जब पृथ्वी का कोर उसका वायुमंडल निगल गया

चट्टानी ग्रहों में पृथ्वी का वायुमंडल अजीब है। शुक्र और मंगल, अपने बेहद अलग दाबों के बावजूद, दोनों की हवा लगभग 95% कार्बन डाइऑक्साइड और कुछ प्रतिशत नाइट्रोजन से बनी है। पृथ्वी की हवा में कार्बन डाइऑक्साइड कम और ऑक्सीजन भरपूर है। इस अंतर का एक हिस्सा अरबों वर्षों के भूविज्ञान और जीवन से आता है। लेकिन हो सकता है कि ग्रहों की शुरुआत ही उन तत्वों की अलग-अलग आपूर्ति से हुई हो जो वायुमंडल और जीवों को बनाते हैं: हाइड्रोजन, कार्बन और नाइट्रोजन।

कोपेनहेगन विश्वविद्यालय की वेरा स्पारमैन और कोपेनहेगन तथा स्वीडन के लुंड विश्वविद्यालय के आंडर्स योहानसेन बिल्कुल शुरुआत में लौटे: उस समय में जब पृथ्वी अभी युवा सूर्य के चारों ओर गैस और धूल की डिस्क के भीतर बढ़ रही थी।

मैग्मा के समुद्र से होकर लोहे की बारिश

उस चरण में, आने वाले पदार्थ से निकली ऊष्मा ग्रह के मैंटल को पिघला हुआ रखती थी। बढ़ती पृथ्वी एक वैश्विक मैग्मा महासागर में लिपटी थी। हर नया टुकड़ा चट्टान लाता था, जो मैग्मा में मिल जाती थी, और लोहा-निकल धातु, जो बूँदों के रूप में उसमें से डूबती थी — लगभग एक मीटर प्रति सेकंड की रफ़्तार से गिरते हुए — और कोर बनाती थी। वायुमंडल की गैसें मैग्मा में घुल जाती थीं, और उनमें से कुछ आगे गिरती धातु में घुल जाती थीं। इस तरह लोहे की बारिश उन्हें बिल्कुल नीचे तक ले जा सकती थी।

लेखकों ने वायुमंडल, मैग्मा महासागर और कोर के बीच इस आदान-प्रदान का परत-दर-परत मॉडल बनाया, पृथ्वी के द्रव्यमान के 2% वाले एक बीज से लेकर 64% तक — मोटे तौर पर चंद्रमा बनाने वाली विशाल टक्कर से पहले की आद्य-पृथ्वी। हाइड्रोजन, कार्बन और नाइट्रोजन की कुल मात्राएँ आज की पृथ्वी के अनुमानों से मेल खाने के लिए तय की गईं, जिनमें वे मात्राएँ भी शामिल हैं जिन्हें उसके कोर में छिपा माना जाता है।

ग्रह बनाने के दो तरीक़े

उन्होंने बढ़ने के दो तरीक़ों की तुलना की:

• कंकड़ अभिवृद्धि (pebble accretion): पृथ्वी मिलीमीटर से सेंटीमीटर आकार के कंकड़ समेटती है। जैसे-जैसे ग्रह का परिवेश गर्म होता है, ये छोटे कण पहुँचने से पहले ही अपने वाष्पशील घटक खो देते हैं। हाइड्रोजन लगभग तुरंत आना बंद हो जाता है; कार्बन और नाइट्रोजन लगभग मंगल के द्रव्यमान पर रुकते हैं। वाष्पशील पदार्थ जल्दी आते हैं।
• ग्रहाणु अभिवृद्धि (planetesimal accretion): पृथ्वी सैकड़ों मीटर या उससे बड़े पिंडों से बढ़ती है, जो अपने वाष्पशील पदार्थों को भीतर सुरक्षित रखते हैं। आपूर्ति लगातार होती है।

जल्दी आगमन, गहरी दफ़न

समय बहुत मायने रखने वाला निकला। जल्दी आपूर्ति होने पर, उसके बाद बरसने वाली धातु का हर अंश मैग्मा को लगातार साफ़ करता रहता है। कंकड़ परिदृश्य में लगभग 70% हाइड्रोजन और 69% कार्बन कोर में पहुँच जाता है। लगातार आपूर्ति में कोर अधिकतम लगभग आधा लेता है, और मैंटल व वायुमंडल लगभग दोगुना अपने पास रखते हैं। ये हिस्से प्रयोगशाला मापों के उस समूह से आते हैं जिसे लेखक अपना संदर्भ मानते हैं; जैसा हम आगे देखेंगे, एक दूसरा समूह बहुत अलग आँकड़े देता है।

कंकड़ों से बनी आद्य-पृथ्वी के 0.02 से 0.64 पृथ्वी-द्रव्यमान तक बढ़ने के दौरान हाइड्रोजन, कार्बन और नाइट्रोजन कहाँ पहुँचते हैं: कोर (गहरा लाल), मैग्मा महासागर (नारंगी), वायुमंडल (नीला)। — चित्र 4 (ऊपरी पंक्ति), स्पारमैन और योहानसेन (2026), arXiv:2610.27788।

घुलनशीलता — किसी दिए गए दाब पर मैग्मा कितनी गैस घोल सकता है — तय करती है कि कौन बचता है: मैग्मा में जो घुला हुआ है, केवल उसी को उसमें से गिरती धातु की बूँदें अपने साथ ले जा सकती हैं। पानी आसानी से घुल जाता है, इसलिए हाइड्रोजन लोहे की बारिश के सामने खुला रहता है और कुशलता से नीचे चला जाता है। कार्बन मोनोऑक्साइड बहुत कम घुलता है, इसलिए किसी भी क्षण ज़्यादातर कार्बन ऊपर हवा में ही रहता है; लेकिन बाद में आने वाली सारी धातु घुले हुए हिस्से को लगातार ख़ाली करती रहती है, जिसे वायुमंडल तुरंत भर देता है, और अंत में 69% कार्बन फिर भी नीचे चला जाता है। नाइट्रोजन उलटा उदाहरण है: धातु के प्रति उसका आकर्षण हाइड्रोजन से अधिक है, फिर भी उसका केवल 4% कोर तक पहुँचता है — वह इतना कम घुलता है कि लोहे की बारिश जहाँ से गुज़रती है वहाँ वह लगभग कभी होता ही नहीं — और 93% वायुमंडल में रह जाता है। न घुलना ही बचा लेता है।

कार्बन मोनोऑक्साइड का भारी आसमान

कंकड़ परिदृश्य के अंत में जो बचता है, वह लगभग 760 बार का एक घना आदिम वायुमंडल है — हम जो हवा साँस में लेते हैं उसका भार समुद्र-तल पर 1 बार है, और शुक्र की हवा का 92 बार। इसमें कार्बन का प्रभुत्व है, अधिकांशतः कार्बन मोनोऑक्साइड के रूप में (लगभग 710 बार), साथ में लगभग 39 बार हाइड्रोजन और 1.7 बार नाइट्रोजन। जो कार्बन कोर से बच निकला और इस वायुमंडल में पहुँचा, वह आज शुक्र के वायुमंडल में मौजूद कार्बन डाइऑक्साइड का लगभग 15 गुना है; और नाइट्रोजन लगभग उतना ही है जितना शुक्र का नाइट्रोजन। ग्रहाणु परिदृश्य और भी भारी आसमान देता है, लगभग 1,350 बार, मिलती-जुलती संरचना के साथ।

कंकड़ों से बनी आद्य-पृथ्वी का वायुमंडल उसके बढ़ने के दौरान: आपूर्ति रुकते ही लोहे की बारिश हाइड्रोजन और कार्बन को खींचती रहती है, और कार्बन मोनोऑक्साइड (लाल डैश) हावी हो जाता है। — चित्र 7 (ऊपर), स्पारमैन और योहानसेन (2026), arXiv:2610.27788।

अभिवृद्धि समाप्त होने के बाद, लेखकों को उम्मीद है कि मैंटल ऑक्सीकृत होगा और वायुमंडल पानी और कार्बन डाइऑक्साइड की ओर खिसकेगा, साथ में महासागर संघनित होंगे। शुक्र के द्रव्यमान तक विस्तारित करने पर मॉडल मिलती-जुलती शुरुआत देता है, लगभग 500 बार कार्बन मोनोऑक्साइड; लेखकों का सुझाव है कि दोनों ग्रहों के अलग-अलग राह पकड़ने की व्याख्या किसी अलग जन्म के बजाय पृथ्वी की प्लेट विवर्तनिकी कर सकती है, जो कार्बन को दफ़न करती है।

पृथ्वी किस रास्ते से बढ़ी?

सिद्धांत रूप में, बची हुई मात्राएँ बता सकती हैं कि पृथ्वी कैसे बनी। संदर्भ आँकड़ों वाला कंकड़ मॉडल ही एकमात्र ऐसा मॉडल है जो आज के मैंटल में तीनों तत्वों के प्रकाशित अनुमानों से मेल खाता है। लेकिन वे अनुमान आपस में लगभग उतने ही असहमत हैं जितने मॉडल, और ये तत्व धातु और चट्टान के बीच कैसे बँटते हैं, इसके प्रयोगशाला माप कई परिमाण-क्रमों (orders of magnitude) तक भिन्न हैं — एक दूसरे आँकड़ा-समूह के साथ, सारा हाइड्रोजन कोर में चला जाता है। मैग्मा में कार्बन मोनोऑक्साइड की घुलनशीलता अकेला सबसे प्रभावशाली और सबसे कम ज्ञात इनपुट है। लेखकों का निष्कर्ष है कि बेहतर प्रयोग पृथ्वी के भीतरी भाग की संरचना को इस बात का अभिलेख बना सकते हैं कि ग्रह कैसे बना।