जब कोई बड़ा भूकंप आता है, तो दुनिया भर के भूकंप निगरानी केंद्र कुछ ही मिनटों में एक के बाद एक कंपन दर्ज करते हैं। लेकिन अजीब बात यह है कि अधिकेंद्र से एक निश्चित दूरी पर स्थित केंद्रों तक भूकंपीय तरंगें ठीक से नहीं पहुँचतीं। मानो पृथ्वी के भीतर कोई छाया पड़ गई हो, भूकंपीय तरंगें जिस पट्टीनुमा क्षेत्र से बचकर निकल जाती हैं, उसे ‘भूकंपीय छाया क्षेत्र (Seismic Shadow Zone)’ कहा जाता है।
सरल शब्दों में, भूकंपीय छाया क्षेत्र का अर्थ है ‘वह क्षेत्र जहाँ पृथ्वी के भीतर से गुजरने वाली भूकंपीय तरंगें कोर में मुड़ जाने या रुक जाने के कारण सीधे सतह तक नहीं पहुँचतीं’। 1906 में ब्रिटिश भूविज्ञानी रिचर्ड डिक्सन ओल्डहैम (Richard Dixon Oldham) ने भूकंप के अभिलेखों का विश्लेषण करके पहली बार कहा कि पृथ्वी के केंद्र में अलग गुणों वाला एक कोर है। इसके बाद 1914 में जर्मनी में जन्मे भूकंपविज्ञानी बेनो गुटेनबर्ग (Beno Gutenberg) ने छाया क्षेत्र की स्थिति के आधार पर गणना की कि कोर की सीमा लगभग 2,900 किमी की गहराई पर है।
इस लेख में हम क्रम से देखेंगे कि छाया क्षेत्र बनाने वाली भूकंपीय तरंगें कौन-सी हैं, P-तरंग और S-तरंग से बनने वाले दो छाया क्षेत्र कैसे हैं, छाया क्षेत्र ने बाहरी और आंतरिक कोर के बारे में क्या बताया, और आज छाया क्षेत्र का उपयोग कहाँ होता है।
जहाँ से भूकंपीय तरंगें बचकर निकलती हैं, भूकंपीय छाया क्षेत्र
1. छाया क्षेत्र बनाने वाली भूकंपीय तरंगें
भूकंप आने पर ज़मीन के भीतर जमा ऊर्जा तरंगों के रूप में चारों ओर फैल जाती है। इनमें से जो तरंगें पृथ्वी के भीतर से होकर गुजरती हैं, उन्हें काय तरंगें (बॉडी वेव) कहते हैं, और छाया क्षेत्र बनाने वाली मुख्य तरंगें भी यही हैं।
(1) P-तरंग
P-तरंग (Primary wave) एक अनुदैर्ध्य तरंग है, जिसमें पदार्थ तरंग की गति की दिशा में ही धकेला और खींचा जाता है। यह सबसे तेज़ होती है, इसलिए केंद्र पर सबसे पहले पहुँचती है, और ठोस तथा तरल दोनों से गुजर सकती है।
(2) S-तरंग
S-तरंग (Secondary wave) एक अनुप्रस्थ तरंग है, जिसमें पदार्थ गति की दिशा के लंबवत हिलता है। यह P-तरंग से धीमी होती है और दूसरे क्रम पर पहुँचती है, और मरोड़ न सह पाने वाले तरल से होकर नहीं गुजर सकती।
(3) कोण से मापी जाने वाली दूरी
भूकंपविज्ञान में अधिकेंद्र और निगरानी केंद्र के बीच की दूरी को पृथ्वी के केंद्र से मापे गए कोण, यानी कोणीय दूरी, के रूप में दर्शाया जाता है। अधिकेंद्र 0° है, पृथ्वी का ठीक उल्टा भाग 180° है, और छाया क्षेत्र की स्थिति भी इसी कोण से बताई जाती है।
2. P-तरंग छाया क्षेत्र और S-तरंग छाया क्षेत्र
यदि पृथ्वी का भीतरी भाग शुरू से अंत तक एक ही चट्टान का होता, तो भूकंपीय तरंगें सतह पर हर जगह पहुँचनी चाहिए थीं। लेकिन वास्तविक अभिलेखों में ऐसे खाली हिस्से दिखाई देते हैं जहाँ भूकंपीय तरंगें नहीं होतीं, और इनका आकार P-तरंग और S-तरंग के लिए अलग-अलग होता है।
- P-तरंग छाया क्षेत्र (P-wave Shadow Zone): लगभग 103° से 142° की कोणीय दूरी वाली पट्टी, जहाँ P-तरंगें बाहरी कोर की सीमा पर बहुत अधिक मुड़ जाने के कारण सीधे नहीं पहुँचतीं।
- S-तरंग छाया क्षेत्र (S-wave Shadow Zone): लगभग 103° से अधिक कोणीय दूरी वाला पूरा क्षेत्र, जो इसलिए बनता है क्योंकि तरल बाहरी कोर S-तरंगों को आगे नहीं जाने देता।
- अपवर्तन (Refraction): वह घटना जिसमें तरंग अलग गुणों वाले पदार्थों की सीमा पार करते समय गति बदलने से अपनी दिशा मोड़ लेती है।
(1) P-तरंग क्यों मुड़ती है
जब P-तरंग मेंटल से बाहरी कोर में प्रवेश करती है, तो उसकी गति अचानक धीमी हो जाती है। इस समय उसकी दिशा भीतर की ओर बहुत मुड़ जाती है, जिससे वह 103° से 142° के भाग को लाँघकर 142° से आगे पहुँचती है।
(2) S-तरंग क्यों गायब हो जाती है
S-तरंग तरल से नहीं गुजर सकती, इसलिए बाहरी कोर तक पहुँचते ही वह आगे नहीं बढ़ पाती। इसी कारण वह केवल 103° के भीतर ही सीधे दर्ज होती है, जहाँ वह बाहरी कोर से गुजरे बिना सिर्फ़ मेंटल से होकर पहुँच सकती है।
(3) S-तरंग की चौड़ी छाया
परिणामस्वरूप, अधिकेंद्र के उल्टी ओर के बड़े क्षेत्र में S-तरंगें सीधे दर्ज नहीं होतीं। यही चौड़ी छाया इस बात का सबसे मज़बूत प्रमाण बनी कि बाहरी कोर तरल है।
3. छाया क्षेत्र से पता चले बाहरी और आंतरिक कोर
मनुष्य पृथ्वी के केंद्र तक सीधे खुदाई नहीं कर सकता। अब तक का सबसे गहरा छेद, रूस का कोला सुपरडीप बोरहोल, भी लगभग 12 किमी पर ही रुक गया। इसलिए वैज्ञानिकों ने भूकंपीय तरंगों द्वारा छोड़े गए निशानों, विशेषकर छाया क्षेत्र, को सुराग बनाकर पृथ्वी के भीतर झाँका है।
(1) कोर की खोज
1906 में ओल्डहैम ने देखा कि पृथ्वी के केंद्र के पास से गुजरकर आने वाली भूकंपीय तरंगें अपेक्षा से देर से पहुँचती हैं। इसी आधार पर उन्होंने कहा कि पृथ्वी के भीतर मेंटल से अलग गुणों वाला एक कोर है।
(2) कोर की सीमा की गहराई
गुटेनबर्ग ने छाया क्षेत्र जिस कोण से शुरू होता है, उसका उपयोग करके गणना की कि मेंटल और कोर की सीमा लगभग 2,900 किमी की गहराई पर है। आज इस सीमा को गुटेनबर्ग असंबद्धता भी कहा जाता है।
(3) आंतरिक कोर की खोज
1936 में डेनमार्क की भूकंपविज्ञानी इंगे लेहमन (Inge Lehmann) ने देखा कि P-तरंग छाया क्षेत्र के भीतर भी कमज़ोर P-तरंगें दर्ज होती हैं। उन्होंने इसे इस तरह समझाया कि तरल बाहरी कोर के भीतर एक ठोस आंतरिक कोर है, जिसने P-तरंगों को फिर से मोड़कर भेजा।
4. आज छाया क्षेत्र का उपयोग कैसे होता है
छाया क्षेत्र केवल पाठ्यपुस्तकों की कोई पुरानी खोज नहीं है। दुनिया भर के निगरानी नेटवर्क द्वारा जमा किए गए भूकंपीय तरंगों के अभिलेख आज भी पृथ्वी के भीतरी भाग को और विस्तार से समझने में उपयोग होते हैं।
(1) पृथ्वी के भीतरी भाग का मॉडल
भूकंपीय तरंगों के पहुँचने के समय और छाया क्षेत्र की सीमाओं को मिलाकर बनाए गए मॉडल भूपर्पटी, मेंटल, बाहरी कोर और आंतरिक कोर की गहराई और गुणों को संख्याओं में व्यवस्थित करते हैं। 1981 में प्रकाशित प्रारंभिक संदर्भ पृथ्वी मॉडल (PREM) इसका प्रमुख उदाहरण है।
(2) भूकंपीय टोमोग्राफी
अस्पताल के सीटी स्कैन की तरह, अनगिनत भूकंपीय तरंग मार्गों को एक साथ रखकर विश्लेषण करने से मेंटल के गर्म और ठंडे हिस्सों को त्रि-आयामी चित्रों में देखा जा सकता है। इसे भूकंपीय टोमोग्राफी (Seismic Tomography) कहते हैं।
(3) अन्य ग्रहों की खोज
2018 में मंगल पर उतरे अमेरिकी अंतरिक्ष एजेंसी नासा (NASA) के इनसाइट (InSight) लैंडर ने मंगल के भूकंप दर्ज किए। वैज्ञानिकों ने इन अभिलेखों से मंगल के कोर के आकार का अनुमान लगाया और पृथ्वी पर इस्तेमाल होने वाली विधि को दूसरे ग्रह तक पहुँचाया।
भले ही हम पृथ्वी के भीतर सीधे न देख सकें, जहाँ भूकंपीय तरंगें नहीं पहुँचतीं, वे जगहें अपने आप में कीमती जानकारी बन जाती हैं। जहाँ तरंग गायब होती है, वहाँ भी कोई कारण होता है, यही सरल विचार भूकंपीय छाया क्षेत्र को समझने का पहला कदम है।
