Dünya'nın çekirdeğinde neler var?

(Dan Tri) - Dünya'nın katı çekirdeği yalnızca demirden oluşmakla kalmıyor, aynı zamanda karbon, oksijen ve silisyum da içeriyor. Bu keşif, çekirdeğin nasıl oluştuğu ve yaşamı koruyan manyetik alanı nasıl koruduğu konusundaki asırlardır süregelen gizemin çözümünü açıyor.

Dünya'nın çekirdeği sadece demirden oluşmayabilir, ancak karbon da içeriyor gibi görünüyor. Yeni bir araştırma, çekirdeğin oksijen ve silikon da içerdiğini ortaya koydu (fotoğraf: Getty Images).

Dünya'nın merkezindeki demir açısından zengin çekirdek, gezegenin evriminde kilit bir rol oynar. Sadece atmosferi ve okyanusları güneş radyasyonundan koruyan manyetik alanı güçlendirmekle kalmaz, aynı zamanda levha tektoniğini de yönlendirerek kıtaları sürekli olarak yeniden şekillendirir.

Önemine rağmen, çekirdeğin birçok temel özelliği hâlâ bir sır olarak kalmaya devam ediyor: Ne kadar sıcak, neyden oluşuyor ve ne zaman donmaya başladı? Son zamanlarda yapılan bir keşif, bilim insanlarını bu üç sorunun cevabını bulmaya bir adım daha yaklaştırıyor.

İç çekirdeğin sıcaklığının yaklaşık 5.000 Kelvin (4.727°C) olduğu tahmin edilmektedir. Başlangıçta sıvı olan çekirdek, zamanla soğuyarak katı iç kısmını kristalleştirir ve dışa doğru genişler. Bu ısı salınımı, levha tektoniği akımları oluşturur.

Soğuma aynı zamanda Dünya'nın manyetik alanının da kaynağıdır. Günümüzdeki manyetik enerjinin büyük bir kısmı, katı merkez çekirdeği besleyen sıvı dış çekirdeğin donmasıyla sağlanır.

Ancak doğrudan erişim olmadan, bilim insanları çekirdeğin soğuma mekanizmasını ve özelliklerini anlamak için tahminlere güvenmek zorunda kalıyor. Bunu açıklığa kavuşturmak için en önemli faktör, çekirdeğin erime sıcaklığını belirlemektir.

Deprem dalgalarını inceleyen sismoloji sayesinde, katı ve sıvı çekirdekler arasındaki sınırın tam olarak nerede olduğunu biliyoruz. Bu sınırdaki sıcaklık aynı zamanda erime noktasıdır, yani donmanın başladığı noktadır.

Dolayısıyla erime sıcaklığı doğru bir şekilde belirlenebilirse, insanlar çekirdeğin gerçek sıcaklığını ve içindeki kimyasal bileşimi daha iyi anlayacaklardır.

Gizemli Kimya

Dünya'nın çekirdeğinin yapısını anlamak için iki temel yaklaşım vardır: meteoritleri incelemek ve sismik verileri analiz etmek.

Meteoritler, henüz oluşmamış gezegenlerin "kalıntıları" veya yok olmuş gezegenlerin çekirdeklerinden kopan parçalar olarak kabul edilir. Kimyasal yapıları, Dünya'nın çekirdeğinin çoğunlukla demir ve nikelden oluştuğunu, muhtemelen birkaç yüzde silikon veya kükürt karışımı olduğunu göstermektedir. Ancak bu veriler yalnızca ön verilerdir ve kesin sonuç verecek kadar ayrıntılı değildir.

Sismoloji ise çok daha ayrıntılı bir bakış açısı sunar. Depremlerden kaynaklanan sismik dalgalar, içinden geçtikleri malzemeye bağlı olarak Dünya'da farklı hızlarda hareket eder. Bilim insanları, ölçüm istasyonlarına ulaşan dalgaların varış sürelerini, mineral ve metallerdeki hareket hızına ilişkin deneysel sonuçlarla karşılaştırarak gezegenin iç yapısının modellerini oluşturabilirler.

Sonuçlar, Dünya'nın çekirdeğinin saf demirden yaklaşık %10 daha hafif olduğunu gösterdi. Özellikle sıvı dış çekirdek, katı iç çekirdekten daha yoğundur; bu paradoks, ancak bazı küçük elementlerin varlığıyla açıklanabilir.

Ancak olası bileşimlerin aralığı daraltılsa bile, bulmaca hâlâ çözülebilmiş değil. Farklı senaryolar, erime sıcaklıklarının yüzlerce santigrat derece farklılık göstermesine neden oluyor ve bu da çekirdeğin tam özelliklerini belirlemeyi zorlaştırıyor.

Yeni bir kısıtlama

Yeni çalışmada bilim insanları, Dünya'nın çekirdeğinin nasıl donmaya başladığını anlamak için mineral fiziğini kullandılar. Bu, meteoroloji ve sismolojiden daha spesifik bir yaklaşım.

Simülasyonlar, sıvı bir metaldeki atomların katıya kristalleşmesi sırasında her alaşımın farklı bir "aşırı soğutma", yani erime noktasının altına düşürülme seviyesi gerektirdiğini göstermektedir. İşlem ne kadar yoğunsa, sıvının donma olasılığı da o kadar yüksektir.

Örneğin, bir dondurucudaki su donmadan önce saatlerce -5°C'ye kadar aşırı soğutulabilirken, bulutlardaki su damlacıkları -30°C'de sadece birkaç dakika içinde doluya dönüşebilir.

Hesaplamalar, çekirdeğin maksimum aşırı soğumasının erime noktasının yaklaşık 420°C altında olduğunu gösteriyor. Bu değer aşılırsa, iç çekirdek sismik verilere kıyasla alışılmadık derecede büyük olurdu. Saf demirin kristalleşmesi için ise 1.000°C'ye ihtiyaç vardır ki bu imkansızdır çünkü çekirdeğin tamamı katılaşmış olurdu.

Silisyum veya kükürt eklemek de işe yaramaz, hatta çekirdeğin daha da aşırı soğumasına neden olabilir.

Ancak karbon hesaba katıldığında tablo anlam kazanıyor. Çekirdek kütlesinin %2,4'ü karbondan oluşuyorsa, iç çekirdeğin donması yaklaşık 420°C'lik bir sıcaklık gerektirir; %3,8 karbon içeriyorsa bu sıcaklık 266°C'ye düşer. Çok daha makul bir rakam. Bu, karbonun çekirdek kristalleşmesinde önemli bir rol oynadığına dair ilk kanıt.

Ancak çekirdek sadece demir ve karbondan oluşamaz, çünkü sismik veriler en az bir element daha gerektirir. Araştırmalar, çekirdeğin oksijen ve hatta silisyum da içerebileceğini gösteriyor.

Kaynak: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/loi-trai-dat-chua-dung-nhung-gi-20250923025913011.htm