MIT ve diğer yerlerdeki bilim insanları, yaklaşık 4,5 milyar yıl önce, devasa bir çarpışmanın ilkel gezegenin yapısını geri döndürülemez şekilde değiştirmesinden ve bugün bildiğimiz Dünya’yı oluşturmasından önce oluşan “proto Dünya”nın son derece nadir kalıntılarını keşfettiler. Bulguları bugün dergide bildirildi Doğa Yer Bilimleribilim adamlarının erken Dünya’yı ve güneş sisteminin geri kalanını oluşturan ilkel başlangıç bileşenlerini bir araya getirmelerine yardımcı olacak.
Milyarlarca yıl önce, ilk güneş sistemi dönen bir gaz ve toz diskiydi; bu disk sonunda kümelenip birikerek en eski meteorları oluşturdu; bunlar da birleşerek proto Dünya’yı ve komşu gezegenleri oluşturdu.
Bu en erken aşamada, Dünya muhtemelen kayalıktı ve lavlarla kaynıyordu. Daha sonra, 100 milyon yıldan daha kısa bir süre sonra, Mars büyüklüğünde bir göktaşı, gezegenin içini tamamen karıştıran ve eriten, kimyasını etkili bir şekilde sıfırlayan tekil bir “devasa çarpma” olayıyla bebek gezegene çarptı. Proto Dünya’nın yapıldığı orijinal malzeme ne olursa olsun, tamamen dönüştürüldüğü düşünülüyordu.
Ancak MIT ekibinin bulguları aksini gösteriyor. Araştırmacılar, antik kayalarda, bugün Dünya’da bulunan diğer birçok materyalden benzersiz bir kimyasal imza tespit ettiler. İmza, çok eski ve çok derin kaya örneklerinde keşfedilen potasyum izotoplarındaki hafif bir dengesizlik biçimindedir. Ekip, potasyum dengesizliğinin, şu anda Dünya’da meydana gelen daha önceki büyük darbelerden veya jeolojik süreçlerden kaynaklanamayacağını belirledi.
Numunelerin kimyasal bileşimine ilişkin en muhtemel açıklama, bunların, ilk gezegenin çoğu etkilenip dönüşmesine rağmen, bir şekilde değişmeden kalan, proto Dünya’dan kalan artık materyal olması gerektiğidir.
MIT’de Paul M. Cook Kariyer Gelişimi Yer ve Gezegen Bilimleri Yardımcı Doçenti Nicole Nie, “Bu belki de ilk Dünya malzemelerini koruduğumuzun ilk doğrudan kanıtıdır” diyor. “Dev çarpışmadan önce bile çok eski Dünya’nın bir parçasını görüyoruz. Bu şaşırtıcı çünkü bu çok erken imzanın, Dünya’nın evrimi boyunca yavaş yavaş silinmesini bekliyoruz.”
Çalışmanın diğer yazarları arasında Çin’deki Chengdu Teknoloji Üniversitesi’nden Da Wang, Washington’daki Carnegie Bilim Enstitüsü’nden Steven Shirey ve Richard Carlson, İsviçre’deki ETH Zürih’ten Bradley Peters ve Kaliforniya’daki Scripps Oşinografi Enstitüsü’nden James Day yer alıyor.
İlginç bir anormallik
2023’te Nie ve meslektaşları, dünyanın dört bir yanındaki bölgelerden toplanan ve dikkatle incelenen büyük göktaşlarının çoğunu analiz etti. Bu meteorlar Dünya’ya çarpmadan önce muhtemelen güneş sistemi boyunca çeşitli zaman ve yerlerde oluşmuşlardır ve bu nedenle güneş sisteminin zaman içinde değişen koşullarını temsil etmektedirler. Araştırmacılar bu göktaşı örneklerinin kimyasal bileşimlerini Dünya ile karşılaştırdıklarında aralarında bir “potasyum izotop anomalisi” tespit ettiler.
İzotoplar, aynı sayıda protona ancak farklı sayıda nötrona sahip olan bir elementin biraz farklı versiyonlarıdır. Potasyum elementi, kütle sayıları (protonlar artı nötronlar) sırasıyla 39, 40 ve 41 olan, doğal olarak oluşan üç izotoptan birinde mevcut olabilir. Dünya üzerinde potasyumun bulunduğu her yerde, potasyum-39 ve potasyum-41’in ezici bir çoğunlukla baskın olduğu izotopların karakteristik bir kombinasyonu halinde bulunur. Potasyum-40 mevcuttur, ancak kıyaslandığında yok olacak kadar küçük bir yüzdededir.
Nie ve meslektaşları, üzerinde çalıştıkları meteoritlerin, Dünya’daki çoğu materyalden farklı olan potasyum izotop dengeleri gösterdiğini keşfettiler. Bu potasyum anormalliği, benzer bir anormallik sergileyen herhangi bir malzemenin muhtemelen Dünya’nın mevcut bileşiminden öncesine ait olduğunu ileri sürdü. Başka bir deyişle, herhangi bir potasyum dengesizliği, devasa çarpışma gezegenin kimyasal bileşimini sıfırlamadan önce, ilk Dünya’dan gelen güçlü bir malzeme işareti olacaktır.
Nie, “Bu çalışmada, farklı göktaşlarının farklı potasyum izotop imzalarına sahip olduğunu bulduk ve bu, potasyumun Dünya’nın yapı taşlarının izleyicisi olarak kullanılabileceği anlamına geliyor” diye açıklıyor.
‘Farklı inşa edilmiş’
Mevcut çalışmada ekip, meteorlarda değil Dünya’da potasyum anormalliklerinin işaretlerini aradı. Örnekleri arasında, en eski korunmuş kayalardan bazılarının bulunduğu Grönland ve Kanada’dan toz halindeki kayalar yer alıyor. Ayrıca, volkanların Dünya’nın en eski, en derin malzemelerinden bazılarını mantodan (gezegenin kabuğunu çekirdekten ayıran en kalın kaya tabakası) getirdiği Hawaii’den toplanan lav birikintilerini de analiz ettiler.
Nie, “Bu potasyum imzası korunursa, onu derin zamanda ve Dünya’nın derinliklerinde aramak isteriz” diyor.
Ekip önce çeşitli toz numunelerini asitte çözdü, ardından numunenin geri kalanından potasyumu dikkatlice izole etti ve potasyumun üç izotopunun her birinin oranını ölçmek için özel bir kütle spektrometresi kullandı. Dikkat çekici bir şekilde, örneklerde Dünya’daki çoğu malzemede bulunandan farklı bir izotop imzası tespit ettiler.
Özellikle potasyum-40 izotopunda bir eksiklik tespit ettiler. Dünyadaki çoğu malzemede bu izotop, potasyumun diğer iki izotopuyla karşılaştırıldığında zaten önemsiz bir kısımdır. Ancak araştırmacılar, örneklerinin daha da küçük bir yüzdede potasyum-40 içerdiğini fark edebildiler. Bu küçük açığı tespit etmek, bir kepçe dolusu sarı kum yerine, bir kovadaki tek bir kahverengi kum tanesini tespit etmeye benzer.
Ekip, örneklerin gerçekten de potasyum-40 açığı sergilediğini buldu; bu da malzemelerin “farklı bir şekilde inşa edildiğini” gösteriyor, diyor Nie, bugün Dünya’da gördüğümüz çoğu şeyle karşılaştırıldığında.
Peki örnekler ilk Dünya’nın nadir kalıntıları olabilir mi? Buna cevap vermek için araştırmacılar durumun böyle olabileceğini varsaydılar. Eğer proto Dünya başlangıçta bu tür potasyum-40 eksikliği olan malzemelerden yapılmış olsaydı, o zaman bu malzemenin çoğunun, devasa çarpışma ve ardından gelen daha küçük göktaşı çarpmaları nedeniyle kimyasal değişikliklere uğrayacağını ve bunun sonuçta bugün gördüğümüz gibi daha fazla potasyum-40 içeren malzemelerle sonuçlanacağını düşündüler.
Ekip, bilinen tüm göktaşlarından elde edilen bileşim verilerini kullandı ve bu göktaşlarının ve dev çarpışmanın ardından örneklerdeki potasyum-40 açığının nasıl değişeceğine dair simülasyonlar gerçekleştirdi. Ayrıca mantonun ısınması ve karışması gibi Dünya’nın zaman içinde deneyimlediği jeolojik süreçleri de simüle ettiler. Sonunda simülasyonları Kanada, Grönland ve Hawaii’den alınan örneklerle karşılaştırıldığında biraz daha yüksek oranda potasyum-40 içeren bir bileşim üretti. Daha da önemlisi, simüle edilen kompozisyonlar günümüz malzemelerinin çoğuyla eşleşiyordu.
Çalışma, potasyum-40 eksikliği olan materyallerin muhtemelen ilk Dünya’dan kalan orijinal materyal olduğunu öne sürüyor.
Tuhaf bir şekilde, örneklerin imzası jeologların koleksiyonundaki diğer göktaşlarıyla tam olarak eşleşmiyor. Ekibin önceki çalışmasındaki meteorlar potasyum anormallikleri gösterse de bunlar tam olarak proto Dünya örneklerinde görülen eksiklik değil. Bu, ilk Dünya’yı oluşturan meteorların ve malzemelerin henüz keşfedilmediği anlamına gelir.
Nie, “Bilim insanları, farklı meteorit gruplarının bileşimlerini birleştirerek Dünya’nın orijinal kimyasal bileşimini anlamaya çalışıyorlar” diyor. “Ancak çalışmamız, mevcut göktaşı envanterinin henüz tamamlanmadığını ve gezegenimizin nereden geldiğine dair öğrenilecek daha çok şey olduğunu gösteriyor.”
