पृथ्वीच्या वातावरणात अल्प प्रमाणात हिलिअम वायू आढळतो. या हिलिअम वायूमध्ये मुख्यतः चार अणुभार असणारे अणू असले तरी, त्यात तीन अणुभार असलेल्या हिलिअमचे अणूसुद्धा अत्यल्प प्रमाणात आढळतात. या दोन प्रकारच्या हिलिअमपैकी, चार अणुभार असलेला हिलिअम हा पृथ्वीच्या अंतर्भागातील विविध किरणोत्सर्गी मूलद्रव्यांच्या ऱ्हासामुळे सतत निर्माण होतो आहे. तीन अणुभार असलेला हिलिअम हा मात्र अतिप्राचीन हिलिअम आहे. तो महास्फोटाद्वारे झालेल्या विश्वाच्या निर्मितीनंतर अल्पकाळातच निर्माण झाला. पृथ्वीच्या वातावरणात दरवर्षी, तीन अणुभार असणाऱ्या या हिलिअमची सुमारे दोन किलोग्रॅम इतक्या प्रमाणात भर पडत असल्याचं दिसून आलं आहे. हा हिलिअम मुख्यतः पृथ्वीवरच्या महासागरांच्या तळाशी असणाऱ्या, खोलवरच्या ज्वालामुखींतून बाहेर पडत असल्याचं आढळलं आहे.
तीन अणुभार असणारा हिलिअम हा पृथ्वीच्या जन्मापूर्वीपासून अस्तित्वात असल्यानं, त्याचा संबंध पृथ्वीच्या उत्क्रांतीशीही असण्याची शक्यता आहे. त्यामुळे हा हिलिअम पृथ्वीच्या अंतर्भागात कुठं व किती साठवला गेला आहे, याची संशोधकांना उत्सुकता होती. या प्रश्नांची उत्तरं आता एका संशोधनाद्वारे मिळाली आहेत. अमेरिकेतील न्यू मेक्सिको विद्यापीठातील पीटर ओल्सन आणि झकारी शार्प या संशोधकांनी तयार केलेल्या एका गणिती प्रारूपाद्वारे, या तीन अणुभार असणाऱ्या हिलिअमचं उगमस्थान आता शोधून काढलं गेलं आहे. पीटर ओल्सन आणि झकारी शार्प यांचं हे संशोधन ’जिओकेमिस्ट्री, जिओफिजिक्स, जिओसिस्टिम्स’ या शोधपत्रिकेत प्रसिद्ध झालं आहे. पृथ्वीच्या निर्मितीच्या काळातलं पृथ्वीचं वस्तुमान, तापमान, वातावरणाचा दाब, तसंच हिलिअमची शिलारसातील आणि वितळलेल्या लोहातील विद्राव्यता, हिलिअमचा पृथ्वीच्या अंतर्भागातील अभिसरणाचा आणि देवाण-घेवाणीचा वेग, अशा अनेक घटकांवर हे प्रारूप उभं राहिलं आहे.
सूर्यमालेच्या प्रचलित प्रारूपानुसार, पृथ्वीचा जन्म हा सूर्याबरोबरच झाला. सूर्य ज्या वायू व धुळीच्या मेघातून निर्माण झाला, त्याच मेघातून पृथ्वीही निर्माण झाली. हा मेघ प्रामुख्यानं हायड्रोजन आणि (तीन अणुभार असणारा) हिलिअम, या वायूंनी भरलेला होता. या मेघाचा काही भाग स्वतःच्याच गुरूत्वाकर्षणामुळे आकुंचन पावू लागला व त्यातूनच पृथ्वीची निर्मिती होऊ लागली. अत्यंत तप्त असणाऱ्या या तत्कालीन पृथ्वीतली, लोह-निकेलसारखी जड मूलद्रव्यं ही पृथ्वीच्या केंद्राजवळच्या भागात गोळा झाली आणि पृथ्वीचा गाभा निर्माण झाला. पृथ्वीचा हा गाभा द्रवरूपातल्या, सिलिकेटयुक्त शिलारसानं वेढला होता. या शिलारसाचं तापमान दोन हजार अंश सेल्सिअसपेक्षा अधिक होतं. काही काळानं या शिलारसाच्या बाहेरचा थर थंड होऊन घट्ट झाला व त्याचं रूपांतर पृथ्वीच्या कवचात झालं; तर त्याखालचा, अर्धवट घट्ट झालेल्या शिलारसाचा थर हा पृथ्वीचं प्रावरण म्हणून अस्तित्वात आला.
पृथ्वी जेव्हा जन्माला येत होती तेव्हा पृथ्वीभोवती असणाऱ्या हायड्रोजन आणि हिलिअमयुक्त वातावरणाचा दाब हा, पृथ्वीच्या वातावरणाच्या आजच्या दाबाच्या तुलनेत दोनशे ते तीनशे पट इतका प्रचंड होता! या प्रचंड दाबामुळे याच वातावरणातला हिलिअम वायू हा द्रवरूपातल्या तप्त शिलारसात मोठ्या प्रमाणात विरघळला. त्यानंतर या शिलारसाच्या अभिसरणाद्वारे या हिलिअमचा काही भाग शिलारसाखालील गाभ्यात मिसळला. पीटर ओल्सन आणि झकारी शार्प यांच्या प्रारूपानुसार यावेळी सुमारे सातशे अब्ज टन हिलिअम वायू शिलारसात विरघळला असावा व त्यातील सुमारे दोन अब्ज टन हेलिअम वायू पृथ्वीच्या गाभ्यात मिसळला गेला असावा. पृथ्वीच्या प्रावरणातला शिलारस थंड होऊन काहीसा घट्ट होऊ लागला, तसा शिलारसात विरघळलेल्या हिलिअमचा काही भाग बाहेर ढकलला गेला असावा.
पृथ्वीच्या वातावरणातले हायड्रोजन आणि हेलिअम हे वायू, हलके असल्यानं पृथ्वीच्या जन्मानंतर काही काळातच अंतराळात विखरून जायला सुरुवात झाली. या वायूंना पृथ्वीपासून दूर जाण्यात, पृथ्वीवर होणाऱ्या लघुग्रहांसारख्या अवकाशस्थ वस्तूंच्या आघाताची मदत होत होती. मात्र हे वायू पूर्णपणे अंतराळात विखरून जाण्यासाठी पृथ्वीवर एखाद्या प्रचंड वस्तूचा आघात व्हायला हवा. पीटर ओल्सन आणि झकारी शार्प यांच्या प्रारूपानुसार आघात करणारी ही वस्तू पृथ्वीच्या वजनाच्या तुलनेत किमान पाच टक्के वजनाची हवी. अशी एक वजनदार अवकाशस्थ वस्तू पृथ्वीचा जन्म झाल्यानंतर चार-पाच कोटी वर्षांतच पृथ्वीवर आदळली होती. ती म्हणजे थिआ हा लघुग्रह! (चंद्राची निर्मिती याच आघातातून झाली.) या आघातात निर्माण झालेल्या प्रचंड ऊर्जेमुळे, पृथ्वीभोवतालच्या वातावरणातले हायड्रोजन आणि हिलिअम हे हलके वायू पूर्णपणे अंतराळात विखुरले गेले. त्याचबरोबर प्रावरणातल्या उर्वरित हिलिअमचा बहुतांशी भागसुद्धा पृथ्वीबाहेर फेकला गेला. पृथ्वीचं वातावरण आणि प्रावरण हे या आघातामुळे जवळपास हिलिअममुक्त झालं.
पृथ्वीचा लोहयुक्त गाभा हा पृथ्वीच्या पृष्ठभागापासून खूपच खोलवर असल्यानं, या आघाताचा पृथ्वीच्या गाभ्यावर मात्र फारसा परिणाम झाला नाही. त्यामुळे गाभ्यातला हिलिअम गाभ्यातच राहिला. कालांतरानं गाभ्यातला हिलिअम अभिसरणाद्वारे काही प्रमाणात पुनः, अर्धवट घट्ट स्थितीत असणाऱ्या प्रावरणात शिरू लागला. त्यानंतर तो प्रावरणातून बाहेर पडून पृथ्वीच्या वातावरणात मिसळला जात असल्याचं पीटर ओल्सन आणि झकारी शार्प यांचं प्रारूप दर्शवतं. पृथ्वीच्या प्रावरणातील हिलिअमचं आजचं प्रमाण हे फक्त काही कोटी टन इतकंच आहे – म्हणजे पृथ्वीच्या गाभ्यात असलेल्या दोन अब्ज टन हिलिअमच्या तुलनेत अगदीच कमी. किंबहुना, प्रावरणातील या हिलिअमपैकी नव्वद टक्के हिलिअम हा गाभ्यातून वर आलेला हिलिअम आहे. दुसऱ्या शब्दांत सांगायचं तर, पृथ्वीच्या गाभ्यात तीन अणुभार असणाऱ्या हिलिअमचा मोठा साठा आहे आणि त्या साठ्यातून हिलिअमची सतत गळती होते आहे. आणि या गळतीद्वारे पृथ्वीच्या वातावरणाला हिलिअमचा पुरवठा केला जात आहे!
पीटर ओल्सन आणि झकारी शार्प यांच्या गणिती प्रारूपानं वातावरणात शिरणाऱ्या हिलिअमचं उगमस्थान तर दाखवून दिलं आहेच, परंतु त्याचबरोबर हे संशोधन पृथ्वीच्या उत्क्रांतीशी संबंधित एका महत्त्वाच्या बाबीला पुष्टी देतं. पृथ्वीच्या वातावरणाला अशा प्रकारे सतत हिलिअम पुरवला जाण्यासाठी, पृथ्वीच्या गाभ्यात पुरेसा हिलिअम असायला हवा; आणि पृथ्वीच्या गाभ्यात इतका हिलिअम असण्यासाठी पृथ्वीचा जन्म हा अशा हिलिअमयुक्त वायूच्या मेघापासूनच व्हायला हवा. त्यामुळे पीटर ओल्सन आणि झकारी शार्प यांचं हे प्रारूप म्हणजे, पृथ्वीची निर्मिती (हायड्रोजन आणि) हिलिअमनं भरलेल्या वायूच्या मेघापासून झाली असल्याचा एक पुरावाच ठरला आहे.
— डॉ. राजीव चिटणीस.
छायाचित्र सौजन्य: Alan Brandon/Nature, Australian Academy of Science
Leave a Reply