Dünya'nın katmanları olduğunu olasılıkla biliyorsunuzdur. Peki neden olduğunu biliyor musunuz? Bu katmanların oluşumuna yol açan Dünya'daki ve uzaydaki şaşırtıcı etkilere göz atalım ve Dünya'nın içini açmadan içinde olanları öğrenmek gibi Dünya'nın neden katmanlara sahip olduğuna dair ufuk açan bulguları inceleyelim.
Yoğunluğu anlamak
Evrendeki her şey moleküllerden oluşuyor. Katılarda moleküller birbirine çok yakındır. Sıvılarda ve gazlarda ise daha az. Odun ve kurşunu düşünün. İkisi de katıdır. Ancak bir metreküp kurşun, bir metreküp odundan çok daha sıkı sıralanan moleküllere sahiptir. Bir metreküp kurşun bu yüzden bir metreküp odundan ağırdır. Yani aynı hacimdeki kurşun odundan yoğundur.
Daha yoğun nesneler ve maddeler daha büyük yerçekimi kuvvetine maruz kalıyor çünkü yerçekimine yanıt veren daha fazla sayıda molekülleri vardır. Farklı yoğunluktaki malzemeler bu yüzden katmanlar halinde birbirinden ayrılır. Hiç yağ ve sirkeden yapılmış salata sosu gördünüz mü? Yağ sirkeden az yoğundur, bu nedenle sirkenin üzerinde tabaka oluşturur.
Bu kavramlar Dünya'nın katmanları için de geçerli. Dünya'nın atmosferi gazlardan oluşuyor ve yoğunluğu katı yerkabuğundan düşüktür. Dünya'nın yüzeyinin ve atmosferinin farklı katmanlar oluşturmasının nedeni bu. Önce Dünya'yı oluşturan maddelere göz atalım.
Gezegenlerin oluşumu katmanlarını nasıl etkiliyor?
Evrende gezegenler veya yıldızlar oluşmadan önce etrafta bolca hidrojen ve helyum atomu vardı. Bu atomlar birleşerek kendi yerçekimleri olan gaz bulutlarına dönüştüler. Yerçekimi kuvveti güçlendikçe yıldızlar oluştu. Nükleer füzyon süreci bu yeni yıldızların yoğun çekirdeklerinin kendi üzerlerine çökmesini engeller. Nükleer füzyon ilerledikçe yıldızların içinde daha ağır elementler oluşuyor. Karbon, oksijen, nikel ve demir bu ağır elementlerden birkaçı.
Hidrojen ve helyum Güneş gibi yıldızları oluşturmaya devam ederken daha ağır elementler birbiriyle çarpışmaya başladı ve toz ve enkaz oluşturdu. Sonunda bu toz ve enkazdan çeşitli uzay nesneleri meydana geldi. Bugün bu nesneleri asteroit, uydu ve gezegen olarak biliyoruz.
Güneş sistemimizde Güneş'e yakın gezegenler daha uzaktaki gezegenlerden farklıdır. Merkür, Venüs, Dünya ve Mars, Güneş'e en yakın dört gezegen. Kayalık ve yoğundurlar ve karasal gezegen olarak adlandırılırlar. Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün ise daha uzaktalar ve genellikle “gaz devi” olarak adlandırılırlar.
Neden farklılar? Güneş sisteminin ilk günlerinde Güneş hala nükleer füzyon geçiriyordu. Şu anda hala güçlü güneş rüzgarları yayıyor ve bilim insanları bu güneş rüzgarının o zamanlar karasal gezegenleri çevreleyen gazlı atmosferin çoğunu yok ettiğini düşünüyor.
Merkür Güneş'e o denli yakındır ki atmosferi uçup gitmiştir ancak sıvı metal dış çekirdeğimiz atmosferimizin hala yerli yerinde olmasını sağlıyor. Çünkü derin metalik konveksiyon akımları Dünya'yı Güneş rüzgarından koruyan kalkan benzeri manyetik alan yaratıyor.
Yoğunluk her katmanda ne bulunacağını belirliyor
Yaklaşık 4,5 milyar yıl önce genç Dünya'yı oluşturan gazlar yoğunlaşarak katı kayalık elementler haline geldi. Dünya giderek yerçekimi, radyoaktivite ve göktaşı bombardımanı ve volkanik aktivite gibi fiziksel etkilerle şekillendi. Yaklaşık 3,8 milyar yıl önce Dünya'nın mantosu soğumaya başladı. Oksijen içeren bir atmosfer oluştu ve oksijen içerdiği için yeni canlılar oluşturabilir hale geldi.
Yeryüzündeki bu elementler soğumaya ve katmanlar oluşturmaya başladığında nereye yol alacaklarını yoğunlukları belirledi. Demir ve nikel gibi daha yoğun maddeler çekirdeğe battı. Alüminyum ve silikon gibi daha hafif maddeler Dünya yüzeyine yakın kaldı. Kimyasal elementlerin yoğunluğa göre ayrılması sürecine gezegensel farklılaşma deniliyor.
Dünya hala soğumaya devam ediyor ve sıvı dış çekirdeğinin giderek daha fazla bölümü katılaşıyor ve bizse yavaş yavaş küçülüyoruz. Hissettiğimiz her deprem Dünya'nın soğumaya ve Güneş'e en yakın üçüncü kaya olmasına bir adım yaklaşmasıdır.
Bilmiyor musunuz?
Dünyanın çekirdeğindeki demirin yaklaşık 6.000 santigrat derece olduğu öngörülüyor. Güneş'in yüzeyi kadar sıcak!
Bilim insanları Dünya'nın içinin nasıl olduğunu nasıl biliyor?
Bilim insanları Dünya'nın iç çekirdeğinin katı, dış çekirdeğinin ise sıvı olduğunu belirtir. Bunun nedeni iç çekirdeğin dış çekirdekten daha yüksek basınç altında olması. Öyle ki iç çekirdek Dünya yüzeyine kıyasla üç milyon kat daha yüksek basınca maruz kalır. Bu yüzden çekirdeğimiz Güneş'in yüzeyi kadar sıcak olmasına rağmen içerideki demir sıvı değil katıdır. Dış çekirdek ise büyük olasılıkla sıvıdır çünkü sıcaktır ancak iç çekirdek kadar basınca uğramaz.
Peki bilim insanları tüm bunları nasıl biliyor? Sonuçta kimse Dünya'nın iç çekirdeğine yolculuk etmedi.
Bilim insanları sismik aktivitelere bakarak Dünya'nın katmanları hakkında her türlü ipucunu elde edebiliyor. Depremler bilim insanlarına Dünya yüzeyinin altında neler olup bittiğine dair çok şey anlatıyor. Sismik aktivite Dünya'yı gerçekten kazmak zorunda kalmadan katmanlarını anlamamızı sağlıyor.
Depremle oluşan güçlü dalgalar sırasında Dünya'nın içindeki kayalar aniden kırılır. Sismik dalgalar Dünya'nın sıvı çekirdeğinden geçerken ya kırılır veya yönü değişir ya da tamamen engellenir. Engellenen sismik dalga Dünya'nın karşı tarafında sismik gölge bölgesi oluşturur. Bilim insanları engellenen sismik dalgalara dair bu bilgiyi kullanarak önce Dünya'nın çekirdeğinin sıvı olduğunu buldular. Bunun nedeni bazı sismik dalga türlerinin yalnızca katı maddelerden geçebilmesidir. Yani Dünya'nın merkezindeki bir şey dalgaları engelliyorsa çekirdek sıvı demekti.
Ancak 1930'larda Inge Lehmann bu modeli daha da geliştirdi. Diğer bilim insanlarının hatalı alet ölçümü saydığı bu gölge bölgelerinden gelen zayıf sismik dalgaları inceledi. Matematik ve fizik bilgisini kullanarak oluşturduğu modelle bugün bildiğimiz gibi Dünya'nın katı bir çekirdeğe sahip olduğunu kanıtladı.
Dünya'nın katmanlarının oluşumu karmaşık bir süreçtir ve Dünya'yı ve katmanlarını inceleyen bilim insanlarının sıkı çalışması sayesinde her gün ayaklarımızın altında gerçekten neler olup bittiği hakkında daha fazlasını keşfediyoruz.
Referanslar:
- https://phys.org/news/2014-12-earth.html
- https://owlcation.com/stem/planetary-formation
- https://www.amnh.org/learn-teach/curriculum-collections/earth-inside-and-out/inge-lehmann-discoverer-of-the-earth-s-inner-core