Jeofizik (Yer Fiziği)

Jeofizik
MsXLabs.org & Temel Britannica

Jeofizik, Dünya'yı, okyanusları ve atmos­feri etkileyen fiziksel kuvvetleri inceleyen bilim dalıdır.
Jeofizik birkaç dala ayrılır. Bunlardan her biri Dünya'nın belirli bir özelliğini ele alır ve özel yöntemlerle inceler:

• Sismoloji, depremlerin incelenmesini konu edinen jeofizik dalıdır. Özellikle deprem dalgaları üzerinde ölçümler yapılarak yerkürenin iç kesimlerine ilişkin bilgi edinilmeye çalışılır.
• Volkanoloji ve jeotermometri, yanardağla­rın ve Dünya'nın iç ısı kaynaklarının incelen­mesidir.
• Jeomagnetizma, Dünya'nın magnetik alan­larının incelenmesidir.
• Fiziksel okyanusbilim de, okyanus akıntıla­rı, gelgitler ve dalgalar ele alınır.
• Hidroloji, akarsu, göl, buzul ve yeraltı sularının incelenmesidir.
• Meteoroloji, Dünya atmosferini inceleyen bilim dalıdır.
• Aeronomi, atmosferin üst kesimleri ile bu­nun yakınlarındaki uzay bölgesini incelemeye yöneliktir. Kutup ışıkları bu kesimlerde olu­şur, ayrıca Dünya'dan yayınlanan radyo sin­yalleri gene bu bölgeden aşağı yansıyarak uzak mesafeler arasındaki radyo iletişimini olanak­lı kılar.

Uygulamalı jeofizikte ise, bütün bu yön­temlerden yararlanılarak, petrol ve maden yatakları ile yeraltı su kaynaklarının yeri belirlenmeye çalışılır.
İlk jeofizik çalışmalarının İS 200'de başladı­ğı söylenebilir. Bu tarihlerde Çinliler deprem dalgalarının merkezini ve hareket yönünü belirlemeyi başardılar. Sismoloji, bu çalışma­larla gelişmeye başladı.
19. yüzyılın sonlarında, depremlerle oluşan sismik dalgaların süre ve genlik gibi özellikle­rini kaydeden sismograf aygıtları yapıldı. Bu aygıtların sayesinde, büyük depremlerin so­nucunda oluşan dalgaların Dünya'yı içinden boydan boya kat ettiği anlaşıldı. En hızlı dalga, Dünya'nın bir ucundan öbür ucuna içerden 23 dakikada ulaşır. Nasıl X ışınlarıyla insan vücudunun röntgen filmi çekilirse, sis­mik dalgaların yardımıyla da Dünya'nın iç kesimleri öyle incelenebilir. Zamanla dünya­nın pek çok yerinde kurulan 1.000 kadar sismografi istasyonundan oluşan bir deprem inceleme ağı ortaya çıktı. Bu istasyonların kayıtları ABD ve Avrupa'da toplanarak incelenir. Bu kayıtlardan yararlanılarak, Dünya' nın iç kesimlerinin resmi çıkarılmaktadır.
Dünya'nın çekirdek denilen iç kesimi çok sıcaktır. Örneğin, çok derin maden ocakların­da sıcaklık 37°C'nin üzerindedir. Ayrıca, ya­nardağlardan akkor kızgınlığında, erimiş lav­lar püskürür. Bu ısının, doğal radyoaktif elementlerin çok uzun zaman içinde parçalan­ması sonucunda oluştuğu ve biriktiği sanılmaktadır. Havvaii'deki yanardağ püskürmele­rinden önce hafif yer sarsıntıları kaydedilmiş­tir; bu durum erimiş lavların 65 km ya da daha derinlerden yukarı doğru yükseldiğini gös­terir.
Son yıllarda sismik gözlemler daha duyarlı duruma gelmiş ve bunun sonucunda, yerka­buğunun altında 50 ile 500 km arasındaki derinliklerde, deprem dalgalarının oldukça yavaş ilerlediği bir katmanın bulunduğu belir­lenmiştir. Akkor durumda olması gereken bu katmanın sıcaklığı erime noktasının civarın­dadır; bu bölge, Dünya'nın kabuğu ile çekir­deği arasındaki manto bölümünde öbür bölümlerdekinden daha yumuşak ve plastik haldedir. Bu katmanın bulunmuş olması çok önemlidir, çünkü lavlar burada erir ve bura­dan yüzeye doğru yükselir. Bu bölgenin yumuşak oluşu, kabuk katmanı ile manto katmanının üst kesiminin düşey ve yatay doğrultularda hareket etmesine olanak sağ­lar; kıtaların hareket etmesine ve dağların oluşmasına yol açan da bu hareketlerdir.
Sismoloji alanında sağlanan gelişmeler so­nucunda, depremlerin yeri daha kesin olarak belirlenebilir. En etkin deprem kuşağı, Bü­yük Okyanus'u çevreleyen "genç" dağlar ile Alp ve Himalaya dağ zincirlerinin altında uzanır. Başka bir önemli deprem kuşağı, okyanuslardaki sırt sistemi boyunca uzanır. Bu iki etkin kuşak üzerinde yapılan araştır­malar sonucunda "levha tektoniği" kuramı geliştirilmiştir. Bu kurama göre Dünya'nın yüzeyi, sürekli olarak hareket eden ve üzerle­rindeki kara parçalarını da beraberlerinde taşıyan 10 kadar levhadan oluşmaktadır.
Mantonun üst kesiminde levhaların hareket etmesine yol açan bu ağır hareketlerin yanı sıra, Dünya'nın iç kesimlerindeki sıvı çekirdek katmanında çok daha etkili kuvvetler vardır. Çekirdek katmanı demir içerdiğinden Dünya'nın çevresinde bir magnetik alan olu­şur; bu da magnetik pusulalardaki ibreleri yönlendirir. Magnetik alan ayrıca, atmosferin en üst ucunda, Güneş'ten salınan parçacıklar­dan oluşan Güneş rüzgârıyla etkileşime girer. Bu etkileşim sonucunda kutup ışığı ile ekvato­run birkaç yüz kilometre üstünde yer alan yüklü parçacık katmanları olan Van Ailen ışınım kuşakları oluşur (bak. Van Allen Kuşakları). Dünya'nın magnetik alanı ise mag­netik fırtınalardan etkilenir.
Dünya'nın bir magnetik alanının bulunması ve demir bileşikleri içeren minerallerin çok küçük mıknatıslar gibi davranması nedeniyle, bazı kayaçlar daha oluşurken mıknatıslanır. Bu mıknatıslanmanın yönü enleme bağlı ola­rak değişir. Mıknatıslanma kutuplarda düşey, ekvatorda ise yatay doğrultudadır. Bazı kayaçlar bir kez mıknatıslandığında, yer değiştirseler bile mıknatıslanma yönünü korur; böylece bu kayaçların oluşum anında bulun­dukları yerin enlemi belirlenebilir. Bu tür karşılaştırmalar sonucunda, kıtaların yavaş biçimde hareket ettikleri, yani sürüklendikle­ri anlaşıldı. Mıknatıslanmış kayaçların yaşı belirlenerek, kıtaların çok eski jeolojik tarih­lerdeki yerlerini gösteren haritalar hazırlanır.
Dünya'nın yerçekimi alanı, yeryüzünün her yerinde ölçülmüştür. Ayrıca bu alanın uydu yörüngeleri üzerindeki etkileri de incelenmiş­tir. Bunların sonucunda da, yüksek dağların derinlere inen "köklerinin" bulunduğu ve ancak bu köklerinin yukarı kaldırma kuvvetiy­le dengede kaldıkları anlaşılmıştır. Buzdağlarının denizde yüzmesine benzer biçimde, dağlar da daha yoğun olan mantonun içinde yüzer ve hafif maddelerden oluşan çok derin dip bölümlerinin dengeleme kuvvetiyle ayak­ta durur.
Atmosfer, okyanuslar ve karalardaki yüzey ve yeraltı suları, büyük bir dolaşım sistemi oluşturur. Bu dolaşım sırasında denizlerden ve okyanuslardan buharlaşarak atmosfere yükselen sular, yağmur ve kar olarak tekrar yeryüzüne düşer. Bu dolaşımın pek çok etkisi vardır. Karalardaki canlıların gereksinim duyduğu suyu sağlar, yeryüzünün aşınmasına yol açar, tortulların ovalara ve deltalara taşınma­sına neden olur. Bu su çevriminin her aşaması ayrı incelenir.
Meteoroloji büyük ölçüde hava durumu tahminlerinin yapılmasına yöneliktir. Çok es­kilerden beri denizciler, gelgit dönemlerini tahmin etmeye çalışmışlardır. Herhangi bir yerde gelgit dönemleri belirlendiğinde iş kolay­laşır, çünkü bu dönemler düzenli biçimde tekrarlanır. Gulf Stream gibi büyük akıntılar, okyanusları boydan boya geçer ve birbirlerinin üstünden değişik derin­liklerde akar. Bu akış düzenlerinde ortaya çıkan değişiklikler, hava durumunu ve balık­çılığı da etkiler.
Günümüzde ırmaklar ve göller ciddi biçim­de kirlenmektedir. Bu da tatlı suya olan gereksinimin artmasına yol açmaktadır. Bu nedenle jeofizikçiler, yeryüzündeki su dolanı­mı konusuna eğilerek, bu dolanımı denetle­meye ve kirlenmeyi önlemeye çalışmaktadır­lar. Ayrıca günümüzde yeraltı su kaynakları­nın araştırılmasına önem verilmektedir.
Bugün jeofizik çalışmalarında, örneğin yer­çekimi ve magnetik alan ölçümlerinde, at­mosferin ve okyanusların incelenmesinde uy­dulardan yararlanılmaktadır. Ayrıca, uçakla­ra takılan çeşitli aygıtların yardımıyla da gözlemler yapılmaktadır. Ama jeofizikçiler çalışmalarının büyük bölümünü gene de yer­de, açık alanlarda sürdürürler. Pek çok çalış­ma, güç ve tehlikeli koşullarda gerçekleşti­rilir.
ABD ve SSCB (Rusya) 1957-58 Uluslararası Jeofi­zik Yılı'nda uzaya araştırma uyduları gönde­receklerini açıkladılar. Uluslararası Jeofizik Yılı'nda 70 ülkenin bilim adamları görüş ve bilgi alışverişinde bulundu; uzaya Sputnik ve Explorer araştırma uyduları fırlatıldı.

Dünya’nın Çekirdeğindeki Son Element de Tanımlandı!

Dünya’nın iç çekirdeğinin çoğunlukla demirden (yaklaşık %85) oluştuğu iyi biliniyor. Nikel miktarı %10 civarlarında seyrediyor. Ancak geriye kalan %5’lik kısım gizemini koruyor. Japon araştırma ekibi yıllardır bu kayıp elementi arıyor ve bu kısmın silisyum olduğuna inanıyor. Araştırma ekibi, sonuçlarını Amerikan Jeofizik Birliği (San Francisco), Sonbahar Buluşmaları‘nda sundu.

Dünya’nın katı çekirdeği yüzeyden 3000 km derinde yer alıyor ve yarıçapının da 1200 km olduğu düşünülüyor. Çok derinde olduğu için, doğrudan test etme imkânı yok ve çekirdeğin hangi elementlerden oluştuğu da kesin olarak bilinemiyor (karşılaştırma için söyleyelim, Dünya'nın en derin madenleri 4 km derinliğe inebiliyor).

Silisyum, bir süredir çekirdekteki kayıp element olarak düşünülmekteydi. Araştırmacılar daha hafif bir element olması gerektiğini öne sürüp silisyumu çok defa önerdiler, bunun sebebi bu elementin özellikleri ve metallere nasıl iyi bağlandığı ile ilgiliydi. Delmek yerine, Tohoku Üniversitesi’nden bir araştırma grubu minyatür bir Dünya (kabuk, manto ve çekirdek) prototipini laboratuvarda hazırladı. Önce demir ve nikelin alaşımlarını oluşturdular ve silisyumla karıştırdılar. Daha sonra da Dünya’nın çekirdek kısmındaki büyük basınç ve sıcaklık koşullarına tâbi tuttular (yaklaşık 6000 °C).

Bu koşullar Dünya’nın çekirdek kısmındaki sismik verilerle uyuşuyordu ve Dünya’nın merkezine yakın bir yerden salınan sismik dalgalar bu verileri oluşturuyordu. Bu da silisyumun kayıp element olduğu yönündeki fikri kuvvetlendirdi. Cambridge Üniversitesi’nde mineral fiziği konusunda profesör olan Simon Redfern, şöyle konuştu: “Bu zor deneyler son derece heyecan verici, çünkü 4,5 milyar yıl önce Dünya’nın iç kısmının neye benzediği konusunda bir fikir veriyor. Ancak diğer araştırmacılar, çekirdek kısmında oksijenin de önemli olabileceğini buldu”. Ayaklarımızın altında ne olduğunu kesin olarak bilmek, Dünya’nın oluştuğu zamanki koşulları belirlememize imkân tanıyor.

Kaynak: WEF / BBC / Görsel Telif Hakkı: Soylent Green (26 Ocak 2017)