அழுத்தினால் மாக்மா எளிதாகப் பாய்கிறது — ஆனால் அது தேங்குவதற்குக் காரணம் அதுவல்ல

பூமியின் புவித்தட்டுகள் அஸ்தெனோஸ்பியர் (asthenosphere) மீது சறுக்குகின்றன; இது மேல் மேன்டிலில் வழக்கத்துக்கு மாறாக மென்மையான ஓர் அடுக்கு. சிறிதளவு உருகிய பாறை — பசால்ட் மாக்மா — அதை மென்மையாக்க உதவுகிறது என்பது நீண்டகாலக் கருத்து. ஆழத்தில் அந்த உருகல் எவ்வளவு எளிதாக நகர்கிறது என்பது அதன் பாகுநிலையைப் (viscosity) பொறுத்தது. அங்குதான் ஒரு விந்தையான முடிவு புவி அறிவியலாளர்களைப் பிளவுபடுத்தியுள்ளது.

பெரும்பாலான பொருட்களை அழுத்தினால் அவை மேலும் விறைப்பாகின்றன. ஆனால் உயர் அழுத்தச் சோதனைகள், குறிப்பாக 2013-இல் சகாமாகி (Sakamaki) மற்றும் சக ஆய்வாளர்கள் செய்தவை, உருகிய பசால்ட் அழுத்தத்தின் கீழ் குறைவான பாகுநிலை பெறுவதாகவும், சுமார் 90 முதல் 150 கிலோமீட்டர் ஆழத்தில் ஒரு குறைந்தபட்சத்தை அடைந்து, பின்னர் மீண்டும் விறைப்பாவதாகவும் தெரிவித்தன. மாக்மா எப்படி நகர்கிறது, மேன்டிலில் உள்ள நில அதிர்வு விந்தைகள், அடுக்கடுக்கான வேதியியல் ஆகியவற்றை விளக்க இந்தக் கருத்து பயன்படுத்தப்பட்டது. 2025-இல், ரஸ்ஸல் (Russell) மற்றும் சக ஆய்வாளர்கள், அந்தக் குறைந்தபட்சம் சரியாகக் கட்டுப்படுத்தப்படாத வெப்பநிலைகளால் ஏற்பட்ட ஒரு சோதனைப் பிழை என்று மறுத்தனர்: திருத்தினால், பாகுநிலை அழுத்தத்துடன் வெறுமனே உயர்கிறது என்று அவர்கள் வாதிட்டனர்.

சோதனைகள் ஏன் திணறுகின்றன

இந்த அழுத்தங்களில், வெப்பநிலையையும் அழுத்தத்தையும் பிரித்தறிவது கடினம். உயர் அழுத்த அச்சகங்களில் உள்ள வெப்பமானிகள் 50 முதல் 100 கெல்வின் அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட நிச்சயமின்மைகளைக் கொண்டுள்ளன; உருகலின் வழியே ஒரு சிறிய பந்து விழும் நேரத்தை அளக்கும் மரபார்ந்த முறையோ, மில்லிமீட்டர் அளவிலான கலன்களின் சுவர்களால் குலைக்கப்படுகிறது. தேடப்படும் விளைவு நுட்பமானது; இரைச்சல் அப்படியல்ல.

பில்லியன் கணக்கான அணு நிலைப் படிகள்

வூஹானில் உள்ள சீனப் புவி அறிவியல் பல்கலைக்கழகம், பேய்ரோய்த் பல்கலைக்கழகம் (University of Bayreuth), சிச்சுவான் பல்கலைக்கழகம் ஆகியவற்றைச் சேர்ந்த ஹாங்குன் செங் (Hongkun Zeng), லியாங் யுவான் (Liang Yuan) மற்றும் சக ஆய்வாளர்கள் உருவகப்படுத்துதலை நாடினர். அவர்கள் எளிமைப்படுத்தப்பட்ட ஒரு பசால்ட்டை (டயோப்சைடு, அனார்த்தைட் ஆகிய கனிமங்களின் கலவை) அணு அணுவாக மாதிரியமைத்தனர்; விசைகள் குவாண்டம் இயக்கவியலிலிருந்து கணக்கிடப்பட்டு, ஒரு நரம்பியல் வலையமைப்பால் (neural network) பின்பற்றப்பட்டன. இதனால் உருவகப்படுத்துதல் நிலையான குவாண்டம் முறைகளை விட 1,000 மடங்குக்கு மேல் நீண்ட நேரம் ஓட முடிகிறது.

திறவுகோல் புள்ளியியல். ஒவ்வொரு அழுத்தத்துக்கும் வெப்பநிலைக்கும், தலா 5 நானோவினாடிகள் கொண்ட 150 முதல் 600 சுயாதீன உருவகப்படுத்துதல்களை அவர்கள் இயக்கினர் — ஒவ்வொரு பாதைக்கும் மொத்தம் குறைந்தது 7.5 மைக்ரோவினாடிகள். அதற்கு முன், உண்மையான கனிமங்களின் அளவிடப்பட்ட அடர்த்திகளைத் தங்கள் முறை 1%-க்குள் மீளுருவாக்குகிறதா என்று சரிபார்த்தனர். இதனால் பாகுநிலையின் நிச்சயமின்மை 1 முதல் 3% ஆகக் குறைந்தது; முந்தைய ஆய்வுகளில் அது 50% வரை இருந்தது.

ஆழமற்ற ஒரு U

நிலையான 2,073 கெல்வின் வெப்பநிலையில், பாகுநிலை ஒரு மென்மையான U வடிவத்தை வரைகிறது: சுழி அழுத்தத்தில் 0.108 பாஸ்கல்-வினாடிகள், 3 கிகாபாஸ்கலில் குறைந்தபட்சம் 0.088, பின்னர் 6 கிகாபாஸ்கலில் 0.104 — சுமார் 19% சரிவு.

சோதனைகளில் போல உருகல் வளைவின் வழியே பார்த்தால், பாகுநிலை 0 முதல் 6 கிகாபாஸ்கல் வரை சுமார் 23 மடங்கு குறைகிறது — ஆனால் அது பெரும்பாலும் உயரும் வெப்பநிலையின் விளைவு. சுழி அழுத்தத்தில், 2,073-இலிருந்து 1,619 கெல்வினுக்குக் குளிர்வது பாகுநிலையைச் சுமார் 18 மடங்கு பெருக்குகிறது. ஆகவே வழக்கமான 100 கெல்வின் சோதனைப் பிழை, பாகுநிலையை U-வின் அளவை விட இருபது மடங்குக்கு மேல் நகர்த்துகிறது. அதைக் காண்பது கடினமாக இருந்ததில் வியப்பில்லை.

காரணம் அணுக் கட்டமைப்பில் உள்ளது. சிலிக்கான் பெரும்பாலும் நான்கு ஆக்சிஜன்களின் விறைப்பான குழுக்களில் பூட்டப்பட்டே இருக்கிறது. மாறாக, அலுமினியம் அழுத்தத்தின் கீழ் வலுவாக மறுசீரமைகிறது — ஐந்து ஆக்சிஜன்கள் கொண்ட அதன் குழுக்கள் மொத்தத்தில் சுமார் 20%-இலிருந்து 50% ஆக உயர்கின்றன — மேலும் அரிதான, வேகமாக மாறும் இந்த அலுமினியத் தளங்கள் உருகல் தளர்வடைய எடுக்கும் நேரத்துடன் பொருந்துகின்றன. சிலிக்கான் சட்டகம் அல்ல, இவையே ஓட்டத்தின் வேகத்தைத் தீர்மானிக்கின்றன.

சரிவு அல்ல, வெப்பம்

பின்னர் குழுவினர், உருகல் மேன்டில் வழியே மேல்நோக்கி எப்படிக் கசிந்து செல்கிறது என்பதை மாதிரியமைத்தனர். அதன் நகர்திறன் ஆழத்துடன் உயர்ந்து, 150 கிலோமீட்டர் அருகே உச்சம் அடைந்து, உருகல் மேலேறிக் குளிரும்போது குறைகிறது. எனவே மாக்மா விறைப்பான தட்டுக்குச் சற்றுக் கீழே நின்று தேங்க முனைகிறது — 45 முதல் 70 கிலோமீட்டர் ஆழத்தில் உருகல் நிறைந்த ஓர் அடுக்கு இருப்பதைக் காட்டும் நில அதிர்வு, மின் அறிகுறிகளுடன் இது ஒத்துப்போகிறது.

ஆனால் தங்கள் சொந்தச் சுருக்கம் (abstract) குறைத்துக் காட்டும் ஒரு நுணுக்கத்தை ஆய்வாளர்கள் வலியுறுத்துகின்றனர்: இந்த நகர்திறன் உச்சம், பூமியின் வெப்பநிலை விவரக்கோட்டின் வழியே அழுத்தத்துக்கும் வெப்பநிலைக்கும் இடையிலான போட்டியால் வருகிறது; 3 கிகாபாஸ்கல் குறைந்தபட்சத்தால் அல்ல. பாகுநிலைக் குறைந்தபட்சம் உண்மையானதுதான் என்று அவர்கள் முடிவு செய்கின்றனர், ஆனால் உருகல் தேங்குவதை விளக்க அது “அவசியமும் அல்ல, போதுமானதும் அல்ல”; வெப்பநிலை ஒன்றே அந்த வேலையைச் செய்கிறது. அவர்களின் பசால்ட் எளிமைப்படுத்தப்பட்டது — இரும்பு இல்லை, சோடியம் இல்லை, ஆவியாகும் பொருளாக நீர் மட்டுமே — மேலும் குறைந்தபட்சத்தின் இடம் கலவையைப் பொறுத்தது.