भूपट्ट विवर्तन : माहिती आणि महती

भूपट्ट विवर्तन : माहिती आणि महती

पूर्वप्रकाशन – मनोगत दिवाळी अंक २००८

आपली पृथ्वी अतिशय वैशिष्ट्यपूर्ण आहे. पृथ्वीवरील सजीवांचे अस्तित्व हे जरी सर्वात महत्त्वाचे आणि पृथ्वीचे खास असे वैशिष्ट्य असले, तरी त्याव्यतिरिक्तही पृथ्वीची आणखी काही वैशिष्ट्ये आहेत. पृथ्वीवरचे (द्रव) पाण्याचे अस्तित्व, पृथ्वीचा इतर ग्रहांच्या तुलनेत मोठा असलेला चंद्र, ह्याचबरोबर पृथ्वीचे आणखी एक महत्त्वाचे वैशिष्ट्य म्हणजे पृथ्वीवर असणार्‍या पर्वतरांगा. पर्वत इतर ग्रहांवरही आढळतात. सौरमालेतील सर्वात उंच पर्वत म्हणजे “ग्रेट ऑलिंपस मॉन” हा मंगळावरचा मृत ज्वालामुखी पर्वत (volcanic mountain). मात्र, इतर ग्रहांवरचे पर्वत हे सुटे, एकेकटे आहेत. पर्वतरांगा पृथ्वी वगळता इतर ग्रहांवर आढळत नाहीत. ह्याचे कारण? ते म्हणजे पृथ्वीचे आणखी एक वैशिष्ट्य – भूपट्ट विवर्तन, अर्थात प्लेट टेक्टॉनिक्स!

जगाच्या नकाशाकडे पाहताना काही खंडांचे काही भाग हे इतर खंडांपासून तोडून तयार झाले असावेत असे दिसतात. दक्षिण अमेरिकेचे पूर्व किनार्‍यापाशी असलेले नाकाड आफ्रिकेच्या पश्चिम किनार्‍याच्या बगलेत अगदी फिट्ट बसेल असे दिसते. एकूणच, प्रशांत महासागराच्या पूर्व आणि पश्चिम किनार्‍यांकडे बारकाईने बघता असे फिट्ट बसणारे बरेच आकार सापडतील. त्यांकडे पाहून पूर्वी सगळे खंड एकत्रित स्वरूपात असावेत आणि त्यांचा मिळून एक महाखंड अस्तित्त्वात असावा असा कयास १९१२ मध्ये आल्फ्रेड वेगनर ह्या जर्मन भूगोलतज्ज्ञाने सर्वप्रथम केला. त्यांनी ह्या महाखंडास ‘पँजिआ’ म्हणजे ग्रीक भाषेत “अखिल भूमी” (all lands) असे नाव दिले. वेगनरच्या मते महाखंडाची शकले होऊन ती इतरत्र तरंगत गेली असावीत. वेगनरच्या ह्या सिद्धांताला पुढे “भूखंड वहन” वा “कॉण्टिनेण्टल ड्रिफ्ट” असे नाव मिळाले. दक्षिण अमेरिकेच्या पूर्व किनार्‍यावर आणि आफ्रिकेच्या पश्चिम किनार्‍यावर सारख्या प्रकारचे जीवाश्म सापडणे, दक्षिण अमेरिका आणि दक्षिण आफ्रिकेमध्ये हिमनद्यांमुळे निर्माण झालेली भूवैशिष्ट्ये सारख्याच प्रकारची असणे, असे काही पुरावे वेगनरने त्याच्या सिद्धांतांच्या पुष्ट्यर्थ दिले. भूखंडांचे वहन आणि त्यामुळे त्यांचे एकमेकांवर आदळणे हे पर्वतनिर्मितीस कारणीभूत झाले असावे असा जोडसिद्धांतही त्यांनी मांडला. भारतीय भूखंड आशियाई भूखंडावर आदळून हिमालयाची निर्मिती झाली असावी असा कयास त्यांनी मांडला होता. मात्र, भूखंडांना तरंगत दूर नेण्यासाठी नेमकी कोणती बले कारणीभूत होतात? हे भूखंड तरंगतात तरी नेमके कशावर? अशा प्रश्नांची समाधानकारक उत्तरे त्यांना देता आली नाहीत आणि वेगनरचे सिद्धांत योग्य असूनही दीर्घकाळ दुर्लक्षित राहिले.

पुढे १९२९ मध्ये आर्थर होम्सने वेगनरच्या सिद्धांतांमधील भूखंडांच्या तरंगण्याचे स्पष्टीकरण पृथ्वीच्या पोटातील अभिसरणामध्ये असल्याचे दाखविले. मात्र वेगनरच्या सिद्धांताकडे झालेल्या दुर्लक्षाचा परिणाम म्हणून होम्सकडेही दुर्लक्ष झाले. शिवाय, १९५० च्या सुमारास आणि त्यानंतर लागलेले सागरतळ आणि भूशास्त्राविषयक शोध वेगनर आणि होम्सच्या सिद्धांतांचे योग्य स्पष्टीकरण करू शकले. १९५० नंतर प्रकाशात आलेल्या पुढील चार घटना ह्या भूपट्ट विवर्तनाच्या सिद्धांताला बळकटी देणार्‍या ठरल्या. ह्या घटनांनी भूपट्ट विवर्तनाबद्दल मोलाची माहिती पुरवली आणि पुढील संशोधनास दिशाही दिली.

• सागरतळ उंचसखल आहे, सागरतळावर गर्ता, डोंगरदर्‍या, कडेकपारी आहेत ह्याचे पुरावे मिळाल्यामुळे सागरतळ हा सहसा सपाट असावा अशी पूर्वी असलेली समजूत त्यावेळी मोडीत निघाली.
• पृथ्वीच्या भूशास्त्रीय इतिहासामध्ये पृथ्वीच्या चुंबकक्षेत्राने अनेकवेळा दिशा बदलली आहे हे सिद्ध झाले. दुसर्‍या महायुद्धाच्या कालखंडामध्ये पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्राचा सखोल अभ्यास झाला.
• सागरतळ विस्ताराचा (seafloor spreading) आणि पर्यायाने सागरतळाची सतत निर्मिती आणि र्‍हास होत असल्याचा सिद्धांत मांडला गेला.
• पहिल्या महायुद्धात भाग घेतलेल्या अनेक राष्ट्रांच्या पाणबुड्यांनी सागरतळ पिंजून काढला, तेव्हा सागरतळाशी होणारे ज्वालामुखींचे उद्रेक हे सागरी गर्तांपाशी (trenches) आणि समुद्री पर्वतरांगांपाशी सर्वाधिक प्रमाणात होतात हे उघड झाले. पुढे ह्या समुद्री पर्वतरांगा म्हणजेच भूपट्टांचे सीमाभाग, भूपट्टांचे जोड असल्याचे स्पष्ट झाले.

१९५० च्या आसपास सागरी तळाचा मोठ्या प्रमाणात अभ्यास होण्यास सुरुवात झाली. त्यामुळे सागरतळाच्या रचनेबद्दल बरीच माहिती जमा झाली, सागरतळाचे सखोल आणि अचूक नकाशे उपलब्ध झाले. सागरतळावरील नि:क्षेपांचा (deposits) तसेच सागरतळाच्या रासायनिक घटनेचा सखोल अभ्यास केला गेला. त्यानंतर १९६१ मध्ये डेइट्झ आणि १९६२ मध्ये हॅरी हेस ह्यांनी भूखंडांच्या प्रचलनाची कारणे स्पष्ट केली. पृथ्वीच्या पोटातील वितळलेल्या शिलारसातील (lava) प्रक्रमण प्रवाहांमध्ये (convection currents) भूखंड प्रचलनाचे स्पष्टीकरण दडलेले आहे.

भूपट्ट विवर्तन म्हणजे काय? हे समजावून घेण्यासाठी पृथ्वीचे अंतरंग कसे आहे ते थोडक्यात पाहू. पृथ्वी ही तीन मुख्य भागांची वा थरांची बनलेली आहे. पृथ्वीच्या केंद्राभोवती गाभा (core), गाभ्याभोवती प्रावरण (mantle) आणि प्रावरणाभोवती भूकवच (crust) अशी पृथ्वीची ढोबळ रचना आहे (आकृती १ पाहा). भूकवचाची जाडी ० ते १०० किलोमीटर (किमी) असते. खंडांखालील कवचाची जाडी सरासरी ३० किमी असते तर मोठ्या पर्वतांखाली कवच सुमारे १०० किमी जाड असू शकते. महासागराखाली भूकवचाची जाडी सुमारे ५ किमी असते. कवचाखाली सुमारे २९०० किमी जाडीचे प्रावरण उष्ण आणि दाट अशा प्रवाही खडकांचे बनलेले आहे. प्रावरणाचा वरचा थर घन असून हा वरचा घन भाग आणि भूकवच मिळून तयार होणार्‍या थरास शिलावरण (lithosphere) असेही म्हटले जाते. जसजसे गाभ्याकडे जावे तसतसे पृथ्वीच्या पोटातले तापमान आणि दाब वाढत जातो. गाभ्याचे अंतर्गाभा आणि बाह्यगाभा असे दोन भाग केले जातात. सुमारे १२५० किमी जाडीचा अंतर्गाभा हा घन असून मुख्यत: लोह आणि निकेल यांपासून तयार झालेला आहे, तर सुमारे २२०० किमी जाडीचा बाह्यगाभा हा वितळलेल्या, प्रवाही स्वरूपात आहे. पृथ्वीच्या अंतरंगाचे हे स्वरूप भूपट्ट विवर्तनास कारणीभूत होते.

आकृती १ – पृथ्वीची अंतर्गत रचना ( www.uvm.edu येथून सुधारित.)

भूपट्ट विवर्तन कसे होते?

पाण्याचे भांडे खालून तापवल्यास ज्याप्रमाणे पाण्यामध्ये प्रक्रमण प्रवाह तयार होतात तसे प्रवाह पृथ्वीच्या पोटातील प्रचंड उष्णतेमुळे वितळलेल्या प्रावरणाच्या अर्ध-द्रव मिश्रणामध्ये निर्माण होतात. पृथ्वीच्या पोटातील किरणोत्सर्गामुळे तापलेले प्रावरणाचे भाग प्रसरण पावल्याने हलके होऊन वरच्या दिशेने प्रवाहित होतात. भूकवचाखाली ते कवचाला समांतर वाहतात आणि थंड झाले की पुन्हा खाली खचतात (आकृती २ पाहा). हे प्रक्रमण प्रवाह स्वत:बरोबर त्यांवर तरंगणार्‍या भूपट्टांना वाहून नेतात.

आकृती २ – भूपट्ट विवर्तनास कारणीभूत ठरणारे प्रक्रमण प्रवाह (platetectonics.com येथून सुधारित). (पाण्यातील प्रक्रमण प्रवाह दाखविणारी आकृती www.ankn.uaf.edu येथून सुधारित.)

भूपट्ट अनेक आकारांचे असतात. खंडीय (continental) भूपट्ट हे मुख्यत: ग्रॅनाईटचे तर समुद्रतळांना अस्तर लावणारे समुद्री भूपट्ट (oceanic) बेसॉल्टचे (basalt) बनलेले असतात. ग्रॅनाईट हे बेसॉल्टच्या तुलनेत कमी घनतेचे असते. बहुतेक भूपट्टांमधील सीमाभाग समुद्रतळाशी असल्याने जमिनीवरून सहज दिसत नाहीत. मात्र, समुद्रतळाचे नकाशे तयार करण्याची पद्धत आणि तंत्रज्ञान विकसित झाल्यावर भूपट्ट सीमांचा नकाशा तयार झाला. (आकृती २ पहा.) समुद्रतळाशी पर्वतरांगा लांबवर गेलेल्या आढळतात. चामड्याचे दोन तुकडे एकत्र शिवल्यावर शिवण उठून दिसावी तशा दिसणार्‍या ह्या पर्वतरांगांना सागरमध्य पर्वतरांगा (mid oceanic ridges) म्हणतात.

आकृती ३ – पृथ्वीचे शिलावरण अनेक भूपट्टांमध्ये विभागलेले आहे. एकाच भूपट्टामधील खंड आणि समुद्री भाग वेगळा दाखविण्यासाठी एकाच रंगाच्या दोन छटांचा वापर केलेला आहे, तर एक भूपट्ट दुसर्‍यापासून वेगळा दाखविण्यासाठी वेगवेगळ्या रंगांचा वापर केलेला आहे. भूपट्टांची सीमा काळ्या रंगाने दाखवलेली आहे. सागरमध्य पर्वतरांगा (mid oceanic ridges) ह्या काळ्या रेषांपाशी आहेत.

पृथ्वीची पाठ सुमारे सात मोठ्या (युरेशियन भूपट्ट, उत्तर अमेरिकी भूपट्ट, दक्षिण अमेरिकी भूपट्ट, ऑस्ट्रेलियन भूपट्ट, आफ्रिकी भूपट्ट, अंटार्क्टिकी भूपट्ट आणि पॅसिफिक भूपट्ट) आणि सुमारे चौदा लहान भूपट्टांनी (उदाहरणार्थ, भारतीय भूपट्ट, अरबी भूपट्ट, स्कॉटिया भूपट्ट, नाझ्का भूपट्ट वगैरे) बनलेली आहे (आकृती ३ पाहा). सध्या अस्तित्वात असणार्‍या मोठ्या भूपट्टांपैकी पॅसिफिक भूपट्ट वगळता इतर मोठे भूपट्ट समुद्र आणि खंड (भूमी) अशा दोन्हींचे मिळून तयार झालेले आहेत तर पॅसिफिक भूपट्ट हा केवळ समुद्री भूपट्ट आहे. ह्या भूपट्टांच्या आकारात आणि आकारमानामध्ये सतत बदल होत असतात. बहुतेक समुद्री भूपट्ट हे खंडीय भूपट्टांखाली खचत आहेत. असे सतत होऊन हे भूपट्ट कायमचे नाहीसेही होऊ शकतात. उदाहरणार्थ, उत्तर अमेरिकेच्या पश्चिमेला असलेला जुआन डी फुका हा भूपट्ट पूर्वी मोठा भूपट्ट होता. हा भूपट्ट खचत गेल्याने आता केवळ छोटा भूपट्ट अवशेष उरला आहे. ह्या भूपट्टांच्या सतत हालचाली होत असून ह्या हालचालींमुळे भूपट्ट कधी एकमेकांवर आदळतात, कधी एकमेकांना समांतर घासतात, तर कधी एकमेकांपासून दूर जातात. सीमाभाग आणि सीमाभागातील भौगोलिक प्रदेशांसाठी आकृती ४ पाहा. दोन भूपट्टांमधील सीमाभाग पुढील चार मुख्य प्रकारचे असतात-

• अपसारी सीमाभाग (divergent boundaries) – ह्या भागांत नवीन कवच निर्माण होत असल्यामुळे शेजारी असणारे भूपट्ट एकमेकांपासून दूर जातात. उदाहरणार्थ, मिड अटलांटिक रिज. ह्या समुद्री पर्वतरांगा आर्क्टिक सागरापासून आफ्रिकेच्या दक्षिण टोकाच्याही पुढेपर्यंत अशा दक्षिणोत्तर पसरलेल्या आहेत. ह्या पर्वतरांगांच्या पश्चिमेला उत्तर अमेरिकी भूपट्ट तर पूर्वेला युरोपीय भूपट्ट आहे. ह्या पर्वतरांगांभोवती कवचाची हालचाल वर्षाला सुमारे २.५ सेंटीमीटर होते. ह्या मंद पण सतत होणार्‍या विस्तारामुळे गेल्या दहा ते वीस कोटी वर्षांमध्ये अटलांटिक महासागराची रूंदी मोठ्या प्रमाणात वाढली आहे. ह्या पर्वतरांगांचा काही भाग आईसलॅंडचे दोन भाग करतो. अपसारी सीमांमुळे आईसलॅंडचे दोन भाग एकमेकांपासून दूर जात आहेत. तिथे जमिनीला वारंवार मोठ्या भेगा पडतात, शिवाय ज्वालामुखींचे उद्रेकही वारंवार होतात. अरबी भूपट्टाला आफ्रिकी भूपट्टापासून वेगळे करत दरम्यान लाल समुद्राची निर्मिती करणारा सीमाभागही अपसारी प्रकारचा आहे.
• अभिसारी सीमाभाग (convergent boundaries) – ह्या भागातील कवचाचा र्‍हास होत असल्यामुळे भूपट्ट एकमेकांखाली खचतात. जेथे एक भूपट्ट दुसर्‍या भूपट्टाखाली खचतो वा घसरतो त्या भागाला घसर प्रदेश (subduction zone) असे म्हणतात. ह्या सीमाभागांमध्ये एक भूपट्ट दुसर्‍याखाली खचल्याने कवचाचा र्‍हास होतो.
  • जर एकमेकांवर आदळणार्‍या भूपट्टांपैकी एक समुद्री आणि दुसरा खंडीय असेल, तर समुद्री भूपट्ट खंडीय भूपट्टाखाली घसरतो. तेथे अरूंद आणि वक्र गर्ता तयार होतात. शिवाय खंडीय भूपट्ट समुद्री भूपट्टावर चढल्याने तेथे ज्वालामुखीय पर्वतांची निर्मिती होते. हे क्षेत्र अस्थिर असल्याने ज्वालामुखींना जागृत ठेवते आणि भूकंपप्रवणही असते. उदाहरणार्थ, नाझ्का भूपट्ट दक्षिण अमेरिकी भूपट्टाखाली घसरत असल्यामुळे तेथे गर्ता तयार झाली आहे, जी पेरू-चिली गर्ता नावाने ओळखली जाते. दक्षिण अमेरिकेच्या पश्चिम किनार्‍याला समांतर जाणारी ऍंडीज पर्वतांची रांग तयार झाली आहे.
  • जर एकमेकांवर आदळणार्‍या भूपट्टांपैकी दोन्ही भूपट्ट समुद्री असतील तर तेथेही एक भूपट्ट दुसर्‍याखाली घसरून गर्ता तयार होतात. शिवाय चढणार्‍या भूपट्टावर ज्वालामुखी पर्वतारांगांची निर्मिती होते. अनेकवेळा ह्या पर्वतांचे उंच माथे समुद्रपातळीच्या वर आल्याने बेटांच्या साखळ्या (island arcs) तयार झालेल्या दिसतात. उदाहरणार्थ, हवाई बेटे. प्रशांत महासागरामध्ये आशिया खंडाच्या पूर्वेस अशाच सीमाभागात तयार झालेल्या मरिनारा गर्तेची खोली एवरेस्टच्या उंचीपेक्षाही जास्त आहे.
  • जर एकमेकांवर आदळणारे दोन्ही भूपट्ट खंडीय असतील तर भूपट्ट एकमेकांखाली घसरत नाहीत. मात्र ते सतत एकमेकांना ढुशा देत असल्याने जमिनीला वळ्या पडून वलीय वा घडीच्या पर्वतांची निर्मिती होते. उदाहरणार्थ, भारतीय भूपट्टाने आशिया भूपट्टाला ढुशा दिल्याने हिमालयाची निर्मिती झाली. शिवाय हिमालयाची उंची मंद गतीने पण सतत वाढत आहे.
• परिवर्तन सीमाभाग (transform boundaries) – ह्या भागांत नवे कवच तयारही होत नाही आणि कवचाचा र्‍हासही होत नाही. दोन भूपट्टांमधील हालचाल परस्परांना समांतर असते. समांतर हालचालींमुळे ह्या भागांमध्ये मोठ्या प्रमाणात प्रस्तरभंग (faults) आढळून येतात. ह्या प्रस्तरभंगांमुळे झिगझॅग स्वरूपाच्या सीमा तयार होतात. बहुतेक प्रस्तरभंग समुद्रामध्ये आढळतात. प्रस्तरभंगाच्या ठिकाणी समुद्रात घळी तयार होतात, तर जमिनीवर प्रस्तरभंग झाल्यास मोठ्या दर्‍या तयार होतात. उदाहरणार्थ, कॅलिफोर्नियातील सॅन ऍंड्रियाज फॉल्ट. हे भाग बराच काळ शांत राहतात. मात्र ह्या भागात अधूनमधून होणारे भूकंप मोठी उलथापालथ करतात.
• भूपट्ट सीमावर्ती प्रदेश (plate boundary zones) – कवचाच्या ह्या रूंद पट्ट्यामध्ये सीमाभाग निश्चित नसतात. सीमा ठराविक आणि वेगळ्या दाखविता येत नाहीत, त्यामुळे दोन भूपट्टांमधील हालचालीचा अंदाज बांधता येत नाही. उदाहरणार्थ, युरेशिया आणि आफ्रिकी भूपट्टांमधील प्रदेश. येथे भूपट्टांचे छोटे खंड (microplates) एकत्रित असल्यामुळे येथील भूभाग गुंतागुंतीचा असतो, तसेच येथील भूकंपाचे आकृतीबंधही (patterns) निश्चित नसतात.

आकृती ४ – विविध सीमाभाग तसेच सीमाभागामध्ये तयार होणारे भौगोलिक प्रदेश. http://www.suu.edu/faculty/colberg/Hazards/PlateTectonics/PlateTectonics.html येथून सुधारित.

भूपट्ट विवर्तनाचे निश्चित आणि वादातीत महत्त्व खालील मुख्य चार गोष्टींमधून दाखविता येईल–

• भूमी आणि खनिजांची निर्मिती– भूपट्ट विवर्तनामुळे सतत नव्या भूमीची निर्मिती होत असते. त्यामुळे पृथ्वीवर खंड तयार झाले तसेच खंडांचा आकारही वाढला. भूपट्ट विवर्तनामुळे खनिजांची निर्मिती होते, तसेच पृथ्वीच्या पोटातील खनिजांची सतत उलाढाल, अभिसरण होत राहते. त्यामुळे पृथ्वीचे“बहुरत्ना वसुंधरा”हे नाव सार्थ ठरते. भूपट्ट विवर्तन नसते तर पृथ्वी तिच्या निर्मितीनंतरच्या सुरुवातीच्या काळात होती त्याप्रमाणे जलमय राहिली असती.

• जैववैविध्य(biodiversity) – पृथ्वीवर सजीव सृष्टी निर्माण झाली, तगली, उत्क्रांत आणि प्रगत झाली. ह्या गोष्टी होण्यासाठी अनेक खगोलीय, भूगोलीय आणि जैविक परिस्थिती आणि घटना, आणि त्यांचा क्रम महत्त्वाचा ठरला. पृथ्वीवर भूपट्ट विवर्तन अखंडित सुरू असणे ही सजीव सृष्टीच्या तगण्याला कारणीभूत असणारी एक महत्त्वाची भू्शास्त्रीय परिस्थिती आहे. भूपट्ट विवर्तनामुळे नव्या जमिनीची निर्मिती होते. पूर्वी समुद्राने व्यापलेला भाग आज समुद्राने व्यापलेल्या भागापेक्षा खूपच मोठा होता. भूपट्ट विवर्तनामुळे भूपृष्ठाची सतत पुनर्रचना होत असताना खंडीय जमिनीचे प्रमाण वाढत गेले. आज मोठ्या प्रमाणावर आढळणारे जैववैविध्य हे खंडीय जमिनीच्या निर्मितीमुळे शक्य झाले आहे. नव्या जमिनीच्या निर्मितीमुळे जागतिक वातावरणावर परिणाम होतो. पृथ्वीच्या परावर्तनांकावर(albedo) जागतिक तापमान अवलंबून असते. परावर्तनांक बदलल्यास हवामानावर परिणाम होतो. नवभूमीनिर्मितीमुळे आणि भूखंडांच्या प्रचलनामुळे समुद्री प्रवाहांचे आकृतीबंध बदलतात, हिमनद्यांचे आकृतीबंध बदलतात आणि ह्या सर्वांचा परिणाम हवामानावर आणि पर्यायाने जैववैविध्यावर होतो. मोठ्या आपत्तींमधून तगण्यासाठी जैववैविध्य असणे फार महत्त्वाचे ठरते, त्यामुळे अनेकवेळा जीवसंहार(mass extinctions) होऊनही पृथ्वीवर जीवसृष्टी टिकून आहे. भूपट्ट विवर्तनामुळे निर्माण झालेले विविध प्रकारचे आणि गुंतागुंतीचे पर्यावरण(उदा. पर्वतीय प्रदेश, महासागरी बेटे, किनारी प्रदेश, वगैरे) विविध प्रकारे उत्क्रांतीसाठी जीवांना प्रवृत्त करते आणि त्यातून जैववैविध्य निर्माण होते.

• जागतिक तापस्थापी(global thermostat) – पृथ्वीवरच्या वातावरणामुळे पृथ्वीचे तापमान नियंत्रित होते. पृथ्वीच्या वातावरणातील कार्बन डाय ऑक्साईड, पाण्याची वाफ, ओझोन आणि मिथेन हे वायू हरितगृह परिणाम घडवत पृथ्वीने बाहेर टाकलेली अवरक्त किरणे शोषून पृथ्वीला अतिथंड होण्यापासून बचावतात. वातावरणात हे हरितगृह वायू अगदी अल्प प्रमाणात आहेत, मात्र त्यांचा परिणाम मोठा आहे. ह्या वायूंचे प्रमाण अल्पच राहणे योग्य ठरते. ते खूप कमी झाल्यास पृथ्वीचा हिमगोळा होईल आणि ते खूप जास्त झाल्यास पृथ्वीचे तापमान खूपच वाढेल. म्हणजेच, दोन्ही गोष्टींमुळे पृथ्वी सजीवांना राहण्यास लायक ठरणार नाही. भूपट्ट विवर्तन हे कार्बन डाय ऑक्साईडचे वातावरणातील प्रमाण नियंत्रित करते ते कार्बोनेट– सिलिकेट चक्राद्वारे. भूपट्ट विवर्तनामुळे पृथ्वीच्या पोटातील अनेक खनिजे सतत पुनर्चक्रित(recycled) होत असतात. ह्या खनिज खडकांच्या रासायनिक विदारणातून(chemical weathering of rocks) निर्माण होणारा आणि(जागृत व सुप्त) ज्वालामुखींनी बाहेर टाकलेला कार्बन डाय ऑक्साईड हे हवेतील कार्बन डाय ऑक्साईडचे मुख्य स्रोत आहेत.

• पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्र– पृथ्वीच्या वातावरणाने आणि चुंबकीय क्षेत्राने पुरविलेल्या संरक्षणामध्ये प्राणिमात्र सुखेनैव जगतात. भोवतालच्या अवकाशातून पृथ्वीवर सतत उल्का आणि भौतिक कणांचा मारा होत असतो. त्यात वैश्विक किरणे, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, हेलियमची केंद्रके वगैरे अनेक कणांचा समावेश होतो. ह्या कणांचा उगम आपल्या जवळच्या सूर्यापासून ते दूरस्थ सुपरनोवे, फुटणारे तारे वगैरे, असा कुठेही असू शकतो. हे कण जवळपास प्रकाशाच्या वेगाने पृथ्वीच्या दिशेने सर्व बाजूंनी येत असतात. ह्या कणांशी दोन हात करते ते पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्र. ह्या चुंबकीय क्षेत्रामुळे अनेक कणविक्षेपित(deflect) केले जातात आणि पृथ्वीचे संरक्षण होते. चुंबकीय क्षेत्रामुळे वातावरण पृथ्वीला धरून राहण्यातही मदत होते आणि ते हळूहळू अवकाशात विरण्याची प्रक्रिया मंदावते. पृथ्वीलाचुंबकीय क्षेत्र प्राप्त झाले ते पृथ्वीच्या गाभ्यातील लोहाच्याअस्तित्वामुळे आणि बाह्यगाभ्यातील वितळलेल्या लोहामध्ये निर्माणहोणाऱ्याप्रक्रमण प्रवाहांमुळे. पृथ्वीच्या स्वत:भोवतीफिरण्यामुळे पृथ्वीभोवतालच्या चुंबकीय क्षेत्रामध्येही प्रक्रमण प्रवाहनिर्माण होतात जे ह्या बाहेरून येणाऱ्या कणांना पुन्हा बाहेरचा रस्तादाखविण्यासाठी कारणीभूत होतात. थोडक्यात, पृथ्वीच्याबाह्यगाभ्यातील वितळलेल्या लोहामध्ये प्रवाह निर्माण होणे गरजेचे असते आणिते प्रवाह निर्माण होण्यासाठी बाह्यगाभ्यादरम्यान तापमानात फरक (temperature gradient) निर्माण व्हायला हवा, म्हणजे जास्त उष्णतेकडून कमी उष्णतेकडे वाहणारे प्रवाह निर्माण होतील. बाह्यगाभ्याच्या बाहेरच्या थराचे तापमान आतील भागापेक्षा थंड ठेवण्याचे काम भूपट्ट विवर्तनामुळे होते. म्हणजेच, भूपट्ट विवर्तन थांबले तर कालांतराने पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्रही नष्ट होईल.

भूपट्ट विवर्तन केवळ पृथ्वीवरच का आढळते? भूपट्ट विवर्तन घडण्यासाठी नेमक्या कोणकोणत्या गोष्टींची आवश्यकता असते? ह्याप्रश्नांचे संपूर्ण उत्तर आज देता येत नसले तरी पृथ्वीवर असलेल्यापाण्याच्या अस्तित्वाचा पृथ्वीवर भूपट्ट विवर्तन असण्याशी संबंध आहे हेआता उघड झाले आहे. पाण्यामुळे भूपृष्ठाला एक मृदुपणा येतो. हा मृदुपणा भूपट्टांचे प्रचलन घडवून आणण्यामध्ये महत्त्वाचा ठरतो. अनेकवेळा दोन भूपट्ट एकमेकांवर आदळले की एक भूपट्ट खचून दुसऱ्या भूपट्टाखाली घसरतो. हे घसरणे शक्य होते ते भूपृष्ठाच्या मृदुपणामुळे. प्रावरणातीलप्रक्रमण प्रवाह भूपट्टांना हालविण्यासाठी समर्थ असले तरी एक भूपट्टदुसऱ्या भूपट्टाखाली जाऊ शकला नाही तर भूपट्टांना हालण्यासाठी जागाचशिल्लक राहणार नाही आणि विवर्तन बंद पडेल. शुक्रावर आणि मंगळावर आधी पाणी असावे आणि तेव्हा तिथे भूपट्ट विवर्तनही अस्तित्वात असावे, परंतु कालांतराने पाणी नष्ट झाल्यावर हे विवर्तनही बंद पडले असावे असा वैज्ञानिकांचा कयास आहे. पृथ्वीवर भूपट्ट विवर्तन नेमके कधी सुरू झाले असावे ह्याबाबत वैज्ञानिकांमध्ये मतभिन्नता आढळते. काहींच्या मते पृथ्वी निर्माण झाल्यापासून सुमारे १ ते २ अब्ज वर्षांनी विवर्तन सुरू झाले असावे. काहींच्यामते त्यावेळी पृथ्वी बरीच तापलेली असल्याने पृथ्वीचे कवच घनावस्थेत आले नसावे, तेव्हा सुमारे २.५ अब्ज वर्षांपूर्वी विवर्तन सुरू झाले नसावे. मात्र विवर्तन त्या आधीच सुरू असल्याचे पुरावे प्राचीन खडकांच्या अभ्यासातून मिळालेले आहेत. काहींच्या मते चार अब्ज वर्षापूर्वीच विवर्तनाला सुरुवात झाली असणार. थोडक्यात, भूपट्ट विवर्तन कधी सुरू झाले असावे हे नेमके सांगता येत नाही.

भूपट्ट विवर्तनामुळे पृथ्वीच्या पोटातील सतत होणाऱ्या घडामोडींमुळे ज्वालामुखी आणि भूकंपासारख्या मोठ्या घटना घडतात. समुद्राखाली दरड कोसळून त्सुनामीची निर्मिती होण्यातही हे समुद्राखालील ज्वालामुखी आणि भूकंप कारणीभूत ठरतात. पृथ्वीलावैशिष्ट्यपूर्ण करण्यामध्ये मोठा वाटा असणारे भूपट्ट विवर्तन ही पृथ्वीला आणि पर्यायाने पृथ्वीवरील सजीवसृष्टीला मिळालेली मोठी देणगीच आहे.

– वरदा वैद्य, नोव्हेंबर २००८ Varada Vaidya, November 2008

संदर्भ–

1.Ward, P.D., Brownlee, D., “Rare Earth”, Copurnicus Books, pp 191-220.

2.Kious, W.J., Tilling, R.L., “This Dynamic Earth: the story of Plate Tectonics”, Produced by Jane Russell.

3.Ericson, J., “Plate Tectonics: Unraveling the Mysteries of the Earth”, Facts on File Publication.

4.भागवत, अ.वि., कार्लेकर, श्री., “प्राकृतिक भूविज्ञान”, रघुनाथ पब्लिशिंग.

5.platetectonics.com

6.ucmp.berkley.edu/geology/tectonics.html

7.प्रगती सायन्स डिक्शनरी इंग्रजी–इंग्रजी–मराठी, प्रगती बुक्स प्रा. लि.

कवा पान्यावरी उठतानं डोंगर लाटा..

ह्याआधी – भाग १- या गो दरियाचा दरारा मोठा‎ ‎

त्सुनामी – भाग२
कवा पान्यावरी उठतानं डोंगर लाटा..

डोंगराएवढ्या लाटा

त्सुनामी खोल पाण्यामध्ये निर्माण होतात, आधी खोल समुद्रातून वाहतात, नंतर किना-याजवळ उथळ पाण्यामधून वाहतात आणि किना-यावर येऊन आदळतात. किना-याजवळ ह्या लाटांचे स्वरूप खरोखरीच “डोंगर लाटा” असे असते.

किनार्‍याच्या दिशेने वाहत असताना समुद्राची खोली विविध प्रमाणात आणि ब-याच ठिकाणी बदलते. समुद्रतळाच्या उंचसखलपणाचा (topography of the ocean floor) त्सुनामीवर – त्सुनामीच्या तरंगलांबीवर आणि म्हणून पर्यायाने वेगावर, आकारावर आणि ऊर्जाराशीवर – परिणाम होतो. लाटांचा आकार आणि ऊर्जाराशी बदलत रहाते. विविध ठिकाणची समुद्रखोली व समुद्रतळाची रचना भिन्न असल्यामुळे प्रत्येक त्सुनामी वेगळी असते, वेगळी दिसते आणि वेगळ्या प्रकारचे परिणाम घडवू शकते. त्यामुळे त्सुनामी किती उंचीची असेल, किती नुकसान करेल ह्याचा अंदाज वर्तवणे हे फार अवघड काम. उगमापाशी त्सुनामीचा आकार कसा होता हे समजले आणि उगमापाशीचा त्सुनामीचा वेग माहीत झाला तरी त्सुनामीच्या उगमापासून ते किना-यापर्यंतच्या प्रवासाचा अचूक अंदाज बांधणेही अवघडच.

खुल्या समुद्रामधून वाहत असताना त्सुनामी एखाद्या जहाजाखालून गेली तरी काही वेळेला त्या जहाजाला त्याचा पत्ताही लागत नाही. ह्याचे कारण म्हणजे त्सुनामीची असलेली प्रचंड तरंगलांबी. किना-याला आदळल्यावर त्सुनामीचा वेग किती असतो ह्याबद्दल फारच कमी माहिती उपलब्ध आहे. त्सुनामीच्या तडाख्यातून वाचलेल्यांच्या निरीक्षणानुसार जमिनीवर त्सुनामीचा (पुराच्या पाण्याचा) वेग ताशी ४८ किमी तरी असावा.

किना-याला आदळल्यावर त्सुनामीमधील ऊर्जा ही जमिनीकडे स्थलांतरित (transfer) होते. त्सुनामी किना-याजवळच्या उथळ पाण्यात आल्यावर तळाशी होणा-या घर्षणामुळे तिची तरंगलांबी आणि वेग कमी होतो तर उंची वाढते. त्सुनामीची तरंगलांबी मोठी असल्यामुळे मोठ्या प्रमाणावर पाणी साठू शकते व जसजशी ही लाट किना-याच्या जवळ जाते तसतशी पाण्याच्या भिंतीची उंची वाढत जाते. लाटेमधील पाण्याचा तळाशी संपर्क आल्याने लाटेचा खालचा थर संथ होतो तर वरच्या थरातील पाणी मूळच्याच वेगाने जात राहते. परिणामी पाण्याची मोठी उभी भिंत तयार होते. शेवटी स्वतःच्याच पायात पाय घातल्यावर अडखळून पडावे तशी ही भिंत कोसळते आणि किना-यालगतच्या जमिनीवर पसरते.  पाण्याच्या भिंतीची उंची जेवढी जास्त तेवढी तिच्यातली ऊर्जा जास्त. ह्या ऊर्जेमुळे किना-यावरचे वृक्ष मोडून पडतात, खेडी-शहरे उध्वस्त होतात आणि किनार्‍याजवळ नांगरलेल्या बोटी जमिनीवर अगदी आंतवर जातात. पाण्याची भिंत तयार होत असताना लाटेच्या पुढचे आणि मागचे अशा दोन्ही ठिकाणचे पाणी भिंतीलगत चढत जात असल्यामुळे त्सुनामी किना-यावर आदळण्यापूर्वी समुद्र आत ओढल्या सारखा, आटल्यासारखा वाटतो. ही अचानक मोठ्या प्रमाणात दिसणारी ओहोटी ही त्सुनामीच्या आगमनाची वार्ता सांगते आणि थोड्याच वेळात त्सुनामीची पाणभिंत जमिनीवर येऊन थडकते.

त्सुनामीचा उगम किना-यापासून जेवढा दूरवर तेवढा पाणी आटण्याच्या आणि त्सुनामी किना-याला धडकण्यादरम्यानचा कालावधी कमी.  त्सुनामीचा वेग (उ. पा. लाट) हा समुद्राच्या खोलीवर अवलंबून असतो. खोल समुद्रातून त्सुनामी वेगाने वाहते, उथळ पाण्यात कमी वेगाने वाहते. किना-यापाशी समुद्र उथळ असतो तर किना-यापासून दूर खोली जास्त असते. त्यामुळे दूरवर घडलेल्या भूकंपामुळे त्सुनामी निर्माण झाली तर ती जास्त काळ खोल पाण्यातून वाहते, परिणामी तिचा वेग प्रचंड वाढतो. ती किना-याजवळ आली की किना-यालगतचे पाणी त्सुमानीच्या पाणभिंतीवर चढत जाते आणि समुद्र आटल्यासारखा होतो. दूरवरून येणारी त्सुनामी वेगवान असल्यामुळे समुद्राचे पाणी आटणे आणि किना-यावर त्सुनामी येणे ह्यादरम्यान मोठा काळ जात नाही. मात्र किना-याजवळ भूकंप झाला तर त्सुनामी त्यामानाने कमी खोलीच्या पाण्यातून प्रवास करत असल्यामुळे तिचा वेग कमी असतो. त्यामुळे समुद्र आटणे आणि त्सुनामी किना-यावर येणे ह्यादरम्यान थोडा जास्त कालावधी जातो.

सागरतळ पृथ्वीचा पाऊण भाग व्यापतो. मात्र अगदी अलिकडच्या काळापर्यंत आपल्याला सागरतळाबद्दल फारच कमी माहिती होती. त्सुनामीचा उगम समजला तरी उगमापासून किना-यावर येईपर्यंत दरम्यान काय काय होते, तिचा वेग किती असतो हे जाणून घ्यायचे असेल तर तिच्या मार्गातील सागरतळाचा आकृतिबंध (pattern) माहीत असणे, सागरतळाचा उंचसखलपणा, भौतिक घटना (physical composition), संरचना (जडणघडण) माहीत असणे आवश्यक असते. ह्या गरजेमधून सागरतळाचा नकाशा तयार करण्याचे प्रयत्न झाले. त्यामुळे समुद्रतळ कुठे उंचसखल आहे, समुद्राची खोली कुठे कमी-जास्त होते, कुठे घळी, गर्ता आहेत, कुठे पर्वत आहेत वगैरेंचा अभ्यास होऊन सागरतळाचा नकाशा अस्तित्वात आला. सध्या कृत्रिम उपग्रहांच्या साहाय्याने हा नकाशा अधिकाधिक अचूक होत आहे. ह्या नकाशाला त्सुनामी प्रारूपांमध्ये (tsunami models) अनन्यसाधारण महत्त्व आहे.

त्सुनामी प्रारूपे व अंदाज 

त्सुनामीचा अधिकाधिक अचूक अंदाज वर्तवता यावा ह्यासाठी प्रयत्न चालू आहेत. जेथे दोन भूपट्ट (tectonic plates) एकमेकांना मिळतात तो भाग भूकंपप्रवण (seismically active) असतो. एक भूपट्ट दुस-या भूपट्टाखाली गेल्याने (subduction), दोन भूपट्टांमध्ये घर्षण झाल्याने तो भाग नाजूक होतो. अशा भागांमध्ये आणि जेथे भूकवच पातळ (thin crust) अहे अशा भागांमध्ये भूकंपाचे प्रमाण अर्थातच अधिक असते. भूकंपमापक यंत्रावर भूकंपलहरींची (seismic waves) नोंद (detect) झाली की भूकंपाचे उगमस्थान समजते.  भूकंपाच्या प्रारूपांचा (earthquake models) मोठा आधार त्सुनामी-प्रारूपांना घ्यावा लागतो.

भूकंप-प्रारूपांनी निर्माण केलेला विदा (data) विरूपण प्रारूपांना भरवला जातो. समुद्रतळाच्या उभ्या दिशेतील विरूपणाच्या प्रमाणावर त्सुनामीची निर्मीती आणि तीव्रता अवलंबून असते. हे विरूपण कसे आणि किती होईल हे जाणून घेण्यासाठी भूकंपाच्या उगमस्थाची भौतिक घटना माहीत असणे गरजेचे ठरते. ह्या भौतिक संरचनेमध्ये जमिमीनीच्या थराची जाडी, जमिनीचे भौतिक गुणधर्म (physical characteristics) – पोत, जमीन मऊ आहे वा कठिण, मातीचा प्रकार – हे आणि असे इतर घटक माहीत असावे लागतात. ह्या सर्व माहितीचा आधार घेऊन भूकंपक्षेत्रामध्ये किती आणि कसे विरूपण झाले असेल ह्याचा अंदाज वर्तवला जातो. ह्या अंदाजावरून त्सुनामी-प्रारूप त्सुनामी निर्मिती होईल वा नाही, झाल्यास साधारण किती तीव्रता असेल, त्सुनामीचा आकार कसा असेल, वगैरे गोष्टींचा अंदाज वर्तवते. मात्र भूकंप होण्याआधीच त्सुनामीचा अंदाज वर्तवणे शक्य नसते.

त्सुनामी प्रारुप सुरू करण्याआधी पुढील माहितीची गरज असते- भूकंपाचे उगमस्थान आणि तीव्रता, भूकंपामुळे उत्सर्जित झालेली ऊर्जा, विरूपित झालेल्या भागाचे क्षेत्रफळ, उर्ध्वाधर वा उभ्या(vertical) दिशेत झालेले सरासरी विस्थापन, सागरतळाच्या विरूपणाचा आकृतिबंध पाहण्यासाठी प्रस्तरभंगाचा कोन आणि खोली. ही माहिती प्रारूपाला पुरवल्यावर प्रारूपे काही गृहीतके वापरते. उदाहरणार्थ, भूकंपानंतर तत्काल पाण्यामध्ये खळबळ माजते असे गृहीत धरले जाते. तसेच, त्सुनामीचा सुरुवातीचा आकार हा विरूपित सागरतळाच्या आकाराप्रमाणे असतो असेही गृहीत धरले जाते. ही गृहीतके आणि सुरुवातीच्या माहितीवर (initial conditions) हे प्रारूप पळवले जाते. ह्या प्रारूपांमध्ये खो. पा. लाटांचे गुणधर्म गणिती भाषेत लिहिलेली सूत्रे वापरलेली असतात.

भूकंपामुळे जमीन हादरते त्यामुळे त्यावरच्या पाण्यामध्ये खळबळ माजते. भूकंप थांबल्यावर जमीन हादरण्याची थांबली की पाणी पुन्हा स्थिर होण्याचा, संतुलित अवस्थेत येण्याचा प्रयत्न करते. त्यावेळी पाण्यावर लाटा तयार होतात. ह्या सुरुवातीच्या लाटांवरून पुढे त्सुनामीची वाढ कशी होईल ह्याचा अंदाज त्सुनामी प्रारूपे बांधतात.

त्सुनामीच्या वाढीचा आणि वहनाचा अंदाज बांधण्यासाठी लाटेच्या भौतिकशास्त्राचे (physics of waves) तंत्र वापरले जाते. त्यासाठी पाण्याची खोली, त्याखालील सागरतळाची रचना आणि घटना ही माहिती इनपुट म्हणून वापरली जाते. ही प्रारूपातील लाट किनार्‍यावर आली की पूर-प्रारूपाचा (flood model) वापर करून त्सुनामीने किना-यावर आणलेल्या पाण्याचा पुढचा प्रवास कसा, केवढ्या क्षेत्रात, किती आंतवर होईल ह्याचा अंदाज बांधला जातो. अशा प्रकारे भूकंप-प्रवर्तित त्सुनामीचे प्रारूप हे भूकंप-प्रारूप, विरूपण-प्रारूप (deformation model), लाट-प्रारूप आणि पूर-प्रारूप अशा प्रारूपांचा एकत्रित वापर करते. १९९० पर्यंत अशी प्रारूपे फारशी विश्वासार्ह नव्हती. मात्र नवीन तंत्रज्ञान आणि संशोधनानुरूप ह्या प्रारूपांमध्ये सुधारणा होत आहे.

आकृती २: त्सुनामी प्रारूप. त्सुनामी प्रारूपामध्ये वापरलेली जाणारी विविध प्रारूपे, त्यांसाठीचे इनपुट व आउटपुट. प्रारूपांमुळे त्सुनामी निर्मिती होईल अथवा नाही, झाल्यास कोणत्या किना-यावर तिची तीव्रता, उंची किती असेल, त्सुनामीमुळे किती क्षेत्रफळाचे आणि किती नुकसान होईल वगैरे अंदाज बांधण्यास मदत होते.

स्थानिक त्सुनामी निर्माण करणा-या भूकंपाचा उगम किना-याजवळ वा किना-यालगत असल्यामुळे भूकंपाचा धक्का हा किनार्‍यावरील लोकांसाठी त्सुनामी येण्याच्या धोक्याची घंटा वाजवण्याचे काम करतो. मात्र दूरस्थ त्सुनामीचा उगम दूर समुद्रात असल्याने त्या भूकंपाचा धक्का किना-यावरील लोकांना जाणवेलच असे नाही. परिणामतः दूरस्थ त्सुनामीचा अंदाज वर्तवणे शक्य झाले तर स्थानिक त्सुनामीचा अंदाज वर्तवणे नक्कीच शक्य होईल; अंतरामधली तफावत एवढाच काय तो ह्या दोन त्सुनामींमधला फरक आहे, असे शास्त्रज्ञांना वाटत असे. मात्र हा त्यांचा गैरसमज कसा आहे हे १ सप्टेंबर १९९२ ला (मध्य अमेरिकेतील) निकराग्वा बेटांवर आलेल्या वीस फुटी स्थानिक त्सुनामीने दाखवून दिले. ह्या त्सुनामीमुळे किनार्‍यावर आलेले पाणी सुमारे मैलभर आत पसरले आणि त्याने २०० लोकांचा बळी घेतला. स्थानिक त्सुनामीच्या संकल्पनेनुसार किना-यावरील लोकांना त्सुनामीपूर्वी भूकंपाचा हादरा जाणवून धोक्याची सूचना मिळायला हवी होती, मात्र तसे झाले नाही. ह्या घटनेमुळे त्सुनामीचा आणखी खोलात जाऊन अभ्यास करण्याची प्रेरणा शास्त्रज्ञांना मिळाली.

ह्या १९९२ च्या निकराग्वा बेटांवरच्या आणि १९९४ च्या पूर्वेकडील जावा बेटांवर आलेल्या त्सुनामींनी शास्त्रज्ञांना आणखी एकदा गोंधळात टाकले. भूकंप-प्रारूपांनी सांगितलेल्या समुद्रतळाच्या विरूपणानुसार त्सुनामीची तीव्रता जेवढी असायला हवी असे वाटले होते त्यापेक्षा प्रत्यक्षात ती फारच जास्त होती. त्यावरून असे लक्षात आले की ह्या दोन्ही त्सुनामी ह्या शास्त्रज्ञ आता ज्याला “मूक भूकंप” (silent earthquakes) म्हणतात तशाप्रकारच्या भूकंपांमुळे निर्माण झाल्या होत्या. हे भूकंप मूक आणि संथ होते, त्यांच्यामुळे जमिनीला तडा जाण्याची क्रिया अत्यंत संथ वेगाने झाल्यामुळे विशेष हादरा जाणवला नाही तरी त्सुनामी निर्मिती मात्र मोठ्या प्रमाणात झाली. जर भूकंपामुळे जमिनीला तडे जाण्याच्या क्रियेचा वेग हा वरच्या पाण्यातील लाटांच्या वेगाएवढा असेल तर असे भूकंप त्सुनामीनिर्मीतीसाठी अत्यंत प्रभावी ठरतात. अमेरिकेतील नॉर्थवेस्टर्न विद्यापिठातील डॉ. एमिल ओकाल आणि त्यांच्या सहकार्‍यांनी मूक भूकंपामुळे त्सुनामीनिर्मितीची शक्यता किती प्रमाणात आहे हे दाखवणारी पद्धत विकसित केली, जिला “ट्रेमोर्स” (TREMORS) असे म्हटले जाते. ट्रेमोर्स म्हणजे Tsunami Risk and Evaluation Through Seismic Moment for Real time System, जी आता त्सुनामीच्या धोक्याच्या इशारा देणा-या केंद्रांमध्ये वापरली जाते. नोआ (National Oceanic and Atmospheric Administration – NOAA) च्या त्सुनामी संशोधन केंद्राने (NOAA Center for Tsunami Research) “मोस्ट” (MOST) नावाचे त्सुनामी प्रारूप तयार केले आहे. मोस्ट म्हणजे MethodOf Splitting Tsunami. त्सुनामींचा अभ्यास करणा-या संस्थांचे जाळे जगभर पसरलेले आहे.

निकराग्वा त्सुनामीमुळे आणखी एक गोष्ट स्पष्ट झाली ती म्हणजे किना-याजवळील समुद्रतळाच्या रचनेचे महत्त्व. भरती-ओहोटीच्या आणि वाराजन्य लाटा किनार्‍यावर येऊन कशा पद्धतीने फुटतील आणि किती ऊर्जा कशा प्रकारे उत्सर्जित करतील हे काही प्रमाणात किनार्‍याजवळील सागरतळाच्या रचनेवर अवलंबून असते. मात्र ह्या लाटांच्या तुलनेत त्सुनामीची तरंगलांबी खूपच जास्त असल्यामुळे किनार्‍याजवळील समुद्रतळाच्या रचनेचा त्सुनामीमधील उर्जा उत्सर्जित होण्याच्या प्रक्रियेवर फारसा परिणाम होत नसावा असे शास्त्रज्ञांचे मत होते. निकराग्वाच्या त्सुनामीचा अभ्यास केल्यावर मात्र किनार्‍याजवळील सागरतळाची रचना हा महत्त्वाचा घटक आहे हे लक्षात घेऊन त्सुनामी-प्रारूपांमध्ये त्यानुसार बदल करण्यात आले.

भूकंप आणि ज्वालामुखीचे उद्रेक ह्या गोष्टींचा अंदाज करणे जर कठीण असेल तर त्सुनामीचा अंदाज करणे महाकठीण. जपानमध्ये गेल्या हजार वर्षातील त्सुनामींची नोंद असली तरी त्यावरूनही त्सुनामीची सांख्यिकी-शक्याशक्यता (statistical probability) वर्तवणे फारसे सोपे नाही. पूर्वीच्या नोंदींमध्ये त्सुनामीचे साधारण वर्णन असले तरी त्यात काटेकोरपणे केलेली कारकघटकांची शास्त्रशुद्ध नोंद नाही. लाटांच्या नोंदींची अचूक माहिती ही केवळ गेल्या शंभर वर्षांतली आहे. ह्या नोंदींमधील काही त्सुनामींचा विदा आणि काही भूकंपांशी त्यांचा असलेला परस्परसंबंध (Correlation) स्पष्ट झाला आहे.

आज सागरतळाच्या उंचसखलतेचा, भौतिक गुणधर्मांचा नकाशा उपलब्ध आहे. सागरतळाशी जमिनीचे कवच कुठे जाड आहे, कुठे कमी जाडीचे आहे, कुठे कोणत्या प्रकारचे तडे आहेत वगैरे घटकांची बर्‍यापैकी अचूक माहिती उपलब्ध आहे. ह्या माहितीनुसार भूकंपप्रवण क्षेत्र, त्याठिकाणी असणार्‍या तड्यांची रचना, प्रकार, ह्यावरून कुठे भूकंप आणि त्यानंतर त्सुनामी निर्मिती होऊ शकते ह्याचा अंदाज थोड्याफार प्रमाणात वर्तवणे शक्य झाले आहे. तरीही अचूक अंदाज वर्तवता येणे अशक्यच आहे.

ह्यापुढील भागात – काही मोठ्या आणि विनाशकारी त्सुनामींची थोडक्यात माहिती, त्सुनामींचे परिणाम, त्सुनामी-सूचना यंत्रणा व निरीक्षण संस्था.

संदर्भ-
१. Ellen J. Prager, Kate Hutton, Costas Synolakis and Stanley Williams, “Furious Earth: The science and nature of Earthquakes, Volcanoes, and Tsunamis”, McGrow-Hill, 2000, pp 165-210.
२. नोआ (NOAA) च्या  त्सुनामी संशोधन केंद्राचे  संकेतस्थळ.
३. Kowalik, Z., Horrillo, J., Knight, W., Kornkven, E., “Next Generation Tsunami Modeling”, 2004, Challenges in Science and Engineering, vol. 12(1).

वरदा व. वैद्य, ऑक्टोबर २००६ । Varada V. Vaidya, October 2006

ह्यापुढे – भाग ३- जाती पान्यानं भिजून धर्ती ‎

या गो दरियाचा दरारा मोठा..

त्सुनामी – भाग १
या गो दरियाचा दरारा मोठा..

त्सुनामी म्हणजे काय?

ख्रिस्तपूर्व ४२६ मध्ये ग्रीक इतिहासकार थुसिडायडेस ह्याने युबेआ बेटांवर पाहिलेल्या त्सुनामीची ठेवलेली नोंद ही आजपर्यंतच्या त्सुनामीच्या नोंदींमधली सर्वांत पहिली नोंद. त्यानंतर अनेक त्सुनामींनी किना-यांना धडका दिल्या आणि अनेकींच्या नोंदीही झाल्या. समुद्राच्या दरा-याचा एक महत्वाचा आविष्कार म्हणजे त्सुनामी. त्सुनामी हा मूळ जपानी शब्द. त्सु म्हणजे बंदर आणि नामी म्हणजे लाट. त्यामुळे त्सुनामीचा शब्दश: अर्थ “बंदरावर येणारी लाट” असा असला तरी त्सुनामी ह्या वाराजन्य (wind generated) लाटा वा भरती-ओहोटीच्या गुरुत्वाकर्षणजन्य लाटा (tidal waves) यांपासून भिन्न आहेत.

समुद्रतळाखाली होणारे भूकंप, समुद्रतळाशी होणारे भूस्खलन (दरड कोसळणे, landslides), विरूपण (deformation) आणि समुद्रतळाशी ज्वालामुखीचा उद्रेक ही त्सुनामी निर्माण होण्याची तीन प्रमुख कारणे. किना-याजवळ मोठा स्फोट झाल्याने, तसेच, समुद्रामध्ये अशनीपात* झाल्यानेही त्सुनामीनिर्मिती होऊ शकते. मात्र आजपर्यंत नोंद झालेल्या त्सुनामींपैकी बहुतेक त्सुनामी ह्या समुद्रतळाखालील भूकंपामुळे निर्माण झालेल्या आढळतात. प्रत्यक्ष भूकंपाबरोबरच भूकंपामुळे होणारे भूस्खलन ह्या त्सुनामीनिर्मितीसाठी मोठ्या प्रमाणात कारणीभूत ठरतात. जेव्हा समुद्रतळाचा आकार काही कारणाने बदलतो, विरूपित होतो, त्यावेळी उत्सर्जित झालेल्या ऊर्जेमुळे त्याभागावरील पाण्याच्या स्तंभामध्ये मोठ्या प्रमाणात खळबळ उत्पन्न होते, परिणामतः त्सुनामीची निर्मिती होते.

त्सुनामींचे ढोबळमानाने दोन प्रकार केले जातात – स्थानिक वा निकटक्षेत्र (Local or Nearfield) आणि दूरस्थ वा दूरक्षेत्र (Distant or Farfield/Remote). त्सुनामीचा उगम आणि ती किना-यावर जेथे आदळली ते ठिकाण ह्यातील अंतरानुसार तिचा प्रकार ठरतो. त्यामुळे काहींसाठी स्थानिक असणारी त्सुनामी दुस-यांसाठी दूरस्थ असू शकते. उदाहरणार्थ, डिसेंबर २००४ मध्ये सुमात्रा बेटांजवळ निर्माण झालेली त्सुनामी ही सुमात्रा मधल्या लोकांसाठी स्थानिक तर भारत आणि आफ्रिकेतील लोकांसाठी दूरस्थ होती.

त्सुनामी – उथळ पाण्यातील लाट

आकृती १. लाटेचे भाग – शिखर, दरी, आयाम व तरंगलांबी. लाट वा तरंगातील वरच्या दिशेतील सर्वाधिक विस्थापित बिंदूस (बिंदू श१ व श२) शिखर (crest) तर खालच्या दिशेतील सर्वाधिक विस्थापित बिंदूस (बिंदू द) दरी (trough) असे म्हणतात. लागोपाठच्या दोन शिखर  वा दोन दरींमधील अंतरास त्या लाटेची तरंगलांबी (wavelength) असे म्हणतात. मध्यरेषा म्हणजे लाटा नसतानाची पाण्याची (द्रवाची) स्थिती. मध्यरेषेपासून जास्तीतजास्त विस्थापित झालेल्या बिंदूमधील (शिखर वा दरी मधील) अंतरास ( उदा. बिंदू क व श१ मधील अंतर) आयाम (amplitude) असे म्हणतात.

वाराजन्य लाटा केवळ पृष्ठभागालगतचे पाणी ढकलतात. त्सुनामीमुळे मात्र पाण्याच्या संपूर्ण स्तंभाचे विस्थापन (displacement) होते. संपूर्ण स्तंभामध्ये असलेली ऊर्जा अर्थातच प्रचंड असते. वाराजन्य लाटा ह्या ‘खोल पाण्यातील लाटा’ (deep water waves) असतात तर त्सुनामी ह्या ‘उथळ पाण्यातील लाटा’ (shallow water wave) असतात. ‘खोल पाण्यातील लाटा’ व ‘उथळ पाण्यातील लाटा’ ह्या पारिभाषिक संज्ञा आहेत, त्यांचा शब्दश: अर्थ घेऊन चालणार नाहीत, तर म्हणजे काय? हे समजावून घ्यावे लागेल.

लाट ज्या पाण्यामधून वाहत आहे त्या पाण्याची खोली (ख) आणि त्या लाटेची तरंगलांबी (त) ह्यांचे गुणोत्तर (ratio) (ख/त) जर खूप कमी असेल तर त्या लाटेला ‘उथळ पाण्यातील (उ. पा.) लाट’ असे म्हणतात. ह्याउलट, जर हे गुणोत्तर खूप जास्त असेल तर ती ‘खोल पाण्यातील (खो. पा.) लाट’. म्हणजेच, लाटांच्या तरंगलांबीच्या तुलनेत पाण्याची खोली खूप जास्त असेल तर त्या खो.पा. लाटा, आणि लाटांच्या तरंगलांबीच्या तुलनेत पाण्याची खोली फारशी नसेल तर त्या उ. पा. लाटा. उदाहरणार्थ, चहाच्या कपावर आपण बाहेरून टिचकी मारली तर चहावर जे तरंग उठतील, त्या खो. पा. लाटा. मात्र त्या कपाला धक्का लागला, कप हिंदकळला तर चहात उठतील त्या लाटा म्हणजे उ. पा. लाटा. टिचकीमुळे चहाच्या केवळ पृष्ठभागावर तरंग उमटले, तर कप हिंदकळण्याने कपातील चहाचा संपूर्ण स्तंभच हादरला. कपाची खोली आणि तरंगांची (कपाच्या व्यासापेक्षा बरीच कमी असलेली) तरंगलांबी ह्यांचे गुणोत्तर खूपच जास्त, तर कपाची खोली आणि कप हिंदकळण्याने चहात उठलेल्या लाटेची (कपाच्या व्यासापेक्षा आणि कपाच्या खोलीपेक्षाही मोठी असलेली) तरंगलांबी ह्यांचे गुणोत्तर खूपच कमी. खो. पा. लाटेमुळे चहामध्ये तरंग उठल्याने विशेष काही वाईट झाले नाही, मात्र उ. पा. लाटेमुळे चहा कपाबाहेर सांडला.

सामान्यतः वाराजन्य लाटांची तरंगलांबी १५० मीटर तर त्सुनामींची तरंगलांबी १००,००० मीटर (१०० किलोमीटर) एवढी असते.

उ. पा. लाटेचा वेग (व) हा पाण्याची खोली (ख) आणि गुरुत्वीय त्वरण (gravitational acceleration, ग = ९.८ मीटर/सेकंद^२) ह्यांच्या गुणाकाराच्या वर्गमुळाएवढा (square root) असतो.
उ. पा. लाटेचा व = (ख x ग)^१/२

सरासरी ४००० मीटर खोल असणा-या प्रशांत महासागरामध्ये त्सुनामी ताशी ७०० किमी एवढ्या प्रचंड वेगाने प्रवास करू शकते. त्सुनामी जसजशी किना-याजवळ येते, तसतशी पाण्याची खोली कमी होत गेल्याने त्सुनामीचा वेग मंदावतो. ३० मीटर खोल समुद्रामध्ये लाट ताशी केवळ ५९ किमी वेगाने प्रवास करते. प्रवासादरम्यान लाटांमधील ऊर्जा काही प्रमाणात सतत उत्सर्जित होत असते. उ. पा. लाटेचा ऊर्जा गळतीचा दर हा तरंगलांबीच्या व्यस्त प्रमाणात (inversly proportional) असल्याने प्रवासादरम्यान त्सुनामीमधून होणारी ऊर्जागळती नगण्य असते. प्रचंड वेग, ऊर्जेची प्रचंड साठवण आणि प्रचंड अंतर पार करून जाण्याची क्षमता असलेली त्सुनामी किना-यावर आदळली की होणारे किना-यालगतच्या भागाचे नुकसान केवळ भयावह असते.

भूकंप व त्यांची त्सुनामीनिर्मिती-क्षमता

जेव्हा समुद्रतळ उभ्या दिशेमध्ये (vertical direction) अचानक हादरतो, त्यावेळी सागरतळ उचलला जातो (uplift) किंवा खचतो (subsidence). अशाप्रकारे सागरतळ विस्थापित, विरूपित होतो तेव्हा त्यावरील पाण्यामध्ये त्सुनामीची निर्मिती होऊ शकते. मात्र सुदैवाने समुद्रतळाशी होणा-या प्रत्येक भूकंपामुळे त्सुनामी निर्माण होत नाही. काही भूकंपामुळे जमिनीचे विस्थापन आडव्या दिशेमध्ये वा क्षितिजसमांतर (horizontal direction) होते, असे भूकंप त्सुनामी निर्माण करत नाहीत. भूकंपाची तीव्रता जेवढी जास्त तेवढा जास्त भूभाग हादरतो आणि विरूपित होतो. भूकंपाचे केंद्र जेवढे खोल तेवढी उभ्या दिशेत होणारी हालचाल आणि विरूपण कमी, तर केंद्र जेवढे जमिनीलगत तेवढी ही हालचाल आणि विरूपण जास्त. भूकंपकेंद्र सागरतळापासून ३० किमी पेक्षा अधिक खोल असल्यास त्यामुळे त्सुनामीनिर्मितीची शक्यता नगण्य असते. मात्र १९६० सालच्या चिलीतील भूकंपाचे केंद्र जमिनीखाली ३० किमी पेक्षा खोलवर असूनही ते त्सुनामीनिर्मितीस कारणीभूत ठरले, कारण त्या भूकंपाची तीव्रता खूपच जास्त होती. ६० किमी पेक्षा खोल केंद्र असलेल्या भूकंपाने त्सुनामीनिर्मितीला चालना दिल्याची नोंद मात्र आजवर झालेली नाही.

अगदी अलिकडच्या काळापर्यंत भूकंपामुळे होणारे समुद्रतळाचे  विरूपण हे त्सुनामीनिर्मितीचे प्रमुख कारण मानले जाई. मात्र भूकंपाबरोबरच सागरतळाशी होणा-या भूस्खलनामुळे (दरडी कोसळण्यामुळे) त्सुनामी निर्माण होण्याचे प्रमाणही खूपच मोठे आहे. भूकंपप्रवर्तित (earthquake induced) आणि भूस्खलन-प्रवर्तित (landslide induced) त्सुनामींमध्ये काही गुणात्मक फरक आहेत. भूकंपप्रवर्तित त्सुनामींची तरंगलांबी आणि आयाम मोठा असतो, तसेच उगम विस्तृत असतो, तर भूस्खलन-प्रवर्तित त्सुनामींची तरंगलांबी व आयाम तुलनेने लहान आणि उगमाचा विस्तारही कमी असतो. समुद्रामध्ये झालेला अशनीपात वा समुद्रतळाशी झालेला ज्वालामुखीचा उद्रेकही त्सुनामी निर्माण करू शकतो. ज्वालामुखीच्या उद्रेकामुळे आतील लाव्हा पाण्यामध्ये वर उसळतो, खडकांचे तुकडे खाली कोसळतात आणि लाव्हा खाली वाहत जातो. ह्या सर्व घटनांमुळे त्यावरील पाणी उभ्या दिशेमध्ये विस्थापित होऊन त्सुनामी निर्मिती होऊ शकते. समुद्रामध्ये अशनीपात झाल्यास अशनीचा प्रचंड वेग पाण्यात पडल्यामुळे अचानक मंदावतो. तेव्हा अशनीच्या तुकड्यांमधील संवेग (momentum) आणि ऊर्जा पाण्यामध्ये स्थलांतरित होते. त्यावेळे पाण्याचे वरून खाली असे उभ्या दिशेमध्ये विस्थापन होते, जे त्सुनामीनिर्मितीसाठी कारणीभूत होऊ शकते.

पुढील भागामध्ये त्सुनामी-प्रारूपे, त्सुनामीचा अंदाज आणि त्सुनामीचा उगमापासून किना-यापर्यंतचा प्रवास हे मुद्दे पाहू.

*अशनीपात – अवकाशातील एखादी वस्तू, दगड पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामध्ये सापडल्यामुळे पृथ्वीकडे खेचली जाते. ह्या दगडाने पृथ्वीच्या वातावरणामध्ये प्रवेश केला की हवेबरोबरच्या घर्षणाने तो हवेत पेट घेतो. जर हा दगड छोटा असेल तर पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर पडण्यापूर्वी, वातावरणातच जळून जातो, ज्याला उल्का असे म्हणतात. मात्र हा दगड मोठा असेल तर ज्याचा काही भाग वातावरणात जळून गेला तरी उर्वरित भाग जमिनीवर पडतो, त्याला अशनी असे म्हणतात. लोणारसारखी विवरे ही अशनीपाताने तयार झालेली आहेत, उल्कापाताने नव्हेत, कारण उल्का जमिनीपर्यंत पोहोचतच नाहीत.

ह्यानंतर – भाग २- कवा पान्यावरी उठतानं डोंगर लाटा‎ ‎

संदर्भ-

१. Ellen J. Prager, Kate Hutton, Costas Synolakis and Stanley Williams, “Furious Earth: The science and nature of Earthquakes, Volcanoes, and Tsunamis”, McGrow-Hill, 2000, pp 165-210.
२. हॅलिडे, रेसनिक, “फंडामेंटल्स ऑफ फिजिक्स”, न्यूयॉर्क विली, जॉन्स ऍण्ड सन्स, २००१.
३. वॉशिंग्टन विद्यापिठाच्या ‘अर्थ व स्पेस सायन्स’  विभागाचे संकेतस्थळ.

वरदा व. वैद्य, ऑक्टोबर २००६ । Varada V. Vaidya, October 2006