পৃথিবীর গভীর কথা

জ্যোতির্ময় পাল

(IISc-Bangalore)

 

13 Nov 2020

Link: https://bigyan.org.in/inside-the-earth

মানুষের গভীরতম পদক্ষেপ 

পৃথিবীপৃষ্ঠ থেকে পৃথিবীর কেন্দ্রের দূরত্ব প্রায় ৬৩৭০ কিলোমিটার। এই দূরত্ব এতটাই গভীর যে  মানুষের পক্ষে এই গভীরতায় প্রবেশ করা সম্ভব নয়।  বলতে গেলে এই গভীরতার ০.১%ও মানুষ অতিক্রম করতে পারেনি। মানুষ মাটির নিচে প্রবেশ করতে চায় মূলত দুটি কারণে। প্রথমত মাটির নীচে থেকে খনিজ সম্পদ সংগ্রহ করার জন্য। এই মুহূর্তে পৃথিবীর গভীরতম খনি রয়েছে দক্ষিণ আফ্রিকায়, এমপোনেং (Mponeng) স্বর্ণখনি যা মাটির নিচে প্রায় ৪ কিলোমিটার পর্যন্ত বিস্তৃত এবং ভবিষ্যতে আরও গভীরতা বাড়ানোর পরিকল্পনা আছে। এটাই এখনো পর্যন্ত পৃথিবীর গভীরতম স্থান যেখানে মানুষের পা পড়েছে।  খনি ব্যতীত, অনেক সময় বৈজ্ঞানিক কাজকর্মের জন্য মাটির মধ্যে গর্ত করা হয়, যা থেকে পাথর সংগ্রহ করা হয় এবং সেই পাথর থেকে মাটির নিচের তাপমাত্রা এবং চাপ পরিমাপ করা যায় ।  এই জাতীয় গর্তকে ভূবিজ্ঞানের ভাষায় বলে বোরহোল (Borehole)। এখানে মানুষ সরাসরি পৌঁছায় না, কিন্তু যন্ত্র পৌঁছে যায় এবং পাথর তুলে আনে। পৃথিবীর গভীরতম বোরহোল প্রায় ১২ কিলোমিটার পর্যন্ত গেছে।  রাশিয়ার পেচাংস্কি জেলায় রয়েছে এই বোরহোল যার নাম কোলা সুপারডিপ বোরহোল [১]।  

মানুষের প্রচেষ্টা মাত্র ১২ কিলোমিটারের মধ্যে সীমাবদ্ধ থাকলেও, আমরা পৃথিবীর  কেন্দ্র থেকে একদম ভূপৃষ্ঠ পর্যন্ত বিভিন্ন স্তরের বর্ণনা, তাদের বৈশিষ্ট সম্পর্কে জানতে পারি, শিলামন্ডল (lithosphere), গুরুমন্ডল (mantle), কেন্দ্রমন্ডল (core), তাদের মধ্যে বিভিন্ন বিযুক্তিরেখা (discontinuity), যেমন, মোহোরভিসিক বিযুক্তি (Mohorovičić discontinuity), গুটেনবার্গ বিযুক্তি (Gutenberg discontinuity) ইত্যাদি সম্পর্কে সমস্ত বিবরণ স্কুলের পাঠ্য বইতে পাওয়া যায়।   কিন্তু বৈজ্ঞানিকরা কি করে সংগ্রহ করে এই সব অজানা তথ্য?

ভূপদার্থ বিজ্ঞানের গোড়ার কথা 

যে সব বৈজ্ঞানিকরা পৃথিবীর গভীরের তথ্য সংগ্রহ করেন, তাদের বলা হয় ভূপদার্থ বিজ্ঞানী (Geophysicist)।  ভূপদার্থ বিজ্ঞান বা জিওফিজিক্স-এর (Geophysics) মধ্যে বিষয়ভিত্তিক আরো অনেক ভাগ হয়।  প্রত্যেকটি বিষয়ে বিজ্ঞানীরা নির্দিষ্ট লক্ষ্য নিয়ে গবেষণা করে।  যেমন জিওডিনামিক্স (Geodynamics) বা  ভূগতিবিদ্যায় বিজ্ঞানীদের উদ্দেশ্য হলো পৃথিবীর গভীরে যেসব বলের কারণে আগ্নেয়গিরি কিংবা হিমালয়ের মতো পাহাড় তৈরী হয়, সেই বলগুলো নিয়ে হিসেব কষা।  আবার ভূমিকম্পবিদ্যা বা সেইসমোলোজি (Seismology) নিয়ে যারা গবেষণা করে, তাদের প্রধান উদ্দেশ্য ভূমিকম্পের কারণ নির্ধারণ করা, কত তীব্রতায় ভূমিকম্প হলো তার পরিমাপ করা।  আমরা অনেকেই জানি হিমালয়তে ভূমিকম্প হলে তার ফলস্বরূপ পশ্চিমবঙ্গেও আমরা কম্পন অনুভব করি।  তাই ভূমিকম্প যেখানে শুরু হয়, সেই উপকেন্দ্র থেকে অনেক দূর পর্যন্ত কম্পন ছড়িয়ে পরে। সেইসমোলোজিস্ট বা ভূমিকম্পবিদের একটি প্রধান কাজ হলো এই কম্পন কি করে তরঙ্গাকারে উপকেন্দ্র থেকে চারিদিকে প্রবাহিত হয় তার গাণিতিক হিসাব নির্ণয় করা।  

দীর্ঘ গবেষণায় দেখা গেছে, ভূমিকম্পের উপকেন্দ্র থেকে একাধিক তরঙ্গ নির্গত হয়।  এদেরকে দুইভাবে ভাগ করা যায়।  একটি দেহ তরঙ্গ এবং একটি পৃষ্ঠ তরঙ্গ।  পৃষ্ঠ তরঙ্গগুলি কেবলমাত্র পৃথিবী পৃষ্ঠের ওপেরই প্রবাহিত হয়, ভিতরে প্রবেশ করতে পারে না।  কিন্তু দেহ তরঙ্গ ভূমিকম্পের কেন্দ্র থেকে নির্গত হয়ে পৃথিবীর গভীরে প্রবেশ করে।  এই দেহ তরঙ্গের গতিবেগ এবং গতিবিধি নির্ণয় করেই ভূপদার্থবিদরা পৃথিবীর গভীরের সমস্ত তথ্য সংগ্রহ করেন।  ঠিক কি ভাবে হয় এই তথ্য সংগ্রহ?

ভূমিকম্পের ভাষা

যেকোনো তরঙ্গ প্রবাহের একটি সাধারণ বৈশিষ্ট আছে। তরঙ্গ এক মাধ্যম থেকে ভিন্ন মাধ্যমে গেলে তরঙ্গের কিছু অংশ প্রতিফলিত হয়ে প্রথম মাধ্যমে ফিরে আসে (reflection) এবং কিছু অংশ প্রতিসরিত হয়ে দ্বিতীয় মাধ্যমে প্রবেশ করে (refraction)। ঠিক আমরা আলোর ক্ষেত্রে যেমনটি দেখতে পাই। সূর্যের আলো এক বালতি জলের ওপর পড়লে সূর্যের প্রতিফলন সেই বালতির জলে দেখতে পাই। আবার সেই বালতিতে একটি শক্ত লোহার রড জাতীয় পদার্থ রেখে দিলে জলের মধ্যে  রডটির দৈর্ঘ্যের পরিবর্তন দেখি।  দৈর্ঘ্যের এই আপাত পরিবর্তন সম্ভব হয় বায়ু এবং জলের মধ্যে প্রতিসরাঙ্কের (refractive index) পরিবর্তনের জন্য।  প্রতিটি মাধ্যমের নির্দিষ্ট প্রতিসরাঙ্ক থাকে।  একটি মাধ্যমে তরঙ্গ কত গতিবেগে প্রবাহিত হতে পারে, তা মাধ্যমের প্রতিসরাঙ্কের উপর নির্ভরশীল। প্রতিসরাঙ্কের পরিবর্তন হলে তরঙ্গ বেগ পরিবর্তিত হয়। 

তরঙ্গ প্রতিফলিত এবং প্রতিসরিত হবার পর উৎসস্থল থেকে ভিন্ন ভিন্ন জায়গায় প্রবাহিত হয়। তরঙ্গের এই গতিবিধিকে পরিমাপ করার জন্য থাকে গ্রাহক যন্ত্র। যদি তরঙ্গের উৎস থেকে গ্রাহক যন্ত্রের দূরত্ব জানা থাকে এবং উৎস থেকে ঠিক কত সময় পরে প্রতিফলিত এবং প্রতিসরিত তরঙ্গ গ্রাহক যন্ত্রে এসে পৌঁছায় তার হিসাব থাকে, তাহলে তরঙ্গ বেগ নির্ণয় করা সম্ভব। ভূমিকম্প তরঙ্গকে নথিভুক্ত করার জন্য যে গ্রাহক যন্ত্র ব্যবহার করা হয়, তাকে বলে সিস্মোগ্রাফ (Seismograph)। ভূমিকম্প তরঙ্গ নথিভুক্ত করার নির্দিষ্ট ভাষা আছে। সিস্মোগ্রাফ  যন্ত্রে এই ভাষা বা ভূকম্পলিপি (seismogram) ধরা পরে।  এই ভাষা পড়ে বিজ্ঞানীরা বুঝতে পারে প্রতিফলিত বা প্রতিসরিত তরঙ্গ ঠিক কোন পথে চলে গ্রাহক যন্ত্রে ধরা পড়েছে।  পৃথিবীর বিভিন্ন প্রান্তে ছড়িয়ে আছে এই সিস্মোগ্রাফ স্টেশন। যেকোনো ভূমিকম্প হলেই তার থেকে প্রতিফলিত এবং প্রতিসরিত তরঙ্গ পৃথিবীব্যাপী সমস্ত সিস্মোগ্রাফ যন্ত্রে ধরা পরে (চিত্র ১)।  ভূমিকম্পবিদরা জটিল গাণিতিক পদ্ধতিতে ভূকম্পলিপির অর্থ পাঠোদ্ধার করে  তরঙ্গের গতিবেগ কিভাবে পৃথিবীর গভীরতার সাথে পরিবর্তিত হয় তা পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে নির্ণয় করে।  তরঙ্গ বেগ যে গভীরতায় আকস্মিক ভাবে পরিবর্তিত হয়, সেই অংশকে সিসমিক ডিসকন্টিনুটি (Seismic discontinuity) বা ভূকম্পিয় বিযুক্তি রেখা হিসাবে চিহ্নিত করা হয়। দুটি বিযুক্তি রেখার মধ্যবর্তি অংশকে এক একটি স্তর হিসাবে অবহিত করা হয়।   

পৃথিবীর স্তর বিন্যাস

মহাদেশীয় ভূপৃষ্ঠের নিচে প্রায় ৩০-৩৫ কিলোমিটার পর্যন্ত তরঙ্গের গতিবেগ নির্দিষ্ট অনুপাতে বৃদ্ধি পায় (চিত্র ২)। ঠিক এই দূরত্ব অতিক্রম করলেই দেহ তরঙ্গের গতিবেগ নির্দিষ্ট অনুপাতের থেকে অনেক বেশি হারে বৃদ্ধি পায়।  যদিও সমুদ্রপৃষ্ঠের নিচে এই বৃদ্ধি মাত্র ৫-৭ কিলোমিটারের মধ্যে লক্ষ্য করা যায়। 

পৃথিবীর ভিতর দেহ তরঙ্গের এটিই প্রথম তাৎপর্যপূর্ণ গতিবেগ পরিবর্তন। ভুপৃষ্ঠতল থেকে এই গভীরতা পর্যন্ত অংশকে বলা হয় ত্বক বা ক্রাস্ট (crust) এবং তরঙ্গ গতিবেগ এর প্রথম পরিবর্তনকে বলা হয় মোহোরভিসিক বা মোহো বিযুক্তি (Moho discontinuity) রেখা।  এর পরে আবার প্রায় ১০০ কিলোমিটার গভীরতায় দেহ তরঙ্গের গতিবেগ হঠাৎ হ্রাস পায়।  পৃথিবীর ত্বক সহ এই ১০০ কিলোমিটার পর্যন্ত পুরু স্তরকে বলা হয় শিলামন্ডল (Lithosphere)। ভূবিজ্ঞানীদের ধারণা শিলামন্ডলের নিচে যে স্তর আছে তা অপেক্ষাকৃত নরম যে কারণে তরঙ্গের গতিবেগ কমে যায়।  এই স্তরের নাম নমনীয়স্তর বা আস্থেনোস্ফিয়ার (Asthenosphere)। বর্তমানে প্রতিষ্ঠিত পাত-সঞ্চরণ তত্ত্ব বা প্লেট টেক্টোনিক্স তত্ত্বের (Plate tectonics theory) পিছনে আস্থেনোস্ফিয়ার-এর গুরুত্ব অপরিসীম। আস্থেনোস্ফিয়ার প্রায় ২০০ কিলোমিটার পুরু। ভূপৃষ্ঠের নিচে প্রায় ৩০০ কিলোমিটার গভীরতার পর আবার ভূমিকম্পের দেহ তরঙ্গের গতিবেগ ক্রমশ বৃদ্ধি পায়।  প্রায় ২৮৯১ কিলোমিটার নিচে তরঙ্গের গতিবেগ মারাত্মকভাবে হ্রাস পায়। এইখানে ভূবিজ্ঞানীরা আরো একটি বিযুক্তি রেখা কল্পনা করে, যার নাম গুটেনবার্গ বিযুক্তি রেখা।  মোহো বিযুক্তি থেকে গুটেনবার্গ বিযুক্তি পর্যন্ত প্রায় ২৮০০ কিলোমিটার পুরু স্তরের নাম গুরুমণ্ডল বা ম্যান্টেল (Mantle)।  হিমালয়ের উচ্চতা বৃদ্ধি থেকে দাক্ষিণাত্য মালভূমির অব্দি পৃথিবীর যেকোনো দুর্বিসহ আগ্নেয়গিরি সৃষ্টির পিছনে সমস্ত অবদান এই স্তরের। ম্যান্টলের মধ্যে প্রায় ৬৭০ কিলোমিটার গভীরতায় তরঙ্গ বেগের সামান্য বৃদ্ধি পায়। একারণে ম্যান্টলের প্রথম ৬৭০ কিলোমিটার পর্যন্ত উর্দ্ধ গুরুমণ্ডল বা আপার ম্যান্টেল (Upper mantle) এবং পরবর্তী ২৮৯১ কিলোমিটার পর্যন্ত অংশকে নিম্ন গুরুমণ্ডল বা লোয়ার ম্যান্টেল (Lower mantle) হিসাবে চিহ্নিত করা হয়। 

গুটেনবার্গ বিযুক্তিরেখার নিচে থেকে শুরু হয় কেন্দ্রমণ্ডল বা কোর (core) যার বিস্তার ২৮৯১ কিলোমিটার থেকে একদম কেন্দ্র পর্যন্ত, অর্থাৎ ৬৩৭১ কিলোমিটার পর্যন্ত।  কেন্দ্রমণ্ডল আবার দুই ভাগে বিভক্ত।  ২৮৯১ থেকে ৫১৫০ কিলোমিটার পর্যন্ত গভীরতায় দেহ তরঙ্গের বেগ ভীষণ ভাবে হ্রাস পায়।  প্রসঙ্গত, দেহ তরঙ্গের মধ্যেও দুই প্রকার তরঙ্গ হয়।  একটি পি তরঙ্গ (P wave) এবং একটি এস তরঙ্গ (S wave) । এস তরঙ্গের বৈশিষ্ট হলো তা তরল মাধ্যমের মধ্যে প্রবাহিত হতে পারে না, অর্থাৎ যে কোনো তরল মাধ্যমে (যেমন জল) এর গতিবেগ শূন্য। আশ্চর্য ভাবে ২৮৯১ থেকে ৫১৫০ কিলোমিটার এর মধ্যে এস তরঙ্গের নির্ধারিত গতিবেগ হয় শূন্য।  বিজ্ঞানীদের মতে, এই গভীরতায় অত্যাধিক চাপ এবং তাপের ফলে লোহা এবং নিকেলের মতো ধাতু গলিত তরল অবস্থায় থাকে। এই স্তরের নাম বহির কেন্দ্রমণ্ডল বা আউটার কোর (Outer core)।  এটিই পৃথিবীর মধ্যে একমাত্র তরল স্তর, বাকি সমস্ত কঠিন। বলা বাহুল্য, তরল হলেও আগ্নেয়গিরি লাভার সাথে এই স্তরের বিন্দু মাত্র যোগাযোগ নেই। কিন্তু, পৃথিবীর চৌম্বকীয় ক্ষেত্র তৈরির কারণ হিসাবে রয়েছে এই স্তরের তরল লোহার তোলপাড়।  ৫১৫০ কিলোমিটার থেকে কেন্দ্র পর্যন্ত আবার তরঙ্গ বেগ বৃদ্ধি পায়।  এস তরঙ্গ আবার ফিরে আসে, অর্থাৎ পৃথিবীর  তরল স্তর রূপান্তরিত হয় কঠিন স্তরে। ৫১৫০ কিলোমিটারের এই বিযুক্তি রেখার নাম লেম্যান বিযুক্তিরেখা*। পৃথিবীর কেন্দ্রে অবস্থান করছে একটি প্রায় ১২০০ কিলোমিটার ব্যাসার্ধের শক্ত লোহার গোলক।  লেম্যান বিযুক্তিরেখা থেকে পৃথিবীর কেন্দ্র পর্যন্ত এই অংশের নাম অন্তরকেন্দ্র বা ইনার কোর (Inner core)।  

আরো রহস্যের খোঁজে 

বিগত এক শতাব্দী ধরে পদার্থ বিজ্ঞানী এবং ভূবিজ্ঞানীদের মিলিত চেষ্টায় পৃথিবীর গভীরতম রহস্যের কিয়দংশ উদ্ঘাটিত হয়েছে। বিগত দুই দশকে আবিষ্কৃত হয়েছে আরো অসংখ্য বিযুক্তি এবং সূক্ষ্মাতিসূক্ষ্ম স্তর। এখনো বহু রহস্য লুকিয়ে আছে আনাচে কানাচে। যেমন, পৃথিবীর গভীরে কি করে তাপমাত্রা এবং চাপ পরিবর্তন হচ্ছে, কেন পৃথিবীর উপরিভাগের পাত গুলি (Plate) চলাচল করে, কি করে হয় এই পাত সঞ্চরণ (Plate tectonics), কবে শুরু হয়েছিল এই সঞ্চরণ, কেন পৃথিবী বাদে অন্য কোনো গ্রহে পাত  সঞ্চরণ হয় না, প্রাণের উৎস এবং বিবর্তন কি কি ভাবে পাত সঞ্চরণের ওপর নির্ভর করে, গুরুমণ্ডলের পরিচলন স্রোতের (Mantle convection current) উৎস কোথায়, পৃথিবীর চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের উৎস কোথায়, কেনই বা কয়েক হাজার বছর অন্তর চৌম্বক ক্ষেত্র মেরু পরিবর্তন (magnetic polarity reversal) করে: এই সব প্রশ্নের উত্তর খোঁজা এখনো বাকি।  এই সমস্ত রহস্যের সমাধান লুকিয়ে আছে পৃথিবীর গভীরে। মহাকাশ্চারীদের মতো ভূবিজ্ঞানীদের কোনো উপায় নেই যাতে করে পৃথিবীর নীচ থেকে ঘুরে আসতে পারে।  তবে গাণিতিক শক্তি আর বৈজ্ঞানিক অন্তর্দৃষ্টিকে কাজে লাগিয়ে ভূবিজ্ঞানীরা চোখ বন্ধ করে নিমেষে পৌঁছে যায় পৃথিবীর গভীর থেকে গভীরে আর ব্যস্ত থাকে জটিল রহস্যের সমাধানে। 

*~২২০ কিলোমিটারের কাছে আরো একটি বিযুক্তিরেখা লেম্যান বিযুক্তিরেখা হিসাবে পরিচিত। 

লেখাটি পড়ে  ভাষাগত এবং ব্যাকরণগত ত্রূটিগুলি ঠিক করে দেবার জন্য অলক্তা দাস কে ধন্যবাদ। 

ছবি: জ্যোতির্ময় পাল

আরো জানার জন্য [১] The deepest hole we have ever dug

লেখাটি অনলাইন পড়তে হলে নিচের কোডটি স্ক্যান করো।

Scan the above code to read the post online.

Link: https://bigyan.org.in/inside-the-earth

print