सगळ्या मैत्रिणींना 'राष्ट्रीय विज्ञान दिना'च्या मनःपूर्वक शुभेच्छा!

अश्मयुगीन कालखंडापासून मानवाला हे अफाट विश्व, आजूबाजूचा निसर्ग ह्याबद्दल प्रचंड कुतूहल आणि आकर्षण आहे आणि ते आजही कायम आहे. अगदी लहान असल्यापासून सूर्य, चंद्र, मग पृथ्वी अशी आपल्याला ओळख करून दिली जाते, ह्यासंबंधी अधिक जाणून घ्यावं असं नेहमीच आपल्याला वाटतं. मग 'पृथ्वी गोल आहे'चा शोध कसा लागला, हे ही समजतं. पुढे कधीतरी भूकंप, त्या अनुषंगाने झालेलं नुकसान, ज्वालामुखी, त्सुनामी यांच्या बातम्या वाचनात येतात. क्वचित कुठेतरी हिमालयाच्या बदलत्या उंचीबद्दल काहीतरी उडत उडत कानावर येतं. तर कधी GPSसाठी तयार केलेल्या सॅटेलाईटचं यशस्वी प्रक्षेपण झाल्याचं वाचनात येतं. मध्येच glacier retrieving (हिमनद्या मागे हटणं) बद्दलच्या पोस्ट्स सोशल मीडियात फिरत असतात. काहीवेळा नवीन जीवाष्म सापडतं किंवा खनिज तेलाचे, मौल्यवान धातूचे साठे सापडतात. कधी तर चक्क एखादं बेट गायब होतं, तर एखादं नव्याने सापडतं. अशा अनेक अचाट गमतीजमती निसर्गात अव्याहतपणे घडत असतात.

कोयनेचा भूकंप, किल्लारीचा भूकंप हे आपल्याला जवळचे म्हणून आपल्या माध्यमांमध्ये जास्त चर्चिले गेलेले. आंतरराष्ट्रीय स्तरावर क्रॅकाटोआ (Krakatoa) पासून ते अगदी २०१५ नेपाळ ह्या मोठ्या भूकंपांविषयी वेळोवेळी लिहिलं गेलंय . भूकंपप्रवण क्षेत्रात राहणाऱ्यांना, आपत्ती व्यवस्थापनाचे धडे घेतल्यामुळे आणि प्रत्यक्ष आपत्तीला सामोरं गेल्यामुळे एक वेगळाच अनुभव मिळत असतो. एखादा भूकंप झाला की त्याचं केंद्र कुठे होतं, धक्के किती काळ जाणवले, रिश्टर स्केलवर त्याचं प्रमाण काय, हे सगळं वर्तमानपत्रात वाचायला मिळतं. ही सगळी आणि त्यासंबंधी इतर गणितं मांडून मोजमापं इतक्या पटकन कशी काय मिळतात , असा प्रश्नही तुम्हाला पडत असेल. ह्या आणि अशा अनेक महत्त्वाच्या प्रश्नांची उत्तर शोधण्यामागे विज्ञानाची एक शाखा कार्यरत असते. ही शाखा म्हणजेच 'Earth Science'.

आता ह्यात मान्सून, वातावरणातले बदल, महासागरातले प्रवाह, समुद्राचं बदलतं तापमान हे विषय येतात का, असा प्रश्न तुम्हाला पडला असेल . खरंतर हो, परंतु त्या विषयांचा आवाका प्रचंड मोठा असल्यामुळे आणि नजिकच्या भविष्यातील वातावरणाच्या अभ्यासाच्यादृष्टीने तयार केलेल्या प्रारूपांचा अभ्यास करताना, त्यातल्या निरीक्षणांमध्ये आणि मोजमापांमध्ये भूगर्भाच्या रचनेतील बदलांचा फारसा परिणाम होत नसल्यामुळे, फार क्वचित त्यांचा एकत्र अभ्यास केला जातो. पर्जन्यमान, हवामान ह्यासंबंधीचा म्हणजेच वातावरणाचा आणि जलावरणाचा अभ्यास 'Atmospheric and Oceanographic studies' अंतर्गत करतात.

ह्यामागचं दुसरं एक कारण म्हणजे कालावधी (Timescales). वातावरणातील बदलांचा अभ्यास करताना, 'एक वर्ष' हा काळ धरला तरी त्यात सगळे ऋतू येतात. पर्जन्यमान किंवा तपमान ह्याची चक्रं ही एक वर्षाच्या काळाची असतात असं आपण सर्वसाधारणपणे म्हणू शकतो. पण हेच जर भूकंप, ज्वालामुखी किंवा आंतरखंडीय हालचाल पहिली तर त्याचा इतिहास हा अनेक Byrs-Myrsचा (बिलियन years- मिलियन years) आहे आणि त्यात होणारे बदल हे फार हळू (काही मिलीमीटर प्रतिवर्ष वगैरे) होतात.

त्यामुळेच ह्या क्षेत्रातलं संशोधन हे आव्हानात्मक ठरतं.

एखादा शोध लागला असं ज्या वेळी आपण मानतो, म्हणजे नेमकं काय, असा प्रश्न स्वाभाविकच आहे. त्यामागच्या अनेक पद्धतींपैकी एक आपण थोडक्यात समजून घेऊ.
एखादा प्रश्न सोडवायचा असेल तर मग त्या प्रश्नाचं उत्तर काय असेल ह्याचा शोध घेताना अनेक छोटे छोटे उपप्रश्न समोर येतात. त्या प्रत्येक उपप्रश्नाच्या अनुषंगाने एखादं विधान (Hypothesis) मांडलं जातं. ते पुराव्यानिशी किंवा खूप मोठा data असेल तर त्याला सामावून घेणारं प्रारूप (Models) तयार करून जर सिद्ध करता आलं तर त्या प्रश्नाची उकल होते. असे अनेक उपप्रश्न सुटत गेले की त्यांच्या परस्पर संबंधांमधून मूळ प्रश्नाचं directed उत्तर मिळतं. थोडक्यात, अनेक बिंदू जोडून एक अर्थपूर्ण चित्र तयार होतं.

आता हा उहापोह इथे कशासाठी?
तर भूगर्भशास्त्र म्हणजेच पृथ्वीच्या उत्पत्तीपासून घडलेल्या भूगर्भातील आणि त्यासंबंधीच असलेल्या भूपृष्ठावरील घटनांचा, भविष्यातील गोष्टींचा वेध घेण्यासाठी केलेला अभ्यास! अर्थात, त्यामुळेच ह्या अभ्यासाची Timescale ही लाखो-हजारो वर्षांची आहे. त्यामुळेच वेगवेगळ्या इतर वैज्ञानिक शाखांतल्या संशोधनातून उपयोगात आणलेल्या तंत्राचा वापर करून पृथ्वीच्या उत्पत्तीपासून घडलेल्या घटना एखाद्या चित्रपटरूपात उलगडणं हे तसं फारच आव्हानात्मक, विशेषतः ठोस किंवा सुलभपणे आढळून येणाऱ्या पुराव्यांचा अभाव असताना. त्यामुळेच भूगर्भतज्ज्ञांनी वेगवेगळे उपाय शोधून काढले आणि त्यांचा आजही संशोधनासाठी वापर केला जातो. साहजिकच हे सगळं थेट बदलत्या निसर्गाशी संबंधित असल्यामुळे कित्येकदा अनेक गमतीजमती घडतात, त्याचे किस्से नंतर रंगवून रंगवून विद्यार्थ्यांना सांगितले जातात. कधी एखादा भूकंप झाला तर घाबरलेल्या नागरिकांना शांत करण्याचं कामही भूकंपतज्ज्ञांना करावं लागतं. तर काही वेळा 'नेपाळ २०१५'सारखी भयावह परिस्थिती उद्भवलेली असताना, प्रवासाची सोय नसताना, डोंगरदऱ्या ओलांडत, पुराव्यांच्या शोधात भटकावं लागतं, स्थानिकांचं सांत्वन करत त्यांच्या निरीक्षणांबद्दल त्यांना बोलतं करावं लागतं.

ही खरं तर पृथ्वीचीच गोष्ट, त्यामुळे तितकीच इंटरेस्टिंगसुद्धा. मला आवडलीये, तुम्हाला आवडतेय का ते पाहू या...
सर्वसाधारण रूपरेषा :

• पृथ्वीची निर्मिती आणि इतिहास,
• पृथ्वीवरची प्रारूपं,
• सजीव जीवन,
• अंतर्गत रचना,
• तदनुषंगाने चुंबकीय आणि गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र,
• प्लेट टेक्टोनिक्स,
• भूकंपशास्त्र.

Earth is for us, but just not ours!

अर्थात, ह्या सगळ्यातलं माझं ज्ञान फारच अत्यल्प आहे आणि प्रत्यक्ष संशोधनाचा अनुभवही शून्य. पण कोर्सेसमध्ये शिकत असताना, पेपर्स वाचून, सेमिनार देऊन आणि त्यासंबंधी छोटे संशोधन प्रकल्प आमच्या भूकंपतज्ज्ञ प्रोफेसर्सच्या सानिध्यात राहून करताना जे काही थोडंफार समजलं ते मांडायचा प्रयत्न करणार आहे.

राष्ट्रीय विज्ञानदिनाच्या निमित्ताने लेखमाला 'पृथ्वीचे अंतरंग'

TL;DR

• Geological processes operate on multiple timescales.
• They are slow and interacting.
• Earth’s resources, fortunes and disasters are linked to these processes
• Understanding the delicate balance between the various geosystems (lithosphere, hydrosphere, biosphere and atmosphere) is important for sustainability.

भूगर्भशास्त्राचा अभ्यास आपल्यासाठी का महत्वाचा आहे हे आपण प्रस्तावनेच्या भागात पाहिलं. त्यानंतर साहजिकच पहिला प्रश्न पडतो तो म्हणजे पृथ्वीचा जन्म कसा झाला? सध्या तरी उपलब्ध असलेल्या माहितीनुसार केवळ आपल्याच ग्रहावर सजीवसृष्टी आहे. ह्यामागचं कारण काय बरं असेल?

ह्या भागात आपण ह्याचाच थोडक्यात आढावा घेऊया.

सूर्यमालेची निर्मिती

13.7 Byrs म्हणजेच 13.7 अब्ज वर्षांपूर्वी एका क्षणी महास्फोटापासून ह्या विश्वाची निर्मिती झाली. त्या महास्फोटाच्या क्षणापासूनच काळ आणि अवकाशाला सुरुवात झाली. ह्या स्फोटापूर्वी एका अतिघन बिंदूमध्ये सगळी ऊर्जा आणि वस्तुमान सामावलं गेलं होतं. स्फोटानंतरच्या सुरुवातीच्या काही सेकंदांमध्ये नेमकं काय आणि कसं घडलं ह्याबद्दल संशोधकांमध्ये अजूनही संभ्रम आहे. त्यानंतरच्या सुरुवातीच्या काही अब्ज वर्षांबद्दल खगोलशास्त्रज्ञांना साधारण कल्पना आहे. या स्फोटामुळे एकत्र असलेले मूलकण प्रचंड वेगाने आणि विलक्षण तप्तावस्थेत सर्वत्र भिरकावले गेले. विश्व मोठ्या प्रमाणावर प्रसरण पावत होतं. प्रसारणामुळे थंडावत जाऊन ऊर्जा आणि तापमान कमी होत गेले. त्यातूनच पुढे मूलकण, धूलिकण आणि वायू एकत्र येऊन त्यातून दीर्घिका आणि ताऱ्यांची निर्मिती होत गेली.

Nebular Hypothesis

महास्फोटाच्या क्षणापासून सुरुवातीच्या दोन तृतीयांश (२/३) काळात आपल्या सूर्यमालेचं स्वतंत्र असं अस्तित्व नव्हतं. त्याची सुरुवात साधारण 4.5 अब्ज वर्षांपूर्वी झाली असं मानलं जातं. ह्या काळात विविध धूलिकण आणि वायूंपासून एक प्रचंड तेजोमेघ (सौर-तेजोमेघ) तयार झाला (तेजोमेघ =नेब्युला). सुरुवातीला प्रसरण पावणाऱ्या आणि परिवलन करणाऱ्या ह्या तेजोमेघाच्या प्रसरणाला तीव्र गुरुत्वाकर्षण बलामुळे खीळ बसली आणि त्यातूनच ह्या सौरमेघाच्या आकुंचनाला सुरुवात झाली. परिणामी त्यातल्या कणांचं त्वरण वाढून ह्या मेघाचा आकार एका तबकडीसारखा झाला. हीच आपल्या सूर्यमालेच्या जन्माची सुरुवात होती.

सूर्यनिर्मिती

तीव्र गुरुत्वाकर्षणामुळे, तेजोमेघाच्या केंद्राकडे वस्तुमान एकत्र होऊ लागले आणि आणि बाळ-सूर्य ( Proto- Sun : आपल्या सूर्याच्या निर्मितीआधीची ताऱ्यासारखी स्थिती) आकाराला येऊ लागला. ह्या पदार्थांच्या वजनामुळे, बाळ-सूर्याची घनता प्रचंड वाढली आणि तापमानसुद्धा. अंतर्गत तापमान लाखो अंशांपर्यंत वाढल्यामुळे अणु संमीलन प्रक्रियेला (Fusion) सुरुवात झाली. उच्च दाब आणि प्रचंड तापमानामुळे हायड्रोजनचे अणू एकत्र येऊन हिलियम तयार होऊ लागला आणि प्रचंड ऊर्जेचं उत्सर्जन सुरु झालं.

ग्रहनिर्मिती

बाळ-सूर्याच्या निर्मितीनंतरही त्याभोवतीच्या तबकडीमध्ये मोठ्या प्रमाणात धूलिकण आणि वायूंचं अस्तित्व होतं. उलट तापमानातल्या वाढीमुळे, तबकडी आणखीनच सपाट झाली हळूहळू जसं तापमान कमी होऊ लागलं तशी वेगवेगळी मूलद्रव्य द्रव-घन रूपात एकत्र आली. गुरुत्वाकर्षणामुळे धूलिकण आणि condensed matter एकत्र येऊन ग्रहासारखे आकार तयार होऊ लागलं. बाळ-सूर्याभोवतीचं हे मॅटर, गुरुत्वाकर्षण आणि इतर बलांमुळे त्याभोवती वेगवेगळ्या कक्षांमध्ये फिरू लागलं होतंच. त्यातूनच आजच्या ग्रहांच्या निर्मितीची प्रक्रिया सुरु झाली.

सूर्यापासूनच्या अंतरातील फरकामुळे, प्रत्येक ग्रहाच्या घटक पदार्थांमध्ये आणि तयार होण्याच्या पद्धतीत खूप फरक पडत गेला. त्यामुळेच अंतर्ग्रह आणि बहिर्ग्रहांच्या रचनेत, आकारमानात मोठा फरक आहे.
सर्वसाधारणपणे ~4.56 Byrs च्या सुमारास ही ग्रहनिर्मितीची प्रक्रिया चालू होती.
त्यातलाच सूर्यापासूनचा तिसरा ग्रह म्हणजेच आपली पृथ्वी!

चांदोबाचा जन्म

ह्याच कालखंडात पृथ्वीची एका प्रचंड आकारमानाच्या खगोलीय वस्तूशी (object) टक्कर झाली. त्यामुळेच तापमान वाढून बरंचसं debris अवकाशात फेकलं गेलं. परंतु पृथ्वी आणि सूर्याच्या गुरुत्वाकर्षण बलामुळे, ते एकत्र होऊन पृथ्वीभोवती परिभ्रमण करू लागलं. ह्या आघातामुळे अर्थातच पृथ्वीचं वस्तुमान बदललं आणि अक्षही कलला (साडेतेवीस अंश) मात्र पृथ्वीचं विघटन(decomposition) न होता, पुनर्निर्माण होऊन मॅग्माचा (magma) अथांग महासागर पृष्ठभागावर तयार झाला.

नंतरच्या अपोलो मोहिमेत गोळा केलेल्या चंद्रावरील खडकांचं वय (4.47 Byrs) मोजून ह्या घटनेचा कालावधी साधारण 4.51 Byrs असा निश्चित केला गेला आहे!

पृथ्वीची निर्मिती : Earth Differentiates

ग्रहांसारख्या आकारमानांच्या सुरुवातीच्या निर्मितीच्या काळात, बाळ-सूर्याचं तापमान वाढत होतं आणि सध्याच्या स्वरूपातल्या सूर्यनिर्मितीची प्रक्रिया सुरु होती. ह्याच काळात ग्रहांदरम्यानचे धूलिकण आणि वायू सौरवाऱ्यांमुळे आपल्या सूर्यमालेच्या बाहेर फेकले गेले. सुरुवातीच्या काळात पृथ्वीचा पृष्ठभाग आजच्या चंद्राच्या पृष्टभागासारखाच उजाड आणि प्रचंड उल्कापात सोसणारा असावा. परंतु कालांतराने काही प्रक्रियांमुळे पृथ्वीच्या अंतर्गत उष्णता हळूहळू वाढू लागली.

त्यातल्या तीन महत्वपूर्ण प्रक्रिया कोणत्या ते पाहूया -

1. पृथ्वीच्या अंतर्भागात युरेनियम, थोरियम, पोटॅशिअम- ४० ह्यांच्या आण्विक विघटनास सुरुवात झाली.
2. पूर्णपणे घन स्वरूप (dense) प्राप्त न झालेल्या पृथ्वीवर प्रचंड गुरुत्वाकर्षण दाब पडू लागला. Compaction च्या प्रक्रियेदरम्यान गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जेचं उष्णतेत रूपांतरण होतं. Gravitational potential energy is converted into heat energy during compaction.
3. पृष्ठभागावर होणाऱ्या सततच्या उल्कावर्षावाची परिणती उष्णतेच्या निर्मितीत होऊन पृष्ठभागाचे तापमान प्रचंड वाढले. (घर्षण आणि टक्करीतून ऊर्जा निर्मिती होते ती येथे उष्णतेच्या रूपात झाली)

ह्या पृथ्वीवरच्या उष्णता वाढीचे आजच्या आपल्या ग्रहाच्या रचनेसाठी फार दूरगामी परिणाम होणार होते. कसे ते आपण पाहूया.
उष्णता वाढीदरम्यान, तापमानाने लोहाचा द्रवणांक ओलांडल्यानंतर, सुरुवातीपासून एकत्र असलेले विविध मूलद्रव्यांची धूळ आणि वायू ह्यांच्या विलगीकरणाला सुरुवात झाली. घनतेनुसार पदार्थांचे थर तयार होऊ लागले.
ह्या प्रक्रियेला भूगर्भतज्ज्ञ ‘लोह घटना’ (Iron Event) ह्या नावाने संबोधतात. ह्या घटनेमुळेच आजच्या पृथ्वीच्या अंतरंगातली वेगवेगळ्या मिश्रण घटकांनी बनलेली well defined ‘थरांची रचना’ निर्माण होण्याला सुरुवात झाली.

सूची :

महास्फोट - Big bang	वजन - Weight
काळ - time	केंद्र - Core
अवकाश - Space	अणू-संमीलन - Nuclear Fusion
घनता - Density	उत्सर्जन - Dissipation
मूलकण - Elementary particles	अंतर्ग्रह - Inner Planets
त्वरण - Acceleration	बहिर्ग्रह - Outer Planets
वस्तुमान - Mass	उल्कावर्षाव - Meteorite Shower
प्रसरण - Expansion	द्रवणांक - Melting Point
परिवलन - Rotation	गुरुत्वाकर्षण - Gravitational Force

*Citation : All cartoons & images from UES 201 Notes of Dr. Kusala R. (2013)

पृथ्वीच्या जन्माची कहाणी आपण मागच्या लेखात पाहिली. तो काळ होता साधारण ४.५ अब्ज वर्षांपूर्वीचा! द्रव-घन पदार्थांच्या मिश्रणाने तयार झालेला, अतितप्त, सुनिश्चित रचना नसलेला एक ग्रह ते आजची स्तरांची रचना असलेली, जैवविविधतेने नटलेली ‘आपली’ पृथ्वी हे बदल काही अचानक घडले नाहीत. त्यामागे निश्चितच बरीच गुंतागुंतीची कारणं आहेत. वेगवेगळ्या भौतिक, रासायनिक, जैविक घटकांचे परस्परसंबंध आल्यामुळे घडत गेलेल्या रासायनिक क्रिया आहेत. हे सगळं थेट भूभौतिकशास्त्राशी निगडित नसलं तरी ‘पृथ्वीच्या उत्क्रांतीची’ ही संपूर्ण प्रक्रिया समजून घेणं गरजेचं आहे.

ह्या आणि पुढच्या भागात आपण पृथ्वीची उत्क्रांती प्रक्रिया टप्प्याटप्प्याने उलगडणार आहोत.त्यासाठी पृथ्वीच्या जन्मावेळची स्थिती नेमकी कशी होती ते आपण मागच्या लेखात पाहिलं.

आपण अजूनतरी इथेच आपल्या ग्रहावर असल्यामुळे सध्याची पृथ्वीची स्थिती आपल्याला माहिती आहेच परंतु त्याचा सोप्या शास्त्रीय दृष्टिकोनातून आढावा घेऊया.

आपली पृथ्वी मुख्यत्वे चार मुख्य आवरणांनी आच्छादलेली आहे. वातावरण, जलावरण, जीवावरण आणि शिलावरण.

वातावरण: पृथ्वीला आच्छादून असलेलं, वेगवेगळ्या वायूंच्या मिश्रणाने तयार झालेलं ते वातावरण.

जलावरण : पृथ्वीच्या पृष्ठभाग व्यापून असलेलं, जमिनीखालचं आणि हवेतलं अश्या सगळ्या रुपातलं पाण्याचं आवरण म्हणजेच जलावरण. त्यात महासागर, समुद्र, खाऱ्या तसेच गोड्या पाण्याची सरोवरे, नद्या, इतकेच नव्हे तर गोठलेल्या स्वरूपातील पाणी (हिमनद्या, आर्क्टिक, अंटार्क्टिक, पर्वतरांगांवरचं हिम) (cryosphere : हिमावरण), हवेतलं बाष्प ह्या सगळ्याचा अंतर्भाव होतो.

जीवावरण : आपल्या ग्रहाचं वेगळेपण अर्थातच वेगवेगळ्या ठिकाणी, विविध स्वरूपात, तापमानात सापडणारी सजीवसृष्टी. मग त्यात महासागरांच्या तळाशी खोलवर राहणाऱ्या जलचरांपासून ते अगदी वातावरणातल्या सर्वाधिक उंचीवरच्या थरात आढळणारे जीवाणू-विषाणू अश्या सगळ्या एकपेशीय जीवापासून ते महाकाय अश्या अनेकपेशीय वनस्पती- प्राण्यांचा समावेश होतो. ह्यातलीच एक ‘आपली’ शाखा म्हणजे ‘Anthrosphere’ अर्थात मानवावरण.

शिलावरण : हा आपल्या अभ्यासाचा विषय म्हणजेच पृथ्वीचा खडक, मातीने तयार झालेला दृश्य- स्वरूपातला पृष्ठभाग (डोंगर, दऱ्या, सपाट जमीन, बेटं इत्यादी), महासागराखालची जमीन, त्यातले धातू-खनिजांचे प्रचंड साठे, त्याखालचा प्रावरण/ मध्यकवचाचा भाग आणि अत्यंत तप्त असं प्रवाही पदार्थांचं मिश्रण असलेलं बाह्य केंद्रक आणि अतिदाबामुळे स्थायुरूपात असलेलं आतलं केंद्रक म्हणजेच पृथ्वीचा गाभा!

ह्या वेगवेगळ्या प्रणालींचे परस्परांशी फारच घनिष्ट संबंध आहेत. एखाद्या आवरणातल्या छोट्याश्या बदलाचे इतर सगळ्याच आवरणांवर दूरगामी परिणाम होऊ शकतात. भूगर्भशास्त्राशी संबंधित माहिती आपण जाणून घेत आहोत म्हणून त्यासंबंधीच्या नुकत्याच घडलेल्या दोन घटना आपण उदाहरण म्हणून पाहू.

2004 Indian Ocean earthquake and tsunami :
२००४ मध्ये इंडोनेशियाजवळ घडलेली ही घटना आपल्याला सगळ्यांना माहितीची.सुमारे ३० मी खोलीवर, हिंदी महासागराच्या तळाखाली तब्बल ९.१ - ९.३ magnitude^१ चा भूकंप झाला. ही खरंतर शिलावरणाशी संबंधित घटना. परंतु त्यातून झालेल्या प्रचंड ऊर्जा उत्सर्जनामुळे हिंदी महासागरात त्सुनामी (महाकाय उंचीच्या लाटा) निर्माण झाली. त्याचे जीवावरणावरचे दृश्यस्वरूपातले भयावह परिणाम आपण सगळ्यांनीच पहिले! अंदमान द्वीपसमूहातील बेटांच्या उंचीत फरक पडला. समुद्राच्या पाण्यात असल्यामुळे माहिती नसलेली कित्येक प्रवाळ बेटं समुद्र पातळीच्या वर आल्यामुळे नष्ट झाली. भूजलाच्या प्रवाहांमध्ये झालेल्या बदलांचे दुष्परिणाम अदृश्य असल्यामुळे ते समजण्यात काही वर्ष गेली. ह्या संपूर्ण घटनेचा सविस्तर आढावा आपण नंतर घेऊच.

The 2010 eruptions of Eyjafjallajökull :
अर्थात २०१०मध्ये आईसलँडमध्ये झालेले ज्वालामुखी उद्रेक.
युरोपातल्या हवाई वाहतुकीचे तीन तेरा वाजवणाऱ्या ह्या ज्वालामुखीचा उद्रेक ही भूगर्भाशी संबंधित घटना पण त्यातून झालेल्या प्रचंड वायू आणि धूलिकण उत्सर्जनाचे दृश्य-अदृश्य परिणाम केव्हढे वातावरणीय बदल घडवून गेले!

त्यामुळेच ह्या वेगवेगळ्या आवरणांचं स्वरूप जरी वेगवेगळं असलं तरीही त्या संबंधांचं एक जाळं विणलं गेलंय. त्यातला एकजरी धागा ओढला गेला तरी इतर प्रणालींवर त्याचे परिणाम मोठ्या प्रमाणावर होताना आपल्याला पाहायला मिळतात.

आपल्यादृष्टीने जीवावरण आणि त्यातही मानवावरण महत्वाचं असलं तरीही त्यात मोठे बदल घडवण्याची क्षमता ह्या इतर आवरणातील छोट्या छोट्या घटनांमध्ये आहे त्यामुळेच त्याकडे कानाडोळा करणं आपल्या भवितव्याच्या दृष्टीने फार धोक्याचं ठरेल. अर्थातच ह्यापूर्वी पृथ्वीच्या इतिहासात अश्या संपूर्ण ग्रहावर परिणाम होईल, होत्याचं नव्हतं होईल अश्या घटना घडल्या आहेत का? नक्कीच! एकदाच नाही तर अनेकदा! म्हणूनच आता आपण पृथ्वीच्या उत्क्रांतीच्या रंजक इतिहासाकडे वळूया.

आता हा इतिहास सांगायचा म्हणजे त्यासाठी प्रत्येक विधानाला पुरावे पाहिजेतच. पृथ्वीचा इतिहास हा तब्बल ४.५ अब्ज वर्षांचा! त्यासाठी लागणारे पुरावे हे शोधणं कठीण असलं आणि ते थेट उपलब्ध नसले तरी वेळोवेळी आपल्या पृथ्वीवर सापडलेली खनिजद्रव्यं, दगड, जीवाष्म, त्यांचा अभ्यास, खगोलीय वस्तूंची निरीक्षणं, तिथे आढळणारी मूलद्रव्य, संयुगं आणि तर्कशास्त्राच्या आधारे बऱ्यापैकी सुसंगत पद्धतीने हे उत्क्रांतीचं कोडं सोडवलं आहे. त्यातल्या अस्पष्ट बाबींसंबंधी संशोधन अजूनही चालू असल्यामुळे त्याला खऱ्या अर्थाने परिपूर्ण म्हणता येणार नाही. पण हेही नसे थोडके!

पृथ्वीच्या जन्मापासूनच हा कालावधी प्रचंड असल्यामुळेच भौगोलिक कालमापनानुसार ह्या कालखंडाचं वर्गीकरण वेगवेगळ्या काळांमध्ये केलं गेलंय. त्याचा पाया हा मुख्यत्त्वे ‘भूपृष्ठावरील आवराणातल्या वेगवेगळ्या थरांचा अभ्यास’ हा आहे. मात्र ह्यात खूपच jargon आणि nomenclature असल्यामुळे आपण तिकडे तात्पुरतं दुर्लक्ष करूया.

पण मग ह्याला दुसरा काही सोपा पर्याय? अर्थातच! आपण चक्क एक चित्रपट बघणार आहोत! मात्र २४ तासांचा! पृथ्वीच्या जन्माचा क्षण म्हणजेच मध्यरात्रीचे १२ वाजले असं समजून दिवसाचा शेवट म्हणजे कालचा दिवस असलेला हा रंजक चित्रपट 'पृथ्वीची उत्क्रांती'!
चला सुरुवात करूया...

0.00.00 Formation of Earth पृथ्वीचा जन्म

Upto 3am : Formation of moon and differentiation starts

पृथ्वीच्या जन्मानंतरच्या ३ byrs मध्येच मोठ्या टकरीतून चंद्राचा जन्म कसा झाला आणि मग पृथ्वीवर अंतर्गत उष्णता कशी वाढत गेली हे आपण पाहिलंच. त्यातूनच पुढचे तीन तास आपल्या ग्रहाची ‘स्तरांची’ रचना आकार घेत होती. हा कालावधी प्रत्यक्षात फार मोठा होता. वातावरणासारखं कवच नसल्यामुळे पृष्ठभाग प्रचंड उल्कावर्षावामुळे अक्षरश: शेकून निघत होता. अंतर्गत भागात मात्र मोठ्या प्रमाणावर हालचाल होत होती. मागे उल्लेखलेल्या ‘लोह घटनेची’ गती वाढली.

लोह आणि त्यासारखे जास्त घनतेची मूलद्रव्ये तापमानामुळे प्रवाही रूपात असल्यामुळे पृथ्वीच्या गाभ्याच्या दिशेने वाहू लागली आणि ऍल्युमिनिअम, सिलिकॉन, कार्बन ऑक्सिजन अशी हलकी मुलद्रव्ये बाहेरच्या बाजूला फेकली जात होती. त्यात मुख्यत्वे सिलिकेट्स मोठ्या प्रमाणात होते. ह्यालाच accretion प्रक्रिया म्हणतात. (अभिवृद्धी प्रक्रिया)

लोह आणि इतर मूलद्रव्ये गाभ्याकडे गेल्यामुळे त्यांची गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा कमी झाली. हलकी मूलद्रव्ये प्रवाही रूपात असल्यामुळे अभिवृद्धी प्रक्रियेदरम्यान पृष्ठभागापर्यंत पोहोचली ह्यात ह्या पदार्थांच्या स्थितिज ऊर्जेमध्ये बदल घडून आल्यामुळे ऊर्जेचं उत्सर्जन झालं आणि ही ऊर्जा वातावरणाच्या अभावामुळे प्रारण-प्रक्रियेद्वारे (radiation) अवकाशात फेकली गेली. परिणामी पृथाभागाचं तापमान काहीसं कमी होऊन द्रवरूपातील हलक्या मूलद्रव्य-संयुगांनी, सिलिकेट्सनी पृष्ठभाग तयार झाला. ह्यालाच मॅग्माचा समुद्र म्हणतात.

पुढे जसजसा काळ गेला तसा पृथ्वीचा पृष्ठभाग थंड होऊ लागला. पृष्ठभागावर आलेल्या प्रवाही मूलद्रव्य आणि संयुगांचं स्थायुंमध्ये रूपांतर होऊ लागलं. त्यातूनच मॅग्माचा समुद्र घनरूप धारण करू लागला. त्यातूनच आजचं पृष्ठभागावरचं भूकवच अर्थात क्रस्ट (Crust) तयार झालं असावं.

ह्या काळात सुदैवाने पुरेसं गुरुत्वाकर्षण बल असल्यामुळे इतर निष्क्रिय वायूंप्रमाणे (inert मूलद्रव्य) बाष्परूपातलं पाणी मात्र अवकाशात फेकलं गेलं नाही आणि त्यामुळेच पुढे सजीव ह्या ग्रहावर अवतरणार होते!

गाभ्यात मात्र लोह आणि निकेल जमा होऊ लागलं होतं. पृष्ठभागावरच्या आणि गाभ्यांकडच्या प्रमाणातली प्रचंड तफावत आणि पृथ्वीचं परिवलन ह्यातूनच पृथ्वीचं स्वात:च चुंबकीय क्षेत्र तयार व्हायला सुरुवात झाली होती. मात्र प्रचंड अंतर्गत हालचालींमुळे त्याला आजचं निश्चितंस स्वरूप नव्हतं. गाभा, मध्यावरण आणि कवच अश्या एकमेकांपासून त्यातल्या मूलद्रव्य, संयुगं आणि तापमानामुळे वेगळ्या असलेल्या थरांच्या ह्या रचनेने अगदी आजच्यासारखं नाही परंतु बऱ्यापैकी सुनिश्चित असं रूप घेतलं होतं.
पहाटेचे ३ वाजले होते!

(क्रमश: )

तळटीपा
१. ही तीव्रता ‘रिश्टर स्केल’मध्ये नाही. ह्या स्केलला moment magnitude म्हणतात. अधिक माहिती पुढे येईलच.
२. १ Billion = १ अब्ज = १०^९

*Citation : Most cartoons & images from UES 201 Notes of Dr. Kusala R. (2013)

गेल्या भागात आपण पाहिलं की पृथ्वीच्या थरांच्या रचनेने अगदी आजच्यासारखं नाही परंतु बऱ्यापैकी सुनिश्चित असं रूप घेतलं होतं. पहाटेचे ३ वाजले होते!

आता पुढे पाहू-

ह्यादरम्यान सततच्या हालचालींमुळे ज्वालामुखींचे उद्रेक होत असत. त्यातून वेगवेगळ्या वायूंचं मोठ्या प्रमाणावर उत्सर्जन होई. त्यात बाष्पाचं प्रमाणही लक्षणीय होतं.

गुरुत्वाकर्षण, चुंबकीय बल आणि कमी होत असलेलं तापमान ह्या सगळ्याचा एकत्रित परिणाम होऊन अगदी प्राथमिक स्वरूपाचं का होईना पण वातावरण तयार झालं. बाष्पाचं पाण्यात रूपांतर होऊन त्याचे साठे सखल भागात तयार झाले. त्यात इतरही वेगवेगळी संयुगं, मूलद्रव्य मिसळलेली होती त्यामुळेच हे मिश्रण मुख्यत्त्वे आम्ल गुणधर्माचं होतं.

Billions of years

एका अद्भुत महानाट्यासाठी पृथ्वीचा रंगमंच तयार होत होता!

4am Origin of life
पहाटेची चाहूल लागली होती. त्याच सुमारास कुठल्यातरी अथांग पाण्याच्या साठ्यात चमत्कार घडत होता. आजवर कुठेच न घडलेली आणि आपल्या ग्रहाचं संपूर्ण भविष्य पालटून टाकेल अशी ही घटना! पृथ्वीवर सजीवाची चाहूल लागली होती! पहाटेच्या निरव शांततेत ४ वाजण्याच्या सुमारास काही मूलद्रव्य आणि संयुगांच्या रासायनिक मिश्रणातून एक पुनर्निर्मितिक्षम, सुनिश्चित आकार असलेली पेशी तयार झाली. हाच तो क्षण, जीवनाच्या निर्मितीचा!

5.36 Oldest fossil
सूर्योदयाच्या सुमारास कुठेतरी भविष्यात लिहिल्या जाणाऱ्या इतिहासासाठी पुरावे जपण्यास सुरुवात झाली होती. ह्या काळात हालचाली काहीश्या मंदावल्या होत्या. तापमानही हळूहळू कमी होत होतं. महासागरातल्या एकपेशीय जीवांचे खडकांमध्ये जीवाष्म (fossil) तयार होऊ लागले होते. आपल्याला सापडलेलं सगळ्यात जुनं जीवाष्म ह्याच काळातलं आहे. मात्र ह्या काळाबद्दल विशेष काही सांगता येत नाही.
The oldest evidence for life may be 3.5-billion year old sedimentary structures from Australia that resemble stromatolites. They are created today by living mats of microorganisms (mostly cyanobacteria, or blue-green algae)

6am to 1.52pm Abundant banded Iron formation
बँडेड आयर्न म्हणजेच गाळाच्या खडकांमध्ये वेगवेगळ्या लोहसंयुगांचे पट्टे तयार होणं. ही संयुगं मुख्यत्त्वे ऑक्साईडस असतात. जवळजवळ अडीच प्रहर, वेगवेगळ्या खडकांमध्ये लोहसंयुगांचे पट्टे तयार होत होते. त्यामागे तत्कालीन वातावरण, तापमान, पृथाभागावरील खडकांमध्ये असलेलं लोहाचं प्रमाण, शिलावरणातील हालचाली अशी अनेक कारणं आहेत. रासायनिक स्थिर स्थिती (stable state) गाठण्यासाठी लोहाची ऑक्सिजनसोबत रासायनिक प्रक्रिया होऊन लोह ऑक्साईडस (Iron oxides) तयार होतात हे आपल्याला माहितीच आहे. वातावरणातल्या ऑक्सिजनचं प्रमाण त्या काळात सतत बदलत होतं आणि त्या बदलत्या प्रमाणानुसार खडकांमध्ये वेगवेगळी लोह संयुगं तयार होत गेली. त्यांच्या रासायनिक रचनेनुसार, रंग-पोत ह्यामध्ये फरक होतेच त्याचे थर तयार होत राहिले. आजही असे लोहखनिजाचे पट्टे विविध ठिकाणच्या जुन्या खकांमध्ये पाहायला मिळतात. त्यांच्या अभ्यासातूनच तत्कालीन वातावरणाविषयी अधिक माहिती मिळवणं आज शक्य होत आहे. हे लोहसंयुगाचे साठेच आजच्या लोहखनिजाचा मुख्य स्रोत आहेत.

2.08 : Single celled Algae
दुपारचे दोन वाजून जेमतेम काही मिनिटं झाली आणि अजून एक भिन्न जातीय पेशी अस्तित्वात आली. आधीच्या एकपेशीय सजीवाला ह्या नवीन पेशीने गिळंकृत केलं आणि त्यांच्या सहसंबंधातून युकॅरिओटिक पेशीचा (Eucaryotic Cell) जन्म झाला. युकॅरिओटिक म्हणजेच अंतर्गत यंत्रणा असलेली पेशी. वनस्पती पेशी ह्याच प्रकारच्या असतात त्यामुळे ह्याच युकॅरिओटिक पेशीपासून त्या काळात एकपेशीय वनस्पती (Single celled Algae) तयार झाली. ह्यालाच सजीवांच्या उत्क्रांतीची सुरुवात असंही म्हणता येईल. ही प्रक्रिया पार पडत असली तरीही त्यानंतर काहीतरी विशेष घडण्यासाठी तब्बल चार तास थांबावं लागणार होतं!

6.08 Sexual reproduction
सूर्यास्ताच्या सुमारास ह्या महासागरात असलेल्या युकॅरिओटिक पेशी एकत्र येऊन त्यांचा पेशी-समूह तयार होण्यास सुरुवात झाली होती. त्यातूनच अगदी प्राथमिक स्वरूपात अनेकपेशीय सजीवांची प्रजाती अस्तित्वात आली. पेशी भेद प्रक्रियेतून (cellular differentiation) विशिष्ट कार्य असलेल्या पेशी तयार झाल्या. ह्यातल्या काही अनेकपेशीय सजीवांमध्ये लैंगिक पुनरुत्पादनासदेखील सुरुवात झाली. त्यामुळेच वेगवेगळ्या जातीच्या जीवांच्या संकरातून नवीन प्रजातींच्या निर्मिती प्रक्रियेला चालना मिळाली. भविष्यातल्या अनेकविध प्रजातींच्या निर्मितीसाठी ही पुनरुत्पादन प्रक्रिया अनुकूल ठरणार होती.

History of earth in 24 hours clock

8.28 Sea weeds
ह्या अनेकपेशीय सजीवांतूनच पुढे उत्क्रांती होत समुद्शैवाल ह्या वनस्पती प्रजातीचं अस्तित्व जाणवू लागलं होतं. त्यांच्या प्रकाशसंश्लेषणामुळे (photosynthesis) सजीवांमार्फत होणाऱ्या ऑक्सिजन निर्मितीच्या प्रक्रियेला सुरुवात झाली. रात्रीचे साडेआठ वाजले होते.

8.48 Jellyfish
अर्ध्या तासातच पाण्यात सहजी चलनवलन करू शकणाऱ्या जेलीफिशसारख्या वेगवेगळ्या समुद्री प्राण्यांच्या प्रजाती आढळून येऊ लागल्या. आता ऊर्जानिर्मितीसाठी सजीव ऑक्सिजन वापरही लागले होते. हा अन्न साखळीतला एक महत्त्वाचा टप्पा होता. ह्यानंतर एका घटनेमुळे प्राणी जगातला उभारी मिळाली.

9.04 Cambrian explosion
हा कँब्रियन काळ मानला जातो. ह्या काळात तत्कालीन अनुकूल वातावरण आणि इतर परिस्थितीमुळे सजीवांच्या उत्क्रांतीला मोठ्या प्रमाणावर चालना मिळाली. त्या प्रक्रियेचा वेग प्रचंड वाढला. छोट्याश्या कालखंडात अचानक प्राण्यांच्या वर्गीकरणातल्या वेगवेगळ्या प्राथमिक संघात मोडणाऱ्या अनेक प्राणी प्रजाती निर्माण झाल्या. त्याचे पुरावे जीवाश्मांच्या रूपात आपल्याला सापडतात. ऑक्सिजनच्या प्रमाणात झालेली वाढ, ओझोन थराची निर्मिती, हिमयुगासारखं वातावरण, समुद्राच्या पाण्यात कॅल्शिअमचं वाढलेलं प्रमाण अशी ह्यामागची कारणं असावीत असं मानलं जात असलं तरीदेखील संशोधकांना सहजी स्पष्टीकरण देता न आलेली ही एक अत्यंत आश्चर्यकारक घटना आहे .
Evolution of life timeline

9.52 Land plants
कँब्रियन स्फोटाचा परिणाम म्हणजेच आता सजीव सृष्टी महासागराच्या पाण्यातून बाहेर पडून जमिनीवर स्थिरावू पाहत होती. वातावरणात अनुकूल बदल घडून येत होते. जमिनीवर सजीवांसाठी परिस्थिती अगदी सुयोग्य म्हणता येणार नाही पण प्रतिकूल नक्कीच नव्हती. वेगवेगळ्या प्राथमिक वर्गातल्या वनस्पती जमिनीवरती मूळ धरू पाहत होत्या.

ह्या मधल्या काळात एक आश्चर्यकारक घटना घडली. Great oxidation event!
वेगवेगळ्या प्रकाशसंश्लेषण करणाऱ्या सजीवांमुळे वातावरणातील ऑक्सिजनचं प्रमाण वेगाने वाढत गेलं. महासागरांमध्येसुद्धा पाण्यात मिसळलेल्या/ विरघळलेल्या ऑक्सिजनचं (dissolved oxygen) प्रमाण वाढलं. सजीवांच्या मुख्यत्त्वे प्राण्यांच्या वाढीला पोषक असं वातावरण तयार होत होतं.

10.24 : Coal Swamps, insects, reptiles
पूर्वीच्या काही प्रजाती नष्ट होऊन त्यावर जमलेल्या गाळामुळे आणि इतर कार्बन संयुगांमुळे तयार झालेले कोळशाचे साठे ह्या काळात मोठ्या प्रमाणात सर्वत्र आढळून येऊ लागले. छोटी झुडुपांची जंगलं जमिनीवर तयार होत होती आणि त्याच सुमारास छोटे पंख असलेले कीटक आणि सरपटणाऱ्या प्राणी प्रजातीचा जन्म झाला. पोषक वातावरण आणि मुबलक अन्न, जीवाला धोका निर्माण करणाऱ्या इतर शत्रू प्राण्यांचं नगण्य अस्तित्व ह्याचा सकारात्मक परिणाम झाल्यामुळे सरपटणाऱ्या प्राण्यांत उत्क्रांतीचा वेग प्रचंड वाढला.

10.56 : Dinosaurs
ह्या वेगामुळेच अश्या प्राण्यांपासून इतर समरूप प्रजातीतील सजीवांची निर्मिती झाली. उडणारे पक्षी, सरपटणारे आणि अगदी छोटे सस्तन प्राणी ह्यांचा त्यात समावेश होतो. अगदी सुसरीसारख्या आकारापासून ते काही हत्तीच्या आकारामानाएव्हढे विविध प्रकारचे डायनोसोर्स तयार झाले. हाच तो प्रसिद्ध ज्युरासिक कालखंड! डायनॉसॉर्सच्य अस्तित्वामुळे उत्क्रांतीचा वेग काहीसा मंदावल्यागत भासू लागला मात्र केवळ काही सेकंदातच अघटित घटना घडली आणि ह्या भयावह वाटणाऱ्या सरपटणाऱ्या प्राण्यांचं पृथ्वीतलावरून समूळ उच्चाटन झालं. त्यात पक्षी आणि छोटे सस्तन प्राणी, समुद्री जीव मात्र वाचले. दिवस अगदी संपत आला तरी देखील प्राण्यांच्या वर्गीकरणातली शेवटची पायरी गाठली गेली नव्हती परंतु काही क्षणांत हे सारं चित्र पालटणार होतं.

11.39 Mammals
दिवस संपायला जेमतेम २० मिनिटं उरलेली असतानाच डायनॉसोर्सच्या विनाशाच्या पार्श्वभूमीवर उत्क्रांतीचा पुढचा टप्पा सुरु झाला.मोठ्या सस्तन प्राण्यांची निर्मिती होऊ लागली. त्यांच्या वेगवेगळ्या पोटजाती तयार होऊ लागल्या. जमिनीवर प्राण्यांची संख्या वाढू लागली. ससे, मांजरींपासून ते गेंडे-हत्ती असे विविध आकार-प्रकारांचे प्राणी जंगलांमध्ये नंदू लागले होते. मात्र मानवाचा अजून कुठेच ठावठिकाणा नव्हता!

11.58.42 : Humans
नव्या दिवसाची चाहूल लागली. जेमतेम सव्वा मिनिट शिल्लक असतानाच तो चमत्कार घडला! बहुदा आफ्रिकेतल्या कुठल्यातरी जंगलात निअँडरथल आणि त्यानंतर काही क्षणांतच होमो सेपियन्स म्हणजे आधुनिक मानव अवतरले! पोषक वातावरण आणि खंडीय भौगोलिक रचनेमुळे ह्या प्राण्यांनी सारं जग पादाक्रांत केलं! मानवी युगाच्या सुरुवातीचा हाच तो क्षण! अश्मयुगातून बाहेर पडून, मेंदूतल्या विचारांच्या शक्तीचा वापर करण्यास शिकलेल्या मानवाची अति-प्रगत मानवाकडे म्हणजेच आजच्या मनुष्यप्राण्याकडे वाटचाल सुरु झाली होती. प्रगतीचे वेगवेगळे टप्पे गाठत, शेवटच्या काही सेकंदांमध्ये अंध:कारमय मध्ययुगाला मागे सारत मानवाने औद्योगिक क्रांती घडवून आणली आणि सारं चित्रच पालटलं! अगदी शेवटच्या क्षणांत, काही अब्ज वर्षांचा इतिहास असलेली आपली वसुंधरा जगते की वाचते अशी भीती महायुढ़धांमुळे सगळ्यांनाच वाटत असतानाच त्या साऱ्याचा अंत झाला. बघता बघता नवीन सहस्रक उजाडलं आणि दिवसही संपला होता!

Link to video^१ : https://www.youtube.com/watch?v=H2_6cqa2cP4

Geological timescales भौगोलिक कालमापन
शास्त्रीय अभ्यासाकरिता ह्या संपूर्ण कालखंडाचे वेगवेगळ्या काळामधे वर्गीकरण केले आहे. ^२ आपण ते सविस्तर पाहणार नाही मात्र कुतूहल शमवण्यासाठी आणि ज्युरासिक, traiasic, कँब्रियन वगैरे म्हणजे काय हे थोडक्यात समजून घेण्यासाठी थोडक्यात चित्र-तक्ता पाहूया.

तळटीपा
१. दोन्हींत काही ठिकाणी वेळेचा थोडासा फरक जाणवेल पण मुख्य घटनाक्रम तोच आहे हे महत्वाचे.
२. भौगोलिक कालमापनाची अधिक माहिती : https://en.wikipedia.org/wiki/Geologic_time_scale

*Citation : Most cartoons & images from UES 201 Notes of Dr. Kusala R. (2013), UES 200 Notes of Dr. Kusala R. (2014)

आधीच्या दोन भागांमध्ये आपण ह्या ग्रहाच्या जन्मापासून सजीवांच्या उत्क्रांतीच्या इतिहासाचा थोडक्यात आढावा घेतला. त्यातून पडणारा साहजिक प्रश्न म्हणजे हे सारं योगायोगाने घडलं असावं का ? ह्यात अनुकूल घटनाक्रमाचा मोठा वाटा असला तरीही वैज्ञानिक दृष्टिकोनातून काही प्रश्नांची उत्तरं शोधण्याचा केलेला प्रयत्न.

आपण एकटेच ?

शेकडो प्रकाशवर्ष दूर असलेल्या एखाद्या सूर्यमालेत सापडलेल्या ग्रहांच्या शोधाची नासाने घोषणा केली किंवा आपल्याच सूर्यमालेतल्या कुठल्याश्या उपग्रहांवर पाण्याचा अंश सापडला अशी बातमी आली की लगेचच ह्या विश्वात इतरत्र जीवसृष्टी असेल का असे प्रश्न पुन्हा पुन्हा डोकं वर काढतात. त्याची समाधानकारक उत्तरं सध्यातरी नाहीत. आपल्याकडील जीवसृष्टी ही मुख्यत्त्वे पाण्यावर आणि सौर-उर्जेवर आधारित आहे. आपल्या जलाधारित जीवसृष्टीच्या निर्मितीमागची सर्वात महत्त्वाची घटना म्हणजेच पृष्ठभागावर तयार झालेले प्रचंड जलाशय! त्यामुळेच वेगवेगळ्या सेंद्रिय रेणूंच्या परस्परांशी झालेल्या रासायनिक प्रक्रियेसाठी योग्य स्थिती निर्माण झाली.
इतरत्र अशीच जीवसृष्टी असेल का, इतर कोणत्या ऊर्जास्रोतांवर/ संयुगांवर आधारित सजीव असू शकतील का असे कित्येक प्रश्न आजही अनुत्तरितच आहेत. मात्र आपल्या ग्रहावर सजीवांच्या आगमनासाठी अनुकूल परिस्थिती कशामुळे निर्माण झाली असेल ह्याचे काही पुराव्यांआधारे अंदाज वर्तवता येतात. ते थोडक्यात पाहूया.

पृथ्वीचा जन्म अभ्यासताना, अंतर्गत उष्णता निर्मिती-वाढीचीची कारणं आपण पाहिली ^१. त्याच काळात पहिल्यांदा ह्या अनुकूलतेला सुरुवात झाली असं मानण्यास हरकत नाही. आपल्या ग्रहाचं आकारमान मोठं असतं तर त्यातल्या पोटॅशिअम (Potassium), युरेनियम (Uranium), थोरिअम (Thorium) अशा किरणोत्सर्गी मूलद्रव्यांचे साठेही तितकेच जास्त प्रमाणात आढळले असते आणि त्यामुळे त्यांच्या आण्विक विघटनाची आणि त्यातून उष्णतानिर्मितीची प्रक्रिया (अंतर्गत furnace प्रक्रिया) खूप लवकर सुरु झाली असती. परिणामी सगळ्या स्वरूपातलं पाणी आणि हायड्रेट्स (hydrates) संयुगांमधलं पाणी निष्क्रीय मूलद्रव्यांसोबत सुरुवातीच्या अति-प्राथमिक वातावरणातून अवकाशात फेकलं गेलं असतं. ह्याउलट जर आकारमान लहान असतं तर पुरेश्या पोटॅशिअम(K), युरेनियम(U), थोरिअम(Th) अभावी, अंतर्भागातल्या खनिजांमध्ये, संयुंगांमध्ये असलेलं पाणी त्यातच अडकून राहिल्यामुळे (बाष्पीभवनाच्या कमतरतेमुळे) पृष्ठभागावर येऊ शकलं नसतं आणि सजीव निर्मितीला पोषक वातावरण उपलब्ध झालं नसतं.

इतरही काही घटक पृथ्वीच्या अनुकूलतेसाठी कारणीभूत ठरतात का? अर्थातच.

आधी एखाद्या ग्रहावर सजीवांच्या वास्तव्यासाठी काही अत्यंत महत्त्वाचे आणि आवश्यक घटक कोणते ते पाहूया.

1. अनेक अब्ज वर्षांचं स्थिर आयुष्य असलेल्या एखाद्या ताऱ्याभोवती परिभ्रमण (revolution).
2. अश्या ताऱ्यापासूनचं अंतरही फार कमी अथवा फार जास्त असू नये जेणेकरून त्या ग्रहावर पाण्याचे द्रवरुपातले साठे मोठ्या प्रमाणावर असतील.
3. दिवस आणि रात्रीच्या तापमानात / ध्रुव आणि विषुववृत्ताच्या परिस्थितीत अति टोकाचे फरक असू नयेत.
4. ग्रहाची परिभ्रमण कक्षा सर्वसाधारणपणे वर्तुळाकार असेल आणि अक्ष फार कललेला नसेल.

ह्यातून साहजिकच प्रश्न पडतो तो म्हणजे मंगळाचा! त्याचं आकारमान पृथ्वीएव्हढच असूनही आणि ध्रुवीय प्रदेशात बर्फाळ आवरण असूनही तेथे आपल्यासारख्या सजीवसृष्टीचं अस्तित्व का सापडलेलं नाही? पाण्याच्या इतर संयुगांपासून वेगळं होण्याच्या क्रियेसाठी आवश्यक अंतर्गत उष्णता निर्माण करण्यासाठी लागणारा पोटॅशिअम(K). युरेनियम(U), थोरिअम(Th) ह्या किरणोत्सर्गी मूलद्रव्यांचा पुरेसा साठा तिथे नसावा असा अंदाज वर्तवण्यात येतो आणि त्यामुळेच जीवसृष्टी बहरण्यासाठी आवश्यक असे पाण्याचे साठे, सुयोग्य तापमान, अनुकूल वातावरण ह्यांच्या अभावामुळेच मंगळावरच्या जीवसृष्टीच्या अस्तित्वाबाबत प्रश्नचिन्ह कायम आहे.

अंतर्ग्रहांचं अंतर खूपच कमी असल्यामुळे तिथे ग्रहांच्या पृष्ठभागाचं तापमान खूप जास्त असतं. बरेचसे बहिर्ग्रह लांब असले तरी आकारमान मोठं असल्यामुळे तिथे जीवसृष्टी असू शकेल का हा प्रश्न पडतो^२ परंतु दुर्दैवाने त्यातले बरेचसे ग्रह वायुरूपात^३ आहेत. त्यामुळे ते ह्या शर्यतीत बाद ठरतात.

आपल्या सूर्यमालेत ह्या अनुकूलतेच्या सगळ्या अटींची पूर्तता करणारा एकमेव ग्रह म्हणजेच पृथ्वी!

परस्परावलंबी प्रणाली - A system of interacting components

पृथ्वी अतिचंचल! अंतर्गत आणि बाह्य उष्णतेच्या इंजिनांद्वारे मिळणाऱ्या ऊर्जेमुळे सतत हालचाल करणारी!

बाह्य उष्णतेचा मूळ स्रोत अर्थातच सूर्य! सौरऊर्जेमुळे वातावरणात घडून येणारे विविध बदल, भरती-ओहोटीचं चक्र ह्याचा परिणाम भूपृष्ठावरच्या वेगवेगळ्या भौगोलिक रचनांवर आणि पर्यावरण-परिसंस्थांवर होत असतो.

अंतर्गत उष्णतेचं इंजिन हे मुख्यत्वे किरणोत्सर्गामुळे म्हणजेच मध्यकवच आणि केंद्रात साठलेल्या किरणोत्सर्गी मूलद्रव्यांच्या सातत्याने होणाऱ्या विघटनातून निर्माण होणाऱ्या उर्जेवर चालतं. काहीसं पर्जन्यचक्रासारखंच असलेलं परंतु एका चक्राचा पूर्ण होण्याचा कालावधी काही-शे वर्ष असलेलं खडकांचं चक्र (Rock cycle)^४ अविरत चालू राहण्यात ह्या अंतर्गत इंजिनाचा मोठा वाटा आहे. शिलावरणत होणारे भूकंप, ज्वालामुखी ह्यांसारखे मोठे बदलही त्याचीच परिणती!
ह्यासगळ्याचा आपल्या ग्रहाला एक परिसंस्था (Earth System) बनवण्यात मोलाचा वाटा आहे.

पृथ्वीला जीवित स्वरूप देणाऱ्या तीन महत्वाच्या प्रणालींची थोडक्यात ओळख करून घेऊया.

१. हवामान प्रणाली: ह्यात जागतिक स्तरावर होणारे वातावरणातील बदल वातावरणातील बदलांची कारणं ह्याचा समावेश होतो, केवळ हे बदलच नव्हे तर , त्यामुळे इतर तीन आवरणांवर होणारे परिणाम , त्यांचे परस्परसंबंध ह्यांचाही अंतर्भाव आहे.

२. भूस्तर स्थापत्य (Plate tectonics): भूगर्भाशी संबंधित घटना (उदा ज्वालामुखीचा स्फोट, भूकंप) ह्या पृथ्वीच्या अंतर्गत होणाऱ्या वेगवेगळ्या हालचालींचा परिपाक होय.
पृथ्वीचा थंड घन पृष्ठभाग म्हणजेच साधारण १००किमी उंची (खोली) असलेलं भूकवच (शिलावरण) ^५
त्याखाली असलेल्या ३००किमीच्या तप्त आणि काहीश्या मृदू अश्या asthanosphere ह्या प्रवाही खडकांच्या थराला भूकवचाने बाहेरून वेढलं आहे. भूकवच अंदाजे डझनभर वेगवेगळ्या तुकड्यांनी (प्लेट्स) तयार झालेलं असून हे तुकडे पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर गेली कित्येक कोटी वर्ष काही सेंटीमीटर प्रति वर्ष अश्या कूर्मगतीने सतत हालचाल करत आहेत. (दुधावर तरंगणारे सायीचे तुकडे अशीच कल्पना करुन पहा.) ह्या भूकवचाच्या तुकड्यांच्या सातत्याने होणाऱ्या हालचालींमुळेच आजच्या रूपातल्या सजीवांच्या उत्क्रांतीला योग्य मंच मिळाला. हे सगळं प्लेट टेक्टॉनिक्सच्या शास्त्रीय अभ्यासातून आपल्याला समजतं.

३. भू-जनित्र (The geodynamo): भू-जनित्र म्हणजे नेमकं काय ? जनित्र म्हणजे असं यंत्र जे यांत्रिकी ऊर्जेचं (mechanical energy ) विद्युत ऊर्जेत रूपांतरण करतं. पृथ्वीच्या तप्त प्रवाही बाह्य गाभ्यात लोहाचं प्रमाण प्रचंड आहे. त्या द्रवरूपातील पदार्थांच्या अभिसरणामुळे (convection) ह्या लोहासाठ्याला गतिज ऊर्जा प्राप्त झाली आहे. त्या गतिज ऊर्जेचं चुंबकीय ऊर्जेत रूपांतर होण्याच्या स्वयंभू प्रक्रियेला भू-जनित्र म्हणतात. त्यातून पृथ्वीचं स्वत:च असं एक चुंबकीय क्षेत्र तयार झालं आहे. अर्थातच लोहाचं प्रमाण आणि त्या संबंधी इतर घटकांमुळे हे क्षेत्र अगदी वातावरणाबाहेरच्या अवकाशापर्यंत विस्तारलेलं आहे.

हे आपलं चुंबकीय क्षेत्र अस्तित्वात आल्यावर त्यात बदल होत होत साधारण ~ 2.3 अब्ज वर्षांपूर्वी सध्याच्या सुनिश्चित स्वरूपात तयार झाल्यामुळेच जीवावरणाचा अनिष्ट सौर प्रारणांपासून (harmful solar radiations) बचाव होऊ लागला आणि सजीवसृषटीने जमिनीवर पहिलं पाऊल टाकलं. त्यानंतरच गाभा -मध्यावरण प्रणाली आणि भू-जनित्र स्थिर झालं असावं असा कयास आहे.

(a) A bar magnet creates a dipolar field with north and south poles (b) A diploar field can also be produced by electric currents flowing through a coil of metallic wire, as shown for this battery-powered electromagnet © Earth’s magnetic field, which is approximately dipolar, is produced by electri currents flowing in the liquid-metal outer core, which are powered by convection.

अनेकविध घटकांनी मिळून तयार झालेली आणि त्यांच्या परस्परसंबंधांमुळे जीवसृष्टीला पोसणारी, अंगाखांद्यावर खेळवणारी आणि तितकीच लहरी अशी ही ‘आपली पृथ्वी!’
आपलं अस्तित्व हे कित्येक नैसर्गिक घटकांच्या परस्परसंबंधांवर अवलंबून आहे हे ध्यानात ठेवत आपण ह्या ग्रहावरच्या साधनसंपदेचं जतन आणि संरक्षण केलं पाहिजे.

"CIvilization exists by geological consent, subject to change without notice” - WIll Durant

Please save me!

We will explore some of the concepts from this part in great detail in upcoming articles.

तळटीपा

1. https://www.maitrin.com/node/1735 शेवटचा विभाग
2. अंतर जास्त असल्यामुळे उपलब्ध सौर ऊर्जेचं प्रमाण कमी परंतु जास्त आकारमानामुळे अंतर्गत उष्णता जास्त ह्याचा एकत्रित परिणाम आवश्यक तेव्हढ्या ऊर्जानिर्मितीएव्हढा होऊ शकतो परंतु वायुरूप ग्रह असल्यामुळे तो पर्याय बाद ठरतो
3. वायुरूप ग्रहांबद्दल अधिक https://spaceplace.nasa.gov/review/dr-marc-solar-system/gas-giants.html
4. पर्जन्यचक्रासारखंच खडकांच्या निर्मितीपासून ते विघटन होऊन मॅग्मारूपांतर होण्याचं एक चक्र आहे. त्याला आपण खडकांचं चक्र म्हणू. सविस्तर पुढे येईलच.
5. ह्यापुढे सोयीसाठी आपण शिलावरण म्हणजे पृष्ठभागाचा सुमारे १००किमी उंचीचा थर म्हणजेच भूकवच असं गृहीत धरणार आहोत.

अवांतर वाचनासाठी काही उपयुक्त लिंक्स :

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Planetary_habitability
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Gas_giant
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamo_theory

*Citation : All cartoons & images from UES 201 Notes of Dr. Kusala R. (2013)