ম্যাগমা মহাসাগর কীভাবে হাইড্রোজেনকে জলে পরিণত করতে পারত

একটি বিশাল সংঘর্ষের পরের তরুণ পৃথিবীকে কল্পনা করুন: গলিত পাথরের একটি বিশ্বজোড়া মহাসাগর — একটি ম্যাগমা মহাসাগর — যার ওপরে মূলত হাইড্রোজেন দিয়ে গড়া একটি ঘন বায়ুমণ্ডল। হাইড্রোজেনকে এমন একটি লোহার অক্সাইডের সংস্পর্শে আনুন যাতে বাড়তি অক্সিজেন আছে, তাহলে হাইড্রোজেন সেই অক্সিজেন নিয়ে জল হয়ে যায়। এটা কি গ্রহের মাপে ঘটতে পারত, আর কত দ্রুত? ইনস্টিটিউট অব সায়েন্স টোকিওর আর্থ-লাইফ সায়েন্স ইনস্টিটিউটের Tatsuya Yoshida এবং হোক্কাইদো বিশ্ববিদ্যালয়, তোহোকু বিশ্ববিদ্যালয় ও জাপানের ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অব ইনফরমেশন অ্যান্ড কমিউনিকেশনস টেকনোলজির সহকর্মীরা তা জানতে একটি মডেল তৈরি করেছেন।

গভীরে দুই ভাগ হওয়া লোহা

একটি গভীর ম্যাগমা মহাসাগরে, নিম্ন ম্যান্টলের চাপে, ফেরাস লোহা (FeO, প্রতি লোহা-পরমাণুতে একটি অক্সিজেন-পরমাণু) অসমানুপাতন (disproportionation) ঘটাতে পারে: এটি 3 FeO → 2 FeO₁.₅ + Fe অনুসারে ধাতব লোহা আর ফেরিক লোহায় (FeO₁.₅, প্রতি লোহা-পরমাণুতে দেড়টি অক্সিজেন-পরমাণু) ভাগ হয়ে যায়। ধাতুটি কেন্দ্রমণ্ডলে ডুবে যায় আর পরিচলন ফেরিক লোহাকে ছড়িয়ে দেয়, ফলে আগের গবেষণা অনুযায়ী গলিত পদার্থটি মোটামুটি আজকের ম্যান্টলের মতোই জারিত থাকে। ওপরের হাইড্রোজেনের সঙ্গে এটি কত দ্রুত বিক্রিয়া করবে, আর বিনিময়ে বায়ুমণ্ডল ম্যাগমার কী করবে? আগের অনেক মডেল ম্যান্টল আর ম্যাগমাকে অক্সিজেনের অফুরন্ত ভান্ডার হিসেবে ধরত।

যে ত্বক বারবার ডুবে যায়

মডেলটি একসঙ্গে জুড়েছে: গলিত পদার্থে হাইড্রোজেনের চুইয়ে ঢোকা, ফেরিক লোহার সঙ্গে তার বিক্রিয়া (H₂ + 2 FeO₁.₅ → H₂O + 2 FeO), বাতাস, ম্যাগমা আর নিচে কেলাসিত হতে থাকা কঠিন ম্যান্টলের মধ্যে জল ও অক্সাইডের ভাগাভাগি, এবং গ্রহের ঠান্ডা হওয়া। শুরুতে বাতাসে প্রতি জল-অণুতে প্রায় দশটি হাইড্রোজেন-অণু থাকে। পরিমাণ গোনা হয় N_TO-তে: এক N_TO মানে আজকের মহাসাগরগুলোতে যতগুলো জল-অণু আছে ততগুলো হাইড্রোজেন-অণু। ম্যাগমা আর কঠিন ম্যান্টল কতটা ভালোভাবে মেশে তা অজানা, তাই দলটি দুটি চরম অবস্থা চালিয়েছে: মুক্ত আদান-প্রদান (অবস্থা 1), অথবা ম্যান্টল কঠিন হওয়ার সময় তাতে আটকে পড়া গলিত পদার্থ (অবস্থা 2)।

বাধাটি ম্যাগমার ওপরের অংশে। গলিত পাথরে হাইড্রোজেন খুবই ধীরে ছড়ায়, তাই তাকে পৃষ্ঠে একটি পাতলা সীমান্ত স্তর (boundary layer) পার হতে হয়। সেই স্তরটি স্থির থাকে না: ওপর থেকে ঠান্ডা হয়ে তা ঘন হতে থাকে যতক্ষণ না ডুবে যায়, আর নতুন গলিত পদার্থ তার জায়গা নেয়। একটি উত্তপ্ত, গভীর ম্যাগমা মহাসাগরে — পৃষ্ঠের তাপমাত্রা 2,400 কেলভিন, তলায় 50 গিগাপ্যাসকেল চাপ, প্রতি বর্গমিটার দিয়ে 400 ওয়াট তাপ বেরিয়ে যাচ্ছে — এটি ঘটে মোটামুটি প্রতি 70 সেকেন্ডে।

সেই সময়ে হাইড্রোজেন 19 মিলিমিটার পুরু একটি স্তরে এক মিলিমিটারেরও কম ঢোকে। কিন্তু অবিরাম নবায়ন হাইড্রোজেনের ঢালকে খাড়া রাখে, তাই অন্তঃপ্রবাহ উঁচু থাকে: প্রতি হাজার বছরে 0.1 N_TO-এর ওপরে, গড়ে 0.35।

মডেলটি: হাইড্রোজেন বায়ুমণ্ডল থেকে একটি পাতলা সীমান্ত স্তরে ব্যাপিত হয়, ফেরিক লোহার সঙ্গে বিক্রিয়া করে জল তৈরি করে, আর স্তরটি উল্টে ম্যাগমা মহাসাগরে চলে যায়। আরও গভীরে লোহা ফেরিক লোহা আর ধাতুতে ভাগ হয়। অবস্থা 1 ও 2-এর পার্থক্য হলো ম্যাগমা কঠিন ম্যান্টলের সঙ্গে কীভাবে পদার্থ আদান-প্রদান করে। — চিত্র 1, Yoshida et al. (2026), arXiv:2610.38503.

প্রায় দশ হাজার বছর

প্রধান উদাহরণে — মোট 10 N_TO হাইড্রোজেন ও জল, ম্যাগমা 50 গিগাপ্যাসকেল পর্যন্ত নেমেছে — ফেরিক লোহা খরচ হয়, কিন্তু ম্যাগমা মহাসাগরের তলায় লোহা ভাগ হতেই থাকে এবং তার জায়গা পূরণ করে, তাই গলিত পদার্থ মোটামুটি একই রকম জারিত থাকে। বাতাসে যখন প্রায় হাইড্রোজেনের সমান জলীয় বাষ্প থাকে, তখন পৃষ্ঠ বাতাসের সঙ্গে রাসায়নিক সাম্যে পৌঁছায়: প্রায় 0.01 মিলিয়ন বছর, অর্থাৎ 10,000 বছর পরে। ততদিনে বাতাস আর ম্যাগমা মিলিয়ে হাইড্রোজেন প্রায় 5 N_TO থেকে নেমে 1-এর নিচে চলে যায়, আর জল, যার বেশিরভাগ গলিত পদার্থে দ্রবীভূত, প্রায় দ্বিগুণ হয়। লেখকেরা এই গতি পান যখন ম্যাগমা মহাসাগর এতটা গভীর ও উত্তপ্ত যে নিম্ন ম্যান্টল পর্যন্ত পৌঁছায়।

তারপর অবস্থা 1-এ ম্যাগমা মহাসাগর প্রায় 20 লক্ষ বছর ধরে জমে যায়, এমন একটি বায়ুমণ্ডলের নিচে যা কম্বলের কাজ করে। কেলাসিত হওয়ার সময় জল গলিত পদার্থ থেকে বেরিয়ে যায়: অবস্থা 1-এ তার 80%-এর বেশি শেষ পর্যন্ত বাতাসে যায়।

ওপরে: বায়ুমণ্ডলে হাইড্রোজেন (সবুজ) ও জলীয় বাষ্পের (নীল) চাপ। নিচে: মোট পরিমাণ, N_TO-তে। বাঁয়ে অবস্থা 1; ডানে অবস্থা 2। 10⁻² মিলিয়ন বছরের কাছে হাইড্রোজেন ধসে পড়ে আর জল বাড়ে। — চিত্র 6 (প্যানেল a–d), Yoshida et al. (2026), arXiv:2610.38503.

বাতাস পাল্টা ঠেলে

কেলাস তৈরি হওয়ার সময় তারা ফেরিক লোহা অসমভাবে গ্রহণ করে। অবস্থা 1-এ এটি কঠিন ম্যান্টলের দিকে ঝোঁকে, ফলে গলিত পদার্থ বিজারক (reducing) হওয়ার দিকে সরে যেত; তখন ম্যাগমা থেকে বেরোনো জল ফেরাস লোহার সঙ্গে বিক্রিয়া করে, আর বাতাস ম্যাগমাকে জারিত করে। অবস্থা 2-এ, ওপরের ম্যান্টল, অর্থাৎ তার সবচেয়ে অগভীর অংশ, কঠিন হয়ে গেলেই ফেরিক লোহা গলিত পদার্থে জমতে থাকে; তখন হাইড্রোজেন তাকে বিজারিত করে। বায়ুমণ্ডল একটি বাফার হিসেবে কাজ করে, আর দুটি অবস্থাই মোটামুটি একই রকম বাতাস নিয়ে শেষ হয়। আগের মডেলগুলোর মতো অক্সিজেনের এই হিসাব-নিকাশ বন্ধ করে দিলে দুটির ফল অনেকটা আলাদা হয়ে যায়।

গভীরতর মহাসাগর, বেশি জল

সব গণনায়, ম্যাগমা মহাসাগর যত গভীর, তত বেশি জল তৈরি হয়: উচ্চতর চাপ লোহার ভাগ হওয়ার পক্ষে। লৌহপ্রেমী মৌলগুলো ধাতু আর পাথরের মধ্যে কীভাবে ভাগ হয়েছিল তা থেকে অনুমিত গভীরতার পরিসরে — তলায় 28 থেকে 53 গিগাপ্যাসকেল — 70%-এর বেশি হাইড্রোজেন শেষ পর্যন্ত জল হয়। লেখকেরা লিখেছেন, তরুণ পৃথিবী যদি ততটা হাইড্রোজেন জড়ো করে থাকে যতটা জল আজ কেন্দ্রমণ্ডলের বাইরের সমগ্র পৃথিবীতে আছে, অর্থাৎ 1 থেকে 10 N_TO, তবে এই রসায়ন পৃথিবীর জলের হিসাব ব্যাখ্যা করতে পারে।

মঙ্গলও এই প্রবণতায় খাপ খায়। মঙ্গলের ম্যাগমা মহাসাগর, যদি থেকে থাকে, গ্রহটির কেন্দ্রমণ্ডলের চেয়ে গভীরে পৌঁছাতে পারত না, অর্থাৎ 18 থেকে 19 গিগাপ্যাসকেল, আর তখন মডেলটি পৃথিবীর চেয়ে অনেক কম জারিত একটি ম্যান্টল দেয় — যা মঙ্গলের উল্কাপিণ্ডের সঙ্গে সংগতিপূর্ণ, যাদের রসায়ন সেই বিন্দুর কাছে যেখানে ধাতব লোহা ও লোহার অক্সাইড একসঙ্গে থাকে।

কী ছবিটা বদলে দিতে পারে

মডেলটি ধরে নেয় যে লোহার ফোঁটাগুলো সঙ্গে সঙ্গে কেন্দ্রমণ্ডলে পড়ে যায়; পরিচলন যদি তাদের ভাসিয়ে রাখে, তবে তারা পৃষ্ঠকে বিজারক রেখে জল তৈরি সীমিত করতে পারে। উচ্চ-চাপের পরীক্ষাগুলো কতটা ফেরিক লোহা তৈরি হয় তা নিয়ে একমত নয়। ব্যাপনের তথ্য প্রায় 1,700 কেলভিনে থেমে যায় এবং বিক্রিয়ার হার নেওয়া হয়েছে কঠিন লোহার অক্সাইড থেকে, তাই হাইড্রোজেন শোষণ সম্ভবত কম ধরা হয়েছে। আর মডেলটি ম্যান্টলে ফেরিক ও ফেরাস লোহার অনুপাত রেখে যায় 0.06 থেকে 0.15, যা আজকের 0.02 থেকে 0.06-এর ওপরে: পরবর্তী প্রক্রিয়া, যেমন ধাতু-সমৃদ্ধ পদার্থের দেরিতে আগমন, একে কমিয়ে থাকতে হবে।

যে আকাশ হাইড্রোজেনে সমৃদ্ধ রয়ে গেল

ম্যাগমা মহাসাগর জমে যাওয়ার পর জলীয় বাষ্পের ঘনীভূত হয়ে একটি পৃষ্ঠ-মহাসাগর তৈরি হওয়ার কথা। বাকি হাইড্রোজেন কার্বন ও নাইট্রোজেন গ্যাসের সঙ্গে বাতাসে থেকে যেত; লেখকেরা প্রস্তাব করেন, এটি মিথেন, অ্যামোনিয়া, তারপর এমন জৈব যৌগ তৈরিতে সাহায্য করে থাকতে পারে যা হয়তো সেই প্রথম মহাসাগরে জমা হয়েছিল। এই ছবিতে, সেই মহাসাগরের জলের একটি বড় অংশ শুরু হয়েছিল আকাশের হাইড্রোজেন হিসেবে, যা মোটামুটি প্রতি মিনিটে ডুবে যাওয়া ও নিজেকে নবায়ন করা একটি ত্বকের মধ্য দিয়ে ম্যাগমায় টেনে নেওয়া হয়েছিল।