Dünya’nın oluşumundan bu yana metalik çekirdek ile manto arasında madde alışverişi yaşanmış olabilir. Science Advances’ta yayımlanan araştırma, çekirdekteki hidrojenin zaman içinde mantoya geçerek volkanik kayaların kimyasal özelliklerini 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 ayrışmanın ardından çekirdek ve manto arasındaki kimyasal alışverişin sürüp sürmediği, araştırmacıların yanıt aradığı sorulardan biri oldu.
Volkanik kayalardaki izotop farkı
Araştırma ekibi, Kanada Arktik bölgesindeki Baffin Adası ile İzlanda’dan alınan volkanik kayaları inceledi. Kayalardaki hidrojenin izotop bileşiminde, özellikle de ağır hidrojen izotopu döteryumun beklenenden az olması dikkat çekti.
Sıradan hidrojenin atom çekirdeğinde bir proton bulunurken döteryumda bir protona ek olarak bir nötron yer alıyor. İki izotop da suya katılabiliyor; ancak kütle farkları, jeolojik süreçlerde farklı davranmalarına yol açabiliyor.
Bilim insanları, erken Dünya’daki magma okyanusunun soğuması sırasında izotopların nasıl dağıldığını incelemek için derin koşulları taklit eden bilgisayar simülasyonları yürüttü. Modeller, erimiş kayaların soğuyup minerallere dönüşürken hidrojen ve döteryumun davranışını ele aldı.
Simülasyonlarda iki izotopun da magma okyanusunun soğuması sırasında manto boyunca görece eşit dağıldığı görüldü. Derinliklere bağlı küçük farklılıklar, Baffin Adası ve İzlanda kayalarındaki çok düşük döteryum miktarını açıklamaya yetmedi. Bu nedenle araştırmacılar, hidrojenin olası kaynaklarından biri olarak metalik çekirdeği değerlendirdi.
Çekirdekten mantoya aktarım ihtimali
Öne sürülen açıklamaya göre, Dünya oluşurken merkeze çöken demir çevresindeki hidrojeni de bünyesine kattı. Böylece çekirdekte biriken hidrojenin döteryum bakımından fakir kalmış olabileceği düşünülüyor.
Araştırmacılara göre bu hidrojenin bir kısmı milyarlarca yıl içinde çekirdekten mantonun en alt bölümlerine geçmiş olabilir. Daha sonra manto içindeki jeolojik süreçlerle taşınan hidrojen, yüzeye çıkan volkanik kayaların bileşimini etkilemiş olabilir.
Volkanik kayalarda ölçülen helyum-3 ve helyum-4 oranı da bu yoruma ilişkin ipuçları arasında gösteriliyor. Helyum-3’ün Dünya’nın ilk dönemlerinden kalmış ve bir bölümünün çekirdekte korunmuş olabileceği belirtiliyor. Kayalardaki yüksek helyum-3/ helyum-4 oranı, derin kaynaklı maddelerin izini sürmek için önemli bir gösterge olarak değerlendiriliyor.
Kayalarda saptanan sıra dışı tungsten ile renyum-rutenyum kimyasal izleri de çekirdekten madde katkısı olabileceğini destekleyen bulgular arasında yer alıyor.
İç katmanlar tamamen yalıtılmış olmayabilir
Bulgular, çekirdek ve mantonun milyarlarca yıl boyunca birbirinden tümüyle bağımsız kimyasal hazneler gibi davranmamış olabileceğine işaret ediyor. Gezegenin 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 araştırma, çekirdek-manto sınırında bu aktarımın hangi fiziksel ve kimyasal mekanizmalarla gerçekleştiğini açıklığa kavuşturmuyor. Bu sürecin nasıl işlediğini anlamak için yeni çalışmalara ihtiyaç var.
Baffin Adası ve İzlanda kayalarındaki bulgular, bugün yüzeyde görülen bazı kimyasal özelliklerin kökeninin Dünya’nın oluşum dönemine uzanabileceğini gösteriyor. Araştırmacılar, çekirdek ile manto arasında gerçekleşmiş olabilecek uzun süreli madde alışverişinin mekanizmasını araştırmayı hedefliyor.
