Dünya’nın Çekirdeğinde Akan Gizemli Bir Madde Hâli Keşfedildi
Bilim insanları, yüksek hızlı bir topun içinden demir-karbon alaşımından yapılmış minik mermiler fırlatarak, Dünya’nın iç çekirdeğinde var olduğu düşünülen tuhaf, kısmen katı, kısmen sıvı benzeri bir durumun gerçekten mümkün olduğunu nihayet gösterdiler.
Bu süperiyonik madde hali, çekirdekteki bazı alışılmadık davranışları, örneğin belirli dalgaları yavaşlatma şeklini ve soğuk çelik gibi sert değil, tereyağı gibi yumuşak olduğunu gösteren ölçümleri düzgün bir şekilde açıklayabilir.
Çin’deki Sichuan Üniversitesi’nden fizikçi Youjun Zhang, “İlk kez, iç çekirdek koşulları altında demir-karbon alaşımının oldukça düşük bir kayma hızına sahip olduğunu deneysel olarak gösterdik” diyor.
“Bu durumda, karbon atomları son derece hareketli hale gelir ve kristal demir iskeleti boyunca, tıpkı çocukların kare dansı yapması gibi yayılırken, demir kendisi katı ve düzenli kalır. Bu sözde ‘süperiyonik faz’, alaşımın sertliğini önemli ölçüde azaltır.”
1930’lardan beri, Dünya’nın iç yapısına ilişkin hakim görüş, sıvı, erimiş bir dış çekirdek ve yoğun ısıya rağmen katı halde kalan, basınçla ezilmiş bir iç çekirdek modelini takip ediyordu. Ancak, on yıllar boyunca elde edilen sismik verilerden bazı kanıtlar, resmin tamamını görmediğimizi ima etti.
Dünya’nın iç yapısı hakkındaki anlayışımız sismik gözlemlerden geliyor. Akustik dalgaların farklı özelliklere sahip malzemelerden geçme ve yansıma şekli, gezegenimizin iç mimarisi hakkında oldukça ayrıntılı bir anlayış sağladı. Ancak özellikle çekirdekten geçen kayma dalgalarının düşük hızı, eğer katıysa, alıştığımız şekilde olmadığını gösteriyor.
2022’de, Çin Bilimler Akademisi’nden jeofizikçi Yu He liderliğindeki bir ekip, süperiyonikliğin bu bilmeceyi çözebileceğini teorik olarak gösterdi. Dünya’nın tüm ağırlığının iç çekirdekte yarattığı muazzam basınç, demiri katı bir matris içinde tutarken, aşırı ısı daha hafif atomların akışkan gibi hareket etmesine ve dans etmesine olanak tanır; bu da hem katı hem de sıvı olan süperiyonik bir durumdur.
Deneysel kanıtlar bu olasılığı doğruladı. Zhang, He ve meslektaşları, dinamik şok sıkıştırma adı verilen bir teknik kullanarak küçük bir demir-karbon alaşım parçasını o kadar sert bir şekilde sıkıştırdılar ki, bu alaşım Dünya’nın iç çekirdeğinde olması gerektiği gibi davrandı.
Örneklerini hızlandırmak için, dumansız barut ve sıkıştırılmış gaz kullanarak minik parçacıkları aşırı hızlarda fırlatan yüksek hassasiyetli cihazlar olan iki aşamalı hafif gaz tabancaları kullandılar.
Bu deney için, demir-karbon mermisi, saniyede 7 kilometreden (4,3 mil) fazla bir hızla, yüksek oranda sıkıştırılabilir lityum florür hedefine ateşlendi. Çarpma, örneği 140 gigapaskala kadar basınca ve 2600 Kelvin’e (2327 °C veya 4220 °F) yakın sıcaklıklara sıkıştıran ters bir şok dalgası oluşturur.
Bu, 330 ila 360 gigapaskal arasında değişen basınca ve 5000 ila 6000 Kelvin’e ulaşan sıcaklıklara sahip iç çekirdek kadar aşırı olmasa da, çekirdek ortamının temel yönlerini taklit etmek için yeterince yüksektir.
Bu simüle edilmiş koşullar sadece nanosaniyeler ila mikrosaniyeler sürer; ancak bu süre, lazerler ve hızlı sensörler kullanarak sıcaklığı, yoğunluğu ve akustik dalga yayılımını incelemek için yeterlidir.
Ve gerçekten de, sonuçlar, Dünya’nın iç çekirdeğinin sismik okumalarında gözlemlenen düşük kayma dalgası hızı ve Poisson oranı olarak bilinen genleşme ve büzülme ölçümüyle eşleşti.
Araştırmacılar, bu koşullar altında demir matrisin Batman gibi sıkıca yerinde kilitli kaldığını, karbonun ise boşluklar arasında neşeli bir Robin gibi aktığını gösterdi.
Bu çok zarif bir durum. Sismik verilerin neden böyle göründüğünü açıklıyor ve – iç çekirdeğe en yakın elde edeceğimiz deneysel verilerle – hafif elementlerin aşırı basınç altında nasıl davrandığı hakkındaki uzun süredir devam eden tartışmaları çözüyor.
Bu, Dünya’nın manyetik alanı hakkında bile yeni bilgiler sağlayabilir; bu, gezegenin derinliklerindeki iletim ve konveksiyon dansından uzaya yayılan devasa bir yapıdır.
Zhang, “İç çekirdeğin statik, katı bir modelinden dinamik bir modele doğru ilerliyoruz,” diyor. “Maddenin bu gizli halini anlamak, Dünya benzeri gezegenlerin iç yapılarının sırlarını çözmeye bir adım daha yaklaştırıyor bizi.”
Kaynak: https://www.sciencealert.com
Gezegenimizin Kalbinde Gizemli Hareket: İç Çekirdekte Yeni Bir Keşif