Dünya’nın Çekirdeğinde Bol Miktarda Helyum-3 Olabilir

Tokyo Üniversitesi

Deneysel ve kuramsal çalışmalar, çekirdekte Dünya’nın oluşumunun ilk aşamalarından kalma, yüksek miktarda helyum-3 izotopları olabileceğini gösteriyor.

Helyum asal gazların bir örneğidir. Kimyasal tepkimelere girmeye karşı aşırı isteksiz olan bu elementler yeryüzündeki sıradan koşullar altında bileşik oluşturmaz. Ancak aşırı yüksek basınç ve sıcaklık koşulları altında asal gazlar da kimyasal bileşiklerin yapısına katılabiliyor. Geçmişte ksenon ve kripton gibi molekül kütlesi büyük asal gazların aşırı koşullar altında oluşturduğu bileşikler ile ilgili pek çok bilimsel çalışma yapılmıştı. Söz konusu en hafif asal gaz olan helyumun bileşikleri olduğunda ise bilgilerimiz çok daha sınırlı.

Volkanik kayaçlar üzerinde yapılan çalışmalar, mantodan yeryüzüne çıkan sıcak magmanın oluşturduğu bu kayaçlardaki helyum-3/helyum-4 izotopları oranının çok yüksek olduğunu gösteriyor. Helyum-4’ün aksine helyum-3 yerkürede meydana gelen radyoaktif süreçlerle oluşmuyor. Dolayısıyla bu durum, Dünya’nın oluşumunun ilk aşamalarından kalma helyum-3 izotoplarının bugün hâlâ yerkürede hapsolmuş olduğunu düşündürtüyor.

Volkanik kayaçlarda tespit edilen helyum-3 izotoplarının kaynağı Dünya’nın çekirdeğinden mantoya sızan helyum-3 bileşikleri olabilir. Ancak yakın zamanlara kadar bu ihtimalin doğruluğu hakkında fikir verecek bir bilimsel çalışma bulunmuyordu.

Tokyo Üniversitesinden Haruki Takezawa ve arkadaşları, elmas örs hücresi (laboratuvarlarda yüksek basınçtaki deneyleri gerçekleştirmekte kullanılan cihaz) içinde yüksek basınç altında tutulan demir ve helyum-3 atomlarını lazerlerle ısıtarak kimyasal tepkimeleri tetikledi.

Dünya’nın çekirdeğindeki basınç 350 GPa (atmosfer basıncının yaklaşık 3,5 milyon katı) civarındadır. Deneyler sırasında ulaşılan en yüksek basınç değeri ise 54 GPa civarındaydı. Her ne kadar bu basınç Dünya’nın çekirdeğindekine kıyasla çok daha düşük olsa da deneyler demir ve helyum-3 atomları arasında bileşikler oluştuğunu ve bu bileşiklerin malzemenin üzerindeki yüksek basınç kaldırıldıktan sonra da yapısını koruduğunu gösterdi. Araştırmacılar ortaya çıkan bileşiklerin moleküler yapısını X-ışını kırınım deneyleriyle tespit etti. Ayrıca kuramsal hesaplar yaparak tespit edilen yapıların kararlı olduğunu doğruladı.

Elde edilen sonuçlar, Dünya’nın oluşumunun ilk aşamalarında benzer kimyasal tepkimelerin Dünya’nın çekirdeğinde de meydana gelmiş olabileceğini gösteriyor. Bu durum volkanik kayaçlarda tespit edilen yüksek miktarda helyum-3 izotopunun kaynağının çekirdekten mantoya sızan helyum bileşikleri olabileceği hipotezini destekliyor.

Kaynaklar:

• Takezeva, H., ve ark., “Formation of Iron-Helium Compounds under High Pressure”, Physical Review Letters, , Cilt 134, s. 84101, 2025.