Ana sayfa 72. Sayı Yer’in yaşına ilişkin Darwin-Kelvin tartışmasından günümüze Arz’ın merkezinde olup bitenlere dair

Yer’in yaşına ilişkin Darwin-Kelvin tartışmasından günümüze Arz’ın merkezinde olup bitenlere dair

81
PAYLAŞ

Başını Lord Kelvin’in çektiği fizikçiler, yerbilimcilerin ve Darwin’in Evrim kuramının “sınırsız zaman” ilkesine savaş açmışlardı. Darwin’i dahi gerilettiler, ama daha sonra ulaşılan bilimsel gerçekler 19. yüzyılın kötümser fiziğini çürüttü. Günümüzde ise aynı konuda daha farklı bir tartışma var. Yer’in merkezindeki varlığı bazılarınca savlanan bazılarınca yadsınan hızlı üretken reaktörde neler olup bitiyor? Ve bu olup bitenler yüzeye nasıl yansıyor?

Prof. Dr. E. Rennan Pekünlü

Charles Darwin’in geliştirmiş olduğu evrim kuramının ilk ilkesi, sınırsız zamandır. Bu ilk ilke, dönemin yerbilimcilerinin bilimsel bulguları ve doğa felsefeleri temelinde onanmış bir ilkedir. Hem Lamarck hem de Darwin organik değişimlerin olabil­diğince yavaş olarak gerçekleştiği varsayımını kullandı. 19. yüzyılın ilk yarısında gerçekleştirilen bilim­sel bulgular ve bu bulguları temel alarak yapılan sınırsız zaman var­sayımları Hıristiyan öğretisindeki “Yaradılış” için biçilen zamanla çelişiyordu. Birçok önde gelen Kilise, Yer’in İsa’dan önce 4004 yılında yaratıldığını öğretiyordu. Oysa Hutton, Playfair ve diğer bilim insanlarının çabaları, sınırsız zaman kavramını doğrulayan bulgulara götürüyordu. Aslında bu çabalar, Darwin’in Türlerin Kökeni adlı yapıtının alt yapısını oluşturmuştu.

 

Lord Kelvin ve diğer fizikçilerin yerbilime ve evrime saldırıları

Ancak ne tuhaftır ki, Türlerin Kökeni’nin yayınlanmasından 6 yıl gibi kısa bir süre sonra sınırsız jeolojik zaman kavramına şiddetli bir saldırı yöneltildi. 19. yüzyılın sonlarına gelindiğinde birçok doğa bilimci doğal seçilim (natural selection) ilkesine kuşkuyla bakmaya başladı. Bu saldırı Darwin’in de özgüvenini sarstı; Huxley, savunusunu bilimsel nesnelliğe dayandıracağı yerde so­fizme başvurdu ve genel anlamda yerbilim, dersini çalışmamış bir öğrencinin öğretmenleri karşısındaki acınılacak durumuna düşmüştü.

Yerbilime dolaysız, dirimbilime de dolaylı olarak yöneltilen bu saldırı, birçok tarihçinin 19. yüzyı­lın önde gelen fizikçisi olarak tanımladığı Lord Kelvin’den gelmişti. 19. yüzyılın ortala­rında başlayan ve yarım yüzyıl süren sınırsız jeolojik zaman tartışmasında Kelvin’in savı yaygın olarak kullanıldı ve fizikçiler sınır­sız zamanın yanlışlığını kanıtlamaya çalıştı; ancak son çözümlemede kanıt­lanan kendi başarısızlıkları oldu. O dönemde fizikçiler yerbilim­cilere “amatör” bilimciler gözüyle bakıyordu. Fizikçiler, özellikle de Kelvin, yerbilimcilerin savlarını dikkate almıyor, okumaya bile yanaşmıyordu. Ancak zaman bu “amatör­leri” doğruladı. Yine 19. yüzyıla dönecek olursak, fizikçilerin dolaylı saldırısına uğrayan Darwin ve dirimbilimciler için durum hiç de iç açıcı değildi. Dirimbilim Yer’deki yaşamın çok çeşitliliğinin kaynağı olarak yavaş değişimi gösteriyordu; bu savın özünde de sınırsız zaman yatıyordu. Entropinin sürekli arttığını, “ısı ölümüne” doğru gidildiğini savunan fizikçiler, fiyakalı matema­tiksel formülleriyle dirimbilimcilerin ve yerbilimcilerin zaman ölçeğine bir kısıtlama getirdiler. Zaman ölçeğine bir kısıtlama getirilecekse, dirimbilimciler yavaş değişimi yadsı­mak ve yerine dış etkenlere bağlı olmayan ve yazgısı önceden belirlen­miş bir evrimi ve dolayısıyla tanrısal bir değişimi onamak zorunda kala­caktı.

Lord Kelvin ve çalışma arkadaşı Peter Tait’in dirimbilimi bekleyen bu kaçınılmaz değişim gereğini öngörüp göremedikleri bir merak konusudur! Ancak şurası kesin ki, her ikisi de dinsel görevlerini aksat­madan yerine getiren koyu Hıristiyan kişilerdi. İster dinsel ister bilim­sel dürtüyle güdülmüş olsun, bu iki bilim adamı dirimbilimcilerin ve yerbilimcilerin üzerine acımasızca gittiler. Bugün, Yer üzerindeki yaşamın tarihi en tutucu bir rakamla 3 milyar yıl olarak belirlenmiştir. Ancak, Kelvin ve Tait’in Yer’e biçtikleri 10-30 milyon yıllık geçmiş, Darwin kuramına korkunç kısıtlamalar dayatmıştı. Sınırsız zaman içinde yavaş değişimi kendine temel almış olan evrim kuramı ve doğal seçilim ilkesi, fizikçilerin dayattığı cinsten kısa bir zaman aralığında organik yaşamın nasıl çeşitlilik kazanabileceğini açıklaya­mazdı.

Bu gelişmenin tarihçesine baktığımızda, 1894 yılında Lord Salisbu­ry’nin İngiliz Bilimi İlerletme Topluluğu’na başkanlık ettiği bir toplantıda yapmış olduğu dikkat çekici bir konuşmaya tanık oluruz. Bu konuşmasında Lord Salisbury, Darwin’­in sınırsız zaman hipotezine iki noktada karşı çıkıyor: Birincisi, Darwin’in kullanmış olduğu yöntemle evrim için yeterli zamanın buluna­mayacağı; ikincisi ise, doğal seçilimi ayrıntılarıyla kanıtlamanın olası olmayacağı yönündeydi.

Darwin’in evrim kuramına olan tepkiler dozunu o denli kaçırmıştı ki, Columbia Üniversitesi Rektörü Barnard 1873 yılında yaptığı bir değerlendirmeyle “karanlığa” olan özlemini şöyle dile getirmişti: “Darwin’in organik evrimi doğruysa, Tanrı’nın varlığına inanmak olası değildir. Eğer çağdaş bilimin sonuçları türlerin bu denli çabuk gelip geçici olduğunu sergilemekse ben daha fazla bilim istemiyorum. Benden önce atalarım nasıl cahil yaşadıysa ben de öyle cahil yaşamak istiyorum.”

Lord Kelvin ve diğer fizikçilerin Yer’e biçtikleri 10-30 milyon yıllık geçmiş, Darwin kuramına korkunç kısıtlamalar dayatmıştı.

Lord Kelvin’in karşı çıkış nedeni, 18. yüzyılın sonlarında gelişmeye başlayan evrensel evrim düşüncelerinin kaçınılmaz sonuçlarıy­dı. Lord Kelvin yerbilimci değil, fizikçiydi. İncelemesine başlarken Yer’in ilk oluşum aşamasında erimiş durumda bulunan bir kütle olduğunu ve zamanla soğuyup günümüzdeki katı durumuna geldiğini varsaymıştı. Yaptığı ölçümlerde Yer yüzeyindeki kayalardaki ısı akısını yaklaşık, bir yılda 1 cm2 de 40 kalori olarak saptama becerisini göstermişti. Diğer yandan, Yer’in sıcaklığının derinlikle arttığını ve bu artışın her 100 metrede yaklaşık 2° C olduğunu da biliyordu. Kelvin bazı kayaların erime sıcaklığını bildiğinden bu kayaların ısı iletkenliğini ölçtü ve çalışmalarını, “20-40 milyon yıl önce Yer yüzeyinin, yaşama destek veremeyecek denli sıcak olduğu” değerlendirmesiyle noktaladı. Kelvin­’in yaş saptama yöntemi son derece zeki bir yöntemdi. Ancak bugün Kel­vin’in bulmuş olduğu bu değerin yanlış olduğunu biliyoruz. Kelvin’in hesaplamaları niçin yanlıştı? Başlıca yanılgısı kuramının varsayımında yatıyordu. Kelvin, Yer’in iç kısımlarında üretilen ısının, Yer’in erimiş durumda olduğu o ilk oluşum zamanlarından arda kalan artık ısı (residual heat) olduğunu varsaymıştı. Bugün artık bu ısının Yer’in iç katmanlarında bulunan radyoaktif elementlerin bozunması sonucunda üretilen ısı olduğunu biliyoruz. Bu ısı akısı, çok uzun zaman aralıklarında göreceli olarak sabit kalmış ve kalacak olan ısıdır.

Kelvin’in bu varsayımının geçersiz olduğunun bilinmediği dönem­lere, 19. yüzyılın ikinci yarısına dönelim. Termodinamiğin ikinci yasası (entropinin sürekli arttığını savu­nan şu ünlü ilke!) yerbilimciler arasında giderek daha fazla onay kazanmaya başlamıştı. Örneğin, yerbi­limci George Greenboug, Londra Yerbi­lim Topluluğu’nun yıllık toplantısın­da yaptığı konuşmada şu saptamayı yapıyordu: “Gezegenimiz soğumasını sürdürürken, organik yaşam Tertiary çağın başından bu yana kendini göstermeye başlamıştır.”

Aynı dönemlerde tartışılan Güneş’in ısı yaşı ve Yer üzerindeki yaşam üzerine olan etkisi sorunu artık ısı sorununa eklenince yerbi­limde bir reform yapma gereğine ilişkin istemler kendisini duyumsat­maya başladı. Bu dönemde Lord Kelvin: “İngiliz popüler yerbilimi doğa felsefesine dolaysız olarak karşı çıkıyor” biçiminden saptamalar yapıyordu. Uniformitarian yerbilim­ciler Yer’in oluşumuna ilişkin kuram­larında zamanın ne başlangıcından ne de sonundan söz ediyorlardı. Lord Kelvin, termodinamiğin ikinci yasasının işaret ettiği “gerçeklere” dayanarak yerbilimcilere dolaysız, dirimbilimcilereyse dolaylı olarak meydan okuyordu (Darwin, evrim kuramı için gerekli sınırsız zaman kavramını yerbilimcilerden almıştı). 19. yüzyı­lın sonuna gelinmişti ve bu iki düşman kamp varlığını sürdürüyordu. Bu konuda 1862-1902 döneminde yazılanlar dev boyutlara çıkmıştı. Kelvin ve fizikçi arkadaşlarının yerbilimci ve dirimbilimciler üzerine yapmış olduğu bu etkiyi boşlamak olası değildi. O dönemin dolu dizgin gelişen fiziğini göz önüne aldığımızda bu etkiden kurtulmanın gerçekten olası olmadığını anlarız. Birçok yerbilimci bu etkiye esir düşmüş ve Yer’in yaşına ilişkin hesaplamalarını gözden geçirerek Yer’i “gençleştirmişlerdir”. Dirimbilimcilerin çıkmazı daha da büyüktü. Bu çıkmazdan kurtulabilmek için kuramlarına birçok yara bandı (epicycle) yapıştırmak zorunda kaldılar.

Lord Kelvin bu konudaki düşüncelerini 1860 yılında yazdığı üç büyük makalede yayınladı. Macmillan’s Magazine’e yazdığı ve Helmholtz ve diğer fizikçilerin de desteklediği makalesi “Güneş’in ısı yaşı” üzeri­neydi. Bu makalenin ana düşüncesi, Güneş’in ısı ve ışık veren sıvı bir kütle olduğu ve çevresine hızla erke dağıttığı üzerineydi. Bu saptamasın­dan sonra Kelvin, Güneş’in gelecek yaşamının son derece kısa, geçmişinin ise çok uzun olmadığını, dolayısıyla bir zamanlar günümüzden daha sıcak olduğunu savunuyordu. Benzer bir makalesinde de geleceğe yönelik düşüncelerini şöyle sıralıyordu: “Şurası kesin ki, gezegenimizin canlıları, yaşamları için gerekli olan Güneş ısı ve ışığından daha birçok milyon yıl yararlanma olanağına sahip olamayacaklar.”

Lord Kelvin’¬in matematiksel “kanıtından” kaçmaya çalışan ve yapılan saldırılardan tedirgin olan Darwin, Türlerin Kökeni’nin 6. baskısında bazı “düzeltmelere” gitmek zorunda kalmıştı.

Kuşkusuz Kelvin zamanında atom erkesi henüz bulunma­mıştı. Ancak aynı erke, Kelvin’in kötümser gözlükleriyle baktığı Yer’i milyarlarca yıldan beri ısıtıyordu. Bugün çağdaş bilim, Güneş ısısının ilk oluşum zamanlarından günümüze geçen milyarlarca yıl boyunca duyumsanamayacak denli az değiştiğini söylüyor. Eğer tersi olsaydı gezegenimizdeki yaşam sürekliliğini koruyamazdı.

Kelvin’in 1865 yılında yazdığı ve yerbilimcilere dolaysız olarak meydan okuyan makalesinin başlığı “Yerbilimdeki Uniformity Doktrininin Yadsınması” biçimindeydi. Bu makale, ısı yitirilmesini temel almıştı. Kelvin, uniformitarian yerbilimciler ve onların sonuçlarını kullanan dirimbilimcilerin gereksinim duyduğu sınırsız zaman boyunca Yer kabuğunun kararlılığını koruyamayacağını mate­matiksel olarak kanıtlamaya  çalışmıştı. O dönem, fiziğin genelde parlak bir dönemiydi. Thomas Huxley, Charles Darwin ve diğer doğa bilim­cileri fiziğin saldırıları karşısında gerileme göstermeye başlamışlardı. 1871 yılında Wallace’a yazdığı mek­tupta Darwin’in acıları ve kaygıları açıkça duyumsanıyordu: “Güneş ve Yer’in kısalmış olan yaşlarını henüz özümseyebilmiş değilim”. Kelvin kazanmış olduğu bu üstünlüğü acıma­sızca sürdürüyordu. 1893 yılında Kelvin şöyle yazıyordu: “Darwin felse­fesinin kısırlığı her aşamada bir kez daha sergileniyor”. Clarence King, 1893 yılında Yer’in 24 milyon yaşında olduğunu duyurmuş, Kelvin de bu saptamaya katılmıştı.

Yer’in merkezini gösteren bir çizim

 

Güneş balçıkla sıvanamıyor!

Yerbilimcilerin fizikçiler karşısındaki çaresizliği dirimbilimcileri de bir çıkış noktası aramaya zorluyordu. Bu çaba anti-Darwinci akımın ortaya çıktığı bir dönemde oluyordu. Bu dönem entelektüel karmaşanın baskın olduğu bir dönemdi. Bu karışık dönem, Gregor Mendel’in yeniden keşfine götüren araştırmala­rın uyartıldığı bir dönemdi. Darwin bu yeni akımın mayalanmasından önce yaşamını yitirdi. Türlerin Kökeni’nin 6. baskı­sında Darwin, Lord Kelvin’in doğal seçilime karşı gösterdiği karşı çıkışın aşılması zor bir çıkış olduğunu onadı.

Türlerin Kökeni’nin son baskısı dikkatli bir biçimde incelenirse, kuramına yöneltilen karşı çıkışa yanıt vermek amacıyla Darwin, büyük emek verdiği yapıtına serpiştirdiği “düzeltmeler”le yapıtın çelişkilerle dolmasına neden olmuştur. Kitabın 6. baskısının XI. bölümünde şöyle bir tümceyle karşılaşıyoruz: “Yüksek düzeyde örgütlenmiş olan organizmalardaki değişiklikler, düşük düzeydekilere kıyas­la daha hızlı olmuştur.” Kitabın başka bir bölümündeyse, Lord Kelvin’­in matematiksel “kanıtından” kaçmaya çalışan Darwin, önceki baskılardakinin tam tersi bir saptamaya gidiyor: “Yer’in erken dönemlerinde fiziksel koşullardaki değişim günümüzde karşılaştığımız değişikliklerden daha hızlı ve şiddetli olmuştur; dolayısıyla, o dönemin neden olduğu dirimsel değişiklikler de o denli hızlı olmuştur.” Darwin’in, Lord Kelvin’in baskılarıyla Türlerin Kökeni’ne yapmış olduğu bu son “onarımlar” kuramın metafizik öğelerle dolmasına neden olmuştur. Darwin’in uzlaşma isteği, kendi kuramında çarpıcı tutarsızlıklar ortaya çıkarmıştır. Ancak Türlerin Kökeni klasik bir yapıt düzeyine çıktığından bu sapınçlar düşmanlarının bile gözünden kaçmıştır.

Dirimbilim üzerine yapılan bu tuhaf ve yanlış baskı, Darwin’i, Türlerin Kökeni’ni yayınlamasıyla birlikte tedirgin etmeye başladı. Darwin Lamarck’a doğru geriledi. Diğer yandan, Kelvin’in sonuçlarından kuşku duyan birkaç yerbilimci vardı. Bunlarda biri olan F. R. Moulton, 1899 yılında, bilinmeyen bir tür atom erkesinin sınırsız jeolojik zamanı sağlayabileceğini düşündü. Bu öngörü, sonraki on yıl içinde doğruluğunu gösterdi. 1903 yılında Paul Curie ve Laborde radyumun sürekli olarak çevresinden daha sıcak kaldığını gösterdi. Yerbilim ve Gökbilim atom erkesine ilişkin bu yeni bulgunun önemini kavramada gecikmedi. Güneş’in bir kömür yığını gibi hızla yanarak tükendiğini savu­nan Kelvinci görüş aynı hızla çöktü, fiyakalı matematiksel hesaplar anlam­sız bir yığına dönüştü. Kayalardaki uranyum bileşeni, artık ısının yiti­rilmesine ilişkin öğretiyi yerle bir etti! Böylece Yer’in yaşına ilişkin sınırsız zaman kavramı yeniden yaşam buldu. Fizikçilerin uzun süren zor­balığı sona ermişti. Isı ölümü ya da evrenbilimcilerin yaygın tanımıyla “Büyük Buzul”un, bir şaka olmaktan başka bir şey olmadığı gösterildi. Soğuktan donan ve büzülen bir gezegenin yerine, daima genç, sıcaklığı en ulu dağların yalçın tepelerine değin yayılan ve yaşam kaynağı atomun derinliklerinde yatan bir gezegen geçiyordu. 19. yüzyılın kötümser fiziği çürütülmüş, Güneş ve Güneş’te yatan atom erkesi üzerine çalışmalar başlamıştı.

 

Yer’in özeğinde nükleer reaktör mü var?

Darwin sonrası dönemde Yer’in ısı kaynakları üzerine çalışmalar hızlandı. Yerbilimcilerin yaptığı çalışmaya göre Yer özeğinden dışarı akan ısıya aşağıdaki süreçler katkıda bulunur:

1) İç özeğin katılaşması sonucu ortaya çıkan gizli (latent) ısı. 2) Özeğin soğuması. 3) Dış özeğin süperdoyuma ulaşması sonucu oksid/silikatların kristalleşmesiyle üretilen ısı. 4) Katılaşma süresince Yer özeğinin büzülmesinin gizilgüç (potansiyel) erkesi ve kristalleşen hafif katı cisimlerin özek-manto sınırına (CMB: core mantle boundary) yükselmesi. 5) 40K’nın bozunmasıyla üretilen ısı. 6) Uranyumun bozunmasıyla üretilen ısı. 7) 123Te, 187Re, 186Os elementlerinin bozunmasıyla üretilen ısı.

Bu kaynaklara ek olarak Yer’in özeğinde hızlı üretken reaktör bulunduğu savı da geliştirilmiştir. Herndon (1980, 1993, 2005) ve Hollenbach ve Herndon (2001) Yer’in özeğinin dış kısımlarındaki konveksiyonun ve Yer manyetik alanının sürekliliği için özekte önemli niceliklerde ısısal erke üretilmesi gerektiğine işaret ediyorlar. Yazarlar, özekte bulunan yoğun uranyum yumaklarının, hızlı üretken reaktör (fast breeder reactor) işlevi görerek bu erke kaynağına büyük katkıda bulunacağını savunuyor.

Laboratuvarlarda Yer özeğindeki basınca yakın koşullar altında yapılan deneyler, bir lithophile element olan potasyumun 60-260 mg/L (Litrede miligram) arası yoğunluklarda Yer özeğine sızabileceğini gösterdi. Son zamanlarda yapılan bir başka deneyde, Yer özeğindeki sıcaklık ve basınç altında uranyumun potasyum gibi davranacağı gösterildi. Bu deneyler, uranyumun da potasyum gibi davranıp Yer özeğinde 1-6 mg/L yoğunluklarda bulunabileceği izlenimi bırakıyor. Wheeler ve arkadaşları (2006) “Deney koşullarımız altında uranyumun metal sülfidden silikata transferi tam olarak gerçekleştiğinden, geriye yetersiz niceliklerde uranyum kalır ki, bu da Yer özeğinin ısı bütçesi için önemsizdir” saptamasını yapıyor. Bao ve arkadaşlarının (2005) deneyi, yüksek basınç altında silikonun yüzde 1-2 denlisinin, volkanik bir kaya olan ve yüzde 45 denlisi silis, önemli oranlarda magnezyum ve daha az oranlarda demir içeren peridotite ile birlikte bulunan sıvı demir ortamında metal evresine geçtiğini ve metalik evrede bulunan uranyum konsantrasyonunun da basınçla arttığını göstermiştir. Uranyumun Yer özeğine sızdığını varsayalım. Uranyumun ayrı bir faz olan kristalizasyonunu hangi süreç sağlar? 100 kg’dan fazla konsantrasyonlara ulaşan uranyum hangi süreçle hızlı üretken reaktör gibi davranır? Bu reaktörün etkinliğini azaltacak olan yan ürünler zaman zaman difüzyon yoluyla özek dışına atılabilir mi?

J. M. Herndon Yer’in özeğinin dış kısımlarındaki konveksiyonun ve Yer manyetik alanının sürekliliği için özekte önemli niceliklerde ısısal erke üretilmesi gerektiğine işaret etmişti.

Yer’in kimyasal bileşiminin yeniden oluşturulma çabaları belli meteoritler, genellikle kondritik meteoritler temelinde yapılır, çünkü olağan kondritler en sık karşılaşılan meteoritlerdir. Herndon bu varsayımın yanlış olduğunu ve Yer’in daha ender bir meteorit türü olan enstatite kondritlerinden oluştuğunu savunur.

 

 

Jeolojik tarih boyunca Yer özeğinin başlıca ısıtılma ve soğuma aşamaları (Schuiling, 2006)

 

Isıtılma aşamaları

1) Güneş dizgesini oluşturan bulutsunun soğuması ve ateşe dayanıklı (refractory) elementlerin yoğunlaşması. Yoğunlaşmanın son sıcaklığı yaklaşık 1200 K’dir; bu değer, ateşe dayanıklı elementlerin tamamen yoğunlaştığı ve ateşe daha az dayanıklı elementlerin (volatile) kısmen yoğunlaşma sıcaklıkları dikkate alınarak hesaplanmıştır.

2) Yoğunlaşmış olan elementlerin Yer-öncesi ortama yığılmaları. Yer özeğindeki özdeğin sıkışması sonucunda sıcaklığın artması ve Yer’e çarpan cisimlerden ve kısa ömürlü radyojenik elementlerden gelen erke. Sıcaklık hızla ~ 2000’e dek çıkar (düşük basınçlarda demirin erime noktası).

3) Yer’in üst katmanlarında demir erimeye başlar (demirin erimesi yerel olarak asteroid çarpışmalarıyla tetiklenir) ve metal mağma çökmeye başlar.

4) Yitirilen gizilgüç erkesi ısıya dönüşür. Tortulaşmanın (segregation) tamamlanmasıyla bu ısı tüm Yer için 1600 K’e denk olur, ancak bu tür ısınmanın çoğu Yer’in derin katmanlarında gerçekleşir. Bu derinliklerdeki hızlı tortulaşma sonucunda sıcaklık önemli ölçülerde artar. Özek-manto sınırındaki  basınçlarda mantodaki özdeğin erime noktası yaklaşık 3800 K’dir. Özek-manto tortulaşmasının tamamlanma aşamasında bu sıcaklık, büyük bir olasılıkla, 3800 K’den daha yüksekti.

 

Soğuma aşamaları

5) Tortulaşmadan sonra arda kalan süper ısı, alt manto katılaşıncaya dek tüm mantodaki sıvı konveksiyon tarafından hızla dağıtıldı.

6) Sonra sıvı konveksiyon nedeniyle özekte yavaş (ancak günümüzdeki soğuma hızından daha hızlı olarak) bir soğuma dönemi başladı. Bu arada, tüm mantonun katı konveksiyonu ve/veya özek-manto sınırından yükselen fışkırmalarla manto da ısı iletkenliği yoluyla soğudu. Önemli ısı yitikleri, bir plakanın diğerinin altına girdiği yer ve bu plakalarda gerçekleşen su yitimi (dehydration) ve karbon yitimi (decarbonation) gibi ısı gerektiren (endothermic) tepkimelerdir.

7) Özekteki ve mantodaki sıcaklık, katı iç özeğin oluşmaya başlayacağı noktaya düşer. Başlangıçta, kristalleşme sınır ısısı (latent heat) özeğin ısı bütçesine çok az katkıda bulunur. Bu aşamada özekteki ısı üretimi başlıca (günümüzdekinden daha fazla olarak) 40K (ve uranyum?) dan gelirken, özek soğuma yoluyla da ısı yitirir.

8) Günümüzde: 40K’dan üretilen ısı oldukça azalmıştır (Yer’in oluştuğu dönemlerdekinden 10 kat daha az) ve günümüzde üretilen ısının büyük bölümü özeğin katılaşması sırasında üretilen sınır ısıdır. Tüm özekteki ve mantonun derinliklerindeki sıcaklık, katı özeğin ilk oluşumundan bu yana 170 K ve tortulaşmanın tamamlanmasından sonra da 500 K’den daha fazla düşme göstermiştir.

 

Herndon Hipotezi: Yer özeğindeki uranyum

Yer’deki toplam uranyum niceliği yaklaşık 9´109 g kadardır. Bu niceliğin yarıdan biraz fazlası Yer kabuğundadır. Üst mantodaki uranyum konsantrasyonu da yaklaşık 10 ppb (milyarda bir – part per billion) denlidir. Bu durumda mantonun alt bölümlerindeki + özekteki uranyum niceliğinin maksimum değeri yaklaşık olarak 3´109 g kadardır (Herndon, 1993, özek + alt mantodaki uranyum niceliğinin 1´109 g denli olduğunu varsayıyor). Uranyumun lithophile karakteri nedeniyle tüm mantoya paylaştırılırsa, tüm mantodaki uranyum konsantrasyon değerinin ~ 10 ppb olacağına inanılıyor. Ancak eğer, Herndon’un kavramlarıyla, endo – Yer’deki uranyum Yer’in özeğine çok etkin bir biçimde paylaştırılırsa özekteki uranyumun ortalama konsantrasyon değeri kuramsal maksimum değerine, 15 ppb’ye erişebilir (Malavergne ve arkadaşlarına göre, 2005, bu değer 1-6 ppb). Bu değer, 3´1013 ton gibi devasa bir niceliğe denktir. Ancak sorun, bu uranyum dağılımını > 100 kg’lık saf uranyum yumaklarına dönüştürüp hızlı üretken reaktör gibi etki edebilecek sürecin ne olabileceğinde yatıyor.

Dr. Helen Caldicott Avustralyalı bir çocuk doktoru.

İlkesel olarak bu maden (ore) oluşum sorunu olarak incelenebilir. Maden oluşumu bir dizi süreçlerin toplamıdır: düşük konsantrasyonlu bir element büyük oyluma sahip bir kayadan sızarak daha küçük oylumlu bir kayaya taşınır ve orada yüksek konsantrasyonlarda (madencilerin kavramlarıyla yüksek derecede – grade) depolanır. Maden oluşum süreçlerinin çoğu, kimyasal gizilgüçte, basınçta ve sıcaklıkta, çözücülerin (solvent) kaynaması, dengede bulunmayan iki farklı akışkanın karışımı veya erimiş olan elementin soğuması ve kristalleşmesi sırasında ortaya çıkan keskin uzay değişimleriyle (gradyentlerle) ilişkilidir. Bir akışkanda yüzen kristaller, eğer ortamdan daha ağırsa dibe çökecek, hafifse yüzecektir.

Maden oluşum süreci bazen önceden zenginleşme aşaması geçirir ve protore oluşur. Protore, daha sonra maden deposu olacak olan bileşenle zenginleşmiş olan bir kaya oylumudur. Kimyasal gizilgüçte, basınç ve sıcaklıkta oluşacak olan bir keskin uzay değişiminin akışkan metalik özekte uzun süre var olabilme olasılığı oldukça düşüktür. Diğer yandan, her ne kadar karışıma uğramayan (immiscible) silikat ve metal eriyikler tortulaşma sürecinden sorumlu olsalar da, uranyumun birbirine karışmayan iki farklı akışkanın oluşturduğu rezervuarlar arasında depolanacağını düşünmek oldukça zordur.

Metal-metal sülfid eriyikte 10 ppb veya daha düşük konsantrasyonlarda erimiş olan uranyumun ayrı bir evrede kristalleşip Yer’in özeğine çökmesi olası mı? Uranyumun demire kıyasla daha yüksek erime sıcaklığına sahip olduğunu varsayan Herndon (1993) bunun dolaysız bir önerme olduğunu savunsa da, bu önerme doğru değil. Düşük basınçlar altında uranyumun erime sıcaklığı demirinkinden daha düşük değerlerdedir. Uranyumun erime noktasının, basıncın bir işlevi olarak, demirinkinden daha hızlı yükseldiğini varsaysak bile, özekte kristalleşecek olan ilk metalin uranyum olacağı sonucu çıkarılamaz. UO2-Fe dizgesinin evre çizgesine bakarsak (Feber ve ark., 1984) Yer özeğinde beklenen bileşim (yaklaşık yüzde 80 Fe ve 10 ppb U, konsantrasyon oranı 100 milyon) çizgenin en sağında, erimiş demir bölgesindedir ve bu bölgede yüzde 1-2 UO2 – x bulunur. (İlginçtir ki, Feber ve arkadaşlarının özekteki kütle ve onun içindeki demir niceliği için verdikleri değerler gerçek değerlerden 1000 kat daha düşüktür). Feber ve arkadaşlarının evre çizgesine göre (Şekil 1) bu eriyikteki uranyumun çözülebilirliği yüzde 1-2 denlidir, diğer bir deyişle, 15 ppb’den milyon kez daha büyüktür. Kısacası, uranyum bu denli düşük konsantrasyonlarda ayrı bir evrede asla kristalleşemeyecektir. Metal olarak ilk kristalleşen elementin uranyum olması durumunda bile, uranyumun Yer’in özeğine yerleşmesi için bir neden yok, çünkü Yer özeğinde çekim kuvveti sıfırdır.

Bu durumda, Yer özeğinde uranyum metalinin dolaysız olarak kristalleşmesi imkansızdır sonucunu çıkarmamız gerekir. Şimdi Herndon’un hipotezinin ikinci bölümüne bakalım: Uranyum büyük niceliklere sahip yumaklar biçiminde oluştuktan sonra, sürekli olarak bir nükleer reaktör oluşturacak usa yatkın bir süreç var mı? Bir an için Yer özeğinde katı uranyum tanecikleri veya yüzen uranyum sülfidlerin olduğunu düşünelim; bu durum çok uçuk spekülasyonları gerektirir ve Herndon’un sözünü ettiği gibi bir durum ortaya çıkabilir. Daha sonra, iç özeğin dış kısımlarında konvektif devinimlerde bulunan akışkandaki uranyum taneciklerinin, tıpkı nehir yataklarında tuzaklanan altın gibi, tuzaklandığını düşünebiliriz. Bu tamamen spekülasyon olsa da en azından dikkate alınması gereken zayıf bir olasılıktır.

Hızlı üretken reaktörün üçüncü aşaması, yani reaktördeki yan ürünlerin bir sızma (difüzyon) süreciyle reaktörden uzaklaştırılmasının önünde aşılması zor güçlükler vardır. Uranyum, nikel-demirden daha ağır olduğu için uranyum konsantrasyonu giderek büyüyen iç özekte yerleşecek ve bir sonraki katı nikel-demir katmanda hapsedilecektir. Reaktörde üretilen yan ürünlerin katı bir ortamdan dışarı sızma oranı (helyum hariç), sıcaklık 4000 K de olsa, son derece düşüktür. Kısacası, reaktör etkinliğini düşürecek olan yan ürünleri son derece etkin bir taşınım süreciyle reaktörden uzaklaştıracak bir süreç bulunmadıkça, üretken reaktörün kendi kendini etkisizleştirmesi aşılamaz bir engel olarak duracaktır.

Bu aşamada, nükleer reaktörlerdeki yakıtları etkisizleştiren sürece ve nükleer reaktörlere karşı yaşamı boyunca savaşım veren ve insanlığı aydınlatan Dr. Helen Caldicott’ın uyarılarına kısaca değinelim.

 

Nükleer reaktörleri etkisizleştiren izotoplar

Dr. Helen Caldicott Avustralyalı bir çocuk doktoru ve üç çocuk annesi. Yaşamını Cystic Fibrosis adı verilen ve kendisini daha çok pankreas enzimlerinin yetmezliği, solunum yetmezliği ve terleme yoluyla su yitirilmesi biçiminde gösteren hastalıktan kıvranan çocukların sağaltımına adamış bir insan. Solunum yetmezliğinden, lösemi ve katı kanser türlerinden ölen hastaları, Dr. Helen Caldicott’ı kamu önünde açıkça konuşmaya ve Nuclear Madness adlı kitabı yazmaya itmiş. Bu tür genetik hastalıkların ve bozuklukların nedeninin gezegenimizi kirleten radyoaktif elementler olduğunu bildiğinden suskun kalamamış.

“Yer’deki uranyum madenlerinden çıkarılan her bir ton uranyum cevherinden 2 kg saf uranyum elde edilir. Bu niceliğin yüzde 99,3 kadarı fizyona giremeyen uranyum-238 izotopudur. 2 kg’ın yalnızca 14 gramı fizyona girebilen uranyum-235’dir. Ticari reaktörlerin çoğunda kullanılan fizyon süreci için U-235’in özgün bir minimum niceliğe sahip olması gerekir. Doğal olarak elde edilen uranyumun yalnızca yüzde 0,7’si işe yarar U-235 olduğundan uranyum cevherinin ‘zenginleştirilmesi’ gerekir. Böylece fizyonda kullanılan yaklaşık yüzde 3 oranındaki U-235 elde edilmiş olur.

“Zenginleştirme sürecini geçen uranyum (UO2 – uranyumoksit olarak) hap biçimine getirilir. Silindirik haplar daha sonra boyu 3,5-4 m, çapı da 2 cm olan silindir biçimindeki metal yakıt çubuklarına yerleştirilir. 1000 megawatlık bir reaktörde yaklaşık 50.000 yakıt çubuğu vardır. Çapı 6 m yüksekliği de 4 m olan silindir biçimindeki bir oylumda 100 ton uranyum bulunur.

“Yakıt çubukları nükleer reaktörün özeğine yerleştirildikten ve su ile kaplandıktan sonra zenginleştirilmiş uranyum fizyona hazır demektir. Fizyon sürecine giren U-235 atomunun çekirdeği parçalarına ayrılır. Bunlara fizyon ürünleri de denir: Strontium veya Sezyum gibi daha hafif elementlerin çekirdekleri oluşur. Bu parçalanma sırasında ısı ile bir veya birkaç nötron özgür duruma geçer. Her bir çekirdeğin parçalanması sonucunda ortaya çıkan nötronlar diğer atom çekirdeklerini parçalar. Özgür nötronların her biri uranyum atomlarınca soğurulup yerine parçalanan diğer atomlardan salınan nötronlar geçmeye başlayınca reaktör ‘kritik’ aşamaya gelir. Bu zincirleme tepkime artık kendi kendini destekler duruma gelmiştir. Hızlı devinen nötronları soğuran denetleme çubukları sürecin hızını ayarlar.

“Fizyon dev boyutlarda ısı salar. Bu ısı suyun buharlaşmasında kullanılır. Buhar türbinleri çalıştırır ve elektrik üretilir. Kısacası, nükleer fizyon suyu kaynatmanın çok ince ve son derece pahalı bir yoludur, tıpkı elektrikli bıçakla tereyağı kesmek gibi bir şey! Uranyum fizyonu elektrik üretmenin yanı sıra yüzlerce radyoaktif izotop da ortaya çıkarır. Bu izotopların yarı ömürleri birkaç saniye ile 24.400 yıla dek değişir ve hepsi de hem kansere hem de genetik mutasyona neden olur.

Şekil 1. UO2-Fe dizgesinin evre çizgesi (Schuiling, 2006).

 

“Nükleer teknoloji uzmanları plütonyuma nükleer erke üretiminde kullanılan uranyum-235’in yedeği gözüyle bakıyor. Dünyadaki uranyum-235 kaynakları tükendi tükenecek. Uranyum-235’e olan gereksinimi ortadan kaldırmayı amaçlayan nükleer endüstri hızlı üretken reaktörü tasarladı. Bu reaktörün yakıtı, plütonyum ile uranyum-238’in birlikteliğidir. ‘Üretken’ olarak adlandırılmasının nedeni, elektrik üretme sürecinde reaktör tükettiğinden daha fazla plütonyum üretir. Fransa’nın Super-Phonix adı verilen hızlı üretken reaktörü başlangıçtaki plütonyum yakıtını 60 yılda ikiye katlayacaktır.

“Geleceğin hızlı reaktörlerine yakıt oluşturacak olan plütonyum bugün depo tanklarında yatan kullanılmış yakıt çubuklarındadır. Ancak, hızlı reaktörlerde kullanılabilmesi için yakıt çubuklarında fizyonun diğer yan ürünleriyle karışmış bulunan plütonyumun ‘ayıklanması’ gerekir. Bunun için yakıt çubukları birkaç ay süreyle soğumaya alınır; böylece kısa ömürlü radyoaktif elementlerin bozunmasının tamamlanması sağlanır. ‘Sıcak’ çubuklar daha sonra kalın kurşun kasalar içinde kamyonlara yüklenir ve otobanlarda yüzlerce kilometre süren yolculuğa çıkarlar. ‘Yeniden işleme’ girecekleri istasyonda nitrik asite yatırılırlar. Burada plütonyum ve uranyum birbirinden ayrılır, saf biçime getirilir ve diğer fizyon ürünlerinden arındırılır. Saf plütonyum ve uranyum yine yoğun korumalı kasalarda hızlı reaktöre doğru yola çıkar.”

Nükleer endüstriye karşı verdiği savaşım Dr. Helen Caldicott’a çok şey öğretmiş; ancak bunlardan ikisi oldukça önemli: Birincisi, yaşamlarımızı, gelecek nesillerin yaşamlarını, sağlığımızı artık cahil politikacıların, satılık bürokratların, “uzmanların” veya bilimsel uzmanların eline teslim etmekten vazgeçelim. Çünkü, bu sınıflamadaki insanlar birbirleriyle olan çelişkilerini sık sık uzlaşmayla noktalayabiliyorlar. Hükümet yetkililerinin çoğu nükleer savaş ve nükleer endüstrinin işaret ettiği sağlık sorunlarından habersiz olmalarına karşın bu yönde her gün çok sayıda karar alabiliyorlar. Dr. Caldicott bu noktada meslektaşlarının sorumluluk almadaki isteksiz davranışlarını da eleştiriyor: “Çoğumuz araştırma laboratuvarlarının, hastane koridorlarının ötesinde neler olup bittiğiyle ilgilenmezken bir kısmımızın da nükleer teknoloji ve radyasyonun kansere neden olduğunu bilmesine karşın bu teknolojinin sağlığımıza dayattığı tehlikeler konusunda sessiz kalması anlaşılır gibi değil.” İkincisi, insan neslinin tükenmemesi, her bir bireyin kendi payına düşen sorumluluğun bilincinde olmasıyla olasıdır. Bugün fizyon yoluyla erke elde eden teknolojinin yararlı mı zararlı mı olduğu konusunda dünya çapında süregelmekte olan bir tartışma var. Her birey, bugünden başlamak üzere, bu teknolojinin sağlığımıza olan tehlikelerini öğrenmelidir; çünkü ayırdına varmadığımız sürece bu tehlikeler bizim yaşamımıza son verebilir.

Evet, artık Yer’in dibine girip oradaki varlığı bazılarınca savlanan ve bazılarınca yadsınan hızlı üretken reaktörde neler olup bittiğine ilişkin sonuca bakabiliriz.

 

Sonuç

Herndon’un uranyumun önemli niceliklerde özeğe sızdığı ve özekte radyoaktif bozunma yoluyla önemli niceliklerde ısı üreteceği olasılığı yadsınamaz. Eğer buradaki uranyum daha sonra oldhamite gibi bir mineral tarafından yakalanırsa özek-manto sınırı yakınlarında ısı üretiminde yerel anormalliklere neden olabilir ve mantodan fışkırmaları tetikleyebilir.

Bir uranyum bileşiğinin (compound) veya uranyum metalinin, 15 ppb veya daha az uranyum içeren metal-metal sülfid eriyikte kristalleşmesini ve yeterince büyük niceliklerde konsantrasyonunu sağlayıp hızlı üretken reaktör olarak çalışmasını sağlayacak usa yatkın bir süreç yoktur. Ancak yine de uyanık olmalıyız; böylesi bir süreci düşünemiyor olmamız bu sürecin olmadığının kanıtı değildir. Jeonötrino akılarının bize sağlayacağı bilgiler ilginç olabilir.

Yer özeğinde ek bir ısı kaynağı olduğunu varsaymaya gerek yok. Bilinen ısı kaynakları özekten dışarı akan ısıyı ve Yer’in manyetik alanını sürekli kılacak erkeyi sağlamak için yeterlidir.

 

KAYNAKLAR

1) Bao, X. ve ark., 2005, AGU Abstract

2) Eisley, L., Darwin’s Century, Anchor Books, Doubleday and Company Inc., Garden City, New York, 1961.

3) Feber, R.C. ve ark., 1984, EOS 65, 44.

4) Herndon, J.M., 1980, Proc. R. Soc. Lond. A 368, 495-500

5) Herndon, J.M., 1993, J. Geomagn. Geoelectr. 45, 423-437

6) Herndon, J.M., 2005, http://www.arXiv.org/physics/0510090

7) Hollenbach, D.F. & Herndon, J.M., Proc. Natl. Acad. Sci. USA

http://en.wikipedia.org/wiki/Helen_Caldicott

8) Malavergne, V. ve ark., 2005, Proceedings Lunar and Planetary Science Conference, XXXVI, p.1823.

9) Schuiling, R.D., “Is there a Nuclear Reactor at the Center of the Earth”, Earth, Moon and Planets (2006).

10) Wheeler, K.T. ve ark., 2006, Geochim. Cosmochim. Acta 70, 1537-1547.