھدائی کے جہاز Chikyu نے جاپان خندق پر سمندر کی سطح سے 7,906 m ڈرل پائپ اتارا، جو سب سے گہری سائنسی سمندری کھدائی ہے۔
• ماریانا خندق کا Challenger Deep سمندر کا سب سے گہرا فرش ہے، سطح سمندر سے 10,935 m (± 6 m) نیچے، جو 2020 کے آبدوز غوطوں میں ناپے گئے دباؤ سے نکلا۔
• سمندر اوسطاً 3,682 m گہرا ہے۔
• Mauna Kea کی چوٹی سطح سمندر سے 4,205 m اونچی ہے۔

پیلی ڈرل کو 12 km پر رکھیں تو پینل زمین کے رداس کا 0.19 % پڑھتا ہے۔ پیمانے کو مرکز تک بدلیں تو تختے کا ہر سوراخ سب سے اوپر کی لکیر میں سما جاتا ہے۔ PREM میں اس گہرائی پر دباؤ تقریباً 0.27 GPa ہے، جبکہ مرکز پر 364 GPa۔

ماڈل کیا چھوڑ دیتے ہیں

PREM ایک جہتی ماڈل ہے: ایک دیے ہوئے رداس کے کرے پر ہر نقطے پر ایک سا۔ اصل زمین میں براعظم اور سمندر ہیں، ڈوبتے سمندری فرش کے ٹھنڈے سلیب اور گرم پلیوم ہیں، اس لیے لہروں کی رفتاریں جگہ جگہ چند فیصد بدلتی ہیں۔ PREM بالائی مینٹل میں ہلکی سی سمتی انحصاری بھی رکھتا ہے؛ ہم اوسط شدہ، سمت سے آزاد ورژن استعمال کرتے ہیں۔ کٹاؤ کی شعاعی راہیں ان لہروں کو نظرانداز کرتی ہیں جو حدوں سے ٹکرا کر لوٹتی ہیں یا ان کے ساتھ چلتی ہیں، اور زلزلہ سمندری تہہ کے بالکل نیچے رکھا گیا ہے تاکہ سب سے اوپر کا سست پانی تصویر کو نہ بگاڑے۔

دوسرے مناظر اپنے اپنے طریقے سے سادہ کرتے ہیں، اور جہاں اہم ہو وہاں پینل بتا دیتا ہے:

• زلزلہ لیب کے سفری وقت کے جدول PREM میں شعاعوں سے آتے ہیں۔ موہو کے فوراً نیچے PREM کی رفتار گہرائی کے ساتھ ذرا گھٹتی ہے، اس لیے سطح کے قریب کے ماخذ کی شعاعیں چند ڈگری کا خلا چھوڑ دیتی ہیں جہاں اصل ریکارڈوں میں موہو کے ساتھ چلتی ہیڈ ویو نظر آتی ہے۔ لیب 10° تک کے خلا کو وقت میں سیدھی لکیر سے بھر دیتی ہے؛ مرکزے کا سایہ، جو اس سے چوڑا ہے، خالی رہتا ہے۔ سطحی لہریں ایک ہی ماڈل رفتار سے چلتی ہیں۔
• پلیٹ کی گھڑی آج کی گردشیں ساکن رکھتی ہے۔ یہ دکھاتی ہے کہ پلیٹیں کتنی تیز چلتی ہیں، یہ نہیں کہ براعظم اصل میں کہاں تھے۔
• سب ڈکشن مقطع کم اور گہرے جھکاؤ کو ہموار منحنی سے جوڑتا ہے اور سلیب کی موٹائی 90 km رکھتا ہے۔ خندق کی گہرائی، اوپر کی پلیٹ کی شکل اور چلی کے منظر میں گہرے زلزلوں کا خلا سمجھانے کے لیے بنائے گئے ہیں، ناپے نہیں گئے۔
• ہوائی کی واپسی ہاٹ اسپاٹ کو ساکن رکھتی ہے اور پلیٹ کو صرف تاریخ والے آتش فشانوں کے ساتھ سرکاتی ہے۔
• مقناطیسی دھاریاں مکمل بلاک ہیں؛ اصل بے قاعدگیاں قشر کے ٹھنڈے ہونے کے انداز اور اس علاقے کی چوڑائی سے دھندلی ہو جاتی ہیں جہاں نئی قشر بنتی ہے۔
• گردش کا منظر ایک خیال کی تصویر ہے، اس میں کوئی پیمانۂ وقت نہیں۔
• میدان کی لکیریں صرف IGRF کا ڈائپول حصہ ہیں۔

ایک مختصر تاریخ

1798 میں ہنری کیوینڈش نے ٹارژن ترازو سے سیسے کے گولوں کے درمیان کشش ناپی اور پایا کہ زمین پانی سے 5.48 گنا کثیف ہے، سطحی چٹان سے کہیں زیادہ۔ 1906 میں آئرش ماہر ارضیات رچرڈ ڈکسن اولڈہم نے دکھایا کہ زمین کے دوسری طرف پہنچنے والی P لہریں دیر سے آتی ہیں، اور دلیل دی کہ سیارے کا ایک مرکزی مرکزہ ہے۔ اسی سال برنار برنہس نے غلط سمت میں مقناطیسی لاووں کی خبر دی۔ 1909 میں اندریجا موہوروویچیچ نے قشر کی تہہ دریافت کی۔ 1912 میں الفریڈ ویگنر نے دلیل دی کہ براعظم الگ ہو کر سرکے ہیں۔ پھر بینو گٹن برگ نے مرکزے کی بالائی حد تقریباً 2,900 km پر رکھی، جو آج کی قدر 2,891 km کے قریب ہے۔ 1926 میں ہیرالڈ جیفریز نے مدوجزر اور S لہروں سے دکھایا کہ مرکزہ مائع ہے، اور 1929 میں موتونوری ماتویاما نے میدان کے ایک الٹاؤ کی تاریخ نکالی۔ 1936 میں لیمن کا اندرونی مرکزہ سامنے آیا۔

سارے ٹکڑے 1960 کی دہائی میں جڑے۔ ہیری ہیس نے 1962 میں سمندری فرش کا پھیلاؤ تجویز کیا؛ وائن اور میتھیوز نے 1963 میں مقناطیسی دھاریاں پڑھیں؛ ولسن نے اسی سال ہاٹ اسپاٹ سے ہوائی کی وضاحت کی۔ 1981 میں ڈزیووونسکی اور اینڈرسن نے دہائیوں کے زلزلی اعداد کو، 1960 کی دہائی کے بڑے زلزلوں کے بعد درج زمین کی آزاد تھرتھراہٹوں کے ساتھ، PREM میں یکجا کیا۔ برڈ کی پلیٹوں کی حدیں 2003 میں آئیں اور NNR-MORVEL56 2011 میں۔