যখন পৃথিবীর কেন্দ্রভাগ গিলে ফেলেছিল তার বায়ুমণ্ডল

পাথুরে গ্রহগুলোর মধ্যে পৃথিবীর বায়ুমণ্ডল অদ্ভুত। শুক্র ও মঙ্গল, তাদের চাপ বিপুলভাবে আলাদা হলেও, দুটোরই বাতাস প্রায় 95% কার্বন ডাইঅক্সাইড আর কয়েক শতাংশ নাইট্রোজেন দিয়ে তৈরি। পৃথিবীর বাতাসে কার্বন ডাইঅক্সাইড কম, অক্সিজেন প্রচুর। পার্থক্যের একটি অংশ আসে শত শত কোটি বছরের ভূতত্ত্ব আর প্রাণ থেকে। কিন্তু এমনও হতে পারে যে গ্রহগুলো শুরুই করেছিল বায়ুমণ্ডল ও জীবদেহ গঠনকারী মৌলগুলোর ভিন্ন ভিন্ন জোগান নিয়ে: হাইড্রোজেন, কার্বন ও নাইট্রোজেন।

কোপেনহেগেন বিশ্ববিদ্যালয়ের ভেরা স্পারম্যান এবং কোপেনহেগেন ও সুইডেনের লুন্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের আন্ডার্স ইয়োহানসেন ফিরে গেছেন একেবারে শুরুতে: সেই সময়ে, যখন পৃথিবী তখনও তরুণ সূর্যকে ঘিরে থাকা গ্যাস ও ধুলোর চাকতির ভেতরে বেড়ে উঠছিল।

ম্যাগমার সমুদ্রের ভেতর দিয়ে লোহার বৃষ্টি

সেই পর্যায়ে, আগত পদার্থ থেকে নির্গত তাপ গ্রহের ম্যান্টলকে গলিত রাখত। বেড়ে ওঠা পৃথিবী মোড়া ছিল এক বিশ্বজোড়া ম্যাগমা মহাসাগরে। প্রতিটি নতুন টুকরো নিয়ে আসত পাথর, যা ম্যাগমায় মিশে যেত, আর লোহা-নিকেল ধাতু, যা ফোঁটা হয়ে তার ভেতর দিয়ে ডুবে যেত — সেকেন্ডে প্রায় এক মিটার বেগে পড়তে পড়তে — কেন্দ্রভাগ গড়ে তুলতে। বায়ুমণ্ডলের গ্যাস ম্যাগমায় দ্রবীভূত হতো, আর তার কিছু অংশ আবার দ্রবীভূত হতো পড়ন্ত ধাতুতে। এভাবে লোহার বৃষ্টি সেগুলোকে একেবারে নিচ পর্যন্ত বয়ে নিয়ে যেতে পারত।

লেখকেরা বায়ুমণ্ডল, ম্যাগমা মহাসাগর ও কেন্দ্রভাগের মধ্যে এই আদানপ্রদান স্তরে স্তরে মডেল করেছেন, পৃথিবীর ভরের 2% একটি বীজ থেকে শুরু করে 64% পর্যন্ত — মোটামুটি চাঁদ সৃষ্টিকারী মহাসংঘর্ষের আগের আদি-পৃথিবী। হাইড্রোজেন, কার্বন ও নাইট্রোজেনের মোট পরিমাণ আজকের পৃথিবীর অনুমানের সঙ্গে মেলানো হয়েছে, যার মধ্যে রয়েছে কেন্দ্রভাগে লুকিয়ে আছে বলে মনে করা পরিমাণও।

গ্রহ গড়ার দুটি উপায়

তাঁরা বেড়ে ওঠার দুটি উপায় তুলনা করেছেন:

• নুড়ি সংযোজন (pebble accretion): পৃথিবী মিলিমিটার থেকে সেন্টিমিটার আকারের নুড়ি কুড়িয়ে নেয়। গ্রহের চারপাশ যত উত্তপ্ত হয়, এই ছোট দানাগুলো পৌঁছানোর আগেই তাদের উদ্বায়ী উপাদান হারায়। হাইড্রোজেন আসা প্রায় সঙ্গে সঙ্গেই বন্ধ হয়ে যায়; কার্বন ও নাইট্রোজেন বন্ধ হয় মোটামুটি মঙ্গলের ভরে। উদ্বায়ী পদার্থ আসে আগেভাগে।
• গ্রহাণুকণা সংযোজন (planetesimal accretion): পৃথিবী বাড়ে কয়েকশো মিটার বা তার বেশি চওড়া বস্তু থেকে, যারা তাদের উদ্বায়ী পদার্থ ভেতরে সুরক্ষিত রাখে। জোগান অবিরাম।

আগে আগমন, গভীরে সমাধি

দেখা গেল, সময় খুব গুরুত্বপূর্ণ। আগেভাগে জোগান হলে, তার পরে ঝরে পড়া প্রতিটি ধাতুকণা ম্যাগমাকে ক্রমাগত ছেঁকে নিতে থাকে। নুড়ি পরিস্থিতিতে প্রায় 70% হাইড্রোজেন ও 69% কার্বন কেন্দ্রভাগে পৌঁছায়। অবিরাম জোগানে কেন্দ্রভাগ নেয় বড়জোর প্রায় অর্ধেক, আর ম্যান্টল ও বায়ুমণ্ডল মোটামুটি দ্বিগুণ ধরে রাখে। এই ভাগগুলো এসেছে পরীক্ষাগারের যে মাপের সেটটিকে লেখকেরা নিজেদের রেফারেন্স ধরেছেন তা থেকে; আমরা দেখব, আরেকটি সেট খুব আলাদা সংখ্যা দেয়।

নুড়ি দিয়ে গড়া একটি আদি-পৃথিবী 0.02 থেকে 0.64 পৃথিবী-ভরে বেড়ে ওঠার সময় হাইড্রোজেন, কার্বন ও নাইট্রোজেন কোথায় যায়: কেন্দ্রভাগ (গাঢ় লাল), ম্যাগমা মহাসাগর (কমলা), বায়ুমণ্ডল (নীল)। — চিত্র 4 (ওপরের সারি), স্পারম্যান ও ইয়োহানসেন (2026), arXiv:2610.27788।

কে রক্ষা পাবে, তা ঠিক করে দ্রাব্যতা — নির্দিষ্ট চাপে ম্যাগমা কতটা গ্যাস দ্রবীভূত করতে পারে: ম্যাগমায় যা দ্রবীভূত, কেবল সেটিই তার ভেতর দিয়ে নেমে আসা ধাতুকণা তুলে নিতে পারে। জল সহজেই দ্রবীভূত হয়, তাই হাইড্রোজেন লোহার বৃষ্টির সামনে উন্মুক্ত থাকে এবং দক্ষতার সঙ্গে নিচে চলে যায়। কার্বন মনোক্সাইড দ্রবীভূত হয় অনেক কম, ফলে যেকোনো মুহূর্তে বেশিরভাগ কার্বন উপরে বাতাসেই থাকে; কিন্তু পরে আসা সব ধাতু দ্রবীভূত অংশটুকু অবিরাম খালি করে দেয়, আর বায়ুমণ্ডল সঙ্গে সঙ্গে তা পূরণ করে দেয়, ফলে শেষ পর্যন্ত 69% কার্বন তবুও নিচে নেমে যায়। নাইট্রোজেন উল্টো উদাহরণ: ধাতুর প্রতি তার আসক্তি হাইড্রোজেনের চেয়ে বেশি, তবু তার মাত্র 4% কেন্দ্রভাগে পৌঁছায় — সে এত কম দ্রবীভূত হয় যে লোহার বৃষ্টি যেখান দিয়ে যায়, সেখানে সে প্রায় কখনোই থাকে না — আর 93% বায়ুমণ্ডলেই রয়ে যায়। অদ্রাব্যতাই রক্ষা করে।

কার্বন মনোক্সাইডের ভারী আকাশ

নুড়ি পরিস্থিতির শেষে যা থাকে, তা প্রায় 760 বারের এক ঘন আদিম বায়ুমণ্ডল — আমরা যে বাতাসে শ্বাস নিই, সমুদ্রপৃষ্ঠে তার ওজন 1 বার, আর শুক্রের বাতাসের 92 বার। এতে প্রাধান্য কার্বনের, বেশিরভাগটাই কার্বন মনোক্সাইড রূপে (প্রায় 710 বার), সঙ্গে প্রায় 39 বার হাইড্রোজেন ও 1.7 বার নাইট্রোজেন। কেন্দ্রভাগ থেকে পালিয়ে এই বায়ুমণ্ডলে পৌঁছানো কার্বন আজকের শুক্রের বায়ুমণ্ডলের কার্বন ডাইঅক্সাইডের প্রায় 15 গুণ; আর নাইট্রোজেন মোটামুটি শুক্রের নাইট্রোজেনের সমান। গ্রহাণুকণা পরিস্থিতি দেয় আরও ভারী আকাশ, প্রায় 1,350 বার, একই রকম গঠনের।

নুড়ি দিয়ে গড়া আদি-পৃথিবীর বায়ুমণ্ডল তার বেড়ে ওঠার সময়: জোগান থামার পরও লোহার বৃষ্টি হাইড্রোজেন ও কার্বন শুষে নিতে থাকে, আর কার্বন মনোক্সাইড (লাল ড্যাশ) প্রাধান্য পায়। — চিত্র 7 (ওপরে), স্পারম্যান ও ইয়োহানসেন (2026), arXiv:2610.27788।

সংযোজন শেষ হওয়ার পরে লেখকেরা আশা করেন ম্যান্টল জারিত হবে এবং বায়ুমণ্ডল জল ও কার্বন ডাইঅক্সাইডের দিকে সরে যাবে, সঙ্গে ঘনীভূত হবে মহাসাগর। শুক্রের ভর পর্যন্ত বাড়িয়ে দেখলে মডেলটি একই রকম শুরু দেয়, প্রায় 500 বার কার্বন মনোক্সাইড; লেখকদের মতে, দুই গ্রহের পথ কেন আলাদা হয়ে গেল, তা ভিন্ন জন্মের বদলে পৃথিবীর প্লেট টেকটোনিক্স, কার্বনকে মাটির নিচে চাপা দিয়ে, ব্যাখ্যা করতে পারে।

পৃথিবী কোন পথে বেড়ে উঠেছিল?

নীতিগতভাবে, অবশিষ্ট পরিমাণগুলো বলে দিতে পারে পৃথিবী কীভাবে গঠিত হয়েছিল। রেফারেন্স তথ্যসহ নুড়ি মডেলটিই একমাত্র, যা আজকের ম্যান্টলে তিনটি মৌলেরই প্রকাশিত অনুমানের সঙ্গে মেলে। কিন্তু সেই অনুমানগুলো নিজেদের মধ্যে প্রায় ততটাই অমিল, যতটা মডেলগুলো; আর এই মৌলগুলো ধাতু ও পাথরের মধ্যে কীভাবে ভাগ হয়, তার গবেষণাগার-পরিমাপ কয়েক মাত্রাক্রম (orders of magnitude) পর্যন্ত আলাদা — অন্য এক তথ্য-সমষ্টি নিলে সব হাইড্রোজেনই কেন্দ্রভাগে চলে যায়। ম্যাগমায় কার্বন মনোক্সাইডের দ্রাব্যতাই একক সবচেয়ে প্রভাবশালী এবং সবচেয়ে কম জানা ইনপুট। লেখকদের উপসংহার, আরও ভালো পরীক্ষা পৃথিবীর অভ্যন্তরের গঠনকে গ্রহটি কীভাবে গড়ে উঠেছিল তার এক দলিলে পরিণত করতে পারে।