Şiddetli volkanizma, Ay’ın önceden düşünülenden çok daha yaşlı olduğu anlamına gelebilir

Ay, oluşumundan sonra o kadar büyük bir volkanik aktiviteye sahne olmuş olabilir ki, kabuğunun tamamı birkaç kez erimiş ve tamamen çalkalanmıştır. O dönemde Ay, Dünya’ya bugün olduğundan çok daha yakın bir yörüngede dönüyordu. Ortaya çıkan gelgit kuvvetleri iç kısmını ısıttı ve böylece şiddetli volkanizmayı güçlendirdi. Yalnızca güneş sistemindeki volkanik açıdan en aktif cisim olan Jüpiter’in uydusu Io, benzer koşullar sunuyor.

Bu yeni düşünceler yayınlandı bugün dergide Doğa California Santa Cruz Üniversitesi, Max Planck Güneş Sistemi Araştırma Enstitüsü (MPS) ve Collège de France’dan oluşan uluslararası bir araştırmacı ekibi, ayın yaşıyla ilgili daha önceki çelişkileri ve tutarsızlıkları çözüyor. Araştırmacılara göre Ay, 4,43 ile 4,51 milyar yıl önce oluştu. Ancak kabuğu 80 ila 160 milyon yıl daha genç görünüyor.

Görünüşe göre Ay, yaşını açıklama konusunda oldukça isteksiz. Sırrını ortaya çıkarma çabaları, birbirinden birkaç yüz milyon yıl öncesine dayanan tahminler ortaya çıkardı: Bazı araştırmacılar kozmik yoldaşımızın 4,35 milyar yıl önce oluştuğunu öne sürerken, diğerleri onun doğumunu 4,51 milyar yıl önce tarihlendiriyor.

En dikkat çekici tutarsızlıklardan biri taşlık yapısıdır: Ay kaya örneklerinin neredeyse tamamı daha genç yaşlara işaret etmektedir. Ancak zirkon olarak bilinen birkaç nadir zirkonyum silikat kristali önemli ölçüde daha eskidir. Bu nasıl mümkün olabilir? Mevcut çalışmada araştırmacılar bu çelişkiyi çözmeyi başarıyorlar. Hesaplamalara göre Ay’ın kabuğu, oluşumundan sonra büyük oranda yeniden erimiş; yalnızca birkaç zirkon bu aşırı koşullara değişmeden dayanabildi.

Bir çarpışma ve sonuçları

Ayın tarihi büyük bir çarpışmayla başlar. Güneş sisteminin ilk günlerinde, Mars büyüklüğünde bir kütle henüz genç olan Dünya’ya çarptı. Çarpışma o kadar çok ısı üretti ki gezegenimiz tamamen eridi ve büyük miktarda malzeme uzaya fırlatıldı. Yavaş yavaş bu malzeme bir araya gelerek ayı oluşturdu; başlangıçta sıcak, sıvı kayalardan oluşan büyük bir okyanusla kaplandı. Takip eden milyonlarca yıl içinde yeni oluşan cisim soğudu ve Dünya’dan giderek uzaklaşarak yaklaşık 384.400 kilometre uzaklıktaki mevcut yörüngesine ulaştı.

Yeni çalışmanın ilk yazarı, California Santa Cruz Üniversitesi’nden Francis Nimmo, “Dünya ile Ay arasındaki mesafenin bugünkü mesafenin yaklaşık üçte biri olduğu aşamayla özellikle ilgileniyoruz” diye açıklıyor.

Bu dönemde ayın yörüngesinin konumu ve şeklinde çeşitli değişiklikler oldu. Diğer şeylerin yanı sıra, daha eliptik hale geldi, böylece ayın hızı ve Dünya’ya olan uzaklığı her yörüngede gözle görülür şekilde değişti. Bu şekilde hareket eden kuvvetler, ayın iç kısmını o kadar “çalkaladı” ki, Ay ısındı.

Benzer bir durum, gaz devinin etrafında hafif eliptik bir yörüngede dönen Jüpiter’in uydusu Io’dan da bugün hala biliniyor. Jüpiter’in devasa gelgit kuvvetleri, küçük ayı güneş sistemindeki volkanik açıdan en aktif cisim haline getiriyor. Dünyanın ilk ayı muhtemelen Io ile bile eşleşiyordu.

Araştırmacıların hesaplamalarının gösterdiği gibi, Ay’ın iç kısmından gelen ısı akışı, mantonun tamamını eritmeye ve çalkalamaya yeterliydi. Bu aşamada hiçbir zaman bir magma okyanusu ayın tamamını kaplamamış olsa da, birkaç milyon yıl boyunca iç kısımlardan gelen ısı yavaş yavaş yüzeyin her yerine ulaştı ve kabuktaki kayaların çoğunu – muhtemelen birkaç kez – sıvılaştırdı. Bazı yerlerde sıcak lav yüzeye nüfuz etti, diğerlerinde ise magma yüzeyin altına enjekte edilerek etrafındaki kayaları ısıttı.

Jeolojik saatin sıfırlanması

Bu volkanik tarih, kabuksal kayanın yaşını belirlemek için belirleyicidir. Ay kayaları (karasal kayalar gibi) oluşumlarından bu yana radyoaktif izotoplar içerir. İzotoplar, yalnızca atom çekirdeğindeki nötron sayısında farklılık gösteren belirli atomların varyasyonlarıdır.

İzotopların bozunma süreleri bilindiğinden kayanın yaşını mevcut konsantrasyonlarından çıkarmak mümkündür. Belirleyici faktör: Kaya sıcak olduğu sürece çevresiyle izotop alışverişi yapabilir. Soğuduğunda bileşimine kilitlenir. Kapana kısılmış radyoaktif izotoplar çürümeye başlar ve jeolojik saat işlemeye başlar.

MPS Direktörü ve çalışmanın ortak yazarı Thorsten Kleine, “Güçlü volkanizma muhtemelen ayın jeolojik saatini sıfırladı” diye açıklıyor. “Bu nedenle Ay kaya örnekleri orijinal yaşlarını ortaya koymuyor, yalnızca en son ne zaman güçlü bir şekilde ısıtıldıklarını ortaya koyuyor” diye ekliyor.

Araştırmacılar hesaplamalarında yalnızca birkaç ısıya dayanıklı zirkonun daha uzak geçmişe dair kanıt sağladığını gösteriyor. Lavın yüzeye ulaşmadığı bazı yerlerde zirkon taneleri serin kalarak iç saatleri etkilenmedi.

Kleine, “Ay kaya örnekleri bize ayın tüm çalkantılı geçmişini anlatıyor. Bize onun oluşumunu ve daha sonraki şiddetli volkanizmasını anlatıyor. Şu ana kadar bu ipuçlarını doğru okumadık” diyor. Araştırmacının sonuçlarına göre Ay’ın yaşı 4,43 ile 4,51 milyar yıl arasındadır. Şiddetli volkanizma yaklaşık 4,35 milyar yıl önce kabuğunu şekillendirdi.

Bilmecenin çözümü

Yeni bulgular aynı zamanda daha önce bilim adamlarını şaşırtan diğer birçok çelişkiyi de çözüyor. Örneğin, aydaki nispeten az sayıdaki krater, onun yaşlılığına karşı çıkıyordu. Bu kadar uzun bir süre içinde kozmik komşumuzun daha fazla darbeye tanık olması gerekirdi. Volkanizma artık bir açıklama sunuyor. Collège de France’tan ortak yazar Alessandro Morbidelli, “Ay’ın iç kısmından gelen lavlar, erken çarpma havzalarını doldurmuş ve dolayısıyla onları tanınmaz hale getirmiş olabilir” diyor.

Ay mantosunun bileşimi araştırmacılar için başka bir bulmacayı ortaya çıkardı. Bu, ay kabuğunun hemen altında yer alan kaya tabakasıdır. İçerik listesi önemli açılardan Dünya’nınkinden farklıdır. Bununla birlikte, eğer ayın içi ikinci kez erimiş olsaydı, bazı maddeler mantodan aşağıdaki demir çekirdeğe kaçmış olabilirdi.

Kleine, “Yeni sonuçlar, yapbozun daha önce birbirine uymayan tüm parçalarının artık ayın oluşumunun tutarlı bir genel resmini oluşturduğu anlamına geliyor” diyor.