Bilim insanları, Dünya'nın manto tabakasında manyetik alanını düzenleyen gizemli "baloncuklar" keşfetti.

Her ne kadar milyarlarca kilometre ötedeki yıldızlararası uzaya uzay sondaları göndermiş olsak da, insanlar kendi gezegenimizin yüzeyinin çok az altına, hatta ince kabuğunu bile geçemeden ancak ilerleyebildiler.

Dünya'nın derin katmanları hakkındaki bilgiler öncelikle jeofizikten geliyor ve son derece değerli. Katı bir kabuk, kayalık bir manto, sıvı bir dış çekirdek ve katı bir iç çekirdekten oluştuğunu biliyoruz. Ancak her katmanın içinde ve aralarında tam olarak ne olduğu gizemini koruyor. Yeni bir araştırmada, Dünya'nın iç yapısındaki en önemli yapı olan çekirdek-manto sınırına ışık tutmak için gezegenimizin manyetizmasını kullanıyoruz.

Ayaklarımızın yaklaşık 3.000 kilometre altında, erimiş demirden oluşan akıl almaz derinlikteki bir okyanus olan Dünya'nın dış çekirdeği, durmaksızın hareket ederek uzaya kadar uzanan küresel bir manyetik alan oluşturuyor. Bu "jeodinamo"yu ve milyarlarca yıldır yarattığı gezegensel kuvvet alanını (Dünya'yı zararlı radyasyondan koruyan) korumak muazzam miktarda enerji gerektiriyor.

Bu ısı, Dünya'nın oluşumu sırasında çekirdekte üretildi. Ancak bu ısı, jeodinamoyu harekete geçirerek içeriden dışarıya doğru yayılır ve manto üzerinde yüzen daha soğuk, katı kayaya doğru hareket eder. Çekirdekten mantoya ve nihayetinde kabuktan yüzeye doğru gerçekleşen bu büyük iç ısı transferi olmasaydı, Dünya en yakın komşularımız Mars ve Venüs gibi manyetik olarak ölü olurdu.

Ani lekeler​

Haritalar, Dünya'nın kayalık manto tabakasında ilerleyen sismik dalgaların (akustik enerjideki titreşimler) çekirdeğin hemen üzerindeki alt kısmında ne kadar hızlı değiştiğini gösteriyor. Özellikle dikkat çekici olan, Afrika ve Pasifik Okyanusu'nun altındaki ekvator yakınlarındaki iki büyük bölgedir; burada sismik dalgalar diğer yerlere göre daha yavaş ilerler.

Bu " büyük alt manto taban yapıları "nı (blobları) özel kılan şeyin ne olduğu hala belirsiz. Çevredeki mantoya benzer katı kayadan oluşurlar, ancak sıcaklık ve/veya bileşim açısından farklılık gösterebilirler.

Mantonun tabanındaki güçlü sıcaklık dalgalanmalarının, alttaki sıvı çekirdeği ve orada oluşan manyetik alanı etkilemesi beklenir. Katı mantonun sıcaklığı son derece düşük bir hızda (yılda milimetre) dalgalanır ve hareket eder; bu nedenle, güçlü sıcaklık kontrastlarından kaynaklanan herhangi bir manyetik özellik milyonlarca yıl boyunca devam etmelidir.

Kayalardan süper bilgisayarlara​

Çalışmamız, bu "kümeciklerin" çevredeki alt mantodan daha sıcak olduğuna dair yeni kanıtlar sunmaktadır. Bu durum, en azından son birkaç yüz milyon yıldır, Dünya'nın manyetik alanında gözle görülür bir etkiye sahip olmuştur.

Yeni katılaşmış magmadan oluşan volkanik kayaçlar, Dünya yüzeyinde manyetik alanın etkisi altında soğuduklarında, o anki ve o yerdeki alanın yönüyle aynı doğrultuda olan kalıcı bir manyetizma kazanırlar.

Bu yönün enlemle değiştiği zaten iyi biliniyor. Ancak, 250 milyon yıla kadar eski kayalarda kaydedilen manyetik yönlerin, kayaların oluştuğu boylama da bağlı olduğunu gözlemledik. Bu etki özellikle düşük enlemlerde belirgindi. Bu nedenle, "lekelerin" bunun nedeni olup olmadığını merak ettik.

Belirleyici faktör, bu manyetik gözlemlerin süper bilgisayarda çalıştırılan jeodinamo simülasyonlarıyla karşılaştırılmasıydı. Bir simülasyon seti, çekirdekten mantoya ısı akış hızının her yerde homojen olduğu varsayımı altında çalıştırıldı. Bu simülasyonlar ya manyetik alanın boylamla değişiminde çok hafif bir eğilim gösterdi ya da ürettikleri alan, gözlemlerle de çelişen, sabit ve kaotik bir duruma indirgendi.

Bunun aksine, çekirdeğin yüzeyine manto tarafından emilen ısı miktarında büyük farklılıklar içeren bir yapı eklediğimizde, manyetik alanlar farklı davrandı. En çarpıcı olanı ise, ısı akış hızının mantonun diğer, daha soğuk kısımlarındaki ısı akış hızının yaklaşık yarısı olduğunu varsaydığımızda, simülasyonlarda üretilen manyetik alanların, eski kayalardaki kayıtları anımsatan uzunlamasına yapılar içermesidir.

Bir diğer keşif ise bu alanların çökmeye daha az eğilimli olmasıydı. Bu nedenle, "bloklar" eklemek, Dünya'nın manyetik alanının gözlemlenen istikrarlı davranışını daha geniş bir aralıkta yeniden üretmemizi sağladı.

İki sıcak "kütle", altlarındaki sıvı metali yalıtarak, aksi takdirde sıvının termal büzülmesine ve çekirdekte çökelmesine yol açacak ısı kaybını önlüyor gibi görünüyor. Çekirdekteki sıvı akışı daha büyük manyetik alanı oluşturduğundan, bu durgun metal birikimleri jeodinamo sürecine katılmıyor.

Tıpkı bir cep telefonunun metal bir kutuya konulduğunda sinyal kaybetmesi gibi, bu durağan iletken sıvı bölgeleri de bir "kalkan" görevi görerek alttaki dolaşan sıvının oluşturduğu manyetik alanı gizler. Bu nedenle, bu devasa "kütleler", Dünya'nın manyetik alanının şeklindeki ve değişkenliğindeki karakteristik boylamsal değişimlere yol açmıştır. Bu durum, düşük enlemlerde oluşan kayaçların kayıtlarında da yansımıştır.

Çoğu durumda, Dünya'nın manyetik alanının şekli, gezegenin dönüş ekseniyle hizalanmış bir çubuk mıknatısın oluşturacağı şekle çok benzer. Bu da manyetik pusulanın Dünya yüzeyinin çoğu yerinde neredeyse tam kuzeyi göstermesine neden olur.

Jeolojik tarih boyunca manto çökmeleri zayıf çok kutuplu durumlara defalarca meydana gelmiştir, ancak bunlar oldukça nadirdir ve alan sonrasında oldukça hızlı bir şekilde toparlanıyor gibi görünmektedir. En azından simülasyonlarda, "kümecikler" bunu kolaylaştırmaktadır.

Dolayısıyla, bu "şekillerin" ne olduğu ve nasıl ortaya çıktıkları hakkında hâlâ öğrenecek çok şeyimiz olsa da, manyetik alanı istikrarlı ve insanlık için faydalı tutmaya yardımcı oldukları için onlara çok minnettar olmalıyız.