Dünyanın Kayalık Mantosu Okyanus Dolusu Suyu Depoluyordu
Yeni deneyler, Dünya’nın çok altındaki sıcak kayalık katman olan derin manto tabakasının bir zamanlar bir okyanusa eşdeğer miktarda suyu kayalarda depoladığını gösteriyor.
Çin’in Guangzhou kentindeki bilim insanları, örnekleri sıkıştırıp derin manto koşullarına kadar ısıtarak, Dünya’nın erimiş haldeki başlangıcında suyun minerallere nasıl girdiğini izlediler.
Dünya’nın ilk dönemlerinde su kayboldu.
Dünyanın varoluşunun ilk milyonlarca yılında, devasa çarpışmalar muhtemelen erimiş kayadan oluşan derin bir katman olan küresel bir magma okyanusu yarattı.
Yüzeyde, ilk dönemde var olan suyun tamamı buharlaşarak uzaya uçmuş olmalıydı; bu nedenle bilim insanları uzun zamandır bu kadar çok suyun daha sonra nasıl geri döndüğünü merak ediyorlardı.
Daha önceki çalışmalar, Dünya’nın alt mantosunun, üst ve alt manto arasındaki geçiş bölgesine kıyasla çok az su içerdiğini öne sürmüştü.
Dünya’nın manto tabakası eski su kaynaklarını saklıyor.
Jeokimyacılar, Baffin Adası ve İzlanda’dan püsküren bazı lav örneklerinin hidrojen izotoplarında eski derin sulara dair ipuçları buldular .
Bu lavlar, milyarlarca yıldır izole kalmış derin bir su rezervuarına ulaşıyor gibi görünüyor; bu da erken dönemdeki suyun hiçbir zaman tamamen dışarı çıkmadığını düşündürüyor.
Yer kabuğundaki minerallerin içindeki çok az miktardaki su bile onları yumuşatabilir, erime noktalarını düşürebilir ve ısı ile madde dolaşımını değiştirebilir.
Tahminlerin ötesine geçmek için Du’nun grubu, suyun derin manto kristalleri ile çevredeki erimiş kaya arasında nasıl bölündüğünü doğrudan ölçmeyi hedefledi.
Su depolayan kayalar
Alt mantoda, kayaçların büyük bir bölümünü , Dünya’nın iç kısmının çoğunu dolduran yüksek basınçlı bir magnezyum silikat formu olan bridgmanit oluşturur
Birçok deneyci, bridgmanitin yalnızca çok az miktarda suyu çözebildiğini savunmuş ve bu nedenle alt mantonun derinliklerini neredeyse kuru olarak kabul etmiştir.
Bu fikri doğrulamak için yeni çalışma, suyun erimiş kaya yerine kristalleri ne kadar tercih ettiğini açıklayan bir sayı olan bölüşüm katsayısına odaklandı.
Jeokimyacı Wenhua Lu, “Sonuçlarımız, suyun bridgmanite içine ayrışmasının sıcaklığın artmasıyla önemli ölçüde arttığını göstermektedir” dedi.
Dünya mantosu koşulları yeniden oluşturuldu.
Derin manto tabakasının basınçlarına ulaşmak için ekip, numuneleri karşılıklı elmaslar arasında sıkıştıran bir cihaz olan elmas örs hücresi kullandı.
Yeni çalışmada araştırmacılar, lazerler kullanarak örnekleri 4.100 derece Celsius’a yakın sıcaklıklara kadar ısıttılar; bu da alt manto koşullarına yaklaşık bir değer veriyor.
Her bir parlayan sıcak noktadaki sıcaklığı izlemek, kristallerin ve eriyiğin dengeye ulaştığı zamanı belirlemelerini sağladı; bu da güvenilir bölme ölçümleri için çok önemlidir.
Ekip, basıncı ve süreyi değiştirerek, alt mantonun üst kısmından çekirdek-manto sınırına yakın derinliklere kadar olan koşulları örnekledi.
Sıkışan suyun ölçülmesi
Numuneler soğuduktan sonra, ekip her bir minik kristalin ne kadar su emdiğini tam olarak görmek için gelişmiş mikroanaliz araçlarına başvurdu.
Araştırmacılar , mikron ölçeklerinde elementleri haritalamak için kullanılan bir kütle spektrometresi olan NanoSIMS’i kullanarak bridgmanit ve onunla birlikte bulunan eriyikteki suyu nicel olarak belirlediler.
Bu verileri kriyojenik üç boyutlu elektron kırınımı ve atom prob tomografisi ile birleştirerek hidrojenin her bir kristal kafes içindeki konumunu görselleştirdiler.
Bu yöntemler, suyun ayrı kabarcıklarda veya belirgin kusurlarda gizlenmek yerine, bridgmanit içinde yapısal olarak çözündüğünü gösterdi.
Derin mantodaki su
Deneylerde sıcaklıklar yükseldikçe, daha fazla su bridgmanit kristallerine girdi, bu nedenle dağılım katsayısı küçük kalmak yerine arttı.
Bu değerleri bir magma okyanusu modelinde kullanarak, alt mantonun yaklaşık 0,08 ila 1 okyanus suyuna denk gelen miktarda suyu tutabileceğini buldular.
Bu modelde, derin alt manto, geçiş bölgesinden ve üst mantodan daha büyük, Dünya’nın en büyük su rezervuarı haline gelir.
Yaptıkları simülasyonlar, su içeriğine bağlı olarak bu derin rezervuarın eski modellerin öngördüğünden beş ila 100 kat daha fazla su tutabileceğini gösteriyor.
Okyanus büyüklüğünde su deposu
Bir inceleme, Dünya’nın mantosunun okyanuslardaki su kütlelerini depolayabileceğini ve dolaşımın okyanusların milyarlarca yıl boyunca istikrarlı kalmasına yardımcı olduğunu savunuyor.
Yeni hesaplamalar, bu kapasitenin büyük bir kısmının, magma okyanusunun kristalleşmesi ve suyun birikim katmanlarında hapsolmasıyla erken dönemde dolduğunu göstermektedir.
Zamanla, levha tektoniği muhtemelen aşağıya doğru daha fazla su taşıyarak magma okyanus rezervuarını manto ve okyanus arasındaki devam eden değişime dahil etti.
Petrolog Michael Walter bir yorumunda , suyun minerallere nasıl girdiğini izlemenin, Dünya’nın su döngüsünün neden yaşanabilir bir yüzeyi desteklediğini açıklığa kavuşturduğunu belirtti.
Su, levha hareketini sağlar.
Manto kayalarındaki su, erime sıcaklıklarını ve viskozitelerini düşürerek kayaların akmasını ve kısmi erimelerin oluşmasını kolaylaştırır.
Daha nemli bir derin manto , aralarındaki sınırı zayıflatarak, sert yüzey levhalarının yavaş hareketi olan levha tektoniğini teşvik ederdi .
Derinliklerde depolanan fazladan su ile manto dolaşımının şekli muhtemelen değişti ve bu da sıcak malzemenin yükseldiği ve soğuk malzemenin battığı yerleri etkiledi.
Milyonlarca yıl boyunca, yükselen sıcak ve batan soğuk kayaların dolaşımı olan manto konveksiyonu, muhtemelen suyu tekrar yüzeye taşıdı.
Yaşanabilirliğin uzun öyküsü
Bazı volkanik kayaçların izotop çalışmaları, Dünya’nın derin mantosunun bir kısmının hala ilkel, güneş benzeri bir imzaya sahip su içerdiğini göstermektedir.
Yeni modellenen rezervuar, magma okyanusu soğurken oluşmuşsa, bu durum erken dönemde bulutsudan gelen su için doğal bir saklanma yeri sunar.
Derin suları da içeren modeller, soğuma, volkanik gaz salınımı ve okyanus hacminin ayrı ayrı yollar izlemek yerine birlikte evrimleştiğini göstermektedir.
Şaşırtıcı bir şekilde, modellenen manto rezervuarı, günümüz mantosu için yapılan tahminlerle aynı miktarda su içeriyor; bu da Dünya’nın su bütçesinin çok uzun zaman önce sabitlendiğini gösteriyor.
Dünya’nın manto tabakası her zaman kuru değildi.
Yıllarca, mineral fiziği deneyleri ve dolaylı jeofiziksel ipuçları, bridgmanitin hakim olduğu alt mantonun neredeyse kuru olduğuna dair kanıt olarak yorumlandı.
Yeni ölçümler, bir magma okyanusuna özgü sıcaklıklarda bridgmanitin kristal yapısına suyun girmesine izin verdiğini göstererek bu varsayımı sorguluyor.
Bu, günümüzdeki alt mantonun suyla dolu olduğu anlamına gelmez, ancak tarihinin sanıldığından daha ıslak olabileceği anlamına gelir.
Gelecekteki çalışmalarda, bu rezervuarın ne kadarının manto soğumasından sağ kurtulduğunu görmek için daha soğuk, daha gerçekçi sıcaklıklarda su dağılımının ölçülmesi gerekecektir.
Kayalık gezegenlerin içindeki su
Derin minerallerin yüksek sıcaklıklarda daha fazla su tutabileceği fikri, Dünya’nın ötesinde oluşmakta olan gezegenler, örneğin kayalık süper Dünya’lar için de geçerli olabilir.
Bu tür gezegenlerde, suyun büyük bir kısmı manto içinde depolanmış olabilir ve bu da, büyük bir su stoğu olsa bile yüzeyde çok az su kalmasına neden olabilir.
Bridgmanit gibi minerallerin nasıl davrandığını bilmek, gökbilimcilerin yüzeyinde az miktarda su bulunan kayalık bir gezegenin içinde büyük su rezervleri olup olmadığını değerlendirmelerine yardımcı olur.
Şimdilik, Dünya’nın iç kısmından elde edilen kanıtlar, gömülü derin manto suyunun okyanusların ve istikrarlı bir yüzeyin korunması için hayati öneme sahip olabileceğini göstermektedir.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Dünyanın Kayalık Mantosu Okyanus Dolusu Suyu Depoluyordu
/Dünyanın Kayalık Mantosu Okyanus Dolusu Suyu Depoluyordu/