Dünya’nın 4.5 milyar yıllık geçmişindeki bir noktada, tamamen sıvı olan demir çekirdeği soğumuş ve merkezde katı bir küre oluşturmuştu. Günümüzde ise gezegenimizin çekirdeği, etrafında erimiş demirden oluşan bir dış çekirdeğin bulunduğu katı ve demir bir iç çekirdekten oluşuyor. Fakat bu değişimin tam olarak ne zaman meydana geldiğini belirlemek epey zor.
Yapılan tahminler, 4.5 milyar yıl öncesinden (Dünya’nın kendisinin yaşı) 565 milyon yıl öncesine kadar uzanıyor. Şimdiyse yapılan yeni bir çalışmayla birlikte, bu aralık nihayet daraltılmış. Gezegenin çekirdeğindeki koşullara yakın koşulların oluşturulduğu laboratuvar deneylerinden elde edilen verilere göre, iç çekirdeğin yaşı; 1 milyar ile 1.3 milyar arasındaki bir noktada olabilir.
Bu gelişme, Dünya’nın etrafındaki manyetik alana güç sağlayan jeodinamonun yaşına da yaklaşmamızı sağlıyor. Bu manyetik alan, atmosferin güneş rüzgarlarıyla uçup gitmesini önlüyor ve bildiğimiz şekliyle yaşam için konuksever koşulların oluşmasına katkıda bulunuyor.
Bu sebeple bilim insanlarının, çekirdeğin nasıl var olageldiğini ve nasıl devam ettiğini anlamaya derin bir ilgi duyması şaşırtıcı değil.
ABD’nin Austin şehrinde yer alan Teksas Üniversitesi’nde yerbilimci olan Jung-Fu şöyle söylüyor: “İnsanlar jeodinamonun, bu manyetik alanın gücünün kökenini çok merak ediyorlar ve bunu öğrenmek onları heyecanlandırıyor. Çünkü tüm bunlar, bir gezegenin yaşanabilir olmasına katkıda bulunuyor.”
Bu jeodinamo, dış çekirdekteki iletken demirin hareketiyle oluşmuş. Bu hareket ise iki mekanizmayla güç kazanan konveksiyon (ısıyayma) yardımıyla gerçekleşiyor.
İlk olarak, sıcaklık dalgalanmalarının meydana getirdiği ısıl konveksiyon bulunuyor; bu faaliyet, tamamen sıvı bir çekirdekte oluşabiliyor. İkinci olaraksa bileşimsel konveksiyon bulunuyor. Bu faaliyette ise iç çekirdeğin sınırından yayılan ve ağırlığı düşük olan elementler, dıştaki sıvı katman boyunca yükseliyor ve hareket meydana getiriyor.
Her iki durumda da bu iletken sıvı, çekirdeğe yük sağlayan elektrik akımları oluşturuyor ve nihayetinde onu dev bir elektro mıknatısa dönüştürüyor. Bunun sonucunda da bir manyetik alan oluşuyor. Şu an Dünya’nın çekirdeğin her iki konveksiyon tipi de mevcut ve bunlar, jeodinamoya eşit derecede katkıda bulunuyor.
Fakat bu katı çekirdek kristalleşmeden önce, Dünya’nın çekirdeğinde sadece ısıl konveksiyon faaliyeti mümkün olmuş. Bu faaliyetin jeodinamo oluşturma kapasitesi bulunsa da; milyarlarca yıl boyunca devam etmesi için demirin son derece sıcak olması gerekirdi.
Böylesi sıcaklıkları iletip sürdürmek için, demirin ısıl iletkenliğinin (ısıyı verimli şekilde iletme kabiliyetinin) yüksek olması gerekir. Bu yüzden araştırma takımı; demirin, çekirdekteki basınç ve sıcaklıklara yakın değerler altındaki ısıl iletkenliğine bakmaya karar vermiş.
Bunu yapmak için bir demir örneği almışlar ve bu örneği lazer ile ısıtıp, elmas bir örste ezmişler. Yapması, tarif etmesinden çok daha uzun sürmüş: İki yıl boyunca pek çok deneme gerçekleştirmişler. Fakat sonunda takım, örneğin elektriksel ve ısıl iletkenliğini 170 cigapascal basınç (deniz seviyesindeki atmosfer basıncının 1.7 milyon katı) ve 3.000 Kelvin (4.940 Celsius) sıcaklık altında ölçmeyi başarmış.
Dış çekirdekteki basınçlar, dış sınırdan iç çekirdeğin sınırına kadar 135 ile 330 cigapascal arasında değişmiş. Sıcaklıklar ise 4.000’den (6.740 Celsius) 5.000 Kelvin’e (8.540 Celsius) kadar değişiklik göstermiş. İç çekirdeğin, 6.000 Kelvin’in (10.340 Celsius) üzerine ulaştığı düşünülüyor (fakat demir, bu yoğun basınç altında katılaşıyor).
Araştırma takımı örneğin iletkenliğini ölçtüğünde; bunun, iç çekirdek için yapılan 565 milyon yıllık yaş tahmini için gerekenden yüzde 30 ila 50 daha düşük olduğunu bulmuş. Bu yüzden araştırmacılar, çekirdek şartları altındaki sıvı demirin ısıl iletkenliğine bir üst sınır koymuşlar; bu durum ise, iletilip tutulabilen ısı miktarına bir üst sınır koyuyor.
Tüm bunlar ışığında araştırmacılar, nihayet Dünya’nın iç çekirdeğinin yaşını tahmin edebilmişler.
“Bu ısı akışının ne kadarının dış çekirdekten alt mantoya doğru gerçekleştiğini bildiğinizde, Dünya’nın aslında ne zaman iç çekirdeğin kristalleşmeye başladığı noktaya kadar soğuduğunu düşünebilirsiniz” diyor Lin.
Takımın oluşturduğu zaman çizelgesi, ilginç bir şekilde; Dünya’nın manyetik alanında meydana gelen bir değişimle güzel uyum sağlıyor. Geçmişi 1 ila 1.5 milyar yıl öncesine uzanan kayalardaki manyetik maddelerin dizilimi, bu zamanlarda manyetik alanda bir artış yaşandığını gösteriyor; tıpkı iç çekirdeğin kristalleştiği zaman beklenebileceği gibi…
Fakat benzer bir artış, 565 milyon yıl önce de görülmüş. Eğer iç çekirdek daha önce kristalleştiyse; bu durum, Dünya’da 565 milyon yıl önce gerçekleşen şeyin hâlâ gizemini koruduğu anlamına geliyor.
“Bu tereddütün giderilmesi için mineral fiziği, yer dinamikleri ve paleomanyetizma alanlarında daha fazla sorgu yapılması gerekiyor” diye yazıyor araştırmacılar.
Araştırma Physical Review Letters bülteninde yayımlandı.
Yazar: Michelle Starr/ScienceAlert. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
