रिसर्च डेस्क। दो सदियों यानी 200 साल से भी ज्यादा समय तक वैज्ञानिकों ने लैब में डोलोमाइट उगाने की कोशिश की, लेकिन वे सफल नहीं हो पाए। उन्होंने ऐसी स्थितियां बनाने की कोशिश की, जो वैसी ही हों जैसी प्रकृति में डोलोमाइट बनने के समय होती हैं।
Thank you for reading this post, don't forget to subscribe!हाल ही में हुई एक स्टडी ने आखिरकार इस स्थिति को बदल दिया है। मिशिगन यूनिवर्सिटी और जापान के सपोरो में होक्काइडो यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने विस्तृत परमाणु सिमुलेशन पर आधारित एक नया सिद्धांत विकसित करके सफलता हासिल की है।
उनके इस काम ने एक लंबे समय से चली आ रही भूवैज्ञानिक पहेली को सुलझा दिया है, जिसे “डोलोमाइट समस्या” के नाम से जाना जाता है। डोलोमाइट एक व्यापक रूप से पाया जाने वाला खनिज है, जो इटली के डोलोमाइट पहाड़ों, नियाग्रा फॉल्स और यूटा के हूडू जैसी मशहूर जगहों पर मिलता है। यह 100 मिलियन साल से भी ज्यादा पुरानी चट्टानों में प्रचुर मात्रा में पाया जाता है, फिर भी इसे हाल के वातावरण में बनते हुए बहुत कम देखा जाता है।
U-M में मटीरियल साइंस और इंजीनियरिंग के डॉ. अर्ली करियर प्रोफेसर और ‘साइंस’ पत्रिका में प्रकाशित शोध पत्र के मुख्य लेखक वेनहाओ सन ने कहा, “अगर हम यह समझ जाएं कि प्रकृति में डोलोमाइट कैसे बनता है, तो हम आधुनिक तकनीकी मटीरियल के क्रिस्टल विकास को बढ़ावा देने के लिए नई रणनीतियां सीख सकते हैं।”
डोलोमाइट का विकास इतना धीमा क्यों होता है?
इस क्षेत्र में सबसे बड़ी सफलता तब मिली, जब यह समझा गया कि डोलोमाइट के बनने की प्रक्रिया में बाधा क्या डालती है। पानी में, खनिज आमतौर पर तब बढ़ते हैं, जब परमाणु एक व्यवस्थित तरीके से क्रिस्टल की सतह से जुड़ते हैं। डोलोमाइट का व्यवहार अलग होता है, क्योंकि इसकी संरचना कैल्शियम और मैग्नीशियम की बारी-बारी से बनी परतों से मिलकर बनी होती है।
जैसे-जैसे क्रिस्टल बढ़ता है, ये दोनों तत्व अक्सर सही क्रम में व्यवस्थित होने के बजाय बेतरतीब ढंग से जुड़ जाते हैं। इससे संरचनात्मक दोष पैदा हो जाते हैं, जो इसके आगे के विकास को रोक देते हैं। इसका परिणाम यह होता है कि यह प्रक्रिया बहुत धीमी गति से चलती है। इस गति से, डोलोमाइट की एक भी व्यवस्थित परत बनने में 10 मिलियन साल तक का समय लग सकता है।
प्रकृति का अंतर्निहित ‘रीसेट’ तंत्र
शोधकर्ताओं ने पाया कि ये दोष स्थायी नहीं होते हैं, जो परमाणु अपनी जगह से हट जाते हैं, वे कम स्थिर होते हैं और पानी के संपर्क में आने पर उनके घुलने की संभावना ज्यादा होती है। प्राकृतिक वातावरण में, बारिश या ज्वार-भाटा में बदलाव जैसे चक्र इन दोषपूर्ण क्षेत्रों को बार-बार धोकर साफ कर देते हैं।
समय के साथ, यह प्रक्रिया सतह को साफ कर देती है, जिससे नई और सही ढंग से व्यवस्थित परतें बन पाती हैं। एक परत बनने में लाखों साल लगने के बजाय, डोलोमाइट अब काफी कम समय अंतराल में धीरे-धीरे बन सकता है। लंबे भूवैज्ञानिक कालखंडों में, इसी प्रक्रिया के कारण प्राचीन चट्टान संरचनाओं में डोलोमाइट के विशाल भंडार देखने को मिलते हैं।
परमाणु स्तर पर क्रिस्टल के विकास का सिमुलेशन
अपने विचार को परखने के लिए, टीम को एक ऐसा मॉडल बनाने की जरूरत थी, जो यह दिखा सके कि डोलोमाइट बनते समय परमाणु आपस में कैसे इंटरैक्ट करते हैं। इसके लिए इलेक्ट्रॉनों और परमाणुओं के बीच होने वाले अनगिनत इंटरैक्शन में लगने वाली ऊर्जा की गणना करना जरूरी होता है, जो आमतौर पर कंप्यूटिंग पावर के मामले में बहुत ज्यादा मुश्किल काम होता है।
U-M के प्रेडिक्टिव स्ट्रक्चर मटेरियल्स साइंस (PRISMS) सेंटर के शोधकर्ताओं ने एक ऐसा सॉफ्टवेयर बनाया है, जो इस चुनौती को आसान बना देता है। यह कुछ खास परमाणु व्यवस्थाओं के लिए ऊर्जा की गणना करता है और फिर क्रिस्टल संरचना की समरूपता के आधार पर दूसरी व्यवस्थाओं का अनुमान लगाता है।
U-M के मटेरियल्स साइंस और इंजीनियरिंग विभाग में एसोसिएट रिसर्च साइंटिस्ट और इस सॉफ्टवेयर के मुख्य डेवलपर्स में से एक, ब्रायन पुचाला ने कहा, “हमारा सॉफ्टवेयर कुछ परमाणु व्यवस्थाओं के लिए ऊर्जा की गणना करता है, और फिर क्रिस्टल संरचना की समरूपता के आधार पर दूसरी व्यवस्थाओं की ऊर्जा का अनुमान लगाने के लिए उसे आगे बढ़ाता है।”
इस तरीके से डोलोमाइट के विकास का ऐसे समय-पैमानों पर सिमुलेशन करना संभव हो पाया, जो असल भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं को दर्शाते हैं।
मटेरियल्स साइंस और इंजीनियरिंग के डॉक्टोरल छात्र और इस अध्ययन के पहले लेखक, जूनसू किम ने कहा, “आमतौर पर, सुपरकंप्यूटर पर हर परमाणु चरण में 5,000 से ज्यादा CPU घंटे लगते हैं। अब, हम वही गणना एक डेस्कटॉप पर 2 मिलीसेकंड में कर सकते हैं।”
लैब प्रयोग ने सिद्धांत की पुष्टि की
प्राकृतिक परिवेश, जहां आज भी डोलोमाइट बनता है, वहां अक्सर बाढ़ आने और फिर सूखने का चक्र चलता रहता है, जो टीम के सिद्धांत का समर्थन करता है। हालांकि, अभी भी सीधे प्रायोगिक प्रमाण की जरूरत थी।
यह प्रमाण होक्काइडो विश्वविद्यालय में मटेरियल्स साइंस के प्रोफेसर, यूकी किमुरा और उनकी लैब में पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता, टोमोया यामाजाकी से मिला। उन्होंने इस प्रक्रिया को फिर से बनाने के लिए ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की एक अनोखी विशेषता का इस्तेमाल किया।
किमुरा ने कहा, “इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप आमतौर पर नमूनों की इमेज लेने के लिए ही इलेक्ट्रॉन बीम का इस्तेमाल करते हैं।” “हालांकि, यह बीम पानी को भी तोड़ सकती है, जिससे एसिड बनता है और क्रिस्टल घुल सकते हैं। आमतौर पर यह इमेजिंग के लिए बुरा होता है, लेकिन इस मामले में, घुलना ही ठीक वही चीज थी जो हम चाहते थे।”
टीम ने कैल्शियम और मैग्नीशियम वाले एक घोल में डोलोमाइट का एक छोटा क्रिस्टल रखा। फिर उन्होंने दो घंटे तक 4,000 बार इलेक्ट्रॉन बीम की पल्स छोड़ी, जिससे जैसे-जैसे क्रिस्टल में दोष बनते गए, वे बार-बार घुलते गए।
इस प्रक्रिया के बाद, क्रिस्टल बढ़कर लगभग 100 नैनोमीटर का हो गया, जो लगभग एक इंच से 250,000 गुना छोटा होता है। यह वृद्धि डोलोमाइट की लगभग 300 परतों के बराबर थी। पिछले प्रयोगों में कभी भी पांच से ज्यादा परतें नहीं बन पाई थीं।
आधुनिक टेक्नोलॉजी के लिए इसके मायने
डोलोमाइट की समस्या को सुलझाने से सिर्फ एक भूवैज्ञानिक रहस्य ही नहीं सुलझता। इससे यह भी पता चलता है कि आधुनिक टेक्नोलॉजी में इस्तेमाल होने वाले एडवांस्ड मटीरियल में क्रिस्टल की बढ़त को कैसे कंट्रोल किया जाए। पहले, जो क्रिस्टल बनाने वाले बिना किसी कमी के मटीरियल बनाना चाहते थे, वे उन्हें बहुत धीरे-धीरे बनाने की कोशिश करते थे। सन ने कहा। “हमारी थ्योरी यह दिखाती है कि आप बिना किसी कमी के मटीरियल तेजी से बना सकते हैं, अगर आप बनाने के दौरान समय-समय पर उन कमियों को दूर करते रहें।”
यह कॉन्सेप्ट सेमीकंडक्टर, सोलर पैनल, बैटरी और दूसरी हाई-परफॉर्मेंस टेक्नोलॉजी के प्रोडक्शन को बेहतर बनाने में मदद कर सकता है। इस रिसर्च को अमेरिकन केमिकल सोसाइटी PRF न्यू डॉक्टोरल इन्वेस्टिगेटर ग्रांट, U.S. डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी और जापानी सोसाइटी फॉर द प्रमोशन ऑफ साइंस से फ़ंड मिला था।
दुनियाभर में डोलोमाइट की उपलब्धता
दुनियाभर में डोलोमाइट एक प्रचुर मात्रा में उपलब्ध खनिज है, जो मुख्य रूप से अवसादी चट्टानों (जैसे डोलोस्टोन) और कायांतरित चट्टानों (जैसे डोलोमिटिक मार्बल) में पाया जाता है। यह कैल्शियम और मैग्नीशियम कार्बोनेट का एक महत्वपूर्ण स्रोत है, जिसका उपयोग इस्पात, सीमेंट और निर्माण उद्योगों में व्यापक रूप से होता है।
वैश्विक उपलब्धता और प्रमुख उत्पादक देश
दुनियाभर में डोलोमाइट का वितरण काफी फैला हुआ है, लेकिन कुछ देश इसके उत्पादन और निर्यात में अग्रणी हैं।
चीन (China): विश्व का सबसे बड़ा उत्पादक और उपभोक्ता है। 2023 में इसने 120 मिलियन मीट्रिक टन से अधिक उत्पादन किया।
बेल्जियम (Belgium): 2024 में डोलोमाइट का शीर्ष निर्यातक (लगभग $78M) रहा है।
संयुक्त अरब अमीरात (UAE): वैश्विक बाजार में निर्यात के मामले में एक प्रमुख खिलाड़ी है।
अन्य महत्वपूर्ण देश: ब्राजील, मेक्सिको, वियतनाम, तुर्की और नामीबिया भी डोलोमाइट के महत्वपूर्ण स्रोत हैं।
भारत में डोलोमाइट की उपलब्धता
भारत में भी डोलोमाइट के विशाल भंडार मौजूद हैं, जो औद्योगिक आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
छत्तीसगढ़: भारत का सबसे बड़ा डोलोमाइट उत्पादक राज्य है, जो देश के कुल उत्पादन का 30% से अधिक हिस्सा देता है।
मध्य प्रदेश: यहां मंडला, बालाघाट, जबलपुर, कटनी और सागर जैसे जिलों में इसके प्रमुख भंडार हैं।
राजस्थान: यह राज्य अपनी खनिज संपदा के लिए जाना जाता है और यहां प्रचुर मात्रा में डोलोमाइट उपलब्ध है।
आयात: अपनी औद्योगिक मांग (विशेषकर इस्पात निर्माण) को पूरा करने के लिए भारत डोलोमाइट का एक प्रमुख आयातक भी है।
बाजार और आर्थिक महत्व
डोलोमाइट की वैश्विक मांग लगातार बढ़ रही है।
बाजार का आकार: 2024 में वैश्विक डोलोमाइट बाजार लगभग 1.97 बिलियन डॉलर का था, जिसके 2030 तक 3.05 बिलियन डॉलर तक पहुंचने की उम्मीद है।
प्रमुख क्षेत्र: निर्माण उद्योग खनन किए गए कुल डोलोमाइट का 40% से अधिक उपभोग करता है।
उपयोग: इस्पात निर्माण (फ्लक्स के रूप में), सीमेंट उत्पादन, कांच उद्योग, और कृषि (मिट्टी की अम्लता कम करने के लिए) में इसका उपयोग होता है।
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