Dünya suyunun kökeni kalıcı bir gizem olmuştur. Suyun buraya nasıl geldiğini açıklayan farklı hipotezler, teoriler ve bunları destekleyen pek çok kanıt var.
Ancak gezegen öncesi disklerinde su her yerde bulunur ve suyun kaynağı her şeye rağmen gizemli olmayabilir.
Dünya’nın suyu kaç yaşında?
GeoScienceWorld Elements’teki bir araştırma makalesi, diğer genç güneş sistemlerinin bol miktarda suya sahip olduğunu gösteriyor. Bizimki gibi güneş sistemlerinde, genç yıldız büyüdükçe ve gezegenler oluştukça su bu süreçte hep bulunur.
Kanıtı ise Dünya’nın suyunun 4,5 milyar yaşında olduğunu biliyor olmamız.
Bir güneş sisteminin oluşumu dev bir moleküler bulutla başlar. Bulut çoğunlukla suyun ana bileşeni olan hidrojendir. Daha sonra bolluk sırasına göre helyum, oksijen ve karbon gelir. Bulut ayrıca küçük silikat tozu ve karbonlu toz taneleri içerir.
Bu görsele göre oksijen bir toz tanesiyle karşılaştığında donar ve yüzeye yapışır. Ancak su, hidrojen ve oksijen birleşene kadar su değildir ve buluttaki daha hafif hidrojen molekülleri, oksijenle karşılaşana kadar donmuş toz tanecikleri üzerinde zıplar. Bu olduğunda reaksiyona girerler ve su buzu oluştururlar. İki tür su: normal su ve döteryum içeren ağır su.
Döteryum, ağır hidrojen (HDO) adı verilen bir hidrojen izotopudur. Çekirdeğinde bir proton ve bir nötron bulunur. Bu, onu protium adı verilen “normal” hidrojenden ayırır. Protium’un bir protonu var ama nötronu yok. Bu hidrojen izotoplarının her ikisi de kararlıdır, bugüne kadar devam eder ve her ikisi de su oluşturmak için oksijenle birleşebilir.
Su buzu, toz tanecikleri üzerinde bir örtü oluşturduğunda yazarlar bunu, makalelerinde özetledikleri süreçteki birinci adım olan soğuk aşama olarak adlandırıyorlar.
Madde merkezde kümelendikçe yerçekimi kendini bulutta göstermeye başlar. Moleküler bulutun merkezine daha fazla kütle düşer ve bir ilkel yıldız oluşturmaya başlar. Yerçekiminin bir kısmı ısıya dönüştürülür ve bulutun merkezine birkaç astronomik birim (AU) içinde, diskteki gaz ve toz 100 Kelvin’e ulaşır.
100 K, sadece -173 santigrat derece ve bu Dünya açısından çok soğuk. Ancak kimyasal olarak süblimleşmeyi tetiklemek için yeterlidir ve faz değiştirerek su buharına dönüşür. Süblimleşme, bulutun merkezini çevreleyen sıcak bir zarf olan sıcak bir korino bölgesinde gerçekleşir. Karmaşık organik moleküller de içermelerine rağmen su korinoslarda en bol bulunan molekül haline gelir.
Su bu noktada bol miktarda bulunur ancak tamamı buhardır. Yazarlar, “… tipik bir sıcak korino, Dünya okyanuslarındaki suyun yaklaşık 10.000 katını içerir” diye yazıyor.
Bu, yazarlar tarafından özetlenen süreçteki ikinci adımdır ve buna ilkel yıldız aşaması diyorlar.
Daha sonra, yıldız dönmeye başlar ve çevreleyen gaz ve toz, gezegen öncesi diski adı verilen düzleştirilmiş dönen bir disk oluşturur. Sonunda güneş sisteminin gezegenleri ve diğer özellikleri haline gelecek olan her şey o diskin içindedir.
Birinci adımda oluşan su buzu, ikinci adımda gaza salınır ancak gezegen öncesi diskinin en soğuk noktalarında yeniden yoğunlaşır. Aynı popülasyondaki toz taneleri yine buzlu bir manto ile kaplanmıştır. Ama şimdi o buzlu mantodaki su molekülleri, Güneş Sistemi’ndeki suyun geçmişini içeriyor. Yazarlar, “Bu nedenle, toz taneleri su mirasının koruyucularıdır” diye yazıyor.
Bu, süreçteki üçüncü adımdır.
Dördüncü adımda Güneş Sistemi şekillenmeye ve daha eksiksiz bir sisteme benzemeye başlar. Gezegenler, asteroitler ve kuyruklu yıldızlar gibi alışık olduğumuz her şey şekillenmeye ve yörüngelerini almaya başlar.
Gökbilimciler zamanda geriye yolculuk edemezken diğer genç güneş sistemlerini gözlemlemede ve tüm sürece dair ipuçları bulmada daha iyi hale geliyorlar. Dünya’nın suyu da kritik bir ipucu içeriyor: ağır suyun normal suya oranı.
Buraya kadar verilen basit açıklamanın dışında bazı ayrıntılar atlanmıştır. Birinci adımda su buzu oluştuğunda, sıcaklık son derece düşüktür. Bu, süper döterasyon adı verilen olağandışı bir fenomeni tetikler.
Döteryum, Bing Bang’i takip eden süreçte yalnızca saniyeler içinde oluşmuştur. Fazla bir şey oluşmadı: her 100.000 protium atomu için yalnızca bir döteryum. Bu, eğer döteryum Güneş Sisteminin suyuyla eşit şekilde karışırsa, ağır su bolluğunun normal suya oranı 10’a 5 olarak ifade edileceği anlamına gelir. Ancak daha fazla karmaşıklık var.
Sıcak bir korinoda bolluk değişir. Yazarlar, “Ancak, sıcak korinolarda HDO/H2O oranı 1/100’den biraz daha azdır” diye açıklıyor. (HDO, iki döteryum izotopu içeren su molekülleridir ve H2O, iki protium izotopu içeren normal sudur.)
Daha da uç noktalar var. Yazarlar, “İşleri daha da aşırı hale getirmek için iki kez döteryumlu su D2O, H2O’ya göre 1/1000 yani H2O’dan yaklaşık 107 kat daha büyük.
D/H element bolluğu oranından tahmin edilebilir.” diye açıklıyor.
Oranlar, süper döterasyon nedeniyle çok büyük miktarda döteryum içerir. Toz taneciklerinin yüzeylerinde buz oluştuğu anda, tanecik yüzeylerine inen H atomlarına kıyasla daha fazla sayıda D atomu vardır. Derinlemesine kimyasal açıklama bu makalenin kapsamı dışındadır ancak sonuç açıktır. Yazarlar, “Sıcak korinolarda bu kadar büyük miktarda ağır suyu elde etmenin başka yolu yok. Bu nedenle bol miktarda ağır su, ADIM 1 döneminde soğuk moleküler bulut kümesindeki su sentezinin ayırt edici özelliğidir.” diye yazıyor.
Buraya kadar önemli olan, su sentezinin iki bölümünün olmasıdır. Birincisi, güneş sistemi henüz oluşmadığında ve sadece soğuk bir bulut olduğunda gerçekleşir. İkincisi, gezegenlerin oluştuğu zamandır. İkisi farklı koşullarda gerçekleşir ve bu koşullar su üzerinde izotopik izlerini bırakır. İlk sentezden elde edilen su 4,5 milyar yaşında ve şu soru ortaya çıkıyor: “Bu eski suyun ne kadarı Dünya’ya ulaştı?”
Bunu bulmak için, yazarlar yapabildikleri iki şeyi gözlemlediler: toplam su miktarı ve döteryumlu su miktarı.
Dünya’nın suyuna yetecek kadar su yaratıldı. Sıcak korinodaki su miktarının Dünya’daki suyun 10.000 katı olduğunu ve HDO/H2O oranının ilk bulutta oluşan sudan farklı olduğunu unutmayın. Korino suyunun ne kadarı Dünya’ya ulaştı?
Karasal sudaki HDO/H2O değerleri ile sıcak korinolarınkiler karşılaştırılarak bir ipucu bulunabilir.
Sıcak korinolar, hala oluşan güneş tipi gezegen sistemlerinde HDO’yu gözlemlediğimiz tek yerdir. Önceki araştırmalarda, bilim adamları bu oranları Güneş Sistemimizdeki kuyruklu yıldızlar, meteorlar ve Satürn’ün buzlu uydusu Enceladus gibi nesnelerdeki oranlarla karşılaştırdılar.
Böylece, Dünya’nın ağır su bolluğunun, yani HDO/H2O oranının, Evren’de ve Güneş Sistemi’nin başlangıcında olduğundan yaklaşık on kat daha fazla olduğunu biliyorlar. Yazarlar, “Yeryüzündeki ‘normale göre ağır’ su, Evrendeki ve dolayısıyla Güneş Sisteminin doğuşunda, güneş bulutsusu adı verilen yerde elemental D/H oranından yaklaşık on kat daha büyüktür” diye açıklıyor.
Tüm bu çalışmaların sonuçları, Dünya’daki suyun %1 ila %50’sinin Güneş Sisteminin doğumunun ilk aşamasından geldiğini gösteriyor. Bu geniş bir aralıktır, ancak yine de önemli bir bilgi parçasıdır.
Yazarlara göre, “Kuyruklu yıldızlardaki ve asteroitlerdeki su başlangıçtan beri büyük miktarlarda miras alınmıştır. Dünya muhtemelen orijinal suyunu, üzerine yağmur yağan kuyruklu yıldızlardan ziyade ağırlıklı olarak Dünya’yı oluşturan asteroitlerin ve gezegenlerin öncüleri olması gereken gezegenimsilerden miras aldı.
Kuyruklu yıldızlar tarafından teslimat ise Dünya’nın suyu için başka bir hipotezdir. Bu hipotezde, donma hattının ötesindeki donmuş su, kuyruklu yıldızlar rahatsız edildiğinde ve donmuş Oort Bulutundan iç Güneş Sistemine gönderildiğinde Dünya’ya ulaşır. Fikir mantıklı ancak bahsi geçen bu çalışma bunun doğru olmayabileceğini gösteriyor.
Yine de cevapsız sorular bırakıyor. Tüm suyun Dünya’ya nasıl ulaştığını açıklamıyor. Ancak çalışma, Dünya’daki ağır su miktarının en azından bunu çözmenin başlangıcı olduğunu gösteriyor.
“Sonuç olarak, Dünya’daki ağır su miktarı, Güneş Sisteminin izlemiş olabileceği tüm olası yolların labirentinden çıkmamıza yardımcı olabilecek Ariadne ipliğimizdir” diye açıklıyorlar.
Tıpkı makalenin başlığında da belirtildiği gibi, Dünya’nın suyu 4,5 milyar yaşında. En azından bir kısmı öyle. Yazarlara göre gezegencikler muhtemelen onu Dünya’ya teslim etti ancak bunun tam olarak nasıl olduğu net değil. Bilim adamlarının bunu çözebilmeleri için çözmeleri gereken çok daha fazla karmaşıklık var. Yazarlar, “Sorun, oldukça karışık çünkü Dünya suyunun kökeni ve evrimi, bu gezegendeki karbon, moleküler oksijen ve manyetik alan gibi diğer önemli katılımcılarla kaçınılmaz olarak bağlantılıdır.” diye yazıyor.
Bu şeylerin hepsi, yaşamın nasıl ortaya çıktığı ve dünyaların nasıl oluştuğu konusunda birbirine sarılmıştır. Su, onu Dünya’ya getiren küçük gezegenlerin oluşumunda muhtemelen rol oynamıştır. Su, muhtemelen yaşamın yapı taşları da dahil olmak üzere diğer kimyasalların onları Dünya’ya ulaştıran kayalık cisimler üzerinde tutulmasında rol oynadı.
“Burada, en son gözlemlere ve teorilere göre Dünya suyunun basitleştirilmiş bir erken tarihini sunduk. Karasal suyun büyük bir kısmı muhtemelen Güneş Sisteminin doğumunun en başında, soğuk bir gaz ve toz bulutuyken oluşmuş; gezegenlerin, asteroitlerin ve kuyruklu yıldızların oluşumuna yol açan çeşitli aşamalar sırasında donmuş ve korunmuştur. En sonunda ise doğmakta olan Dünya’ya iletildi.
Çeviren: Muhammed Ragıb ÇALIK
