Milyarlarca yıl boyunca Dünya’nın kıtaları olağanüstü derecede istikrarlı kalarak dağların, ekosistemlerin ve medeniyetlerin temelini oluşturdu. Ancak kararlılıklarının sırrı, bilim adamlarını bir asırdan fazla süredir şaşırtıyor. Şimdi, Penn State ve Columbia Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından yapılan yeni bir çalışma, yer şekillerinin nasıl bu kadar istikrarlı hale geldiğine ve bu kadar istikrarlı kaldığına ve temel bileşenin ısı olduğuna dair şimdiye kadarki en net kanıtları sunuyor.
Bugün dergide yayınlanan bir makalede Doğa JeolojisiAraştırmacılar, milyarlarca yıl süren sabit kıtasal kabuğun oluşumunun, gezegenin alt kıtasal kabuğunda 900 santigrat dereceyi aşan sıcaklıklar gerektirdiğini gösterdi. Bu kadar yüksek sıcaklıkların, uranyum ve toryum gibi radyoaktif elementlerin yeniden dağıtılması için gerekli olduğunu söylediler. Elementler bozunurken ısı üretiyorlar, dolayısıyla kabuğun altından üstüne doğru hareket ederken ısıyı da yanlarında taşıyorlar ve derin kabuğun soğumasına ve güçlenmesine izin veriyorlar.
Araştırmacılar, keşfin sonuçlarının jeolojinin ötesine geçerek akıllı telefonlar, elektrikli araçlar ve yenilenebilir enerji sistemleri gibi modern teknolojiler için gerekli olan kritik minerallerin araştırılması ve yaşanabilir gezegenlerin araştırılması gibi modern uygulamalara yönelik yollar açacağını söyledi.
Yerkabuğunu istikrara kavuşturan süreçler aynı zamanda nadir toprak elementlerini (lityum, kalay ve tungsten) harekete geçirerek bunların nerede bulunabileceğine dair yeni ipuçları sağladı. Araştırmacılar, kıtasal kabuğun istikrarını destekleyen aynı süreçlerin muhtemelen diğer Dünya benzeri gezegenlerde de geçerli olacağını ve gezegen bilim adamlarına diğer dünyalarda yaşam aramak için yeni işaretler sunacağını söyledi.
Penn State’de yer bilimleri profesörü ve makalenin başyazarı Andrew Smye, “Kararlı kıtalar yaşanabilirlik için bir ön koşuldur, ancak bu istikrarı kazanabilmeleri için soğumaları gerekiyor” dedi. “Soğumak için, ısı üreten tüm bu elementleri (uranyum, toryum ve potasyum) yüzeye doğru hareket ettirmeleri gerekiyor, çünkü bu elementler derinde kalırsa ısı yaratıp kabuğu eritiyorlar.”
Kıtasal kabuğun bildiğimiz şekliyle yaklaşık 3 milyar yıl önce Dünya’da ortaya çıktığını söyledi. Bu zamandan önce kabuk, günümüzün modern kabuğunun silikon açısından zengin bileşiminden belirgin biçimde farklı bir bileşime sahipti. Bilim adamları uzun süredir, önceden var olan kabuğun erimesinin, yaşamı destekleyen kararlı kıtasal levhaları üreten tarifin önemli bir bileşeni olduğunu düşünüyorlardı. Ancak bu çalışmadan önce kabuğun kararlı hale gelebilmesi için aşırı sıcaklıklara ulaşması gerektiği kabul edilmiyordu.
Smye, “Temel olarak kıtaların nasıl oluşturulacağına dair yeni bir tarif bulduk: Kıtaların önceden düşünüldüğünden çok daha fazla ısınması gerekiyor, 200 derece veya daha fazla” dedi.
Çelik dövmeyi düşünün, dedi.
Smye, “Metal, çekiç darbeleriyle mekanik olarak şekillendirilebilecek kadar yumuşak hale gelinceye kadar ısıtılır” dedi. “Metali aşırı sıcaklıklarda deforme eden bu süreç, metalin yapısını yeniden düzenler ve safsızlıkları giderir; bunların her ikisi de metali güçlendirir ve dövme çeliği tanımlayan malzeme dayanıklılığıyla sonuçlanır. Aynı şekilde, dağ kuşaklarının oluşturulması sırasında uygulanan tektonik kuvvetler kıtaları şekillendirir. Kabuğun bu şekilde dövülmesinin, ultra yüksek sıcaklıklara dayanıklı bir fırın gerektirdiğini gösterdik.”
Ekip, sonuçlara varmak için Avrupa’daki Alpler’den ve güneybatı Amerika Birleşik Devletleri’nden kaya örnekleri aldı ve bilimsel literatürden yayınlanmış verileri inceledi. Yüzlerce metasedimanter ve metaignik kaya örneğinden (alt kabuğun çoğunu oluşturan kaya türleri) tüm kaya kimyasal verilerini analiz ettiler ve daha sonra örnekleri, kayaların çoğunlukla katı kalırken fiziksel ve kimyasal değişimlere uğradığı en yüksek metamorfik sıcaklıklarına göre kategorize ettiler.
Araştırmacılar yüksek sıcaklık (HT) ve ultra yüksek sıcaklık (UHT) koşullarını birbirinden ayırdı. Columbia Üniversitesi’nde Yer ve çevre bilimleri profesörü olan Smye ve ortak yazarı Peter Kelemen, 900 C’nin üzerindeki sıcaklıklarda eriyen kayaların bileşimlerinde çarpıcı bir tutarlılık fark etti: Daha düşük sıcaklıklarda eriyen kayalardakilerle karşılaştırıldığında önemli ölçüde daha düşük uranyum ve toryum konsantrasyonlarına sahiptiler.
“Bu kadar farklı yerden gelen kayalarda tutarlı bir sinyal görmek nadirdir” dedi. “‘Doğanın bize burada bir şeyler anlatmaya çalıştığını’ düşündüğünüz o eureka anlarından biri.”
Çoğu kaya türünde erimenin, sıcaklık 650 C’nin üzerine çıktığında veya kaynar suyun altı katının biraz üzerine çıktığında meydana geldiğini açıkladı. Tipik olarak kabuğun derinliklerine doğru gidildikçe sıcaklık her kilometre derinlikte yaklaşık 20 C artar. Çoğu kararlı kıtasal levhanın tabanının yaklaşık 30 ila 40 kilometre kalınlığında olması nedeniyle, 900 C’lik sıcaklıklar tipik değildir ve sıcaklık yapısını yeniden düşünmelerini gerektirmiştir.
Smye, Dünya tarihinin daha önceki dönemlerinde, kabuğu oluşturan radyoaktif elementlerden (uranyum, toryum ve potasyum) üretilen ısı miktarının bugünkünün neredeyse iki katı olduğunu açıkladı.
“Sistemde daha fazla ısı mevcuttu” dedi. “Bugün, bu kadar istikrarlı bir kabuğun üretilmesini beklemiyoruz çünkü onu oluşturmak için daha az ısı mevcut.”
Bu ultra yüksek sıcaklık reaksiyonlarının yer kabuğundaki elementleri nasıl harekete geçirdiğini anlamanın, çıkarılması ve bulunmasının zor olduğu kanıtlanmış, çok aranan bir metal grubu olan kritik minerallerin dağılımını ve konsantrasyonunu anlamak için daha geniş anlamlara sahip olduğunu ekledi. Eğer bilim insanları değerli elementleri ilk kez yeniden dağıtan reaksiyonları anlayabilirlerse, teorik olarak bugün yeni malzeme birikimlerinin yerini daha iyi tespit edebilirler.
“Uranyum, toryum ve potasyumu barındıran mineralleri istikrarsızlaştırırsanız, aynı zamanda birçok nadir toprak elementini de serbest bırakırsınız” dedi.
