Dünya’da Su Ne Zaman Bitecek? >> Bugüne dek okyanusların yüzde %25’ini kaybettik
NASA’nın hafta başındaki Mars’ta akarsu bulundu duyurusunu Matt Damon’ın Türkiye’de yeni gösterime giren Marslı filmine denk getirmesi yüzünden hepimiz Mars suyuna odaklandık. Ancak, 4 milyar yıl önce bir okyanus dolusu su kaybeden Mars’ı düşünmek yerine biraz da Dünya’yı düşünsek iyi olur. Çünkü Dünya da 4 milyar yıldır su kaybediyor.
Hayat için su gerek
Dünyamız ozon tabakası oluşup Güneş’in zararlı morötesi (UV) ışınlarını kesene kadar yüzeydeki suyun yüzde 25’ini kaybetti.
Okyanuslara ulaşan UV ışınları, 2 hidrojen ve 1 oksijen atomundan oluşan su moleküllerini parçalayarak havadan hafif olan hidrojenin yukarı yükselmesine yol açtı. Bu da milyarlarca yıllık sürede hidrojen gazının bir kısmının uzaya kaçmasına neden oldu. Yine de bugün Dünya’da üç okyanus dolusu su var ve bunu bakterilere borçluyuz:
Fotosentez yapan bitkiler ve bazı bakteri türlerinin havaya verdiği oksijen olmasaydı, okyanuslardaki suyun daha büyük kısmı UV ışınlarının etkisiyle parçalanıp yok olacaktı. Peki, Dünyamız bir yandan su kaybederken diğer yandan nasıl oldu da hayata elverişli bir gezegen haline geldi? Birlikte görelim.
Güneş Sistemi’nin kısa tarihi
Dünya’nın sahip olduğu okyanus suyunun dörtte birini nasıl kaybettiğini açıklamak için 4,5 milyar yıl öncesine, yani Güneş Sistemi’nin bebekliğine geri dönmek gerekiyor.
Güneş ve gezegenler sarmallar çizerek dönen ve merkezde toplanarak Güneş’i meydana getiren dev bir gaz diskinden oluştu. Bu sırada Güneş henüz yanmadığı için gaz diski soğuktu ve gezegenlerin çekirdekleri yeni oluşuyordu.
Dünyamız eskiden bir gaz deviydi
Eskiden sadece Jüpiter ve Satürn gibi gaz devleri değil, kayalık Dünyamız da kalın bir hidrojen atmosferiyle kaplıydı. Ancak, Dünya bugünkü kadar sıcak olsaydı süper hafif bir gaz olan hidrojenden oluşan kalın atmosferini koruyamayacaktı.
Şansımıza Dünya o yıllarda neredeyse Satürn kadar soğuktu. Bu nedenle küçük gezegenimiz yetersiz kütlesine rağmen kalın hidrojen atmosferini korumayı başardı.
Sonra ışıklar yandı
Daha doğrusu, Güneş Sistemi’ni doğuran gaz diskinin merkezindeki yoğun gaz topu sıkışarak nükleer füzyon başlattı ve Güneş yanarak ısı ve ışık saçmaya başladı.
Güneş’in yaydığı hızlı parçacıklardan oluşan güneş rüzgârı da iç güneş sistemindeki gezegen artığı gaz diskini dışarı doğru üfledi ve gaz diski dağılınca geriye bebek gezegenlerle asteroitler ortaya çıktı.
Dünya hidrojeni kaybediyor
Asteroitler Jüpiter’in yerçekimi etkisiyle bir türlü birleşip gezegen oluşturamayan kaya parçalarıdır. Ancak birazdan göreceğimiz gibi Dünya’da hayatın ortaya çıkmasında büyük rol oynadılar ama sırayla gidelim:
Güneş’in yanması aynı zamanda Dünya’nın ısınması anlamına geliyordu ve gezegenimiz sıcak hidrojen gazını tutacak kadar büyük bir kütleye sahip olmadığı için hidrojen atmosferi hızla şişerek uzaya doğru genişledi. Ardından güneş rüzgarı hidrojeni dış güneş sistemine, Satürn taraflarına üfledi.
Böylece Dünya gaz devi yerine kayalık bir gezegen oldu
Dünya’nın bugünkü gibi ince atmosferi olan kayalık bir gezegene dönüşmesi sırasında başka bir olay daha yaşandı:
Güneş Sistemi’ni oluşturan gaz diskinden gelen ve hidrojenden ağır olan oksijen atomları yerkabuğuna çökerek Dünya’daki kaya tabakasında oksitlenmeye yol açtı. Bu da az sonra göreceğimiz gibi kıtaların oluşma sürecini başlattı.
Asıl macera şimdi başlıyor
Dünya, Güneş ve diğer gezegenler 4,6 milyar yıl önce oluştu, ama Dünya 4,1 milyar yaşındayken yüzeyinde hemen hiç su bulunmayan kurak bir gezegendi. Kıtalar ve okyanuslar henüz oluşmamıştı fakat oluşmak üzeriydi. Çünkü bu sırada “geç dönem ağır bombardıman” başladı.
Elbette burada savaş uçaklarının Dünya’yı bombalamasından söz etmiyoruz. Aslında daha şiddetli bir şey oldu ve 300 milyon yıllık sürede Dünya’ya büyük miktarda su içeren çok sayıda asteroit çarptı. Ancak buna üzülmemek lazım. Ne de olsa bugünkü okyanusları asteroit suyuna borçluyuz.
Asteroitler hayatı yok etti ve yeniden yarattı
Çünkü Theia adlı bir gezegen 4,5 milyar yıl önce Dünya’ya çarptı ve gezegenin kabuğunu eriterek Dünya’nın orijinal okyanuslarını kaybetmesine yol açtı (uydumuz Ay bu çarpışma ile oluştu).
Asteroitler ise Dünya’ya çarparken yeniden büyük miktarda su getirdi ve bugünkü okyanusların oluşmasını sağladı. İşin ilginci, bilim adamlarına göre Dünya’da hayat defalarca ortaya çıktı ama önce Theia çarpışması, ardından da asteroit bombardımanı Dünya’daki hayatı defalarca yok etti.
Ancak, Güneş Sistemi’ndeki serseri asteroitler gezegenlere çarpa çarpa tükendikten ve geri kalan uslu asteroitler de istikralı Asteroit Kuşağı’nı oluşturduktan sonra Dünya’da işler yatıştı. Artık gezegenimizin derin okyanusları vardı ve hayat bu okyanuslarda gelişecekti.
İlgili yazı: Dünya’nın suyu nereden geldi?
Su kaybı başlıyor
Takvimler 3,8 milyar yıl öncesini gösterdiğinde Dünya tekrar okyanuslarla kaplıydı. Ancak aradan geçen zamanda, Dünyamız sahip olduğu yüzey suyunun yüzde 25’ini kaybetti ve hidrojen kaybı azalarak da olsa milyarlarca yıldır devam ediyor.
Nitekim bugün de Dünya atmosferi saniyede 3 kg hidrojen ile 50 gr helyum kaybediyor2 peki ama neden? Artık atmosferde Güneş’in morötesi ışınlarını kesen ozon tabakası var. Öyleyse okyanuslardaki su molekülleri neden parçalanıyor ve hidrojen açığa çıkıyor? Dünya neden gaz kaçırmaya devam ediyor?
Danimarka kaçak hidrojenin peşine düştü
2012 yılında, Danimarka Doğa Tarihi Müzesi araştırmacıları, okyanuslardaki hidrojen kaybını hesaplamak için okyanus suyunun bir kısmını oluşturan ağır su moleküllerindeki hidrojen izotoplarını incelediler ve ağır suyu meydana hidrojen izotopların oranının zaman içinde nasıl değiştiğini ölçtüler.
Ağır su molekülleri standart hidrojen atomu yerine, 1 hidrojen atomu ve 1 nötrondan meydana gelen döteryum izotopu veya 1 hidrojen ile 2 nötrondan oluşan radyoaktif trityum izotopu içeriyor.
Dünya’nın su kaybettiğini anladılar
Araştırmada ekibi lideri Emily Pope konuyla ilgili açıklamasında şunları söylüyor: “Zamanın şafağında Dünya’yı kaplayan suda trityum gibi ağır hidrojen izotoplarından çok döteryum gibi hafif hidrojen izotopları vardı. Şimdi ise döteryum azaldığı için trityumun oranı arttı.”
“Biz de izotopların birbirine oranının zamanla nasıl değiştiğini inceleyerek 4 milyar yıllık sürede Dünya okyanuslarının başlangıç kütlesinin 4’te birini kaybettiği sonucuna vardık.”
Kanıtlar Grönland kazılarından geldi
Pope ve meslektaşları aradıkları kanıtı Grönland’daki yılantaşı minerallerinde buldular. Yılantaşı sıcak kayalar tuzlu suyla karıştığı zaman oluşuyor (Atlantik Okyanusu sırtını oluşturan çatlaklardan dışarı çıkan 700 derece sıcaklıktaki lavların deniz suyu ile karışmasıyla).
Yılan hikayesi
Bilim adamları Dünya’nın gençliğinde yılantaşına hapsolan deniz suyundaki izotop oranının gezegenimizin bebekliğindeki orijinal hidrojen izotop oranı olduğunu biliyorlardı. Böylece yılantaşının kimyasal yapısını baz alarak bugünkü okyanus suyunun izotop oranıyla karşılaştırdılar.
Ve yılantaşının ne hızla oluştuğunu bildikleri için okyanus suyunun izotop oranı değişim hızını ve dolayısıyla Dünya’nın su kaybetme hızını ölçtüler.
İhtiyaç duydukları kanıtlar da Grönland adasının batısındaki Isua Kuşağı’ndan geldi, çünkü buradaki yılantaşı kayaçları 3,8 milyar yıl yaşında ve gezegenimizin en eski kayaları arasında sayılıyor.
Kıtalar nasıl oluştu?
Yılantaşı oluşumuna yılan hikayesi dememizin bir sebebi de bu süreçte kıtaların da ortaya çıkmış olması: Asteroit suyundan meydana gelen okyanuslara karışan lavlar (erimiş bazalt) suyla temas ettiği zaman başkalaşım geçirerek granite dönüştü (başta söz ettiğimiz oksitlenme bu süreci kolaylaştırdı).
Granit okyanus tabanını oluşturan bazalttan daha hafif olduğu için sıcak manto tabakasının üzerinde yüzen yerkabuğundan yükselerek büyük adalar oluşturdu. Bunlar ilk kıtalardı, bugünkü yurdumuzu oluşturan ilk kara parçaları.
Ancak, Danimarkalılar Dünya’nın ilk karalarını oluşturan yılantaşı katmanlarına baktıklarında morötesi ışınların okyanus suyunu yeterli hızda parçalamayacağını anladılar. Su moleküllerinin parçalanmasıyla açığa çıkan hidrojen gazının uzaya kaçış hızını açıklamak için başka bir yol bulmaları gerekiyordu.
Bataklık gazı metan sahneye çıkıyor
Emily Pope ve meslektaşları okyanus suyunun tespit edilen hızda nasıl parçalandığını açıklamak için yeni bir kimyasal reaksiyon düşündüler: Metanojenez.
Metanojenez, bataklık ve çürüme gazı olarak da bilinen metan gazını açığa çıkarıyor. İki aşamalı kimyasal reaksiyonda suyla karbondioksit tepkimeye girerek 4 hidrojen ve bir karbon atomundan meydana gelen metan gazı oluşturuyor:
1) 2H2O (su) + CO2 (karbondioksit) -> CH4 (metan) + 2O2 (oksijen)
2) CH4 (metan) + 2O2 (oksijen) -> CO2 + O2 + 2H2 (hidrojen)
Net sonuç: 2H2O (su) -> O2 (oksijen) + 2H2 (hidrojen)
Yeşile düşman olma!
Dikkat ederseniz bu süreçte oksijen kayalara geri dönerken hidrojen gazı uzaya kaçıyor. Emily Pope süreci şöyle açıklıyor:
“Hidrojen ve döteryum hâlâ uzaya kaçıyor, ama artık bu çok yavaş gerçekleşiyor. Günümüzde hayatın varlığı sayesinde atmosfer oksijen bakımından zengin. Bitkilerin ürettiği oksijen sayesinde Dünya’daki su kütlesinin büyük kısmı kapalı bir sistem halinde korunuyor ve bu da gezegenin zamanla kurumasını önlüyor.”
İşte bu nedenle tarla açmak ve inşaat yapmak için ağaç kesmek kötü bir şey. Çünkü böyle giderse havasız kalıp boğulacağız ama dahası var:
Genç Güneş paradoksu
Dünya gençken Güneş de gençti ve bugünkü kadar ısı ve ışık saçmıyordu ama Dünyamız neredeyse bugünkü kadar sıcaktı. Bunun da sebebi metanojenez:
Metanojenez sürecinde metan gazı üretiliyor ve zamanı geriye sararak Grönland’daki Isua Kuşağı’nın oluştuğu yıllara geri döndüğümüzde, Dünya’nın bugünkünden 50 ila 100 kat fazla metan gazı içerdiğini görüyoruz:
Dünya’nın donmasını küresel ısınma önledi
Metan su buharından 30 kat daha etkili bir sera gazı ve atmosferi ısıtarak Dünya’nın soluk Güneş döneminde donmasını önledi. İşte Dünya’nın eskiden çok daha soğuk olmasını gerektiren genç Güneş paradoksunun çözümü bu.
Ancak, doğal küresel ısınma 3,8 milyar yıl önce kıtaların ortaya çıkmasıyla etkisini kaybetti: Çünkü Dünya bugünkü gibi yüzde 30 oranında karalarla kaplı olsaydı, atmosferdeki metan gazı genç gezegenimizi ısıtmaya yeterli olmayacaktı. Oysa kıtalar yokken Dünya’nın tamamı geç ısınan, ama aynı zamanda geç soğuyan sularla kaplıydı.
Öyleyse küresel ısınma şimdi neden tehlikeli?
Danimarkalı araştırma ekibinden Minik Rosing bu soruyu şöyle yanıtlıyor: “Dünya’nın iklimi metanojenez ve okyanuslar sayesinde milyarlarca yıldır büyük bir değişiklik geçirmedi. Metan soluyan ve atmosfere ilk kez oksijen vererek Dünya’nın 700 milyon yıl önce geçici olarak donmasına yol açan bakterilerin tetiklediği iklim felaketini saymazsak tabii.”
“Şimdi atmosfere sera gazları salarak bu dengeyi belki de geri gelmemek üzere bozuyoruz, ama hayatın bu denge sayesinde oluştuğunu unutuyoruz.”
Kurtarıcımız global yeraltı okyanusu
Yine de küresel ısınmadan kurtulmak için son bir çaremiz var. O da Dünya ikliminin sandığımızdan daha istikrarlı olması. Küresel ısınmaya rağmen iklimin biraz yavaş değişmesinden kaynaklanan bu fırsatı değerlendirip atmosfere salınan sera gazlarını azaltırsak torunlarımızın hayatını kurtarabiliriz.
Dünya ikliminin neden istikrarlı olduğuna gelince: Dünya’nın havayı ve okyanus suyunu temizleyen küresel yeraltı okyanusu var ve yüzlerce kilometre derinlikteki bu okyanusta yüzey suyunun 3 katı su bulunuyor.
Ağaç kesmek öldürür
Sonuç olarak Dünya suyunun yüzde 25’ini kaybetti ama daha fazla su kaybetmemesinin sebebi sadece hayat ve metan gazı değil. Asıl sebep okyanus sularının zamanla yeraltına batması ve yeraltından filtre edilmiş temiz suyun yüzeye çıkması.
Kıtaların kayması denilen ve 50 ila 200 milyon yıllık periyotlar halinde etkili olan bu süreçte Dünya’nın havası, suyu tazeleniyor. İnsanoğlunun yol açtığı küresel ısınma bu dengeyi bozar ve Dünya’nın klimasını kapatırsa halimiz harap.
Yarın inşaat için yeni bir ağaç kesildiğini gördüğünüz zaman ve fabrikalar tatlı su kaynaklarıyla kuş cennetlerini kuruttuğu zaman bunu düşünün. Küresel ısınmayı önleyerek temiz su kaynaklarını korumak bizler ve çocuklarımız için bu yüzden hayat memat meselesi.
İlgili yazı: Kaya gazı çıkaran petrol şirketlerinin yol açtığı metan felaketi Dünya’yı aşırı ısıtıyor
1Isotope composition and volume of Earth’s early oceans: vol. 109 no. 12 > Emily C. Pope, 4371–4376, doi: 10.1073/pnas.1115705109
2David C. Catling and Kevin J. Zahnle, The Planetary Air Leak, Scientific American, May 2009, p. 26 (accessed 25 July 2012)
