Dünya’mızın evrimi, bir soğuma hikayesine benziyor: 4,5 milyar yıl önce yüzeyinde son derece yüksek sıcaklıkların hakim olduğu genç gezegenimiz, o zamanlar derin bir magma okyanusuyla kaplıymış. Bu yüzeyin milyonlarca yılda soğumasıyla, üzerinde durduğumuz kırılgan kabuk oluşmuş. Dünya’nın iç kısmından çıkan dev boyuttaki ısı enerjisi, günümüzde manto konveksiyonu, levha tektonikleri ve yanardağ faaliyetleri gibi dinamik süreçleri harekete geçiriyor.
Fakat cevabını henüz bulmamış bazı sorular var. Dünya’nın ne kadar hızlı soğuduğu ve devam eden bu soğumanın, bahsedilen ısı kaynaklı süreçleri ne kadar zamanda sona erdireceği de bu sorular arasında.
Olası cevaplardan biri, Dünya’nın çekirdeği ile manto tabakası arasındaki sınırı oluşturan minerallerin ısıl iletkenliğinde yatıyor olabilir.
Bu sınır katmanı önemli çünkü Dünya’nın manto tabakasındaki akışkan kaya, gezegenin dış çekirdeğinde yer alan sıcak demir-nikel eriyiği ile söz konusu bölgede doğrudan temas ediyor. Bu iki katman arasındaki sıcaklık değişimi çok yüksek olduğundan, fazla miktarda ısı akışı gerçekleşmesi muhtemel. Sınır katmanı, çoğunlukla Bridgmanit adı verilen bir mineralden oluşuyor. Fakat deneyle doğrulama yapmak çok zor olduğundan, mineralin Dünya’nın çekirdeğinden manto tabakasına ne kadar ısı ilettiği pek tahmin edilememiş.
Şimdiyse İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsünde çalışan Motohiko Murakami ve Carnegie Bilim Enstitüsünde çalışan meslektaşları, Bridgmanit’in ısıl iletkenliğini Dünya’nın iç kısmında hüküm süren basınç ve sıcaklık koşullarıyla laboratuvarda ölçmeyi sağlayan karmaşık bir yöntem geliştirmişler. Yapılan ölçümlerde, kısa süre önce geliştirilen optik bir emilim ölçüm sistemini kullanmışlar. Söz konusu ölçüm sisteminde bir elmas, lazer darbeleriyle ısıtılıyor.
“Ölçüm sistemi, Bridgmanit’in ısıl iletkenliğinin varsayılandan 1,5 kat kadar yüksek olduğunu gösterdi” diyor Murakami. Dolayısıyla çekirdekten mantoya giden ısı akışı, zannedilenden daha yüksek olabilir. Isı akışı daha yüksek olduğundan, mantodaki konveksiyon da artıyor ve Dünya daha hızlı soğuyor. Bu durum, mantonun konvektif hareketleriyle devam eden levha tektoniklerinin (önceki ısı iletim değerlerine göre) düşünülenden daha hızlı yavaşlamasına sebep olabilir.
Murakami ve meslektaşları, manto tabakasındaki hızlı soğumanın çekirdek-manto sınırında yer alan kararlı mineral fazlarını da değiştireceğini göstermiş. Bridgmanit soğuduğunda, perovskit ötesi mirenaline dönüşüyor. Fakat araştırmacıların tahminlerine göre perovskit ötesi minerali çekirdek-manto tabakasında ortaya çıkıp egemen olmaya başladığında, manto tabakasının soğuması daha da hızlanabilir çünkü bu mineral, sıcaklığı Bridgmanit’ten daha verimli iletiyor.
“Elde ettiğimiz sonuçlar, Dünya dinamiklerinin evrimine yönelik yeni bir bakış açısı sunuyor. Dünya’nın, diğer kayalık gezegenler olan Merkür ve Mars gibi soğuduğunu ve beklediğimizden çok daha hızlı şekilde pasif duruma geçtiğini akla getiriyor” diye açıklıyor Murakami.
Fakat örneğin, manto tabakasındaki konveksiyon akımlarının ne kadar sürede duracağı bilinmiyor. “Bu tür olayları henüz yeterince bilmediğimizden, zamanlarını belirleyemiyoruz.” Bunun için ilk önce, manto konveksiyonunun mekan ve zaman bağlamında nasıl çalıştığını daha iyi anlamak gerekiyor. Dahası da bilim insanlarının, Dünya’nın iç kısmında bozunan radyoaktif elementlerin (ısının temel kaynaklarından biri) manto dinamiklerini nasıl etkilediğini açıklığa kavuşturması gerekiyor.
Bulgular 15 Ocak’ta Earth and Planetary Science Letters bülteninde sunuldu.
Yazar: Peter Rueegg/Zürih – İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
