Dünya gezegeninin yüzde 70’i suyla kaplı. Bunun yüzde 96,54’ü okyanuslar, on binde biri su buharı, on binde biri canlılarda bulunan su ve yüzde 1,4’ü de karla buzdur. Dünya’daki bütün yüzey suyunu çekip toplasak 1,35 zetalitre (1 milyar kere trilyon litre) ve 1384 km çapında bir küre ederdi. Dünya’daki tatlı su ise sadece 56,2 km çapında bir küre oluştururdu. Peki yeryüzündeki su nereden geldi? Asteroitler ve kuyrukluyıldızlar mı getirdi? Yoksa Dünya yeni oluşurken su moleküllerini kendi mi üretti?
Asteroitler ve gezegenlerin oluşumu
Bu soruları yanıtlamak için suyun iki hidrojen ile bir oksijen atomundan oluştuğunu hatırlayarak Güneş Sistemi ile Dünya’nın nasıl oluştuğunu kısaca özetleyelim. Güneş Sistemi 5 ila 10 milyar yıl önce süpernova halinde patlayan yıldızların saçtığı gaz ve toz bulutlarından oluştu. Özellikle de 6 milyar yıl önce patlayan son bir yıldızın saçtığı gaz ve toz bulutları uzaydaki başka bir bulutsuyla çarpışarak şok dalgası oluşturdu. Bu da bulutsuyu sıkıştırıp kendi çevresinde dönmeye başlamasına yol açtı.
Gaz bulutu sarmallar çizerek merkeze doğru çöktü ve merkezkaç kuvvetinin etkisiyle disk biçiminde yassılaşarak dönmeye başladı. Plak gibi çizgili bu diskin ana çizgilerinin üzerinde gezegenler ve dar çizgilerinin üzerinde de Asteroit Kuşağı’ndaki asteroitler ile Kuiper Kuşağı’ndaki kuyrukluyıldızlar oluştu (Detaylı bilgi için Elmas Gezegenler, Yamyam Yıldızlar ve Bir Gezegenin Doğuşuna bakabilirsiniz).
Astrofizikçiler Güneş Sistemi’ndeki su moleküllerinin kısmen gezegen öncesi gaz diskinde bulunduğunu ve bir kısmının da sonradan oluştuğunu düşünüyor (asteroitler, kuyrukluyıldız ve gezegenlerde bulunan suyun bir kısmı). Bu bağlamda gezegen öncesi diskteki karbon oranı çok önemli:
Biz canlılar büyük ölçüde karbondan oluşuyoruz ama istisnayız. Yeryüzü büyük ölçüde silisyumdan oluşuyor. Oysa Güneş Sistemi’nde daha fazla karbon olsaydı oksijen atomları hidrojenle birleşmek yerine karbonla birleşecekti. O zaman orijinal bulutsuda bulunan su dışında Güneş Sistemi’nde pek az su olacak ve Dünya gibi gezegenler süper kurak gökcisimlerine dönüşecekti. Öyleyse asıl soru şu: Sonradan sentezlenen su molekülleri daha çok gezegenlerde mi yoksa asteroitlerde mi oluştu?
Dünya çakıl taşlarından nasıl oluştu yazısında anlattığım gibi gezegenlerin, güneş rüzgarı onların ham maddesi olan gaz ve toz diskini uzaya üfleyip dağıtmadan önce hızla oluşması gerekiyordu. Gezegen öncesi diskin yerçekimi gazın hızla toz tanecikleri ve taşlar halinde toplanıp gezegenlere dönüşmesine yeterli değildi. Ayrıca güneş rüzgarının diskteki suyu da hızla parçalayarak Güneş Sistemi’nden uzaklaştırmış olması gerekirdi. Yine de gezegenler var. Öyleyse nasıl bu kadar hızlı oluştular?
Son araştırmalar Güneş’in manyetik alanının statik elektrikle birlikte gaz ve toz bulutlarını gezegenlerin oluşmasına yetecek kadar uzun süre bir arada tuttuğunu gösteriyor. Hatta manyetik alan, diskin gezegenler halinde topaklanmasında yerçekimine de yardımcı oldu. Dolayısıyla Güneş Sistemi gezegen öncesi diskteki suyun büyük kısmını korumayı başardı. Bu da asteroitler ve kuyrukluyıldızlar için çok önemli; çünkü Dünya’ya su getirebilecek kadar su buzu içerme imkanına kavuştular.
Böylece Güneş Sistemi’nin nasıl olup da başından beri su içerdiğini gördük ve bu ön şartı aradan çıkardığımıza göre sıra Dünya’daki suyun kökeni nedir sorusuna geldi:
Bir yıldız sisteminin su içermesiyle suyun gezegenlere taşınması iki ayrı şeydir: Gezegen öncesi diski oluşturan gaz gezegen nüveleri oluşturmak üzere çökmeye başladığında ilk su bulutları da oluştu. Gerçi Güneş’in sıcağı su damlacıklarının yoğuşmasına izin vermezdi ama toz taneciklerinin ürettiği statik elektrik “yoğuşma çekirdeği” olarak davranarak buna fırsat verdi.
Dünya toz taneciklerinin oluşturduğu çakıl taşlarının birleşmesiyle oluşurken yörüngesindeki suyun büyük kısmını da üstüne çekmiş oldu. Ardından da hemen kaybetti! 4,5 milyar yıl önce Theia adlı bir gezegenimsi Dünya’ya çarptı ve gezegenin manto tabakasının büyük ölçüde buharlaşmasına neden oldu. Bu süreçte Theia da buharlaştı ve çekirdeği Dünya’nın çekirdeğiyle birleşti.
Özgün Dünya’nın yok olmasından sonra yaşadığımız Dünya 2.0 oluştuğunda, bu gezegen artık yüzde 16 daha büyük ve yüzde 10 daha ağırdı. Ayrıca yerkabuğu ve Theia kabuğunun büyük kısmı da Dünya’yı saran halka evresinin ardından topaklanarak iki uydu oluşturdu. Bunların çarpışmasıyla da büyük uydumuz Ay meydana geldi.
Kısacası Dünya sahip olduğu suyu çarpışma sırasında kaybetti ama Theia’nın getirdiği suyu da alarak manto tabakasıyla yerkabuğunda sanılandan çok daha fazla su barındırmayı başardı. Bu süreçte Dünya’nın ne kadar su kazandığını bilmiyoruz; çünkü Theia’nın ne kadar su içerdiğini bilmiyoruz ama suyun bir kısmı çarpışmada yok olduktan sonra yeniden oluşmuş olmalı. Dolayısıyla Dünya’nın su rezervleri arttı ama büyük miktarda artmamış olması gerekiyor. Asteroitler ise sonradan geldi:
Dünya’nın yüzey okyanuslarına eş değerde su barındıran ve manto tabakasında 700 km derinlikte olan bir global yeraltı okyanusu olduğunu biliyor musunuz? Bu su yüksek ısı ve basınç altında sünger gibi gözenekli olan kayaların arasına sıkışmış mikroskobik damlacıklardan oluşuyor (yüksek basınç koşullarında oluşan yeraltı okyanusunu, Jules Verne’in Arz’ın Merkezine Seyahat romanındaki gibi dev mağaraları dolduran denizler halinde hayal etmeyin).
Bu sebeple asteroitler Dünya’ya ne kadar su getirdi diye sorarken sadece yüzey suyunu, yerkabuğundaki suyu dikkate alacak ve mantoda sıkışıp kalan suyu göz ardı edeceğiz. Oysa buraya dek Dünya oluşurken ne kadar su içerebileceğini gördük. Gezegenin toplam su bütçesinin en çok üçte biri oluşum sancılarından kalmış olabilir. Suyun kalanı ise sonradan geldi.
Asteroitler ve kuyrukluyıldızlara geçmekte acele etmeyelim. Dünya aynı zamanda dev bir kimya reaktörü olup içerdiği hidrojenle oksijenin bir kısmını sentezleyerek su moleküllerine dönüştürmüştür. Bunu da yerkabuğunun derinliklerinde yaptı ve global yeraltı okyanusunun yarısından fazlasının bu şekilde oluşmuş olması gerekiyor. Bu su 4,5 milyar yıllık olup hiç yüzeye çıkmamış olabilir.
Gelelim yerkabuğundaki suya: Dünya soğurken yerkabuğundaki kayalar erken atmosferdeki kimyasal maddelerle tepkimeye girerek yeni yüzey suyu ürettiler. Manto tabakasındaki su ise yüksek ısı ve basınç altında H2O yerine H ve OH olarak bulunmaktadır. İşte bu suyun bir kısmı, kıtaların kaymasından önce de görülen taşınım hareketlerinin tetiklediği dev magma sorguçlarının neden olduğu volkanik faaliyetlerle yüzeye çıkmış olabilir.
Su yüzeye çıkarken basınç azaldı ve H atomları ile OH molekülleri birleşerek bildiğimiz suyu oluşturdu. Asteroitler ise bundan sonra devreye giriyor ve Güneş Sistemi’nde iki asteroit kuşağı var: Biri Mars’ın ötesinde yer alan klasik Asteroit Kuşağı. Diğeri ise Neptün ötesinde bulunan ve Plüton’u da barındıran Kuiper Kuşağı… Asteroit Kuşağı Güneş’e yakın olduğu için daha sıcak ve kurak. Bu kuşaktaki uzay kayaları pek az su içeriyor. Kuiper Kuşağı ise 5 milyar km öteden başlıyor ki çok soğuk ve buzlu.
Bu nedenle astrofizikçiler uzun bir süre boyunca Dünya okyanuslarının suyunu Kuiper Kuşağı’ndaki kuyrukluyıldızlardan geldiğini düşündüler. Ne de olsa bunlar daha çok su içeriyordu. Peki bunu nasıl anlarız ve asteroit suyunu kuyrukluyıldız suyundan nasıl ayırırız? Ağır su sayesinde:
Her ne kadar binlerce kuyrukluyıldızdan örnek almamış olsak da elimizdeki örneklerin genel fikir verecek kadar yeterli olduğunu düşünüyoruz. Sonuçta kuyrukluyıldızlardaki ağır su molekülü oranı on binde 2 ila 4,3’tür (alt ve üst eşikleri erken Güneş Sistemi’nin kimyasal bileşimi, manyetik alan yapısı ve sıcaklığı gibi değerlerle hesaplıyoruz). Asteroitlerin ağır su oranı dayüz binde 1 ila on binde 2’dir.
Dünya’daki ağır su oranı ise on binde 1,56. Bu da suyumuzun büyük kısmının asteroitlerden geldiğini gösteriyor. Hatta asteroitler ile aramızdaki ağır su farkını Dünya’ya çarpan Theia oluşturmuş olabilir. Eski Dünya’nın ağır su oranının asteroitlere daha yakın olması muhtemeldir. İşte Dünya okyanuslarıyla kuyrukluyıldız suyu arasındaki bu büyük fark asteroit teorisini destekliyor.
Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam Asteroit Kuşağı kurak dediniz. Dünya’ya nasıl su getirmiş olabilir?” Güzel soru. Dur bir de ben sorayım: “Dünya okyanuslarındaki su milyarlarca asteroit değerinde… O kadar çok asteroit yörünge mekaniğinin rastlantısal süreçlerine bağlı olarak yörüngeden çıkıp Dünya’ya çarpar mı?” Hayır, rastlantısal olarak imkansız ama önce sizin sorunuzu cevaplayalım:
Asteroit suyunda yüzüyoruz
Güneş Sistemi oluşurken Güneş daha soluktu, uzay tozluydu ve tozlar gölge yapıyordu. Asteroitler daha fazla su içeriyordu ki bunların büyük kısmı, 3,9 milyar yıl önceki Geç Dönem Ağır Bombardıman çağında değil de 4,54 milyar yıl önce eski Dünya oluşurken çarptılar. Bu dönem de en az 500 milyon yıl sürmüş olmalı. Zaten yılda ortalama 3 asteroitten 500 milyon yılda 1,5 milyar asteroit ediyor. Buna geç bombardımanı da katarsak asteroitlerin Dünya okyanuslarını taşıyacak kadar su getirdiğini görüyoruz.
Sonuç olarak Dünya’nın suyu çok çeşitli kaynaklardan geldi: 1) Eski Dünya oluşurken, 2) Theia çarpışmasıyla yeni Dünya oluşurken… 3) Suyun bir kısmını Dünya oluşturdu ve 4) Kalanını eski asteroitler getirdi. Peki Güneş Sistemi’ndeki su nereden geldi? Uzaydan tabii ki!
A) Süpernova halinde patlayan yıldızların uzaya saçtığı oksijen atomlarının hidrojenle birleşmesiyle oluştu. B) Süpernovanın parçalayarak toza dönüştürdüğü gezegenlerin suyundan geldi ve C) Galaksinin ilk yıldızlardan bu yana içerdiği su moleküllerinden kaynaklandı. Nitekim bilim insanları 2011 yılında 12 milyar ışık yılı uzaktaki bir hiperaktif süper kütleli kara deliğin (kuasar) çevresinde, okyanuslardan 140 trilyon kat daha fazla su içeren dev bir bulutsu buldular. Uzaydaki su o kadar eskidir!
Kütle enerjiden türeyen bir özellik olduğu ve kara delikler de en yoğun kütleli cisimler olduğu için galaksilerin çekirdeğinde oluşan süper kütleli kara deliklerin, bütün galaksiyi tenceredeki su gibi karıştıran en güçlü motor olduğunu düşünebiliriz. Özetle ilk su evren sadece 180 milyon yaşında iken oluşan ilk yıldızların çekirdeğinde sentezlendi. Sonra bunların patlamasıyla uzaya saçılan oksijenle oluştu.
Süper kütleli kara delikler de aradan geçen 12 milyar yılda su moleküllerini galaksinin her yanına dağıttılar. Öyle ki siz de ilk oksijen atomlarını içeren sudan içiyor olabilirsiniz. 😮 Evrendeki suyun yaşı ne kadar önemli derseniz: Su hayatın kaynağıdır. Ne kadar eskiyse uzayda hayat o kadar eski olabilir.