میگما کا سمندر ہائیڈروجن کو پانی میں کیسے بدل سکتا تھا

کسی دیوقامت تصادم کے بعد کی نوزائیدہ زمین کا تصور کیجیے: پگھلی ہوئی چٹان کا ایک عالمگیر سمندر — ایک میگما سمندر (magma ocean) — ایک ایسے گھنے کرۂ ہوائی تلے جو زیادہ تر ہائیڈروجن سے بنا ہو۔ ہائیڈروجن کو اضافی آکسیجن رکھنے والے لوہے کے آکسائیڈ سے ملائیے، تو ہائیڈروجن آکسیجن لے کر پانی بن جاتی ہے۔ کیا یہ سیاروی پیمانے پر ہو سکتا تھا، اور کتنی تیزی سے؟ انسٹی ٹیوٹ آف سائنس ٹوکیو کے ارتھ-لائف سائنس انسٹی ٹیوٹ کے تاتسویا یوشیدا (Tatsuya Yoshida) اور ہوکائیڈو یونیورسٹی، توہوکو یونیورسٹی اور جاپان کے نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف انفارمیشن اینڈ کمیونیکیشنز ٹیکنالوجی کے ساتھیوں نے یہ جاننے کے لیے ایک ماڈل بنایا۔

گہرائی میں دو حصوں میں بٹا لوہا

کسی گہرے میگما سمندر میں، زیریں مینٹل کے دباؤ پر، فیرس لوہا (FeO، فی لوہے کے ایٹم ایک آکسیجن ایٹم) غیر متناسب تقسیم (disproportionation) سے گزر سکتا ہے: یہ دھاتی لوہے اور فیرک لوہے (FeO₁.₅، فی لوہے کے ایٹم ڈیڑھ آکسیجن ایٹم) میں بٹ جاتا ہے، 3 FeO → 2 FeO₁.₅ + Fe کے مطابق۔ دھات ڈوب کر قلب میں چلی جاتی ہے اور حمل (convection) فیرک لوہے کو پھیلا دیتا ہے، جس سے پگھلاؤ، پچھلے مطالعات کے مطابق، تقریباً آج کے مینٹل جتنا تکسید شدہ رہ جاتا ہے۔ یہ اوپر کی ہائیڈروجن سے کتنی تیزی سے ردِعمل کرتا، اور بدلے میں کرۂ ہوائی میگما کے ساتھ کیا کرتا؟ بہت سے پچھلے ماڈلوں نے مینٹل اور میگما کو آکسیجن کا ایک لامحدود ذخیرہ مانا تھا۔

ایک جلد جو بار بار ڈوبتی ہے

ماڈل پگھلاؤ میں رستی ہائیڈروجن، فیرک لوہے سے اس کے ردِعمل (H₂ + 2 FeO₁.₅ → H₂O + 2 FeO)، ہوا، میگما اور نیچے قلمیں بنتے ٹھوس مینٹل کے درمیان پانی اور آکسائیڈز کی تقسیم، اور سیارے کے ٹھنڈا ہونے کو آپس میں جوڑتا ہے۔ ہوا کا آغاز فی پانی کے سالمے تقریباً دس ہائیڈروجن سالموں سے ہوتا ہے۔ مقداریں N_TO میں گنی جاتی ہیں: ایک N_TO اتنے ہائیڈروجن سالمے ہیں جتنے آج کے سمندروں میں پانی کے سالمے ہیں۔ میگما اور ٹھوس مینٹل کتنی اچھی طرح ملتے ہیں، یہ نامعلوم ہے، اس لیے ٹیم نے دو انتہائی صورتیں چلائیں: آزادانہ تبادلہ (صورت 1)، یا ٹھوس ہوتے مینٹل میں پھنسا ہوا پگھلاؤ (صورت 2)۔

رکاوٹ میگما کا بالائی حصہ ہے۔ ہائیڈروجن پگھلی ہوئی چٹان میں بہت ہی آہستگی سے پھیلتی ہے، اس لیے اسے سطح پر ایک پتلی سرحدی تہہ (boundary layer) پار کرنی پڑتی ہے۔ وہ تہہ اپنی جگہ نہیں رہتی: اوپر سے ٹھنڈی ہو کر وہ اتنی گھنی ہو جاتی ہے کہ ڈوب جاتی ہے اور تازہ پگھلاؤ اس کی جگہ لے لیتا ہے۔ ایک گرم، گہرے میگما سمندر کے لیے — سطحی درجۂ حرارت 2,400 کیلون، اس کی تہہ پر 50 گیگا پاسکل کا دباؤ، ہر مربع میٹر سے 400 واٹ حرارت کا اخراج — یہ تقریباً ہر 70 سیکنڈ میں ہوتا ہے۔

اس وقت میں ہائیڈروجن 19 ملی میٹر موٹی تہہ میں ایک ملی میٹر سے کم تک پہنچتی ہے۔ مگر مسلسل تجدید ہائیڈروجن کی ڈھلوان (gradient) کو تیز رکھتی ہے، اس لیے آمد بلند رہتی ہے: فی ہزار سال 0.1 N_TO سے زیادہ، اوسطاً 0.35۔

ماڈل: ہائیڈروجن کرۂ ہوائی سے ایک پتلی سرحدی تہہ میں پھیلتی ہے، فیرک لوہے سے ردِعمل کر کے پانی بناتی ہے، اور تہہ الٹ کر میگما سمندر میں چلی جاتی ہے۔ مزید گہرائی میں لوہا فیرک لوہے اور دھات میں بٹ جاتا ہے۔ صورتیں 1 اور 2 اس میں مختلف ہیں کہ میگما ٹھوس مینٹل سے مادے کا تبادلہ کیسے کرتا ہے۔ — شکل 1، Yoshida et al. (2026)، arXiv:2610.38503۔

تقریباً دس ہزار سال

بنیادی مثال میں — کُل 10 N_TO ہائیڈروجن اور پانی، 50 گیگا پاسکل تک پہنچنے والا میگما — فیرک لوہا خرچ ہوتا ہے، مگر لوہا میگما سمندر کی تہہ پر بٹتا رہتا ہے اور اس کی جگہ پوری کرتا ہے، اس لیے پگھلاؤ تقریباً اتنا ہی تکسید شدہ رہتا ہے۔ سطح ہوا کے ساتھ کیمیائی توازن تک اس وقت پہنچتی ہے جب ہوا میں تقریباً اتنی ہی آبی بخارات ہوں جتنی ہائیڈروجن: تقریباً 0.01 ملین سال، یعنی 10,000 سال کے بعد۔ تب تک ہائیڈروجن، ہوا اور میگما کو ملا کر گنی جائے تو، تقریباً 5 N_TO سے گھٹ کر 1 سے کم رہ جاتی ہے، اور پانی، جو زیادہ تر پگھلاؤ میں حل شدہ ہے، تقریباً دگنا ہو جاتا ہے۔ مصنفین کو یہ رفتار تب ملتی ہے جب میگما سمندر اتنا گہرا اور گرم ہو کہ زیریں مینٹل تک پہنچ جائے۔

پھر صورت 1 میں میگما سمندر تقریباً 2 ملین سال میں جم جاتا ہے، ایک ایسے کرۂ ہوائی تلے جو کمبل کا کام کرتا ہے۔ قلمیں بنتے وقت پانی پگھلاؤ سے نکل جاتا ہے: صورت 1 میں اس کا 80% سے زیادہ ہوا میں جا پہنچتا ہے۔

اوپر: کرۂ ہوائی میں ہائیڈروجن (سبز) اور آبی بخارات (نیلا) کا دباؤ۔ نیچے: کُل مقداریں، N_TO میں۔ بائیں، صورت 1؛ دائیں، صورت 2۔ 10⁻² ملین سال کے قریب ہائیڈروجن گر جاتی ہے اور پانی بڑھ جاتا ہے۔ — شکل 6 (خانے a–d)، Yoshida et al. (2026)، arXiv:2610.38503۔

ہوا واپس دھکیلتی ہے

جیسے جیسے قلمیں بنتی ہیں، وہ فیرک لوہے کو غیر یکساں طور پر لیتی ہیں۔ صورت 1 میں یہ ٹھوس مینٹل کو ترجیح دیتا ہے اور پگھلاؤ تخفیفی (reducing) حالت کی طرف بہک جاتا؛ تب میگما سے نکلتا پانی فیرس لوہے سے ردِعمل کرتا ہے، اور ہوا میگما کی تکسید کرتی ہے۔ صورت 2 میں جب بالائی مینٹل، یعنی اس کا سب سے کم گہرا حصہ، ٹھوس ہو جاتا ہے تو فیرک لوہا پگھلاؤ میں جمع ہو جاتا ہے؛ تب ہائیڈروجن اس کی تخفیف کرتی ہے۔ کرۂ ہوائی ایک بفر (buffer) کا کام کرتا ہے، اور دونوں صورتیں موٹے طور پر ملتی جلتی ہوا پر ختم ہوتی ہیں۔ آکسیجن کا یہ حساب کتاب بند کر دیجیے، جیسا کہ پچھلے ماڈلوں نے کیا، تو وہ کافی حد تک الگ ہو جاتی ہیں۔

گہرے سمندر، زیادہ پانی

تمام چلائی گئی صورتوں میں میگما سمندر جتنا گہرا ہو، اتنا ہی زیادہ پانی بناتا ہے: بلند تر دباؤ لوہے کے بٹنے کے حق میں ہے۔ ان گہرائیوں کے لیے جو اس بات سے اخذ کی گئی ہیں کہ لوہا پسند عناصر دھات اور چٹان کے درمیان کیسے بٹے — تہہ پر 28 سے 53 گیگا پاسکل — 70% سے زیادہ ہائیڈروجن آخرکار پانی بن جاتی ہے۔ مصنفین لکھتے ہیں کہ اگر نوزائیدہ زمین نے اتنی ہائیڈروجن جمع کی ہو جتنا پانی آج قلب کے باہر پوری زمین میں ہے، یعنی 1 سے 10 N_TO، تو یہ کیمیا زمین کے پانی کے ذخیرے کی توجیہ کر سکتی ہے۔

مریخ اس رجحان میں فٹ بیٹھتا ہے۔ مریخی میگما سمندر، اگر کوئی تھا، سیارے کے قلب سے زیادہ گہرا نہیں جا سکتا تھا، یعنی 18 سے 19 گیگا پاسکل، اور تب ماڈل زمین سے کہیں کم تکسید شدہ مینٹل دیتا ہے — جو مریخی شہابیوں سے مطابقت رکھتا ہے، جن کی کیمیا اس نقطے کے قریب ہے جہاں دھاتی لوہا اور لوہے کا آکسائیڈ ایک ساتھ موجود ہوتے ہیں۔

کیا چیز تصویر بدل سکتی ہے

ماڈل فرض کرتا ہے کہ لوہے کے قطرے فوراً قلب میں گر جاتے ہیں؛ اگر حمل انہیں معلق رکھے تو وہ سطح کو تخفیفی حالت میں چھوڑ سکتے ہیں اور پانی کی پیداوار کو محدود کر سکتے ہیں۔ بلند دباؤ کے تجربات اس پر متفق نہیں کہ کتنا فیرک لوہا بنتا ہے۔ نفوذ (diffusion) کا ڈیٹا تقریباً 1,700 کیلون پر رک جاتا ہے اور ردِعمل کی شرح ٹھوس لوہے کے آکسائیڈز سے لی گئی ہے، اس لیے ہائیڈروجن کے جذب کا اندازہ غالباً کم لگایا گیا ہے۔ اور ماڈل مینٹل کو 0.06 سے 0.15 کے فیرک اور فیرس لوہے کے تناسب کے ساتھ چھوڑتا ہے، جو آج کے 0.02 سے 0.06 سے زیادہ ہے: بعد کے عمل، جیسے دھات سے بھرپور مادے کی دیر سے آمد، کو اسے کم کرنا پڑتا۔

ایک آسمان جو ہائیڈروجن سے بھرپور رہا

میگما سمندر کے جمنے کے بعد آبی بخارات کو ایک سطحی سمندر میں تکثیف ہو جانا چاہیے تھا۔ بچی ہوئی ہائیڈروجن کاربن اور نائٹروجن گیسوں کے ساتھ ہوا میں رہ جاتی؛ مصنفین تجویز کرتے ہیں کہ اس نے میتھین، امونیا، اور پھر ایسے نامیاتی مرکبات بنانے میں مدد کی ہو سکتی ہے جو شاید اس پہلے سمندر میں جمع ہوئے۔ اس تصویر میں اس سمندر کے پانی کا ایک بڑا حصہ آسمان میں ہائیڈروجن کے طور پر شروع ہوا، جو ایک ایسی جلد کے ذریعے میگما میں کھینچی گئی جو تقریباً ہر منٹ ڈوبتی اور خود کو نیا کرتی رہی۔