खोलवरचा भूकंप

दिनांक ३० मे २०१५ रोजी जपानच्या परिसरात एक भूकंप झाला. बोनिन बेटांजवळ झालेला हा भूकंप संपूर्ण जपानभर जाणवला. या भूकंपाचं केंद्र हे टोक्योच्या दक्षिणेला सुमारे आठशे किलोमीटर अंतरावर, समुद्राखालील जमिनीत होतं. हा भूकंप आठव्या प्रतीचा असला तरी, त्यामुळे झालेलं नुकसान फारसं मोठं नव्हतं. कारण हा भूकंप अतिशय खोलवर घडून आला. सुरुवातीची गणितं हा भूकंप जमिनीखाली सुमारे पावणे सातशे किलोमीटर खोलीवर घडून आला असल्याचं दर्शवत होती. इतक्या खोलवर झाल्यामुळे, हा भूकंप गेली सहा वर्षं भूकंपतज्ज्ञांच्या तसंच भूशास्त्रज्ञांच्या चर्चेचा विषय ठरला आहे. आता तर, अ‍ॅरिझोना विद्यापीठातील एरिक कायसर आणि त्यांच्या इतर सहकाऱ्यांनी केलेल्या गणितानुसार, या भूकंपानंतर अल्पावधीत घडून आलेल्या छोट्या भूकंपांतील काही भूकंप हे सातशे किलोमीटरपेक्षा अधिक खोलवर झालेले आहेत. यातील एक भूकंप हा तर तब्बल ७५१ किलोमीटर खोलीवर झाल्याचं स्पष्ट झालं आहे. भूकंप घडून येण्याची ही खोली भूशास्त्रज्ञांना बुचकळ्यात टाकणारी आहे. एरिक कायसर आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांचं हे वैशिष्ट्यपूर्ण संशोधन ‘जिओफिजिकल रिसर्च लेटर्स’ या शोधपत्रिकेत नुकतंच प्रसिद्ध झालं आहे.

भूकंप हा पृथ्वीच्या पृष्ठभागाखालील हालचालींमुळे घडून येतो. त्यामुळे एखाद्या ठिकाणी भूकंप घडून येण्याच्या बाबतीत, तिथली भूरचना महत्त्वाची ठरते. पृथ्वीचा वरचा भाग म्हणजे पृथ्वीचं ‘कवच’ असून, त्याखालचा भाग हा ‘प्रावरणा’चा आहे. पृथ्वीचं कवच हे घन स्वरूपातल्या खडकांपासून बनलेलं आहे. त्याखालचं प्रावरण हे घन स्वरूपातील खडक व अर्धवट वितळलेले खडक, यांच्या मिश्रणापासून बनलेलं आहे. हे प्रावरण दोन भागांत विभागलं आहे – वरचं प्रावरण आणि खालचं प्रावरण. कवचातील व वरच्या प्रावरणातील घन भागांची सतत हालचाल चालू असते. पृथ्वीच्या कवचाची जाडी ही त्यात्या ठिकाणानुसार, सुमारे दहा किलोमीटरपासून सत्तर-ऐंशी किलोमीटरपर्यंत असू शकते, वरच्या प्रावरणाची जाडी ही सुमारे साडेसहाशे ते सातशे किलोमीटर इतकी आहे. भूकंप हे घडून येतात ते, साधारणपणे पृथ्वीच्या कवचात आणि या वरच्या प्रावरणात. खालच्या प्रावरणात भूकंप घडून येणं अपेक्षित नाही. गेल्या पाच दशकांतील नोंदींनुसार, फक्त अठरा टक्के भूकंप हे सत्तर किलोमीटर खोलीच्या खाली झाले आहेत. तीनशे किलोमीटरच्या खाली झालेल्या भूकंपांचं प्रमाण हे तर फक्त चार टक्के इतकंच आहे. अतिखोलवर झालेले सर्व भूंकप हे वरच्या प्रावरणातच घडून आले आहेत. बोनिन येथील मुख्य भूकंपानंतर झालेल्या काही छोट्या भूंकपांची खोली मात्र, हे भूकंप खालच्या प्रावरणात घडून आल्याचं दर्शवते… आणि हीच गोष्ट आश्चर्याची बाब ठरली आहे!

जपानमध्ये सतत भूकंप होत असल्यानं, तिथे वेगवेगळ्या यंत्रणांद्वारे शेकडो ठिकाणी भूकंपमापन केंद्रं उभारली आहेत. भूकंप झाला की, त्यातून निर्माण होणाऱ्या भूलहरी जमिनीतून सर्वत्र पसरतात. विविध ठिकाणी उभारलेल्या भूकंपमापकांद्वारे या लहरी टिपल्या जातात. भूकंपमापकांद्वारे केल्या गेलेल्या विविध नोंदींचं विश्लेषण केलं जातं. या विश्लेषणावरून, या लहरी किती खोलवर आणि नक्की कुठं निर्माण झाल्या असाव्यात, याचं गणित मांडून भूकंपाचं केंद्र शोधलं जातं. ही गणिती पद्धत उलट्या प्रकारची पद्धत आहे. कारण या पद्धतीत, भूकंपात निर्माण झालेल्या लहरींचा पुढील काळातला मार्ग शोधला न जाता, त्यांचा अगोदरच्या काळातल्या मार्ग शोधला जातो. या लहरींच्या पूर्वीच्या मार्गक्रमणावरून, भूकंपाचं केंद्र कळू शकतं. दिनांक ३० मे २०१५ रोजी झालेल्या बोनिनच्या भूकंपानंतर काही काळातच, या भूकंपाचं केंद्र नक्की कुठं आहे ते याच गणिती पद्धतीद्वारे कळू शकलं. हे केंद्र जमिनीत सुमारे ६८० किलोमीटर खोलीवर असल्याचं ही गणितं दर्शवतात.

एरिक कायसर आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी काहीशी अशीच, परंतु अधिक व्यापक स्वरूपाची गणिती पद्धत वापरून ही गणितं पुनः केली. या सुधारित पद्धतीत त्यांनी, भूकंपानंतरच्या कालावधीचे टप्पे करून, विविध भूकंपमापकांनी केलेल्या नोंदींचं प्रत्येक टप्प्यानुसार विश्लेषण केलं. हे विश्लेषण, मुख्य भूकंपानंतरच्या काही तासांपर्यंतचं होतं. जेव्हा लक्षणीय तीव्रतेचा भूंकप होतो तेव्हा, मुख्य भूकंपानंतर अनेक छोटे भूकंप घडून येतात. कालावधींच्या टप्प्यांनुसार केलेल्या विश्लेषणावरून या संशोधकांना, मुख्य भूकंपानंतरच्या दोन तासांत घडून आलेल्या या छोट्या भूकंपांचेही तपशीलवार धागेदोरे मिळाले. एरिक कायसर आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांचं गणिती विश्लेषण, मुख्य भूकंपानंतरच्या दोन तासांत आणखी पाच भूकंप घडून आल्याचं दाखवत होतं. यातील चार भूकंप हे सुमारे सातशे किलोमीटर खोलीवर झाले होते तर, पाचवा भूकंप मात्र ७५१ किलोमीटर खोलीवर घडून आला होता. यातील सुमारे सातशे किलोमीटर खोलीवर झालेले भूकंप हे, वरच्या व खालच्या प्रावरणादरम्यानच्या पट्ट्यात घडून आले असण्याची शक्यता आहे. परंतु, पाचव्या भूकंपाची सुमारे साडेसातशे किलोमीटरची खोली मात्र, हा भूकंप खालच्या प्रावरणात घडून आल्याचं दाखवते. एरिक कायसर आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांच्या मते, वरच्या आणि खालच्या प्रावरणादरम्यानच्या पट्ट्याचा काही भाग, मुख्य भूकंपादरम्यान किंचितसा खाली सरकला असावा. त्यामुळे खालच्या प्रावरणावर आत्यंतिक दाब निर्माण झाला असावा आणि हे खोलवरचे भूकंप घडून आले असावेत.

काही संशोधकांनी, या भूकंपांना तिथल्या खनिजांचे गुणधर्म कारणीभूत असण्याची शक्यता व्यक्त केली आहे. खालच्या प्रावरणाचं तापमान सव्वातीन हजार अंश सेल्सियसहून अधिक आणि दाब पृथ्वीच्या वातावरणाच्या दाबाच्या तेरा लाखपटींहून अधिक आहे. त्यामुळे वरच्या प्रावरणातील आणि खालच्या प्रावरणातील खनिजांचं स्वरूप वेगवेगळं आहे. वाढत्या खोलीनुसार प्रत्येक खनिजाचं, तिथल्या तापमान व दाबानुसार वेगळ्या खनिजात रूपांतर होत जातं. उदाहरणार्थ, प्रावरणाच्या वरच्या थरांतल्या ऑलिव्हिनचं रूपांतर सुमारे ६८० किलोमीटर खोलीवर, ब्रिजमॅनाइट आणि पेरिक्लेज या नावे ओळखल्या जाणाऱ्या खनिजांत झालेलं असतं. खालच्या प्रावरणातील खडक हे ज्या खनिजांपासून बनलेले आहेत, ती खनिजं काहीशी लवचिक असतात. त्यामुळे ताणाखाली खडकांचा आकार जरी बदलता, तरी ते सहजपणे फुटत नाहीत. त्यामुळेच प्रावरणाच्या खालच्या भागात भूकंप घडून येणं अशक्य ठरतं. परंतु एखाद्या ठिकाणी, खनिजाची ही रूपांतरं जर योग्य प्रकारे झाली नसली तर मात्र, या अतिखोल भागातील खडकसुद्धा ठिसूळ असू शकतात. अशावेळी खालच्या प्रारणातही भूकंप होऊ शकत असल्याचं मत, काही संशोधकांनी व्यक्त केलं आहे.

या खोलवरच्या भूकंपांमागे काहीही कारणं असली तरी, एक मात्र खरं… एरिक कायसर आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी शोधलेले हे भूकंप आजपर्यंत कधीही अपेक्षा न केलेल्या खोलीवर घडून आले आहेत. त्यातला ७५१ किलोमीटर खोलीवरचा भूकंप तर खूपच खोल होता! एरिक कायसर आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी या भूकंपांचा शोध घेण्यासाठी अधिक व्यापक पद्धत वापरली आणि त्यामुळे या खोलवर घडून आलेल्या छोट्या भूकंपांचा शोध घेणं, त्यांना शक्य झालं. या खोलवरच्या भूकंपांची कारणं शोधण्यासाठी आता, या भूकंपांवर आणि त्याचबरोबर हे भूकंप जिथे घडून आले, तिथल्या भूशास्त्रीय परिस्थितीवर अधिक संशोधन करावं लागणार आहे. आणि ते करताना, आता प्रचलित असलेल्या सिद्धांतांची कसोटी लागणार आहे!

चित्रवाणीः https://www.youtube.com/embed/Tb4Szctd3wY?rel=0

— डॉ. राजीव चिटणीस.

छायाचित्र सौजन्य: Bruce Jones Design/USGS