চাপ পেলে ম্যাগমা আরও সহজে বয় — কিন্তু সেই কারণে সে জমে না

পৃথিবীর টেকটোনিক প্লেটগুলো অ্যাসথেনোস্ফিয়ারের ওপর দিয়ে সরে যায়। এটি ঊর্ধ্ব ম্যান্টলের একটি স্তর, যা অস্বাভাবিক রকম নরম। বহুদিনের একটি ধারণা হলো, সামান্য পরিমাণ গলিত শিলা — ব্যাসল্টিক ম্যাগমা — একে নরম করতে সাহায্য করে। গভীরে এই গলিত পদার্থ কতটা সহজে চলে, তা নির্ভর করে তার সান্দ্রতার (viscosity) ওপর। আর ঠিক এখানেই একটি অদ্ভুত ফল ভূবিজ্ঞানীদের দুই ভাগে ভাগ করে দিয়েছে।

বেশিরভাগ পদার্থকে সংকুচিত করলে তা আরও শক্ত হয়। অথচ উচ্চচাপের পরীক্ষায়, বিশেষত ২০১৩ সালে সাকামাকি ও সহকর্মীদের কাজে, দেখা গিয়েছিল গলিত ব্যাসল্ট চাপে কম সান্দ্র হয়ে ওঠে — মোটামুটি ৯০ থেকে ১৫০ কিলোমিটার গভীরতায় একটি সর্বনিম্ন মানে পৌঁছায়, তারপর আবার শক্ত হতে থাকে। ম্যাগমার চলাচল, ম্যান্টলের ভূকম্পীয় অসংগতি আর স্তরীভূত রসায়ন ব্যাখ্যা করতে এই ধারণা ব্যবহার করা হয়েছে। ২০২৫ সালে রাসেল ও সহকর্মীরা পাল্টা যুক্তি দেন যে সর্বনিম্ন মানটি আসলে একটি পরীক্ষাগত ত্রুটি (artefact), যার উৎস অনিয়ন্ত্রিত তাপমাত্রা: তাঁদের মতে, সংশোধন করলে সান্দ্রতা চাপের সঙ্গে কেবলই বাড়ে।

পরীক্ষা কেন হিমশিম খায়

এই চাপগুলোতে তাপমাত্রা আর চাপকে আলাদা করা কঠিন। উচ্চচাপ যন্ত্রের থার্মোমিটারে ৫০ থেকে ১০০ কেলভিন বা তারও বেশি অনিশ্চয়তা থাকে, আর প্রচলিত পদ্ধতিটি — গলিত পদার্থের মধ্য দিয়ে একটি ছোট্ট বলের পড়ার সময় মাপা — মিলিমিটার আকারের ক্যাপসুলের দেয়ালের কারণে বিঘ্নিত হয়। যে প্রভাব খোঁজা হচ্ছে তা সূক্ষ্ম; কিন্তু গোলমাল মোটেই সূক্ষ্ম নয়।

কোটি কোটি পারমাণবিক ধাপ

উহানের চায়না ইউনিভার্সিটি অব জিওসায়েন্সেস, বায়রয়েথ বিশ্ববিদ্যালয় ও সিচুয়ান বিশ্ববিদ্যালয়ের হংকুন জেং, লিয়াং ইউয়ান ও সহকর্মীরা সিমুলেশনের আশ্রয় নেন। তাঁরা একটি সরলীকৃত ব্যাসল্টকে (ডায়োপসাইড ও অ্যানর্থাইট খনিজের মিশ্রণ) পরমাণু ধরে ধরে মডেল করেন। বলগুলো হিসাব করা হয় কোয়ান্টাম বলবিদ্যা থেকে এবং সেগুলো অনুকরণ করে একটি নিউরাল নেটওয়ার্ক, যার ফলে সিমুলেশন প্রচলিত কোয়ান্টাম পদ্ধতির চেয়ে ১,০০০ গুণেরও বেশি দীর্ঘ সময় চালানো যায়।

মূল চাবিকাঠি ছিল পরিসংখ্যান। প্রতিটি চাপ ও তাপমাত্রার জন্য তাঁরা ৫ ন্যানোসেকেন্ডের ১৫০ থেকে ৬০০টি স্বাধীন সিমুলেশন চালান, প্রতিটি পথে মোট অন্তত ৭.৫ মাইক্রোসেকেন্ড। তার আগে তাঁরা যাচাই করে নেন যে তাঁদের পদ্ধতি বাস্তব খনিজের মাপা ঘনত্ব ১%-এর মধ্যে পুনরুৎপাদন করে। এতে সান্দ্রতার অনিশ্চয়তা নেমে আসে ১ থেকে ৩%-এ, যেখানে আগের গবেষণাগুলোতে তা ছিল ৫০% পর্যন্ত।

একটি অগভীর U

স্থির ২,০৭৩ কেলভিন তাপমাত্রায় সান্দ্রতা একটি মৃদু U আকৃতি আঁকে: শূন্য চাপে ০.১০৮ প্যাসকেল-সেকেন্ড, ৩ গিগাপ্যাসকেলে সর্বনিম্ন ০.০৮৮, তারপর ৬ গিগাপ্যাসকেলে ০.১০৪ — প্রায় ১৯% হ্রাস।

অন্যদিকে গলনরেখা বরাবর, পরীক্ষাগুলোর মতোই, ০ থেকে ৬ গিগাপ্যাসকেলের মধ্যে সান্দ্রতা প্রায় ২৩ গুণ কমে যায় — কিন্তু তা মূলত বাড়ন্ত তাপমাত্রার প্রভাব। শূন্য চাপে ২,০৭৩ থেকে ১,৬১৯ কেলভিনে ঠান্ডা করলে সান্দ্রতা প্রায় ১৮ গুণ বেড়ে যায়। ফলে ১০০ কেলভিনের একটি সাধারণ পরীক্ষাগত ত্রুটি সান্দ্রতাকে U-এর আকারের বিশ গুণেরও বেশি সরিয়ে দেয়। এটা দেখা যে কঠিন ছিল, তাতে আশ্চর্য কী।

কারণটি লুকিয়ে আছে পারমাণবিক গঠনে। সিলিকন মূলত চারটি অক্সিজেনের দৃঢ় গুচ্ছে আটকে থাকে। অ্যালুমিনিয়াম কিন্তু চাপে জোরালোভাবে নিজেকে সাজিয়ে নেয় — পাঁচটি অক্সিজেনের গুচ্ছে তার অংশ মোটের প্রায় ২০% থেকে বেড়ে ৫০% হয় — আর এই বিরল, দ্রুত বদলানো অ্যালুমিনিয়াম-স্থানগুলোর সময়মাপ গলিত পদার্থের শিথিল (relax) হওয়ার সময়ের সঙ্গে মিলে যায়। প্রবাহের গতি ঠিক করে এরাই, সিলিকনের কাঠামো নয়।

হ্রাস নয়, তাপ

এরপর দলটি মডেল করে, গলিত পদার্থ কীভাবে ম্যান্টলের মধ্য দিয়ে চুইয়ে ওপরে ওঠে। গভীরতার সঙ্গে তার চলনশীলতা বাড়ে, ১৫০ কিলোমিটারের কাছে চূড়ায় পৌঁছায়, আর গলিত পদার্থ ওপরে উঠে ঠান্ডা হতে হতে তা কমে যায়। ফলে ম্যাগমা দৃঢ় প্লেটের ঠিক নিচে থেমে গিয়ে জমা হতে থাকে — যা ৪৫ থেকে ৭০ কিলোমিটার গভীরতায় গলিত-পদার্থসমৃদ্ধ একটি স্তরের ভূকম্পীয় ও বৈদ্যুতিক চিহ্নের সঙ্গে সংগতিপূর্ণ।

তবে লেখকেরা এমন একটি সূক্ষ্ম দিকে জোর দেন, যা তাঁদের নিজেদের সারসংক্ষেপে কম গুরুত্ব পেয়েছে: এই চলনশীলতার চূড়া আসে পৃথিবীর তাপমাত্রা-প্রোফাইল বরাবর চাপ ও তাপমাত্রার প্রতিযোগিতা থেকে, ৩ গিগাপ্যাসকেলের সর্বনিম্ন মান থেকে নয়। তাঁদের উপসংহার, সান্দ্রতার সর্বনিম্ন মানটি বাস্তব, কিন্তু গলিত পদার্থের জমে থাকা ব্যাখ্যা করতে তা “প্রয়োজনীয়ও নয়, যথেষ্টও নয়”; কাজটা তাপমাত্রা একাই করে। তাঁদের ব্যাসল্ট সরলীকৃত — লোহা নেই, সোডিয়াম নেই, একমাত্র উদ্বায়ী পদার্থ জল — আর সর্বনিম্ন মানের অবস্থান রাসায়নিক গঠনের ওপর নির্ভর করে।