Evrenin En Sık Rastlanan Elementleri Dünya’da Neden Az Bulunuyor?
Evrenin bileşimine dair en iyi tahminlerimiz, evrenin çoğunlukla karanlık madde ve karanlık enerjiden oluştuğunu göstermektedir ki bunların hiçbiri Dünya’da tespit edilememiştir. Bazen “gözlemlenebilir evren” olarak adlandırdığımız baryonik madde bile kütle olarak dörtte üç hidrojen ve yüzde 23 helyumdan oluşuyor ve atomları sayarsanız daha da az. Helyumun en nadir elementler arasında yer aldığı ve hidrojenin yerkabuğunun yüzde birinin bir kısmı olduğu ve Dünya’nın tamamında çok daha az olduğu Dünya’da durum çok farklıdır.
Başladığımız yer
Evren ölçeğinde hidrojenin bol miktarda bulunmasının başlıca nedeni Büyük Patlama sırasında çok fazla miktarda oluşmuş olmasıdır. Doğumundan sonraki ilk anlarda evren kuarklar ve gluonlardan oluşan bir karmaşaydı. İşler yoluna girdiğinde, gözlemlenebilir maddenin çoğu elektronlar, protonlar ve nötronların yanı sıra bazı daha egzotik atom altı parçacıklardan oluşuyordu. Elektronlar ve protonlar genellikle hidrojeni oluşturmak için birbirlerini buldular. Az miktarda helyum ve hatta daha az miktarda lityum da üretildi.
Bu ilkel lityumun büyük bir kısmı yıldızlarda yok olmuştur, ancak aynı yıldızlar hidrojeni eriterek helyuma ve daha sonra da periyodik tablonun geri kalanına dönüştürmüşlerdir. Yine de, evrene hidrojeni diğer elementlere dönüştüren bir makine olarak bakarsanız, hala genç olduğunu ve yolculuğunun büyük bir kısmının önünde olduğunu görürsünüz.
Sadece Dünya’ya baktığımızda ise bu iş neredeyse tamamlanmış görünüyor. Okyanuslarımız iki kısım hidrojene karşılık bir kısım oksijenden oluşur (sodyum, klor ve diğer tuz yapıcı elementlerin de eklenmesiyle). Bir kısmı da kayalara bağlanmış ya da atmosferde metan olarak karbon moleküllerine bağlanmıştır. Yine de, bir bütün olarak gezegendeki atomların bir oranı olarak, çok fazla hidrojen yoktur.
Ancak çok daha az helyum vardır; o kadar azdır ki bir tutulma sırasında spektral çizgileri görülene kadar kimse fark etmemiştir.
Tüm gezegenler gibi Dünya da bir protoplanetary diskten oluşmuştur. Bu da Büyük Patlama’dan gelen hidrojen ve helyum ile birlikte daha önceki yıldız nesillerinde kaynaşmış ve süpernova ve kilonova patlamalarıyla galaksiye yayılmış bir miktar ağır elementten oluşmuştur.
Güneş ve dış Güneş Sistemi’nin gaz devi gezegenleri yaklaşık olarak bunu yansıtan bileşimlere sahiptir, ancak elbette Güneş’in orijinal hidrojeninin büyük bir kısmı artık helyumdur. Dünya ve diğer iç gezegenler ise tamamen farklıdır.
Peki bu elementler nereye gitti?
Evrendeki bolluklarının yanı sıra, hidrojen ve helyumun ortak özelliği her ikisinin de çok hafif gazlar olmasıdır. Bu da Dünya’nın yerçekiminden kolayca kaçabilecekleri anlamına gelir. Jüpiter gibi daha büyük bir gezegen, çok daha fazla yerçekimine sahip olduğu için her ikisinden de çok daha fazlasını tutmuştur; Dünya yeterince büyük değildi.
Buna ek olarak, Dünya Güneş’e gaz devlerinden çok daha yakındır. Gazlar daha fazla ısınır, bu da onlara enerji vererek kaçma şansını arttırır.
Helyum özellikle nadirdir çünkü asal bir gaz olduğundan, kaçmasını önleyecek kadar kendisini bağlayabilecek başka atomlarla neredeyse hiçbir zaman birleşmez. Gezegen bilimcilerin çoğu, gezegen diskinden gelen orijinal helyumun Dünya’da kaldığından şüphe duymaktadır, ancak az bir kısmını açıklayabilecek bir mekanizma önerilmiştir. Sahip olduğumuz helyum büyük ölçüde daha ağır elementlerin radyoaktif bozunmasının bir sonucudur. Yaygın bir bozunma biçimi, iki protonu ve iki nötronu bir helyum-4 atomunun çekirdeği ile aynı olan alfa parçacıklarının üretimini içerir. Alfa parçacıkları salındıktan sonra çevreden elektron yakalayarak helyuma dönüşebilir.
Eğer yüzeye yakın bir yerde salınırsa, helyum atomunun atmosfere ve oradan da uzaya gitmesi muhtemeldir. Ancak, yeraltının derinliklerindeki radyoaktiviteden üretilen helyum, Dünya’nın içindeki boşluklarda sıkışıp kalabilir.
Her ne kadar yaygın olarak parti balonlarıyla ilişkilendirilse de helyum, bilimsel ekipmanların ve MRI makinelerinin sıvı nitrojen gibi alternatifler için çok soğuk sıcaklıklarda soğutulması gibi daha önemli uygulamalara sahiptir. Stoklarımız, helyumun milyonlarca yıl boyunca biriktiği eski boşluklara sondaj yapmaya bağlıdır. Aynı alanlarda genellikle çok daha fazla miktarda başka gazlar da bulunur ve helyum stoklarının çoğu metan için yapılan sondajlar sırasında bir yan ürün olarak toplanmıştır. Ancak dünya fosil yakıtlardan uzaklaştıkça, daha yüksek konsantrasyonlu helyum kaynakları öncelikli hale gelebilir.
Hidrojen Dünya’da helyumdan daha bol bulunur çünkü oksijen gibi elementlerle kolayca bağ kurar. Bir su buharı molekülü, bir H2 molekülünden dokuz kat daha ağırdır, bu da kaçma olasılığını çok daha düşük hale getirir. Bununla birlikte, Dünya’yı oluşturmak üzere bir araya gelen gezegenimsi elementlerdeki hidrojenin çoğunun uzun zaman önce, özellikle de çarpışmalar gezegenin yüzeyini bir magma denizine dönüştürdüğünde kaçtığı düşünülmektedir.
Dünya’nın suyunun, gezegenin oluşumundan mantonun derinliklerinde hayatta kalan hidrojeni içerip içermediği ya da Dünya’nın kuyruklu yıldızlar ve asteroitlerdeki hidrojenle yenilenmeden önce bir noktada kuruyup kurumadığı konusunda uzun süredir devam eden bir tartışma var. Ancak hangi tarafın haklı olduğuna bakılmaksızın, Dünya sahip olduğu kadar hidrojene sahip olduğu için şanslı. Ay ve diğer iç gezegenler çok daha azına sahiptir, çoğunu Dünya’dakine benzer süreçlerle kaybetmiştir, ancak kaçışı önlemek için daha az yerçekimi vardır.
Tüm “açıklayıcı” makaleler, yayınlandıkları tarihte doğruluk kontrolörleri tarafından onaylanmıştır. Metin, resim ve bağlantılar, bilgileri güncel tutmak için daha sonraki bir tarihte düzenlenebilir, kaldırılabilir veya eklenebilir.
Kaynak: https://www.iflscience.com
Tycho Brahe’nin Laboratuvarında Bulunan Beklenmedik Elementler: Tungsten ve Daha Fazlası