Dünya’nın sıcaklığı, tektonik plak hareketinden, gezegenin oluşumuna kadar her şeyi etkiler.
Woods Hole Oşinografi Enstitüsü (WHOI) tarafından yürütülen yeni bir araştırma, yeryüzünün iç kısımlarının çoğunlukla katı ve kayalık parçası olan süper ısınmış göbeği ve dış kabuk tabakası arasında bulunan daha önce düşünülenden, daha sıcak olabileceğini öne sürüyor. Bilim dergisinde 3 Mart’ta yayınlanan yeni bulgu, bilim adamlarının, okyanus havzalarının nasıl oluştuğu da dahil olmak üzere, Dünya bilimindeki birçok konuya dair düşüncelerini değiştirebilir.
Araştırmanın baş yazarı ve MIT-WHOI Ortak Programı’nda lisansüstü öğrencisi Emily Sarafian, “Okyanus ortası sırtlarında, deniz tabanını oluşturan tektonik plakalar giderek birbirinden ayrılır. Üst mantodan gelen kaya yavaş yavaş plakalar arasındaki boşluğu doldurmak için yükselir, basınç düştükçe erir, daha sonra soğutma ve yeniden katılaşarak okyanus tabanı boyunca yeni bir kabuk oluşturulur. Bu işlemi modelleyebilmek için istedik, böylece biz yükselen manto kayaçlarının erimesinin başladığı sıcaklığı bileceğiz. ”
Ancak bu sıcaklığın belirlenmesi kolay değildir. Mantonun sıcaklığını doğrudan ölçmek mümkün olmadığından jeolog,yalnızca Dünya’daki yüksek basınç ve sıcaklıkları simüle eden laboratuvar deneyleriyle tahmin edebiliyor.
Su, denklemin kritik bir bileşenidir: Kayaçta su (veya hidrojen) ne kadar fazla olursa, eridiği sıcaklık da o kadar düşük olur. Üst mantoyu oluşturan peridotit kayaçlarının az miktarda su içerdiği bilinmektedir. Sarafian’ın WHOI Jeokimyacı Danışmanı Glenn Gaetani, “Su ilavesinin bu erime noktasını nasıl değiştirdiğini özel olarak bilmiyoruz” dedi. “Dolayısıyla hala çok fazla belirsizlik var.”
Sarafian, manto kayacının su içeriğinin erime noktasını nasıl etkilediğini anlamak için, bir piston silindiri aparatı, elektrik akımı, ağır metal plakalar ve piston yığınları bulunan, bir makine kullanarak kuvveti büyütmek için bir dizi laboratuvar deneyleri gerçekleştirdi. Dünya’nın derinlerinde bulunan yüksek sıcaklıklar ve basınçları neredeyse yeniden yarattı. Standart deneysel metodolojiyi takiben, Sarafian sentetik bir manto örneği hazırladı. Bilinen, standartlaştırılmış bir mineral bileşimi kullandı ve mümkün olduğunca çok miktarda suyu çıkarmak için fırında kuruttu.
Şimdiye kadar, böyle deneylerde, kayaların bileşimini inceleyen bilim adamları, başlangıç malzemelerinin tamamen kuru olduğunu varsaymak zorundaydılar, çünkü üzerinde çalıştıkları mineral taneler su için analiz yapmak için çok küçüktür. Deneylerini yaptıktan sonra, deneysel olarak belirlenen erime noktalarını manto kayaçlarında bulunan su miktarını hesaba katarak düzeltiyorlar.
Sarafian, “Sorun şu ki, başlangıç materyalleri tozlar ve atmosferik suyu emiyorlar” dedi.
Sarafyan farklı bir yaklaşım benimsedi. Başlangıç örneğini, mantoda doğal olarak bulunan olivin adı verilen bir mineral küreleri ekleyerek değiştirdi. Küreler hala küçüktü (çapı yaklaşık 300 mikrometre, ince kum taneleri büyüklüğünde) ancak Sarafian’ın ikincil iyon kütle spektrometresi (SIMS) kullanarak su içeriğini analiz edebilmeleri için yeterince büyüktü. Buradan, tüm başlangıç örneğinin su içeriğini hesaplamayı başardı. Ona sürpriz olan sonuç ise, mantoda, yaklaşık olarak aynı miktarda suyun bulunduğu tespit edildi.
Sarafian, sonuçlarına dayanarak, manto eritmenin deniz tabanı altında, daha önce beklenenden daha sığ derinlikte başlaması gerektiğine karar verdi.
Sonuçlarını doğrulamak için Sarafian, deniz tabanı altındaki kabuğun ve mantonun elektriksel iletkenliğini analiz eden bir teknik olan manyetörekolojiyi değiştirdi. Erimiş kaya, elektronları katı kaya yerine çok daha fazla iletir ve manyetotelürik verileri kullanarak jeofizikçiler, mantoda erimenin nerede olduğunu gösteren bir görüntü sağlayabilirler.
Ancak Nature’da, San Diego’daki Scripps Oşinografi Enstitüsündeki araştırmacılar tarafından 2013 yılında yayınlanan bir manyetotellürik analiz, Sarfian’ın deneysel verilerinin öne sürdüğü gibi, manto kayaçlarının deniz tabanı altında daha fazla derinlikte erimesini gösterdi.
İlk başta, Sarafian’ın deney sonuçları ve manyetotellürik gözlemler çelişiyor gibi görünüyordu, ancak ikisinin de doğru olması gerektiğini biliyordu. Sarafian, deneylerindeki Scripps çalışmasında erime derinliği ile ölçülen sıcaklık ve basınçların uzlaşmasının şaşırtıcı bir sonucu vardı: “Okyanussal üst manto, mevcut tahminlerden 60 ° C daha sıcak olmalıydı ”
60 C derecelik bir artış 1,400 ° C’nin üzerindeki erimiş manto sıcaklığına kıyasla çok fazla ses getirmeyebilir. Ancak Sarafian ve Gaetani sonuçların önemli olduğunu söylediler. Örneğin, daha sıcak bir manto daha katı olur ve katı tektonik plakaların hareketini açıklamaya yardımcı olur.
