Dev bir mıknatısın içinde yapılan “Küçük Dünya Deneyi”, Dünya’nın iç kısmındaki şimdiye kadar açıklanamayan akış desenlerine ışık tutuyor.
Demir alaşımlarından oluşan Dünya’nın iç çekirdeği, dünyanın yarıçapının yaklaşık %20’sini oluşturan sıcak ve katı bir toptur. Dış çekirdeği, gezegenin kayalık manto altında bulunan daha soğuk ve sıvı bir metalden oluşur. Jeofizik modelleri, sıvı bir metalin hareketinin elektrik akımları oluşturduğunu ve bu akımların bir manyetik alan oluşturduğunu söylüyor. Coventry Üniversitesi’nden Alban Pothérat ve arkadaşları, laboratuvar tabanlı bir “Küçük Dünya Deneyi” kullanarak böyle bir değerlendirmeyi dikkate alan bir teori geliştirdiler.
Sonuçlar, jeofizik akışların incelenmesine yönelik yeni bir bakış açısı sunuyor çünkü teorik tahminler ile Dünya’nın uydu gözlemleri arasındaki farklılıkları açıklayabilecek süreçleri belirleyen bir modeli açıklıyor.
Çekirdek Akışları
Gezegen içindeki akışları anlamak uzun süredir bir sorundur. Pothérat’a göre, “Manyetik alanın akışı değiştirdiği gerçeğini hesaba katmazsanız, doğru akışı elde edemezsiniz.” Gerçekten de, iç çekirdeğin sınırında üretilen sıvının dış çekirdeğe beslendiği, kutuplara doğru yükseldiği ve ardından tekrar içeriye doğru aktığı belirli dolaşımlı çekirdek akışlarını gösteren hem Swarm Görevi’nden gelen uydu verileri hem de son teknoloji sayısal simülasyonlar göstermektedir.
Dönen sıvılar için yerleşik bir teori, bu gözlemleri açıklayamaz; akış üzerindeki manyetik alan kaynaklı kuvvetlerin, dönme kaynaklı Coriolis kuvvetleri tarafından kontrol edildiği için ihmal edilebileceğini varsayar. Teoriye göre, sıvı akışları iki boyutludur ve dönme eksenine dik bir düzlemde yer alır. Taylor-Proudman teoremi, gezegensel iç mekanlar için bir sınır oluşturur: sıvı, katı çekirdek yarıçapına eşit bir radyal mesafe ile belirlenen bir teğet silindirden akamaz. Bununla birlikte, tüm dünyada kaydedilen akışlar bu koşulu ihlal ediyor. Pothérat’a göre bu tutarsızlığı açıklamak için, konveksiyonu, dönmeyi ve manyetizmayı aynı anda gözlemleyen bir deney yapılmalıdır.
Küçük Dünya Deneyi
Küçük Dünya Deneyi, düz bir masa üzerinde dönen bir yarım küre kubbesini içerir. Dünya’nın dış çekirdeğini temsil eden iletken bir sıvı, şeffaf cam yarım kürenin içinde bulunuyor. Kürenin düz tabanında sıvıya doğru çıkıntı yapan silindirik bir ısıtma elemanı, Dünya’nın iç katı çekirdeğinin konveksiyonu kontrol etmesini sağladı. Yarım kürenin tepesinde, su dolu, silindirik plastik bir tank, Dünya’nın mantosundan kaynaklanan etkiyi taklit eden bir soğutma etkisi yaratır. Araştırmacılar, gelen lazer ışığını dağıtan yüz binlerce mikron çapındaki içi boş cam parçacıklarını iletken sıvıya bağlarlar. Bunu yaparak, araştırmacılar tankın döndüğü sırada sıvının hızını birkaç noktada ölçebilirler.
İlgili Derlemeler:
Dünya’nın Manyetik Alanında Giderek Büyüyen Bir Anamoli İzleniyor
Dünya’nın Manyetik Kutuplarındaki Uzay Kasırgaları
Bir sıvının hızı, katı çekirdeğe yakın ve yarımkürenin tepesine yakın enlemlerde olmak üzere iki yükseklikte ölçüldü. Bu ölçümler, elektromanyetik ve dönme kuvvetleri için Dünya’daki koşulları gösteriyordu. Araştırmacılar, bu verileri birleştirerek sıvının en az on binde birinin Dünya’nın çekirdeğindeki gibi bir dolaşım düzeninde aktığını buldu: sıvı katı çekirdekten kubbenin tepesine ve ardından ekvatoral bölgelere doğru aktı. “Sonunda akışın nasıl göründüğünü görebiliyoruz” diyor Pothérat.
Araştırmacılar, manyetik alanın kutupsal bileşeninin kutupsal ve ekvatoral bölgeler arasındaki akışı yönlendirdiğini buldu.
Bu nedenle, bu alan kaynaklı akış, yalnızca dönüşle açıklanamayan konvektif akışları açıklamak için dikkate alınmalıdır. Araştırmacılar, kutupsal yöne bakan bir manyetik alan ekleyerek geleneksel teoriyi değiştirerek sıvının ne zaman ve ne kadar aktığını tahmin ettiler. Pothérat, manyetik alanın akışın teğet-silindir sınırını geçmesinin nedenini açıklar.
Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles Yer, Gezegen ve Uzay Bilimleri Bölümü jeofizik araştırmacısı Hao Cao, çalışmayı “etkileyici” olarak nitelendiriyor ve akış rejimlerinin deneysel olarak doğrulanmasının “manyetik alanların Dünya ve gezegen çekirdeklerindeki akışkan dinamiklerini şekillendirmedeki kritik rolünü gösterdiğini” belirtiyor. Gerçek gezegen çekirdeklerine doğrudan uygulanması ile ilgili olarak, “bu deneydeki akışkan dinamiğinin manyetik alanın kendisi üzerinde asgari etkisi olduğunu” belirten bir uyarı notu ekliyor. Bu gezegen çekirdeklerinde beklenen durum değildir, diyor.
Derleyen: Atalay Bozdoğan – Akdeniz Üniversitesi
Kaynak :
journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.184101
