Suyun Dünya dışından geldiği teorisi çökmek üzere
Bu bulgu, Dünya’nın iç yapısına dair anlayışımızı yeniden şekillendiriyor ve metalik derinliklerin gezegendeki en büyük hidrojen rezervini barındırdığını gösteriyor.
Yüzeyin yüzde 70’ini kaplayan okyanuslar bugüne kadar devasa bir su kütlesi olarak kabul ediliyordu. Ancak uzmanlara göre çekirdekteki hidrojen miktarı bunun yanında oldukça büyük bir ölçeğe işaret ediyor. Bu keşif yalnızca jeolojik anlayışı değiştirmekle kalmıyor, aynı zamanda Dünya’nın merkezini gezegenin başlıca hidrojen deposu konumuna yerleştiriyor.
Araştırmacılara göre “dokuz okyanus” hidrojen hesaplamanın alt sınırı olabilir; çekirdekte okyanusların içerdiğinin 45 katına kadar hidrojen bulunması ihtimali de var. Nature Communications dergisinde yayımlanan çalışmaya göre hidrojen, Dünya çekirdeğinin toplam kütlesinin yaklaşık yüzde 0,36 ile yüzde 0,7’sini oluşturabilir.
Çalışmanın baş yazarı ve Pekin Üniversitesi Yer ve Uzay Bilimleri Okulu öğretim üyesi Dongyang Huang’a göre bu sonuç, Dünya’nın suyunun büyük bölümünü gezegen oluşumu sırasında kazandığını gösteriyor. Yani suyun daha sonra kuyruklu yıldız çarpışmalarıyla gelmiş olabileceği yönündeki bazı görüşler zayıflıyor.
Huang, “Dünya’nın ilk bir milyon yılında suyun büyük kısmı çekirdekte depolanmış olabilir” dedi. Su bolluğu açısından ikinci sırada manto ve kabuk yer alıyor. “Yaşamın bulunduğu yüzey ise en az miktara sahip,” diye ekledi.
Gezegenin oluşumu ve çekirdeğin rolü
Yaklaşık 4,6 milyar yıl önce Güneş’in çevresindeki kaya, gaz ve toz parçacıkları çarpışarak genç Dünya’yı oluşturdu. Bu süreç zamanla çekirdek, manto ve kabuğun şekillenmesini sağladı. Aşırı basınç altında yoğun, sıcak ve sıvı metalik bir çekirdek oluştu. Başlıca demir ve nikelden oluşan bu çekirdek, gezegenin koruyucu manyetik alanını üretiyor.
Rice Üniversitesi’nden gezegen bilimci Rajdeep Dasgupta’ya göre hidrojen, ancak Dünya’nın büyüme sürecinin erken evrelerinde mevcutsa ve çekirdek oluşumuna katıldıysa metalik sıvıya girebilir.
Hidrojenin kökenini ve dağılımını anlamak, gezegen oluşumunu ve yaşamın evrimini kavramak açısından kritik önem taşıyor. Ancak çekirdek doğrudan gözlemlenemeyecek kadar derinde ve laboratuvar ortamında bu yüksek basınç koşullarını taklit etmek zor.
Huang, hidrojenin ölçülmesinin zor olduğunu belirtiyor: “En hafif ve en küçük element olduğu için rutin analiz yöntemlerinin sınırlarının dışında kalıyor.”
Atomik ölçekte gözlemler
Çekirdeğin düşük yoğunluğu hidrojen varlığına işaret ediyordu, ancak miktarını kesin belirlemek zordu. Önceki araştırmalar, demir kristallerindeki kafes yapısının hidrojen varlığında genişlemesini inceleyerek X-ışını kırınımı yöntemiyle tahminler yapmıştı. Bu tahminler 10 ppm’den 10.000 ppm’e kadar geniş bir aralıkta değişiyordu.
Yeni çalışmada araştırmacılar bir parçacık hızlandırıcı kullanarak nadir bir göktaşını analiz etti ve atomik ölçekte tomografi tekniğinden yararlandı.
Huang, “Teknik önceki yöntemlerden temelde farklı” dedi. Örnekler yaklaşık 20 nanometre çapında iğne benzeri şekillere inceltildi, ardından yüksek voltaj uygulanarak atomlar iyonize edildi ve tek tek sayıldı.
Bilim insanları çekirdekteki sıcaklık ve basınç koşullarını taklit etmek için demiri yüksek basınçlı elmas örs hücresinde lazerle eritti. Atomik prob tomografisiyle hidrojen ve diğer elementleri doğrudan gözlemlediler.
Deneyler, hidrojenin soğuyan metal içindeki nano yapılarında silikon ve oksijenle nasıl etkileştiğini gösterdi. Hidrojen-silikon oranı yaklaşık 1’e 1 bulundu. Bu oranlar ve çekirdekteki silikon miktarına ilişkin önceki tahminler birleştirilerek hidrojen miktarı hesaplandı.
Belirsizlikler ve gelecekteki çalışmalar
Araştırmacılar, silikon, oksijen ve hidrojen arasındaki etkileşimin çekirdekten mantoya ısı transferini başlatmış olabileceğini ve bunun Dünya’nın yaşanabilir hale gelmesinde kritik rol oynayan manyetik alanın oluşumuna katkı sağladığını belirtiyor.
Ancak uzmanlar, bu tahminin dolaylı yöntemlere dayandığını ve daha fazla çalışmaya ihtiyaç olduğunu vurguluyor. Tokyo Üniversitesi’nden Kei Hirose’ye göre çekirdekteki hidrojen miktarı tahmin edilenden daha fazla olabilir. Hirose’nin önceki çalışmaları hidrojen oranını yüzde 0,2 ile 0,6 arasında hesaplamıştı.
Belirsizliklerden biri de örneklerdeki hidrojenin basınç düşüşü sırasında ne kadarının kaçtığı. Bu durum önceki çalışmalarda belgelenmiş olsa da yeni hesaplamalara dahil edilmedi.
Eğer bu yeni ölçümler doğruysa, hidrojen Dünya’nın oluşum süreci boyunca gezegene dahil edilmiş olabilir. Hirose’ye göre gaz bulutları, kuyruklu yıldızlar ve asteroitler de hidrojen kaynağı olmuş olabilir.
Yaşam için kritik element
Hidrojen, karbon, azot, oksijen, kükürt ve fosfor ile birlikte Dünya’daki yaşam için temel elementlerden biri. Dasgupta, “Bu yeni çalışma, gelecekte bu konudaki tartışma ve sentezlerimizi kesinlikle şekillendirecek” dedi.