Dünya'nın Merkezinde Akış Halinde Olan Gizemli Madde Keşfedildi

Bu süperiyonik madde hâli, çekirdekte gözlenen bazı sıra dışı davranışları — örneğin belirli dalgaları yavaşlatmasını ve ölçümlerin çekirdeğin soğuk çelik gibi sert değil, tereyağı gibi yumuşak olduğunu göstermesini — oldukça güzel bir şekilde açıklıyor.

“İlk kez, iç çekirdek koşulları altında demir–karbon alaşımının son derece düşük bir kayma dalgası hızına sahip olduğunu deneysel olarak gösterdik,” diyor Çin’deki Sichuan Üniversitesi’nden fizikçi Youjun Zhang.

“Bu durumda karbon atomları son derece hareketli hâle geliyor; kristal demir iskeleti içinde, kare dans yapan çocuklar gibi birbirlerinin arasından akıp gidiyorlar. Demirin kendisi ise katı ve düzenli kalıyor. ‘Süperiyonik faz’ olarak adlandırılan bu durum, alaşımın rijitliğini dramatik biçimde azaltıyor.”

1930’lardan bu yana Dünya’nın iç yapısına dair hâkim görüş, erimiş sıvı bir dış çekirdek ve çok yüksek basınç nedeniyle aşırı sıcaklığa rağmen katı kalan bir iç çekirdek olduğu yönündeydi. Ancak on yıllar boyunca elde edilen sismik veriler, bu tablonun eksik olabileceğine işaret ediyordu.

Dünya’nın iç yapısına dair bilgimiz sismik gözlemlere dayanır. Akustik dalgaların farklı özelliklere sahip maddelerden geçme ve yansıma biçimleri, gezegenimizin iç mimarisi hakkında oldukça ayrıntılı bilgiler sunar. Ancak özellikle kayma dalgalarının çekirdekten geçerken gösterdiği düşük hız, çekirdeğin katıysa bile alışık olduğumuz anlamda bir katı olmadığını düşündürüyordu.

2022’de, Çin Bilimler Akademisi’nden jeofizikçi Yu He liderliğindeki bir ekip, süperiyonik hâlin bu gizemi çözebileceğini teorik olarak ortaya koydu. Dünya’nın tüm ağırlığının oluşturduğu muazzam basınç, demiri katı bir yapı içinde tutarken; aşırı sıcaklık, daha hafif atomların sıvı gibi akıp hareket etmesine izin veriyordu — hem katı hem sıvı özellikler taşıyan süperiyonik bir durum.

Şimdi deneysel kanıtlar bu olasılığı doğruladı. Zhang, He ve meslektaşları, dinamik şok sıkıştırması adı verilen bir teknik kullanarak küçük bir demir–karbon alaşımı parçasını, Dünya’nın iç çekirdeğinde nasıl davranması gerekiyorsa öyle davranacak kadar güçlü bir şekilde sıkıştırdı.

Numuneleri hızlandırmak için, dumansız barut ve sıkıştırılmış gaz kullanan, son derece hassas cihazlar olan iki aşamalı hafif gaz topları kullanıldı. Bu deneyde demir–karbon mermisi, son derece sıkıştırılabilir bir lityum florür hedefe saniyede 7 kilometreden (yaklaşık 4,3 mil) daha yüksek hızlarla fırlatıldı. Çarpma, ters bir şok dalgası oluşturarak numuneyi 140 gigapaskala kadar basınca ve yaklaşık 2.600 Kelvin (2.327 °C) sıcaklığa ulaştırdı.

Bu değerler, iç çekirdekteki 330–360 gigapaskallık basınç ve 5.000–6.000 Kelvin sıcaklık kadar aşırı olmasa da, çekirdek ortamının temel özelliklerini taklit etmek için yeterliydi.

Bu simüle edilmiş koşullar yalnızca nanosaniyelerden mikrosaniyelere kadar sürüyor — ancak lazerler ve hızlı sensörler kullanılarak sıcaklık, yoğunluk ve akustik dalga yayılımını incelemek için bu süre yeterli.

Ve gerçekten de sonuçlar, Dünya’nın iç çekirdeğine ait sismik ölçümlerde gözlenen düşük kayma dalgası hızı ve Poisson oranı olarak bilinen, genleşme ve büzülmeye (yumuşaklığa) dair ölçümlerle birebir örtüştü.

Araştırmacılar bu koşullar altında demir iskeletinin Batman gibi sağlam bir şekilde yerinde kaldığını, karbonun ise aralardan Robin misali coşkuyla akıp geçtiğini gösterdi.

Bu son derece zarif bir açıklama. Sismik verilerin neden böyle göründüğünü açıklıyor ve — iç çekirdeğe ulaşmanın mümkün olmadığı düşünüldüğünde — deneysel verilerle, hafif elementlerin aşırı basınç altında nasıl davrandığına dair uzun süredir devam eden tartışmaları büyük ölçüde çözüyor.

Bu bulgular, Dünya’nın manyetik alanı hakkında da yeni içgörüler sağlayabilir; zira bu dev yapı, gezegenin derinliklerindeki iletim ve konveksiyon dansından doğup uzaya yayılıyor.

“İç çekirdeği statik ve katı bir model olarak görmekten, dinamik bir modele doğru ilerliyoruz,” diyor Zhang. “Maddenin bu gizli hâlini anlamak, Dünya benzeri gezegenlerin iç yapılarının sırlarını çözmeye bir adım daha yaklaştırıyor.”

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.