Baffin Adası ve İzlanda’daki volkanik kayalarda ölçülen düşük döteryum oranı, Dünya’nın metalik çekirdeğinden mantoya hidrojen aktarılmış olabileceğine işaret ediyor. Science Advances’ta yayımlanan araştırma, bu hareketin yüzeydeki kayaların kimyasal yapısını etkilemiş olabileceğini öne sürüyor.
Yaklaşık 4,5 milyar yıl önce büyük ölçüde erimiş olan Dünya soğurken, yoğun demir merkeze çöktü; daha hafif silikatlar ise üst katmanlarda birikerek mantoyu meydana getirdi. Bu süreç, metalik çekirdek ile kayalık manto arasında belirgin bir ayrışma yarattı. Ancak iki katmanın oluşumlarından sonra kimyasal alışverişin tamamen kesilip kesilmediği bilim insanlarının araştırdığı sorulardan biri.
Bu soruya yanıt arayan araştırmacılar, Kanada’nın Arktik bölgesindeki Baffin Adası’ndan ve İzlanda’dan toplanan volkanik kayaları inceledi. Kayalardaki hidrojen izotoplarının oranı, gezegenin derinliklerinde gerçekleşmiş olabilecek süreçlere dair ipuçları taşıyor. Özellikle ağır hidrojen izotopu döteryumun beklenenden az bulunması, mevcut açıklamaların yeterli olup olmadığını gündeme getirdi.
Volkanik kayalardaki düşük döteryum oranı
Hidrojenin iki biçimi araştırmanın odağında. Sıradan hidrojenin çekirdeğinde bir proton bulunurken, döteryumun çekirdeğinde bir protonun yanı sıra bir nötron yer alıyor. Her iki izotop da suyun yapısına katılabiliyor; ancak kütle farkları, jeolojik süreçlerde farklı biçimlerde davranmalarına neden olabiliyor.
Araştırmacılar, Dünya’nın ilk dönemlerindeki magma okyanusu soğurken hidrojen izotoplarının nasıl dağıldığını incelemek için derinlerdeki koşulları taklit eden bilgisayar simülasyonları kullandı. Modellerde erimiş kayaların soğuması ve farklı minerallere dönüşmesi sırasında hidrojen ile döteryumun hareketi değerlendirildi.
Simülasyonlar, magma okyanusu soğurken iki izotopun da manto boyunca görece eşit dağıldığını gösterdi. Derinliklere bağlı küçük farklılıklar oluşsa da bu değişimler, Baffin Adası ve İzlanda’daki kayalarda saptanan çok düşük döteryum miktarını açıklamaya yetmedi. Bunun üzerine ekip, hidrojenin başka bir kaynaktan gelmiş olabileceğini değerlendirdi; olası kaynaklardan biri de metalik çekirdek oldu.
Çekirdekten mantoya hidrojen taşınmış olabilir
Araştırmacıların önerdiği senaryoya göre, Dünya oluşurken merkeze doğru çöken demir, çevresindeki hidrojenin bir kısmını bünyesine kattı. Çekirdekte biriken bu hidrojenin döteryum bakımından fakir olduğu düşünülüyor.
Bu hidrojenin bir bölümünün milyarlarca yıl içinde metalik çekirdekten mantonun en alt kesimlerine geçmesi mümkün. Manto içindeki jeolojik süreçlere katılan madde, zamanla yüzeye çıkan volkanik kayaların kimyasal bileşimini etkilemiş olabilir.
Hidrojen izotopları, bu yorumun dayandığı tek bulgu değil. Araştırmacılar aynı kayalarda helyum-3 ile helyum-4 arasındaki oranın da dikkat çekici ölçüde yüksek olduğunu bildirdi. Helyum-3’ün Dünya’nın erken dönemlerinden kalmış olabileceği ve bir kısmının metalik çekirdekte korunmuş olabileceği değerlendiriliyor. Bu nedenle yüksek helyum-3/helyum-4 oranı, derin kaynaklardan gelen maddeleri izlemeye yarayan bir gösterge olarak ele alınıyor.
Kayalarda belirlenen sıra dışı tungsten ve renyum-rutenyum kimyasal izleri de çekirdekten madde katkısı olabileceği görüşünü destekleyen bulgular arasında sıralanıyor.
Katmanlar arasındaki aktarımın mekanizması araştırılıyor
Sonuçlar, çekirdek ile mantonun milyarlarca yıl boyunca bütünüyle yalıtılmış kimyasal hazneler olarak kalmamış olabileceğini düşündürüyor. Dünya’nın ilk dönemlerinden kalan hidrojen ve helyum gibi uçucu maddeler çekirdekten mantoya geçmiş, manto hareketleri ve volkanik faaliyetler de bunların bir bölümünü yüzeye taşımış olabilir.
Ancak çalışma, çekirdek ile manto sınırında aktarımın hangi fiziksel ve kimyasal mekanizmalarla gerçekleştiğini henüz açıklığa kavuşturmuyor. Bu sürecin nasıl işlediğini belirlemek için yeni araştırmalara ihtiyaç var.
Baffin Adası ve İzlanda volkanik kayalarındaki bulgular, bugün yüzeyde gözlenen bazı kimyasal özelliklerin kökeninin Dünya’nın oluşum dönemine kadar uzanabileceğine işaret ediyor. Araştırmacıların sonraki hedefi, çekirdek ve manto arasında gerçekleşmiş olabilecek uzun süreli madde alışverişinin işleyişini ortaya koymak.
