પૃથ્વી

સૂર્યમંડળના નવ ગ્રહો પૈકીનો એક ગ્રહ. સૂર્યથી અંતરના સંદર્ભમાં શુક્ર અને મંગળની વચ્ચે રહેલો, ત્રીજું સ્થાન ધરાવતો ગ્રહ. આજ સુધીની જાણકારી મુજબ, સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં પૃથ્વી જ એકમાત્ર એવો ગ્રહ (અવકાશી પિંડ) છે જેના ગોળાની સપાટી પર જીવનનું અસ્તિત્વ શક્ય બનવા માટે જરૂરી હવા, પાણી અને ભૂમિના મિશ્ર પર્યાવરણીય સંજોગોની સ્થિતિ ઉપલબ્ધ છે. પૃથ્વીના પેટાળની, સપાટીની અને બાહ્ય વિભાગોની તેમજ અન્ય અવકાશી પિંડો સાથેના તેના આંતરસંબંધોની જાણકારી મેળવતા રહેવા માટે વિવિધ વૈજ્ઞાનિક અન્વેષણો થયે જાય છે.

આકાર, ગુરુત્વાકર્ષણ અને ઘનતા : પૃથ્વી ગોળ ગણાતી હોવા છતાં સંપૂર્ણપણે દડા જેવી ગોળાકાર નથી, પૂર્ણ ગોલક નથી, તેનો આકાર લંબગોલક જેવો છે (જુઓ સારણી 1). બંને ધ્રુવો પર તે ઓછીવત્તી ચપટી છે, જ્યારે વિષુવવૃત્ત પર ઊપસેલી છે. પૃથ્વી પર ઠેકઠેકાણે જુદા જુદી ઊંચાઈ-ઊંડાઈ ધરાવતાં પર્વતીય-મહાસાગરીય ભૂમિસ્વરૂપો છે, તેમને સરેરાશ સમુદ્રસપાટીની જેમ એક સમતલીય સપાટી પર હોવાનું કલ્પી લેવામાં આવે અને જે પાર્થિવ સ્વરૂપ ખડું થાય તેને ભૂસ્વરૂપ (geoid) કહેવાય. આ બાબત વધુ સ્પષ્ટપણે આ રીતે સમજી શકાય : પૃથ્વીની આ પ્રકારની બાહ્ય સમતલ સપાટી બધા જ ખંડોમાંથી એવી રીતે પસાર થાય, જેમાં ખડકો સરખા છિદ્રાળુ હોય, સરખા ભેદ્ય હોય, તો ભૂગર્ભજળસપાટીનું સ્તર પૃથ્વીના ગુરુત્વાકર્ષણબળની અસર હેઠળ, અન્ય કોઈ પણ બળ લાગુ ન પડે તેમ, બધે જ એકસરખું વિતરણ પામેલું રહે. આવું ભૂસ્વરૂપ એક લાક્ષણિક લંબગોલક બની રહે, જેમાં બહુ બહુ તો 100 મીટરના ઊંચાણ-નીચાણનો તફાવત રહે.

સારણી 1 : પૃથ્વીનાં વિવિધ પરિમાણો

1.	વિષુવવૃત્તીય પરિઘ	4,00,00,000 મીટર
2.	વિષુવવૃત્તીય ત્રિજ્યા	63,78,099 ± 116 મીટર
3.	ધ્રુવીય ત્રિજ્યા	63,56,631 મીટર
4.	સરખા કદના ગોલકની ત્રિજ્યા	63,71,200 મીટર
5.	દીર્ઘવૃત્તાકાર (ellipticity)	0.0033659 ± 0.0000041
6.	કદ	1.083 x 1027 સેમી.3
7.	દળ	5.975 x 1027 ગ્રામ
8.	સરેરાશ ઘનતા	5.517 ગ્રામ/સેમી.3
9.	ધ્રુવીય અક્ષ પરની ચાકમાત્રા (moment = A)	8.05 x 1044 ગ્રામ/સેમી.2
10.	વિષુવવૃત્તીય અક્ષ પરની ચાકમાત્રા (moment = C)	8.08 x 1044 ગ્રામ/સેમી.2
11.	(C – A) / A	0.003273

 

પૃથ્વીનો આકાર તેના ગુરુત્વાકર્ષણબળના ક્ષેત્રના સંબંધમાં નીચેના સૂત્ર દ્વારા દર્શાવાય છે :

g = g₀ [1 + a sin² φ + b sin² 2φ  + c cos² φ cos² (λ  + λ’)] જેમાં g₀, a, b, c અને λ’ અચલાંકો છે. φ અક્ષાંશ છે, λ ગ્રિનિચથી પશ્ચિમતરફી માપેલું રેખાંશ છે.

આ ગુરુત્વસૂત્રમાં અચલાંકોનું મૂલ્ય નીચે મુજબનું છે :

g0	a	b	c	λ’
978.0516	0.0052910	0.0000059	0.0000106	60

પૃથ્વીની સરેરાશ ઘનતા (દળ/કદ) 5.517 ગ્રામ/સેમી.³ છે, સપાટી પરના ખડકોની ઘનતા માત્ર 1.6 – 3.4 ગ્રામ/સેમી.³ મળે છે, તેથી પૃથ્વીનું પેટાળ વઘુ ઘનતાવાળા ખડકોથી બનેલું હોવું જોઈએ. આ બાબતનો નિર્દેશ પૃથ્વીના જડત્વની ચાકમાત્રા (moment of inertia) દ્વારા પણ મળે છે. સમગોલકની ચાકમાત્રા 0.4 MR² હોત, જેમાં M = દળ અને R = વિષુવવૃત્તીય ત્રિજ્યા છે. પૃથ્વીની ચાકમાત્રા 0.3337 MR² લેવામાં આવે છે.

સારણી 2 : ભૂમિ અને મહાસાગરોનાં વિસ્તાર, ઊંચાઈ/ઊંડાણ

પૃથ્વીના વિભાગો : ભૂમિ અને જળ	પૃથ્વીનો વિસ્તાર ( %)	પૃથ્વીનો વિસ્તાર (કિમી.2 × 106)	સરેરાશ ઊંચાઈ/ઊંડાણ (મીટર)
ભૂમિ	29.2	148.892	840
મહાસાગરો	70.8	361.059	– 3,800
ખંડીય છાજલીઓ	5.4	027.500	– 100
ખંડીય ઢોળાવો	9.8	500	– 2,200
મહાસાગર-થાળાં	47.8	243.6	– 4,860
સમુદ્રો	7.8	039.928	– 1,210
સમગ્ર પૃથ્વી	100.0	510.1	– 2440

જળ અને ભૂમિવિતરણ : પૃથ્વીની સપાટીનો 70.8 % ભાગ જલાવૃત છે, જ્યારે ભૂમિવિતરણ ઘણું જ અનિયમિત છે. પૃથ્વી પરનો 80 %થી વધુ ભૂમિસમૂહ 38^o ઉ. અક્ષાંશ અને 0^o રેખાંશની આજુબાજુ આવેલો છે. ઉત્તર ગોળાર્ધ મુખ્યત્વે ભૂમિથી અને દક્ષિણ ગોળાર્ધ મુખ્યત્વે જળથી આવરી લેવાયેલો છે. ઉત્તર ગોળાર્ધનો મોટોભાગ આર્ક્ટિક સમુદ્રથી બધી બાજુએ જોતાં દક્ષિણતરફી અણીઓવાળો છે. 66^o ઉ. અક્ષાંશ પર સમુદ્રવિસ્તરણ કરતાં ભૂમિવિસ્તરણ વધુમાં વધુ છે. ભૂમિ સ્વયં સામાન્ય રીતે ગોળાકાર વિકેન્દ્રિત ગોઠવણીવાળી છે જેમાં પર્વતપટ્ટાઓ ખંડોની કિનારીઓ પર છે અને પ્રાચીન ભૂસ્તરીય વયનાં ભૂકવચ (shields) સ્ફટિકમય ખડકોથી બનેલાં છે તથા ખંડોની મધ્યમાં વિવૃત બનેલાં છે. એશિયાઈ હિમાલય-વિસ્તાર પૃથ્વી પરનો ઊંચામાં ઊંચો ભૂમિભાગ છે, જેમાં દુનિયાનું સર્વોચ્ચ શિખર માઉન્ટ એવરેસ્ટ 8,848 મીટરની ઊંચાઈ ધરાવે છે.

મહાસાગરોના તળ પર રહેલી ડુંગરધારોથી અલગ પડતાં થાળાં શ્રેણી રૂપે નજરે પડે છે. ઊંડામાં ઊંડા મહાસાગરીય ભાગો થાળાંઓની મધ્યમાં નથી, પરંતુ તેમની કિનારીઓ નજીક સાંકડી ખાઈઓમાં કે જળનિમગ્ન ડુંગરધારોની નજીક કે દ્વીપચાપોની નજીક આવેલા છે.

સારણી 3 : મહાસાગરોની મહત્તમ ઊંડાઈ

નામ	જળઊંડાઈ	(મીટર)	મહાસાગરીય થાળું	સ્થાન
1.	ચેલેન્જર ડીપ	11,500	પૅસિફિક	મરીઆના ટાપુઓ
2.	મિન્દાનાઓ ડીપ	10,497	’’	ફિલિપાઇન્સ
3.	રામાપો ડેપ્થ	10,374	’’	હોંશુ, જાપાન
4.	ટોંગા-કર્માડેક ખાઈ	10,035	’’	ટોંગા-કર્માડેક ટાપુઓ
5.	પ્લાનેટ ડેપ્થ	9,410	’’	ન્યૂ બ્રિટન
6.	મિલવૌકી ડેપ્થ	8,750	વાયવ્ય ઍટલાન્ટિક	પૉર્ટો રીકો
7.	બોનિન ખાઈ	8,660	પૅસિફિક	બોનિન ટાપુઓ
8.	બાયર્ડ ડીપ	8,590	’’	ન્યૂઝીલૅન્ડથી અગ્નિ દિશામાં
9.	ટસ્કારોરા ડેપ્થ	8,500	પૅસિફિક	ક્યુરાઇલ ટાપુઓ
10.	દ. સેન્ડવિચ ખાઈ	8,264	ઍટલાન્ટિક	દ. સેન્ડવિચ ટાપુઓ
11.	એલ્યુશિયન ખાઈ	7,680	પૅસિફિક	એલ્યુશિયન ટાપુઓ
12.	આતાકામા ખાઈ	7,635	’’	ઉત્તર ચીલી
13.	રયુક્યુ ખાઈ	7,480	’’	રયુક્યુ ટાપુઓ
14.	સુંદા ખાઈ	7,455	પૂર્વ હિન્દી મહાસાગર	જાવા

મહાસાગરોનાં તળ મોટેભાગે 1થી 3 કિમી.ની જાડાઈવાળા નિક્ષેપોનાં આવરણોવાળાં છે. તેમાંથી જ્વાળામુખી પર્વતો હારમાળા રૂપે ઊપસેલા છે, તેમાં શંકુઓની હારો છે તેમજ છૂટાંછવાયાં શિખરો પણ છે. અહીંના જ્વાળામુખી ખડકોનાં રાસાયણિક બંધારણ ખંડોના તે પ્રકારના ખડકો કરતાં જુદાં છે; મહાસાગરીય જ્વાળામુખીઓ બેસાલ્ટિક બંધારણવાળા, વજનદાર હોય છે જ્યારે ખંડીય જ્વાળામુખીઓ બેસાલ્ટિક તથા વધુ ઍસિડિક બંધારણવાળા અને હલકા હોય છે.

પૃથ્વીની સપાટીને બે મુખ્ય-સ્તરીય વિભાગોમાં વહેંચી શકાય. 4થી 6 કિમી.ની ઊંડાઈએ રહેલાં મહાસાગરીય થાળાં અને – 200 મીટરની ઊંડાઈએથી +1 કિમી.ની ઊંચાઈવાળા ખંડીય ઉચ્ચસપાટપ્રદેશો. આથી વધુ ઊંચાઈવાળા ભૂમિભાગો ડુંગરધારો બને છે, તો વધુ મહાસાગરીય ઊંડાઈએ અગાધ ઊંડાણ (abyssal depth) આવે છે. આ બંને વિભાગો 2^oથી 3.5^o વાળા ખંડીય ઢોળાવોથી અલગ બની રહે છે.

વાતાવરણ : પૃથ્વીનો ગોળો તેની બધી બાજુએ વાતાવરણ તરીકે ઓળખાતા જુદા જુદા વાયુઓના મિશ્રણથી છવાયેલો છે. સમુદ્ર-સપાટીના સંદર્ભથી જોતાં, વાતાવરણમાં લગભગ 78 % નાઇટ્રોજન, 21 % ઑક્સિજન, 0.9 % આર્ગન તથા 0.1 % કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ, ભેજ (જલબાષ્પ), ઓઝોન વગેરે જેવા વાયુઓ રહેલા છે.

પૃથ્વીની ઉત્પત્તિના પ્રારંભકાળે તેના વાતાવરણમાં મુખ્યત્વે હાઇડ્રોજન અને હીલિયમ જેવા વજનમાં હલકા વાયુઓ જ હશે, પરંતુ પૃથ્વીના પ્રારંભિક તબક્કામાં અતિ ઊંચા તાપમાનને કારણે આ હલકા વાયુઓ ગરમ થઈને પૃથ્વીના ગુરુત્વાકર્ષણબળની પકડમાંથી છટકી ગયા હશે. વળી, ઊંચા તાપમાનને કારણે ત્યારે લાંબા ગાળા સુધી પૃથ્વીની સપાટી પર પ્રચંડ જ્વાળામુખી-પ્રસ્ફુટનોની ક્રિયા ચાલી હશે, તેને પરિણામે વાતાવરણમાં મુખ્યત્વે કાર્બનડાયૉક્સાઇડ, નાઇટ્રોજન અને જલબાષ્પ મોટા પ્રમાણમાં ઉમેરાતાં ગયાં હશે, પરંતુ અહીં ઉલ્લેખનીય બાબત એ છે કે ત્યારે વાતાવરણમાં મુક્ત ઑક્સિજનનું અસ્તિત્વ બિલકુલ ન હતું. જેમ જેમ પૃથ્વીનું ઉપલું પડ ઠંડું પડતું ગયું તેમ તેમ જલબાષ્પ ઠરીને સમુદ્રો સર્જાયા હશે. ત્યારપછી મોટાભાગનો કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ વાયુ સમુદ્રજળમાં ઓગળી ગયો હશે. કાળાંતરે સમુદ્રી જીવ પ્લેન્કટોન દ્વારા કાર્બન ડાયૉક્સાઇડનું શોષણ થયું હશે, અને ત્યાં કાળક્રમે ચૂનાખડકો (CaCO₃) બન્યા હશે. વનસ્પતિજીવન-સ્વરૂપોની ઉત્ક્રાંતિની સાથે પ્રકાશ-સંશ્લેષણની ક્રિયા દ્વારા પણ કાર્બનડાયૉક્સાઇડનું શોષણ થવાનું શરૂ થયું હશે, સાથે સાથે વાતાવરણમાં ઑક્સિજન ઉમેરાતો ગયો હશે અને આ રીતે ધીમે ધીમે આજનું ઑક્સિજનયુક્ત વાતાવરણ અસ્તિત્વમાં આવ્યું હશે.

પૃથ્વીની સપાટીથી ઊંચે જતાં વાતાવરણનું દબાણ ઘાતાંકના પ્રમાણમાં ઝડપથી ઘટતું જાય છે. વાતાવરણમાં જુદી જુદી ઊંચાઈએ થતી વિશિષ્ટ ભૌતિક પ્રક્રિયાઓને લીધે તેનું તાપમાન લાક્ષણિક રીતે બદલાય છે. વાતાવરણનો સૌથી નીચેનો સ્તર ટ્રૉપોસ્ફિયર કહેવાય છે, જે વિષુવવૃત્તીય વિસ્તારમાં લગભગ 17 કિમી. ઊંચાઈ સુધી અને ધ્રુવીય વિસ્તારમાં 8 કિમી. ઊંચાઈ સુધી વિસ્તરેલો છે. આ સ્તર સમગ્ર વાતાવરણનું 75 % જેટલું દળ સમાવી લે છે. વળી તે હવામાન માટે ખાસ અગત્યનો છે, કારણ કે વાતાવરણની 75 % હવા, મોટાભાગનો ભેજ તથા રજકણો આ સ્તરમાં જ હોય છે. વાદળ, વરસાદ, વીજળીનાં તોફાનો, વાવાઝોડાં વગેરે જેવી હવામાનની ઘટનાઓ આ સ્તરમાં જ બને છે. ટ્રૉપોસ્ફિયરમાં વાતાવરણનું તાપમાન દર 1 કિમી.ની ઊંચાઈએ લગભગ 6^o સે. જેટલું ઘટે છે, જ્યારે ટ્રૉપોસ્ફિયર સીમા (ટોચ) પર તાપમાન ન્યૂનતમ હોય છે.

સૂર્યની ગરમીથી ગરમ થયેલી પૃથ્વીની સપાટી અધોરક્ત પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરે છે. ટ્રૉપોસ્ફિયરમાં અલ્પ માત્રામાં રહેલો કાર્બનડાયૉક્સાઇડ વાયુ અને ભેજ પૃથ્વી દ્વારા ઉત્સર્જિત પારરક્ત વિકિરણનું શોષણ કરે છે અને તેનું પુન: ઉત્સર્જન કરે છે. પુન: ઉત્સર્જિત થતા આ પાર-રક્ત વિકિરણનો થોડો હિસ્સો પૃથ્વીની સપાટી મેળવે છે. આ રીતે સમગ્ર ભૂમંડળનું સરેરાશ તાપમાન સેંકડો વર્ષોથી લગભગ 15⁰થી 20⁰ સે. જેટલું જળવાઈ રહ્યું છે. આમ ટ્રૉપોસ્ફિયર પૃથ્વી માટે એક કામળા જેવું ઉપકારક કાર્ય કરે છે અને પૃથ્વી પરના જીવન માટે તાપમાનની અનુકૂળ માત્રાને જાળવી રાખે છે.

ટ્રૉપોસ્ફિયરની ઉપરના સ્ટ્રૅટોસ્ફિયર સ્તરમાં સૂર્યનાં પારજાંબલી (ultraviolet) કિરણોનું શોષણ થવાથી ઓઝોન (O₃)  વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે. ઓઝોન વાયુ પારજાંબલી કિરણોનું મોટા પ્રમાણમાં શોષણ કરે છે. આ કારણે આ સ્તરમાં 50 કિમી. ઊંચાઈ સુધી તાપમાનમાં થોડો વધારો થાય છે. પૃથ્વી પરની જીવસૃદૃષ્ટિ માટે આ સ્તરનું વિશેષ મહત્ત્વ છે, કારણ કે ઓઝોન સૂર્યનાં ઘાતક પારજાંબલી કિરણોનું શોષણ કરીને જીવસૃષ્ટિની રક્ષા કરે છે.

સ્ટ્રૅટોસ્ફિયરથી ઉપરના મેસોસ્ફિયર સ્તરમાં ઊંચાઈ વધવા સાથે તાપમાન ઘટે છે. લગભગ 80 કિમી.ની ઊંચાઈએ તાપમાન સૌથી ઓછું હોય છે. 80 કિમી.થી વધુ ઊંચાઈએ સૂર્યનાં પારજાંબલી કિરણો દ્વારા વાતાવરણના અણુઓના આયનીકરણની પ્રક્રિયા થાય છે. પરિણામે આયનો ઉદભવે છે. એ રીતે અહીં પૃથ્વીને ફરતું આયનમંડળ સર્જાયું છે, જે લગભગ 400 કિમી. ઊંચાઈ સુધી વિસ્તરેલું છે. વીજભારવાળા કણોના વધુ સંકેન્દ્રણને કારણે આયનમંડળ વીજળીનું સુવાહક બની રહે છે. આ વીજભાર પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ગૂંચળાં સ્વરૂપે ફરે છે. વાન ઍલન-પટ્ટા મુખ્યત્વે ઇલેક્ટ્રૉન અને પ્રોટૉન જેવા ઊર્જાવાળા કણો ધરાવતા, પૃથ્વીની વિષુવવૃત્તીય તલસપાટી ફરતે 2,000થી 5,000 અને 13,000થી 17,000 કિમી. ઊંચાઈ પર ઘૂમતા વિકિરણ-પટ્ટા આ બાબતની સાક્ષી પૂરે છે. (વધુ માહિતી માટે જુઓ ‘વાતાવરણ’.)

સપાટી અને પેટાળનાં તાપમાન : સપાટી પરનું સરેરાશ વાર્ષિક તાપમાન સ્થાનભેદે 32^o સે.થી – 32^o સે. સુધીનું રહે છે. વધુમાં વધુ અને ઓછામાં ઓછું તાપમાન અનુક્રમે 58⁰ સે. (લિબિયન રણ) અને – 51.6^o સે. (વોસ્તોક, ઍન્ટાર્ક્ટિકા) નોંધાયેલું છે. સપાટીથી ઊંડાઈ તરફ જતાં પ્રતિ મીટરે 0.01^oથી 0.04^o સે. દર મુજબ તાપમાન વધતું જાય છે. આ સાથેની રેખાકૃતિ પેટાળના તાપમાનનો અંદાજ દર્શાવે છે.

ભૂગર્ભીય તાપમાનમાં ઊંડાઈના વધવાની સાથે સાથે થતા જતા ફેરફારને ‘ભૂગર્ભ-ઉષ્ણતા-આંક’ (geothermal gradient) કહે છે. તે પ્રતિ એકમ ઊંડાઈ મુજબ અંશમાં અથવા પ્રતિ અંશ મુજબ ઊંડાઈના એકમમાં દર્શાવાય છે.

પેટાળમાંથી ઉષ્ણતાવહન દ્વારા સપાટી પર થતો સરેરાશ ઉષ્માક્ષય (heat loss) લગભગ 1.2 × 10^-6 ± 50  % g-cal/(સેમી.²)/(સેકંડ)નો રહે છે. સમગ્ર પૃથ્વી માટે આ અંક 6 × 10¹² (કૅલરી)/(સેકંડ) સમકક્ષ બની રહે છે. આ ઉપરાંત જ્વાળામુખી અને ગરમ પાણીના ઝરા મારફતે પણ થોડો ઉષ્માક્ષય થાય છે. પૃથ્વીના પોપડામાંનું કિરણોત્સારી તત્ત્વોનું સંકેન્દ્રણ તેમના વિભંજન દ્વારા ઉષ્મા પૂરું પાડતું રહે છે, તેેથી એમ માનવામાં આવે છે કે ખંડો નીચેની ઊંડાઈમાં આ સંકેન્દ્રણ ખાસ કરીને ઘટતું જાય છે.

ભૂગર્ભ : ભૂકંપશાસ્ત્રીય અભ્યાસ દ્વારા ભૂગર્ભનો તાગ મેળવી શકાય છે. પૃથ્વીના ગોળાને પોપડો, ભૂમધ્યાવરણ અને ભૂકેન્દ્રીય ભાગ એવા ત્રણ વિભાગોમાં વહેંચેલો છે. આ ત્રણ વિભાગો 65 કિમી.ની ઊંડાઈએ રહેલા મોહોરવિસિક સાતત્યભંગ (Mohorvicic discontinuity) અને 2,900 કિમી.ની ઊંડાઈએ રહેલા ગુટેનબર્ગ સાતત્યભંગ દ્વારા જુદા પાડી શકાય છે. આ વિભાગીકરણ ભૂકંપીય તરંગો, પૃથ્વીનાં દળ, આકાર અને ઉલ્કાઓમાંથી પ્રાપ્ત પુરાવાઓ પરથી નક્કી કરી શકાયું છે. પોપડાનું અને ભૂમધ્યાવરણનું બંધારણ સિલિકેટ ખડકો તેમજ લોહ અને મૅગ્નેશિયમના ઑક્સાઇડનું, જ્યારે ભૂકેન્દ્રીય વિભાગનું બંધારણ મુખ્યત્વે લોહ-નિકલના મિશ્રદ્રવ્યથી બનેલું છે. ઊંડાઈ વધવાની સાથે તાપમાન, દબાણ અને ઘનતા પણ વધતાં જાય છે.

પૃથ્વીનું આંતરિક બંધારણ તેમજ અન્ય માહિતી જાણવા માટે જે જે પ્રયાસો થઈ શક્યા છે તેનાં તારણો ભૂપૃષ્ઠ પર મળી રહેતા પુરાવાઓ પરથી કાઢવામાં આવ્યાં છે. જ્વાળામુખીઓ દ્વારા નીકળી આવતું દ્રવ્ય અગત્યનો પુરાવો બની રહે છે, તેમ છતાં 200 કિમી.થી વધુ ઊંડાઈનું દ્રવ્ય મળતું નથી. સમગ્ર ભૂસ્તરીય ઇતિહાસકાળ દરમિયાન ભૂપૃષ્ઠમાં થયેલો ઘસારો વધુમાં વધુ 20થી 25 કિમી.ની ઊંડાઈનો ખ્યાલ મેળવી આપે છે. ભૂકંપીય સંશોધનો દ્વારા આ વિભાગોમાંથી P તરંગોના મંદ સંકેતોએ કેટલીક જાણકારી આપી છે. 143⁰ કે તેનાથી ઓછા ખૂણેથી P તરંગો પાછા બહાર નીકળી આવતા હોય છે. 8 કિમી(ટૅક્સાસ-યુ.એસ.ના તેલકૂવા)થી વધુ ઊંડાઈનાં શારકામ હજી થયેલાં નથી. ખનિજપ્રાપ્તિ માટેનું ખાણકાર્ય તો થોડાક જ કિમી.નું થયું છે. આમ પૃથ્વીની 6,378 કિમી.ની ત્રિજ્યાની તુલનામાં ભૂગર્ભનાં રહસ્યો જાણવા માટે ઊંડાઈએ રહેલા દ્રવ્યના પ્રત્યક્ષ પુરાવા જે કંઈ મળી શક્યા છે તે નહિવત્ ગણાય.

અમેરિકી વિજ્ઞાનીઓના જૂથ દ્વારા મોહો સીમા સુધી શારકામ કરી ભૂગર્ભની જાણકારી હાંસલ કરવા માટેની ‘મોહોલ યોજના’ (Mohole Project) ઘડી કાઢવામાં આવેલી. શારકામ-પ્રક્રિયા સરળતાથી પાર પાડવા માટે જ્યાં પોપડાની જાડાઈ ઓછામાં ઓછી હોય એવું પૂર્વ પૅસિફિક મહાસાગરમાંનું યોગ્ય સ્થાન પસંદ કરવામાં આવેલું અને 10 કિમી. ઊંડાઈનું શારકામ-લક્ષ્ય પણ નક્કી થયેલું; 5.5 કિમી.નું કસોટી માટેનું શારકામ થયા પછી અઢળક ખર્ચ થઈ જતાં તે આટોપી લેવાયું, તેમ છતાં તેનાં જે પરિણામો મળ્યાં તેનું મહત્ત્વ ઓછું નથી.

પરોક્ષ નિરીક્ષણો : ભૂગર્ભનાં રચના અને બંધારણ પરોક્ષ હકીકતો દ્વારા સમજી શકાયાં છે. વિશેષ મહત્ત્વ ધરાવતું આ માટેનું એકમાત્ર સાધન ભૂકંપીય તરંગો છે. ભૂકંપીય તરંગો ભિન્ન ભિન્ન ગતિથી પ્રવાસ કરે છે, જે માધ્યમમાંથી પસાર થાય છે તેના પ્રકાર મુજબ તે પરાવર્તિત થાય છે અથવા વક્રીભવન પામે છે. આ ઉપરાંત ભૂગર્ભીય આવરણોનો બદલાતો જતો પ્રકાર પૃથ્વીનાં દળ, આકાર, અક્ષભ્રમણ, પરિભ્રમણ અને ઉલ્કા-અભ્યાસ પરથી જાણી શકાય છે. પૃથ્વીનું ભૌતિક અને રાસાયણિક બંધારણ ઊંડાઈ પ્રમાણે બદલાતું રહે છે. ટૂંકમાં-પૃથ્વી, બે સાતત્યભંગથી અલગ પડતા પોપડા, ભૂમધ્યાવરણ અને ભૂકેન્દ્રીય ભાગ જેવા ત્રણ પ્રકારભેદવાળા વિભાગોથી બનેલી છે.

ભૂગર્ભની ભિન્નતાના પુરાવા : (1) ઘનતા : પૃથ્વીની સરેરાશ ઘનતા 5.5 ગ્રામ/સેમી.³ છે. પૃથ્વીના દળને તેના કદથી ભાગતાં ઘનતા મેળવી શકાય છે. સપાટી પરના ખડકોની ઘનતા 1.6થી 3.4 ગ્રામ/સેમી.3 જેટલી છે. પૃથ્વીની સરેરાશ ઘનતા 5.5 ગ્રામ/સેમી.³ હોવાની બાબત સ્પષ્ટ કરે છે કે પેટાળના ખડકોની ઘનતા વધારે હોવી જોઈએ. અર્થાત્ ત્યાંના ખડકો ભારે વજનવાળાં દ્રવ્યોથી બનેલા હોવા જોઈએ.

(2) આકાર-દ્રવ્યબંધારણ : પૃથ્વીનો આકાર નારંગી જેવો ગોળ છે, ધ્રુવો પર તે ચપટી અને વિષુવવૃત્ત પર ઊપસેલી છે. આ હકીકત નિર્દેશ કરે છે કે તેનો ભૂકેન્દ્રીય ભાગ ભારે દ્રવ્યબંધારણવાળો છે, તેમજ સપાટીથી કેન્દ્ર સુધી તેની ઘનતા એકધારી નથી. પૃથ્વી જો એકસરખા દ્રવ્યબંધારણવાળી હોત તો વિષુવવૃત્ત વધુ પડતો ઊપસેલો હોત.

(3) ભૂકંપીય તરંગો : ભૂકંપીય તરંગોનું વર્તન સ્પષ્ટપણે દર્શાવે છે કે પૃથ્વી વિભાગીય આવરણોવાળી છે. એક વિભાગમાંથી બીજા વિભાગમાં પસાર થતી વખતે જે તે વિભાગના દ્રવ્યના પ્રકાર મુજબ તરંગગતિમાં ફેરફાર ઉદભવે છે. વળી વિભાગો વચ્ચેની સીમા પર તેમનું પરાવર્તન-વક્રીભવન પણ થાય છે, તેથી જ સીમાઓને સાતત્યભંગ જેવા યથાર્થ નામથી ઓળખાવાય છે.

(4) પૃથ્વીની ગતિનાં આંદોલનો : પૃથ્વી તેની ધરીના છેડા પર વમળગતિ(wobbling)થી પણ ફરે છે તે પરથી પૃથ્વીનો કેન્દ્રીય ભાગ ભારે દ્રવ્યથી બનેલો હોવાનું નક્કી થઈ શકેલું છે. સૂર્ય-ચંદ્રના ગુરુત્વાકર્ષણબળ દ્વારા ભરતી આવે છે તે બાબત પણ ભૂકેન્દ્રીય ભાગ ભારે હોવાનું સૂચવે છે.

પૃથ્વીની આંતરિક રચના અને તેના પ્રકાર : પૃથ્વીની આંતરિક રચનાનું અર્થઘટન કરવામાં ભૂગર્ભીય વિભાગોમાં ભૂકંપીય તરંગોનું વર્તન મહત્ત્વનું નિર્ણાયક સાધન બની રહે છે. પેટાળ તરફ પસાર થતા ભૂકંપતરંગો ત્યાંના ખડકોના ભૌતિક ગુણધર્મો મુજબ જુદી જુદી ગતિ અને જુદા જુદા પથ ગ્રહણ કરે છે. દુનિયાનાં જુદાં જુદાં ઘણાં મથકો પરથી મેળવેલી ભૂકંપીય નોંધનું વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે પૃથ્વી મુખ્ય ત્રણ આવરણોની બનેલી છે. આ આવરણોના પેટાવિભાગો પણ પાડી શકાયા છે. વિવિધ રાસાયણિક તત્ત્વોનાં સંકેન્દ્રીકરણ અને સ્વભેદનને કારણે આ પડો બન્યાં હોવાનું મનાય છે.

ભૂકંપીય તરંગો અને ભૂગર્ભ : ભૂકંપીય તરંગો ત્રણ પ્રકારના હોય છે : (1) P તરંગો (pressure waves) એવા અનુદીર્ઘ તરંગો છે જે ઘન અને પ્રવાહી બંને માધ્યમમાંથી પસાર થઈ શકે છે. (2) S (shear or side waves) એવા અનુપ્રસ્થ તરંગો છે જે ઘન માધ્યમમાંથી પસાર થઈ શકે છે, પરંતુ પ્રવાહી માધ્યમમાંથી પસાર થઈ શકતા નથી. (3) L તરંગો (surface waves) એવા સપાટી તરંગો છે જે નજીકના સપાટી-વિસ્તારો પર વહે છે. તેમના ગતિદરનો આધાર તે કેટલી ઘનતા તથા કેવા દ્રવ્યબંધારણવાળા માધ્યમમાંથી પસાર થાય છે તે પર રહેલો છે.

ઉપર આપેલી જુદી જુદી ત્રણ ગોલક આકૃતિઓમાં ભૂકંપીય તરંગોના પથ દર્શાવેલા છે. પ્રથમ આકૃતિ (અ) સમાંગ (homogenous) દ્રવ્યબંધારણવાળી પૃથ્વીમાંથી પસાર થતા ભૂકંપીય તરંગોનો પથ દર્શાવે છે, બીજી આકૃતિ (આ) સપાટીથી કેન્દ્ર સુધી ક્રમિક વધતી જતી ઘનતાવાળા દ્રવ્યબંધારણવાળી પૃથ્વીમાંથી પસાર થતા તરંગોનો પથ દર્શાવે છે, જ્યારે ત્રીજી આકૃતિ (ઇ) વિવિધ સંકેન્દ્રિત પડોવાળી પૃથ્વી દર્શાવાઈ છે.

આકૃતિ (6)માં પૃથ્વીના પેટાળમાં પસાર થતા ભૂકંપીય તરંગોના પથ દર્શાવાયા છે. ભૂકંપ નિર્ગમન-કેન્દ્રમાંથી નીકળેલા P અને S તરંગો મૂળ બિંદુથી 103⁰ના કોણીય અંતરે બહાર પડે છે. 103^o અને 143^o વચ્ચે P અને S તરંગો નોંધ આપતા નથી, તેને ભૂકંપીય છાયાવિભાગ (earthquake shadow zone) કહે છે. આ ઉપરથી નિર્દેશ મળે છે કે ભૂગર્ભ જુદી જુદી ઊંડાઈએ જુદા જુદા ભૌતિક સંજોગવાળું છે. આ બધી હકીકતો સૂચવે છે કે પૃથ્વીનું બંધારણ વિષમાંગ (hetero-geneous) પ્રકારનું છે.

પૃથ્વીનાં આવરણો : પૃથ્વીનું દ્રવ્યબંધારણ જાણવા માટે તેને ભૂપૃષ્ઠથી ભૂકેન્દ્ર સુધી પોપડો, ભૂમધ્યાવરણ અને ભૂકેન્દ્રીય ભાગ-એવાં ત્રણ આવરણોમાં વહેંચી નાખી છે.

પૃથ્વીનો પોપડો (crust) : પોપડો એ પૃથ્વીનું સૌથી ઉપરનું આવરણ છે. તેને શિલાવરણ (lithosphere) પણ કહે છે. તેની જાડાઈ સ્થાનભેદે 5 કિમી.થી 65 કિમી. સુધી બદલાતી રહે છે. ખંડોની નીચેનું આવરણ ખંડીય પોપડા તરીકે અને સમુદ્ર-મહાસાગર-તળ નીચેના આવરણને સમુદ્રીય પોપડા તરીકે ઓળખાવાય છે. ખંડીય પોપડાની જાડાઈ 30થી 70 કિમી.ની અને સમુદ્રીય પોપડાની જાડાઈ 5થી 8 કિમી.ની હોય છે. ભૂપૃષ્ઠની બદલાતી જતી ઊંચાઈના પ્રમાણ મુજબ તે તે ભાગના પોપડાની જાડાઈ પણ બદલાતી રહે છે. હિમાલય કે આલ્પ્સ જેવા ઊંચા પર્વતોની નીચે તેની જાડાઈ 70 કિમી. સુધીની થઈ જાય છે; મેદાનો નીચે તે 30-35 કિમી.ની બની રહે છે. પૃથ્વીની સપાટીથી ભૂકેન્દ્ર સુધીના કુલ જથ્થાનું તે માત્ર 2 % કદ ધરાવે છે. ખંડીય પોપડો પૃથ્વીની સપાટીનો 40 % ભાગ અથવા 20 કરોડ ચોકિમી.નો વિસ્તાર આવરી લે છે. આ પૈકી 5.4 કરોડ ચોકિમી. વિસ્તાર સમુદ્ર નીચે વિસ્તરેલો છે, જે ખંડીય છાજલીનો ભાગ રચે છે જ્યારે 2.1 કરોડ ચોકિમી. વિસ્તાર નિક્ષેપજન્ય થાળાંથી આવરી લેવાયેલો છે.

ખડકવિદોએ કરેલી ગણતરી મુજબ પૃથ્વીની સપાટીથી 16 કિમી.ની ઊંડાઈ સુધીના પોપડાનું બંધારણ 95 % અગ્નિકૃત ખડકોથી અને 5 % જળકૃત ખડકોથી બનેલું છે; વિકૃત ખડકોનો, તે જે મૂળ ખડકોમાંથી રૂપાંતરિત બનેલા હોય, તેમાં સમાવેશ કરવામાં આવેલો છે. (જુઓ સારણી 4 અને 5.)

સારણી 4 : પોપડાનું રાસાયણિક બંધારણ

ક્રમ	તત્ત્વ	ટકા (વજનના સંદર્ભમાં)		સંદર્ભમાં)
1.	ઑક્સિજન	46.71		94.07
2.	સિલિકોન	27.69		00.88
3.	ઍલ્યુમિનિયમ	8.07		00.44
4.	લોહ	5.05		00.34
5.	કૅલ્શિયમ	3.65		01.15
6.	સોડિયમ	2.75		01.07
7.	પોટૅશિયમ	2.58		01.17
8.	મૅગ્નેશિયમ	2.08		00.26
9.	ટાઇટેનિયમ	0.62		અન્ય 00.62
10.	હાઇડ્રોજન	0.14
11.	ફૉસ્ફરસ	0.13
12.	કાર્બન	0.0094
13.	અન્ય	0.5206
	કુલ	100.0000		100.00

પૃથ્વીના પોપડાનો મુખ્ય ભાગ રચતા અગ્નિકૃત ખડકોનું સરેરાશ ખનિજીય બંધારણ.

સારણી 5 : ખડકોનું સરેરાશ ખનિજીય બંધારણ

ક્રમ	ખનિજો	ટકા
1.	ફેલ્સ્પાર્સ	59.5
2.	પાયરૉક્સિન અને ઍમ્ફિબોલ	16.8
3.	ક્વાર્ટ્ઝ	12.0
4.	બાયૉટાઇટ	3.8
5.	ટાઇટેનિયમ ખનિજો	1.5
6.	ઍપેટાઇટ	0.6
7.	અનુષંગી ખનિજો	5.8
	કુલ	100.0

ભૂકંપીય અભ્યાસ દ્વારા ખંડીય પોપડામાં બે પડ હોવાનું પારખી શકાયું છે. આ બે પડ કૉનરાડ સાતત્યભંગથી ઓળખાતી તલસપાટીથી અલગ પડે છે. (જુઓ આકૃતિ 9.) આ સાતત્યભંગ માત્ર ખંડોની નીચે જ ખંડિત સ્વરૂપે મળે છે. ખંડીય પોપડામાં આ સાતત્યભંગથી ઉપર રહેલું પડ ગ્રૅનાઇટ બંધારણવાળું છે, જે મુખ્યત્વે સિલિકોન (Si) અને ઍલ્યુમિનિયમ(Al)થી સંયોજાયેલા ખનિજ ઘટકોથી બનેલું હોવાથી સિયલ (SiAl) તરીકે ઓળખાય છે. ખંડીય પોપડાનું ઉપરનું આવરણ 60 %થી 65 % જેટલા ઊંચા સિલિકા પ્રમાણવાળા ગ્રૅનાઇટ, ગ્રૅનોડાયૉરાઇટ અને ડાયૉરાઇટથી બનેલું છે. તે પ્રમાણમાં ઓછું ઘટ્ટ હોય છે. આકૃતિમાં તે ગ્રૅનાઇટ નામથી દર્શાવેલું છે. સમુદ્રીય પોપડામાં આ પડ (સિયલ) હોતું નથી. કોનરાડ સાતત્યભંગથી નીચેનું પડ મુખ્યત્વે સિલિકોન (Si) અને મૅગ્નેશિયમ (Ma) તત્ત્વોવાળા ખનિજ ઘટકોથી બનેલું હોવાથી સિમા (SiMa) નામથી ઓળખાય છે. આ પડ બેસાલ્ટ જેવા ખડકોથી બનેલું હોય છે. ખંડોની નીચે કેટલાક વિસ્તારોમાં ક્યારેક સિયલ-સિમાના વચગાળાના બંધારણવાળું પડ પણ મળી આવે છે. સમુદ્રીય પોપડાનું સિમાજન્ય પડ ખંડોની નીચેના સિયલજન્ય પડ સાથે ક્રમશ: ભળતું જઈને બદલાય છે. બેસાલ્ટ જેવા ખડકોથી બનેલા સમુદ્રીય પોપડાની વિશિષ્ટ ઘનતા સ્થાનભેદે 2.5થી 3.4 ગ્રામ/સેમી.³ સુધીની ભિન્ન ભિન્ન હોય છે.

પોપડાના સિયલ વિભાગોમાં ભૂકંપીય P તરંગોની ગતિ 6.1 કિમી./સેકંડ જ્યારે સિમા વિભાગોમાં તે 6.8 કિમી./સેકંડ જેટલી રહે છે. S તરંગોની ગતિ 3.4 કિમી./સેકંડથી 4.4 કિમી./સેકંડ જેટલી રહે છે. P અને S તરંગો 65 કિમી.ની ઊંડાઈએ વધુ ગતિ પ્રાપ્ત કરી લે છે, જેનાથી પોપડાનો તળભાગ અંકિત થાય છે, અર્થાત્ પોપડો તે સ્થાને પૂરો થાય છે. આ તળભાગ મોહોરવિસિક સાતત્યભંગ તરીકે ઓળખાય છે, તેને (સંશોધક એન્ડ્રિજા મોહોરવિસિકના નામ પરથી) M-સાતત્યભંગ અથવા મોહો પણ કહે છે. ભૂપૃષ્ઠ પરના ઊંચાણ-નીચાણના સ્થળદૃશ્ય મુજબ ‘મોહો’નો આકાર પણ બદલાતો રહે છે.

સારણીઓ 4 અને 5 પૃથ્વીના બાહ્ય પોપડાનું રાસાયણિક બંધારણ અને ખનિજીય બંધારણ દર્શાવે છે.

ભૂમધ્યાવરણ (mantle) : ભૂપૃષ્ઠથી ભૂકેન્દ્ર સુધીના ત્રણ વિભાગો પૈકીનો વચ્ચે રહેલો, પૃથ્વીનું 82  % કદ આવરી લેતો વિભાગ. તે પોપડા અને ભૂમધ્યાવરણને અલગ પાડતા મોહોરવિસિક સાતત્યભંગથી શરૂ થાય છે અને ભૂમધ્યાવરણ તથા ભૂકેન્દ્રીય વિભાગને અલગ પાડતા ગુટેનબર્ગ સાતત્યભંગ પર પૂરો થાય છે. ઉપરની સીમા P અને S તરંગગતિમાં એકાએક થતા વધારાથી સ્પષ્ટ બની રહે છે. આ સીમા પર પસાર થતી વખતે P તરંગોની ગતિ 8.1 કિમી./સેકંડ અને S તરંગોની ગતિ 4.5 કિમી./સેકંડ જેટલી થઈ જાય છે. આ ફેરફાર અહીં ખડકદ્રવ્યમાં થતા ફેરફારને કારણે ઉદભવે છે; તેમ છતાં તરંગગતિના આ વધારાનો દર એકધારો રહેતો નથી, શરૂઆતમાં તે ધીમે ધીમે વધે છે અને પછીથી ઘટે છે અને વળી પાછો વધે છે. આકૃતિ 7 આ બાબતને સ્પષ્ટ કરે છે. અહીંથી થતા ખડકદ્રવ્યના રાસાયણિક બંધારણના ફેરફારને અથવા તેમની ભૌતિક સ્થિતિમાં થતા ફેરફારને આ તફાવતનું મુખ્ય કારણ ગણવામાં આવે છે. પેરિડોટાઇટ પરના પ્રાયોગિક અભ્યાસ પરથી જાણવા મળ્યું છે કે ભૂમધ્યાવરણમાં પસાર થતી વખતે ભૂકંપીય તરંગોની ગતિમાં જે ફેરફારો થાય છે તે પેરિડોટાઇટ પર થતા ફેરફારોને મળતા આવે છે; વળી દબાણ, તાપમાન અને રાસાયણિક બંધારણની પ્રાપ્ત માહિતી પરથી માનવાને કારણ મળે છે કે ભૂમધ્યાવરણ મોટેભાગે પેરિડોટાઇટથી બનેલું હોવું જોઈએ. એવો જ બીજો એક યોગ્ય ખડક ઇક્લોગાઇટ છે, પરંતુ તે આ સીમા નજીક હોવા માટે વધુ દબાણની જરૂરિયાત માંગી લે છે, જે પરિસ્થિતિ ત્યાં હોતી નથી. ભૂમધ્યાવરણ પેરિડોટાઇટ બંધારણવાળું હોવાના અન્ય પુરાવા આ પ્રમાણે છે : (1) 60થી 100 કિમી. ઊંડાઈએથી (ઉપલા ભૂમધ્યાવરણમાંથી) પ્રસ્ફુટિત થતા જ્વાળામુખી-વિસ્ફોટ દ્રવ્યમાંથી પ્રાપ્ત થતા પેરિડોટાઇટના ખડક-ટુકડા. (2) ભૂસંચલનજન્ય ઘટના અને ઘસારાની સંયુક્ત ક્રિયા દ્વારા પૃથ્વીની સપાટી પર જોવા મળતા પેરિડોટાઇટના વિવૃત ભાગો. (3) પાષાણ-ઉલ્કાઓ પેરિડોટાઇટ બંધારણવાળી હોય છે, જે વિસ્ફોટ પામેલા ગ્રહના ભૂમધ્યાવરણના ખડકો હોવાનું રજૂ કરે છે.

ભૂમધ્યાવરણનો ઊર્ધ્વ વિભાગ : 50થી 250 કિમી.ના ભૂગર્ભીય વિભાગમાં ભૂકંપીય તરંગગતિ ઘટે છે, જે દર્શાવે છે કે ત્યાં ભિન્ન ભિન્ન પ્રકારના ખડકોનું આવરણ હોવું જોઈએ. આ વિભાગમાં P તરંગોની ગતિ 8.1 કિમી./સેકંડથી 7.8 કિમી./સેકંડ સુધી ઘટે છે અને 250 કિમી. ઊંડાઈ થતાં ફરીથી 8.1 કિમી./સેકંડ થાય છે. એ જ રીતે S તરંગોની ગતિ પણ 4.6 કિમી./સેકંડની હોય છે તે બદલાતી જઈને 250 કિમી.ની ઊંડાઈએ ફરીથી 4.6 કિમી./સેકંડની બની રહે છે. આ વિભાગીય પડની સીમાનો આકાર મોહોના આકારને અનુસરે છે, ખંડો નીચે તે ઊંડાઈ તરફ જાય છે અને સમુદ્રો નીચે છીછરો બની રહે છે.

આ પડનું તાપમાન પેરિડોટાઇટને તરલ બનાવી દેવા જેટલું ઊંચું રહે છે, એટલે કે તેની ભૌતિક સ્થિતિમાં પરિવર્તન આવી જાય છે. ભૂકંપીય તરંગોની ગતિમાં ફેરફાર થવા માટે આ સ્થિતિને કારણભૂત ગણવામાં આવે છે. બેસાલ્ટિક બંધારણવાળા મૅગ્માની ઉત્પત્તિ પણ આ વિભાગમાંથી જ થતી હોવાનું મનાય છે. પોપડાની નીચેના આ પડને ઍસ્થેનોસ્ફિયર કહે છે. જ્વાળામુખીઓનું સંભવિત સંચયસ્થાન પણ આ જ પડ હોઈ શકે છે. ઍસ્થેનોસ્ફિયરથી નીચેના પડને મૅસોસ્ફિયર કહે છે. 400 કિમી. અને 700 કિમી.ની ઊંડાઈએ વધુ બે સાતત્યભંગ હોવાનું જાણી શકાયું છે, જ્યાં ભૂકંપીય તરંગોની ગતિ ઝડપથી વધે છે. ઊંડાઈએથી ઉદભવતા ભૂકંપોનાં કેન્દ્રો પણ 700 કિમી.ની ઊંડાઈ સુધીમાં સ્થિત હોવાનું ગણાય છે. અર્થાત્ તે ઊર્ધ્વ ભૂમધ્યાવરણ વિભાગમાંથી જ થતા હોવાનું ગણાય છે.

ભૂમધ્યાવરણનો નિમ્ન વિભાગ : આ વિભાગ લોહ-મૅગ્નેશિયમ ઘટકોના બંધારણવાળો છે. તે ધાતુઓ અને સિલિકેટ ધરાવતી ઉલ્કા ‘પેલેસાઇટ’ને સમકક્ષ હોવાથી તેને પેલેસાઇટ પડ તરીકે પણ ઓળખાવાય છે. તેની ઊર્ધ્વ સીમા 1,000 કિમી. ઊંડાઈથી શરૂ થઈ 2,900 કિમી.ની ઊંડાઈ સુધી વિસ્તરે છે. અહીં P તરંગોની ગતિ 8.1 કિમી./સેકંડથી 14 કિમી./સેકંડ સુધીની બની રહે છે. ઘનતા 3.3 ગ્રામ/સેમી.³થી વધીને 5.6 × 10³ કિગ્રા/મી.³ થાય છે. દબાણ વધતું જઈને 1,400 કિલોબાર થાય છે. તાપમાન 3,000^o સે. સુધીનું પ્રવર્તે છે.

પોપડા-ભૂમધ્યાવરણીય સીમા (મોહોરવિસિક સાતત્યભંગ) : આ સીમાની આજુબાજુના માધ્યમમાં ભૂકંપીય તરંગોની ગતિના ફેરફારો પરથી અને ખંડો-સમુદ્રો નીચેની તેમની ઊંડાઈમાં પડતા તફાવત પરથી નક્કી થાય છે કે આ સીમા માત્ર એક તલસપાટી નથી, પરંતુ સ્થાનભેદે 100 મીટરથી 500 મીટરની જાડાઈવાળું સંક્રાંતિપડ છે.

મોહો માટે અગાઉ એમ માનવામાં આવતું હતું કે તે રાસાયણિક દૃષ્ટિએ ફેરફાર પામતો સાતત્યભંગ છે, પરંતુ હવે તેને ફેરફારસૂચક સંક્રાંતિપડ (transition layer) તરીકે ઘટાવાય છે; અર્થાત્ તે ખડક-ફેરફાર સૂચવે છે, રાસાયણિક ફેરફાર નહિ. ખંડો અને સમુદ્રથાળાં નીચેની મોહો સીમાની આરપાર થતા રહેતા ઉષ્માવહનના પ્રવાહો (heat flow) પણ એકસરખી રીતે જ વહે છે. કિરણોત્સારી (radioactive) તત્ત્વોનું ખંડીય પોપડામાં વધુ સંકેન્દ્રણ અને ઊર્ધ્વ ભૂમધ્યાવરણ વિભાગમાં ઓછું સંકેન્દ્રણ થયેલું હોવાનો અર્થ એમ ઘટાવાય છે કે સમુદ્રથાળાં કરતાં ખંડીય ભાગોમાંથી ઉષ્મા-પ્રવાહો(heat flow)નું પ્રમાણ વધુ રહે છે. આ ઉપરથી એમ માનવાને કારણ મળી રહે છે કે ઊર્ધ્વ ભૂમધ્યાવરણ અને ખંડીય પોપડાના ખડકો રાસાયણિક દૃષ્ટિએ સમકક્ષ ગણાય. મોહો સંક્રાંતિપડના માધ્યમની પ્રાપ્તિસ્થિતિનો આધાર જુદી જુદી ઊંડાઈએ રહેલા તે તે મોહો વિભાગનાં ખડકબંધારણ, દબાણ અને તાપમાન ઉપર રહેલો હોય છે.

મોહોને (1) રાસાયણિક સાતત્યભંગ ગણતાં તથા (2) ખડક માધ્યમના સંક્રાંતિપડ તરીકે ગણતાં નીચે મુજબના ખડક તફાવતોની સમજ સ્પષ્ટ બને છે :

ભૂકેન્દ્રીય વિભાગ (core) : પૃથ્વીના ગોળાના કેન્દ્રની આજુબાજુનો અત્યંત ઊંડાઈએ રહેલો વિભાગ. આ વિભાગ પૃથ્વીની સપાટીથી 2,900 કિમી.ની ઊંડાઈએ આવેલી સીમાથી શરૂ થઈ પૃથ્વીના કેન્દ્ર સુધી વિસ્તરેલો છે. 2,900 કિમી.ની ઊંડાઈ એ ભૂમધ્યાવરણની તલસીમા છે, જ્યાં ભૂકંપીય તરંગોની ગતિ એકાએક ઘટી જાય છે. P તરંગોની ગતિમાં થતો ઘટાડો 13.7 કિમી./સેકંડથી 8.1 કિમી./સેકંડ સુધીનો અને વિશિષ્ટપણે S તરંગોની ગતિ 7.2 કિમી./સેકંડમાંથી શૂન્ય થઈ જાય છે, અર્થાx ઊંડાઈની આ સીમા ઘન માધ્યમમાંથી પ્રવાહી માધ્યમમાં ફેરવાઈ જવાના તબક્કાનું સૂચન કરે છે. ભૂમધ્યાવરણ અને ભૂકેન્દ્રીય વિભાગને જુદી પાડતી આ સીમા ગુટેનબર્ગ સાતત્યભંગ તરીકે ઓળખાય છે. પૃથ્વીના કુલ કદના સંદર્ભમાં આ વિભાગ પૃથ્વીનો 16  % ભાગ આવરી લે છે.

ભૂકેન્દ્રીય વિભાગને બે પડમાં વહેંચી શકાય છે : બાહ્ય આવરણ અને આંતરિક ગોલક. બાહ્ય આવરણ પ્રવાહી સ્થિતિમાં હોવાનું માનવામાં આવે છે. અહીં P તરંગોની ગતિ 8.1 કિમી./સેકંડથી શરૂ થઈ ગોલક સીમા પર 10.3 કિમી./સેકંડ થઈ જાય છે, ઘનતા વધીને 11.8 ગ્રામ/સેમી.³ અને દબાણનું પ્રમાણ 3,180 કિલોબાર થાય છે. આ બાહ્ય આવરણનું સંભવિત બંધારણ લોહ-નિકલના મિશ્ર ઘટકોનું બનેલું હોવાનું ગણાય છે. એવું પણ ધારવામાં આવે છે કે આ બાહ્ય આવરણનું દ્રવ્ય ઉષ્ણતાનયનની ગતિસ્થિતિમાં રહે છે, જે પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રનો ઉદભવ કરનારું પરિબળ ગણાય છે. બાહ્ય આવરણ અને આંતરિક ગોલકની સીમા 5,000-5,100 કિમી.ની ઊંડાઈએ આવેલી છે.

5,000-5,100 કિમી.ની ઊંડાઈએ P તરંગોની ગતિમાં વધારો થાય છે. તે પ્રવાહી સ્થિતિમાંથી ઘન સ્થિતિમાં બદલાતા તબક્કાનો નિર્દેશ કરે છે. અહીં સંભવત: 100 કિમી.ની જાડાઈનું બદલાતી સ્થિતિવાળું સંક્રાન્ત આવરણ હોઈ શકે. P તરંગોની ગતિ 11.2 કિમી./સેકંડ સુધી વધી જાય છે. ભૂકંપ છાયાવિભાગમાં 143⁰ને ખૂણે ફંટાતાં ઓછી ક્ષમતાવાળા S તરંગોની છેલ્લામાં છેલ્લાં સંશોધનોની ઉપલબ્ધ માહિતી પરથી આંતરિક ગોલકની ઘન સ્થિતિ હોવાનું પુરવાર થાય છે. આંતરિક ગોલકની ઘનતા 14થી 16 × 10³ કિગ્રા/મી.³, કેન્દ્ર પરનું દબાણ આશરે 3,300-3,600 કિલોબાર અને તાપમાન આશરે 6,000^o સે. હોવાનું ગણાય છે.

સારણી 8 : પૃથ્વીનાં આવરણોનાં દળ (10¹⁸ = 1 trillion = પરાર્ધ)

	આવરણ	દળ-કિ.ગ્રા.
1.	વાતાવરણ	51,00,000 × 1018
2.	જલાવરણ (સપાટીજળ)	1,40,00,00,000 × 1018
3.	જીવાવરણ	1,000 × 1018
4.	ખંડીય પોપડો	16,00,00,00,000 × 1018
5.	સમુદ્રીય પોપડો	7,00,00,00,000 × 1018
6.	ભૂમધ્યાવરણ	40,80,00,00,00,000 × 1018
7.	ભૂકેન્દ્રીય ભાગ	18,90,00,00,00,000 × 1018

ગ્રહીય લક્ષણો અને સંબંધો : પૃથ્વીને બે ગતિ છે : અક્ષભ્રમણ અને પ્રદક્ષિણા. પૃથ્વી પોતાની ધરી પર પશ્ચિમથી પૂર્વ તરફ 24 કલાકમાં એક ભ્રમણ પૂરું કરે છે, આ દૈનિક ગતિને અક્ષભ્રમણ (rotation) કહે છે; અક્ષભ્રમણની સાથે સાથે તે સૂર્યની આસપાસ દીર્ઘ વર્તુળાકાર પથમાં વર્ષમાં એક વાર એક આંટો પૂરો કરે છે. આ વાર્ષિક ગતિને પ્રદક્ષિણા (revolution) કહે છે. અક્ષભ્રમણથી પૃથ્વી પર સવાર, બપોર, સાંજ, દિવસ અને રાતની સમય-ગણતરી તથા પ્રદક્ષિણાથી ઋતુઓ થાય છે. અક્ષભ્રમણની સાથે સાથે પૃથ્વી પરનું દરેક સ્થળ પણ વર્તુળાકારમાં ફરે છે અને પોતપોતાનું વર્તુળ 24 કલાકમાં પૂરું કરે છે. વિષુવવૃત્તથી ઉત્તરે કે દક્ષિણે અક્ષાંશવૃત્તો ક્રમશ: પરિઘમાં નાનાં થતાં જાય છે અને ધ્રુવો માત્ર બિંદુ બની રહે છે; અર્થાત્ પૃથ્વી પરના દરેક સ્થળનો ભ્રમણસમય સરખો હોય છે, પરંતુ ભ્રમણવેગ સરખો હોતો નથી. ધ્રુવબિંદુઓ પોતાના જ સ્થાને રહેતાં હોવાથી ત્યાં ભ્રમણવેગ શૂન્ય બની રહે છે, જ્યારે વિષુવવૃત્ત મોટામાં મોટું વર્તુળ હોવાથી ત્યાં ભ્રમણવેગ મહત્તમ રહે છે. આ જ કારણે ઉત્તર ધ્રુવબિંદુની સામે અવકાશમાં આવેલો ઉત્તર ધ્રુવનો તારો પણ ત્યાં જ સ્થિર રહેલો દેખાય છે. દક્ષિણ ધ્રુવની સામે અવકાશમાં એવો કોઈ ચોક્કસ તારો આવેલો નથી. આ ઉપરાંત ભ્રમણવેગની વધતી-ઓછી ગતિની પવનો પર પણ અસર થાય છે. અક્ષભ્રમણ અને પ્રદક્ષિણા ઉપરાંત પૃથ્વીને ત્રીજી પણ એક ગતિ છે. પૃથ્વીની ધરી અને તેના ધ્રુવબિંદુ પર અક્ષભ્રમણથી ઊલટી દિશામાં અત્યંત ધીમી ગતિથી ઘૂમરી ખાતા શંકુની જેમ (જુઓ, આકૃતિ 9) ચકરાવો લઈને ઘૂમે છે. આ ગતિને ધૂનન (nutation) અથવા ધ્રુવીય વમળગતિ અને વિષુવાયન (wobbling and precession of pole) કહે છે.

આ વિષુવાયનનો દર વાર્ષિક 50.2 સેકંડનો હોવા છતાં, તે એકધારો તો રહેતો નથી; તેમાં 9.23 સેકંડનો ફરક પડ્યા કરે છે. વિષુવાયન અને ધૂનન બંને પૃથ્વીના વિષુવવૃત્તીય ઉપસાવ પર થતા રહેતા સૂર્ય-ચંદ્રના ગુરુત્વાકર્ષણબળને કારણે ઉદભવે છે. આ કારણે પ્રત્યેક પ્રદક્ષિણા પૂરી કરવામાં તે 25,800 (આશરે 26,000) વર્ષનો કાળગાળો લે છે. આ કારણે તેની સીધી રેખામાં આવતા ધ્રુવીય તારાનું સ્થાન પણ બદલાતું રહે છે. હવે પછીના ધ્રુવ તારાનું સ્થાન ‘વેગા’ તારો લેશે એવી ગણતરી છે (આશરે 14,400 વર્ષ પછી).

પૃથ્વી પરનાં બે ધ્રુવબિંદુઓને જોડતી અને પૃથ્વીના મધ્યબિંદુમાંથી પસાર થતી કલ્પિત રેખાને પૃથ્વીની ધરી કહે છે. બંને ધ્રુવોથી બરોબર સરખા અંતરે પૃથ્વીની સપાટી પર પૂર્વ-પશ્ચિમ જતી કલ્પિત રેખા ગોળાના ઉત્તર ગોળાર્ધ અને દક્ષિણ ગોળાર્ધ એવા બે સરખા ભાગ કરે છે. આ રેખાને વિષુવવૃત્ત કહે છે. વિષુવવૃત્ત એ ધરીને કાટખૂણે પૃથ્વીના કેન્દ્રબિંદુમાંથી પસાર થતા, સપાટી પર બહાર પડતા ક્ષૈતિજ સમતલનું વૃત્ત હોવાથી તે 0^o અક્ષાંશવૃત્ત પણ કહેવાય છે. ઉત્તર અને દક્ષિણ ગોળાર્ધ બંનેને કેન્દ્રથી ક્ષૈતિજ સમતલ અને ધરી વચ્ચેના કોણીય અંતર મુજબ નેવું-નેવું અક્ષાંશોમાં વિભાજિત કરેલા છે. વિષુવવૃત્તથી સમાંતર ઉત્તર કે દક્ષિણ તરફ, પૂર્વ-પશ્ચિમ જતાં આ વૃત્તો પરિઘમાં ક્રમશ: નાનાં ને નાનાં થતાં જાય છે અને ધ્રુવો માત્ર બિંદુસ્વરૂપ બની રહે છે. ઉત્તર અને દક્ષિણ તરફના અક્ષાંશને અનુક્રમે કર્કવૃત્ત (tropic  of Cancer) અને મકરવૃત્ત (tropic of Capricon) તથા  અક્ષાંશને અનુક્રમે ઉત્તર ધ્રુવવૃત્ત (Arctic circle) અને દક્ષિણ ધ્રુવવૃત્ત(Antarctic circle) કહે છે. આ જ રીતે વિષુવવૃત્તીય સમતલના પણ પૂર્વ તરફ 180 અને પશ્ચિમ તરફ 180 એમ 360 સરખા ભાગ પાડી તેમને રેખાંશ નામ અપાયાં છે. 0⁰ રેખાંશ ઇંગ્લૅન્ડમાં આવેલા ગ્રિનિચથી ગણાય છે. બધા જ રેખાંશ ઉત્તર-દક્ષિણ દિશામાં દોરેલા છે અને લંબાઈમાં સરખા છે. અક્ષાંશ અને રેખાંશ બંનેની મદદથી પૃથ્વી પરના કોઈ પણ સ્થળનું નિશ્ચિત સ્થાન જાણી શકાય છે.

કટિબંધો : સૂર્યમાંથી મળતી ગરમીને કારણે પૃથ્વી પર તાપમાનના પટ્ટા પાડેલા છે. આ પટ્ટા ‘કટિબંધ’ નામથી ઓળખાય છે. (1) ઉષ્ણ કટિબંધ (torrid zone) : કર્કવૃત્તથી મકરવૃત્ત સુધીનો પ્રદેશ. તે પૃથ્વીની સપાટીનો 40  % ભાગ આવરી લે છે. (2) શીત કટિબંધ (frigid zone) : ધ્રુવોથી ધ્રુવવૃત્તો સુધીનો પ્રદેશ. ઉત્તર ધ્રુવથી ઉત્તર ધ્રુવવૃત્ત વચ્ચેનો પ્રદેશ ઉત્તર શીત કટિબંધ અને દક્ષિણ ધ્રુવથી દક્ષિણ ધ્રુવવૃત્ત વચ્ચેનો પ્રદેશ દક્ષિણ શીત કટિબંધ તરીકે ઓળખાય છે. શીત કટિબંધના પ્રદેશો પૃથ્વીની સપાટીનો માત્ર 8  % ભાગ રોકે છે. (3) સમશીતોષ્ણ કટિબંધ (temperate zone) : ઉત્તર ગોળાર્ધમાં કર્કવૃત્તથી ઉત્તર ધ્રુવવૃત્ત તથા દક્ષિણ ગોળાર્ધમાં મકરવૃત્તથી દક્ષિણ ધ્રુવવૃત્ત સુધીના પ્રદેશો. બંને બાજુ તેના બે ઉપવિભાગો પણ પડે છે, કર્કવૃત્ત કે મકરવૃત્ત તરફનો વિભાગ ગરમ સમશીતોષ્ણ કટિબંધ તથા શીતકટિબંધ તરફનો વિભાગ ઠંડો સમશીતોષ્ણ કટિબંધ કહેવાય છે.

ઋતુઓ : પૃથ્વી પોતાની ધરીને નમેલી રાખીને સૂર્યની આસપાસ પ્રદક્ષિણા કરતી હોવાથી દિવસ-રાતની લંબાઈમાં અને ઋતુઓમાં ફેરફાર થતો રહે છે. જૂનની 21મી તારીખે ઉત્તર ગોળાર્ધ સૂર્ય સામે નમેલો રહે છે, તેથી ઉત્તર ગોળાર્ધમાં તે તારીખે દિવસ લાંબામાં લાંબો અને રાત ટૂંકામાં ટૂંકી હોય છે. આ દિવસે સૂર્યનાં સીધાં કિરણો કર્કવૃત્ત પર પડે છે. ઉત્તર ગોળાર્ધમાં આ વખતે ઉનાળો હોય છે. સૂર્ય 21મી જૂન સુધીમાં વિષુવવૃત્તથી વધુમાં વધુ ઉત્તર તરફ કર્કવૃત્ત સુધી ગયેલો જણાય છે. ઉત્તર ગોળાર્ધમાં પૃથ્વીની આ સ્થિતિને દક્ષિણાયન કહે છે. દક્ષિણ ગોળાર્ધમાં આ વખતે ઊલટી સ્થિતિ હોય છે. ત્યાં દિવસ ટૂંકો અને રાત લાંબી હોય છે તથા ત્યાં શિયાળાની ઋતુ પ્રવર્તે છે; દક્ષિણ ગોળાર્ધમાં પૃથ્વીની આ સ્થિતિને ઉત્તરાયણ કહે છે. 22મી ડિસેમ્બરે બંને ગોળાર્ધમાં આથી વિરુદ્ધની સ્થિતિ હોય છે; ત્યારે ઉત્તર ગોળાર્ધમાં ટૂંકો દિવસ અને લાંબી રાત્રિ (ઉત્તરાયણ) અને દક્ષિણ ગોળાર્ધમાં દક્ષિણાયન (લાંબો દિવસ અને ટૂંકી રાત્રિ) હોય છે.

21મી માર્ચ અને 23મી સપ્ટેમ્બરે સૂર્યનાં સીધાં કિરણો વિષુવવૃત્ત પર પડે છે. તે દિવસે પૃથ્વી પર બધે જ દિવસ-રાતની લંબાઈ સરખી રહે છે. ઉત્તર ગોળાર્ધમાં 21મી માર્ચની સ્થિતિને વસંત સંપાત અને 23મી સપ્ટેમ્બરની સ્થિતિને શરદ સંપાત કહે છે. દક્ષિણ ગોળાર્ધમાં આથી ઊલટી સ્થિતિ ગણવાની હોય છે. આ બંને સ્થિતિમાં કોઈ ગોળાર્ધ સૂર્ય તરફ નમેલો હોતો નથી.

પૃથ્વી તેની ધરી પરનું એક ભ્રમણ 24 કલાકમાં પૂરું કરે છે, પરંતુ તે સાથે તેનું કક્ષાકીય ભ્રમણ પણ ચાલુ જ હોય છે. વર્ષ દરમિયાન પૃથ્વી ક્યારે તેની કક્ષામાં કઈ સ્થિતિમાં છે તેના પર આધાર રાખીને દિવસ-રાતની લંબાઈમાં ફેરફાર થતો હોય છે. મહિનાઓમાં થતું વર્ષનું વિભાજન ચંદ્રની સ્થિતિ પર આધાર રાખે છે.

પૃથ્વી તેની ધરી પર 23 કલાક, 56 મિનિટ, 4.09 સેકંડમાં એક ભ્રમણ પૂરું કરે છે અને એક વર્ષના ગાળામાં 365.2422 વખત ભ્રમણ કરે છે. આ ગાળો એકધારો રહેતો નથી, પરંતુ પ્રત્યેક 100 વર્ષે એક માઇક્રો- સેકંડ( μ sec.)થી જરાક વધારે દરથી વધતો જાય છે. આ ફેરફારનું કારણ પૃથ્વીના અક્ષભ્રમણમાંથી ઉત્પન્ન થતી ઊર્જા છે. આ ઊર્જા ચંદ્રને તેની પૃથ્વીની આસપાસ પ્રદક્ષિણા કરવા માટેનું બળ પૂરું પાડે છે અને પ્રદક્ષિણા દ્વારા ઉદભવતા ભરતી-ઘર્ષણની પ્રતિક્રિયા રૂપે રજૂ થાય છે. આ ઉપરાંત, દિવસની લંબાઈમાં પણ પાંચ માઇક્રોસેકંડ જેટલી અનિયમિત વધઘટ થયા કરે છે. વધઘટના આ બધા ફેરફારોનું મૂળ કારણ ભૂકેન્દ્રીય ભાગના પ્રવાહીની વમળગતિ(turbulent fluid motion)માં રહેલું માનવામાં આવે છે. આ વમળગતિ ભૂમધ્યાવરણ અને પોપડા સાથે એવી રીતે સહયોગમાં રહે છે કે જેથી સપાટીની ગતિમાં થતા ફેરફારો ભૂકેન્દ્રીય પ્રવાહો સાથે અનુકૂલન કરતા રહે અને જડત્વની ચાકમાત્રા(moment of inertia)નું કુલ પ્રમાણ એકધારું રહે.

પૃથ્વીની ધરી કક્ષાની તલસપાટી સાથે 23^o 26′ 59″ને ખૂણે નમેલી રહે છે; અર્થાત્ વિષુવવૃત્તીય તલસપાટી કક્ષાની તલસપાટી સાથે આશરે  નો ખૂણો બનાવે છે. આ અક્ષનમન એકધારું રહેતું નથી, 41,000 વર્ષના ગાળામાં તે 22.1^o થી 24.5^o વચ્ચે વિચલિત થતું રહે છે. ભ્રમણની અક્ષ ભૂસ્વરૂપ(geoid)ની અક્ષ સાથે એકરૂપ નથી, પરંતુ ભ્રમણઅક્ષ તેની આજુબાજુ ઘડિયાળના કાંટાની વિરુદ્ધ દિશામાં વધુમાં વધુ લગભગ 0.4 સેકંડની જુદાઈથી વર્તુળાકારે ફરે છે. ‘ચૅન્ડલર (યુલેરિયન) ગતિ’ને નામે ઓળખાતી આ ગતિનો ગાળો લગભગ 14 માસનો હોય છે. આ ઉપરાંત, એમ માનવામાં આવે છે કે પૃથ્વીના ભ્રમણઅક્ષની સ્થિતિ (અથવા બીજી રીતે જોતાં, ભૂગર્ભના સંદર્ભમાં પોપડાની સ્થિતિ) ભૂસ્તરીય ઇતિહાસકાળમાં સારા એવા પ્રમાણમાં ખસતી ગયેલી છે. પૃથ્વીના ધ્રુવો જ્યાં આજે છે ત્યાં અતીતમાં ન હતા. આ ફેરફારોના પુરાવા ખડકોના અવશિષ્ટ ચુંબકત્વની દિશાના અભ્યાસમાંથી મળી રહે છે. (જુઓ, ભૂચુંબકીય ક્ષેત્ર.)

પૃથ્વીની કક્ષા : પૃથ્વી તેના અક્ષભ્રમણની સાથે સાથે સૂર્યને લગભગ કેન્દ્રમાં રાખીને જે કલ્પિત પથ પર પ્રદક્ષિણા કરે છે, તેને પૃથ્વીની કક્ષા (orbit) કહે છે, અને તેનાથી બનતી તલસપાટી કક્ષાસપાટી (plane of orbit) કહેવાય છે. પૃથ્વી પોતાની ધરીને કક્ષાસપાટી સાથે ઉત્તર તરફ નમેલી રાખીને સૂર્યની આજુબાજુ ભ્રમણ કર્યા કરે છે. કક્ષાનો પથ ગોળાકાર નથી, દીર્ઘવર્તુળાકાર છે. વળી સૂર્ય તેના બરોબર કેન્દ્રમાં નથી, તેથી વર્ષના જુદા જુદા સમયે સૂર્યથી પૃથ્વીનું અંતર બદલાતું રહે છે. લઘુતમ અંતર 14,56,00,000 કિમી., ગુરુતમ અંતર 15,04,00,000 કિમી. જ્યારે સરેરાશ અંતર 14,88,00,000 કિમી. રહે છે. કક્ષાની ઉત્કેન્દ્રતા (eccentricity) 0.01674 છે. વર્તમાન ગણતરી મુજબ કક્ષાની ઉત્કેન્દ્રતાનું મૂલ્ય 0.01675 સુધીનું મુકાયું છે. તેમાં ગ્રહીય વિક્ષોભની અસર હેઠળ ક્રમશ: ધીમો ઘટાડો થયા કરે છે. ઘટાડાનો આ દર – 0.000042/સદી મુજબનો મુકાયો છે તેમ છતાં તે કંઈ શૂન્ય થઈ જવાનો નથી; જે (દર) લઘુતમ અંક પર પહોંચ્યા બાદ પાછો વધતો જશે. [જાન્યુઆરી 2જીએ પૃથ્વી સૂર્યના નીચ(નજીકના) બિંદુ(perihelion)એ અને જુલાઈ 2જીએ તે સૂર્યના ઉચ્ચ બિંદુ(aphelion)એ હોય છે].

કક્ષાની સરેરાશ ત્રિજ્યા : પૃથ્વીની કક્ષા ઉત્કેન્દ્રીય છે, એટલે કે ત્રિજ્યા સમપ્રમાણમાં નથી, તેથી પૃથ્વીનું સૂર્યથી અંતર જુદું જુદું આવે છે. સૂર્યથી પૃથ્વીના સરેરાશ અંતરને સૂર્યમંડળ માટે અંતરના ખગોલીય એકમ (astronomical unit) તરીકે સ્વીકારવામાં આવેલો છે. તેનું નિરપેક્ષ મૂલ્ય (absolute value) આખાય સૂર્યમંડળ માટે એક પ્રમાણમાપ નક્કી કરે છે; આખાય બ્રહ્માંડ માટે આ પાર્થિવ એકમ(terrestrial unit)ને લંબાઈ માટેનો પ્રમાણભૂત એકમ ગણ્યો છે.

કક્ષાની સરેરાશ ત્રિજ્યા ભૌમિતિક, ગુરુત્વાકર્ષણબળ અને ભૌતિક પદ્ધતિઓ દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે. ભૌમિતિક પદ્ધતિ મુજબ 14,96,75,000 ± 11,000 કિમી., વધુમાં વધુ ગણતરીદોષ (error) ± 0.05  % આવી શકે; ગુરુત્વાકર્ષણબળ મુજબ 14,95,32,000 ± 7,000 કિમી.; વધુમાં વધુ ગણતરીદોષ -0.05  % હોઈ શકે; ભૌતિક પદ્ધતિ મુજબ 14,95,98,500 કિમી જેમાં ± 0.005  % અચોકસાઈ હોઈ શકે.

પૃથ્વીની કક્ષાકીય ગતિ : પૃથ્વીને તેના કક્ષામાર્ગમાં સૂર્યની આજુબાજુ એક આંટો પૂરો કરતાં સરેરાશ 365.25 અક્ષભ્રમણ થાય છે, જેને એક પ્રદક્ષિણાકાળ અથવા વર્ષ કહેવાય છે. પૃથ્વીની આ કક્ષાકીય ગતિને વાર્ષિક ગતિ પણ કહે છે. પૃથ્વીનો પ્રદક્ષિણાવેગ અક્ષભ્રમણવેગની સરખામણીએ ઘણો જ વધારે છે. દર સેકંડે લગભગ 29.80 કિમી.ના વેગથી પૃથ્વી સૂર્યની આજુબાજુની પ્રદક્ષિણા પૂરી કરવામાં વાર્ષિક 96 કરોડ કિમી.નું અંતર કાપી નાખે છે. પૃથ્વીને પોતાનું ગુરુત્વાકર્ષણબળ તો છે જ, ઉપરાંત સૂર્યના ગુરુત્વાકર્ષણબળમાં રહીને પ્રદક્ષિણા કરે છે. આ બંને પરિબળો પરથી સૂર્યનું દળ નક્કી કરી શકાય છે, જે પૃથ્વીના દળ કરતાં 3,33,000 ગણું મોટું થાય છે.

પ્રદક્ષિણા-ગાળો : સૂર્યની આજુબાજુનો પૃથ્વીની પ્રદક્ષિણાનો વાસ્તવિક કાળગાળો ત્રણ રીતે ગણેલો છે : (1) સાંપાતિક વર્ષ (siderial year) માટે સરેરાશ ગણતરી મુજબ 365 દિવસ, 6 કલાક, 9 મિનિટ અને 9.5 સેકંડ થાય છે અથવા 365.25636 સરેરાશ સૂર્યદિવસો મુકાય છે. (2) સાયન વર્ષ (tropical year) માટે તે 365 દિવસ, 5 કલાક, 48 મિનિટ, 46 સેકંડ થાય છે અથવા 365.24220 દિવસો મુકાય છે. કાળગણના સામાન્ય રીતે સાયનવર્ષ પર આધારિત રહે છે. (3) સૂર્ય નીચનાં બિંદુઓ પર પસાર થવાના વચ્ચેના કાળગાળાના પરિવર્ષ (anomalistic year) મુજબ તે 365 દિવસ, 6 કલાક, 13 મિનિટ, 53 સેકંડ થાય છે અથવા 365.25964 દિવસો મુકાય છે.

અન્ય ગ્રહો દ્વારા પૃથ્વીની કક્ષા પર થતા રહેતા લાંબા ગાળાના વિક્ષોભ(long period perturbations)ને પરિણામે વર્ષની લંબાઈ ચલિત રહે છે. 1956માં પંચાંગો  માટે દૈનિક ગ્રહપત્રકો(ephemeris time)ની ગણતરી નક્કી કર્યા પ્રમાણે પ્રવર્તમાન સાયન વર્ષ મુજબ 1 સેકંડ = 1 / 3,15,56,925.9747 ભાગનો સમય ગણાય છે.

તારાવૈશ્ર્વિક ગતિ : સૂર્યમંડળ આકાશગંગા (Milky Way galaxy) નામના તારાવિશ્વનું સભ્ય છે. આખુંય સૂર્યમંડળ પણ આકાશગંગાના કેન્દ્રની આસપાસ અવકાશમાં ગતિ કરી રહ્યું છે. તેની પ્રદક્ષિણાનો કાળગાળો 20 કરોડ વર્ષનો મુકાયો છે.

ઉપગ્રહો : પૃથ્વીને એકમાત્ર કુદરતી ઉપગ્રહ ચંદ્ર છે, જે પૃથ્વીથી 3,83,403 કિમી.ના સરેરાશ અંતરે રહીને 0.05490ની ઉત્કેન્દ્રતાવાળી દીર્ઘ વર્તુળાકાર કક્ષામાં 27 દિવસ, 7 કલાક, 43 મિનિટ, 11.5 સેકંડમાં એક પ્રદક્ષિણા પૂરી કરે છે. પૃથ્વીની કક્ષા સાથે ચંદ્રકક્ષા સરેરાશ 5^o 8′ 33″ નમેલી છે. પૃથ્વી અને ચંદ્ર એક ગુરુત્વમધ્યબિંદુ રાખીને સંયુક્ત રીતે સૂર્યની આસપાસ ફરતા હોવા છતાં ચંદ્રગતિ પૃથ્વીની ગતિની અપેક્ષાએ વધુ નિયમિત છે. ચંદ્રના ઓછા દળ(પૃથ્વીથી 1/81.3 ગણું)ને કારણે આ ગુરુત્વ-મધ્યબિંદુ પૃથ્વીની અંદર 4,645 કિમી.ની સરેરાશ ત્રિજ્યાના અંતરે રહેલું છે. (જુઓ ચંદ્ર).

ગ્રહણો : સૂર્ય, ચંદ્ર અને પૃથ્વી જ્યારે જ્યારે એક સીધી રેખામાં આવે છે ત્યારે સૂર્ય કે ચંદ્રગ્રહણ થતાં હોય છે. (જુઓ સૂર્યગ્રહણ, ચંદ્રગ્રહણ).

વય અને ઉત્ક્રાંતિના સિદ્ધાંતો : જુદા જુદા ઉપલબ્ધ પુરાવાઓ પરથી પૃથ્વીનું વય 4થી 6 × 10⁹ વર્ષ વચ્ચેના ગાળાનું હોવાનું સૂચવાયેલું છે. પૃથ્વીમાં રહેલાં કોઈ પણ પ્રકારનાં કિરણોત્સારી (radioactive) તત્ત્વોની હાજરી નિર્દેશ કરે છે કે પૃથ્વી જે દ્રવ્યની બનેલી છે તેની ઉત્પત્તિ વર્તમાન સંજોગો કરતાં તદ્દન જુદા જ સંજોગો હેઠળ થયેલી છે. વિદ્યમાન જાણકારી મુજબ, અન્ય અવકાશી પિંડો પૈકી અત્યંત ગરમ, ઘનિષ્ઠ તારાઓ જ એવા છે જેમના કેન્દ્રભાગોમાં કિરણોત્સારી તત્ત્વો સંભવત: બનતાં હોય. આવાં તત્ત્વો જો લગભગ એકસરખા પ્રમાણમાં બનતાં હોવાનું ધારીએ, તો તેમની વિપુલતા સૂચવે છે કે આ તત્ત્વો 6 × 10⁹ વર્ષ પહેલાં તૈયાર થયાં હશે. પૃથ્વીમાં મળતાં કિરણોત્સારી તત્ત્વો અને તેમની અંતિમ પેદાશો પૃથ્વીના પોપડા માટે 5 – 5.5 × 10⁹ વર્ષનું વય સૂચવે છે. પૃથ્વી પરથી મળી આવેલા જૂનામાં જૂના જુદા જુદા ખડકોનાં વય 2 – 3.5 × 10⁹ વર્ષ અગાઉના ગાળાનાં નિર્ધારાયાં છે. કિરણોત્સર્ગતાના અભ્યાસ પરથી ઉલ્કાઓનાં વય અંદાજે 4.5 × 10⁹ વર્ષનાં નક્કી થયેલાં છે. (જુઓ, પૃથ્વીનું વય, ભૂસ્તરીય કાળગણના).

અવકાશમાં દૂર અંતરે રહેલાં તારાવિશ્ર્વોની પીછેહઠ(recession)ના દરના અંદાજ પરથી જણાય છે કે લગભગ 6 – 8 × 10⁹ વર્ષ અગાઉ બધાં તારાવિશ્ર્વોનું દળ એકત્ર રીતે ઘનિષ્ઠપણે જોડાયેલું હતું; જાણીતાં બધાં જ તારાવિશ્ર્વોની ઉત્પત્તિની સરખામણીએ પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ તો ગૌણ ઘટના ગણાય. અગાઉ એવું વિચારાયેલું કે પૃથ્વી એ તો ભંગાણ પામેલા રાક્ષસી તારાનો એક ટુકડો છે. વધુ સ્વીકૃત તર્ક એવો છે કે વિખેરાયેલા વિશાળ વાયુવાદળમાંથી સૂર્ય અને સૂર્યમંડળના બધા જ સભ્યો ઘનીભવન પામેલા છે. નાના ગ્રહોનું ગુરુત્વાકર્ષણબળ પર્યાપ્ત ન હોવાથી તેમના હાઇડ્રોજન અને હીલિયમ જળવાઈ શક્યા નહિ અને તેથી તે સૂર્ય તેમજ મોટા ગ્રહોના બંધારણમાં જુદા પડે છે. આ જ સિદ્ધાંતમાંથી ઉદભવેલું એક ભિન્ન મંતવ્ય એવું પણ છે કે ઘૂમરી ખાતા વાયુવાદળમાંથી એક પછી એક ઠંડા પડતા જતા કણોના જોડાતા જવાથી પૃથ્વીની ઉત્ત્પત્તિ થયેલી છે. પ્રારંભમાં તે એકધારા બંધારણવાળી હતી, પરંતુ જેમ જેમ કદપ્રમાણ વિકસતું ગયું તેમ તેમ દાબ અને કિરણોત્સારી ક્ષયથી ભૂગર્ભ ગરમ થતું ગયું, સિલિકેટમાંથી લોહવિભાગો જુદા પડી ભૂકેન્દ્રીય ભાગ રચાતો ગયો. હલકાં અને કિરણોત્સારી તત્ત્વોની સંખ્યા અને પ્રમાણ ઉપરના ભાગોમાં સંકેન્દ્રિત થતાં ગયાં. આ ક્રિયા હજી આજે પણ બનતી રહેલી હોવાનું ધારવામાં આવે છે. કિરણોત્સારી તત્ત્વોથી ઉદભવતી ઉષ્મા અને ગુરુત્વાકર્ષણનાં બળો  આ બે મુખ્ય બાબતો – પૃથ્વીના પોપડાને નિરંતર અસર કરતાં રહી વિરૂપતા સર્જતાં રહે છે. પૃથ્વીની ઉષ્માવાહકતા એટલી બધી ઓછી છે અને એવી શક્યતાનો નિર્દેશ કરે છે કે પૃથ્વીનું પેટાળ હજી પણ ગરમ થતું રહે છે. ભૂસ્તરીય ભૂમિકા પરથી કેટલાક એવું માને છે કે પૃથ્વીનાં ભૂપૃષ્ઠ લક્ષણોમાં થતા ફેરફારોનો દર તેના ઇતિહાસકાળ દરમિયાન વૃદ્ધિ પામતો રહેલો છે. ગમે તેમ, પૃથ્વીમાં હજી આજે પણ ફેરફારો થાય છે અને ભવિષ્યમાં તેની ઉત્ક્રાંતિ માટે પૂરતો અવકાશ છે.

ગિરીશભાઈ પંડ્યા

પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ : પૃથ્વી એ ગ્રહ છે અને સૂર્યમંડળના અન્ય ગ્રહો પૈકી એક સભ્ય છે. સૂર્યમંડળ આકાશગંગાનાં બળોથી જોડાયેલું છે અને પૃથ્વી સૂર્યમંડળનાં બળો દ્વારા જોડાયેલી છે. સૂર્યમંડળના અન્ય કોઈ પણ ગ્રહની જેમ જ ઘણી બાબતોમાં પૃથ્વી પણ વર્તે છે.

સૂર્યમંડળની લાક્ષણિકતાઓ : સમગ્રપણે જોતાં, સૂર્યમંડળ પ્રમાણે લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે : (1) બધા જ ગ્રહોની કક્ષા એક જ તલસપાટીમાં રહેલી છે, માત્ર પ્લૂટો તેમાં અપવાદરૂપ છે. (2) સૂર્યની અવકાશમાં ભ્રમણ કરવાની જે દિશા છે, તે જ દિશામાં ગ્રહો પણ ભ્રમણ કરે છે. (3) ગ્રહો સૂર્યમંડળના અવકાશી ક્ષેત્રમાં અમુક ચોક્કસ અંતરોમાં સ્થાનીકરણ પામેલા છે. (4) સૂર્ય અને ગ્રહો એક જ પ્રકારના રાસાયણિક દ્રવ્યમાંથી ઉત્પન્ન થયેલા હોવાનું જણાય છે. (5) સૂર્ય અને ગ્રહોના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં ભિન્નતા પ્રવર્તે છે, એ જ રીતે સૂર્યમંડળના અંદર તરફના અને બહાર તરફના ગ્રહોમાં પણ આ ભિન્નતા જોવા મળે છે. (6) સૂર્યમંડળમાંના કુલ દળનો 99  % ભાગ સૂર્ય ધરાવે છે, પરંતુ તેનું કોણીય વેગમાન (angular momentum) ઓછું છે; ગ્રહો પોતે ઓછું દળ ધરાવતા હોવા છતાં તેમનું કોણીય વેગમાન 98  %થી વધી જાય છે. (7) અવકાશમાં ગ્રહો, ઉપગ્રહો, ક્ષુદ્ર ગ્રહો, ઉલ્કાઓ અને ધૂમકેતુઓ જેવા પિંડોનું અસ્તિત્વ છે.

ઉપર્યુક્ત બધાં જ વિધાનો પૃથ્વીને પણ લાગુ પડે છે અને તેથી પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ સમજવા માટેની ભૂમિકા સાંપડે છે. પૃથ્વી સૂર્યમંડળનો એક ગ્રહ છે, તેથી તેની ઉત્પત્તિ પણ સૂર્યમંડળના અન્ય ગ્રહોની ઉત્પત્તિ સાથે સંકળાયેલી હોવી જોઈએ. આ વિષય પર ઘણા જૂના કાળથી વિવિધ સિદ્ધાંતો, અધિતર્કો તથા મંતવ્યો રજૂ થયેલાં છે. કેટલાંક મંતવ્યો તાત્ત્વિક અને ધાર્મિક માન્યતાઓ પર રચાયેલાં હતાં; જેમ કે, પૃથ્વીનું સર્જન એ ઈશ્વરે બક્ષેલી દિવ્ય ભેટ છે. આ પ્રકારની જૂની માન્યતામાં વિજ્ઞાનના વિકાસની સાથે હવે ફેરફાર થયો છે અને વિશ્વની ઉત્ક્રાંતિની સાથે સાથે તેની એક ક્રમિક કક્ષા (stage) તરીકેની પૃથ્વીની ઉત્પત્તિની સમસ્યા પરત્વે વૈજ્ઞાનિક અને તકનીકી પ્રગતિને કારણે, 18મી સદીના મધ્યગાળાથી આધુનિક વિચારધારાનો સ્વીકાર થયો છે. સૂર્યમંડળની ઉત્પત્તિ માટે રજૂ કરાયેલાં મંતવ્યોમાંથી સ્વીડનના વૈજ્ઞાનિક ઇમૅન્યુઅલ સ્વીડનબર્ગ અને ડરહામના અંગ્રેજ વૈજ્ઞાનિક ટૉમસ રાઇટના અધિતર્કોનો આ વિષય અંગેનાં જૂનામાં જૂનાં મંતવ્યો તરીકે ઉલ્લેખ થાય છે. અગાઉના વૈજ્ઞાનિકોએ પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ માટે પ્રતિપાદિત કરેલા સિદ્ધાંતો પૈકી અક્ષભ્રમણ, પ્રદક્ષિણા, ગ્રહોનાં સૂર્યથી અંતર, તથા તેમની ભ્રમણ-નિયમિતતા જેવી બાબતો ખગોલીય અવલોકનો પર આધારિત હતી. હવે આ માહિતી માનવસહિત કે  રહિતનાં અવકાશયાનો દ્વારા મેળવાઈ રહી છે. વળી અવકાશ-ભૌતિકી તથા ઉલ્કા-અભ્યાસ પરથી પણ વિવિધ પ્રકારની ઉત્પત્તિવિષયક માહિતી મળી શકી છે. જુદા જુદા વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા આજ સુધીમાં સંખ્યાબંધ સિદ્ધાંતો રજૂ થયેલા છે, તે પૈકીનો સૂર્યમંડળ કે પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ માટે કોઈ પણ સિદ્ધાંત પર્યાપ્ત પ્રમાણમાં સંતોષકારક સમજણ આપી શકેલ નથી. તેમ છતાં ઉપલબ્ધ માહિતી પરથી ઓછીવત્તી સંતોષકારક સમજૂતી પર પહોંચી શકાયું છે ખરું. બધા જ સિદ્ધાંતો નીચે દર્શાવેલ કાન્ટ અને લાપ્લાસની નિહારિકા-સંકલ્પનાને અનુસરેલા જણાય છે.

પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ અંગેના મુખ્ય સિદ્ધાંતો ત્રણ બાબતો પર ઘડાયેલા છે : (1) ગ્રહો સૂર્યમાંથી સીધેસીધા ઉત્પન્ન થયેલા છે. (2) ગ્રહો સૂર્યના સાથીતારકને પરિણામે અસ્તિત્વમાં આવ્યા છે. (3) સૂર્ય અને અન્ય ગ્રહો વાયુ અને રજકણોથી બનેલા વિરાટ વાદળમાંથી ઉદભવેલા છે. આ જ મુદ્દાઓને નીચે પ્રમાણે સૈદ્ધાંતિક વર્ગોમાં પણ રજૂ કરવામાં આવેલા છે : (1) ઉત્ક્રાંતિ-આધારિત સિદ્ધાંતો (evolutionary theories) : પૂર્વ અસ્તિત્વ ધરાવતાં વૈશ્ર્વિક વાયુવાદળો પર સુધારાવધારાવાળાં સૂચનો પર આધારિત. (2) બહુ-તારક સિદ્ધાંતો (multistar theories) : બે કે વધુ તારાઓની અથડામણ અથવા નજીકથી પસાર થવા પર આધારિત. આ સિદ્ધાંતોમાં દ્રવ્યજથ્થો ભેગો થવા માટે બાહ્ય બળો તથા ભૌતિક લક્ષણોને પણ લક્ષમાં લેવાં પડે. (3) આદિસૂર્ય પર આધારિત સિદ્ધાંતો (protosun theories) : સૂર્ય પહેલાં બન્યો હોય અને તેનું અવકાશમાં ભ્રમણ થતું ગયું હોય ત્યારે તેમાં આંતર તારકદ્રવ્યના ઉમેરણથી સૂર્યની આસપાસ ગોળાકાર તકતી બનતી ગઈ હોય  એવી સંકલ્પના કરવામાં આવી છે.

1. કાન્ટનો નિહારિકા-સિદ્ધાંત : સૂર્યમંડળની ઉત્પત્તિ માટેનો પ્રથમ સિદ્ધાંત જર્મન તત્ત્વજ્ઞ ઇમૅન્યુઅલ કાન્ટ તરફથી 1755માં રજૂ કરવામાં આવેલો. તેના મંતવ્ય પ્રમાણે સૂર્ય અને અન્ય ગ્રહો કરોડો કિમી.ના ઘેરાવામાં અવકાશમાં વિસ્તરેલા વાયુ-રજકણ-વાદળમાંથી ઉત્પન્ન થયેલા છે. આ વાદળમાં રહેલું વજનદાર દ્રવ્ય ધીમે ધીમે તેના કેન્દ્ર તરફ ગતિ કરતું હતું. સાથે સાથે આ વાયુવાદળની પ્રસરણની ક્રિયા પણ ચાલુ હતી. ઉપરની બંને અસરોને પરિણામે આ વિપુલ વાદળનું ભ્રમણ શરૂ થયું. વાયુ અને રજકણોના પરસ્પર આકર્ષણને લીધે દ્રવ્યના ગોળા અસ્તિત્વમાં આવ્યા; તેમના ઠંડા પડવાથી સૂર્ય, ગ્રહો, ઉપગ્રહો, ઉલ્કાઓ અને ધૂમકેતુઓ ઉત્પન્ન થયાં.

સૂર્યમંડળની ઉત્પત્તિ માટેના આ સિદ્ધાંતમાં વાયુવાદળના ભ્રમણ માટેનાં જે કારણોનો ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો છે તેને મહત્ત્વ ન આપવામાં આવે તો જ આ સિદ્ધાંત અગત્યનો બને છે.

2. લાપ્લાસનો નિહારિકા – સિદ્ધાંત : કાન્ટના સિદ્ધાંતની પ્રસિદ્ધિના 41 વર્ષના ગાળા પછી 1796માં ફ્રેન્ચ ખગોળવેત્તા પિયેર સિમોન દ લાપ્લાસે કાન્ટના સિદ્ધાંતમાં ફેરફારો સૂચવીને ગ્રહોની ઉત્પત્તિ સમજાવવા પ્રયાસ કર્યો. અબજો વર્ષો પૂર્વે અવકાશમાં વાયુવીય દ્રવ્યનો ધગધગતો ગોળો ભ્રમણ કરતો હતો, લાપ્લાસ તેને નિહારિકા તરીકે ઓળખાવે છે. તેની ભ્રમણક્રિયા દરમિયાન તેમાંથી બહાર ફેંકાતી ગરમીને પરિણામે તે ધીમે ધીમે ઠંડી પડતી હતી. ઠંડી પડતી નિહારિકા સંકોચાવા માંડી અને ઘટ્ટ બનતી ગઈ. ઠંડી પડવાના તેના ગાળા દરમિયાન તેના ભ્રમણવેગમાં વધારો થતો ગયો અને બાજુઓ પર તે ઊપસી આવી. ભ્રમણવેગની વૃદ્ધિ સાથે તેના વિષુવવૃત્ત પરના કેન્દ્રત્યાગી બળ(centrifugal force)માં પણ વધારો થયો અને તેનું પ્રમાણ ગુરુત્વાકર્ષણબળ જેટલું જ થયું. છેવટે કેન્દ્રત્યાગી બળ આસક્તિબળ (attractive force) કરતાં વધી ગયું. પરિણામે નિહારિકાના વિષુવવૃત્તીય ભાગમાંથી વલય આકારનો ભાગ છૂટો પડ્યો. નિહારિકાનો મુખ્ય જથ્થો જેમ જેમ વધુ સંકોચાતો ગયો તેમ તેમ એક પછી એક બીજા વલય આકારના ભાગો છૂટા પડતા ગયા, ઠંડા પડ્યા પછી તે ગ્રહો બન્યા. ગ્રહો પણ ઠંડા પડવાની ક્રિયા દરમિયાન નિહારિકા જેવી જ સ્થિતિમાંથી પસાર થયા અને તેમાંથી ઉપગ્રહો બન્યા. મધ્યનો બાકી રહેલો દ્રવ્યજથ્થો સૂર્ય બન્યો.

ગ્રહો-ઉપગ્રહોની એક જ સામાન્ય દિશામાં તેમજ એક તલસપાટીમાં રહેલી ગતિઓ આ સિદ્ધાંત દ્વારા સરળતાથી સમજી શકાય છે, તેથી આ સિદ્ધાંત ખૂબ જ આકર્ષક જણાય છે; છતાં જે કેટલાક મુદ્દાઓ વિરુદ્ધ જાય છે તેને કારણે નિહારિકા-સિદ્ધાંતનું મહત્ત્વ રહેતું નથી: (1) સંકોચાતી નિહારિકાના વિષુવવૃત્ત ભાગમાંથી વલયો છૂટાં પડ્યાં અને તેમનું એકીકરણ થવાથી ગ્રહો બન્યા, આ અંગેની કોઈ સાબિતી તેણે રજૂ કરેલી નથી. (2) ભ્રમણ કરતી નિહારિકામાંથી વલય આકારના ભાગ છૂટા પડ્યા હોય તો તેમનું મોટા ગ્રહોમાં ઘનીભવન થવું શક્ય નથી, પરંતુ આવા ભાગો શનિની જેમ વલય સ્વરૂપમાં જ રહે. (3) જો નિહારિકામાંથી વલય આકારના ભાગ છૂટા પડ્યા હોય તો સંયુક્ત રીતે, ભ્રમણ કરતા બધા જ ગ્રહો કરતાં સૂર્ય વધુ ઝડપથી ભ્રમણ કરે; પરંતુ એ પ્રમાણેની સ્થિતિ જોવા મળતી નથી; સૂર્ય બધા જ ગ્રહો કરતાં વધુ ધીમે ભ્રમણ કરે છે.

3. જીન્સ અને જેફ્રીઝનો ભરતી-સિદ્ધાંત : સર જેમ્સ જીન્સ અને સર હેરોલ્ડ જેફ્રીઝ નામના બે બ્રિટિશ વૈજ્ઞાનિકોએ ગ્રહોની ઉત્પત્તિ માટેનો ભરતીસિદ્ધાંત રજૂ કરેલો છે. આ સિદ્ધાંત પ્રમાણે સૂર્ય અને તેની નજીકમાંથી પસાર થતા સૂર્ય કરતાં અનેકગણા મોટા તારા વચ્ચે થયેલી ક્રિયાઓને કારણે ગ્રહમંડળ અસ્તિત્વમાં આવેલું છે. જે રીતે પૃથ્વી પરના મહાસાગરો પર ચંદ્રના ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે ભરતીની ક્રિયા બને છે તે જ પ્રમાણે તારાના આકર્ષણને લીધે સૂર્ય પર વાયવીય ભરતીની ક્રિયા મોટા પ્રમાણમાં બની. પરિણામે આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે સૂર્ય વિરૂપ બન્યો. સૂર્યમાંથી તારા તરફની બાજુએથી એક વાયવીય ચિરૂટ આકારનો ભાગ ઊપસી આવ્યો. તારો જેમ જેમ અવકાશમાં દૂર જતો ગયો તેમ તેમ આ ચિરૂટ આકારનો ભાગ ખેંચાતો જઈને મધ્યમાં જાડો અને બંને છેડાઓ તરફ પાતળો થતો ગયો. પછીથી આ ભાગ અસ્થિર બનતાં ટુકડાઓમાં વહેંચાઈ ગયો. સમય જતાં આ ટુકડાઓ ઠંડા પડ્યા અને ઘનીભવનની ક્રિયાથી તેમાંથી ગ્રહો અસ્તિત્વમાં આવ્યા. સૂર્ય તરફના પાતળા છેડામાંથી બુધ, શુક્ર, પૃથ્વી અને મંગળ જેવા નાના ગ્રહો; મધ્યના જાડા ભાગમાંથી ગુરુ અને શનિ જેવા સૌથી મોટા ગ્રહો અને તારા તરફના પાતળા છેડામાંથી યુરેનસ, નેપ્ચૂન અને પ્લૂટો જેવા નાના ગ્રહો તૈયાર થયા.

આધુનિક ખગોળશાસ્ત્રીઓના જણાવ્યા પ્રમાણે નજીક આવેલા તારાના ગુરુત્વાકર્ષણને લીધે જે વાયવીય ભાગ ખેંચાયો તેની ઘનીભવનની ક્રિયાને લીધે ગ્રહો બની શકે નહિ; ઊલટું તે મોટા પ્રમાણમાં પ્રસરણ પામી આજુબાજુના અવકાશમાં ફેલાઈ જાય. વળી અવકાશના વિશાળ વિસ્તારને કારણે તેમજ તારાઓ વચ્ચેનાં અંતર મોટાં હોવાને કારણે સૂર્ય અને તારાની વધુ નજીક આવવાની ક્રિયા ભાગ્યે જ બની શકે. આ સિદ્ધાંત ઉપગ્રહોની રચનાની સમજૂતી આપવામાં પણ નિષ્ફળ રહ્યો છે.

4. ચેમ્બરલિન-મુલ્તનનો ગ્રહાણુ-સિદ્ધાંત : 1905માં શિકાગો યુનિવર્સિટીના ટી. સી. ચેમ્બરલિન અને એફ. આર. મુલ્તન નામના બે વૈજ્ઞાનિકોએ ગ્રહોની ઉત્પત્તિ સમજાવતો નવો જ સિદ્ધાંત રજૂ કર્યો જે ‘ગ્રહાણ-સિદ્ધાંત’ તરીકે જાણીતો બનેલો છે. વર્તમાન સૂર્યની અગાઉ અસ્તિત્વ ધરાવતા આદિસૂર્યમાંથી ગ્રહરચના માટેનું દ્રવ્ય અલગ થવા માટે બાહ્ય બળ કારણભૂત છે એવું આ સિદ્ધાંત કહે છે. વૈજ્ઞાનિક અવલોકનો દ્વારા જાણવા મળેલું છે કે સૂર્યની સપાટી પર વિક્ષેપ થયા કરે છે અને વખતોવખત ખૂબ જ ધગધગતા જથ્થા અત્યંત વેગથી ઘણા અંતર સુધી બહાર તરફ ફેંકાતા હોય છે. આ બે વૈજ્ઞાનિકોના મંતવ્ય પ્રમાણે અબજો વર્ષ પહેલાં સૂર્યમાંથી આ પ્રકારના દ્રવ્યજથ્થા નજીકથી પસાર થતા વધુ દળવાળા, મોટા કદના તારાની ગુરુત્વાકર્ષણ-અસર હેઠળ બહાર ફેંકાયા. આ ક્રિયા તારા તરફની બાજુએથી તેમજ સામેની બાજુએથી પણ બની. સૂર્યની તારા તરફની બાજુએથી બહાર ફેંકાયેલા જથ્થા મોટા પરિમાણવાળા હતા. બીજી બાજુએથી ફેંકાયેલા જથ્થા તે તરફ તારાનું આકર્ષણ પ્રમાણમાં ઓછું લાગ્યું હોવાથી નાના પરિમાણવાળા હતા. તારાની અવકાશમાં પસાર થઈ જવાની ગતિની અસરથી આ જથ્થા તાસકોમાં ફેરવાઈ ગયા અને સૂર્યની આજુબાજુ ભ્રમણકક્ષામાં ગોઠવાયા. આ જથ્થાઓની ઠંડા પડવાની ક્રિયાને લીધે જે નાના નાના દ્રવ્યકણો રચાયા તેમને ‘સૂક્ષ્મ ગ્રહાણુઓ’ નામ આપ્યું. સૂક્ષ્મ ગ્રહાણુઓના એકત્રીકરણમાંથી સમૂહો બનતા ગયા. સૂક્ષ્મ ગ્રહાણુઓ સંકેન્દ્રિત થતા જવાથી ગ્રહોનાં કેન્દ્રો બન્યાં. આ કેન્દ્રો જેમ જેમ અન્ય સૂક્ષ્મ ગ્રહાણુઓના જથ્થામાંથી પસાર થતાં ગયાં તેમ તેમ આકર્ષણબળને લીધે વધુ સૂક્ષ્મ ગ્રહાણુઓ ઉમેરાતા ગયા, ઉમેરણથી તેમની ઉત્કેન્દ્રતા પણ ઘટતી ગઈ અને તેમાંથી ગુરુ, શનિ, યુરેનસ, નેપ્ચૂન જેવા મોટા ગ્રહો અસ્તિત્વમાં આવ્યા. જ્યાં મોટા કેન્દ્રનો અભાવ હતો ત્યાં નાના ગ્રહો બુધ, શુક્ર, પૃથ્વી અને મંગળ જેવા ગ્રહો બન્યા. ગ્રહોનાં કેન્દ્રો સાથે જે સૂક્ષ્મ ગ્રહાણુઓનું એકીકરણ થઈ શક્યું નહિ તેમાંથી ઉપગ્રહો બન્યા.

વાયવીય સૂક્ષ્મદ્રવ્ય છૂટું પડ્યા પછી સામાન્ય રીતે અવકાશમાં ભળી જાય એ વધુ સ્વાભાવિક છે, જેનો આ સિદ્ધાંતની ક્ષતિ તરીકે ઉલ્લેખ કરી શકાય. સૂર્યમાંથી દ્રવ્યસ્ફોટ ત્યારે જ થઈ શકે જ્યારે તારો અત્યંત નજીકથી (2થી 3 સૂર્યત્રિજ્યાના અંતરની અંદર તરફ) પસાર થયો હોય. આમ બન્યું હોય તો પ્રસ્ફુટિત દ્રવ્ય પલાયનગતિથી ચાલ્યું જાય. આ રીતે ગ્રહો માટે ભ્રમણ (વધુ કોણીય વેગમાન) પ્રાપ્ત કરવાનું શક્ય ન બને; તેમ છતાં આ સિદ્ધાંત એકદિશાકીય ગતિ અને કક્ષાકીય તલસપાટીની ગોઠવણી સમજાવી આપે છે. ગમે તે હોય, ગ્રહાણુઓની રચનાનો આ સિદ્ધાંત રજૂ કર્યા બાદ, પછી રજૂ થયેલા ઘણા સિદ્ધાંતો માટે તે મહત્ત્વનું વિષયવસ્તુ બની રહેલો છે.

5. તારા-યુગ્મ-સિદ્ધાંત : ગ્રહમંડળની ઉત્પત્તિનો આ સિદ્ધાંત પ્રો. એચ. એન. રસેલ તરફથી રજૂ થયેલો, જેને ડૉ. લિટલટને વિકસિત રૂપે મૂક્યો. આ સિદ્ધાંતમાં એવી કલ્પના કરવામાં આવી છે કે અવકાશમાં સૂર્ય અને તેના સાથીદાર તારાથી બનેલું એક તારા-યુગ્મ હતું. રસેલની આ ધારણા અસંભવિત ગણી શકાય નહિ, કારણ કે કેટલાક તારા આવી યુગ્મરચનાવાળા જોવા મળે છે. સૂર્યનો સાથી તારક તેના કરતાં પ્રમાણમાં નાનો તેમજ તેનાથી દૂર હતો; પરંતુ આ સાથી તારક ઉપર સૂર્યના આકર્ષણબળની અસર હોવાથી તે સૂર્યની આજુબાજુ પરિભ્રમણ કરતો હતો, આ દરમિયાન અવકાશમાંથી પસાર થતો એક મોટો તારો સૂર્યના સાથી તારક સાથે અથડાયો. સાથી તારકના ટુકડા થઈ ગયા અને તેમાંથી ગ્રહમંડળ ઉદભવ્યું. અથડામણ પછી મોટો તારો અવકાશમાં દૂર ચાલ્યો ગયો.

આ સિદ્ધાંતમાં ધારણા મૂકી છે કે બે તારા અથડાયા, જેમાંથી એકના જ યોગ્ય કદવાળા ટુકડા થયા તે ગણિતશાસ્ત્રની મદદથી પુરવાર થઈ શકે તેમ નથી, તેથી આ ઘટના સત્ય ન હોઈ શકે.

6. વીજચુંબકીય સિદ્ધાંતો (electromagnetic theories) : સૂર્યમંડળની ઉત્પત્તિ સમજાવવા માટે વીજચુંબકીય સંકલ્પનાની સર્વપ્રથમ રજૂઆત બર્કલૅન્ડ દ્વારા કરવામાં આવેલી છે. તેના મંતવ્ય મુજબ સૂર્યની આજુબાજુ રહેલી નિહારિકાના પરમાણુઓ આયનીકરણ પામેલા હતા, જેમની ગતિ ઉપર તેમના દળ અને વીજભારનો કાબૂ હતો. જુદા જુદા વીજભાર/દળનો ગુણોત્તર ધરાવતાં તત્ત્વો સૂર્યના વીજક્ષેત્રને કારણે અલગ પડતાં ગયાં અને તેમાંથી ગ્રહો બન્યા; પરંતુ આ બાબત જો સાચી હોય તો પ્રત્યેક ગ્રહ જુદાં જુદાં તત્ત્વોથી બનેલો હોય.

બર્કલૅન્ડના મંતવ્યને મળતો આવતો બીજો સિદ્ધાંત બર્લેજે સૂચવ્યો છે. સૂર્યમાંથી વીજભારવાળા અણુઓ અને પરમાણુઓ સૌર ચુંબકીય ક્ષેત્રના ચક્રીય પથ પર ફેંકાતા જતા હતા. તેમાંથી સરખા વીજભાર/દળનો ગુણોત્તર ધરાવતા વીજભારિત કણોમાંથી ગોળાકાર વલયો રચાતાં ગયાં. ગ્રહો આ વલયોમાંથી બનેલા છે.

બર્કલૅન્ડ અને બર્લેજની વિચારસરણીને અનુસરતો વીજચુંબકીય બળો પર આધારિત સૂર્યમંડળની ઉત્પત્તિ માટેનો એક અલગ સિદ્ધાંત 1942માં ડૉ. હેન્સ આલ્ફ્વેને રજૂ કર્યો અને પછીથી તેમાં સુધારા પણ સૂચવ્યા. પૃથ્વીની માફક સૂર્ય પણ ચુંબકીય ગુણધર્મો ધરાવે છે, તે આ સિદ્ધાંતનો મુખ્ય મુદ્દો છે. તેણે ધારણા કરી કે આજ કરતાં વધુ ઝડપથી ભ્રમણ કરતો સૂર્ય કોઈ પણ પ્રકારના વીજભારવિહીન અણુઓથી બનેલી નિહારિકામાંથી પસાર થયો. નિહારિકાના અણુઓ વીજચુંબકીય આયનીકરણ પામ્યા અને ગુરુત્વાકર્ષણબળને લીધે સૂર્ય તરફ ખેંચાયા અને ગતિમાન બનવાની ક્ષમતા મેળવી. આ અણુઓમાં ઉદભવેલી ઊર્જા બીજા અણુઓમાંથી બહારના એક કે વધુ ઇલેક્ટ્રૉન ખેંચી લાવવા માટે પૂરતી હતી. આ ક્રિયાને પરિણામે સૂર્ય પોતાનાં ગ્રહીય અંતરો સુધી આયનીકરણ પામેલા અણુઓના વિશાળ આવરણથી ઘેરાયેલો હોવાની આ વૈજ્ઞાનિક કલ્પના કરે છે. આલ્ફ્વેન માને છે કે સૂર્યના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રહેલા વીજભારવાળા કણો ગતિના નિયમ મુજબ સૂર્યની વિષુવવૃત્તીય સપાટી પર દ્રવ્ય રૂપે એકત્રિત બને છે. આ પ્રમાણે સંકેન્દ્રિત દ્રવ્યનો વિસ્તાર, સૂર્યથી ગુરુ અને શનિના અંતરના સમપ્રમાણમાં હોય છે. સૂર્યના ભ્રમણના ભોગે તેની વિષુવવૃત્તીય સપાટી પર એકત્રિત થયેલું દ્રવ્ય સૂર્યની આજુબાજુ ફરવાની ક્રિયા શરૂ કરે છે. આ ક્રિયા દ્વારા અંતમાં ધારવામાં આવે છે કે વાયુ કે અન્ય કોઈ પણ સ્વરૂપે રહેલા મોટાભાગના અણુઓ મોટા ગ્રહો રૂપે અસ્તિત્વમાં આવે છે. બાકી રહી ગયેલા અણુઓ ગ્રહોના આકર્ષણબળને લીધે તેમની તરફ ખેંચાતા જઈ ઉપર મુજબની જ  ક્રિયાથી ઉપગ્રહો બને છે. જુદા જુદા કોણીય વેગમાનના વિતરણની સમસ્યાનો વીજચુંબકીય સિદ્ધાંતોમાં ઉકેલ લાવવામાં આવ્યો છે.

7. નિહારિકા-વાદળ-સિદ્ધાંત : ફૉન વાઇઝેકરનો અધિતર્ક : 1944માં કાર્લ ફૉન વાઇઝેકરે નિહારિકા-વાદળ-સિદ્ધાંત રજૂ કર્યો. તેમાં જેરાર્ડ કૂપર અને બીજા વૈજ્ઞાનિકોએ સુધારા કરેલા છે. ફૉન વાઇઝેકરે કલ્પના કરી કે અબજો વર્ષો પહેલાં આજનું સૂર્યમંડળ એ ઝડપથી ભ્રમણ કરતું રજકણ-વાયવી વાદળ હતું. ઝડપી ભ્રમણને કારણે આ વાદળ ચપટું થતું ગયું અને તેમાંથી કરોડો કિમી.માં વિસ્તરેલી તાસક બનતી ગઈ. મધ્યમાં સૂર્યના દળની અને આજુબાજુ તેનાથી દસમા ભાગની તાસક અસ્તિત્વમાં આવી. ધીમે ધીમે આ તાસકમાં વેગવંત વમળપ્રવાહો ક્રિયાશીલ બનતા ગયા. તેમાંથી પ્રત્યેકમાં પાંચ વમળો હોય એવાં વલયો આકાર પામતાં ગયાં. શ્રેણીબદ્ધ ગોઠવાયેલાં વલયો પરસ્પર કિનારીઓ સ્પર્શતાં ગયાં તેમ તેમ વચ્ચેના ભાગોમાં જ્યાં વમળોની ઘૂમરાવાની દિશા સામસામી આવતી હતી ત્યાં વાયુઓના ગોળા રચાતા ગયા. ગોળા સંવૃદ્ધીકરણથી કદમાં વધતા ગયા. તેમની ઠંડા પડવાની ક્રિયા દરમિયાન તેમનું પ્રથમ પ્રવાહી રૂપમાં અને પછીથી ઘનસ્વરૂપમાં પરિવર્તન થતાં છેવટે ગ્રહો બન્યા. ગ્રહરચનાની શરૂઆતમાં તેમની આજુબાજુ પણ તાસક જેવું જ દ્રવ્યનું વાતાવરણ હતું, તેમાંથી જે ગોળા થયા તે ઉપગ્રહો કહેવાયા.

વમળો વચ્ચે રહેલા અંતરને કારણે ગ્રહોના અંતરનો પણ વિકાસ થયેલો છે. સૂર્ય કરતાં ગ્રહોમાં ભારે તત્ત્વોનું વધુ સંકેન્દ્રણ થયેલું છે. ગ્રહોના વિકાસની સાથે સાથે તે હલકાં તત્ત્વોને જાળવી રાખી શકે તે અગાઉ જ તે ત્યાંથી છટકી ગયાં હતાં.

ગ્રહોનું બંધારણ અલગ અલગ છે. સૂર્ય નજીકના અંદરના ગ્રહો લોહ-સિલિકાથી બનેલા ખનિજબંધારણવાળા છે જ્યારે બહારના ગ્રહો વાયુપ્રકારોવાળા છે. આ દ્રવ્ય-બંધારણની ભિન્નતા સૂર્યથી તેમના અંતરને આભારી છે. સૂર્યની નજીક તાપમાન ઊંચું હતું તેથી ઊંચા તાપમાનવાળાં તત્ત્વોનું ઘનીભવન ધીમે ધીમે જ થઈ શકે; જ્યારે સૂર્યથી દૂર ઠંડા વિભાગમાં બાષ્પશીલ તત્ત્વોનું ઘનીભવન ઝડપથી થતાં ત્યાં રાક્ષસી કદના ગ્રહો બનેલા છે.

ભૌમિતિક પદ્ધતિમાં રચાયેલાં વમળોની સંખ્યાનો ખ્યાલ મગજમાં ઊતરતો નથી. આ સિદ્ધાંતમાં તેણે ટિટિયસ-બોડના નિયમને સમજાવવાની કોશિશ કરી છે.

ટિટિયસ-બોડનો નિયમ : જો બધા જ ગ્રહોને તેમનાં ક્રમિક કક્ષાકીય અંતરો મુજબ એક સીધી રેખામાં ગોઠવવામાં આવે તો સૂર્યથી થતું તેમનું અંતરનું અલગીકરણ ગાણિતિક નિયમને અનુસરે છે. આ બાબતને ટિટિયસ-બોડના નિયમમાં વણી લીધી છે. નિયમ દર્શાવે છે કે ‘‘અંતર અને ક્રમાંકના સંદર્ભમાં પૃથ્વીને એકમ તરીકે લઈને, (0.3 x 2ⁿ)ના ગુણાકારમાં 0.4 ઉમેરવામાં આવે તો સૂર્યથી કોઈ પણ ગ્રહના અંતરની ગણતરી ખગોલીય એકમમાં મેળવી શકાય છે’’ (n એ ગ્રહનો ક્રમાંક છે.)

સારણી 9 : ટિટિયસ-બોડના નિયમ મુજબ ગ્રહોનાં અંતર

ગ્રહ	બોડની ગણતરી	ગણતરીનું અંતર	વાસ્તવિક અંતર (ખગોલીય એકમમાં)
બુધ	0.4 + (0.3 × 2-1) =	0.5	0.4
શુક્ર	0.4 + (0.3 × 20) =	0.7	0.7
પૃથ્વી	0.4 + (0.3 × 21) =	1.0	1.0
મંગળ	0.4 + (0.3 × 22) =	1.6	1.5
ગૌણ ગ્રહો	0.4 + (0.3 × 23) =	2.8	2.8
ગુરુ	0.4 + (0.3 × 24) =	5.2	5.2
શનિ	0.4 + (0.3 × 25) =	10.0	9.5
યુરેનસ	0.4 + (0.3 × 26) =	19.6	19.2
નેપ્ચૂન	0.4 + (0.3 × 27) =	38.8	30.1
પ્લૂટો	0.4 + (0.3 × 28) =	77.2	39.5

આ નિયમનો ઉપયોગ કરીને યુરેનસ અને ગૌણ ગ્રહો શોધાયા નહોતા ત્યારે ત્યાં જો કોઈ ગ્રહનું અસ્તિત્વ હોય તો કેટલા અંતરે હોઈ શકે તેની આગાહી કરવામાં આવેલી. તેમની પરિશોધ બાદ આગાહીના આંકડા વાસ્તવિક અંતરના આંકડા સાથે મળતા આવતા હતા. જોકે તદ્દન બહારના ગ્રહો માટે આ ગાણિતિક સંબંધ બંધબેસતો આવતો નથી.

8. સુપર-નોવા-સિદ્ધાંત : હૉયલનો અધિતર્ક : ગ્રહમંડળની ઉત્પત્તિ અંગેનો આ સિદ્ધાંત 1945માં બ્રિટિશ ખગોળવેત્તા ફ્રેડ હૉયલે રજૂ કરેલો છે. તેની ધારણા મુજબ એક કાળમાં સૂર્ય કોઈ એક તારા-યુગ્મનો સભ્ય હતો. સૂર્યનો સાથી તારક પ્રજ્વલિત બન્યો અને સુપરનોવા સ્વરૂપે વિસ્ફોટ પામ્યો. વિસ્ફોટ પામેલા દ્રવ્યનો મોટો ભાગ અવકાશમાં ફેંકાઈ ગયો, જ્યારે થોડો ભાગ વાયવી વાદળ રૂપે સૂર્યના ગુરુત્વાકર્ષણબળના ક્ષેત્રમાં આવ્યો તે પકડાઈ રહ્યો. આ દ્રવ્ય ફેલાઈ જઈને ગોળાકાર તાસક બની રહી. તાસકના બંધારણમાં રહેલા કણોમાંથી પરસ્પરની ગુરુત્વાકર્ષણ-અસરથી ભ્રમણ કરતા ગોળા તૈયાર થયા. જેમાં વધુ કણો ઉમેરાયા તે મોટા ગ્રહો બન્યા, બાકીના નાના ગ્રહો બન્યા. છૂટા રહી ગયેલા કણોના એકત્રીકરણથી ઉપગ્રહો બન્યા.

આ સિદ્ધાંતમાં સાથી તારાના વિસ્ફોટનો જ ઉલ્લેખ છે. વળી થોડા પ્રમાણમાં રહી ગયેલા દ્રવ્યમાંથી ગ્રહો-ઉપગ્રહો બની શકવાનું શક્ય જણાતું નથી. તેમ છતાં અવકાશમાં દ્વિતારક અને ત્રિતારક સંકુલોની હાજરીનાં અવલોકનો અને સુપર-નોવાના વિસ્ફોટ થતા હોવાની બાબત હૉયલની આ સંકલ્પનાની તરફેણમાં જાય છે.

9. ટરહારનો અધિતર્ક : ટરહારે અંદાજ મૂક્યો કે વર્તમાન કદના ગ્રહોનો વિકાસ થવા માટે સૌર નિહારિકાનું દળ સૂર્યના દળ કરતાં ઓછામાં ઓછું અડધું હોવું જોઈએ. નિહારિકામાંથી તૈયાર થયેલાં સંયોજનોની રચના નિહારિકાના તાપમાન પર તેમજ સૂર્યથી નિહારિકાના અંતર પર આધારિત હતી. વળી તાપમાનની ગ્રહોના બંધારણ પર પણ અસર પડતી હતી. અંદરના ગ્રહોનો વિકાસ ધીમે ધીમે થતો ગયો, કારણ કે અકાર્બનિક સંયોજનો ધીમે ધીમે ઠરતાં ગયાં; આ કારણથી જ તે નાના કદનાં છે, ઓછા દળવાળાં છે અને પ્રમાણમાં વધુ ઘટ્ટ છે. બહારના ગ્રહોનો ઝડપી વિકાસ થયેલો છે, કારણ કે તેમાં સંયોજનોનું ઘનીભવન ઝડપી હતું અને બાષ્પશીલ તત્ત્વો તેમાં સમાવિષ્ટ થયેલાં છે. તેમનાં દળ વધુ છે અને ઘટ્ટતા ઓછી છે, તેમની વધુ ઘનતાને કારણે તેમણે સારા પ્રમાણમાં વાયુઓ અને રજકણોને આકર્ષ્યાં છે, તેથી વધુ મોટા ઉપગ્રહો તૈયાર થયા છે.

10. રજવાદળ અધિતર્ક : 1946માં ફ્રેડ વિપલે સૂર્યમંડળ રજવાદળમાંથી ઉત્પન્ન થયું હોવાનો અધિતર્ક રજૂ કર્યો. રજ-વાયુવાદળ જેમ જેમ સંકોચન પામતું ગયું તેમ તેમ તેના સંકેન્દ્રિત મધ્ય ભાગમાંથી સૂર્ય તૈયાર થયો, જ્યારે બાકીના ભાગમાંથી નાનાં નાનાં વાદળો જેમ જેમ ઠરતાં ગયાં તેમ તેમ તેમાં કણોનું સંવૃદ્ધીકરણ થતું ગયું અને ગ્રહો બન્યા. ગોળાકાર કક્ષાઓવાળાં વાદળોની અન્યોન્ય અથડામણોને કારણે ગ્રહનિર્માણ થતું હોવાનું તે માને છે.

સૂર્યની વિકિરણ-ઊર્જાએ અંદરના ગ્રહોના વધારાના વાયુઓને ઉડાડી મૂક્યા છે. તેમની વધુ ઘટ્ટતા સૂર્યથી તેમની નિકટતાને કારણે હોવાની તેણે સમજૂતી આપી છે. મૂળભૂત વાદળમાં તો કોણીય વેગમાન ઓછું હતું, પરંતુ ગ્રહીય કણોના ઘનીભવન અને સંવૃદ્ધીકરણથી તે વધેલું છે. આ રીતે તેણે કોણીય વેગમાનના વિતરણને સમજાવ્યું છે. 1971માં વિપલને લાગ્યું કે રજવાદળનું સંકોચન થવાની ઘટના વિરલ હોય છે. અવકાશમાં વાયુવાદળોના અસ્તિત્વની શોધ થયા પછી જ વિપલે આ અધિતર્ક રજૂ કરેલો છે.

11. આદિગ્રહ અધિતર્ક (protoplanet hypothesis) : સૂર્યમંડળની ઉત્પત્તિનાં ફૉન વાઇઝેકર અને ટરહારનાં દૃષ્ટિબિંદુઓમાં કેટલાક ફેરફારો કરીને કૂપરે તેનો આ અધિતર્ક રજૂ કરેલો છે. તે કહે છે કે પ્રત્યેક ગ્રહ માટે એક આદિગ્રહ અસ્તિત્વ ધરાવતો હતો. આ કારણે આ સિદ્ધાંતનું નામ ‘આદિગ્રહ અધિતર્ક’ અપાયું છે.

તેના મંતવ્ય મુજબ સૂર્ય અને તેના ગ્રહમંડળની ઉત્પત્તિ કોઈ એક તારાની ઉત્ક્રાંતિની કક્ષા હતી, કારણ કે આકાશગંગામાં એવાં તો 109થી વધુ ગ્રહીય સંકુલો અસ્તિત્વમાં છે. સૂર્યમંડળ સૌર નિહારિકામાંથી બનેલું છે; બન્યું તે અગાઉ સૌર નિહારિકા વર્તમાન સૂર્યમંડળ કરતાં અનેકગણી મોટી હતી, જે તેના ઓછા તાપમાન અને ઓછા ગુરુત્વને કારણે સંકોચન પામતી ગયેલી છે. આ નિહારિકાની અગાઉની ઘૂમરાતી ગતિ, જેમ જેમ સંકોચન થતું ગયું તેમ તેમ ઘટતી જઈને બંધ પડી ગઈ; પરંતુ નિહારિકા ભ્રમણ પામતી ગઈ. ભ્રમણને લીધે તેનો વિષુવવૃત્તીય ભાગ ઊપસતો ગયો, પરંતુ તેમાં અનિયમિત ઘૂમરી લેતાં વમળો ઉત્પન્ન થતાં ગયાં (ફૉન વાઇઝેકરનો સિદ્ધાંત). સૂર્યથી જેટલું વધુ અંતર તેમ પ્રારંભિક વમળનું કદ પણ વધુ. આ પ્રારંભિક વમળોને તેણે આદિગ્રહ તરીકે ઘટાવ્યા છે. બોડે આ વમળોનાં ક્રમબદ્ધ અંતરોની ગણતરી મૂકેલી છે.

જ્યાં સુધી પ્રારંભિક વમળ (આદિગ્રહ) વધુ ઘટત્વ ધરાવે નહિ ત્યાં સુધી તે સ્થાયી થઈ શકે નહિ, તેથી ઘનીભવન પણ થાય નહિ. સ્થિરતા જાળવી રાખવા માટે આદિગ્રહને વધુ દળ હોવું જોઈએ. કૂપરે ગણતરી મૂકી કે આદિગ્રહોનું વર્તમાન ગ્રહો કરતાં સોગણું વધુ દળ હશે.

સૂર્યના ભરતી-આકર્ષણ દ્વારા આદિગ્રહોનું ભ્રમણ ધીમું પડતું ગયું અને તેમની પકડ જાળવી રખાઈ. આ આદિગ્રહો સંકોચાતા જતા હતા તેમ તેમ તેમનો ભ્રમણવેગ વધતો જતો હતો, બહારના ગ્રહોનો ભ્રમણવેગ વધારે હતો. આ રીતે તે તેમની પ્રદક્ષિણાની દિશામાં જ ભ્રમણ કરતા ગયા. તેમના વિષુવવૃત્તીય ઉપસાવને કારણે આદિ ઉપગ્રહો તૈયાર થયેલા છે. ઘડિયાળના કાંટાની દિશામાં થતા શુક્રના  ભ્રમણનો અપવાદ પછીથી ઉદભવેલી ઘટના છે.

પ્રત્યેક આદિગ્રહમાં તત્ત્વોનું સ્વભેદન ઘટત્વને કારણે થયેલું છે, ભારે તત્ત્વો કેન્દ્રગામી બન્યાં છે, અને હલકાં તત્ત્વોએ વાયવીય આવરણ (વાતાવરણ) સર્જ્યું છે; અંદરના ગ્રહોમાંનો હાઇડ્રોજન જેવો હલકો વાયુ સૂર્યવિકિરણને કારણે ફૂંકાઈ ગયો છે. વધુ ઘનતા અને સૂર્યથી તેમના અંતરને કારણે બહારના ગ્રહોએ મોટાભાગનું વાયવીય દ્રવ્ય જાળવી રાખ્યું છે.

દળમાં થયેલા ઘટાડાના કારણે ઘટેલા ગુરુત્વાકર્ષણબળને પરિણામે ઉપગ્રહોની કક્ષામાં વધારો થયો છે. થોડાક બાહ્ય ઉપગ્રહો સૂર્યના ગુરુત્વાકર્ષણક્ષેત્રમાં પકડાઈ જવામાંથી છટકી ગયેલા, જે પૈકી કેટલાકને ગ્રહોએ પાછા મેળવ્યા છે, તેથી તેમની પ્રદક્ષિણામાં પીછેહઠ થઈ છે. તદ્દન અંદરની કિનારી પર રહેલા બુધ અને તદ્દન બહારના પ્લૂટોની કક્ષાઓ વધુ નમનવાળી અને ઉત્કેન્દ્રિત બની રહી છે.

કૂપરનો આદિગ્રહ અધિતર્ક કેટલાંક દૃષ્ટિબિંદુઓથી યથાર્થ ગણાયો છે. તેણે ગ્રહ ગ્રહ વચ્ચેનાં અંતરો, ગ્રહોનાં અને ઉપગ્રહોનાં ભ્રમણ તથા પ્રદક્ષિણા માટે કારણો રજૂ કર્યાં છે. આ અધિતર્કનો એક અગત્યનો મુદ્દો એ છે કે પ્રત્યેક આદિગ્રહના દળની ગણતરીનો વર્તમાન ગ્રહોનાં દળ અને બંધારણ મુજબની ગણતરી સાથે તેમજ સૌર નિહારિકાના ધારી લીધેલા બંધારણ સાથે મેળ ખાય છે, તેમ છતાં આ અધિતર્ક કોણીય વેગમાનના વિતરણને સમજાવી શક્યો નથી. ગ્રહોમાં આવેલું કોણીય વેગમાન કદાચ સૂર્યના વીજચુંબકીય ક્ષેત્રમાંથી મળેલું હોવું જોઈએ  અને તે જ કારણે સૂર્યનું ભ્રમણ ઘટ્યું હોવું જોઈએ. બીજો પ્રશ્ન એ ઊભો થાય છે કે જો ગુરુત્વાકર્ષણબળ ગ્રહો રચવા માટે ક્રિયાશીલ હતું તો પછી ઝેનોન જેવાં ભારે તત્ત્વોનો સૂર્યમાં શા માટે સમાવેશ થતો નથી ? વર્તમાન ગ્રહોના મૂળસ્વરૂપ આદિગ્રહો જો ગુરુત્વાકર્ષણબળને કારણે સ્થાયી થયા હતા તો પછી અંદરના ગ્રહો ઓછા દળવાળા ન હોવા જોઈએ.

12. યુરીનો અધિતર્ક : ઉલ્કાઓના અભ્યાસ પરથી યુરીએ સૂર્યમંડળની ઉત્પત્તિ વિશે પોતાનો સિદ્ધાંત રજૂ કરેલો છે. તે જણાવે છે કે ગ્રહો પાંચ કક્ષાઓમાંથી પસાર થઈને ઉત્ક્રાંતિ પામેલા છે :

પ્રથમ કક્ષા : પ્રથમ સૂર્ય બન્યો. ગ્રહનિર્માણ-દ્રવ્યના તાપમાનમાં વધારો સૂર્યથી તેમના અંતર મુજબ થયેલો છે. સૂર્ય બન્યા પછી અવશિષ્ટ રહેલાં વાયુ અને રજ વર્તમાન ગ્રહોની કક્ષાકીય સપાટીના પથ પર સૂર્યની આસપાસ તાસક સ્વરૂપે વીંટળાયેલાં રહ્યાં. સમય જતાં આ તાસક મોટા મોટા ટુકડાઓમાં, અર્થાત્ આદિગ્રહોમાં તૂટતી ગઈ.

બીજી કક્ષા : તાપમાન નીચું હતું. ગ્રહાણુઓ બનતા ગયા. જળ અને એમોનિયા મોટેભાગે બહારના ગ્રહીય વિસ્તારમાં ઘનીભવન પામ્યા, અંદરના (પાર્થિવ) ગ્રહોના વિસ્તારમાં આ ક્રિયા તદ્દન ઓછા પ્રમાણમાં થઈ.

ત્રીજી કક્ષા : આદિગ્રહોના પેટાળમાં દાબને કારણે તાપમાન વધ્યું. ગ્રહાણુઓ ઊંચા તાપમાનવાળા વિભાગોમાં ગયા, ત્યાં લોહ-ઑક્સાઇડ ધાત્વિક સ્વરૂપમાં ફેરવાયો અને સિલિકેટ બાષ્પશીલ બની રહ્યા. આ પ્રમાણે થયેલા વિભાગીકરણથી ઘટત્વમાં તેમજ અંદરના (પાર્થિવ) ગ્રહોનાં રાસાયણિક તત્ત્વોમાં ભિન્નતા આવી. છેલ્લે વાયુઓ છટકી ગયા અને પાર્થિવ ગ્રહો સંવૃદ્ધીકરણ પામ્યા.

ચોથી કક્ષા : વાયુઓના છટકી જવાથી તાપમાન ઘટતું ગયું. આથી ગ્રહાણુઓ ઝડપથી ઠંડા પડવા લાગ્યા. વધુ સંવૃદ્ધીકરણ થયું. દ્રવ્યબંધારણ લોહ-સિલિકેટનું મિશ્રણ બની રહ્યું.

પાંચમી કક્ષા : વર્તમાન સ્થિતિમાં ગ્રહોની ઉત્પત્તિ થઈ. ગ્રહનિર્માણ નિહારિકાની તાસકમાં તાપમાનના ફેરફારો થવાથી ગ્રહબંધારણમાં થયેલા ફેરફારો યુરીએ સમજાવ્યા છે. વધુ ઘટત્વથી ઘનીભવન પામેલું વાયવીય દ્રવ્ય જળવાયું અને ગ્રહો મોટા કદમાં વિકસ્યા; જ્યાં વાયુઓ અવકાશમાં છટકી ગયા ત્યાં ગુરુત્વક્ષેત્ર ઘટ્યું છે. બીજી બાજુએ યુરી એમ પણ કહે છે કે સંકોચનથી ગુરુત્વક્ષેત્ર વધ્યું છે. જો સંકોચન વધ્યું હોય તો ગુરુત્વ પણ વધે.

આધુનિક સિદ્ધાંતો : ખગોલીય માહિતી દર્શાવે છે કે બ્રહ્માંડ અને તેની નિહારિકાઓના ઉત્ક્રાંતિ-ચક્રમાં તારાઓની રચના એ એક અગત્યની ઘટના છે. બ્રહ્માંડના વયની સરખામણીએ સૂર્યમંડળનું નૂતન વય નિર્દેશ કરે છે કે તારા, સૂર્ય, ગ્રહો વગેરે પછીથી બનેલા હોવા જોઈએ.

1. સૌર નિહારિકાની ઉત્પત્તિ : તારાઓ રજ અને વાયુઓના વાદળમાંથી બનેલા છે. ઘનતાના વધવાની સાથે વાદળોનું સ્વરૂપ ભંગાણ પામતું જાય છે. દાબ અને તાપમાન વાદળોને વિસ્તારવાનો પ્રયાસ કરે છે. ચક્રીય આકાશગંગાઓની બાબતમાં નિહારિકાઓ જ્યારે તેમની કિનારીઓના વિસ્તારો પરથી પસાર થાય ત્યારે ભારે દાબની અસર અનુભવે છે. દાબથી ઉદભવતી સંકોચનક્રિયા તારો બનવાની ઘટનામાં પરિણમે છે. બીજું સૂચન એ પણ છે કે સુપર-નોવાનો સ્ફોટ આંતરતારક વાદળના ભંગાણમાંથી સૂર્યમંડળ રચાવાની સ્થિતિનો ખ્યાલ આપે છે. આંતરતારક વાદળનું ભંગાણ નાના નાના વાદળ-ટુકડાઓની રચનામાં પરિણમે છે. આવો ટુકડો (એટલે કે નિહારિકા) જે મુખ્ય વાદળમાંથી છૂટો પડેલો હોય તે તેની આંતરિક વમળસ્થિતિને કારણે ભ્રમણ પામતો જાય છે. ભ્રમણમાંથી નિહારિકાનું તાસકસ્વરૂપ સર્જાય છે. જો મધ્ય ભાગ સંકેન્દ્રિત બને તો તે તારો બને છે, બાકીનું દ્રવ્ય ગ્રહમંડળ બનાવે છે. બીજી રીતે જોતાં, જો દળ કેન્દ્રત્યાગી બને તો યુગ્મતારક-રચના થાય છે.

સમગ્ર રીતે જોતાં બ્રહ્માંડનું તાત્ત્વિક બંધારણ એકસરખું છે, જેમાં હાઇડ્રોજન અને હીલિયમ પ્રધાન તત્ત્વો છે. ઉલ્કાઓના અભ્યાસ પરથી માલૂમ પડ્યું છે કે સૌર નિહારિકાનું બંધારણ સૂર્ય જેવું જ હતું. આવી સૌર નિહારિકામાંથી સૂર્ય અને ગ્રહો ઉત્પન્ન થયેલા છે. સૌર નિહારિકાનું દળ વર્તમાન સૂર્યમંડળ કરતાં 7થી 45 ગણું હોવું જોઈએ. નિહારિકાને ગુરુત્વાકર્ષણના સંદર્ભમાં જોતાં તે સ્થિર ત્યારે જ હોઈ શકે, જ્યારે તેનું ઘટત્વ 10^-6 ગ્રામ / સેમી.³ હોય.

તાપમાન વિશે વિચારતાં, બે મત પડે છે – એક તો નિહારિકા ઠંડી સ્થિતિમાં ઉત્ક્રાંતિ પામી હોય, જેમાં પ્રત્યેક ગ્રહ આદિગ્રહમાંથી બન્યો હોય. બીજો મત એવો છે કે નિહારિકાના મધ્ય ભાગનું તાપમાન આશરે 2,000⁰ સે. હોય, પછીથી ક્રમશ: ઠંડી પડતી જવાથી તેમાંથી જુદાં જુદાં તત્ત્વો અને સંયોજનથી બંધાયેલા ગ્રહો બન્યા હોય. આમ તત્ત્વોના પ્રકારને ઠરવા માટે નિહારિકા-તાસકમાંના તાપમાનનું વિતરણ કાબૂ ધરાવતું હોય.

2. ગ્રહોની ઉત્પત્તિ : ગ્રહો સૂક્ષ્મ કણોના સંવૃદ્ધીકરણથી વિકાસ પામેલા છે. આ બાબતનો પુરાવો અમુક નવા તારાઓની આસપાસ સિલિકેટ-કણોના અસ્તિત્વની જાણકારી પરથી મળી રહે છે. સંવૃદ્ધીકરણ કણોના એકત્રીકરણથી અને જોડાણથી થયેલું છે.

તાપમાનના સંદર્ભમાં જોતાં, નિહારિકાનું વાયવી દ્રવ્ય ઘનકણો રૂપે ઠર્યું છે. સંવૃદ્ધીકરણ મારફતે આ કણો મોટા કણોમાં અને પછીથી જોડાણ દ્વારા ગ્રહાણુઓમાં ફેરવાયેલા છે. ગ્રહાણુઓ ગુરુત્વાકર્ષણ-બળને કારણે આજુબાજુના દ્રવ્યને પોતાનામાં જોડતા ગયેલા છે અને એ રીતે ગ્રહના કદમાં ફેરવાયા છે. વધુ ઠંડા પડવાની ક્રિયા અને તેમાં જોડાયેલા વધુ કણો કે દ્રવ્યથી વર્તમાન ગ્રહો અસ્તિત્વમાં આવેલા છે.

ગ્રહોની ઉત્પત્તિનાં ઉપરનાં દૃષ્ટિબિંદુઓ નીચેના પુરાવાઓ પર આધારિત છે : અમુક તારાઓની આસપાસ સિલિકેટ કણો હોવાનું જાણવા મળેલું છે; ઉલ્કાઓ, ક્ષુદ્ર ગ્રહો અને પાર્થિવ ગ્રહો પરનાં જ્વાળામુખોનો અભ્યાસ ગ્રહો બનવા માટેના કણોના એકત્રીકરણના મતનું સમર્થન કરે છે.

જોકે નાના કણોનું ગુરુત્વાકર્ષણબળ ન્યૂનતમ હોય, તેમ છતાં તેઓ આ રીતે એકત્ર થયેલા જણાય છે. અંશત: ગલન પામેલા કણો અથડામણથી પરસ્પર ચોંટી જાય. બીજી શક્યતા ચુંબકીય કે વીજભાર કે શૂન્યાવકાશી સંવૃદ્ધીકરણની રહે છે, અથવા તો અન્યોન્ય ગુરુત્વાકર્ષણથી એકબીજા તરફ ખેંચાતા જાય. એકત્ર થયેલું ગુરુત્વબળ નિહારિકાની આજુબાજુ તાસકની રચના કરે, પરંતુ એ ઝડપથી ભંગાણ પણ પામે. એમાંથી ગ્રહાણુઓની રચના થાય. આવા ગ્રહાણુઓ અમુક ત્રિજ્યા પ્રાપ્ત કરે ત્યારે આજુબાજુથી વધુ દ્રવ્ય ભેગું કરે અને ગ્રહના કદમાં વિકસે. ઉપયોગમાં ન આવેલા ગ્રહાણુઓ એકમેક પર અથડાય અને ગ્રહો પર અથડાઈને જ્વાળામુખોની રચના કરે. આ પૈકી કેટલાક, ગ્રહોની કક્ષામાં પ્રવેશ કરે તો ઉપગ્રહ પણ બની જાય.

સૂર્યથી ઘણે દૂર ઘણું દ્રવ્ય ઓછા તાપમાનવાળું હોય તો મોટા ગ્રહોના રૂપમાં ઠર્યું હોય. આવા મોટા ગ્રહો તરફ બાષ્પશીલ દ્રવ્ય-(હાઇડ્રોજન, હીલિયમ વગેરે)ને પોતાની વધુ ઘનતાને કારણે આકર્ષ્યું હોય. આ દૃષ્ટિએ જોતાં, બાહ્ય ગ્રહોનું બંધારણ સૂર્ય જેવું છે.

ટૂંકમાં, સૂર્ય અને ગ્રહો એ રજ અને વાયુનાં વાદળોની પેદાશ છે. આખીય રચના થવા માટે અંદાજે 3 × 10⁶ વર્ષનો ગાળો બાંધેલો છે.

3. ઉપગ્રહો(ચંદ્રો)ની ઉત્પત્તિ : અંદરના અને બહારના ગ્રહોના ઉપગ્રહો કાં તો અવકાશમાંથી પકડાયેલા પિંડો છે અથવા તો મૂળ માતૃગ્રહની આજુબાજુ ફરતી તાસકોના ઠરવાથી તૈયાર થયેલા છે. પીછેહઠ કરતા નાના ઉપગ્રહો તો પકડાયેલા પદાર્થો જ છે, બાકીના જેમને પોતાની આગવી કક્ષા છે તે નિહારિકા-તાસકમાંથી ઠરીને તૈયાર થયેલા છે.

ગુરુ, શનિ કે યુરેનસના મોટા અને નજીક રહેલા ઉપગ્રહોની લાક્ષણિકતાઓ અને તેમનું વિતરણ સૂર્યમંડળના વિતરણને અનુસરે છે, તેમની ઉત્પત્તિ પણ અન્ય ગ્રહોની ઉત્પત્તિસ્થિતિની સાથે જ સંકળાયેલી છે. બહારના નાના, પીછેહઠ કરતા ઉપગ્રહો બહારથી આવીને તેમની વર્તમાન કક્ષામાં ગોઠવાયેલા છે.

ચંદ્ર : પૃથ્વીના ચંદ્રની ઉત્પત્તિ અંગે ત્રણ મંતવ્યો પ્રવર્તે છે : (1) પકડ અધિતર્ક : ચંદ્ર એ સૂર્યમંડળનો એક સભ્ય હોય, જે અન્યત્ર બન્યો હોય, પણ પછીથી પૃથ્વીના ગુરુત્વાકર્ષણબળથી અંદર ખેંચાઈ આવ્યો હોય અને વર્તમાન સ્થાન પ્રાપ્ત કર્યું હોય. (2) દ્વિ-ગ્રહ અધિતર્ક : પૃથ્વી અને ચંદ્ર એ બે યુગ્મગ્રહો હોય. (3) વિભાજન અધિતર્ક : ચંદ્ર એક કાળે પૃથ્વીનો જ ભાગ હોય, પરંતુ પછીથી પૃથ્વીની ઝડપી ભ્રમણગતિને કારણે તેમાંથી વિભાજિત થઈને છૂટો પડ્યો હોય. આ ત્રણે અધિતર્કો ચંદ્રની ઉત્પત્તિ માટે સંપૂર્ણપણે બંધબેસતા આવતા નથી અને સંતોષકારક પણ નથી.

4. ક્ષુદ્ર ગ્રહો અને ધૂમકેતુઓ : સૂર્યમંડળમાંનો ક્ષુદ્ર ગ્રહોનો પટ્ટો એ સંવૃદ્ધીકરણપ્રક્રિયાની સીમાનો ખ્યાલ આપે છે, જોકે તે બધાં દ્રવ્યો ગ્રહો બનવા માટેના પદાર્થો હતા, પરંતુ તેની અથડામણ થઈ શકી નથી; કદાચ તેનું કારણ ગુરુના ગુરુત્વાકર્ષણબળની અસર હોય. પહેલાં એમ માનવામાં આવતું હતું કે તે બધા એક તૂટેલા ગ્રહના ટુકડાઓ છે.

ધૂમકેતુઓ પ્લૂટોની બહારના ઊર્ટ વાદળ (Oort cloud) વિસ્તારમાં ઉત્પન્ન થયા હોવાનું મનાય છે. બંધારણની દૃષ્ટિએ જોતાં તે પાણી, મિથેન અને એમોનિયાનું ઠરેલું સ્વરૂપ છે. હવે એમ માનવામાં આવે છે કે તે આંતરતારક દ્રવ્યમાંથી બનેલા છે. ધૂમકેતુઓ ગ્રહોની બહારના ભાગના વણવપરાયેલા દ્રવ્યમાંથી ઉત્પન્ન થયેલા હોવાનું પણ માનવામાં આવે છે. મોટા કદના ગ્રહોમાં થયેલા વિક્ષેપ દ્વારા સૂર્યમંડળની બાહ્ય કિનારી પરથી જે દ્રવ્ય ધકેલાયું તેમાંથી ધૂમકેતુઓ બન્યા છે. આ ધૂમકેતુઓ તેમના બાષ્પશીલ ઘટકો ગુમાવે છે ત્યારે તેમને ક્ષુદ્ર ગ્રહોથી જુદા પાડવાનું મુશ્કેલ બની રહે છે.

આધુનિક સિદ્ધાંતોમાં કોણીય વેગમાનની સમસ્યા એવું ધારીને ઉકેલવાનો પ્રયાસ થયો છે કે સૂર્ય મોટા પ્રમાણમાં નિહારિકા જેવા દ્રવ્યનો અવકાશમાં સ્ફોટ કર્યા કરે છે. વિસ્ફોટિત દ્રવ્ય તેની સાથે કોણીય વેગમાન લઈ જાય છે, તેથી કોણીય વેગમાનનું વર્તમાન વિતરણ થયેલું છે. નવા તારાઓ પણ સૂર્યના દળ જેટલું કે વધુ દ્રવ્ય ઘણા મોટા દરથી વિસ્ફોટિત કરે છે. જુઓ સારણી 10.

સારણી 10 : ગ્રહોની ભૌતિક માહિતી

ગુણધર્મ	બુધ	શુક્ર	પૃથ્વી	મંગળ	ગુરુ	શનિ	યુરેનસ	નેપ્ચૂન	પ્લૂટો	એકમ
સૂર્યથી સરેરાશ	57.91	108.21	149.6	227.94	778.3	1427	2869	4498	5900	મિલિયન કિમી.
અંતર	0.4	0.7	1.0	1.5	5.2	9.5	19.2	30.1	39.4	ખગોલીય એકમ
કક્ષાકીય ઉત્કેન્દ્રતા	0.25	0.007	0.017	0.09	0.05	0.05	0.05	0.008	0.25	–
લંબગોલકનું નમન	7.0	3.4	0.0	1.9	1.3	2.5	0.8	1.8	17.2	અંશ
અક્ષીય નમન	28	3	23	24	3	27	82	29	?	અંશ
કોણીય વેગમાન	0.02	0.07	1.0	0.13	722	293	64	94	1.2	પૃથ્વી
ગતિ	–	પીછેહઠ	–	–	–	–	પીછેહઠ	–	–	–
ભ્રમણકાળ	59 દિવસ	243 દિવસ	23 ક. 56 મિ. 4 સે.	24 ક. 43 મિ.	9 ક. 50 મિ.	10 ક. 19 મિ.	10 ક. 38 મિ.	15 ક. 50 મિ.	6 દિ. 9 ક. 50 મિ.	દિવસ, કલાક,મિનિટ
પરિભ્રમણકાળ	88	225	365	687	4332	10759	30684	60188	90710	પૃથ્વીના દિવસ
સરેરાશ ત્રિજ્યા	2433	6051	6371	3380	69758	58219	23470	22716	1750	કિલોમીટર
દળ	0.555	0.815	1	0.108	318	95	14.6	17.2	0.002	પૃથ્વીનું દળ
ઘટત્વ	5.4	5.2	5.5	3.9	1.3	0.7	1.6	2.3	1.7	gm/cm3
છટકગતિ	4.2	10.4	11.2	5.0	60.2	36.1	22.2	24.5	5.0	kps
ગુરુત્વબળ	0.36	0.90	1.0	0.38	2.65	1.14	1.07	1.35	0.23	પૃથ્વી
તાપમાન	683	720	287	190-240	11000	223	123	123	63	કેલ્વિન આપાત-પ્રકાશનું
પરાવર્તન-પ્રમાણ	0.08	0.69	0.36	0.15	0.54	0.57	0.65	0.68	0.13	–
ચંદ્ર-સંખ્યા	–	–	1	2	15	10	5	2	1	–
વાતાવરણના	–	–	–	–	–	–	H2, He,	H2, He,	–	–
મુખ્ય ઘટકો	નથી	CO2	N2, O2	CO2	H2, He	H2, He,	CH4	CH4	–	–

પૃથ્વીનું વય : પૃથ્વીની ઉત્પત્તિથી માંડીને આજ સુધી વીતી ચૂકેલો કાળગાળો. પૃથ્વીનું વય કેટલું થયું છે એનો ચોક્કસ ઉત્તર આપવાનું સરળ નથી. પૃથ્વીના વયનિર્ધારણ માટે આજ સુધી અપનાવવામાં આવેલી પદ્ધતિઓ પૈકી એક પણ પદ્ધતિ સંતોષકારક અને સર્વમાન્ય આંકડો આપી શકી નથી. પૃથ્વીનું વય એ ભૂસ્તરશાસ્ત્ર, ભૌતિકશાસ્ત્ર અને ખગોળશાસ્ત્ર જેવા વિજ્ઞાન માટેનો રસપ્રદ છતાં વિવાદાસ્પદ વિષય રહ્યો છે.

પુરાણકાળથી મનુષ્યે પૃથ્વીની વયગણતરી માટે અનેક મનસ્વી તર્કો સૂચવ્યા છે. ભારતીય તત્ત્વવેત્તાઓના મંતવ્ય મુજબ કાળ એ શાશ્વત બાબત છે, જેને કોઈ આદિ કે અંત નથી. હિન્દુ દર્શનશાસ્ત્રના વિચારકોએ પૃથ્વીનું વય 200 કરોડ વર્ષનું મૂક્યું છે. પશ્ચિમી ધર્મવેત્તાઓએ પૃથ્વીનું વય નક્કી કરવા માટે આદમથી શરૂ કરીને કેટલાક ઐતિહાસિક પ્રસંગો સાથેનો સંબંધ સ્થાપિત કરીને બાઇબલમાં જણાવ્યું છે કે પૃથ્વી ઈ. સ. પૂ. 4004ની 26મી ઑક્ટોબરે સવારે નવ વાગ્યે ઉત્પન્ન થયેલી છે અને તે મુજબ આશરે 6,000 વર્ષનો અંદાજ મૂક્યો છે. ઈરાની સંતોના માનવા મુજબ પૃથ્વીનું વય 12,000 વર્ષ થાય છે. અગાઉ થઈ ગયેલા પૂર્વના ખગોળવેત્તાઓએ કરેલી ગણતરી મુજબ પૃથ્વીનું વય 4,70,000 વર્ષ થાય છે. વૈજ્ઞાનિક સિદ્ધાંતો અને પુરાવાઓ રહિત આ પ્રકારની પુરાણી માન્યતાઓને આધારે અંદાજેલા આંકડા ભાગ્યે જ સ્વીકાર્ય ઠરે.

ગ્રહમંડળ એ વૈશ્ર્વિક ઉત્ક્રાંતિની ઘટના છે અને તેથી આધુનિક વૈજ્ઞાનિક પદ્ધતિઓ મુજબ પૃથ્વીનું વય ઓછામાં ઓછું 460 કરોડ વર્ષ હોવાનું નક્કી થયેલું છે. ગ્રીનલૅન્ડના કૉંગ્લોમરેટ ખડકમાં રહેલા પ્રી-કૅમ્બ્રિયનકાળના ગ્રૅનાઇટ ગોળાશ્મનું વય 380 કરોડ વર્ષનું નિર્ધારાયું છે. ગ્રીનલૅન્ડમાં આવેલા કૅનેડિયન ભૂકવચમાંના જૂનામાં જૂના ખડકનું વય 410 કરોડ વર્ષનું નિર્ધારાયું છે. છેલ્લે છેલ્લે ઑસ્ટ્રેલિયામાં કરવામાં આવેલાં અન્વેષણો મુજબ ત્યાંના જૂનામાં જૂના ખડકનું વય 410થી 420 કરોડ વર્ષનું મુકાયું છે. ઉલ્કાઓ અને ચાંદ્ર ખડકોના નમૂના પણ 460 કરોડ વર્ષનું વય આપે છે.

વૈજ્ઞાનિક સિદ્ધાંતોને અનુલક્ષીને પૃથ્વીનું વય-નિર્ધારણ કરવા માટેની પદ્ધતિઓ આ પ્રમાણે છે : 1. ભૂસ્તરીય પદ્ધતિઓ, 2. ભૌતિક પદ્ધતિઓ, 3. ખગોલીય પદ્ધતિઓ, 4. જૈવિક પદ્ધતિઓ, 5. કિરણોત્સારી પદ્ધતિઓ.

વૈજ્ઞાનિક સિદ્ધાંતોના સંદર્ભમાં જે જે પદ્ધતિઓ સૂચવવામાં આવેલી છે તે પૈકીની ઘણીખરી, પૃથ્વી પર એકધારા દરથી થતા રહેતા ફેરફારો કે ઘટનાઓ પર કેન્દ્રિત થયેલી છે. કુલ ફેરફાર અને ફેરફારનો દર માપવામાં આવે છે. કુલ ફેરફારને વાર્ષિક ફેરફાર વડે ભાગીને મેળવાતો આંકડો પૃથ્વીનું વય સૂચવે છે. આ પ્રકારના વૈજ્ઞાનિક તથ્યવાળા પુરાવાઓ પરથી પૃથ્વીનું વય 460 કરોડ વર્ષની નજીકનું મુકાયું છે, તેમ છતાં કેટલાક નિષ્ણાતો તેને 550 ± કરોડ વર્ષ સુધી પણ લઈ ગયા છે.

1. ભૂસ્તરીય પદ્ધતિઓ (geological methods) : (અ) કણ- જમાવટ પદ્ધતિ (sedimentation method) : પૃથ્વીની ઉત્પત્તિથી માંડીને આજ સુધી ભૂપૃષ્ઠ પર જુદાં જુદાં પ્રાકૃતિક બળોની વિનાશાત્મક (ઘસારો) તેમજ રચનાત્મક (નિક્ષેપક્રિયા) ક્રિયાઓ સતત ચાલતી રહી છે. પ્રાકૃતિક પરિબળોની અસરને પરિણામે શિલાચૂર્ણનો જથ્થો અસ્તિત્વમાં આવે છે, જે વહનક્રિયાને કારણે છેવટે સમુદ્ર-મહાસાગર તળ પર એકઠો થાય છે. ભૂપૃષ્ઠ પર થતો ઘસારાનો તેમજ નિક્ષેપક્રિયાનો દર ચોક્કસ ગણતરી કરીને નક્કી કરી શકાય છે. આ પદ્ધતિ મુજબ જુદા જુદા વૈજ્ઞાનિકોએ, દરેકે સ્વતંત્રપણે, પૃથ્વીનું વય 7 કરોડ વર્ષથી 20 કરોડ વર્ષ વચ્ચેનું જુદું જુદું અંદાજ્યું છે. આમ આ પદ્ધતિ ચોકસાઈભર્યો અંદાજ આપતી નથી. કણજમાવટનું પ્રમાણ પણ કાયમ માટે એકસરખું રહેતું નથી અને મહાસાગર-તળ પરના સ્તર-જમાવટની જાડાઈનો ચોક્કસ અંદાજ શક્ય નથી.

(બ) રાસાયણિક પદ્ધતિ (chemical method) : પૃથ્વીની સપાટી પર રહેલા અગ્નિકૃત, જળકૃત અને વિકૃત ખડકોમાંથી પ્રાકૃતિક પરિબળોની ઘર્ષણક્રિયા અને ખવાણક્રિયાને લીધે ખનિજો અને ક્ષારો છૂટાં પડે છે. ક્ષારદ્રવ્ય દ્રાવણ રૂપે નદીજળ દ્વારા વહન પામે છે. જે ખનિજોના બંધારણમાં સોડિયમ તત્ત્વ રહેલું હોય છે તે મુખ્યત્વે મહાસાગરના પાણીમાં ઉમેરાતું જાય છે. મહાસાગરના પાણીમાં રહેલો સોડિયમનો કુલ જથ્થો 16 × 10¹⁵ ટન અંદાજવામાં આવેલો છે. દર વર્ષે ખનિજો દ્વારા ઉમેરાતો સોડિયમનો જથ્થો 16 × 10⁷ ટન થાય છે. આ ગણતરી પરથી પૃથ્વીનું વય નીચે મુજબ મેળવી શકાય :

1938માં સ્પેન્સર અને મુરાટ નામના બે વૈજ્ઞાનિકોએ આ જ પદ્ધતિને આધારે કરેલાં સંશોધનો દ્વારા પૃથ્વીનું વય 50થી 70 કરોડ વર્ષનું અંદાજેલું. આ જ પ્રમાણે સમુદ્રમહાસાગર જળમાં રહેલા કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટના જથ્થા પરથી પૃથ્વીનું વય 32 કરોડ વર્ષ અંદાજવામાં આવેલું છે.

આ પદ્ધતિનું હવે બહુ મહત્ત્વ રહ્યું નથી, કારણ કે તે નીચે પ્રમાણેની કેટલીક ધારણાઓ પર આધારિત છે : (1) સમુદ્ર-મહાસાગરો જ્યારે બન્યા ત્યારે તો સ્વચ્છ જળ ધરાવતા હતા. (2) મહાસાગરોમાં જમા થતું બધું જ સોડિયમ દ્રાવણ સ્વરૂપે છે. (3) વાર્ષિક વૃદ્ધિ સરેરાશ તરીકે લેવાય છે. (4) સમુદ્રથાળાં અને જળરાશિના કદમાં કોઈ ફેરફાર થયેલો નથી. પૃથક્કરણ કરતાં આ ચારેય ધારણાઓ તે પ્રમાણે બંધબેસતી આવતી નથી. આ કારણોથી આ પદ્ધતિ કાલગ્રસ્ત ગણાઈ છે.

2. ભૌતિક પદ્ધતિઓ (physical methods) : ઉષ્મા પદ્ધતિ (thermal method) : ટૉમ્પસન, લૉર્ડ કેલ્વિન અને પેરી જેવા જાણીતા ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ જુદા જુદા સિદ્ધાંતોને આધારે પૃથ્વીનું વય નીચે મુજબ અંદાજ્યું છે :

નામ	સિદ્ધાંત	પૃથ્વીનું વય
થૉમ્પસન	ઉષ્માગતિવિદ્યા	2થી 40 કરોડ વર્ષ
લૉર્ડ કેલ્વિન	ભૂગર્ભનું તાપમાન	10 કરોડ વર્ષ
પેરી	ખડકોની વાહકતા	100 કરોડ વર્ષ

લૉર્ડ કેલ્વિનના મત મુજબ, પૃથ્વી એ ઠંડો પડતો જતો ગ્રહ છે. તેનું પ્રારંભિક તાપમાન 3,900⁰ સે. હોવાનો તેણે અંદાજ મૂકેલો છે. પૃથ્વીના વયના ઉપર દર્શાવેલા આંકડા માટે પૃથ્વીના ઠંડા પડતા જવાનો દર અને આજનું તાપમાન – આ બે બાબતોનો ઉપયોગ કરેલો છે. કેલ્વિનની આ ગણતરી માન્ય રાખી શકાય તેમ નથી, કારણ કે તેણે પૃથ્વીમાં રહેલાં કિરણોત્સારી ખનિજોમાંથી ઉદભવતી ઉષ્માને ગણતરીમાં લીધેલી નથી.

3. ખગોલીય પદ્ધતિઓ (astronomical methods) : ચેમ્બરલિન નામના ખગોળવેત્તાએ પૃથ્વીના સંકોચન-સિદ્ધાંતને લક્ષમાં રાખીને પૃથ્વીનું વય 2.2 × 10¹¹ વર્ષ અને લાપ્લાસે પૃથ્વીની કક્ષાની ઉત્કેન્દ્રતામાં થતા ફેરફારો ઉપરથી પૃથ્વીનું વય 2.1 × 10¹⁰ વર્ષ હોવાની ગણતરી મૂકી છે. આ આંકડા આધુનિક ગણતરીની અપેક્ષાએ અતિશયોક્તિ ભરેલા હોવાથી સ્વીકાર્ય નથી. હૅરલ્ડ જેફ્રીએ ભરતી-સિદ્ધાંત પ્રમાણે પૃથ્વીનું વય 2.5 × 10⁹ વર્ષ હોવાનું અંદાજ્યું છે, જે આધુનિક પદ્ધતિ સાથે કંઈક અંશે મળતું આવે છે.

4. જૈવિક પદ્ધતિ (biological method) : પ્રાણીઓમાં થતા રહેલા ઉત્ક્રાંતિના ફેરફારો પરથી પૃથ્વીના વયનો અંદાજ મૂકવાનો પ્રયાસ કરવામાં આવેલો છે. એકકોષીય જીવનથી માંડીને માનવ-ઉત્ક્રાંતિ સુધી થતા રહેલા વિકાસને લક્ષમાં લઈને જીવશાસ્ત્રીઓએ પૃથ્વીનું વય 100 કરોડ વર્ષનું અંદાજ્યું છે. અહીં એ બાબતની નોંધ લેવી જોઈએ કે પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ થયા પછી ઘણા લાંબા કાળગાળે જીવનનો પ્રારંભ થયેલો. તેથી પૃથ્વીના વય માટે મૂકેલી આ ગણતરી માત્ર દૃશ્યજીવયુગ માટે જ લાગુ પાડી શકાય.

5. કિરણોત્સારી પદ્ધતિઓ (radiometric methods) : પૃથ્વીના બંધારણમાં રહેલા ખડકોમાં કિરણોત્સારી ખનિજો ઓછાવત્તા પ્રમાણમાં રહેલાં હોય છે. એવા ખડકો કિરણોત્સર્ગિતાનો ગુણધર્મ ધરાવે છે. પિચબ્લેન્ડ, મૉનેઝાઇટ, સમરસ્કાઇટ, એલેનાઇટ, ગમાઇટ, ઑટુનાઇટ, યુરેનિનાઇટ વગેરે કિરણોત્સારી ખનિજોનાં ઉદાહરણ છે. આ ખનિજોના બંધારણમાં યુરેનિયમ, થોરિયમ, રેડિયમ જેવાં તત્ત્વો રહેલાં હોય છે. તેમની વિભંજનક્રિયા સતત ચાલુ હોય છે. વિભંજનક્રિયા દરમિયાન તેમાંથી આલ્ફા, બીટા, ગામા કિરણો; ઉષ્મા, ઊર્જા અને સીસું ઉત્પન્ન થતાં રહે છે. કિરણોત્સારી તત્ત્વોના વિભંજનના દર ઉપર તાપમાન અને દબાણના વધારા-ઘટાડાની કોઈ અસર થતી નથી, તેથી તેમનો વિભંજનનો દર કોઈ પણ પ્રકારના ભૌતિક સંજોગો હેઠળ એકસરખો રહે છે.

અમુક એકમ વજનના તત્ત્વમાંથી અર્ધા એકમ વજનના વિભંજન માટે લેવાતા સમયને અર્ધ આયુકાળ (halflife period) કહે છે. દરેક કિરણોત્સારી તત્ત્વનો અર્ધ આયુકાળ જુદો જુદો હોય છે. યુરેનિયમ તત્ત્વધારક ખનિજનો અર્ધ આયુકાળ ઘણો મોટો હોવાથી પૃથ્વીનું વય નક્કી કરવા માટે તેનાં ખનિજો વધુ ઉપયોગી નીવડે છે. ²³⁸U → 8 He + Pb₂₀₆ Pb^u + ઉષ્મા + ઊર્જા. એક ગ્રામ યુરેનિયમમાંથી 1.8 × 10^–11 ગ્રામ હીલિયમ અને 1.22 × 10^–10 ગ્રામ સીસું દર વર્ષે ઉત્પન્ન થાય છે. આ પ્રમાણે કોઈ પણ યુરેનિયમધારક કિરણોત્સારી ખનિજમાં રહેલા મૂળભૂત યુરેનિયમ તેમજ પરિણામી યુરેનિયમ-સીસાનાં પ્રમાણ નક્કી કરી શકાય છે, તેમજ આ તત્ત્વોનો અર્ધ આયુકાળ પણ મેળવી શકાય છે. કોઈ પણ કિરણોત્સારી ખનિજમાં રહેલા મૂળ તત્ત્વ અને પરિણામી સીસાના પ્રમાણ પરથી મૂળ તત્ત્વને પરિણામી સીસામાં પરિવર્તન પામતાં કેટલો સમય થયો તેની ગણતરી કરી શકાય છે અને તે પરથી ખનિજનું વય મળે છે; ખનિજ પરથી ખડકનું વય મળે છે.

સારણી 11 : કિરણોત્સારી વયનિર્ધારણ માટે ઉપયોગી માહિતી

સ       મ       સ્થા       નિ       કો

સ્થાયી કિરણોત્સારી માતૃતત્વ	બિનકિરણોત્સારી સમસ્થાનિક	સ્થાયી/ દુહિતૃ તત્ત્વ	ક્ષય અચલાંક(λ)*	અર્ધ આયુકાળ (કરોડ વર્ષ)	અસરકારક ગાળો (કરોડ વર્ષ)	વયનિર્ધારણ માટેનાં દ્રવ્યો
યુરેનિયમ-238		સીસું-206	0.0000668	450	1-460	ઝિર્કોન, યુરેનિનાઇટ, પિચબ્લેન્ડ.
યુરેનિયમ-235		સીસું-207	0.0004239	71	1-460	ઝિર્કોન, યુરેનિનાઇટ, પિચબ્લેન્ડ.
થોરિયમ-232		સીસું-208	0.0000216	1390	1-460	કોલંબાઇટ, ટેન્ટેલાઇટ.
પોટૅશિયમ-40	K39	આર્ગન-40	0.0000252	1190	1 લાખથી 460કરોડ વર્ષ	મૉનેઝાઇટ, મસ્કોવાઇટ.
	K41	કૅલ્શિયમ-40	0.0002047			ફ્લોગોપાઇટ, બાયોટાઇટ હૉર્નબ્લેન્ડ, નેફેલિન, સેનિડિન, પ્લેજિયોક્લેઝ, સિલ્વાઇટ (આર્કોઝ, રેતીખડક, સિલ્ટસ્ટોન) જ્વાળામુખી ખડકો, ઉલ્કાઓ.
રુબિડિયમ-87	Rb-85	સ્ટ્રૉન્શિયમ-87	0.0000064	4700	1-460	મસ્કોવાઇટ, બાયોટાઇટ, લેપિડોલાઇટ, ઑર્થોક્લેઝ, માઇક્રોક્લિન, ગ્લોકોનાઇટ, વિકૃત ખડકો, ગ્રૅનાઇટ, ગ્રૅનાઇટ-નાઇસ.
કાર્બન-14	C-12	નાઇટ્રોજન-14	52.53	5730 + 30 વર્ષ	100થી 5000 વર્ષ	વનસ્પતિજ અને પ્રાણિજ દ્રવ્ય, કપડાં, કવચ, અધોગામી સ્તંભ, ટુફા, ભૂગર્ભજળ, મહાસાગર-જળ.
પોલોનિયમ-212

* ક્ષય – અચલાંક ( λ) ln2ને અર્ધ આયુકાળથી ભાગવાથી મળે છે.

એક વર્ષમાં યુરેનિયમ અને થૉરિયમ તત્ત્વોમાંથી પરિણમતાં યુરેનિયમ-સીસાનાં અને થોરિયમ-સીસાનાં પ્રમાણ નીચે મુજબ છે :

10 લાખ ગ્રામ U પ્રતિ વર્ષે  ગ્રામ U- Pbમાં પરિવર્તન પામે છે, 10 લાખ ગ્રામ Th પ્રતિવર્ષે  ગ્રામ Th – Pbમાં પરિવર્તન પામે છે. નીચેનાં સૂત્રો પરથી, U અને Th તત્ત્વોમાંથી અમુક પ્રમાણમાં Pb ઉત્પન્ન થવાનો સમય જાણી શકાય છે :

T = સમય; Pb^U; Pb^Th = U-Pb અને Th – Pb ના ટકા.

U = યુરેનિયમના ટકા; Th = થોરિયમના ટકા.

કિરણોત્સર્ગિતા દ્વારા નિરપેક્ષ વયનિર્ધારણ (absolute dating by radioactivity) : કિરણોત્સર્ગિતા એ એક એવો ગુણધર્મ છે જેમાં અમુક અસ્થાયી કિરણોત્સારી માતૃતત્ત્વનું સતત વિભંજન થતું રહે છે, પરિણામે ઉષ્મા અને ઊર્જાની મુક્તિ સાથે સ્થાયી દુહિતૃ-તત્ત્વ ઉદભવે છે. આ ક્રિયા જ્યાં સુધી અસ્થાયી માતૃતત્ત્વ સંપૂર્ણપણે વિભંજન પામી સ્થાયી દુહિતૃ-તત્ત્વમાં રૂપાંતર ન પામે ત્યાં સુધી ચાલુ રહે છે; દા.ત., યુરેનિયમ-238 (Uનું કિરણોત્સારી સમસ્થાનિક) જુદાં જુદાં અસ્થાયી તત્ત્વોની શ્રેણીમાંથી વિભંજન-પ્રક્રિયામાંથી પસાર થતું જઈને સીસા-206(સીસાનું સ્થાયી સમસ્થાનિક)માં પરિણમે છે. ખડકોમાં રહેલાં અમુક તત્ત્વોની કિરણોત્સર્ગતાના ગુણધર્મનો ઉપયોગ કરીને તે ખડકનું વયનિર્ધારણ કરી શકાય છે. આ પદ્ધતિને કિરણોત્સારી વયનિર્ધારણ પદ્ધતિ કહે છે. આ પદ્ધતિમાં મૂળ માતૃતત્ત્વનું શેષ પ્રમાણ, દુહિતૃ-તત્ત્વનું પ્રમાણ અને તે તત્ત્વનો ક્ષય અચલાંક જાણવાથી ખડકનું વયનિર્ધારણ કરી શકાય છે.

અર્ધ આયુકાળ  =  ( λ = ક્ષય અચલાંક)

ભૂસ્તરીય વયગણતરીમાં નીચેનું સમીકરણ ઉપયોગમાં લેવાય છે :  જેમાં t = વય, λ = ક્ષય અચલાંક, D = દુહિતૃ તત્ત્વનું પ્રમાણ અને P = માતૃતત્ત્વનું શેષ પ્રમાણ.

Pb – 206નો U-238 સાથેનો ગુણોત્તર 1 : 10 અને U-238  માટેનો ક્ષય અચલાંક (λ) 0.0000668 હોય તો,

= 14270000 = 1.427 કરોડ વર્ષ

આ ઉપરાંત, K₄₀, Rb₈₇ તેમજ C₁₄ પણ કિરણોત્સારી તત્ત્વો છે.

પોટૅશિયમ-આર્ગન પદ્ધતિ : પોટૅશિયમ-40 ક્ષય પામતું જઈને કૅલ્શિયમ-40 અને આર્ગન-40 નામની બે જુદી જુદી સ્થાયી પેદાશોમાં પરિવર્તન પામે છે.

Ca-40 સામાન્ય ખડકપ્રકારોમાં પણ એક ઘટક તરીકે મળતું હોવાથી વિકિરણજનિત Ca-40થી અલગ પાડી શકાતું નથી, તેથી વયનિર્ધારણ માટે તેનો ઉપયોગ થતો નથી; પરંતુ K-40માંથી Ar -+ 40માં થતા રૂપાંતરનો વયનિર્ધારણમાં ઉપયોગ થાય છે. K-Ar પદ્ધતિ દ્વારા 1 લાખ વર્ષથી જૂના અને 460 કરોડ વર્ષથી નવા વયના ખડકોનાં વયનિર્ધારણ થઈ શકે છે. ઑર્થોક્લેઝ અને માઇક્રોક્લિનનું વયનિર્ધારણ આ પદ્ધતિ દ્વારા થઈ શકતું નથી, કારણ કે સામાન્ય તાપમાન-દબાણના સંજોગો હેઠળ તે આર્ગન ગુમાવી દે છે. આ પદ્ધતિમાં ખનિજોને ખડકોમાંથી અલગ પાડવાની જરૂર હોતી નથી, ક્ષેત્રમાંથી મેળવેલા તાજા ખડકનમૂનાને ઉપયોગમાં લઈ શકાય. બેસાલ્ટ, એન્ડેસાઇટ, ર્હાયોલાઇટ, અબરખયુક્ત સ્લેટ, ફિલાઇટ જેવા સૂક્ષ્મદાણાદાર ખડકો તેમજ ગ્લોકોનાઇટધારક દરિયાઈ ચૂનાખડકો અને રેતીખડકોનાં વયનિર્ધારણ આ પદ્ધતિથી થઈ શકે છે.

લેસર પદ્ધતિ : ખનિજ નમૂનાનાં વયનિર્ધારણ અને ઉષ્મા-ઇતિહાસ સમજવા માટેની આ પદ્ધતિ લેસર ક્રમિક તાપન (laser step heating) તરીકે ઓળખાય છે. કિરણોત્સારી K કેટલા પ્રમાણમાં Ar-40માં વિભંજન પામે છે તેના પરથી વયનિર્ધારણ થાય છે. આ પદ્ધતિમાં સર્વપ્રથમ નમૂના પર ન્યૂટ્રૉનનો મારો કરવામાં આવે છે, જેથી કેટલુંક K Ar-39માં પરિણમે છે. આ પદ્ધતિમાં લેસરનું ખૂબ શક્તિશાળી કિરણ નમૂના પર અથડાય છે અને તેથી Arના બે સમસ્થાનિકો (Ar₃₉ અને Ar₄₀) છૂટા પડે છે. આ બે સમસ્થાનિકોની વિપુલતા માસ સ્પેક્ટ્રૉમીટરની મદદથી માપવામાં આવે છે. Ar₄₀ અને Ar₃₉ વચ્ચેના ગુણોત્તરની મદદથી નમૂનાનું વયનિર્ધારણ થાય છે.

રુબિડિયમ-સ્ટ્રૉન્શિયમ (Rb-87 → Sr-87) પદ્ધતિ : વિરલ તત્ત્વ Rbથી કોઈ ખનિજ બનેલું હોતું નથી, પરંતુ તે K-યુક્ત ખનિજમાં મળી આવે છે. Rb-87 બીટા વિકિરણ (ઇલેક્ટ્રૉનમુક્તિ) દ્વારા Sr-87માં રૂપાંતર પામે છે. Rbના અર્ધ આયુકાળ તરીકે 4,700 અને 5,000 કરોડ વર્ષ સૂચવાયેલાં છે, કારણ કે તેનું પ્રત્યક્ષ માપન મુશ્કેલ બને છે. અન્ય ખનિજોમાં તેનું (Rb-87) પ્રમાણ 100-1,000 ppm જેટલું હોય છે. બાયોટાઇટ, મસ્કોવાઇટ, ઑર્થોક્લેઝ, માઇક્રોક્લિન અને ગ્લોકોનાઇટ-ધારક ખડકો(પોટાશ ફેલ્સ્પાર અને અબરખ-સમૃદ્ધ ખડકો)નાં વયનિર્ધારણ થઈ શકે છે, હૉર્નબ્લેન્ડધારક બેઝિક અગ્નિકૃત અને વિકૃત ખડકો આ પદ્ધતિ માટે અનુકૂળ પડતા નથી.

યુરેનિયમ પદ્ધતિ : યુરેનિયમ એ અણુશક્તિ માટેનું દ્રવ્ય હોવાથી તેનો તલસ્પર્શી અભ્યાસ થયેલો છે, તેના અચલાંક પણ ચોકસાઈથી મેળવાયા છે. એક જ ખનિજમાંથી યુરેનિયમ અને થોરિયમ બંને તત્ત્વો મળી શકે છે અને ત્રણ જુદી જુદી રીતે તે ખનિજનું વયનિર્ધારણ કરી શકાય છે. આ કારણથી કિરણોત્સારી પદ્ધતિઓમાં યુરેનિયમનું મહત્ત્વ ઘણું વધી જાય છે. ખડકો કે ખનિજોના વયનિર્ધારણ માટે જરૂરી U અને Pbના મોટા કદના નમૂના ઝિર્કોનના સ્ફટિકોમાંથી સામાન્ય રીતે પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. આ પ્રકારના ઝિર્કોન સ્ફટિક ગ્રૅનાઇટ લક્ષણવાળા ખડકો કે વિકૃત ખડકો તેમજ કેટલાક જ્વાળામુખી ખડકો અને તે ખડકોમાંથી ઉદભવેલા કણોમાં મળી આવે છે. ઝિર્કોનના સ્ફટિક ઉષ્ણતા અને ખવાણની ઉગ્ર અસરોનો પ્રતિકાર કરી શકે છે અને તેથી વિકૃતિનાં એક કે તેથી વધુ ચક્રની અસર નીચે આવેલા ખડકોમાં મૂળ સ્થિતિમાં જળવાઈ રહે છે.

U-238નું આલ્ફા અને બીટા વિકિરણ દ્વારા Pb-206માં રૂપાંતર થાય છે. આ ક્રિયા દરમિયાન તે અનેક વચગાળાનાં તત્ત્વોમાં વિભંજન પામે છે અને તેનો ક્ષય થતો જાય છે. એ જ રીતે U-235 અને Th-232 પણ Pb-207 અને Pb-208 જેવાં દુહિતૃ-તત્ત્વો બનાવે છે. નીચે દર્શાવ્યા મુજબ, U-238નું Pb-206માં રૂપાંતર થાય છે : જુઓ : આકૃતિ 18 :

U-238 → Pb – 206 + 8 આલ્ફા + 6 બીટા

U-235 →Pb – 207 + 7 આલ્ફા + 4 બીટા

Th-232 → Pb – 208 + 6 આલ્ફા + 4 બીટા

ખનિજન-મૂનામાંના U-238 અને U-235નું તેમજ વિકિરણજનિત (radiogenic) લેડ-206 અને લેડ-207નાં પ્રમાણ નક્કી કરી શકાય છે. નીચેનું સૂત્ર ખનિજ-નમૂનાના વયનિર્ધારણ માટે ઉપયોગી નીવડે છે.

સીસા-સીસા/સીસા ગુણોત્તર/સીસા 207-206 પદ્ધતિ : યુરેનિયમ-238 અને યુરેનિયમ-235 તેમજ સીસા-206 અને સીસા-207ની પેદાશ સમય પર આધારિત છે. તેથી સીસા-207 અને સીસા-206નો ગુણોત્તર મેળવી શકાય. સીસા-207નો સીસા-206 સાથેનો ગુણોત્તર લઈને જે તે ખનિજનું વય મેળવી શકાય, પરંતુ તે સીસાનાં સમસ્થાનિકોના પૃથક્કરણ દ્વારા જાણી શકાય.

સાદું સીસું સીસા-208, -207, -206, અને -204 જેવાં ચાર જુદાં જુદાં સમસ્થાનિક સ્વરૂપે અસ્તિત્વ ધરાવે છે; જેમાં સીસું-204 વિકિરણ-રહિત હોય છે, બાકીનાં ત્રણ Th-232, U-235 અને U-238 જેવાં કિરણોત્સારી તત્ત્વોની વિભંજન પેદાશથી તૈયાર થતાં હોય છે.

મૂળ તત્ત્વની રચના વખતે વિકિરણજનિત સીસાનો વિકિરણરહિત સીસા સાથેનો ગુણોત્તર શૂન્ય કે લઘુતમ હોય છે; સમય જતાં તે ગુણોત્તર વધતો જાય છે. આમ Pb-208, Pb-207 અને Pb-206નો Pb-204 સાથેનો ગુણોત્તર જો ગણતરીથી મેળવી શકાય તો છેલ્લા ગુણોત્તર સુધી પહોંચવા માટે વીતેલો સમય મૂકી શકાય. જે તે ખનિજમાં રહેલાં સમસ્થાનિકોનો સમયગાળો તે ખનિજનું વય આપે છે.

સમેરિયમ-નિયોડિમિયમ પદ્ધતિ (¹⁴⁷S_m – ¹⁴³N_d method) : પૃથ્વીના બંધારણમાં રહેલા ખડકોના વયનિર્ધારણ માટેની આ એક આધુનિક કિરણોત્સારી પદ્ધતિ છે. ¹⁴⁷S_mની વિભંજનક્રિયા આલ્ફા કણોના ઉત્સર્જન(emission)ને કારણે બને છે. તેનો અર્ધ આયુકાળ 1.06 x 10¹¹ વર્ષ છે. ચંદ્ર પર મળી આવતા બેસાલ્ટ ખડકનું વયનિર્ધારણ આ પદ્ધતિની મદદથી 3700 ± 70 મિલિયન વર્ષ હોવાની ગણતરી કરવામાં આવી છે. આ વયનિર્ધારણ બીજી સમસ્થાનિક પદ્ધતિઓથી અંદાજવામાં આવેલા વય સાથે મળતું આવે છે. મેફિક અને અલ્ટ્રામેફિક ખડકોના વયનિર્ધારણ માટે આ પદ્ધતિ ઉપયોગી નીવડે છે.

વિભંજન-પથ પરથી વયનિર્ધારણ (fission track dating) : અમુક કિરણોત્સારી તત્ત્વો ક્યારેક સ્ફટિકોના અણુમાળખામાં પકડાઈને રહેલાં હોય છે. તે જ્યારે ક્ષય પામે છે ત્યારે આણ્વિક કણો તીવ્ર ગતિથી ફેંકાય છે અને તેમના પથમાં આવતા અણુમાળખાને અસ્તવ્યસ્ત કરી મૂકે છે. નુકસાન પામેલા ભાગો વિભંજન-પથ કહેવાય છે. તેમના પર નિરેખણક્રિયા દ્વારા આકારો મેળવીને, ઊંચી ક્ષમતાવાળા વસ્તુકાચ- (objective)ની મદદથી સૂક્ષ્મદર્શક હેઠળ નુકસાન પામેલા ભાગોની સંખ્યા જાણી શકાય છે. વિભંજન-પથની સંખ્યા અને કિરણોત્સારી ખનિજના સંકેન્દ્રણ પરથી વયનિર્ધારણ થઈ શકે છે.

રંગવિકારી વલય (pleochroic halos) : યુરેનિયમ કે થૉરિયમ જેવાં કિરણોત્સારી તત્ત્વધારક ઝિર્કોન ખનિજનાં આગંતુકો ક્યારેક અબરખમાં રહેલાં હોય છે. આ તત્ત્વોની વિકિરણક્રિયા દ્વારા ઝિર્કોનની આજુબાજુ થતા નુકસાનને કારણે વલયરચના તૈયાર થતી હોય છે. સૂક્ષ્મદર્શક હેઠળ આ વલય રંગવર્તુળો રૂપે દેખાય છે. ખનિજની રચના થયા બાદ ઘણો લાંબો સમય વીત્યો હોવાથી વલયો ઘેરા રંગવાળાં બન્યાં હોય છે. જોકે આ પદ્ધતિ ભૂસ્તરીય હેતુ માટે અનુકૂળ પડતી નથી.

ક્ષયપદ્ધતિ (decay method) : રેડિયોકાર્બન વયનિર્ધારણ : નજીકના ભૂતકાળની ઘટનાઓ અને દ્રવ્યોનાં વયનિર્ધારણ માટે રેડિયોકાર્બન-પદ્ધતિનો બહોળા પ્રમાણમાં ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, કારણ કે તેનો અર્ધ આયુકાળ માત્ર 5,730 વર્ષનો છે. તેની બીજી એક વિલક્ષણતા એ પણ છે કે તેની અંતિમ પેદાશનું પ્રમાણ માપી શકાતું નથી, તેથી જ આ પદ્ધતિને ક્ષયપદ્ધતિ પણ કહે છે. તેમાં કાર્બન-14ના ક્ષયની મદદથી વયનિર્ધારણ કરી શકાય છે. વિદ્યમાન પૃથક્કરણ-તકનીકીના વિકાસ સાથે C-14નો વયનિર્ધારણગાળો 75,000 વર્ષ સુધી વિસ્તૃત કરી શકાયો છે. કાર્બન વિકિરણની ગણતરી માટે નમૂનાને શુદ્ધ કરીને CO₂, ઇથેન અને એસિટિલીન વાયુઓમાં ઉપયોગ કરી બીટા-કિરણોની ગણતરી મુકાય છે અને તેના પરથી કુલ મૂળ કાર્બન સાથે કાર્બન-14નો ગુણોત્તર મેળવવામાં આવે છે.

કાર્બન-14ની ઉત્પત્તિ : વૈશ્ર્વિક કિરણો પૃથ્વીના વાતાવરણમાં અથડાતાં હોય છે. ઉપલા વાતાવરણના અણુઓ પર જ્યારે વૈશ્ર્વિક કિરણોના ઊર્જાકણો અથડાય છે, ત્યારે તેમાંથી ન્યૂટ્રૉન મુક્ત થાય છે. આ રીતે ઉદભવેલો ન્યૂટ્રૉન વાતાવરણના નાઇટ્રોજન દ્વારા શોષાય છે અને તેમાંથી કિરણોત્સારી C-14 બને છે. કિરણોત્સારી કાર્બન-14 જેમ જેમ ક્ષય પામતો જાય છે, તેમ તેમ સતતપણે નવો C-14 તેની જગા લે છે. આમ આ કિરણોત્સારી તત્ત્વનાં ઉત્પત્તિ અને ક્ષય દીર્ઘકાલીન સમતુલા જાળવી રાખે છે. વાતાવરણના સાદા કાર્બન સાથે આ કિરણોત્સારી કાર્બનનું દળ સમપ્રમાણમાં રહે છે. તેમ છતાં, વયનિર્ધારણ વખતે ઇંધનના બળવાથી પેદા થતો કાર્બન વાતાવરણમાં ભળતો હોવાથી સાદા કાર્બનનું પ્રમાણ યોગ્ય રીતે ગોઠવવાનું રહે છે.

કાર્બન-14 ચક્ર : કાર્બન-14 વાતાવરણ, જલાવરણ અને જીવાવરણમાં ફરતો રહે છે. રેડિયોકાર્બનનો વિનિમયસ્રોત (સંચય) હવા, જળ અને પ્રાણી-વનસ્પતિમાં બધી જાતનાં કાર્બન-સંયોજનોથી બનેલો હોય છે; દા.ત., કાર્બન-14 વાતાવરણના ઑક્સિજન સાથે સંયોજાય છે અને તેનું CO₂માં રૂપાંતર થાય છે. વાતાવરણમાં એકધારા રહેલા બંને પ્રકારનાસાદા તેમજ વિકિરણકારી CO₂ને વનસ્પતિ પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા શોષે છે. વનસ્પતિ કે પ્રાણી મરી જાય ત્યારે સંતુલન સ્થિતિમાં રહેલા CO₂નું ઉમેરણ અટકી જાય છે; પરંતુ ત્યાં સુધી તો, રેડિયોકાર્બન અને સાદા કાર્બનનો ગુણોત્તર વાતાવરણમાં તેમજ પ્રાણી-વનસ્પતિમાં સરખો રહે છે. જ્યારે પ્રાણી-વનસ્પતિ વાતાવરણમાંથી CO₂ શોષવાનું બંધ કરે ત્યારે તેમનામાં રેડિયોકાર્બન(¹⁴C)ની ક્ષયપ્રક્રિયા શરૂ થઈ જાય છે.

C-14નો ક્ષય : કાર્બન-14 બીટા-વિકિરણમુક્તિ દ્વારા નાઇટ્રોજન-14માં ફેરવાય છે. આથી નમૂનામાં જેટલો કાર્બન-14 ઓછો એટલું તેનું વય વધુ ગણાય.

ચક્ર : વૈશ્ર્વિક કિરણોના કણો → ઉપલા વાતાવરણમાં અણુ અથડામણ → ન્યૂટ્રૉન → નાઇટ્રોજન- 14 → ન્યૂટ્રૉન શોષણ → કાર્બન-14 → બીટા-વિકિરણમુક્તિ → નાઇટ્રોજન 14. આ ચક્ર આ રીતે ચાલુ રહે છે.

કોઈ પણ વૈજ્ઞાનિક પદ્ધતિથી પૃથ્વીનું વય સીધેસીધું તો નક્કી થઈ શકતું નથી. તે માટે પૃથ્વીના બંધારણમાં રહેલા ખડકોનું વય પ્રથમ નક્કી કરવું પડે. પૃથ્વીનું વય આ ખડકો કરતાં વધુ હોય તે સ્વાભાવિક છે, કારણ કે ખડકો તો પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ બાદ ઉત્પન્ન થયેલા છે. તેથી પૃથ્વીના વયનિર્ધારણ માટે અતિપ્રાચીન ખડકોને જ પસંદ કરવા પડે. પ્રી-કૅમ્બ્રિયન (કેટાર્કિયન) ખડકો અતિ પ્રાચીન હોવાનું જાણી શકાયું છે. દુનિયાના જુદા જુદા વિસ્તારોમાં મળી આવતા આ ખડકો કે ખનિજોનું વય નીચેના કોઠામાં દર્શાવ્યા પ્રમાણે હોવાનું જાણવા મળ્યું છે :

સ્થાન	ખડક/ખનિજ	વયનિર્ધારણ
ગ્રીનલૅન્ડ	ગ્રૅનાઇટ-ગુરુગોળાશ્મ	380 કરોડ વર્ષ
ઑસ્ટ્રેલિયા	એકાસ્ટા નાઇસ	396 કરોડ વર્ષ
માઉન્ટ નારિયર, ઑસ્ટ્રેલિયા	ઝિર્કોન ખનિજ	410-420 કરોડ વર્ષ

આમ વૈજ્ઞાનિકોએ વિવિધ પદ્ધતિઓથી નિર્ધારિત કરેલું વય 380 કરોડ વર્ષથી 550 કરોડ વર્ષ વચ્ચે મૂકી શકાય.

મહત્તમ વય : તત્ત્વોની અવકાશજનિત ઉત્પત્તિ માટે રજૂ કરાયેલા સિદ્ધાંતો મુજબ પૃથ્વીની મહત્તમ વયમર્યાદાનો અંદાજ મૂકી શકાય. પ્રવર્તમાન સિદ્ધાંત મુજબ, જૂના તારાનો વિસ્ફોટ થયો અને અવકાશમાં તેનું વિખેરણ થયું તે અગાઉ તેમાંનાં U²³⁵ અને U²³⁸ ન્યુક્લાઇડ 1.64 : 1 ના ગુણોત્તરમાં બનેલાં. સૂર્ય અને પૃથ્વી તો આ કણવિખેરણ પૈકીના દ્રવ્યમાંથી પછીથી તૈયાર થયેલાં છે. U²³⁵ અને U²³⁸ બંને કિરણોત્સારી છે, પરંતુ U²³⁸ કરતાં U²³⁵ વધુ ઝડપથી ક્ષય પામે છે, તેથી U²³⁵ નો U²³⁸ સાથેનો ગુણોત્તર સતત રીતે ઘટતો જાય છે, પૃથ્વીમાં U²³⁵/U²³⁸નો ગુણોત્તર આજે 0.007 છે. હવે આ ગુણોત્તરને વધારતા જઈને કેટલા સમય સુધી અતીતમાં જઈ શકાય, એની ગણતરી જો મૂકીએ તો તે 6.6 x 10⁹  વર્ષની મહત્તમ વયગણતરી સુધી જ જવાય: પૃથ્વી, એ બની ત્યારે જે તત્ત્વો તેમાં આવ્યાં તેના કરતાં પછીના સમયની હોઈને 6.6 x 10⁹ વર્ષ કરતાં તો તે વધુ ન જ હોઈ શકે. તારાઓમાંના યુરેનિયમના ઉત્પાદન માટે વયગણતરીમાં ફેરફારને અવકાશ છે ખરો, પરંતુ આથી વધુ વયનિર્ધારણ થઈ શક્યું નથી.

વ્રિજવિહારી દીનાનાથ દવે

ગિરીશભાઈ પંડ્યા

પૃથ્વીનો ભૂસ્તરીય ઇતિહાસ : પૃથ્વીની ઉત્પત્તિથી માંડીને આજ સુધીની ભૂસ્તરીય ઘટનાઓની ઐતિહાસિક માહિતી. ભૂસ્તરવિદો સારી રીતે જાણે છે કે પૃથ્વીનો ઇતિહાસ 460 કરોડથી વધુ વર્ષનો કાળગાળો આવરી લે છે. કેટલાક નિષ્ણાતો કહે છે કે પૃથ્વી વાયુ અને રજવાદળોના ઘનીભવનથી ઉત્પન્ન થયેલી છે, બીજા કેટલાક જણાવે છે કે તે સૂર્યની આસપાસ ભ્રમણ કરતા ઉલ્કાકણો અને ઉલ્કારજનાં વાદળો ઠરવાથી તૈયાર થયેલી છે. ગુરુત્વાકર્ષણબળને કારણે આ પ્રકારના દ્રવ્યનું એકત્રીકરણ થતું ગયેલું અથવા તેમનું સંવૃદ્ધીકરણ થયેલું, જેમાં ભારે કણો કેન્દ્રગામી બન્યા અને તેમની આજુબાજુ હલકા કણોએ એક પછી એક બાહ્ય આવરણો રચ્યાં. જેમ જેમ તેમનું સંકોચન થતું ગયું તેમ તેમ ગરમી ઉત્પન્ન થતી ગઈ, દ્રવ્યનું ગલન થયું અને ક્રમે ક્રમે ત્રણ આવરણો  ભૂગર્ભ, ભૂમધ્યાવરણ અને પોપડો – બન્યાં. (જુઓ, પૃથ્વી, પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ.)

આમ પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ સાથે જ, આજથી 460 કરોડ વર્ષ પહેલાં, પૃથ્વીના ઇતિહાસનાં પગરણ મંડાયાં છે. પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ માટેનું આ વયનિર્ધારણ જૂનામાં જૂના ખડકોની કિરણોત્સારી પદ્ધતિ દ્વારા તેમજ ઉલ્કાઓના અભ્યાસ દ્વારા કરવામાં આવેલું છે. આ પરથી કહી શકાય કે પૃથ્વીની ઉત્પત્તિના ઘણા લાંબા કાળ અગાઉ સૂર્યની અને સૂર્યથી અગાઉ બ્રહ્માંડની રચના થઈ હોવી જોઈએ.

પૃથ્વીના સમગ્ર ભૂસ્તરીય ઇતિહાસને મુખ્ય ચાર યુગોમાં વહેંચી નાખવામાં આવેલો છે. પ્રથમ કાળગાળાને ‘પ્રી-કૅમ્બ્રિયન યુગ’ કહેવાય છે, જે પૃથ્વીની ઉત્પત્તિની સાથે એટલે કે 460 કરોડ વર્ષ અગાઉથી શરૂ થાય છે અને તે પછીનાં 400 કરોડ વર્ષ સુધી ચાલે છે; અર્થાત્, તે સમગ્ર ભૂસ્તરીય ઇતિહાસનો 85  % હિસ્સો આવરી લે છે. બીજો કાળગાળો ‘પ્રથમ જીવયુગ’ તરીકે ઓળખાય છે, જે આજથી 60 કરોડ વર્ષ અગાઉથી શરૂ થઈ 22.5 કરોડ વર્ષ અગાઉ સુધીના 37.5 કરોડ વર્ષના કાળગાળાને આવરી લે છે. આ કાળ ભૂસ્તરીય ઇતિહાસના 9.5  % જેટલો થાય છે. ત્રીજો કાળગાળો ‘મધ્ય જીવયુગ’ કહેવાય છે, જે 22.5 કરોડ વર્ષ અગાઉથી શરૂ થઈ 6.5 કરોડ વર્ષ અગાઉ સુધીનાં 16 કરોડ વર્ષને આવરી લે છે અને ભૂસ્તરીય ઇતિહાસનો 4  % ભાગ બની રહે છે. ચોથો યુગ ‘કેનોઝોઇક યુગ’ કહેવાય છે, જે 6.5 કરોડ વર્ષ અગાઉથી શરૂ થઈને આજ સુધીના 6.5 કરોડ વર્ષના કાળને આવરી લેતો છેલ્લો યુગ ગણાય છે અને ભૂસ્તરીય ઇતિહાસનો માત્ર 1.5  % જેટલો ભાગ બને છે. પૃથ્વીના પટ પર આજે દેખાતાં ભૂમિદૃશ્યો, જલવિતરણ, જીવન-સ્વરૂપો વગેરે વખતોવખત પ્રાકૃતિક ફેરફારો અને ઉત્ક્રાંતિમાં થતાં ગયેલાં પરિવર્તનો હેઠળ તૈયાર થયેલાં છે.

પ્રી-કૅમ્બ્રિયન યુગ : પ્રીકૅમ્બ્રિયનના 400 કરોડ વર્ષના લાંબા કાળગાળા દરમિયાન ઘટેલી ઘટનાઓને ચાર તબક્કાઓમાં વહેંચવામાં આવે છે. પ્રારંભિક તબક્કામાં પોપડાની રચના થતી જાય છે. આ તબક્કાની અવધિ દરમિયાન દૂધ પરની મલાઈની જેમ અથવા લાવાના થર પરની પાતળી પોપડીની જેમ માત્ર 100થી 200 મીટરની જાડાઈવાળો પ્રાથમિક પોપડો બંધાય છે. મૂળ બંધારણ પાષાણ ઉલ્કાના બંધારણ જેવું હતું. ભૂસ્તરશાસ્ત્રીઓ જણાવે છે કે આ વિભાગ વિકિરણજનિત ઉષ્માની અસરથી તેમજ પૃથ્વીના ગુરુત્વસંકોચનથી ગરમ થતો જતો હતો. જો આમ જ હોય તો જ્યાં સુધી પોપડો 100⁰ સે.થી ઓછું તાપમાન જાળવે નહિ ત્યાં સુધી તે વરસાદ કે સપાટીજળ ધરાવી શકે નહિ; જો ધરાવે તો જાળવી શકે નહિ. પૃથ્વીનો પોપડો સમય જતાં ગરમી ગુમાવતો ગયો. મુક્ત થતી ગરમીની સાથે સાથે પેટાળમાંથી જલબાષ્પ પણ નીકળતી રહી. ગરમીનું પ્રમાણ ઘટવાની સાથે જલબાષ્પમાંથી વાદળો બંધાતાં ગયાં. જલબાષ્પની સાથે અન્ય વાયુઓ પણ મુક્ત થતા જતા હતા. ભારે વાયુઓ પૃથ્વીના ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે નીચેના વાતાવરણમાં રહ્યા અને હાઇડ્રોજન-હીલિયમ જેવા હલકા વાયુઓ બાહ્ય અવકાશમાં ફેલાઈ રહ્યા.

કાલાનુક્રમે પોપડાની જાડાઈ વધતી ગઈ  અંશત: પૃથ્વીના ઠંડા પડતા જવાથી, પરંતુ મુખ્યત્વે તો સંવૃદ્ધીકરણથી. પેટાળમાંથી નીકળતા રહેતા ઓછી ઘનતાવાળા ગ્રૅનાઇટ બંધારણ ધરાવતા મૅગ્મા દ્રવ્યથી પોપડાનું સંવૃદ્ધીકરણ થતું રહ્યું. હવે જલવર્ષા થવા માટેના સંજોગો અનુકૂળ બન્યા હતા. વરસાદ પડતો હતો. ભૂપૃષ્ઠ પર જલવહન થતું હતું. પોપડો બંધાવાની શરૂઆત થયા પછીનાં 25 કરોડ વર્ષમાં તે વધુ ઠર્યો હોવાથી આ શક્યતા ઉદભવી હતી. પોપડો સંકોચાતો ગયો હતો, ઠેર ઠેર નાનામોટા ગર્ત બન્યા હતા. તેમાં જળ-ભરાવો થયે જતો હતો. પ્રારંભિક સમુદ્રોની ઉત્પત્તિ આ રીતે થઈ ચૂકી હતી. વધુ મૅગ્મા નીકળવાથી ગ્રૅનાઇટના ઊંચાણવાળા ભાગો, પર્વતો રચાતા જતા હતા. વરસાદ અને વહેતાં પાણી તેમના પર ઘસારો કરતાં હતાં, તૈયાર થતી ખવાણની પેદાશો સમુદ્રોમાં ઠલવાતી હતી. આ રીતે કણજમાવટથી સમુદ્રતળ પર નિક્ષેપો રચાતા ગયા.

પ્રથમ તબક્કો અહીં પૂરો થઈ બીજો તબક્કો શરૂ થાય છે. ગ્રૅનાઇટ બંધારણવાળા ખડકદ્રવ્યના ઉમેરણથી હવે પોપડાની જાડાઈ વર્તમાન પોપડા કરતાં ચોથા ભાગની થવા આવી હતી. મૅગ્માનાં પ્રસ્ફુટન હજી ચાલુ હતાં. આદિ સમુદ્રો તૈયાર થઈ ચૂક્યા હતા, જોકે તેમનાં બંધારણ હવે પછીથી તૈયાર થનારા સમુદ્રો કરતાં જુદાં હતાં, તેમ છતાં તેમાં સૂક્ષ્મ જીવન વિકસવાની શરૂઆત થતી હતી. ભૂપૃષ્ઠ પર ખવાણક્રિયા વધુ કાર્યશીલ બની હતી અને ભૂમિપટ પર પહેલવહેલી જમીન બનતી જતી હતી.

ત્રીજા તબક્કાના વિકાસ હેઠળ પહોંચેલી પૃથ્વી પર હવે ઑક્સિજન મુખ્ય ભાગ ભજવે છે. પેટાળમાંથી પ્રસ્ફુટન પામતા જ્વાળામુખીઓ દ્વારા કેટલોક ઑક્સિજન મુક્ત થાય છે, તો કેટલોક સમુદ્ર-વનસ્પતિ- (લીલ)ના પ્રકાશસંશ્લેષણથી પેદા થતો જાય છે. મુક્ત ઑક્સિજન, ભૂપૃષ્ઠ પરના ખનિજદ્રવ્ય, ખાસ કરીને લોહદ્રવ્ય સાથે સંયોજાતો જઈ લોહનું ઑક્સિડેશન કરે છે. આ રાસાયણિક પ્રક્રિયા દ્વારા લોહધારક રચનાઓ બનતી જાય છે. પ્રી-કૅમ્બ્રિયન કાળગાળા માટે આ ઘટના મહત્ત્વની બની રહે છે. યુરોપ, ઉત્તર અમેરિકા, ભારત તેમજ અન્યત્ર જોવા મળતી લોહનિક્ષેપ રચનાઓ આ બાબતની સાક્ષી પૂરે છે. જેમ જેમ વધુ ઑક્સિજન ઉપલબ્ધ થતો જાય છે, તેમ તેમ કાર્બનડાયૉક્સાઇડ પણ અન્ય નિક્ષેપોની સાથે સમુદ્ર તરફ વહી જાય છે અને પૃથ્વી પર સર્વપ્રથમ વાર ચૂનાખડકો જેવી કાર્બોનેટ રચનાઓ જામે છે. આ સાથે જીવનનું પ્રમાણ વધતું જાય છે; પરંતુ જીવન હજી પણ તેના આદિ સ્વરૂપમાં જ છે. ઑક્સિજન-વિકાસ માટેની પ્રી-કૅમ્બ્રિયનની આ કક્ષા નહિ નહિ તો 300 કરોડ વર્ષ સુધી ચાલી હશે.

પૃથ્વીના વિકાસના ચોથા તબક્કામાં પોપડાની જાડાઈ તો વધતી જાય છે, પરંતુ પર્વતનિર્માણની ઘટનાઓ પણ આકાર પામતી જાય છે. સમુદ્રતળ પર નિક્ષેપ-જમાવટ પણ ચાલુ છે. હવે પોપડાની જાડાઈ વર્તમાન પોપડાને લગભગ સમકક્ષ થઈ ગઈ છે. પૃથ્વી હવે વિકાસની એવી કક્ષાએ પહોંચે છે કે તેમાં મધ્યમાં પ્રી-કૅમ્બ્રિયન ખડકો હોય એવા, પોપડાના ઓછામાં ઓછા પાંચ વિભાગો (ખંડો અથવા ભૂપૃષ્ઠ તકતીઓ) બની રહે છે. પ્રી-કૅમ્બ્રિયનના આ મધ્યભાગો પર્વતો જેવી ઊંચાઈ ધરાવતા નથી, પરંતુ પાર્થિવ ખવાણની અસરવાળા તો જરૂર છે; તેમનો આકાર ઉચ્ચ સપાટપ્રદેશો જેવો ગણાવી શકાય, તેમના પર ક્યારેક જળકૃત ખડકરચનાઓનાં પાતળાં આવરણ રચાતાં જાય છે. ઊંચી વ્યાસપીઠ જેવા આકારવાળા આ ઉચ્ચપ્રદેશોની બાહ્ય કિનારીઓ તેમનાં રચનાત્મક લક્ષણોમાં અસ્થાયી હોવાથી ત્યાં લાંબા ગર્ત (ભૂસંનતિમય થાળાં) વિકસતાં જાય છે, તેમાં દરિયાઈ જળ ભરાતાં જઈ પુરાણા કાળનો ભૂમધ્ય સમુદ્ર બની રહે છે. આ ઘટનાઓનો કાળગાળો આજથી 100 કરોડ વર્ષ અગાઉનો મૂકી શકાય. આ પ્રકારની પરિસ્થિતિ પ્રી-કૅમ્બ્રિયન કાળનાં છેલ્લાં 40 કરોડ વર્ષ સુધી પ્રવર્તેલી રહી.

પ્રથમ જીવયુગ : પ્રથમ જીવયુગના ખડકસ્તરોમાં જળવાયેલાં મળતાં દરિયાઈ ઉત્પત્તિજન્ય, સખત કવચધારી અપૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓના જીવાવશેષોના વિપુલ સંગ્રહ દ્વારા પ્રથમ જીવયુગનો ઇતિહાસ પ્રી-કૅમ્બ્રિયનના ઇતિહાસથી તદ્દન જુદો પડી આવે છે. પ્રી-કૅમ્બ્રિયન ખડકોમાં જેનું અસ્તિત્વ સુધ્ધાં નથી એવાં દરિયાઈ અપૃષ્ઠવંશી કવચધારી પ્રાણીઓના અવશેષોના ઘણા સમૂહો જોવા મળે છે. એકાએક ઊભરી આવતી જીવન-ઉત્ક્રાંતિની આ ઘટના વિસ્મયકારક છે. તેમની જટિલ દેહરચના સૂચવી જાય છે કે અંતિમ પ્રી-કૅમ્બ્રિયન કાળ દરમિયાન એક એવો સંક્રાંતિકાળ જરૂર વીત્યો હોવો જોઈએ, જ્યારે નરમ દેહધારી અપૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓની ક્રમશ: ઉત્ક્રાંતિ માટેના સંજોગો મળ્યા હોય, પરંતુ એના કોઈ પુરાવા પ્રાપ્ત થયા નથી. તેથી સખત કવચધારી આ પ્રાણીસમૂહોના વિકાસ માટે એ તર્ક રજૂ કરી શકાય કે સમુદ્ર(મહાસાગર)જળના રાસાયણિક બંધારણમાં કોઈ ફેરફારો થયા હોય ! એવા જળમાંથી પ્રાણીઓને પોતાના દેહ ફરતું રક્ષણ-આવરણ બનાવવા જરૂરી દ્રવ્ય મળ્યું હોય અને તેની મદદથી સ્રાવ દ્વારા સખત કવચ રચ્યાં હોય ! જોકે આ જીવાવશેષ-સંગ્રહ સંખ્યા-વિસ્ફોટ દર્શાવતો નથી, માત્ર દરિયાઈ જીવનસ્વરૂપોમાં પાયાનો ફેરફાર સૂચવે છે. વળી, આ ઘટના ત્યારે બને છે જ્યારે ભૂસંનતિમય થાળાંમાં બે યુગના સંક્રાંતિકાળના ગાળા દરમિયાન કોઈ પણ પ્રકારના અવરોધ વિના નિક્ષેપક્રિયા ચાલુ હોય છે.

શરૂઆતનાં પ્રાણીઓનાં કવચ, કીટકો અને લૉબ્સ્ટરનાં શૃંગી આવરણોની જેમ, ચિટિન (સ્તરકવચી પ્રાણીઓના દેહ પરના ચમકવાળા ત્વચાના આવરણ)થી બનેલાં જણાય છે. આ ઉપરાંત CaCO₃ના બંધારણવાળાં કવચ પણ મળે છે. આ હકીકત નિર્દેશ કરી જાય છે કે મહાસાગરોમાં CO₂નું પ્રમાણ એવા સ્તરે પહોંચ્યું હોય છે, જેનો ઉપયોગ કરવાની ક્ષમતા આ પ્રાણીઓએ પ્રાપ્ત કરી હોય. કારણ જે હોય તે, પ્રથમ જીવયુગના પ્રારંભે મળતો જીવાવશેષ-સંગ્રહ ભૂસ્તરીય ઇતિહાસની આ સમયની રોમાંચકારી અને વિસ્મયકારક સમસ્યા જરૂર ખડી કરે છે.

ત્યારપછી તો પ્રાણીઓના પ્રકારોમાં ઉમેરો થાય છે. દરિયાઈ વનસ્પતિજીવન પણ પ્રથમ વાર આ યુગ દરમિયાન જ પાંગરે છે. પ્રથમ પૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓ-માછલીઓ પણ આ યુગના મધ્યકાળથી મળે છે. એ જ રીતે ઉભયજીવી પ્રાણીઓ પ્રથમ જીવયુગના મધ્યકાળમાં અને સરીસૃપો અંતિમ ચરણમાં ઉત્ક્રાંતિ પામે છે. હંસરાજને મળતું આવતું, ભૂમિ પરનું વનસ્પતિજીવન પણ પ્રથમ જીવયુગ માટે મધ્યકાલીન ગણાય. પ્રથમ જીવયુગના અંતિમ ચરણમાં પંકભૂમિના વિસ્તારોમાં વિસ્તૃત જંગલો ઊગી નીકળે છે. તેમના કાષ્ઠ-અવશેષો તત્કાલીન સ્તરોમાં દટાય છે, જેમાંથી કાળક્રમે પરિવર્તન પામીને કોલસાના વિપુલ ભંડારો તૈયાર થાય છે.

જૂનાં ભૂસંનતિમય થાળાં, જેમાં દરિયાઈ નિક્ષેપો એકત્રિત થતા જતા હોય છે, તે ઘટના આ યુગ દરમિયાન બે તબક્કામાં સતતપણે ચાલતી રહે છે. જોકે તેમાં ક્યારેક અવરોધો આવી જાય છે ખરા, પરંતુ આશરે 12,000 મીટરની જાડાઈના થર જમાવટ પામે છે. પુરાણા કાળના ગર્તોમાં દરિયા તૈયાર થયા હોય છે, તે પ્રમાણમાં તો છીછરા જ રહે છે; પરંતુ આટલી જાડાઈવાળા થરોની જમાવટ તૈયાર થવા માટે તે ક્રમશ: જામતા જતા નિક્ષેપબોજના દબાણ હેઠળ જરૂર દબ્યા હોવા જોઈએ, જે પ્રત્યેક ભૂસંનતિમય થાળાની લાક્ષણિકતારૂપ છે.

પ્રથમ જીવયુગના મધ્યકાળ વખતે, ખાસ કરીને યુરોપીય વિસ્તારમાં ‘કેલિડોનિયન ગિરિનિર્માણ’ ઘટના થાય છે, જેમાં વિશાળ પાયા પર પર્વતસંકુલો રચાય છે.

પ્રથમ જીવયુગના અંતિમ ચરણ વખતે ભૂસંનતિમય ગર્ત ત્યાંના પોપડાની બંને બાજુએથી ભીંસાય છે, જેમાં જામેલા મૂળ મૃદુ અને ભીના સ્તરો ઘનિષ્ઠ બને છે, વિક્ષેપ પામે છે, ઊંચકાય છે, ગેડીકરણ પામે છે, સ્તરભંગોમાં તૂટે છે અને ખસે છે. જેમ જેમ થાળું દબતું જાય છે તેમ તેમ નિક્ષેપજમાવટ ભૂસંચલનક્રિયામાં સામેલ થતી રહીને ધીમે ધીમે ગિરિનિર્માણમાં ફેરવાય છે. દર 1,000 વર્ષના ગાળા દરમિયાન 30 સેમીનું ઉત્થાન એક સામાન્ય ઘટના ગણાય (આની તુલનામાં તો આજે પૅસિફિક અને ભૂમધ્ય સમુદ્રની આજુબાજુના પ્રદેશો વધુ પ્રમાણમાં ઊંચકાય છે.); તેમ છતાં એક કરોડ વર્ષના ગાળા માટે 1,000 વર્ષના/30 સેમી.ના દરે સતત ઉત્થાન પામતી જતી આ ઘટના 3,000 મીટરની ઊંચાઈની પર્વતમાળા ઊભી કરી શકે. સમુદ્રની અંદર સ્તરોમાં દટાયેલા જીવાવશેષો આજે પર્વતોમાં ઊંચાઈ પર શા માટે મળે છે એ બાબતની સ્પષ્ટતા આ હકીકત પરથી મળી રહે છે.

સતત ગતિશીલ રહેતી ભૂપૃષ્ઠની તકતીઓવાળા ખંડો જે કાર્બોનિફેરસ કાળના પ્રારંભ વખતે ત્રણ ભાગમાં અલગ હતા તે કાર્બોનિફેરસના અંત વખતે ભેગા થાય છે અને પૃથ્વીના પટ પર માત્ર એક વિશાળ ખંડ ‘પૅન્જિયા’નું નિર્માણ કરે છે; આ પૅન્જિયા મધ્યજીવયુગ સુધી એ જ સ્થિતિમાં રહે છે અને પછી જ તેમાં ભંગાણ પડે છે.

આ કાળ વખતે ગાડવાના ખંડ આજના ખંડોની વિતરણસ્થિતિ કરતાં ઘણે દૂર દક્ષિણ ગોળાર્ધમાં ગોઠવાયેલો હતો. આજના યુરોપ અને અમેરિકામાં સમશીતોષ્ણ કટિબંધના વિસ્તારોમાં જોવા મળતાં કોલસાનાં વિશાળ ક્ષેત્રો પ્રથમ જીવયુગના અંત વખતે અયનવૃત્તીય આબોહવામાં તૈયાર થયાનો પુરાવો રજૂ કરે છે. એ જ કાળ વખતે વિષુવવૃત્તની દક્ષિણે રહેલા ગૉંડવાના ખંડમાંની દક્ષિણ અમેરિકી અને આફ્રિકી ખડકરચનાઓ ખંડીય હિમીભવનના પુરાવા રજૂ કરે છે.

પ્રથમ જીવયુગના અંત વખતે પર્મોકાર્બોનિફેરસ કાળ દરમિયાન ભૂસંનતિમય થાળાંઓમાંના નિક્ષેપોમાંથી વધુ એક ગિરિનિર્માણઘટના શરૂ થાય છે. (જુઓ, હર્સિનિયન ગિરિનિર્માણ). ઉત્તર અમેરિકાના પૂર્વ ભાગમાં ઍપેલેશિયન પર્વતમાળા અને પશ્ચિમ ભાગમાં પણ એવી જ પર્વતમાળાનાં ઉત્થાન થાય છે. યુરોપ (જર્મની અને આજુબાજુનો વિસ્તાર) તથા ભૂમધ્ય સમુદ્રની સરહદે ઉત્તર આફ્રિકામાં પણ પર્વતમાળાઓ ઉત્થાન પામે છે. યુરોપ અને ઉત્તર અમેરિકાના બાકીના નજીકના સ્થાયી ભૂમિપ્રદેશો પર છીછરા સમુદ્રોનાં પાણી ફરી વળે છે (દરિયાઈ અતિક્રમણ) અને ત્યાં મોટા પાયા પર ક્ષારનિક્ષેપોની જમાવટ થાય છે.

મધ્ય જીવયુગ : મધ્ય જીવયુગના ખડકસ્તરોમાં જળવાયેલા મળી આવતા પ્રાણી-વનસ્પતિના જીવાવશેષો પ્રથમ જીવયુગના તે પ્રકારના જીવાવશેષો કરતાં તદ્દન જુદા પડી આવે છે. આ યુગમાં ઉત્ક્રાંતિની  મહત્તમ મર્યાદાએ પહોંચેલાં લાક્ષણિક સરીસૃપો ઉપરાંત, હવે સર્વપ્રથમ વાર પક્ષીઓનો વિકાસ શરૂ થાય છે; સસ્તન પ્રાણીઓ, કદમાં નાનાં હોવા છતાં વિપુલ પ્રમાણમાં ઊભરી આવે છે. વનસ્પતિ પૈકી આ યુગના પ્રથમ ચરણ દરમિયાન શંકુદ્રુમો (conifers) વિકસે છે એટલું જ નહિ પ્રાધાન્ય પણ ભોગવે છે. આજે જોવા મળે છે એવાં પહોળાં પર્ણોવાળાં વૃક્ષો સહિત, સપુષ્પ વનસ્પતિ મધ્ય જીવયુગના અંતિમ ચરણમાં સમૃદ્ધિ પામે છે. સમુદ્રમાંનાં જીવનસ્વરૂપો પૈકી આજના જેવાં પરવાળાં, ક્લૅમ્સ અને કવચધારી અન્ય અપૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓ (પ્રથમ જીવયુગનાં કવચધારીથી ભિન્ન જાતિઓ) આ યુગમાં લાક્ષણિક બની રહે છે. આ પૈકી એમોનાઇટ મહત્ત્વનાં બની રહે છે. તેમનો બાહ્ય દેહ-આકાર નૉટિલસ જેવો, ગૂંચળાં સ્વરૂપનો હોય છે. કેટલાંકનો વ્યાસ 30 સેમી. જેટલો પણ જોવા મળે છે.

મધ્ય જીવયુગનાં અન્ય પ્રાણીઓની તુલનામાં એમોનાઇટ ઉત્ક્રાંતિની કક્ષામાં મહત્ત્વનો દરજ્જો ભોગવે છે. જોકે આ પ્રાણીઓ પહેલવહેલાં તો પ્રથમ જીવયુગમાં દેખાય છે, પરંતુ તે યુગ પૂરો થવાની સાથે તેમનો વિલોપ થઈ જાય છે. મધ્ય જીવયુગમાં તેમનું એક નવું જ જૂથ ઉત્ક્રાંતિ પામે છે, જુદા સંજોગો હેઠળ પણ ટકી રહે છે, પરંતુ આ યુગના મધ્યકાળ વખતે તેમનો પણ વિલોપ થઈ જાય છે. વળી ત્રીજું જૂથ, ઘણી નવી જાતિઓ સહિત અંતિમ ચરણ દરમિયાન વિકસતું જાય છે અને આ યુગની સમાપ્તિ સાથે તેનો પણ લગભગ વિલોપ થઈ જાય છે.

પ્રથમ જીવયુગમાં જેની નોંધ કરી ગયા તે મહાખંડ, પૅન્જિયા આ યુગના મધ્યકાળ વખતે ભંગાણ પામે છે. પરિણામે, ભૂમિ પરનાં સસ્તન પ્રાણીઓની અમુક જાતિઓ, અલગ પડી ગયેલા ઍન્ટાર્ક્ટિકા, દક્ષિણ અમેરિકા, આફ્રિકા અને ઑસ્ટ્રેલિયાના ખંડોમાં એકમેકથી છૂટી પડી જાય છે. છૂટો પડેલો પ્રત્યેક ખંડ ત્રણ મુખ્ય રચનાત્મક વિભાગોથી રજૂ થાય છે : મધ્યનો ભૂકવચ વિભાગ જૂના પ્રી-કૅમ્બ્રિયન ખડકબંધારણવાળો; ભૂકવચની આજુબાજુ રહેલો ઊંચો પઠારપ્રદેશ (platform) પ્રી-કૅમ્બ્રિયન ખડકબંધારણવાળો, પરંતુ પ્રથમ જીવયુગના અને તેનાથી નવા વયના જળકૃત ખડકોનાં આવરણો સહિતનો; અને તેમની આજુબાજુ ભૂસંનતિમય નિક્ષેપોના ઉત્થાનથી ઉદભવેલા પર્વતપ્રદેશવાળો વિભાગ. આ પર્વતપ્રદેશોનું માળખું ભૂકવચના ખવાણજન્ય નિક્ષેપ-બંધારણવાળું નહિ પરંતુ તત્કાલીન સમુદ્રકિનારીઓ પર સ્થિત જૂના પર્વતોના ખવાણજન્ય નિક્ષેપોથી બનેલું છે.

પૅન્જિયાના ભંગાણને પરિણામે છૂટા પડેલા ખંડોની કિનારીઓ વચ્ચે મહાસાગરીય ખાઈઓ જેવા ભૂસંનતિમય રેખીય ગર્ત રચાય છે. સતત પ્રવહન પામતી રહેતી ગતિશીલ ભૂપૃષ્ઠ તકતીઓના અગ્રભાગમાં આ ગર્ત આકાર લેતા જાય છે, ખાસ કરીને તો તે પૅસિફિક મહાસાગરની કિનારીઓ નજીકના સમુદ્રી પોપડામાં તૈયાર થતા જાય છે. આ ગર્તમાં નજીકના ખંડોમાંથી વહન પામીને આવતું ઘસારાજન્ય દ્રવ્ય નિક્ષેપરૂપે જમા તો થાય છે; પરંતુ ત્યાંથી પાછું વહન પામીને મહાસાગર તરફ જાય છે.

ભૂમધ્યાવરણ(mantle)માંથી પીગળેલું સ્નિગ્ધ દ્રવ્ય મહાસાગરીય પોપડાને તોડીને સમુદ્રતળ પર બહાર નીકળતું જાય છે અને તેમાંથી જ્વાળામુખીજન્ય ડુંગરધારો (volcanic ridges) આકાર પામતી જાય છે. મહાસાગરી પોપડો આ ડુંગરધારોની બંને બાજુઓ પર સરકતો જાય છે, પરિણામે ડુંગરધારોની નજીક ક્રમશ: નવો પોપડો બંધાતો જાય છે અને જૂનો પોપડો દૂર ધકેલાતો જાય છે. આ ઘટના સમુદ્રતલીય વિસ્તરણ તરીકે જાણીતી છે. જ્યાં ખાઈઓ છે ત્યાં પોપડાના ખડકો મહાસાગર તરફ હડસેલાતા જાય છે. એલ્યુશિયન ટાપુઓની નજીક દક્ષિણ બાજુ પર આવેલી એલ્યુશિયન ખાઈને ઉદાહરણ રૂપે લઈ શકાય. અહીં ખંડીય ખડકો પૅસિફિકમાં દક્ષિણ તરફ હડસેલાતા જાય છે. જ્વાળામુખી પ્રક્રિયા અને ભૂકંપ બંને માટે આ રચનાત્મક ક્રિયા સ્પષ્ટ બની રહે છે.

મધ્ય જીવયુગ દરમિયાન થયેલી ખંડભંગાણની તેમજ ખંડીય પ્રવહનની ક્રિયાઓને પરિણામે આ પ્રમાણે ત્રણ મહત્ત્વની ઘટનાઓ આકાર પામે છે : (1) પ્રથમ જીવયુગ વખતથી પ્રવહન પામતો જતો ઉત્તર અમેરિકા-યુરોપનો ભેગો ભૂમિસમૂહ ટ્રાયાસિક કાળ (મધ્ય જીવયુગનો પ્રથમ કાળ) વખતે સાઇબીરિયાની ભૂપૃષ્ઠ તકતી સાથે અથડાય છે. તેને પરિણામે યુરલ પર્વતમાળા ઊંચકાઈ આવે છે અને યુરોપીય રશિયાને પશ્ચિમ સાઇબીરિયાથી અલગ પાડી દે છે. (2) જુરાસિક કાળ (મધ્ય જીવયુગનો બીજો કાળગાળો) દરમિયાન ગાડવાના ભૂમિસમૂહનું ભંગાણ થાય છે, તેમાંથી ઑસ્ટ્રેલિયા, ઍન્ટાર્કટિકા, ભારત, દક્ષિણ અમેરિકા અને આફ્રિકા ખંડો એકબીજાથી અલગ પડે છે તેમજ દૂર દૂર સરકતા જાય છે. (3) ક્રિટેશિયસ કાળ (મધ્ય જીવયુગનો છેલ્લો કાળગાળો) વખતે ઉત્તર અમેરિકી ખંડ યુરોપથી છૂટો પડીને પશ્ચિમતરફી પ્રવહન પામતો જાય છે, પૅસિફિક તકતી સાથે તે અથડાય છે અને રૉકિઝ પર્વતમાળાનું ઉત્થાન થાય છે.

કેનોઝૉઇક યુગ : મધ્ય જીવયુગની સમાપ્તિ અને કેનોઝૉઇક યુગનો પ્રારંભિક કાળ એ એક એવો સંક્રાંતિ કાળ બની રહે છે જેમાં આજે પૃથ્વીના પર જોવા મળતી કેટલીક અગત્યની પર્વતમાળાઓનું તબક્કાવાર નિર્માણ થવા માટેનાં પગરણ મંડાય છે. ઉત્તર અમેરિકાની રૉકિઝ પર્વતમાળા અને પૅસિફિક કોસ્ટ પર્વતો, યુરોપની આલ્પ્સ પર્વતમાળા અને ભૂમધ્ય સમુદ્રની સરહદ પરના પર્વતો તેમજ તેમનાં વિસ્તરણો, હિમાલય અને તેની આજુબાજુનાં પર્વતસંકુલો તેનાં વિશિષ્ટ ઉદાહરણો છે. ઉત્તર ગોળાર્ધમાં થયેલાં આ ઉત્થાનોને પરિણામે ભૂપૃષ્ઠ-રચનામાં અને આબોહવામાં મોટા પાયા પરનાં પરિવર્તનો આવ્યાં છે. આ જ કારણે પ્રાણીજીવન અને વનસ્પતિજીવનની ઉત્ક્રાંતિના વલણ પર પણ અસર પહોંચી છે.

મધ્ય કેનોઝૉઇકમાં જેની શરૂઆત થયેલી અને આજપર્યંત જે ચાલુ છે તે બીજી અગત્યની ઘટના આ છે : કેટલાક ખંડોના વિભાગ સ્તરભંગોની અસર હેઠળ આવીને વિભાજિત થયા છે. યુ.એસ. અને મેક્સિકોનો પશ્ચિમ વિભાગ આ માટેનું ઉત્તમ ઉદાહરણ પૂરું પાડે છે. સ્તરભ્રંશની આ પ્રક્રિયા ખંડીય પ્રવહન સાથે સંકળાયેલી હોવાનું જણાય છે. યુ.એસ. અને મેક્સિકોનો પૅસિફિકતરફી પશ્ચિમ ભાગ બાકીના ઉત્તર અમેરિકી ખંડથી વાયવ્ય તરફ ખસતો ગયો છે અને હજી આજે પણ ખસી રહ્યો છે, અહીં વારંવાર થતા ભૂકંપ તેની પ્રતીતિ કરાવે છે. સાન ઍન્ડ્રિયાસ સ્તરભંગ (કૅલિફૉર્નિયા) તેનું ઉત્તમ ઉદાહરણ છે.

સ્થાયી ગણાતા કેટલાક ખંડોમાં ફાટ તરીકે ઓળખાતી રચનાઓ પણ વિકસી છે. આ પૈકી આફ્રિકાની ફાટખીણોનો રેખીય વિસ્તાર વિશેષ ધ્યાન ખેંચે છે. આ ફાટખીણો મધ્ય આફ્રિકાની દક્ષિણેથી શરૂ થઈને ઉત્તરમાં નાઈલના મુખ સુધી અને ત્યાંથી રાતા સમુદ્ર, મૃત સમુદ્ર અને જૉર્ડનની ખીણ સુધી લંબાયેલી છે. આ ઉપરાંત, પૅસિફિક મહાસાગરને વીંટળાયેલો ખાઈઓથી બનેલો પટ્ટો, ભૂમધ્ય સમુદ્ર અને હિમાલય પટ્ટા પરનાં વિશિષ્ટ રચનાત્મક લક્ષણો, સ્તરભંગ-ખંડિત વિસ્તારો તેમજ અન્ય ફાટવિભાગો જ્વાળામુખી-પ્રસ્ફુટનો અને ભૂકંપ થવા માટે કારણભૂત છે.

કેનોઝૉઇક ખડકસ્તરો સરીસૃપોના વિલોપનો પુરાવો રજૂ કરે છે, પરંતુ સાથે સસ્તન પ્રાણીઓની સતત વૃદ્ધિનો ખ્યાલ પણ આપે છે. મધ્ય જીવયુગનાં બહુ જ ઓછાં દરિયાઈ કે પાર્થિવ પ્રાણીઓ કેનોઝૉઇકના પ્રારંભ સુધી ટકી શકે છે. જીવાવશેષોના સંદર્ભમાં આ બાબતને સાતત્યભંગ તરીકે ઘટાવી શકાય (palaeontological break). ભૂસ્તરીય ઇતિહાસમાં અહીં જોવા મળતો જીવાવશેષ-વિરામ આ બંને યુગોને અલગ પાડી આપવામાં મદદરૂપ નીવડે છે.

કેનોઝૉઇક યુગનાં પૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓ પૈકી ઘોડાની ઉત્ક્રાંતિનો ઉલ્લેખ રસપ્રદ બની રહે છે. આ યુગના ક્રમવાર આવતા જુદા જુદા કાલખંડો(epochs)ના સ્તરોમાંથી મળેલા ઘોડાના જીવાવશેષો તેની ઉત્ક્રાંતિની કક્ષાઓનો કડીબદ્ધ ઇતિહાસ રજૂ કરે છે. કેનોઝૉઇકના પ્રારંભ વખતે ઘોડો કદમાં વર્તમાન કૂતરા કે શિયાળ કરતાં જરાક જ મોટો હતો અને પગને પાંચ આંગળાં હતાં. મધ્ય કેનોઝૉઇક સુધીમાં તેનું કદ વધતું ગયું અને આંગળાંની સંખ્યા પાંચમાંથી ત્રણની થઈ. આજનો ઘોડો કદમાં તેથી પણ મોટો થયો છે અને આજે માત્ર એક જ આંગળું રહ્યું છે, ખરીની ઉપરના ભાગમાં જે નાના ભાગ દેખાય છે તે જૂનાં આંગળાંના અવશેષ છે. મધ્ય કેનોઝૉઇક દરમિયાન ઘાસ જેવી વનસ્પતિનો વિકાસ થયો હોવાથી ઘોડાની ખાવાની ટેવમાં ફેરફાર થયો. પહેલાંની ચર્વણ (browsing) ક્રિયાની ટેવ બદલાતી જઈને ચરવાની (grazing) ક્રિયામાં પરિણમતી ગઈ  આ રીતે તેની દંતરચનામાં ફેરફાર થવા માટે આ ક્રિયા કારણભૂત બની.

કેનોઝૉઇક યુગને તૃતીય જીવયુગ (પૂર્વાર્ધ કાળ) અને ચતુર્થ જીવયુગ (ઉત્તરાર્ધ કાળ) જેવા બે વિભાગોમાં વહેંચેલો છે. ઉત્તરાર્ધ કાળ આજથી 16 ± લાખ વર્ષ (અન્ય મંતવ્યો મુજબ 20 ± લાખ વર્ષ) અગાઉથી શરૂ થાય છે. ભૂસ્તરીય ઇતિહાસના સંદર્ભમાં આ કાળગાળો નાનકડો ગણાય. તેને માનવકાળ (age of Man) પણ કહે છે. માનવ-હાડપિંજર કે તેના ભાગોના જૂનામાં જૂના હૉમિનિડના અવશેષો આફ્રિકાની ફાટખીણના વિસ્તારો – મુખ્યત્વે હડાર, અરામિસ, લિંટોલી અને તુર્કાના સરોવરની આજુબાજુના વિસ્તારોમાંથી મળ્યા છે. તુર્કાના સરોવરની આજુબાજુના વિસ્તારો પૈકી નારિયોકોટોમે (16 લાખ વર્ષ), ઓમો (40 લાખ વર્ષ), કાનાપોઈ (41 લાખ વર્ષ) અને લોથાગામ(56 લાખ વર્ષ)નો સમાવેશ થાય છે. આ રીતે જોતાં, માનવોનું મૂળ ઉત્પત્તિસ્થાન આફ્રિકા ખંડ ગણાય. અહીંથી માનવજૂથો અન્ય ખંડોમાં સ્થળાંતર કરતાં ગયાં. ઉત્ક્રાંતિની જુદી જુદી કક્ષાઓમાં તેમની દેહરચના (અવયવો અને આકારો) ફેરફાર પામતી જઈને આજનો માનવ ‘હોમો સૅપિયન’ જાતિમાં બદલાયો છે. માનવની આ એક અને એકમાત્ર જાતિ અસ્તિત્વ ધરાવે છે. પૃથ્વી પરનાં તમામ પ્રાણીઓમાં તેનું આધિપત્ય પણ છે.

કેનોઝૉઇકનાં છેલ્લાં લાખો વર્ષોના ગાળા દરમિયાન માનવ-પૂર્વજોએ યુરોપ અને એશિયામાં હિમીભવન(glaciation)ના ચારથી પાંચ તબક્કાઓનો પણ અનુભવ કર્યો છે. વીતેલા હિમયુગો દરમિયાન ધ્રુવો પરનાં વિશાળ હિમાવરણો એક તરફ ભૂમધ્ય સમુદ્રના યુરોપના અર્ધા ભાગના અંતર સુધી, તો બીજી તરફ મેક્સિકોના અખાતના ઉત્તર અમેરિકાના અર્ધા ભાગના અંતર સુધી પ્રસરી ચૂક્યાં હતાં. એક હકીકત અહીં ઉલ્લેખનીય છે કે છેક છેલ્લા હિમકાળ (ice age) સુધી તો ઉત્તર અમેરિકામાં માનવે સ્થળાંતર કર્યું ન હતું. જ્યારે ખંડીય હિમાવરણો ફેલાતાં જતાં હતાં ત્યારે ઊંચા પર્વતો પર નાના કદના હિમજથ્થા હિમનદીઓ રૂપે જામતા જતા હતા, ઓછા અક્ષાંશોના વિસ્તારોમાં તે માત્ર વધુ ઊંચાઈવાળાં પર્વતશિખરો પૂરતાં મર્યાદિત હતાં. ઉત્તરના પ્રદેશોમાં તે પર્વતબાજુઓ પર અર્ધી ઊંચાઈ સુધી વિસ્તરેલાં અને વધુ દૂર ઉત્તર તરફના ભાગોમાં પર્વતોની તળેટી સુધી વિસ્તરીને ખંડીય હિમપટ (ice sheet) સાથે ભળી જતાં હતાં.

તૃતીય જીવયુગના પૂર્વાર્ધકાળમાં આફ્રિકા ખંડ પ્રવહન પામીને છેક યુરોપ સુધી પહોંચી જાય છે, યુરોપ સાથે અથડાઈને આલ્પ્સ પર્વત સંકુલનું નિર્માણ કરે છે. એ જ રીતે ભારતીય ઉપખંડ પ્રવહન પામીને તૃતીય જીવયુગના મધ્યથી ઉત્તરાર્ધ કાળમાં એશિયા સાથે અથડાઈને હિમાલય અને તેની આજુબાજુના પર્વતસંકુલોનું નિર્માણ કરે છે.

ખંડોનાં વર્તમાન સ્થાન, ઊંચાઈ, આકાર, વિવિધ ભૂમિદૃશ્ય કેનોઝૉઇક યુગના છેલ્લા ચરણની દેણગી ગણાય.

ગિરીશભાઈ પંડ્યા