Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Dünyanın üst katmanları milyonlarca yıl boyunca bir dans gerçekleştirmiştir; bu dans dağları, volkanları, kıtaları, sırtları ve okyanus çukurlarını yaratmıştır.

Tektonik plakalar bu süreçte kilit rol oynar. Bu devasa, düzensiz Dünya kabuğu levhaları (insanların yaşadığı katı kaya yüzeyi) ve alttaki manto'nun üst kısmı, manto'nun daha derin, daha sıcak bir tabakasında "yüzer." İki plaka karşılaştığında, bazen biri yol verir ve yavaş yavaş derinliklere batar, bu sürece dalma adı verilir.

Olay, plaka sınırının tüm uzunluğu boyunca meydana gelirse, volkanik arc olarak bilinen bir volkan hattı oluşur. Güney Amerika'nın And Dağları, Güney Pasifik Okyanusu'ndaki Tonga, Alaska'daki Aleut Adaları, Filipin Adaları ve Orta Amerika'daki volkanik yaylar bunlardan bazılarıdır; hepsi de depremlerin ve volkanların sık görüldüğü Pasifik Ateş Çemberi'nin bir parçasıdır.

Orta Amerika volkanik yayı nispeten küçüktür, sadece 1.100 kilometre uzunluğundadır. Ancak gezegende benzersiz olan bazıları dahil olmak üzere önemli sayıda farklı magma türünü içerir. Cornell Üniversitesi'nden bir jeokimyacı olan Esteban Gazel, "jeolojik bir cennet" olarak nitelendiriyor ve "Orta Amerika, magma oluşumundaki farklı doğal deneylerin karşılaştırılmasına izin veren zengin bir koşul kombinasyonuna sahiptir" diyor. Gazel ve iki yazar arkadaşı 2021 Yıllık Yer ve Gezegen Bilimleri Gözden Geçirme'de yayınlanan bir incelemede bunu yazdı.

Orta Amerika, tektonik plakaların dalması sonucu, eskiden bir okyanus plakası üzerinde doğmuştur. Yaklaşık 150 milyon yıl önce, kuzey ve güney Amerika'nın kıta kitleleri arasında volkanik adaların yavaş yavaş büyümesini sağlayan yavaş bir süreç başladı. Yaklaşık 3 milyon yıl önce, bugün Kosta Rika ve Panama'yı kapsayan alan nihayet bugünkü Güney Amerika'nın kuzeyine katılarak Alaska'dan Tierra del Fuego'ya kadar tek bir kara kütlesi oluşturdu.

Son 11.000 yılda, Ateş Çemberi'nin bu bölümünde 70 volkan aktif hale geldi. Tıpkı volkanların tarımın ve hayvancılığın geliştiği verimli topraklar yaratması gibi, ölüme yol açmış ve nüfusları yerinden etmiştir. Örneğin, 1902'de Guatemala'da bir dizi depremin ardından Santa Maria yanardağı, 20. yüzyılın en büyük ve en patlayıcı patlamalarından birini kaydetti. 1968'de Kosta Rika'daki Arenal yanardağının patlaması 78 ölü bıraktı; 2018'de Guatemala'daki Fuego yanardağı patlak verdi ve 100'den fazla kişiyi öldürdü.

Gazel, bir jeokimyacı olarak ilk çalışmalarını memleketi Kosta Rika'da yürüttü. Bu röportajda, Orta Amerika'nın jeolojisinin gezegenimizin evrimini nasıl anlamamıza yardımcı olduğunu uzunluk ve netlik için düzenlenmiş haliyle açıklıyor.

Orta Amerika Volkanik Yayı

Orta Amerika volkanik yayı, Meksika ile kuzey Guatemala arasındaki sınırdan Kosta Rika'nın merkezine kadar uzanan düzinelerce volkanın bir araya gelmesiyle oluşmuştur. Bu yay, Cocos plakasının Karayip plakasının altına dalmasının bir ürünüdür ve bazıları gezegenin başka hiçbir yerinde bulunmayan çeşitli farklı magma türleri üretir.

Plaka dalmaya başladığında, çoğunlukla su ve karbondioksit olmak üzere, uçucu elementlerle dolar. Yaklaşık 60 kilometre derinlikte bu elementler kararsız hale gelir. O derinlikteki yüksek basınç ve sıcaklık koşulları nedeniyle mineraller parçalanır ve uçucu maddeler çok özel bir biçimde açığa çıkar: sıvı ve gaz arasında bir melez olan, süperkritik akışkan veya eriyik olarak. Bu akışkan diğer malzemelerle etkileşime girer ve manto kayalarını birleştirir. Bu süreç, lavaya dönüşerek yüzeye çıkan magmanın oluşmasını sağlar.

Bu süreç ne zaman başladı?

Orta Amerika'da milyonlarca yıllık volkanik aktivite geçmişine sahibiz. Volkanik ark sürekli büyüyüp evrimleşerek farklı versiyonlar yaratmıştır. Oluşumu yaklaşık 150 milyon yıl önce, dinozorlar döneminde başladı.

Tektonik sistem hareket eder ve kendine uyarlar. Örneğin, Cocos plakası 1.100 kilometrelik ark boyunca aynı dalma açısına sahip değildir; Karayip plakasının altına girme şekli (giriş açısı) farklı bölgelerde farklılık gösterir. Bu durum volkanik arkin oluşumunu etkiler.

Orta Amerika volkanik arkı gerçekten olağanüstü bir yer. Nikaragua'dan Kosta Rika'ya kadar uzanan bölgede kimyasal çeşitlilik açısından gezegendeki en uç noktayı temsil ediyor. İtalya'daki tüm volkanların magması Kosta Rika'dakilere benzer bir kimyasal bileşime sahipken, yine de Kosta Rika'daki her bir volkan birbirinden büyük farklılıklar gösteriyor. Benzer şekilde,Mariana Çukuru'ndaki tüm volkanlar da birbirine çok benzeyen magma üretiyor.

Avrupa'da İtalya ile Mariana Çukuru arasındaki mesafeler binlerce kilometreyi bulurken, Orta Amerika'da birbirine yakın mesafede bulunan Kosta Rika ve Nikaragua volkanları magmalarında önemli kimyasal farklılıklar gösteriyor. Bu kadar küçük bir alanda bu kadar aşırı çeşitlilik Orta Amerika'yı gezegendeki benzersiz bir doğal laboratuvara dönüştürüyor.

Neden bu kadar çeşitlilik var?

Bölgesel çeşitlilik, dalma açısı ve dalan malzemenin bileşimi tarafından kontrol edilir. Orta Amerika volkanlarının yerel çeşitlilikleri ise volkanın büyüklüğüyle ilişkilidir. Çok büyük volkanlar mantodan daha fazla eriyik malzeme alır ve daha az çeşitlilik gösterir. Buna karşılık, daha küçük volkanlar kimyasal olarak daha fazla çeşitlilik taşır. Büyük magma hacimleri sinyalin homojenleşmesini sağlarken, daha küçük hacimler bize daha uç nokta değerler sunar.

Orta Amerika, aynı zamanda yoğun okyanus kabuğu ile daha hafif kıtasal kabuğun bir kombinasyonuna sahiptir. Peki bu ne anlama geliyor ve bize ne öğretiyor?

Bu, Orta Amerika'ya özgü bir durumdur. Mariana Çukuru'nda tüm volkanik ark okyanus kabuğu üzerinde gelişmiştir. Güney Amerika'daki And Dağları'nda ise tüm ark kıtasal kabuğu üzerinde oluşur. Orta Amerika'da ise ark, Chiapas ve Guatemala'daki kıtasal kabuğunda başlar ve Kosta Rika'ya girdiğimizde okyanus kabuğuna ulaşır. Kosta Rika'daki tüm magmalar, yaklaşık 15 milyon yıl önce tekrar bir değişiklik yaşanana ve Kosta Rika'daki magmalar kıtasal kabuğa daha fazla benzemeye başlayana kadar, Marianas'a çok benzeyen okyanus ark magmalarıdır. Bu, bize bu bölgenin çok dinamik olduğunu gösteriyor.

Peki neden böyle oluyor?

Yaklaşık 15 milyon yıl önce, şu anda Kosta Rika olarak bildiğimiz yere çok daha genç bir kabuk ulaşmaya başladı. Bu kabuk, Pasifik Okyanusu'ndaki su altındaki okyanus adaları olan Galapagos deniz dağlarından oluşuyordu. Bu adalara, Dünya'nın alt mantolarından malzeme getiren termal bir anormallik olan sıcak nokta denir. Bu adalar plaka ile birlikte hareket eder, dalar ve sonunda çarpışarak Karayip plakasının altına dalan Cocos plakasının bulunduğu Kosta Rika-Panama dalma bölgesine girer.

Bu plakanın Karayip ve Panama volkanlarında ortaya çıkan kendine özgü bir jeokimyasal imzası var. Yıllar boyunca yaptığım çalışmaların sonucundan çıkan sonuç, Kosta Rika'nın aslında kıtasal bir kabuk olmadığı ve yaklaşık 15 milyon yıl önce, bu deniz dağlarının dalma sisteminde erimesiyle gezegendeki en genç kıtasal kabuk alanlarından biri oluşmuştur. Bu yüzden Kosta Rika da aynı zamanda bir doğal laboratuvardır.

Cocos Adası, bir dizi deniz dağından oluşan bir adadır. Bu dağlar dalma bölgesine girmekte ve erimektedir. Kabuk okyanus kabuğundan kıtasal kabuğa dönüştükçe yoğunluğu azalmış, Kosta Rika ve Panama'nın denizden yükselmesine izin vermiştir. Bu süreç, yaklaşık 3 milyon yıl önce nihayet gerçekleşen Orta Amerika kıstağının kapanmasına katkıda bulunmuştur. Volkanik arkin oluşumu, bölgede tortulların oluşmasına yardımcı olmuş ve tektonik hareket yüzeyi yükselterek tam kapanış gerçekleşene kadar devam etmiştir.

İleri'de Cocos Adası anakaraya mı yaklaşacak?

Evet. Birkaç milyon yıl içinde, Cocos Adası bugünkü Orta Kosta Rika'daki Poás veya Irazú gibi bir volkan olarak dalıp bir daha ortaya çıkacak. Bu volkanlarda Galapagos imzası çok belirgindir.

Volkanik arkları araştırmak için hangi araçları kullanıyorsunuz?

Ana araçlarımız, kimyasal bileşimleri bu süreçler tarafından belirlenen, patlamadan sonra elde edilen volkanik kayalardır. Kayaların kökenini, yaşını ve evrimini çıkarmak için elektron mikroskopları, spektroskoplar ve kütle spektrometresi kullanıyoruz.

Alanınız yıllar içinde nasıl gelişti?

Volkanoloji ve jeokimyada araştırmaya Kosta Rika Üniversitesi Nükleer Araştırma Merkezi'nde başladım. O zamanlar jeoloji ve volkanoloji çok betimleyiciydi. Nükleer fizik araştırmacıları daha nicel ölçümler uygulamaya koydu. Amerika Birleşik Devletleri'nde kariyerime başladığımda, bilimimin daha sayısal ve daha az betimleyici hale geldiğini fark ettim.

Son on yılda, özellikle son beş yılda, bir topluluk olarak inanılmaz hassas ve nicel bir volkanolojiye doğru ilerledik. Bu büyüme devam edecek. Artık modern bir jeolog olmak için jeokimya ekipmanları, programlama ve istatistik hakkında bilgi sahibi olmak gerekiyor. Ayrıca makine öğrenimi ve yapay zeka gibi araçlar da saha ve laboratuvar verileriyle birlikte kullanılıyor.

Jeolojik olarak, bu bölgenin geleceği nasıl olacak?

Orta Amerika'da tektonik ve volkanik olarak aktif bir bölgede yaşadığımızı anlamalıyız. Önlem almak ve iyi inşaat yapmak, patlamalar ve depremlerde hayat kurtarmak için gerçekten önemli bir fark yaratır. Çünkü volkanlar patlamaya, depremler de olmaya devam edecek. Bu doğanın bir parçası ve evrim süreci.

Gelecek Araştırmalar

Ocak 2024'te, dünyanın farklı yerlerinden profesyonellerden oluşan bir grup, Kosta Rika'daki Poás Volkanı'na gidecek. Yeni teknolojileri test ederek volkanik süreçleri araştırmayı ve bir gün volkanik patlamaları daha iyi tahmin etmek için çalışmayı hedefliyorlar. Amerika Birleşik Devletleri'nden bu çalışmayı organize eden kişi benim doktora sonrası mentörüm.

Laboratuvarım, ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından mafik bileşimli Plinian patlamalarını incelemek için fon sağlandı. Plinian patlamaları, Pompeii'yi yok eden Vezüv patlaması gibi en büyük patlamalardır. Genellikle silis içeriği yüksek, yani felsit olarak adlandırılırlar. Ancak, magnezyum ve demir oranı yüksek mafik patlamalar da aynı büyüklüğe ulaşabilir. Orta Amerika'da, Nikaragua'daki Masaya Volkanı bu tür patlamalarda rekor sahibidir.

Orta Amerika, bize Dünyanın oluşumu hakkında nasıl daha fazla bilgi verebilir?

Gezegenin erken evrelerinde kıtaların nasıl oluştuğunu anlamak istiyorsak, çalışılacak en iyi yerlerden biri Orta Amerika'dır. Subduksiyon sürecini, nasıl başladığını ve kıtaların bileşiminin nasıl değiştiğini incelemek istiyorsak, Orta Amerika'da bu tarihe sahibiz.

Dalma bölgesinde Dünyanın iç kısmına seyahat eden, mantoyu "ziyaret eden" ve tekrar yukarı çıkan malzeme örneklerini incelemek istiyorsak, bunlar Guatemala'da gün yüzüne çıkmış durumda.

Çok yüksek yoğunluklu patlamaları başlatan mekanizmaları anlamak istiyorsak, Nikaragua ve Kosta Rika'daki patlama kayıtlarına bakabiliriz.

Bu nedenle, Orta Amerika zaten bir doğal laboratuvardır ve birçok jeolojik sürecin araştırılabileceği bir yer olmaya devam edecektir.

Kosta Rika'nın kendine özgü başka özellikleri de var. Bunlardan biri Nikoya Yarımadası'nda ortaya çıkan okyanus kabuğu, diğeri ise Santa Elena Yarımadası'nda ortaya çıkan mantodır. Santa Elena'da, 50-70 kilometre derinlikte oluşan ve tektonik hareketlerle yüzeye çıkan peridotit adı verilen kayaları görürsünüz. Bu inanılmaz derecede eşsiz ve ilgi çekici alanlar, yıllarca süren araştırmaların odağı olmuş ve bize manto yapısı, bileşimi ve tarihini daha iyi anlamamız için imkan vermiştir.

Kaynak: popsci.com