Bilinmeyen bazı sebepler yüzünden, Dünya’nın katı haldeki demir iç çekirdeğinin bir tarafı daha hızlı büyüyor. Berkeley – California Üniversitesi’nde çalışan deprem bilimcilerin Nature Geoscience bülteninde yayımlanan yeni çalışmasına göre bu çekirdek, yarım milyar yıldan uzun zaman önce katılaşmaya başladığından beri böyle.
Endonezya’daki Banda Denizi’nin altında tespit edilen ve erimiş demirin soğumasıyla oluşan demir kristallerinin meydana getirdiği bu hızlı büyüme, çekirdeği orantısız bir hale sokmuş. Kütleçekimin bu yeni büyümeyi eşit şekilde dağıtması, çapı her yıl ortalama 1 milimetre artan küre biçimindeki iç çekirdeğin korunmasını sağlıyor.
Fakat bir tarafın daha fazla büyümesi, Dünya’nın (Endonezya’nın altındaki) dış çekirdeğinde veya manto tabakasında meydana gelen bir şeyin, iç çekirdekteki ısıyı (Brezilya’nın altındaki) diğer tarafa göre daha hızlı götürdüğünü düşündürüyor. Bir tarafın daha hızlı soğuması, bu taraftaki demirin daha hızlı kristalleşmesini ve iç çekirdeğin daha hızlı büyümesini sağlıyor.
Tüm bunlar, Dünya’nın manyetik alanı ve tarihine yönelik muhtemel sonuçlar barındırıyor çünkü iç çekirdekten yayılan ısının yön verdiği dış çekirdekteki konveksiyon, dinamoya yön veriyor. Bugün bizi Güneş’ten gelen tehlikeli parçacıklardan koruyan manyetik alanı da bu dinamo meydana getiriyor.
Berkeley – California Üniversitesi Dünya ve Gezegen Bilimleri Yüksek Lisans Fakültesi’nde profesör ve Berkeley Sismolojik Laboratuvarı’nda (BSL) müdür olan Barbara Romanowicz, “İç çekirdeğin yaşında, yarım milyar ila 1,5 milyar yıl arasında olmak üzere epey gevşek sınırlar sunuyoruz” diyor. “Bu sayede, katı iç çekirdek var olmadan önce manyetik alanın nasıl oluştuğuna yönelik tartışmalara yardımcı olmayı umuyoruz. Manyetik alanın halihazırda 3 milyar yıldır var olduğunu biliyoruz. Bu yüzden, o zamanlar dış çekirdekte meydana gelen konveksiyona başka süreçler yön vermiş olmalı.”
İç çekirdeğin nispeten daha genç olması, Dünya tarihinin ilk zamanlarında sıvı çekirdeği kaynatan ısının bugün gördüğümüz demir kristalleşmesinden değil; demirden ayrılan hafif elementlerden kaynaklandığı anlamına gelebilir.
İç çekirdeğin eşit olmayan şekilde büyümesi, otuz yıllık bir gizemi açıklıyor: Çekirdekteki kristalleşmiş demir, Dünya’nın dönüş ekseni boyunca ve batıda doğuya göre daha fazla hizalanmış gibi görünüyor.
BSL’de çalışan yardımcı bilim insanı Daniel Frost, “İç çekirdeğin yaşı uzun bir süredir tartışılıyordu” diyor. “Fakat iç çekirdek, ne kadar ısı kaybettiğine ve ne kadar sıcak olduğuna yönelik elimizdeki mevcut bilgilere göre sadece 1,5 milyar yıldır varsa; o halde daha eski olan bu manyetik alan nereden geldi? Daha sonra donan çözünmüş hafif element fikri de buradan geliyor.”
Donan demir
İç çekirdeğin asimetrik şekilde büyümesi, otuz yıllık bir gizemi açıklığa kavuşturuyor: Çekirdekteki kristalleşmiş demir, batıda doğuya göre daha fazla olmak üzere genelde Dünya’nın dönüş ekseni boyunca hizalanmış görünüyor. Oysa bu kristallerin rastgele yönlü olması beklenirdi.
Söz konusu hizalanmaya ilişkin kanıtlar, depremlerden çıkan sismik dalgaların iç çekirdekteki yolculuk süresinin ölçülmesinden elde edilmiş. Sismik dalgalar, kuzey-güney dönüş ekseni yönünde ekvatora göre daha hızlı gidiyor. Yerbilimciler bu asimetriyi, (kendileri de asimetrik olan) demir kristallerinin uzun eksenlerini genellikle Dünya’nın ekseni boyunca hizalamasına bağlıyor.
Eğer çekirdek kristalleşmiş haldeki katı bir demirse, bu demir kristaller genelde nasıl tek yöne doğru çevrildi?
Frost ve Fransa’daki Nantes Üniversitesi’nde çalışan meslektaşları Marine Lasbleis ile Berkeley – CÜ’de çalışan Brian Chandler ve Romanowiczs, yeni çalışmada iç çekirdekteki kristal büyümesinin bilgisayar modelini oluşturmuşlar. Geliştirilen model, jeodinamik büyüme modelleri ile yüksek basınç ve yüksek sıcaklık altındaki demirin mineral fiziğini birleştiriyor.
“En basit model, biraz olağandışı görünüyordu ve iç çekirdek asimetrikti” diyor Frost. “Batı tarafı, bazılarının ileri sürdüğü gibi sadece iç çekirdeğin üstünde değil; ta merkeze kadar doğu tarafından farklı görünüyordu. Bunu da sadece, bir tarafın diğer taraftan daha hızlı büyümesiyle açıklayabiliyoruz.”
Model (doğuda batıya göre %60 civarı daha fazla olan) bu asimetrik büyümenin, demir kristalleri genelde dönme ekseni boyunca nasıl hizalandırdığını tarif ediyor ve sismik dalga hızında iç çekirdek boyunca görülen farklılığı açıklıyor. Hizalanma, batıda daha çok görülüyor.
“Bizim bu makalede öne sürdüğümüz şey, iç çekirdekte görülen ve sismik gözlemler ile makul jeodinamik sınır koşullarını uzlaştıran katı, orantısız bir konveksiyon modeli” diyor Romanowiczs.
Frost, Romanowiczs ve meslektaşları, bulguları Nature Geoscience bülteninin bu haftaki sayısında sunuyor.
Dünya’nın sismik dalgalar ile incelenen iç kısmı
Dünya’nın iç kısmı, bir soğan gibi katmanlardan oluşuyor. Demir-nikelden oluşan katı iç çekirdek (bugünkü çapı 1.200 kilometre veya Ay’ın boyutunun dörtte üçü kadar), yaklaşık 2.400 kilometre kalınlığındaki erimiş demir ve nikelden oluşan sıvı bir dış çekirdek ile çevrili. Dış çekirdeğin etrafında; yüzeyde ince, soğuk, kayalık bir kabuğun yer aldığı 2.900 kilometre kalınlığında sıcak kayadan oluşan bir manto tabakası bulunuyor.
Konveksiyon hem dış çekirdekte, hem de manto tabakasında gerçekleşiyor. Dış çekirdek, iç çekirdekten çıkan kristalleşen demirin yaydığı ısıyla yavaşça kaynıyor. Daha sıcak olan kayalar, bu ısıyı gezegenin merkezinden yukarıya, yüzeye doğru taşıyor. Sıvı demirden oluşan dış çekirdekteki bu kuvvetli kaynama hareketiyle de Dünya’nın manyetik alanı oluşuyor.
Frost’un Lasbleis’in yardımıyla oluşturduğu bilgisayar modeline göre demir kristaller büyüdükçe, kütleçekim, iç çekirdeğin doğusunda meydana gelen bu fazladan büyümeyi batıya doğru dağıtıyor. İç çekirdeğin oldukça yumuşak olan (bu basınçlarda, demirin erime noktasına yakın) bu katı bölümündeki kristal hareketi, kristal örgüyü Dünya’nın dönme yörüngesi boyunca hizalıyor. Bu hizalama, batı tarafta çok daha yüksek görülüyor.
Model, araştırmacıların iç çekirdekteki sismik dalgaların yolculuk sürelerine ilişkin yaptığı yeni gözlemleri doğru şekilde tahmin ediyor: Eşyönsüzlük ya da yolculuk sürelerinde görülen dönme eksenine paralel veya dik farklılıklar, derinlik ile beraber artıyor. En güçlü eşyönsüzlük ise, Dünya’nın dönüş açısından batıya doğru 400 kilometre kadar dengeleniyor.
Frost’un söylediğine göre iç çekirdek büyüme modeli, Dünya’nın merkezindeki nikelin demire olan oranını da sınırlandırıyor. Model, iç çekirdeğin %4 ila %8’i nikelden oluşmadığı müddetçe, sismik gözlemleri isabetli olarak tekrarlamıyor; bu oranlar, bir zamanlar büyük ihtimalle güneş sistemimizdeki cüce gezegenlerin çekirdekleri olan metalik gök taşlarındaki orana yakın. Model ayrıca, yerbilimcilere iç çekirdeğin ne kadar akışkan veya sıvı olduğunu da söylüyor.
“İç çekirdeğin akışkanlığının nispeten büyük olduğunu ileri sürüyoruz” diyor Romanowiczs. “Bu değer, dış çekirdekteki dinamo süreçleri üzerinde çalışma yapan jeodinamikçiler için önemli bir girdi parametresi.”
Frost ve Romanowiczs, ABD Ulusal Bilim Vakfı’nın hibeleriyle desteklenmiş.
Yazar: Robert Sanders/Berkeley – California Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
